• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    EineAnordnung zur Erzeugung eines großflächigen Breitionenstrahls, bestehendaus zwei oder mehreren Teilionenstrahlen (Beamlets), die durch ein ausLochgittern bestehendes Extraktionssystem aus einem Ionenquellenplasmaextrahiert werden, wobei das Extraktionssystem zwischen dem am Plasmabefindlichen Screengitter und dem den Ionenstrahl ausgegebendenAcceleratorgitter ein oder mehrere in einzelne Segmente eingeteilte weitereLochgitter enthält.Durch Veränderungder elektrischen Potentiale an den Segmenten kann die Extraktion derdarin befindlichen Beamlets gesteuert werden, was eine lokale Steuerungder Ionenstromdichte im Ionenbreitstrahl zur Folge hat. Wird dielokale Ionenstromdichtesteuerung gepulst zwischen den zwei Zuständen "Beamletauf" und "Beamlet zu" durchgeführt,kann die lokale zeitlich gemittelte Ionenstromdichte streng linearin einem weiten Steuerbereich beeinflußt werden. Es werden Anordnungen zurein- und zweidimensionalen Steuerung von Ionenstrahlprofilen gezeigt.Mit der erfindungsgemäßen Lösung können Ionenquellenaufgebaut werden, die ein definiertes vorzugebendes Ionenstrahlprofilin hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit für Dünnschichttechnologien bereitstellen.
    公开号:DE102004002508A1
    申请号:DE200410002508
    申请日:2004-01-17
    公开日:2005-08-11
    发明作者:Horst Dipl.-Phys. Neumann；Hermann Dr. Schlemm；Frank Dipl.-Phys. Scholze
    申请人:LEIBNIZ INST fur OBERFLAECHEN；Leibniz-Institut fur Oberflachenmodifizierung Ev；
    IPC主号:G21K1-06
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung und Regelung vonIonenstrahlprofilen gemäß der Gattungder Patentansprücheund ist insbesondere in ionenstrahlgestützten Dünnschichtverfahren sowie beider Oberflächenmodifizierungvon Materialien verwendbar.
    [0002] Ionenquellenallgemein teilen sich ein in zwei Gruppen mit generell unterschiedlichenIonenstrahlen. Dies sind zum einen die in Ionenbeschleunigern, Ionenimplanternund ionenanalytischen Geräteneingesetzten Ionenquellen zur Erzeugung achsennaher Ionenstrahlenmit einem Durchmesser kleiner als 1–2 cm. Dies Strahlen werdenmit ionenoptischen Mitteln durch die Anlagen geführt, dabei transformiert, beschleunigtoder abgebremst. Ihr Ionenstromdichteprofil ist gewöhnlich gaussförmig. Substratemit Abmessungen größer alsdieser Ionenstrahl werden zum Zweck der Ionenstrahlbearbeitung inRelativbewegung zum Ionenstrahl geführt und so homogen bearbeitet.
    [0003] Zumanderen gibt es die Breitionstrahlquellen, die einen aus einzelnenBeamlets zusammengesetzten Ionenstrahl mit max. Querabmessungenbis zu 1 Meter liefern, wobei dieser Ionenstrahl in typischen Ionenstrahlverfahrenwie Ionenstrahlsputtern [H.R. Kaufman, J. Vac. Sci. Technolog. 21,(1982), 725], ionenestrahlgestützteBeschichtung oder reactivem Ionenstrahlätzen [J.J. Cuomo, S.M. Rossnagel, H.R.Kaufman, „Handbookof Ion Beam Technology", NoyesPublications, Park Ridge USA, 1989] ein großflächiges Substrat in einem Prozessganghomogen bearbeiten soll.
