DE3511141C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ionenstrahl-Materialbearbeitungsanlagen sind prinzipiell bekannt und werden z. B. zum Ionenstrahlätzen und z. B. zum Auftragen bzw. Beschichten benutzt. Beim Ionenstrahlätzen läßt man die Ionenstrahlung direkt auf die zu bearbeitende Probe, z. B. ein mit einer Ätzmaske bedecktes Halbleiterchip, auftreffen. Beim Auftragen bzw. Beschichten wird mit Hilfe der Ionenstrahlung Material von einem in diese Strahlung hineingestellten Target abgetragen und es sind Vorkehrungen getroffen, daß sich dieses abgetragene Material auf der Probe abscheidet. Aus R. A.: Powell, "Dry Etching For Microelectronics" Verlag North Holland Physics Publishing (1984) gehen weitere Einzelheiten hervor und es sei speziell auf Seite 120, Fig. 5 und auf Seite 137, Fig. 13 hingewiesen.

Zur Neutralisation der Ladung des Ionenstrahls, nämlich um nachteilige Aufweitung desselben zu vermeiden, ist als Neutralisationseinrichtung in der Anlage eine Elektronenquelle angeordnet, deren emittierte Elektronen der Ionenstrahlung beigemengt werden.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß die bekannten Ionenstrahl-Materialbearbeitungsanlagen in bisher gewissermaßen als Extremfälle angesehenen Anwendungen noch nicht zufriedenstellend arbeiten. Darunter fallen insbesondere Fälle mit elektrisch relativ gut leitendem Probenhalter und Probe bzw. relativ gut elektrisch leitendem Target. Auch wurden unerwünschte Kontaminationen auf der Probe festgestellt, deren Ursprung als auf dem Vorhandensein der Neutralisationseinrichtung beruhend erkannt wurde.

Aus der wissenschaftlichen Zeitschrift "Solid State Technol. 26 (1983)", Nr. 1, S. 99-108, geht eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen hervor. Bei dieser Vorrichtung, bei der ein Glühdraht zwecks der Neutralisation des Ionenstromes durch den Strahlquerschnitt der Ionenkanone geführt ist, treten jedoch die oben aufgeführten Probleme auf.

Aus der FR-PS 14 83 391 geht eine Vorrichtung hervor, die mit hohen Beschleunigungsenergien bei äußerst niedrigen Drücken und damit Ionenstrahldichten arbeitet. Die bekannte Vorrichtung weist eine Glühkathode auf, aus der mittels Extraktionsblechanordnungen und Beschleunigungsblechanordnungen ionisierte Argonatome extrahiert und in Richtung auf ein Target beschleunigt werden. Die Argonionen sprengen Targetmaterial aus dem Target heraus, das sich auf der Oberfläche eines Substrats niederschlägt. Da zwischen den Beschleunigungsblechen und der Probe ein relativ großer Abstand vorhanden ist, ist in diesem Bereich ein Glühdraht angeordnet, der Elektronen zwecks der Neutralisation der Raumladung der Ionen emittieren soll. Sowohl am Target als auch an dem Probenhalter für die Probe sind Meßabgriffe angeordnet, um die auftretenden Teilchenströme erfassen zu können.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ionenstrahl-Materialbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, daß sie frei von den beobachteten Nachteilen ist und eine verbesserte Neutralisation ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Mit der Erfindung wird in überraschend einfacher Weise das anstehende Problem gelöst und außerdem ist auch noch der Vorteil gegeben, daß eine Einjustierung auf für den Einzelfall optimale Verhältnisse möglich ist, und zwar ohne ins Gewicht fallenden zusätzlichen Aufwand. Mit der Erfindung ergibt sich eine verbesserte Effektivität der Neutralisationseinrichtung, so daß eine im wesentlichen mitten in der Ionenstrahlung angeordnete Neutralisationseinrichtung unter Beibehaltung ihres Typs auch in mehr seitlich angeordneter Stellung angeordnet werden kann und dennoch voll bzw. sogar verbessert wirksam ist. Insbesondere erübrigt sich mit Anwendung der Erfindung die spezielle, teilweise bereits angewendete Maßnahme, eine besondere Kathodenstrahleinrichtung in der Anlage vorzusehen, wie sie in Fig. 13 der obengenannten Druckschrift R. A. Powell . . . enthalten ist.

