RU1580852C - Dielectric targets surfaces vacuum treatment method - Google Patents

Dielectric targets surfaces vacuum treatment method Download PDF

Info

Publication number
RU1580852C
RU1580852C SU4346345A RU1580852C RU 1580852 C RU1580852 C RU 1580852C SU 4346345 A SU4346345 A SU 4346345A RU 1580852 C RU1580852 C RU 1580852C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
potential
cathode
emitting surface
neutralizer
converter
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.В. Зыков
Ю.А. Качанов
Н.Б. Марущенко
В.И. Фареник
Н.Н. Юнаков
Original Assignee
Научный физико-технологический центр
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научный физико-технологический центр filed Critical Научный физико-технологический центр
Priority to SU4346345 priority Critical patent/RU1580852C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1580852C publication Critical patent/RU1580852C/en

Links

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: target surface is bombarded by beam of positive ions and positive potential is fed to cathode- neutralizer emitting surface, changing value of which they control target surface potential, and kT ≪ eφ < E,φ < U, with k - Boltzmann's constant; T - cathode emitting surface temperature; e - charge of electron; φ - potential, fed to emitting surface of cathode-neutralizer; E - energy of ions beam; U - break-through tension of treated target. Inhomogeneity of treatment by the method makes value of less than 5 % and corresponds to Inhomogeneity of ions current density across the beam. EFFECT: increased quality of treatment due to improvement of Inhomogeneity of treatment.

Description

Изобретение относится к обработке поверхностей изделий и может быть использовано в микроэлектронике. The invention relates to surface treatment of products and can be used in microelectronics.

Целью изобретения является повышение качества обработки за счет улучшения однородности обработки и снижения вносимой дефектности. The aim of the invention is to improve the quality of processing by improving the homogeneity of the processing and reduce introduced defects.

Сущность предлагаемого способа обработки поверхностей диэлектрических мишений состоит в том, что поверхности мишеней бомбардируют пучком положительных ионов, на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора подают положительный потенциал, изменяя величину которого управляют потенциалом поверхности мишени, причем
kT << e φ< E, φ < U, где k постоянная Больцмана;
Т температура эмиттирующей поверхности катода-нейтрализатора;
е заряд электрона;
φ потенциал, поданный на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора;
Е энергия пучка ионов;
U напряжение пробоя обрабатываемой мишени.The essence of the proposed method for processing surfaces of dielectric targets is that the surfaces of the targets are bombarded with a beam of positive ions, a positive potential is applied to the emitting surface of the cathode-converter, changing the value of which control the potential of the target surface, and
kT << e φ <E, φ <U, where k is the Boltzmann constant;
T is the temperature of the emitting surface of the cathode-converter;
e is the charge of an electron;
φ potential applied to the emitting surface of the cathode-converter;
E is the ion beam energy;
U is the breakdown voltage of the processed target.

В предлагаемом способе за счет подачи положительного потенциала, много большего температуры эмиттирующей поверхности катода нейтрализатора, выраженной в вольтах, т.е. φ ≫

