УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦОВ ИЗЛУЧЕНИЕМ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 110-180 НМ Российский патент 1995 года по МПК H01J37/00 

Основным элементом предложенного устройства является источник излучения, который относится к источникам, испускающим излучение в области ВУФ (вакуумного УФ излучения) в диапазоне 110-189 нм, и позволяет получить излучение большого сечения. Такие устройства необходимы для облучения образцов больших размеров в электронике, технологии нанесения покрытий, медицине и др.

В известных источниках ВУФ излучение исходит из объема плазмы внутри источника. Спектр излучения определяется составом и давлением газа, наполняющего источник. Например, He/Kr смесь при давлении менее 1 мм рт.ст. испускает в области ВУФ излучение только на двух линиях λ = 115 и 123,6 нм, водород дает линии 121,6 и 161,7 нм при давлении несколько миллиметров ртутного столба.

В технологии интегральных микросхем (ИС) должны обрабатываться плоские пластины диаметром 100-200 нм. Для промышленного использования ВУФ-источников выходной луч должен иметь в сечении размеры не менее указанных. При этом достигается эффективность и простота конструкции устройства ВУФ обработки. Как минимум один из размеров сечения луча должен быть не менее указанных выше размеров.

Для промышленного использования необходимо, чтобы источник излучения имел длительный период работы. Известно, что время жизни такого источника определяется временем жизни газового наполнения и загрязнением выходного окна, прозрачного в ВУФ-области.

Вышедший из строя источник может быть восстановлен путем замены газа и окна, однако, если не предусмотрено конструкцией источника, то потребует больших затрат времени. Если окно изготовлено из дорогостоящего материала, то должно быть предусмотрено восстановление его пропускания.

Известно несколько типов ВУФ-источников.

Один из них предлагается изготавливать с широким выходным лучом без выходного окна [1]. При этом камера обработки образцов и излучающий объем не отделены один от другого. Однако это приводит к чрезвычайному ограничению возможностей обработки образцов в какой-либо газовой среде и неэффективному преобразованию энергии в излучающей области.

Ближайшим к данному изобретению техническим решением является устройство КрР-2-1, излучающее на длине волны 123,6 и состоящее из корпуса, в котором поддерживается газовый разряд, и выходного окна из фтористого магния [2]. Диаметр сечения выходного окна 18 мм, продолжительность работы 500 ч. Очевидно, что такой источник трудно применять для обработки образцов размерами 100-200 мм и более из-за малого размера окна и небольшой продолжительности работы.

С целью увеличения сечения выходного луча для обеспечения эффективной обработки плоских образцов размерами до 200 мм и более и продления срока его работы предлагается устройство, содержащее источник излучения диапазона ВУФ, имеющий корпус, наполненный газом, необходимым для получения излучения нужного спектрального диапазона, наибольший размер которого равен или более максимального размера сечения однородного выходного луча и выходного окна, максимальный размер которого ориентирован вдоль максимального размера объема плазмы внутри источника. Максимальный размер окна не менее размера необходимого однородного сечения луча, определяемого размером образца. Минимальный размер окна определяется необходимой механической прочностью окна при известном перепаде давлений на окне источника, толщина которого определяет оптическое пропускание в используемом спектральном диапазоне. Один источник может иметь несколько окон, включая расположенные в одной плоскости. В последнем случае однородное облучение поверхности образца достигается, если зазор окно-образец не менее, чем зазор между двумя соседними окнами.

В соответствии с данным изобретением время жизни источника ВУФ излучения, возбуждаемого ВЧ-или СВЧ-энергией, увеличивается за счет минимизации распыления стенок внутри источника при локализации плазмы на расстоянии от стенок и/или при повышении давления выше 3 мм рт.ст. В данной конструкции предусмотрена простая замена выходного окна. Снятое окно (Mg F₂, LiF, CaF₂ и др.) можно восстанавливать многократно переполировкой поверхности.