    [0004] Weilalle bisher bekannten Breitionenstrahlquellen wie Kaufman-ionenquellen[H.R. Kaufman, J.M.E. Harper, J.J. Cuomo, J. Vac. Sci. Technolog. 21,(1982), 764], Hochfrequenzionenquellen [M. Zeuner, J. Meichsner,Proc. 13th Europ. Sec. Conf. on Atom andand Molec. Phys. of Ion. Gases, Poprad-Slovakia, publ. by Europ.Phys. Soc., Vol Edit. Lukac Koslnar, Skalny Bratislava 20 E, PartB (1996) 111–112]oder ECR-Mikrowellenionenquellen[M. Zeuner, J. Meichsner, H. Neumann, F. Scholze, F. Bigl, J. Appl.Phys. 80, (1996), 611–622]prinzipiell ein Plasma zur Ionenextraktion bereitstellen, das eineinhomogene Ionendichteverteilung aufweist, sind die daraus extrahiertenBreitionen strahlen prinzipiell inhomogen. Außerdem entstehen durch die Überlagerungder einzelnen Beamlets zusätzliche weiterevon den Extraktionspotentialen abhängige Inhomogenitäten.
    [0005] Inder Vergangenheit wurden vielfältigeMethoden zur Formung von homogenen Breitionenstrahlprofilen an denoben erwähntenIonenquellen unternommen wie: – Breitionenstrahlformungmittels Blenden [F. Bigl, T. Hänsel,A. Schindler, Vakuum in Forschung und Praxis (1998), Nr. 1, 50–56], – Breitionenstrahlformungdurch Variation der Bohrungsdichte der Extraktionslöcher [F.Bigl, T. Hänsel,A. Schindler, Vakuum in Forschung und Praxis (1998), Nr. 1, 50–56], – Homogenisierungder Plasmadichte in der Ionenquelle durch Zusatzelektroden [D. Flamm,M. Zeuner, Surf. And Coatings Technolog. (1999) vol. 116–119, 1089,Tartz, M.; Hartmann, E.; Deltschew, R.; Neumann, H., Review of ScientificInstruments (Feb. 2000) vol. 71, no. 2, pt. 1–2], – Breitionenstrahlformungdurch definiert gekrümmteExtraktionsgitterflächen.
    [0006] Allediese Verfahren haben größere Nachteile,die ihren Einsatz in Forschung und Industrie in der Vergangenheitweitgehend verhinderten. Dies sind vor allem die Bildung von gesputtertenTeilchen beim Einsatz von das Ionenstrahlprofil formenden Masken [], die den Ionenstrahl verunreinigen. Außerdem haben alle oben erwähnten Maßnahmenzur Strahlprofilformung gemeinsam, daß während des Ionenstrahlprozesseskeine Änderungdes Strahlprofils vorgenommen werden kann. Regelvorgänge am Ionenstrahlprofilsind damit nicht realisierbar.
    [0007] Weitaußerhalbder derzeitigen Realisierungsmöglichkeitenliegt auch, die programmierte Formung von ein- oder zweidimensionalenIonenstrahlprofilen im Zeitverlauf der Ionenstrahlbearbeitung, womitvölligneue Möglichkeitender Ionenstrahlbearbeitung eröffnetwürden,die industriell eingeführtenverfahren wie Siebruck oder Offsetdruck stark ähneln.
    [0008] Aufgabeder Erfindung ist es daher eine Anordnung zu schaffen, die eineMöglichkeitzum Erzeugen beliebiger programmierbarer Ionenstrahlprofile ausdem vorerst plasmaphysikalisch vorgegebenem Ladungsträgerdichteprofilbereitstellt. Diese Anordnung soll für prinzipiell alle Typen derPlasmaerzeugung in Breitionenstrahlquellen nutzbar sein, d.h. dieIonenstrahlprofilformung soll allein im Extraktionssystem der Ionenquellenrealisiert werden.
    [0009] Gemäß der Erfindungwird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchsgelöst.Durch die erfindungsgemäße Anordnungund elektrische Beschaltung wird erreicht, daß Ionenquellen aufgebaut werdenkönnen, diebei Bewahrung wichtiger Vorteile von Breitionenstrahlquellen wieIonenstrahldurchmesser bis 50 cm oder rechteckige Ionenstrahlquerschnittebis zu mehreren Meter Längebei Ionenstromdichten bis zu 5 mA/cm2 beliebigevorgegebene Ionenstrahlprofile erzeugen können. Im einfachsten Anwendungsfallist dies die Erzeugung eines bis auf wenige Prozent Abweichung (einetypische industrielle Anforderung beträgt +– 2%) homogenen Ionenstrahlprofilsbei obigen industriellen Abmessungen.
