WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Рис. 3. Схема экспериментальной установки: 1 - рабочая камера, 2 - подложкодержатель, 3 - ионный источник, 4 - натекатели, 5 - карусель, 6 магнетрон, 7 - смотровое окно, 8 - технологический подложкодержатель Для проведения процесса травления был выбран пучковый источник ионов «Радикал М-100» (рис.4).

Рис.4. Ионный источник «Радикал М-100»: 1 - ионный источник, 2 – натекатель В третьей главе приведено описание устройства для утилизации хлорсодержащих газов, разработанное на базе магнетрона, предназначенного для очистки аргона магнетронным разрядом. Для более эффективной утилизации атомарного и молекулярного хлора был спроектирован и изготовлен новый магнитный узел (рис.5).

2 Рис.5. Магнитный узел:1 - магнитопровод, 2 - магниты, 3 - магнитопровод, 4 - корпус, 5 – мишень Магнитопровод (1) изготовлен из шестигранника с размером под ключ 36, длиной 80 мм, на трех его гранях через одну расположены шесть магнитов (2) из сплава 200 МСА-1 (неодим-железо-бор) размерами 12840 (12 мм - высота, 8 мм - ширина, 40 мм - длина). На остальных гранях симметрично относительно середины расположены три таких же магнита по одному на грань. На торцы шестигранника устанавливаются два концевых магнитопровода (3). Магнитный узел расположен в корпусе из нержавеющей стали (4). Мишень (5) надевается на корпус. На поверхности мишени данным магнитным узлом обеспечивается индукция магнитного поля 0.085 - 0.095Тл.

Эффективность утилизации рассчитывалась по формуле К=А0/Авч·100%, где А0 –интенсивность регистрируемой массы без подачи ВЧ мощности, Авч - интенсивность регистрируемой массы при работе магнетрона и представлена в табл.1. Для проведения анализа спектра радикалов, образующихся при работе устройства, был разработан вакуумный пост на базе турбомолекулярного насоса ТМН - 500 и форвакуумного насоса 2 НВР - 5ДМ. Разработанный пост обеспечивал предельный вакуум в анализаторе масс-спектрометра МХ - 7304 10-5 Па.

Эффективность утилизации табл.Эффективность утилизации, % Cu Nb Mo Ti Сталь Al 12X 18H 10T 35 Cl 0.5 70 20 95 64 60 0.9 80 40 95 78 70 47 CCL 0.5 89 90 95 80 73 0.9 95 95 97 86 77 82 CCl2 0.5 95 95 96 88 90 0.9 98 98 97 95 95 117 CCl3 0.5 96 96 96 95 94 0.9 98 98 98 98 97 Показано, что наиболее эффективно процесс утилизации (95-98%) происходит при использовании мишени из молибдена.

При этом, учитывая, что рабочее давление утилизатора (основной узел которого ВЧ - магнетрон) составляет 0,2 - 10 Па, его можно располагать между реактором и высоковакуумным насосом. Это обеспечит не только утилизацию, но и защиту откачных средств.

Описано оборудование и методика для замера скорости травления кварца и шероховатости его поверхности. Приведена методика использования микроинтерферометра МИИ - 4 в комплексе с монохроматором, увеличивающая точность замера толщины слоя.

В четвертой главе рассмотрено травление кварца в различных газах.

Проведено моделирование процессов травления кварца с использованием комплекса универсальных программ расчета параметров многокомпонентных гетерогенных термодинамических систем, разработанных в МВТУ им. Баумана.

Моделирование процессов разложения показало, что концентрация радикалов хлора Cl2* и Cl* пропорциональна температуре и имеет оптимум Радикал Мощность мая масса Регистрируе разряда, кВт при определенном давлении. Эффективность генерации радикалов хлора Cl2* и Cl* при разложении CCl4 в 2-3 раза выше, чем при разложении SiCl4.

Моделирование разложения CCl4 выявило также образование конденсированной фазы углерода, концентрация которого растет пропорционально росту температуры.

Экспериментальная проверка проводилась на описанном во второй главе оборудовании. Была исследована зависимость скорости травления кварца от рабочих режимов при использовании CF4, SF6, CHF3, CCl4 и SiCl4 и твердотельного источника фтора. В плазме данные газы разлагаются с образованием радикалов фтора F и Cl, вступающих в реакцию с кварцем с образованием летучих соединений четырехфтористого кремния SiF4 или четыреххлористого кремния SiCl4 (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость скорости травления кварцевого стекла от давления при N=200 Вт: a - SF6; b - CFИспользуя режим травления кварца без сканирования, были получены углубления 150 мкм диаметром 4 мм. В качестве маски использовалась кварцевая пластина с отверстием. Процесс носит воспроизводимый характер, обладает высокой анизотропностью. Отклонение стенок от вертикали не обнаружено.

На основании полученных данных разработано устройство для обработки подложек в вакууме (рис.7).

В камере расположен электрод подложкодержатель, установленный на изоляторе. Под электродом расположена магнитная система, содержащая наружный и внутренний магниты. Система вращается валом. Заземленный электрод с кольцевым выступом установлен в крышке камеры, с возможностью перемещения по вертикали и фиксируется гайкой.