Figure 00000001
, электроны, эмиттируемые с катода, не могут попасть на заземленные конструктивные элементы вакуумной камеры. Электроны накапливаются в потенциальной яме, созданной объемным зарядом пучка ионов. Потенциал плазмы понижается до величины, несколько большей потенциала, поданного на катод. Очевидно, что при потенциале плазмы, большем потенциала катода на температуру электронов, все термоэлектроны уходят в плазму, а ток электронов вторичной плазмы на катод экспоненциально мал. В этом случае поток электронов в плазму максимален и равен току насыщения термоэмиссии. При потенциале плазмы, равном потенциалу катода, ток термоэмиссии равен нулю и все электроны из плазмы уходят на катод нейтрализатор. Таким образом, потенциал плазмы в зависимости от стока электронов устанавливается в диапазоне от потенциала катода до потенциала, равного сумме потенциала катода и температуры электронов, выраженной в вольтах. Сток электронов происходит на обрабатываемую поверхность, потенциал которой несколько выше потенциала катода, но ниже потенциала плазмы. При потенциале поверхности, равном потенциалу плазмы, все электроны из плазмы, а следовательно, и с катода-нейтрализатора попадут на обрабатываемую поверхность. При потенциале поверхности ниже потенциала плазмы на температуру электронов, выраженную в вольтах, ток электронов на поверхность экспоненциально уменьшается. Следовательно, максимальный ток электронов на обрабатываемую поверхность равен практически току насыщения термоэмиссии катода-нейтрализатора.In the proposed method, due to the supply of a positive potential, a much higher temperature of the emitting surface of the cathode of the converter, expressed in volts, i.e. φ ≫
Figure 00000001
, the electrons emitted from the cathode cannot get on the grounded structural elements of the vacuum chamber. Electrons accumulate in a potential well created by the space charge of the ion beam. The plasma potential decreases to a value slightly higher than the potential applied to the cathode. Obviously, with a plasma potential higher than the cathode potential for the electron temperature, all thermoelectrons go into the plasma, and the electron current of the secondary plasma to the cathode is exponentially small. In this case, the electron flux into the plasma is maximum and is equal to the saturation current of thermionic emission. When the plasma potential is equal to the potential of the cathode, the thermal emission current is zero and all the electrons from the plasma go to the cathode of the converter. Thus, the plasma potential depending on the electron sink is set in the range from the cathode potential to the potential equal to the sum of the cathode potential and electron temperature, expressed in volts. Electron sink occurs on the treated surface, the potential of which is slightly higher than the cathode potential, but lower than the plasma potential. When the surface potential is equal to the plasma potential, all the electrons from the plasma, and therefore from the cathode-converter, will fall onto the surface to be treated. When the surface potential is lower than the plasma potential by the electron temperature, expressed in volts, the electron current to the surface decreases exponentially. Therefore, the maximum electron current to the surface to be treated is almost equal to the saturation current of thermal emission of the cathode-converter.

При токе пучка ионов на обрабатываемую поверхность, меньшем тока насыщения термоэмиссии, потенциал поверхности устанавливается выше потенциала, поданного на катод, и ниже потенциала плазмы. Потенциал, поданный на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора, должен быть выше нулевого потенциала заземленных элементов вакуумной камеры на величину, много большую температуры катода, выраженной в вольтах, т.е. φ ≫

Figure 00000002
. Это условие объясняется тем, что распределение термоэлектронов по энергиям максвелловское с температурой, равной температуре катода. Поэтому при φ ≥ 5
Figure 00000003
ток термоэлектронов на заземленные поверхности (порядка 1% тока насыщения термоэмиссии) уже экспоненциально мал, что достаточно для предлагаемого способа. Однако для бездефектной обработки необходимо выполнить условие φ < U, также с целью исключения запирания пучка ионов потенциалом обрабатываемой поверхности, необходимо чтобы е φ < Е.When the ion beam current to the treated surface is less than the saturation current of thermionic emission, the surface potential is set higher than the potential applied to the cathode and lower than the plasma potential. The potential applied to the emitting surface of the cathode-converter should be higher than the zero potential of the grounded elements of the vacuum chamber by an amount much higher than the cathode temperature expressed in volts, i.e. φ ≫
Figure 00000002
. This condition is explained by the fact that the energy distribution of thermoelectrons is Maxwellian with a temperature equal to the cathode temperature. Therefore, for φ ≥ 5
Figure 00000003
the current of thermoelectrons to grounded surfaces (about 1% of the saturation current of thermionic emission) is already exponentially small, which is sufficient for the proposed method. However, for defect-free processing, it is necessary to fulfill the condition φ <U, and also in order to exclude the blocking of the ion beam by the potential of the treated surface, it is necessary that e φ <E.

Электроны при таком способе управления потенциалом поверхности имеют небольшие энергии, порядка их температуры, следовательно, они не могут эффективно ионизировать газ в камере, электроны хаотизируются по направлениям и на обрабатываемую поверхность попадает однородный поток электронов. Ионизация в объеме не происходит, следовательно, отсутствуют медленные ионы, загрязняющие обрабатываемые мишени. Electrons with this method of controlling the surface potential have small energies of the order of their temperature, therefore, they cannot ionize the gas in the chamber efficiently, the electrons are randomized in directions and a uniform stream of electrons gets onto the surface being treated. Ionization in volume does not occur, therefore, there are no slow ions that pollute the processed targets.