    [0010] Beider erfindungsgemäßen Lösung wirdein Breitionenstrahl aus einer Breitionenstrahlquelle extrahiert.Dazu enthältdie Ionenquelle eine Entladungskammer in der ein magnetfeldgestütztes Plasmaim Druckbereich von 10–2 bis 10–5 mbarerzeugt wird. Je nach der Art der Plasmaerzeugung werden die Ionenquellenz.B. eingeteilt in: Heiß-oder Kaltkathodenionenquellen, Hochfrequenzionenquellen, Mikrowellenionenquellenoder ECR-ionenquellen.Die Extraktion der Ionen zur Bildung eines profilgesteuerten Breitionenstrahlserfolgt durch ein aus drei oder auch vier Lochgittern bestehendesExtraktionssystem. Diese Gitter sind aus einem leitfähigen Stoffhergestellt und enthalten die Lochbohrungen so, daß die Löcher dereinzelnen Gitter die Extraktion des Teilionenstrahls (Beamlet) ingewünschterWeise erlauben.
    [0011] Dasdas Plasma zum Wirkraum abschließende Schirmgitter (Screengitter)hat die Aufgabe, das Plasma vom diesem Wirkraum zu trennen. Dazu wirdes entweder isoliert betrieben und wird dann durch Wechselwirkungmit dem Plasma auf ein nahe Plasmapotential liegendes Potentialangehoben oder mit einem konstanten, positiven Potential beaufschlagt,welches das Potential des Plasmas in die Nähe dieses positiven Potentialsanhebt. Alle weiteren in Ionenstrahlrichtung nun folgenden Gittersind nun negativer bzgl. des Schirmgitters und bilden so ein elektrostatischesFeld heraus, welches die Extraktion von positiven Ionen ermöglicht.Normalerweise reicht hierzu ein zweites Gitter (Acceleratorgitter) alleinaus. Die Potentialdifferenz zwischen dem Entstehungsort der Ionenim Plasma und dem Substratpotential bestimmt die Wirkenergie derextrahierten Ionen auf einem Substrat. Alle Potentiale an den übrigen Gitternsind so gewählt,dass sie zur Formung bzw. Modulierung des Ionenstrahls bzw. zumZurückhaltenvon außerhalbder Plasmakammer gebildeten Elektronen aus dem Plasma beitragen.
    [0012] Imeinfachsten Fall der erfindungsgemäßen Lösung wird zwischen Screengitterund Acceleratorgitter ein drittes Gitter (Schaltgitter) eingefügt, dessenPotential sich nun zwischen zwei als Schaltzustände zu bezeichnenden Potentialenbefinden kann. In einem Schaltzustand ist das Schaltgitterpotential positiverals das Potential am Screengitter, mit der Folge, daß Ionennicht das Extraktionssystem passieren können. Ist das Schaltgitterpotentialdagegen negativer als das Screengitterpotential, werden die Ionendurch das gesamte Extraktionssystem geführt und passieren so gerichtetdas Extraktionssystem in Richtung Wirkraum.
    [0013] Wirdnun das Schaltgitter aus separaten Teilen, die wahlweise an dieobigen Potentiale gelegt werden können, hergestellt, so können jeweilsdie Beamlets, die das Schaltgittersegment enthält auf- oder zu- geschaltetwerden. Im einfachsten Fall kann ein Schaltgittersegment ein einzelnesBeamlet enthalten. Genauso sind Gruppen z.B. rechteckige Anordnungenvon Beamlets wie z.B. 5 × 10Löchero.ä. möglich. InAbhängigkeitvon dieser Segmentzerlegung könnenso einzelne Beamlets oder Beamletgruppen durch von außen anzulegendePotentiale ein- oder ausgeschaltet werden. Die örtlichen Potentialunterschiededer Schaltgittersegmente beeinflussen weder das Plasma (Abschirmungdurch Screengitter) noch den ausgehenden Ionenstrahl (Abschirmungdurch Acceleratorgitter).