В данном устройстве при травлении кварца в СНF3 скорость травления составила 8 мкм в минуту.

Рис. 7. Устройство ионного и реактивно ионного травления: 1 - камера, 2 - подложкодержатель, 3 - изолятор, 4 - магнитная система, 5 - наружные магниты, 6 - внутренние магниты, 7 - привод вращения, 8 - заземленный электрод, 9 - кольцевой выступ, 10 - крышка камеры, 11 - фиксирующая гайка, 12 - натекатель рабочего газа, 13 - подложки При ионно-лучевом травлении кварца в аргоне высокие скорости наблюдались в присутствии твердотельного источника химически-активных частиц (фторопласта-4). Влияние фторопласта на скорости травления объясняется следующим. Фторопласт - 4 – полимерное соединение, состоящее из цепочек (–СF2–CF2–)n. Эти цепочки под действием высокоэнергетичных ионов, ускоренных ионным источником, способны разрушаться. При этом происходит высвобождение атомарного фтора и образование его радикалов (F*), вступающих в реакцию с кварцем с образованием четырёхфтористого кремния SiF4. Поэтому, кроме чисто ионной составляющей травления в аргоне, у процесса появилась реактивная составляющая, что дало увеличение скорости в 1,7 – 2,8 раза (рис.8).

Рис.8. Зависимости скорости травления SiO2 в Ar от давления при U=1 кВ:

1 - образец на фторопласте, 2 - образец на алюминии Оптимальные режимы, обеспечивающие высокие скорости травления кварца ионным источником «Радикал М-100», следующие:

1) травление в SiCl4: рабочее давление - 1,2·10-1 Па, ускоряющее напряжение - 1,5 кВ, ток разряда - 110 мA, скорость травления - 61 нм/мин;

2) травление в CCl4: рабочее давление - 1,4·10-1 Па, ускоряющее напряжение - 1,5 кВ, ток разряда - 160 мA, скорость травления - 158 нм/мин, оптимальная концентрация О2 в CCl4 - 20 %;

3) травление в CF4: рабочее давление - 1·10-1 Па, ускоряющее напряжение -1,25 кВ, ток разряда - 170 мA, скорость травления - 220 нм/мин, оптимальная концентрация О2 в CF4 - 30 %;

4) травление кварца в аргоне в присутствии твердотельного источника химически-активных частиц (фторопласта-4): рабочее давление - 2·10-1 Па, ускоряющее напряжение - 1 кВ, ток разряда - 170 мA, скорость травления - 73 нм/мин, оптимальная концентрация О2 в CF4 - 10 %.

Скорости травления в CF4 оказались выше, чем скорости травления в CClв 2 - 2,5 раза, а по сравнению с ионно-лучевым травлением в аргоне - в 12 - 15 раз (рис. 9).

Рис.9. Зависимость скорости травления кварца от рабочего давления в камере при постоянном U=1.5кВ: 1 - CCl4, 2 - SiCl4, 3 - Ar Скорость травления SiO2 радикалами хлора ниже, чем радикалами фтора из-за более низкой химической активности хлора.

В пятой главе рассмотрено влияние ионно-плазменной и ионно-лучевой обработки кварца на его шероховатость. Для анализа поверхности подложек использовался метод атомно - силовой микроскопии (АСМ). Типичные АСМ - изображения поверхности кварца до (а) и после (б) обработки представлены на рис.10.

nm a) nm 18 0 б) Рис.10 АСМ - изображения поверхности кварца до (а) и после (б) обработки При ИЛТ в аргоне происходит улучшение параметров шероховатости поверхности кварца на 75%.

При реактивном ионно-лучевом травлении в SiCl4 и CCl4 наблюдается увеличение параметров шероховатости по сравнению с исходными образцами на 80%.

Метод ионно-плазменной обработки является более перспективным. В среде кислорода достигнуто уменьшение шероховатости в 5 раз, в среде аргона - в 3 раза (рис.11).

Рис.11. Зависимость изменения шероховатости от рабочей мощности (Рраб = 1 Па, t = 300 c): 1 – Ar, 2 - ОШероховатость является техническим параметром, характеризующим гладкость поверхности. На рис. 12 приведены зависимости фрактальной размерности D от рабочей мощности ВЧ - разряда в среде аргона и кислорода. Фрактальная размерность имеет ряд преимуществ перед амплитудными параметрами: у идеальной поверхности она равна 2.0 и увеличивается с ростом шероховатости.

С увеличением мощности ВЧ - разряда фрактальная размерность при ионно-плазменной обработке уменьшается (рис. 12), что показывает улучшение параметров шероховатости поверхности. Расчёт фрактальной размерности проводился по озёрному алгоритму.

Рис. 12. Зависимость изменения фрактальной размерности D от рабочей мощности Рраб (Вт) и среды травления: 1 - О2 ; 2 – Ar В заключении сформулированы основные научные результаты работы:

1. Разработана конструкция и схема расположения катодного и анодного узлов, обеспечивающие высокие скорости ионного и реактивно-ионного травления различных материалов.

