УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОКОНЧАНИЯ ПРОЦЕССА СУХОГО ТРАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01L21/66 

Изобретение предназначено для контроля момента окончания процесса "сухого" травления и может быть использовано при всех видах "сухого" травления металлических, диэлектрических и полупроводниковых пленок.

Известны устройства встроенного типа для контроля окончания процесса "сухого" травления, действующие на основе масс-спектрометрического анализа отходящих газов [1] Подобные устройства обычно содержат квадрупольный масс-анализатор, квадрупольный масс-спектрометр, вакуумную систему, системы возбуждения и регистрации сигнала.

Недостатками этих систем следует признать невысокую точность, сложность, а следовательно, и ненадежность конструкции, а также инерционность устройства.

Известны также оптические устройства контроля. Принципиально они содержат камеру для плазмо-химического травления, встроенный в стенку камеры светофильтр, фотоэлемент и блок регистрации информационного сигнала [2]
Недостатками подобных конструкций является сложность выделения информационного сигнала, а также потерю прозрачности светофильтром.

Наиболее близким к изобретению является устройство, основанное на принципе анализа обрабатываемой поверхности [3] содержащее источник оптического излучения, оптическую систему, включающую поляризатор, прозрачное окно в стенке камеры и анализатор, а также систему регистрации информационного сигнала.

Недостатками этого устройства являются сложность заведения УФ-излучения в вакуумную камеру и снятие сигнала с пластины, а также ограниченность применения устройства областью полупроводниковых пленок.

Изобретение представляет собой встраиваемое устройство, позволяющее контролировать момент окончания любого вида "сухого" травления любых слоев и содержащее блок освещения, состоящий из источника УФ излучения с блоком питания, систему формирования светового пучка, состоящего из светофильтра и диафрагмы, блока регистрации информационного сигнала, состоящего из вторичного электронного умножителя (ВЭУ) с блоком питания, причем ВЭУ через промежуточный усилитель подключен к блоку регистрации.

Поскольку предлагаемое устройство работает на принципе регистрации фотостимулированной электронной эмиссии, то устройство должно содержать узел освещения и узел регистрации эмитированных электронов. Следовательно, для работоспособности устройства необходимы все узлы и элементы, введенные заявителем в формулу изобретения. Расположение заслонки перед ВЭУ необходимо для защиты ВЭУ от действия активных (травящих) частиц. Расстояние между ВЭУ и объектом контроля, а также угол между осью ВЭУ и осью пучка активных частиц установлены экспериментально.

Поскольку заявителю не известно существование аналогичного устройства, используемого по тому же назначению и характеризуемого совокупностью признаков, введенной заявителем в формулу изобретения, то заявитель считает, что изобретение соответствует критерию охраноспособности "новизна".

Заявителю не известно использование совокупности признаков, введенной им в отличительную часть формулы изобретения в аналогичных установках для достижения того эффекта, поэтому заявитель считает, что изобретение соответствует критерию охраноспособности "изобретательский уровень".

Поскольку конструкция устройства раскрыта с полнотой, позволяющей третьему лицу воспроизвести ее без проявления дополнительного изобретательства, а все узлы и элементы конструкции сами по себе известны, то заявитель считает, что изобретение соответствует критерию охраноспособности "промышленная применимость".

Конструкция предлагаемого устройства представлена на фиг. 1.

Устройство содержит основание 1, на котором укреплены источник УФ излучения 2, светофильтр 3, перестраиваемая диафрагма 4, ВЭУ 5, подключенный к предварительному усилителю 6, заслонка 7 с механизмом перемещения ее 8. Основание расположено в вакуумной камере 9 установки "сухого" травления. За пределы вакуумной камеры 9 вынесены источник питания 10 источника УФ излучения 2, источник питания 11 ВЭУ 5, блок регистрации 12, электрически соединенный с предварительным усилителем 6. Отметим, что ВЭУ 5 расположен не далее чем 40 мм от объекта контроля 13. Угол между осью пучка активных частиц, осью ВЭУ и объектом контроля составляет 45^o.