На фиг. 1 приведена общая схема источника излучения; на фиг.2 - нижняя часть источника, содержащая окно для вывода излучения; на фиг.3 - распределение интенсивности излучения в случае секционной конструкции окна; на фиг.4 - расположение постоянного магнита или катушки с постоянным током для ограничения объема плазмы и улучшения возбуждения свечения; на фиг.5 и 6 - различные конструкции съемного окна, вид сбоку.

В соответствии с изобретением максимальный размер плазменного объема 3 L_pi создаваемого внутри корпуса 1 источника с выходным окном 2 не менее размера образца 4 L_s. L_s может быть 100-200 мм и более.

Размер L_b сечения однородного выходного луча определяется тем же размером L_s. Максимальный размер окна L_w соответствует L_b.

Минимальный размер окна L_min (см. фиг.2) определяется разностью давлений Δр, которую должно выдерживать окно, и толщиной окна d_w. Например, для прямоугольного окна
σ_max = 0,5 Δp(L_min)²d_w^-1, где σ_max - допустимое механическое напряжение для материала окна;
d_w - выбирается, исходя из оптического пропускания окна (например, на длине волны 123,6 км окно из MgF₂ толщиной 1 мм пропускает около 80% излучения).

На фиг. 3 показано расположение нескольких окон на одной из сторон источника. В этом случае для однородного облучения образца ширина зазора G_sw окно 1 - образец 2 не должна быть менее расстояния между соседними окнами. При использовании окна такой конструкции возможно одновременное облучение плоского образца диаметром до 200 мм и более.

На фиг. 4 показан источник ВУФ-излучения, в котором плазма в круглой трубе 2 возбуждается за счет энергии, подводимой от ВЧ-индуктора 1. Радиальный размер объема плазмы может быть ограничен за счет магнитного поля, создаваемого дополнительной катушкой 3, по которой течет постоянный ток. Тот же эффект может быть получен при использовании постоянных магнитов. Использование постоянных магнитов в некоторых случаях позволяет существенно повысить интенсивность излучения.

Минимального распыления стенок при работе источника можно добиться также при повышении давления выше 3 мм рт.ст., при этом энергия ионов в плазме становится очень низкой.

На фиг. 5 и 6 показаны конструкции окон источника, которые предусматривают возможность его быстрой замены. В случае, изображенном на фиг.6, окна приклеиваются на дополнительный фланец.

Одна из возможных конструкций - окно с большим сечением выходного луча. В этом случае оно изготавливается вакуумным напылением прозрачного в области ВУФ материала на прочную поддерживающую, например металлическую, сетку с последующим стравливанием промежуточного слоя.

Сущность: корпус источника излучения выполнен с несколькими окнами прямоугольной щелевой формы, выполненными каждое в виде одной или нескольких пластин, прозрачных в спектральном диапазоне источника излучения. Расстояние между окнами и поверхностью образца выбрано не меньшим, чем расстояние между соседними окнами, расположенными в одной плоскости. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦОВ ИЗЛУЧЕНИЕМ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 110-180 НМ, содержащее источник излучения, состоящий из газонаполненного корпуса, предназначенного для поддержания в его полости газового разряда и выполненного с окном для вывода излучения, выполненным в виде одной или нескольких пластин, прозрачных в спектральном диапазоне источника излучения, и обрабатываемый образец, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности обработки плоских образцов больших размеров, корпус выполнен с дополнительными окнами, все окна выполнены прямоугольной формы, максимальный размер каждого окна выбран большим или равным минимальному размеру обрабатываемых образцов, минимальный размер окна выбран из условия обеспечения необходимой механической прочности окна при заданной величине его оптического пропускания, а величина зазора между окнами и поверхностью образца выбрана не меньшей, чем расстояние между соседними окнами, расположенными в одной плоскости, окна выполнены сменными, причем вокруг корпуса установлены постоянные магниты или электромагниты и/или давление внутри корпуса установлено большим 3 Торр. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что окно выполнено методом вакуумного напыления на опорную сетку материала, прозрачного в спектральном диапазоне источника излучения.