Устройство для плазмохимического травления

Авторы патента:

Челапкин Данил Геннадьевич (RU)

Белецкий Владимир Евгеньевич (RU)

H01L21/3065 - плазменное травление; ионное травление

Владельцы патента RU 2529633:

Общество с ограниченной ответственностью "ЭСТО-Вакуум" (RU)

Изобретение относится к устройствам для генерирования плазмы высокой плотности и может быть использовано для травления изделий микроэлектроники. Устройство для плазмохимического травления содержит вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты и подложкодержатель с обрабатываемым изделием. Генератор соединен высокочастотным кабелем через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, размещенной в вакуумной камере. Подложкодержатель взаимодействует через дополнительное устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты. Согласующее устройство связано со спиральной антенной посредством полого вала, входящего в вакуумную камеру через вакуумный ввод вращения. На конце вала жестко закреплен полый рычаг. К полому рычагу прикреплен со смещением от оси вращения полого вала диэлектрический колпак с размещенной в нем спиральной антенной. Полый вал и подложкодержатель имеют автономные приводы вращения. Средство программного управления автоматически регулирует скорость вращения каждого привода, обеспечивая необходимую равномерность травления изделия. Изобретение обеспечивает уменьшение габаритов всей установки и снижение потребляемой мощности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для генерирования плазмы высокой плотности и может быть использовано для травления изделий микроэлектроники.

В настоящее время широкое использование получили устройства для генерации плазмы высокой плотности с применением высокочастотных генераторов.

Известен реактор для плазменной обработки полупроводниковых структур, содержащий камеру с системой подвода и отвода газа, систему генерации плазмы, состоящую из многозаходной спиральной антенны и системы согласования для соединения антенны с ВЧ-генератором, подложкодержатель, установленный в основании камеры с возможностью подачи на него потенциала смещения (патент РФ №2133998, МПК H01L 21/3065, 1999 г.).

Хотя в данном техническом решении плазма основного разряда и плазма разряда, связанная с подачей на подложку, смещения самосогласованны, однако недостатком является отсутствие возможности управлять равномерностью травления.

Известно также устройство для создания однородной плазмы с рабочей зоной большой площади на основе разряда в ВЧ-СВЧ-диапазонах, включающее вакуумную камеру, средства для откачки вакуумной камеры, средства для напуска газа в рабочую камеру, генератор переменного напряжения, узел генерации плазмы в виде антенны, подложкодержатель с обрабатываемым объектом, подсоединенный к дополнительному генератору переменного напряжения через узел согласования (патент РФ №2124248, 1 МПК Н05Н 1/24, 1998 г.).

К недостаткам известного устройства относится также невозможность активного управления процессом обработки изделия и большие габариты устройства, связанные с поставленной задачей - создание однородной плазмы с рабочей зоной большой площади.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков относится устройство для плазмохимического травления, содержащее вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты, соединенный высокочастотным кабелем и взаимодействующий через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, расположенной внутри вакуумной камеры, подложкодержатель с обрабатываемым изделием, взаимодействующий через дополнительное согласующее устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты (патент РФ №2171555, МПК Н05Н 1/46, 2001 г. - прототип).

Недостатками прототипа являются отсутствие возможности управлять равномерностью травления, размещение антенны со слоем диэлектрика непосредственно в вакууме, что негативно влияет на чистоту газовой среды в камере.

Задачей настоящего изобретения является автоматическое управление равномерностью плазмохимического травления изделия, понижение потребления мощности, уменьшение габаритов устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для плазмохимического травления, содержащем вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты, соединенный высокочастотным кабелем и взаимодействующий через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, расположенной внутри вакуумной камеры, подложкодержатель с обрабатываемым изделием, взаимодействующий через дополнительное согласующее устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты, согласующее устройство соединено со спиральной антенной посредством полого вала, установленного с возможностью реверсивного вращения, при этом свободный конец полого вала входит в вакуумную камеру через вакуумный ввод вращения и на нем жестко закреплен полый рычаг, к которому герметично прикреплен со смещением от оси вращения полого вала диэлектрический колпак с размещенной в нем спиральной антенной, подложкодержатель выполнен в виде стола с возможностью вращения, при этом устройство дополнительно содержит средство программного управления скоростью поворота полого вала и скоростью вращения стола.

Задача решается также за счет того, что спиральная антенна выполнена из полой трубки, концы которой путем изгиба направлены внутрь полого вала для подачи охладителя, причем пространство между трубками и стенками вала заполнено диэлектриком.

