Follow us
Startseite > Nachrichten > Inhalt
WAS IST ION FRÄSEN
Apr 19, 2018

WAS IST ION FRÄSEN?


Ionenfräsen ist eine physikalische Ätztechnik, bei der die Ionen eines Inertgases (typischerweise Ar) von einer Breitstrahlionenquelle in die Oberfläche eines Substrats (oder beschichteten Substrats) im Vakuum beschleunigt werden, um Material bis zu einer gewünschten Tiefe oder Unterschicht zu entfernen . Es wird leicht als "atomares Sandstrahlen" oder genauer "ionisches Sandstrahlen" sichtbar gemacht.

Prozessdruckbereich

Die Vakuumpegel liegen typischerweise am unteren Ende des 10-4 Torr-Bereichs, wo der mittlere freie Weg (MFP) länger ist als der Abstand zwischen der Ionenquelle und dem Substrat. Der MFP ist die durchschnittliche Entfernung, die ein Atom, Ion oder Molekül in einer Vakuumkammer zurücklegen kann, bevor es mit einem anderen Partikel kollidiert, wodurch seine Richtung in gewissem Maße gestört wird. Dieser Druckbereich entspricht auch dem engen Betriebsdruckbereich für typische Breitstrahlionenquellen (1 · 10 & supmin; & sup4; Torr bis 5 · 10 & supmin; & sup4; Torr). Unterhalb dieses Bereichs kann die Ionenstrahlquelle kein Plasma (die Ionenquelle) aufrechterhalten.

Energieübertragung

Das kontinuierliche Bombardement des Substrats durch Ionen führt zur Umwandlung von kinetischer in Wärmeenergie und anschließendes Erhitzen des Substrats. Häufig ist eine Substratkühlung erforderlich, um Schäden zu vermeiden. Ein Teil der kinetischen Energie der einfallenden Ionen führt dazu, dass die Atome der Substratoberseite / Atomcluster / Moleküle / Sekundärionen von der Oberfläche weggetrieben werden. Das Erwärmen des Substrats oder das Aufheizen im Vakuum aufgrund des Prozesses selbst kann tatsächlich die Ätzrate beschleunigen, da das Substratheizen Energie zu den Oberflächenpartikeln hinzufügt, wodurch sie mit weniger einfallender kinetischer Energie ausgestoßen werden können. Dies kann auch unerwünscht sein, da es eine außer Kontrolle geratene Bedingung ist.

Einfallsstrahlwinkel

Ein Einfallswinkel von 30º bis 60º erhöht signifikant die Ätzrate gegenüber dem normalen Einfall. Abhängig vom Material kann die Ratenerhöhung bis zu 50% betragen.

Sims Endpunkterkennung

Bild

Die Sekundärionen, die von den Materialschichten auf der Substratoberfläche kommen, können in-situ analysiert werden, um die Ankunft an einer spezifischen Unterschicht zu bestimmen. Diese "Endpunkt" -Erfassungstechnik wird SIMS (Sekundärionen-Massenspektroskopie) genannt.


Ein Detektor ist nahe der Substratoberfläche angebracht, um diese geladenen Partikel aufzunehmen, wenn sie von der Oberfläche geätzt werden und ihre relative Intensität bestimmen. Zum Beispiel: Ein Si-Wafer wird mit 100 nm SiO2 und dann 100 nm Cu beschichtet.

Die Oberseite des Cu ist mit einer Photolackmaske gemustert, die so gestaltet ist, dass sie eine Anordnung von Cu-Punkten hinterlässt. Wenn das Ionenmahlen beginnt, werden sekundäre Cu-Ionen durch den SIMS-Detektor als eine signifikante Intensität aufweisend detektiert. Wenn der Mahlprozess beginnt, durch die Cu-Deckschicht und in das SiO2 zu stanzen, beginnt die Intensität von Cu zu sinken und die Anwesenheit von SiO2 wird zuerst detektiert und beginnt dann wesentlich anzusteigen. Schließlich ist die Cu-Intensität minimal und die SiO2-Intensität ist signifikant. Wo der "Endpunkt" sein sollte, hängt von der gewünschten Struktur ab. Im Fall des Cu-Punkt-Arrays wäre es typischerweise, wenn das Cu ein Minimum erreicht hat und nicht mehr abnimmt, was anzeigt, dass nur die Seiten der Cu-Punkte zu der Cu-Intensitätszählung beitragen.

Breite Strahlquellen


Gitter-DC-Ionenquellen

Bild

Diese Quellen sind im Grunde genommen zwei verschachtelte Zylinder mit einem gemeinsamen offenen Ende. Am geschlossenen Ende wird Prozessgas (Ar) in die Nähe eines Glühfadens geleitet, der durch thermionische Emission Elektronen erzeugt. Diese Elektronen ionisieren wiederum einige der Ar-Gasatome.

Das offene Ende des Zylinders ist mit sorgfältig ausgerichteten, komplementären, elektrisch isolierten Gittern (typischerweise Mo, W oder Graphit) versehen. Ionen werden von dem schwebenden, inneren "Schirmgitter" angezogen und werden es durchdringen, das ein kleines negatives Potential entwickeln wird, das gleiche wie das Plasmapotential. Wenn sie am Schirmgitter ankommen, werden einige Ionen durch die Löcher des Schirmgitters hindurchgehen. Sobald diese Ionen das Schirmgitter passieren, passieren sie sofort ein ausgerichtetes Loch im äußeren "Beschleuniger" -Gitter, das ein hohes positives Potential aufweist, wodurch sie mit hoher Energie (z. B. 600 eV) von der Quelle weg beschleunigt werden.


Typischerweise ist der innere Zylinder (die Anode) ebenfalls auf einem niedrigeren positiven Potential, um Sputtern zu verhindern, während eine Mehrfachmagnetanordnung verwendet wird, um die Ionisierungseffizienz zu erhöhen.


Wenn die Ionen in der Richtung des Substrats beschleunigt werden, stoßen sie sich ab, da sie hauptsächlich positive Ionen sind. Infolgedessen divergiert der Strahl, je weiter er sich von der Quelle entfernt. Je niedriger die Strahlenergie ist, desto größer ist der Divergenzwinkel und umgekehrt. Ein Neutralisierungsfaden wird verwendet, um dem Strahl eine gleiche Anzahl von Elektronen hinzuzufügen, um die Divergenz zu minimieren und eine Substratladung zu verhindern. Ein typischer Neutralisierungsstrahl von einer Quelle mit flachen Gittern hat einen Divergenzwinkel von ungefähr 6º-7º. Konkave Gitter können verwendet werden, um diese Divergenz zu kompensieren oder den Strahl zu fokussieren. Alternativ können konvexe Gitter verwendet werden, um einen Strahl mit einem breiteren Divergenzwinkel zu erzeugen, um die Gleichmäßigkeit über eine größere Fläche zu verbessern


blob.png

blob.png

Ein paar: Wie funktioniert das SLA?

Der nächste streifen: GLOSSAR Für den Prototyp