Потенциал поверхности поддерживается автоматически вне зависимости от колебаний тока пучка, вида обрабатываемого материала на постоянном уровне, равном потенциалу, поданному на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора, с погрешностью не более температуры электронов вторичной плазмы. The surface potential is maintained automatically, regardless of the beam current fluctuations, the type of material being processed at a constant level equal to the potential applied to the emitting surface of the cathode-converter, with an error of not more than the temperature of the electrons of the secondary plasma.

Соотношение kT << e φ где φ потенциал, поданный на эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора, определяет условие, необходимое для предотвращения стока эмиттирующих электронов на заземленные конструктивные элементы вакуумной камеры. Для термокатодов функция распределения эмиттируемых электронов по энергиям близка к максвелловской, а их средняя энергия равна температуре катода. Поэтому при величине положительного потенциала эмиттирующей поверхности φ ≥ 5

Figure 00000004
величина тока электронов на заземленный электрод I составляет I ≅ Ioe-
Figure 00000005
Ioe-5≈ 0,01·Io (I0 величина тока эмиссии), что достаточно для реализации предлагаемого способа.The ratio kT << e φ where φ is the potential applied to the emitting surface of the cathode-converter determines the condition necessary to prevent the flow of emitting electrons to the grounded structural elements of the vacuum chamber. For thermal cathodes, the energy distribution function of emitted electrons is close to Maxwell’s, and their average energy is equal to the cathode temperature. Therefore, with the value of the positive potential of the emitting surface φ ≥ 5
Figure 00000004
the magnitude of the electron current to the grounded electrode I is I ≅ I o e -
Figure 00000005
I o e -5 ≈ 0.01 · I o (I 0 the value of the emission current), which is enough to implement the proposed method.

Способ реализуется следующим образом. В вакуумной камере размещают мишени и катод-нейтрализатор. Включают блок питания накала катода-нейтрализатора, устанавливают ток накала, необходимый для разогрева катода до температуры термоэмиссии с током насыщения термоэлектронов, превышающим ток пучка ионов. На эмиттирующую поверхность катода нейтрализатора подают положительный потенциал φ в диапазоне kT << e φ <Eφ < U. Включают источник ионов и ведут бомбардировку мишеней пучком положительных ионов. Потенциал обрабатываемой поверхности устанавливается на уровне выше потенциала, поданного на катод-нейтрализатор, на величину не более температуры электронов вторичной плазмы. Потенциал поверхности определяется экстраполяцией результатов зондовых измерений потенциала плазмы вблизи обрабатываемой поверхности. The method is implemented as follows. The target and the cathode-neutralizer are placed in a vacuum chamber. The power supply unit for the cathode-converter glow is turned on, the glow current necessary for heating the cathode to the temperature of thermionic emission with the saturation current of thermoelectrons exceeding the ion beam current is set. A positive potential φ in the range kT << e φ <Eφ <U is applied to the emitting surface of the cathode of the converter. The ion source is switched on and the targets are bombarded with a beam of positive ions. The potential of the treated surface is set at a level higher than the potential applied to the cathode-neutralizer, by no more than the electron temperature of the secondary plasma. The surface potential is determined by extrapolating the results of probe measurements of the plasma potential near the surface to be treated.

П р и м е р. Осуществляют травление диэлектрического слоя SiO2толщиной 0,1 мкм под маской фоторезиста кремниевой пластины, размещенной на заземленном подложкодержателе диаметром 100 мм.PRI me R. An etching of a dielectric layer of SiO 2 with a thickness of 0.1 μm is carried out under a photoresist mask of a silicon wafer placed on a grounded substrate holder with a diameter of 100 mm.

Откачивают камеру до давления 4.10-4 Па. Через многоканальный источник ионов напускают рабочий газ СF4 до получения в камере 6,5х10-2Па. С помощью блока питания включают катод-нейтрализатор в виде вольфрамовой нити толщиной 0,7 мм и длиной 30 мм. Устанавливают ток накала катода-нейтрализатора 30 А. На эмиттирующую поверхность катода-нейтрализатора подают относительно земли положительный потенциал величиной 3 В. В данном случае условие kT << e φ < E, φ < U выполняется с высокой точностью, так как при Т 2500 К