Weitere Erläuterungen der Erfindung werden der Einfachheit halber anhand des Schemas der Figur erläutert, wobei diese Figur alternativ eine Anlage zum Ätzen und eine Anlage, nämlich mit Target, zum Auftragen bzw. Beschichten enthält.

Mit 2 ist in der Figur zusammengefaßt eine an sich bekannte Ionenstrahl-Kanone bezeichnet, deren Kathode mit 3, deren Anode mit 4 und deren Extraktionsgitter bzw. -anode mit 5 bezeichnet ist. Das Ionenplasma 6 entsteht im Innenraum zwischen den Teilen 3, 4 und 5. Mit 7 ist ein Beschleunigungsgitter bezeichnet, das der Beschleunigung der aus dem Plasma 6 herausgezogenen Ionen und zur Ionenstrahlbildung dient. Relativ nahe dem Beschleunigungsgitter 7, z. B. mit einem Abstand von 1 cm, ist eine Neutralisationseinrichtung 8 angeordnet. Ein wesentliches Teil dieser Einrichtung 8 ist ein Glühdraht 9, das geheizt wird und als Elektronenquelle für thermisch emittierte Elektronen benutzt wird. Dadurch, daß dieser Glühdraht 9 beim bekannten Stand der Technik vorzugsweise mitten in der durch das Beschleunigungsgitter 7 hindurchtretenden Ionenstrahlung 10 (kleine Kreise) angeordnet ist, wird eine bereits relativ gute Neutralisation der Ionenstrahlung 10 durch die emittierten Elektronen 11 (Punkte) erreicht. Diese raumladungsmäßig weitgehend neutralisierte, aus den Ionen 10 und den Elektronen 11 bestehende Strahlung ist auf den Probenhalter 20 der ersten Alternative (Ätzen) bzw. auf das statt dessen dort angeordnete Target 120 der zweiten Alternative Auftragen bzw. Beschichten gerichtet.

Bei dieser entsprechend der vorangehenden Beschreibung bekannten Ionenstrahl-Materialbearbeitungsanlage liegt der Probenhalter 20 bzw. das Target 120 (und der zum Target 120 gehörende Halter 121 für die zu bestäubende Probe) auf Massepotential. Entsprechend liegt auch die lediglich mit jeweils einem Strich angedeutete Seitenwandung 22 des dem Probenhalter 20 bzw. dem Target 120 vorgelagerten Raumes auf Massepotential. Auch die Neutralisationseinrichtung 8 bzw. deren Glühdraht 9 liegt (abgesehen von dem auf dem Heizstrom des Glühdrahts 9 beruhenden Spannungsabfall) auf Massepotential. Das Beschleunigungsgitter 7 liegt auf z. B. -250V, das Extraktionsgitter 5 dazu passend auf +500V, so daß zwischen dem Potential des Plasmas 6 und dem Probenhalter 20 bzw. dem Target 120 bei diesem Beispiel etwa 530V Spannung liegen.

Die vorangehenden Ausführungen gelten auch für die vorliegende Erfindung bzw. es können diese Maßnahmen auch bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden, jedoch abgesehen von den Ausführungen zum Potential des Probenhalters 20 bzw. des Targets 120. Auch kann man bei einer Anlage nach der Erfindung den Glühdraht 9 zumindest etwas abseits des zentralen Bereiches der Ionenstrahlung 10 anordnen, weil die Erfindung dies ohne Effektivitätsverlust für die Neutralisationseinrichtung ermöglicht. Insbesondere kann bei der Erfindung die Neutralisationseinrichtung 8 bzw. deren Glühdraht 9, z. B. ringförmig ausgeführt, um die eigentliche Ionenstrahlung 10 herum (wiederum nahe dem Beschleunigungsgitter 9) angeordnet sein.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zwischen der Neutralisationseinrichtung 8 und dem Target 120 bzw. dem Probenhalter 20 ein elektrisches Saugfeld für die von der Neutralisationseinrichtung 8 emittierten Elektronen vorhanden ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird dies in der Weise realisiert, daß eine Potentialverschiebeeinrichtung 30 vorgesehen ist, mit der der Probenhalter 20 bzw. das Target 120 auf ein dem Massepotential gegenüber positives Potential zu legen ist. Dieses positive Potential ist vorteilhafterweise einstellbar währlbar, wobei insbesondere ein Bereich von +5 bis +50 V zu bevorzugen ist. Prinzipiell könnte bei der Erfindung die Neutralisationseinrichtung 8 auch auf entsprechend negatives Potential gegenüber dem dann weiter auf Massepotential belassenen Probenhalter 20 (bzw. Target 120) gelegt werden, jedoch würde dies dazu führen, daß auch die Wände 22 mit auf dieses Potential der Neutralisationseinrichtung 8 zu legen wäre, nämlich damit weiterhin der Probenhalter 20 (bzw. das Target 120) auf dem erfindungsgemäß vorgesehen positiveren Potential gegenüber auch der Umgebung (Wände 22) gehalten ist.

