способ ионно-плазменной обработки

Формула изобретения

СПОСОБ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ, включающий воздействие на обрабатываемое изделие химически активных нейтральных и заряженных частиц, генерацию которых осуществляют в физически разделенных пространствах, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости ионно-плазменной обработки, в пространстве генерации химически активных нейтральных частиц возбуждают электронную плазменную волну с частотой в области нижнегибридного резонанса и с продольной по отношению к магнитному полю фазовой скоростью, не превышающей трехкратной тепловой скорости плазменных электронов, при этом амплитуда напряженности электрического поля возбуждаемой волны превосходит пороговое значение модуляционной неустойчивости и определяется соотношением



где E_o - амплитуда напряженности электрического поля возбуждаемой волны, В/см;

f_o - частота электрического поля, Гц;

T_e - температура плазменных электронов.

- тепловая скорость плазменных электронов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение может быть использовано в электронной технике для прецизионного травления и осаждения материалов микроэлектроники, очистки поверхности перед вакуумной металлизацией, а также при изготовлении изделий микромеханики.

Известен способ ионно-плазменной обработки, реализованный в установке для сухого травления [1] заключающийся в том, что ионно-плазменная обработка происходит в результате воздействия на обрабатываемое изделие химически активных радикалов и потоков заряженных частиц, генерация которых происходит в физически разделенных объемах.

Основной недостаток этого способа состоит в том, что при его реализации может происходить изменение состава химически активных радикалов при распространении ионного пучка через всю область ВЧ разряда-источника радикала и, как следствие, не исключено уменьшение скорости ионно-плазменной обработки.

Известен также способ ионно-плазменной обработки [2] который заключается в том, что на область раздела пространств, где происходит генерация химически активных радикалов и ионов, воздействуют магнитным полем с компонентой, параллельной плоскости обрабатываемого изделия.

Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению по сущности и достигаемому результату и выбрано в качестве прототипа. Этот способ ионно-плазменной обработки позволяет независимо управлять физическими процессами в каждой из зон генерации химически активных радикалов и потоков заряженных частиц.

Недостатком этого способа является то, что при увеличении ВЧ мощности в разряде-источнике радикалов с целью повышения скорости их генерации возрастает падение ВЧ напряжения на разряде, повышается ВЧ электрическое поле и энергия электронов плазмы до величины, превышающей оптимальное значение для генерации химически активных радикалов. В результате может происходить даже падение скорости ионно-плазменной обработки. Отсюда следует, что в прототипе ограничен сверху диапазон возможного повышения скорости ионно-плазменной обработки.

Цель изобретения повышение скорости ионно-плазменной обработки.

Цель достигается тем, что в пространстве генерации химически активных частиц возбуждают электронную плазменную волну с частотой в области нижнегибридного резонанса и с продольной по отношению к магнитному полю фазовой скоростью, не превышающей трехкратной тепловой скорости плазменных электронов, при этом напряженность электрического поля возбуждаемой волны превышает пороговое значение для модуляционной неустойчивости.

Способ ионно-плазменной обработки заключается в введении в ВЧ разряд-источник активных радикалов ВЧ мощности за счет возбуждения электронной плазменной волны с частотой f_о в области нижнегибридного резонанса и с продольной по отношению к магнитному полю фазовой скоростью V_фо, не превышающей трехкратной тепловой скорости плазменных электронов V_те.

Способ ионно-плазменной обработки осуществляют путем создания в области генерации химически активных нейтральных частиц условий для турбулентного поглощения вводимой в разряд ВЧ мощности медленными плазменными электронами. Это достигается за счет возбуждения модуляционной неустойчивости нижнегибридных волн, сопровождающейся дроблением пространственного масштаба возбуждаемой волны и передачей энергии резонансным электронам с малыми скоростями, близкими к тепловой скорости.

Один из примеов осуществления способа ионно-плазменной обработки приведен на чертеже.

Генерация химически активных частиц в нем происходит в пространстве 1, в котором возбуждается модуляционная неустойчивость плазменной волны в области нижнегибридного резонанса. Условия для возбуждения модуляционной неустойчивости создают за счет наложения на разрядный промежуток, заключенный между цилиндрами 2 и 3, магнитного поля электромагнитной катушки 4. Исходная электронная плазменная волна с фазовой скоростью v 3v возбуждается системой возбуждения 5, представляющей собой набор металлических кольцевых электродов, охватывающих диэлектрический цилиндр 3, служащий одновременно стенкой вакуумной камеры. Кольцевые электроды системы возбуждения 5 соединены между собой через один и подключены к выходу ВЧ-генератора (не показан). При частоте ВЧ-генератора f_о 13,56 МГц и типичных значениях температуры электронов плазмы Т_е 2-5 эВ для выполнения условия v 3v расстояние между кольцевыми электродами должно составлять 5-10 см.

Для превышения порогового значения электрического поля возбуждаемой плазменной волны, обеспечивающего возникновение модуляционной неустойчивости при частоте 13,56 Гц и напряженности магнитного поля 20-200 Э, на соседние пары кольцевых электродов системы 5 подают ВЧ-напряжение величиной более 15-35 В. Возникающие в результате турбулентного поглощения ВЧ-мощности в плазме в пространстве 1 химически активные нейтральные частицы направляют в пространство 6, где тем или иным способом создают заряженные частицы, воздействующие на обрабатываемое изделие 7 совместно с поступающими из пространства 1 химически активными радикалами.

Для повышения эффективности работы устройства в него может быть введена дополнительная электромагнитная катушка 8, включенная встречно по отношению к основной катушке 4. В результате в кольцевой зоне, соединяющей области 1 и 6, создается магнитное поле с компонентой, параллельной плоскости обрабатываемого изделия 7, и обеспечивается независимое управление параметрами плазмы в областях 1 и 6, где осуществляют генерацию химически активных нейтральных и заряженных частиц.

По сравнению с известными техническими решениями способ ионно-плазменной обработки позволяет примерно в 2-3 раза повысить скорость ионно-плазменной обработки из-за расширения диапазона ВЧ-мощности, вводимой в разряд без снижения эффективности генерации химически активных радикалов, т. е. в конечном счете за счет увеличения их концентрации.