触持阴极离子束刻蚀机制造技术

一种由机框、真空室、离子源、中和器、二件台、指示表头和电源源控制柜组成的触持阴极离子束刻蚀机，其特征在于离子源的触持阴极由阴极座（１）、阴极安装支座（２）、钽管（３）、发射体（４）、触持极（５）、引出极（６）组成，增设了电子分配挡板（７）、径向流量分配器（１０），还增设了由屏栅极（１９）和加速极（２０）组成的束充区配栅，中和器为等离子体桥中和器，本实用新型专利技术的离子源功耗低，寿命长、工艺参数稳定，可以在反应离子束刻蚀状态下顺利地工作，刻蚀室温度低，污染小，完全满足加工多种半导体器件的需要。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及离子束刻蚀机的结构改革，是一种微细加工干法刻蚀工艺设备，属无屑加工成形技术操作设备。离子束刻蚀技术早在本世纪六十年代就被美国航字局路易斯研究中心用于刻蚀加工工艺。由于离子束刻蚀与等离子体刻蚀相比，具有离子源与被刻工件分开，离子的能量、密度、入射角等工艺参数均能在宽范围内独立调节，准确控制，故可以灵活地配置成各种各样的工艺过程，而且离子束定向性很强，对掩模附着力失效等缺陷不敏感，是各向异性刻蚀，无钻蚀现象，对图形的加工分辨力极高，所以七十年代以来，这项工艺技术受到重视，获得发展，国内在八十年代初也研制出离子束刻蚀机，在加工动压气浮轴承，声表面波器件，磁泡存贮器，制备电镜试样等方面都有应用。使用惰性气体(一般都用氩气)为工质的离子束刻蚀机，由于是纯物理机制刻蚀，刻蚀的选择性差，刻下来的微粒有再沉积现象，再沉积层附于槽壁，给加工亚微米沟槽造成困难，为了克服这些困难，八十年代以来，发展了反应离子束刻蚀技术。反应离子束刻蚀机的工质含有活性气体(为O2、cf4、Bcl3等)，引出的离子束中含有O、F、cl等活性成分，刻蚀不仅有物理机制，还有化学反应，刻蚀的选择性好，刻下的产物生成挥发性气体，由高流率的真空机组抽走，消除了再沉积现象，是加工亚微米结构的一种关键工艺设备。但是，直到现在可夫曼型离子源的离子束刻蚀机，大都还使用钽丝或钨丝作阴极，中和器也是拉一根热丝来发射电子，在工艺过程中，不仅热丝易断带来障碍，置于离子束中的热丝中和器的蒸发碎片要污染工件，而且热丝功率大，发热大，造成刻蚀室里的温度升高，这使以抗蚀剂胶层为掩模的工件表面很易焦化，因而加工的成品率降低，甚至完全报废。在反应离子束刻蚀机中，由于有强腐蚀气体及其离子存在，使用热丝作阴极或中和器，寿命更短，大大限制了机器的应用，为解决这个难题，发展不需要阴极的微波源是个途径，但代价很高，而且微波源的功率较大，温升问题仍然存在，随着我国科学技术现代化的发展，计算机、通讯设备、智能化产品日新月异，发展迅猛，对大规模、超大规模集成电路和新型特种器件的需求与日俱增，需要一种性能优良的离子束和反应离子束刻蚀机来加工这些关键工艺器件。本技术的目的是设计一种触持阴极离子束刻蚀机，这种离子束刻蚀机具有抗腐蚀的阴极，能够稳定离子源的工艺参数，刻蚀室里的温度低、污染小等特点。本技术是这样实现的，总体设计跟现有的离子束刻蚀机一样，分为主机和电源控制两大部分，主机由安装在机框上的真空室支撑，真空室的左端封头安装离子源，右端法兰安装直接水冷工件台，上法兰安装电动升降的法拉第筒阵列测试机构，下法兰接真空抽气机组，前有观察窗，后有中和器，真空测量规管和粗抽接管各部分的接口，三路气体输入通道分别在离子源和中和器的相应安装位置上。电源控制柜内装有12种不同特性参数的电源和一套机电控制系统，控制柜前面有操作台和控制按钮板，面板上有运行流程显示图和各种工作参数的指示表头。本技术首先对可夫曼型离子源进行改进，a)设计了一种触发挥光放电过渡到弧光自持放电的触持阴极来代替热丝阴极，该阴极采用逸出功低的阴极材料作为电子发射体，安装在钽管上，钽管的另一端装在有通孔的阴极座中，触持阴极通过安装支座上的螺纹与离子源配装，b)在离子源中增设了电子分配挡板、径向流量分配器，c)设计了束流匹配栅，这样使源内等离子体密度分布均匀，引出束流的有效束径(按束流密度均匀性+5％计)增大。在刻蚀半导体、绝缘体材料时，需启动中和器，发射与离子束电量相等的电子流，使工件表面处于电中性。为了克服原有置于离子束中的热丝中和器寿命很短和污染的问题，本技术设计了一只等离子体桥中和器，下面有说明书附图对本技术作详细说明。附附图说明图1为本技术离子源，附图2离子源电源接线图，附图3为本技术中和器，附图4为中和器电源接线图。