Figure 00000006
≃ 0,216В и еφ ≃ 14 кТ, также потенциал φ значительно ниже энергии ионов, выраженной в вольтах, и ниже потенциала пробоя пленки SiO2. Включают блок питания источника ионов. Получают пучок ионов с током пучка 100 мА и средней энергией 500 эВ, которым бомбардируют мишень. Потенциал поверхности находят экстраполированием результатов зондовых измерений потенциала плазмы вблизи обрабатываемой мишени. Также возможно определение потенциала поверхности диэлектрической мишени путем моделирования диэлектриков с помощью металлической незаземленной мишени и измерения электростатическим вольтметром потенциала этой мишени. Потенциал обрабатываемой мишени равен 5 В. При изменении потенциала, поданного на нить накала, в диапазоне от 2 до 40 В потенциал обрабатываемой поверхности изменяется от 4 до 42 В соответственно. Однородность травления по площади образца не ниже однородности плотности тока ионов по поперечному сечению ионного пучка. Какие-либо дефекты, связанные с загрязнением обрабатываемой поверхности и пробоями тонкой пленки SiO2, не наблюдаются.Pump the chamber to a pressure of 4 . 10 -4 Pa. Working gas CF 4 is injected through a multichannel ion source until 6.5x10 2 Pa is obtained in the chamber. Using a power supply include a cathode-neutralizer in the form of a tungsten filament 0.7 mm thick and 30 mm long. The glow current of the cathode-converter is set to 30 A. A positive potential of 3 V is applied to the emitting surface of the cathode-converter relative to the ground. In this case, the condition kT << e φ <E, φ <U is fulfilled with high accuracy, since at T 2500 K
Figure 00000006
≃ 0.216V and еφ ≃ 14 kT, also the potential φ is much lower than the ion energy expressed in volts and lower than the breakdown potential of the SiO 2 film. Turn on the power supply of the ion source. An ion beam with a beam current of 100 mA and an average energy of 500 eV is obtained, which bombard the target. The surface potential is found by extrapolating the results of probe measurements of the plasma potential near the target being processed. It is also possible to determine the surface potential of a dielectric target by modeling dielectrics using a metal grounded target and measuring the potential of this target with an electrostatic voltmeter. The potential of the target being processed is 5 V. When the potential applied to the filament is changed in the range from 2 to 40 V, the potential of the surface being treated changes from 4 to 42 V, respectively. The etching uniformity over the sample area is not lower than the uniformity of the ion current density over the cross section of the ion beam. Any defects associated with contamination of the treated surface and breakdowns of a thin film of SiO 2 are not observed.

Проведено также контрольное травление пластин кремния с использованием известного способа обработки. При этом имиттирующую поверхность катода-нейтрализатора заземляют, а параметры процесса травления аналогичны. Control etching of silicon wafers was also carried out using a known processing method. In this case, the imitating surface of the cathode-converter is grounded, and the etching process parameters are similar.

Результаты сравнения протравленных пластин показали следующее. The results of the comparison of the etched plates showed the following.

На 10% суммарной площади, подвергшейся обработке известным способом, неоднородность профиля травления, имеющая форму размытой тени от нити накала, превышает допустимые нормы (более 5%). Неоднородность обработки предлагаемым способом составляет величину менее 5% (что не является браком) и соответствует неоднородности плотности тока ионов по поперечному сечению пучка. For 10% of the total area subjected to processing in a known manner, the etching profile heterogeneity, which has the form of a blurred shadow from the filament, exceeds the permissible norms (more than 5%). The inhomogeneity of the treatment by the proposed method is less than 5% (which is not a defect) and corresponds to the heterogeneity of the ion current density over the beam cross section.

На 15% площади пластины, обработанной известным способом, обнаружены дефекты, связанные с электростатическими пробоями диэлектрического слоя SiO2, в основном локализованные в неоднородно обработанной области.Defects associated with electrostatic breakdowns of the dielectric layer of SiO 2 , mainly localized in a nonuniformly treated area, were detected on 15% of the area of a plate treated in a known manner.

Дефекты, связанные с загрязнением обрабатываемой поверхности и пробоями тонкой пленки окиси кремния, при травлении предлагаемым способом не наблюдаются. Defects associated with contamination of the treated surface and breakdowns of a thin film of silicon oxide during etching by the proposed method are not observed.