Устройство монтируют следующим образом.

В камеру установки травления устанавливают основание 1 со смонтированными на нем источником УФ-излучения, системой формирования луча, ВЭУ и предварительным усилителем таким образом, чтобы расстояние между объектом контроля и ВЭУ не превышало 40 мм, а угол между осью ВЭУ и осью активных частиц составлял 45^o. Основание крепится на фланце установки травления при помощи болтовых соединений. Блоки питания и блок регистрации устанавливают в удобном месте вблизи камеры. Помещение должно соответствовать требованиям вакуумной гигиены помещений класса не ниже 1000.

Устройство работает следующим образом.

На карусели установки "сухого" травления устанавливают пластины, подлежащие обработке. Камеру закрывают и откачивают установку до рабочего вакуума, включают перемещение карусели с требуемой условиями травления скоростью, включают блоки питания и блок регистрации. Затем устанавливают диафрагмой необходимый размер пучка УФ-излучения, регистрируют исходный уровень интенсивности (1) фотостимулированной электронной эмиссии и закрывают заслонкой окно ВЭУ. После этого включают источник активных частиц и проводят травление в течение определенного интервала времени, измеряют уровень интенсивности фотостимулированной электронной эмиссии и периодически повторяют процессы травления и измерения до тех пор, пока уровень интенсивности не будет соответствовать поверхности лежащего под стравливаемым слоем материала.

Работу устройства можно показать на следующем примере.

Исследовался образец тонкой пленки SiO₂ толщиной 1000 термически выращенный на кремниевой подложке. Фотоэлектрическая работа выхода электрона с подложки 3,17-5,15 эВ.

Тонкая пленка подвергалась ионно-химическому травлению в реакторе установки УРМ 3.279.026. Травителем являлись ионы газа SF₆, образующиеся в источнике ионов ИИ-4-0.15 при давлении 10^-2Па. По мере травления источник ионов отключается каждые 2 мин при этом давление в реакторе падает до 6,5•10^-3Па.

Тонкую пленку освещали светом, максимальная энергия фотонов которого равнялась фотоэлектрической работе выхода электрона из подложки и составляла 4,95 эВ.

В процессе освещения измеряли величину 1 тонкой пленки. При увеличении длительности травления величина 1 увеличилась в 20 раз в момент окончания травления (фиг. 2). После определения момента окончания травления по предлагаемому способу анализ образца с помощью эллипсометра ЭМ-1 не показал наличие островков пленки на поверхности подложки.

Использование предлагаемого устройства позволяет с высокой точностью определять окончание процесса "сухого" травления любого материала.

Использование: микроэлектроника, контроль окончания процесса "сухого" травления. Сущность изобретения: встраиваемое устройство для контроля окончания процесса сухого травления содержит встраиваемую и внешнюю части. Встраиваемая часть содержит источник УФ-излучения, светофильтр, диафрагму, вторичный электронный умножитель и предварительный усилитель, внешняя - источники питания источника УФ-излучения и вторичного электронного умножителя и блок регистрации. Вторичный электронный умножитель установлен не далее, чем в 40 мм от объекта контроля под углом 45^o к оси пучка активных частиц. 1 з. п. ф-лы, 2-ил.

1. Устройство для контроля окончания процесса сухого травления, содержащее источник УФ-излучения с источником питания и систему регистрации информационного сигнала, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит систему формирования светового луча, а система регистрации информативного сигнала представляет собой вторичный электронный умножитель, в непосредственной близости которого расположена заслонка, установленный не далее, чем в 40 мм от объекта контроля под углом 45^o к оси пучка активных частиц и подключенный через промежуточный усилитель к блоку регистрации, причем вторичный электронный умножитель, промежуточный усилитель, источник УФ-излучения и система формирования светового луча расположены в вакуумной камере установки сухого травления. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система формирования светового луча содержит светофильтр и ирисовую диафрагму.