实施例根据附图1，本技术对可夫曼型离子源作了三个方面的改进，成为本实新型的技术特征a)离子源的触持阴极由阴极座(1)、阴极安装支座(2)、钽管(3)、发射体(4)、触持极(5)、引出极(6)组成，阴极的电子发射体采用逸出功低的材料，它安装在钽管上，钽管的另一端装在有通孔的阴极座中，发射体端面距触持极3mm，触持极中心孔0.5mm，引出极距触持极1.2mm，引出极中心孔4.2mm，阴极通过安装支座上的螺纹与离子源配装；b)离子源中增设了电子分配挡板(7)、径向流量分配器(10)，电子分配挡板通过绝缘子安装在引出极上，径向流量分配器安装在离子源底板(11)上，c)离子源中增设了由屏栅极(19)和加速极(20)组成的束流匹配栅，屏栅极安装在离子源侧壁的屏栅极极靴(18)上，加速极经过绝缘子安装在离子源侧壁，屏栅极、加速极均在触持阴极、电子分配挡板同一轴线上，这样使源内等离子体密度分布均匀，引出束流的有效束径(按束流密度均匀性+5％计)增大。附图1中其他标号的元件名称是(8)为引出极安装绝缘子，(9)为阴极极靴，(11)为离子源底板，(12)为离子源安装环，(13)为磁铁，(14)为阳极安装绝缘子，(15)为加速极安装绝缘子，(16)为阳极，它通过绝缘子安装在离子源的底板上，(17)为离子源侧壁，(18)为屏栅极极靴。启动离子源的接电方式如附图2所示，触持极电源正端与点火电源正端同接于触持极上，负端均接于阴极座上，引出极电源的负端浮在触持极上，正端接引出极，加速极电源的负端接加速极，正端同屏栅电源的负端相联，通过30欧姆电阻接于工作台上(地电位)，屏栅电源的正端接在屏栅极上，阳极电源的负端浮在屏栅极上，正端接于阳极。触持、引出、阳极三台电源均为稳流源，启动离子源时，先给阴极通氩气到4sccm，然后开触持极、引出极、阳极、屏栅、加速极电源，屏栅、加速极均调在100伏左右，阳极设定在小电流上，然后开点火电源，点火成功后即关掉点火电源，同时将氩流量降到2.6sccm左右，再调整离子能量(取决于屏栅电压)和束流密度(调阳极电流大小)达到要求的数值，若是反应离子束刻蚀，则一面向离子源内加入活性气体，一面减少氩气流量，达到合适的比例。中和器是刻蚀半导体、绝缘体材料时用的，为了克服现有热丝中和器使用寿命很短和污染问题，本技术设计了等离子体桥中和器，附图3是该中和器结构图，图中(1)为阴极座，(2)为筒体，(3)为阴极，(4)为阳极，(5)为阳极绝缘子，(6)为电子引出极，(7)为电引出极绝缘子，(8)为阴极绝缘子，阴极座与筒体通过螺纹密闭连接，阴极和阳极均密封在筒体内，筒体端面中心小孔0.8mm，端面距电子引出极0.8mm，电子引出极中心2.6mm。各电极都用陶瓷绝缘子彼此绝缘，等离子体桥中和器真空室中的安装位置是电子引出孔位于离子源加速极下游6cm，正对束中心，距束边缘3cm处，离子源轴线与中和器轴线成正交，中和器的通电接线如附图(4)所示，中阳电源正端接阳极(4)，负端与中引电源负端共接，中引电源正端接电子引出极(6)，阴极与耦合电源的负端相接，中和器向离子束注入的电子流称为耦合电流，工作时，先通入2sccm氩气，打开各电源，逐渐增加阴极电压，待有了耦合电流后，氩气流量减到1.3sccm左右，耦合电流大小通过调节阴极电压实现，由于工作时，该中和器筒体体内的压强相对于刻蚀室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由机框、真空室、离子源、二件台、指示表头和电源控制柜组成的触持阴极离子束刻机，其特征在于：ａ）离子源的触持阴极由阴极座（１）、阴极安装支座（２）、钽管（３）、发射体（４）、触持极（５）、引出极（６）组成，阴极的电子发射体采用逸出功低 的材料安装在钽管上，钽管的另一端装在有通孔的阴极座中，发射体端面距触持极较小，触持极中心有小孔，引出极距触持极很小，引出极中心有小孔，阴极通过安装支座上的螺纹与源离子源配装，ｂ）离子源中增设电子分配挡板（７）、径向流量分配器（１０）、电 子分配挡板通过绝缘子安装在引出极上，径向流量分配器安装在离子源底板（１１）上，ｃ）离子源中增设了由屏栅极（１９）和加速极（２０）组成的束流匹配栅，屏栅极安装在离子源侧壁的屏栅极极靴（１８）上，加速极经过安装绝缘子安装在离子源侧壁，屏栅极 、加速极均在触持阴极、电子分配挡板同一轴线上，。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈绍金，
申请(专利权)人：上海华洋工贸公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]