eng
Выпуск #6/2010
В.Одиноков, Г.Павлов, Э.Руденко,В.Семенюк, В.Сологуб, К.Шамрай
Вакуумно-технологическое оборудование с магнитоактивированными ионно-плазменными реакторами
Вакуумно-технологическое оборудование с магнитоактивированными ионно-плазменными реакторами
Просмотры: 2538
В ОАО “НИИ точного машиностроения” (Москва)1 разработан комплекс многофункционального вакуумно-технологического оборудования для прецизионного формирования наноструктур в технологии приборов нано- и субмикронной микроэлектроники и микромеханики. Оборудование оснащено перспективными ионно-плазменными реакторами, разработанными в Институте металлофизики НАН Украины (Киев)2 и в Институте ядерных исследований НАН Украины (Киев)3.
Теги: ion-plasma reactors large-diameter wafer treatment nano- and submicron electronics vacuum process equipment вакуумно-технологического оборудования ионно-плазменный реактор обработки пластин большого диаметра технологии нано- и субмикронной микроэлектроники
Комплект оборудования предназначен для прецизионного размерного травления материалов нано- и микроэлектроники, в том числе алмазоподобных пленок, которые не образуют летучих соединений с реактивными газами; низкотемпературного формирования регулярных нанокластеров металла-катализатора для последующего выращивания в едином вакуумно-технологическом цикле пространственно-ориентированных углеродных наноструктур, в том числе нанотрубок. Основу оборудования составляют уникальные гибридные ионно-плазменные реакторы на основе геликонного ICP-источника, дополненного плазменно-дуговым ускорителем (ПДУ) или ВЧ-магнетроном.
Отличительная особенность разработанных разрядных систем заключается в том, что в них воздействие на подложку и массоперенос осуществляются заряженной компонентой плазмы. Это обеспечивает возможность регулировки в широком диапазоне плотности и энергии потока ионов, а также их пространственного распределения. В результате появляется возможность для разработки новых технологических процессов с эффективным управлением параметров.
Создание предложенных гибридных ионно-плазменных реакторов на основе геликонного ICP-источника и/или плазменно-дугового ускорителя (ПДУ) и/или ВЧ-магнетрона стало возможно благодаря совместимости разрядных систем по рабочему давлению и близкой плотности потоков ионов на подложку, генерируемых плазмообразующим газом ICP-источника и материалом расходных электродов (2–5 мА/см2) и их энергиями (20–200 эВ). Это обеспечивает также возможность управления потоками магнитных полей, создаваемых унифицированными соленоидальные магнитными системами с источниками питания и управления.
Установка с комбинированной двухразрядной плазменной системой, в реакторе которой формируются геликонный и ВЧ магнетронный разряды (внешний вид представлен на рис.1), обеспечивает прецизионное травление наноразмерных структур изделий нано- и микроэлектроники, в том числе на пластинах увеличенного диаметра.
В предлагаемой системе возможна генерация плазменных потоков с плотностью ионной компоненты до 20–30 мА/см2 и с независимо регулируемой энергией ионов в диапазоне 20–200 эВ. Управление энергией ионов в потоке плазмы обеспечивается изменением напряженности магнитного поля, скрещенного с электрическим ВЧ- полем в области электродного ВЧ-разряда, за счет управления балансом потоков электронов и ионов на разрядные электроды. Высокая плотность плазмы в геликонном источнике, превышающая 1012/см3, обеспечивает высокую скорость генерации химически активных радикалов реактивного газа.
Этот фактор, а также широкий диапазон независимого регулирования параметров ионного потока на обрабатываемое изделие позволяют без смены источников реализовать в одной гибридной разрядной плазменной системе ряд технологических процессов, в том числе плазмохимическое и реактивно-ионное травление, с преобладанием физического распыления материалов, когда не образуются летучие соединения с компонентами реактивных газов.
Одной из отличительных особенностей рассмотренных систем, включающих в свой состав геликонный источник плазмы, является возможность управления распределением плотности плазменного потока на большом расстоянии от плоского индуктора этого источника до подложкодержателя с обрабатываемым изделием посредством изменения конфигурации и величины магнитных полей.
На рис.2 показан плазменный поток, формируемый геликонным источником в обычном режиме объемного разряда (а) и в режиме вторичного разряда, так называемой “плазменной колонны” (б). Это делает особо перспективным использование данной системы при обработке изделий большого диаметра. В частности, проведенные эксперименты позволяют прогнозировать возможность обработки изделий диаметром не менее 450 мм с высокой степенью равномерности по площади изделия.