Технический результат достигается благодаря тому, что согласующее устройство взаимодействует со спиральной антенной в режиме реверсивного вращения, при котором антенна движется по дуге окружности через центр вакуумной камеры. Поскольку при этом вращается стол с обрабатываемым изделием, травление изделия происходит по траектории в виде спирали. Кроме того, наличие диэлектрического колпака позволяет отделить спиральную антенну от вакуума. В результате внутри колпака - атмосферное давление, а снаружи - вакуум. Следовательно, нет необходимости заполнять антенну диэлектриком, который, как правило, выполняется из полимеров, а их присутствие в вакууме нежелательно.

Наличие средства программного управления скоростью поворота полого вала и скоростью вращения стола позволяет регулировать шаг спирали: чем он больше, тем больше неравномерность травления, и наоборот. Таким образом, за один оборот изделия антенна должна сдвигаться на определенный, заданный шаг и в результате последовательно сканировать всю площадь изделия. Поэтому даже изделия с большими габаритами можно травить антенной небольшого диаметра. Известно, что, чем меньше диаметр антенны, тем меньшую мощность она потребляет. Выполнение антенны заодно с трубками для охлаждения упрощает конструкцию устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена общая схема устройства, на фиг.2 дан поперечный разрез устройства, на фиг.3 изображен узел генерации плазмы, на фиг.4 - спиральная антенна.

Устройство для плазмохимического травления состоит из вакуумной камеры 1, генератора переменного напряжения высокой частоты 2, соединенного высокочастотным кабелем 3 через согласующее устройство 4 со спиральной антенной 5, закрытой с использованием вакуумного уплотнения 6 диэлектрическим колпаком 7, посредством полого вала 8, установленного на радиальных подшипниках (не показаны) в корпусе 12, приводящемся в реверсивное движение с помощью электропривода 9 через зубчатую передачу 10. Свободный конец полого вала входит в вакуумную камеру через вакуумный ввод 11, представляющий собой уплотнительную манжету, который позволяет передавать реверсивное движение полого вала в вакуумную камеру, не нарушая ее герметичности. К торцу полого вала жестко присоединен полый рычаг 13, к которому в свою очередь герметично прикреплен диэлектрический колпак. При этом концы спиральной антенны, выполненной из полой трубки 14, плавно переходят через полости диэлектрического колпака и рычага во внутрь полого вала для подачи охладителя. В нижней части вакуумной камеры размещен стол (подложкодержатель) 15 с обрабатываемым изделием 16, который приводится во вращение от электропривода 17 через зубчатую передачу 18. Стол взаимодействует через дополнительное согласующее устройство 19 с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты 20. Устройство дополнительно содержит средство программного управления 21, взаимодействующее с электроприводами, а вакуумная камера снабжена патрубком высоковакуумной откачки 22 и загрузочным патрубком 23.

Устройство работает следующим образом.

На стол 15 через загрузочный патрубок 23 размещают изделие 16, затем осуществляют откачку воздуха из вакуумной камеры 1 через патрубок 22. Далее в вакуумную камеру 1 подают рабочий газ. Для изделий из кремния используют рабочие газы, например: SF₆, Cl или HB₂; для изделий из кварца - CF₄, C₃F₈, C₄F₈ в сочетании с H₂.

Потом включают электропривод 9 и спиральная антенна 5 с помощью полого вала 8 начинает совершать сканирующее перемещение от центра (фиг.2, положение «А») вакуумной камеры 1 к ее периферии (фиг.2, положение «Б») и при помощи реверсивного поворота электропривода 9 возвращается обратно.

Средство программного управления 21 задает скорость реверсивного перемещения антенны 5 через полый вал 8 таким образом, чтобы обеспечить требуемую равномерность плазмохимического травления поверхности изделия 16.

Затем включают вращение электропривода 17 стола 15.

Средство программного управления 21 задает скорость вращения стола 15, чтобы также обеспечить требуемую равномерность плазмохимического травления поверхности изделия 16.

Таким образом, скорости вращения стола 15 и антенны 5 согласуются при помощи программно-аппаратного комплекса, заложенного в средство программного управления 21.

От генератора переменного напряжения высокой частоты 2 через согласующее устройство 4 подается переменное напряжение высокой частоты на спиральную антенну 5. При этом в объеме вакуумной камеры 1 вблизи антенны образуется плазма, состоящая из ионов компонентов рабочего газа.

От дополнительного генератора переменного напряжения высокой частоты 20 через дополнительное согласующее устройство 19 подается переменное напряжение высокой частоты на стол 15. При этом появляется потенциал автосмещения, за счет которого ионы рабочего газа вытягиваются из плазмы к поверхности изделия 16 и осуществляют ее плазмохимическое травление.