На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что предлагаемый способ обработки диэлектрических мишеней с управлением потенциала поверхности диэлектрических мишений повышает однородность травления и снижает вносимую дефектность обработки. Брак при обработке мишеней снижается на 10-15% Based on the experiments, we can conclude that the proposed method for processing dielectric targets with controlling the surface potential of dielectric targets increases the etching uniformity and reduces the introduced processing defect. Marriage during the processing of targets is reduced by 10-15%

Claims (1)

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МИШЕНЕЙ В ВАКУУМЕ, включающий бомбардировку мишеней ускоренным пучком положительных ионов и компенсацию заряда электронами катода-нейтрализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки за счет улучшения однородности обработки и снижения вносимой дефектности, на поверхность катода-нейтрализатора подают положительный потенциал φ(B), выбираемый из выражения
5 kТ ≅ eφ < E; φ < U,
где k постоянная Больцмана;
T температура эмиттирующей поверхности катода-нейтрализатора, К;
e заряд электрона;
E энергия ионов пучка, Дж;
U напряжение пробоя, В.METHOD FOR TREATING SURFACES OF DIELECTRIC TARGETS IN VACUUM, including bombardment of targets by an accelerated beam of positive ions and charge compensation by the cathode-neutralizer electrons, characterized in that, in order to improve the processing quality by improving the processing uniformity and reducing the introduced defect, a positive cathode-neutralizer is fed to the surface of the cathode potential φ (B) selected from the expression
5 kT ≅ eφ <E; φ <U,
where k is the Boltzmann constant;
T is the temperature of the emitting surface of the cathode-converter, K;
e is the charge of an electron;
E is the energy of the beam ions, J;
U breakdown voltage, V.
SU4346345 1987-12-21 1987-12-21 Dielectric targets surfaces vacuum treatment method RU1580852C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4346345 RU1580852C (en) 1987-12-21 1987-12-21 Dielectric targets surfaces vacuum treatment method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4346345 RU1580852C (en) 1987-12-21 1987-12-21 Dielectric targets surfaces vacuum treatment method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1580852C true RU1580852C (en) 1995-06-09

Family

ID=30440833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4346345 RU1580852C (en) 1987-12-21 1987-12-21 Dielectric targets surfaces vacuum treatment method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1580852C (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Данилин Б.С. и Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.108. *
Морозов А.И. Физические основы космических электрореактивных двигателей. - М.: Атомиздат, т.1, 1978, с.14. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6407399B1 (en) Uniformity correction for large area electron source
EP1111084B1 (en) Pretreatment process for plasma immersion ion implantation
US4873445A (en) Source of ions of the triode type with a single high frequency exitation ionization chamber and magnetic confinement of the multipole type
US4825087A (en) System and methods for wafer charge reduction for ion implantation
US5576538A (en) Apparatus and method for ion beam neutralization
Grigoriev et al. Broad beam source of fast atoms produced as a result of charge exchange collisions of ions accelerated between two plasmas
JPH0132627B2 (en)
JP6439620B2 (en) Electron source cleaning method and electron beam drawing apparatus
Gavrilov et al. Development of technological sources of gas ions on the basis of hollow-cathode glow discharges
JPH01220350A (en) Electrification suppression and particle beam radiating device using its device
JPS5843861B2 (en) Ion beam bombardment device
JPS5845892B2 (en) Sputter deposition equipment
JPS5842939B2 (en) Ion beam bombardment device
US5138169A (en) Method and apparatus for irradiating low-energy electrons
Livesay Large‐area electron‐beam source
RU1580852C (en) Dielectric targets surfaces vacuum treatment method
JPH0762989B2 (en) Electron beam excited ion source
Lossy et al. Characterization of a reactive broad beam radio‐frequency ion source
RU2817564C1 (en) Fast atom source for dielectric etching
CN112955995A (en) Tetrahydrogen/argon plasma chemical for enhancing the productivity of ion implantation
RU2817406C1 (en) Fast atom source for uniform etching of flat dielectric substrates
US20240014022A1 (en) Apparatus and method
Berni et al. Experimental results of a dc glow discharge source with controlled plasma floating potential for plasma immersion ion implantation
Hamagaki et al. Potential profiles in an electron-beam-excited plasma
JPS6134844A (en) Irradiation system of neutral fine beam