Технологические процессы в разработанной установке контролируются автоматически встроенным малогабаритным оптическим спектрометром.
В результате разработанная плазменная система может найти широкое применение как в технологии субмикронной микроэлектроники, так и при прецизионной размерной обработке материалов наноэлектроники.
В гибридном реакторе (рис.3) плазменная система сформирована на основе геликонного источника и плазменно-дугового ускорителя. Такая система позволяет осуществлять формирование регулярных нанокластерных образований атомарного масштаба, а также выращивание углеродных нанотрубок при CVD-процессах и при непосредственном плазменно-дуговом нанесении углерода из расходуемого графитного электрода. Размеры наноструктурных образований и их периодичность контролируются выбором режимов работы ПДУ и изменяются от единиц до десятков нанометров (рис.4).
Характерной особенностью разработанной плазменной системы при ее использовании в установке для нанесения различных покрытий является возможность сепарации (отсекания) капельной фазы наносимого материала за счет управления потоком заряженной компоненты из распыляемого катода. Эта возможность обеспечивается конструкцией управляющих магнитных катушек, входящих в состав ПДУ, а также формой и величиной магнитных полей, формируемых этими катушками. На рис.5 показаны режимы работы ПДУ с поворотом потока материала на 70° (а) и 90° (б). Кроме того, в разработанной установке с гибридным реактором в процессе создания покрытий возможно одновременно проводить очистку поверхности наносимых слоев, реализуемой посредством плазменного потока, генерируемого геликонным источником плазмы.
Комплекс вакуумно-технологического оборудования выпускается в двух модификациях – в варианте полномасштабного оборудования для серийного производства изделий наноэлектроники и микромеханики с возможностью встраивания в “чистую” зону и в малогабаритном “настольном” исполнении для обучения специалистов высокой квалификации, разработки новых технологических процессов и мелкосерийного производства наноприборов.
Авторы выражают признательность М.Тузову, ведущему специалисту НИИТМ, за активное и квалифицированное участие в подготовке настоящей статьи.
Литература
Шпак А., Руденко Э., Короташ И., Семенюк В., Шамрай К., Одиноков В., Павлов Г., Сологуб В. Плазменный источник низкотемпературного формирования нанокластеров металла-катализатора. – Наноиндустрия, 2009, № 4,
с.12–15.
Shamrai K. P., Shinohara S., Virko V. F., Slobodyan V. M., Virko YuV. and Kirichenko G. S. Wave stimulated phenomena in inductively coupled magnetized plasmas. – Plasma Phys. Control. Fusion., 2005, v.47, №5A, р.A307–315.
Kanzel V. V., Rakhovskii V. I. VI Int. Symposium on discharges and electrical insulation in vacuum (Swansea, England, 1974).
Одиноков В.В., Павлов Г. Я. Комплект вакуумного оборудования для микро- и нанотехнологий. – Электронная промышленность, 2008, № 3, с.64–70.
Отличительная особенность разработанных разрядных систем заключается в том, что в них воздействие на подложку и массоперенос осуществляются заряженной компонентой плазмы. Это обеспечивает возможность регулировки в широком диапазоне плотности и энергии потока ионов, а также их пространственного распределения. В результате появляется возможность для разработки новых технологических процессов с эффективным управлением параметров.
Создание предложенных гибридных ионно-плазменных реакторов на основе геликонного ICP-источника и/или плазменно-дугового ускорителя (ПДУ) и/или ВЧ-магнетрона стало возможно благодаря совместимости разрядных систем по рабочему давлению и близкой плотности потоков ионов на подложку, генерируемых плазмообразующим газом ICP-источника и материалом расходных электродов (2–5 мА/см2) и их энергиями (20–200 эВ). Это обеспечивает также возможность управления потоками магнитных полей, создаваемых унифицированными соленоидальные магнитными системами с источниками питания и управления.
Установка с комбинированной двухразрядной плазменной системой, в реакторе которой формируются геликонный и ВЧ магнетронный разряды (внешний вид представлен на рис.1), обеспечивает прецизионное травление наноразмерных структур изделий нано- и микроэлектроники, в том числе на пластинах увеличенного диаметра.