Технический результат выражается в возможности автоматического управления равномерностью плазмохимического травления изделия, уменьшении габаритов спиральной антенны в сравнении с прототипом, что позволяет уменьшить габариты всего устройства в целом, снизить потребляемую мощность.

1. Устройство для плазмохимического травления, содержащее вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты, соединенный высокочастотным кабелем и взаимодействующий через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, расположенной внутри вакуумной камеры, подложкодержатель с обрабатываемым изделием, взаимодействующий через дополнительное согласующее устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты, отличающееся тем, что согласующее устройство соединено со спиральной антенной посредством полого вала, установленного с возможностью реверсивного поворота, при этом свободный конец полого вала входит в вакуумную камеру через вакуумный ввод вращения и на нем жестко закреплен полый рычаг, к которому герметично прикреплен со смещением от оси вращения полого вала диэлектрический колпак с размещенной в нем спиральной антенной, подложкодержатель выполнен в виде стола с возможностью вращения, при этом устройство дополнительно содержит средство программного управления скоростью поворота полого вала и скоростью вращения стола.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спиральная антенна выполнена из полой трубки, концы которой путем изгиба направлены внутрь полого вала для подачи охладителя, причем пространство между трубками и стенками вала заполнено диэлектриком.

Изобретение относится к технологии производства электронных компонентов для микро- и наносистемной техники. .

Устройство для локального плазмохимического травления подложек // 2451114

Изобретение относится к устройствам локального травления тонких пленок микроэлектроники. .

Состав газовой смеси для формирования нитрид танталового металлического затвора методом плазмохимического травления // 2450385

Изобретение относится к технологии полупроводникового производства, в частности к формированию затворов в КМОП технологии. .

Способ локальной плазмохимической обработки материала через маску // 2439740

Изобретение относится к способам общего назначения для обработки материалов с помощью электрической энергии и может быть использовано в технологии полупроводниковых приборов.

Способ локального плазмохимического травления материалов // 2436185

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к технологии полупроводниковых приборов. .

Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной обработки конденсированных сред на ленточных носителях // 2419915

Изобретение относится к области вакуумно-плазменной обработки (очистки, осаждения, травления и т.д.) потоками ионов, атомов, молекул и радикалов инертных или химически активных газов слоев и пленочных материалов на ленточных носителях в микро- и наноэлектронике, оптике, гелиоэнергетике, стекольной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Реактор для плазменной обработки полупроводниковых структур // 2408950

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к реакторам для высокоплотной и высокочастотной плазменной обработки полупроводниковых структур. .

Способ удаления органических остатков с пьезоэлектрических подложек // 2406785

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления интегральных пьезоэлектрических устройств - фильтров, резонаторов, линий задержки на поверхностных акустических волнах.

Устройство для плазмохимической обработки материалов // 2395134

Изобретение относится к технологии производства приборов микро- и наноэлектроники, связанной с травлением и выращиванием структур на поверхности материалов, в т.ч.

Способ реактивного ионного травления слоя нитрида титана селективно к алюминию и двуокиси кремния // 2392689

Изобретение относится к микроэлектронике, методам и технологическим приемам контроля и анализа структур интегральных схем, к процессам сухого плазменного травления.

Способ реактивного ионного травления слоя нитрида титана селективно к двуокиси кремния, поликремнию и вольфраму // 2533740

Изобретение относится к микроэлектронике, методам и технологическим приемам контроля и анализа структуры интегральных схем, к процессам сухого плазменного травления. Сущность изобретения: слой TiN удаляется селективно к SiO2, вольфраму и поликремнию при реактивном ионном травлении его в плазме O2 с присутствующей в зоне разряда пластинкой фторопласта площадью 2-20% рабочей поверхности высокочастотного (ВЧ) электрода, травление проводят при плотности ВЧ мощности 1-3 Вт/см2, а рабочую поверхность ВЧ электрода покрывают кремнием, графитом или другим фторопоглощающим материалом. 1 табл.

Устройство свч плазменной обработки пластин // 2539863

Изобретение относится к СВЧ плазменным устройствам для проведения процессов осаждения и травления слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции, работающих в экстремальных условиях. Изобретение обеспечивает улучшение равномерности обработки и повышение скорости формирования слоев. В устройстве СВЧ плазменной обработки пластин, содержащем волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта перпендикулярно к ней проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода из волноводного тракта накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса, волноводный тракт выполняют кольцевым и располагают на боковой стенке реакционной камеры так, что разрядные трубки размещаются в одной плоскости, параллельной обрабатываемой пластине, а над обрабатываемой пластиной вне реакционной камеры на ее крышке, выполненной из прозрачного для СВЧ материала, располагают плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну, под обрабатываемой пластиной для ее нагрева размещают еще одну плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну. 2 ил.