Bei der gestrichelt dargestellten Alternative mit dem Target 120 ist auch ein (ebenfalls gestrichelt dargestellter) Probenhalter 121 vorhanden. Bei der Erfindung kann es ausreichend sein, diesen Probenhalter 121 auf dem Potential des Target 120 zu halten. Vorteilhafterweise wird aber auch für diesen Probenhalter 121 eine Einrichtung 31 für eine wählbar einstellbare positive Vorspannung vorgesehen. Durch zueinander unterschiedliche Wahl des (gegenüber der Neutralisationseinrichtung 8) positiven Potentials des Targets 120 einerseits und des positiven Potentials des Probenhalters 121 läßt sich eine steuerbare Aufteilung der Elektronen 11 erreichen.

Ein günstiges Einstellkriterium, und zwar für beide Alternativen, ist, das erfindungsgemäß vorgesehene Potential der Einrichtung 30 und der ggf. vorhandenen Einrichtung 31 so einzustellen, daß im Betrieb über diese jeweilige Einrichtung kein Strom oder ein nur geringer Strom fließt. Dies entspricht optimaler Neutralisation der Ionenstrahlung 10 durch die Elektronen 11.

Ein nicht direkt im Ionenstrahl 10 angeordneter Glühdraht 9, dessen Anordnung mit Hilfe der Erfindung möglich ist, vermindert die Kontamination (ohne daß etwa eine kompliziertere Elektronenstrahlkanone nach Fig. 13 der genannten Druckschrift erforderlich wäre). Lediglich anzumerken ist, daß ein (wie bei der Erfindung durchführbar) weiter außerhalb des Ionenstrahls 10 angeordneter Glühdraht 9 nicht mehr in dem Maße durch die Ionenstrahlung 10 erhitzt wird, wie dies bei bekannten Ausführungen der Fall ist.

Die bei der Erfindung höhere Effektivität der Neutralisationseinrichtung 8 ermöglicht eine Verringerung der Heizleistung des Glühdrahtes 9.

Mit 40 ist eine jeweilige zu bearbeitende (zu ätzende oder zu beschichtende) Probe bezeichnet.

Oben wurde bereits auf die Anwendung der Erfindung bei relativ gut leitendem Probenhalter bzw. Target bzw. der Probe selbst hingewiesen. Aber auch bei elektrisch isolierendem Probenhalter bzw. Target ist die Erfindung mit Vorteil anzuwenden. Entsprechendes gilt hinsichtlich der Proben. Insbesondere ist die Erfindung vorteilhaft anzuwenden, um unkontrollierte bzw. dem Zufall überlassene Ladungszustände in der Anlage im Bereich des Probenhalters bzw. Targets zu beherrschen.

Claims (4)

1. Ionenstrahl-Materialbearbeitungsvorrichtung,
mit einer Ionenstrahlkanone mit mindestens einem Beschleunigungsgitter und mindestens einem Extraktionsgitter, durch welche hindurch Ionen austreten können,
mit einem Probenhalter,
mit einer Ionen-Neutralisationseinrichtung zur Emissions von Elektronen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Spannung (30, 31) zwischen dem Probenhalter (20, 121) und der Neutralisationseinrichtung (8, 9) anlegbar ist, wobei für diese elektrische Spannung eine Polarität als Saugspannung für den Transport von Elektronen (11) von der Neutralisationseinrichtung (8, 9) zum Probenhalter (20, 121) erzeugbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Target (120) angeordnet ist, und daß die elektrische Spannung zwischen der Neutralisationseinrichtung (8, 9) und dem Target (120) anlegbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Target (120) bzw. das Target (120) angeordnet ist, und daß die elektrische Spannung zwischen dem Probenhalter (20, 121) und dem Target (120) anlegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutralisationseinrichtung (8, 9) wenigstens im wesentlichen außerhalb des von dem Ionenstrahl (10) eingenommenen Raumes angeordnet ist.