2. Разработано устройство для утилизации хлорсодержащих газов и (или) изменения состава рабочего газа. Наиболее эффективно (95-98 %) утилизация происходит при использовании мишени из молибдена.

3. Оптимальные режимы реактивного ионно-лучевого травления кварца в хлорсодержащих газах, обеспечивающие высокие скорости травления:

травление в SiCl4: давление - 1,2·10-1 Па, ускоряющее напряжение - 1,5 кВ, ток разряда - 110 мA, скорость травления - 61нм/мин;

травление в смеси CCl4 и О2: рабочее давление - 1,4·10-1 Па, ускоряющее напряжение - 1,5 кВ, ток разряда - 160 мA, скорость травления -нм/мин, оптимальная концентрация О2 в CCl4 - 20 %;

4. Использование твердотельного источника фтора при ионно-лучевом травлении кварца дает увеличение скорости травления в 1,7 – 2,8 раза.

5. Определены режимы ионно-плазменной обработки, обеспечивающие уменьшение шероховатости кварца в 5 раз: мощность разряда - 300 Вт, давление - 1 Па, среда - О2.

Список основных публикаций по теме диссертации 1. Ветошкин В.М., Васюта О.К., Крылов П.Н., Алалыкин С.С. Локальное высокочастотное магнетронное реактивно-ионное травление кварца.

//Приборы и техника эксперимента, 2002, №6, С. 123-126.

2. Ветошкин В.М., Крылов П.Н, Данилов А.А. Использование высокочастотного магнетронного разряда для утилизации хлорсодержащих газов. //Приборы и техника эксперимента. 2003, № 4. С.

134-137.

3. Ветошкин В.М., Крылов П.Н., Алалыкин А.С. Исследование процессов ионно-лучевого и реактивного ионно-лучевого травления плавленого кварца. //Вакуумная техника и технология, 2005, Т. 15. №3. С. 239-246.

4. Ветошкин В.М., Крылов П.Н. Влияние обработки низкоэнергетическими ионами на шероховатость подложек из ситалла, поликора, кварца.// Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.

2008, №10. С. 57-59.

5. Ветошкин В.М., Крылов П.Н., Романов Э. А. Исследование влияния режимов ионно-плазменной обработки на шероховатость подложек из кварца, поликора и ситалла. //Вакуумная техника и технология, 2008, Т.18. № 2. С. 81-86.

6. Ветошкин В.М., Крылов П.Н. Особенности ионно-лучевого травления кварца в среде хлорсодержащих газов. //Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2009, № 1. С. 93-95.

7. Акашкин А.С., Ветошкин В.М., Печенкин Н.Е. Устройство для обработки подложек в вакууме. Автор. свид.№1665858 С23С 14/34 зарегистр. 22. 03.

1991.

8. Ветошкин В.М.,, Крылов П.Н., Шинкевич М.В Особенности ионнолучевого травления кварца и кремния в среде хлорсодержащих газов.

//Вестник УдГУ, сер. "Физика". 2007, №4. С. 67-76.

9. Акашкин А.С., Ветошкин В.М., Печенкин Н.Е. Особенности ВЧ магнетронного травления кварцевого стекла. //Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара «Низкотемпературные технологические процессы в электронике». Ижевск. 1990, С. 101.

10. Акашкин А.С., Ветошкин В.М., Перевозчиков Б.Н., Мартынова Т.Н.

Утилизация продуктов плазмохимических реакций. Материалы Международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии. Рига. 1994, С. 9.

11. Ветошкин В.М., Крылов П.Н. Высокоскоростное ВЧ - магнетронное реактивно-ионное травление кварца. //Труды IV Международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом». Минск.

2001, С. 87.

12. Ветошкин В.М., Крылов П.Н. Травление кварца и кремния в среде SiCl4,CCl4 //Тезисы докладов научной конференции с международным участием «75 лет высшему образованию в Удмуртии». Ижевск. 2006, С.

48.

13. Ветошкин В.М., Крылов П.Н., Шинкевич М.В. Влияние ионно-лучевой обработки на шероховатость поверхности подложек. //Тезисы докладов научной конференции с международным участием «75 лет высшему образованию в Удмуртии». Ижевск. 2006, С. 47.

14. Ветошкин В.М., Крылов П.Н. Влияние обработки низкоэнергетическими ионами на шероховатость подложек из ситалла, поликора кварца //Труды 18 международной конференции ВИП-2007. М., 2007, Т.1. С. 127-129.

15. Ветошкин В.М., Крылов П.Н. Особенности ионно-лучевого травления кварца в среде хлорсодержащих газов //Труды 18 международной конференции ВИП-2007. М., 2007, Т.1. С. 130-132.

Подписано в печать 25.11.09. Формат 60 х 84 1 16.

Печать лазерная. Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,Тираж 100 экз. Заказ № Отдел оперативной полиграфии ООО “Знак-Ижевск”.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»