Устройство свч плазменной обработки // 2539872

Изобретение относится к СВЧ плазменным установкам для проведения процессов травления и осаждения слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков при пониженном давлении и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции. Изобретение обеспечивает улучшение равномерности обработки кремниевых пластин, упрощение настройки горения плазмы в каждой разрядной трубке. Устройство СВЧ плазменной обработки содержит волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта перпендикулярно к камере проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода в волноводный тракт накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса. Для обеспечения одинаковых параметров плазмы волноводные тракты, выполненные кольцевыми, расположены на стенке реакционной камеры ярусами со смещением разрядных трубок в ярусах друг относительно друга, а также дополнительно введен электрод, через который вводятся газы. 2 ил.

Способ плазмохимической обработки подложек из поликора и ситалла // 2541436

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и микроэлектроники и может быть использовано для плазмохимической обработки подложек из поликора и ситалла. В способе плазмохимической обработки подложек из поликора и ситалла производят предварительную протирку изделий спиртом со всех сторон, включая протирку всех торцов подложки, производят предварительный обдув изделий нейтральным газом, помещают изделия в камеру плазменной установки вместе с подобным образцом - свидетелем, производят очистку изделий в среде доминирования кислорода при мощности 500-600 Вт, давлении процесса 800-900 мТорр в течение 10-20 минут, проверяют качество обработки поверхности по свидетелю методом краевого угла смачивания по окончании очистки. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки подложек из поликора и ситалла перед напылением, в частности удаление оксидных пленок, органики, сокращение времени и экономических затрат на выполнение операций очистки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры // 2576412

Изобретение относится к электронной технике СВЧ. Способ селективного реактивного ионного травления полупроводниковой гетероструктуры, имеющей, по меньшей мере, последовательность слоев GaAs/AlGaAs с заданными характеристиками, включает расположение полупроводниковой гетероструктуры на подложкодержателе в реакторе системы реактивного ионного травления с обеспечением контактирования слоя арсенида галлия с плазмой технологических газов, подачу в реактор технологических газов и последующее селективное реактивное ионное травление при заданных параметрах технологического режима. В способе используют полупроводниковую гетероструктуру, имеющую слой AlGaAs толщиной не менее 10 нм, с содержанием химических элементов AlxGa1-xAs при x, равном либо большем 0,22, в качестве технологических газов используют смесь трихлорида бора и гексафторида серы при соотношении (2:1)-(9:1) соответственно, селективное реактивное ионное травление осуществляют при давлении в реакторе 2-7 Па, мощности, подаваемой в разряд 15-50 Вт, температуре подложкодержателя 21-23°С, общем расходе технологических газов 15-25 мл/мин. Технический результат - повышение выхода годных путем повышения селективности, контролируемости, воспроизводимости, анизотропии и снижения неравномерности, плотности дефектов и загрязнений на поверхности полупроводниковой гетероструктуры. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ определения температуры пористого слоя по изменениям показателя преломления при адсорбции // 2602421

Изобретение относится к области измерений температуры тонких поверхностных слоев, в частности пористого диэлектрического слоя в химической промышленности (катализ), при изготовлении оптических и химических сенсоров, а так же в процессе криогенного травления диэлектриков в технологии микроэлектроники. Заявлен бесконтактный способ измерения температуры пористого слоя, характеризующийся тем, что температура пористого слоя определяется по калибровочным графикам зависимости показателя преломления пористого слоя от температуры при постоянном давлении паров выбранных химических соединений, адсорбирующихся в пористом слое, рассчитанным на основе экспериментальных графиков зависимости показателя преломления пористого слоя от относительного давления летучих паров в этом слое при комнатной температуре. Технический результат - повышение точности получаемых результатов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ удаления фоторезистивных пленок с поверхности оптических стекол // 2643172

Изобретение относится к технологии изготовления изделий оптической техники, конкретно к способу удаления фоторезистивных пленок с поверхности оптических стекол, служащих в качестве основной маски при формировании микроэлементов на их поверхности. Технический результат изобретения заключается в обеспечении высокой скорости удаления фоторезистивной пленки с поверхности габаритных по площади и толщине оптических стекол без науглевоживания поверхности. В способе удаления фоторезистивных пленок с поверхности оптических стекол, включающем плазмохимическое травление пластины низкотемпературной плазмой в присутствии атомарного кислорода, согласно изобретению обрабатываемой пластиной является оптическое стекло, а нагрев фоторезистивной пленки до оптимальной температуры травления осуществляется инфракрасным излучателем, расположенным под поверхностью обрабатываемой пластины. 1 ил.