В предлагаемой системе возможна генерация плазменных потоков с плотностью ионной компоненты до 20–30 мА/см2 и с независимо регулируемой энергией ионов в диапазоне 20–200 эВ. Управление энергией ионов в потоке плазмы обеспечивается изменением напряженности магнитного поля, скрещенного с электрическим ВЧ- полем в области электродного ВЧ-разряда, за счет управления балансом потоков электронов и ионов на разрядные электроды. Высокая плотность плазмы в геликонном источнике, превышающая 1012/см3, обеспечивает высокую скорость генерации химически активных радикалов реактивного газа.
Этот фактор, а также широкий диапазон независимого регулирования параметров ионного потока на обрабатываемое изделие позволяют без смены источников реализовать в одной гибридной разрядной плазменной системе ряд технологических процессов, в том числе плазмохимическое и реактивно-ионное травление, с преобладанием физического распыления материалов, когда не образуются летучие соединения с компонентами реактивных газов.
Одной из отличительных особенностей рассмотренных систем, включающих в свой состав геликонный источник плазмы, является возможность управления распределением плотности плазменного потока на большом расстоянии от плоского индуктора этого источника до подложкодержателя с обрабатываемым изделием посредством изменения конфигурации и величины магнитных полей.
На рис.2 показан плазменный поток, формируемый геликонным источником в обычном режиме объемного разряда (а) и в режиме вторичного разряда, так называемой “плазменной колонны” (б). Это делает особо перспективным использование данной системы при обработке изделий большого диаметра. В частности, проведенные эксперименты позволяют прогнозировать возможность обработки изделий диаметром не менее 450 мм с высокой степенью равномерности по площади изделия.
Технологические процессы в разработанной установке контролируются автоматически встроенным малогабаритным оптическим спектрометром.
В результате разработанная плазменная система может найти широкое применение как в технологии субмикронной микроэлектроники, так и при прецизионной размерной обработке материалов наноэлектроники.
В гибридном реакторе (рис.3) плазменная система сформирована на основе геликонного источника и плазменно-дугового ускорителя. Такая система позволяет осуществлять формирование регулярных нанокластерных образований атомарного масштаба, а также выращивание углеродных нанотрубок при CVD-процессах и при непосредственном плазменно-дуговом нанесении углерода из расходуемого графитного электрода. Размеры наноструктурных образований и их периодичность контролируются выбором режимов работы ПДУ и изменяются от единиц до десятков нанометров (рис.4).
Характерной особенностью разработанной плазменной системы при ее использовании в установке для нанесения различных покрытий является возможность сепарации (отсекания) капельной фазы наносимого материала за счет управления потоком заряженной компоненты из распыляемого катода. Эта возможность обеспечивается конструкцией управляющих магнитных катушек, входящих в состав ПДУ, а также формой и величиной магнитных полей, формируемых этими катушками. На рис.5 показаны режимы работы ПДУ с поворотом потока материала на 70° (а) и 90° (б). Кроме того, в разработанной установке с гибридным реактором в процессе создания покрытий возможно одновременно проводить очистку поверхности наносимых слоев, реализуемой посредством плазменного потока, генерируемого геликонным источником плазмы.
Комплекс вакуумно-технологического оборудования выпускается в двух модификациях – в варианте полномасштабного оборудования для серийного производства изделий наноэлектроники и микромеханики с возможностью встраивания в “чистую” зону и в малогабаритном “настольном” исполнении для обучения специалистов высокой квалификации, разработки новых технологических процессов и мелкосерийного производства наноприборов.
Авторы выражают признательность М.Тузову, ведущему специалисту НИИТМ, за активное и квалифицированное участие в подготовке настоящей статьи.
Литература
Шпак А., Руденко Э., Короташ И., Семенюк В., Шамрай К., Одиноков В., Павлов Г., Сологуб В. Плазменный источник низкотемпературного формирования нанокластеров металла-катализатора. – Наноиндустрия, 2009, № 4,
с.12–15.
Shamrai K. P., Shinohara S., Virko V. F., Slobodyan V. M., Virko YuV. and Kirichenko G. S. Wave stimulated phenomena in inductively coupled magnetized plasmas. – Plasma Phys. Control. Fusion., 2005, v.47, №5A, р.A307–315.
Kanzel V. V., Rakhovskii V. I. VI Int. Symposium on discharges and electrical insulation in vacuum (Swansea, England, 1974).
Одиноков В.В., Павлов Г. Я. Комплект вакуумного оборудования для микро- и нанотехнологий. – Электронная промышленность, 2008, № 3, с.64–70.
Отзывы читателей