    [0014] ZurErzeugung der Spannungen am Schaltgitter ist mindestens ein Gleichspannungsnetzteilerforderlich. Aufgrund der hohen zu schaltenden Spannungen bis zu2000 V sind Relais zum Umschalten der Spannungen ungeeignet. Eswerden Halbleiterschalter verwendet. Damit hat die erfindungsgemäße Lösung außerdem denVorteil, daß Schaltvorgänge im Frequenzbereichvon 1–100kHz durchgeführt werdenkönnen.Bei typischen Schaltfrequenzen von 10–30 kHz ergibt sich eine typischePulslängeder Ionenstrahlimpulse im Bereich von 100–30 μs. bei typischen Ionenstrahlbearbeitungszeitenvon mindestens 1 s ergibt sich damit eine zeitliche Mittelung über ausreichendviele Beamletschaltvorgänge.Für jedes Schaltgittersegmentist daher eine zusätzlicheelektrische Leitung erforderlich, die über eine elektrische Durchführung indas Vakuum der Ionenquelle gebracht werden muss. Typische linearestrahlprofilgesteuerte Ionenquellen weisen 25–50 Schaltgittersegmente aufund benötigenebenso viel Durchführungenund Leitungen. Eine erfindungsgemäß vorteilhafte Lösung ergibtsich, z.B. wenn bei einer flanschmontierten Ionenquelle die elektrischenDurchführungender Schaltgittersegmente gleichzeitig die Halter der Segmente darstellenund zusätzlicheLeitungen eingespart werden.
    [0015] StrahlprofilgesteuerteExtraktionssysteme mit einem Schaltgitter bestehen somit aus n (n= 1, 2, 3, ...) Schaltgittersegmenten, die in der Ebene des Schaltgittersunterschiedlich angeordnet sein können. Die wichtigsten Anordnungensind: a) lineare Anordnung b) Radiale Anordnung
    [0016] Mitlinearen strahlprofilgesteuerten Extraktionsystemen können auchzweidimensionale Ionenstrahlprofile zur Bearbeitung flächenhafterSubstrate erzeugt werden, indem senkrecht zur linearen Anordnungein Substrat mit konstanter Geschwindigkeit vorbeibewegt wird undin Abhängigkeitvon der erreichten Substratposition ein programmiertes Ionenstrahlprofilausgegeben wird. Z.B. könnenauf diese Weise durch Ionenstrahlbeschichtung oder -abtrag programmierteMuster in großflächige Substrateeingebracht werden.
    [0017] WennExtraktionssysteme aufgebaut werden, die neben Screen- und Accerlatorgitterzwei segmentierte in Ionenstrahlrichtung hintereinander liegendeSchaltgitter enthalten, könnenIonenstrahlprofilsteuerungen aufgebaut werden, die direkt einen kreisförmigen oderrechteckigen Ionenstrahl formen. Grundlage dieser zweidimensionalenSteuerung ist die Tatsache, daß Ionendas Beamlet nur passieren können,wenn beide hintereinander angeordnete Schaltgittersegmente sichim eingeschalteten „Auf" – Zustand befinden. Ist einesder beiden oder beide Schaltgittersegmente auf „Zu", d.h. auf positivem, die Ionen reflektierendemPotential, passieren keine Ionen das Beamlet. Für die Beamlets im Überlappungsbereichzweier solcher Schaltgittersegmente gilt daher die logische Und-Funktionbzgl. der Steuerung der Beamlets.
    [0018] Eineerfindungsgemäß günstige Formeiner zweidimensionalen Strahlprofilsteuerung ergibt sich, wennder Aufbau der zwei hintereinanderliegenden Schaltgittersegmentein Matrixform erfolgt, d.h. es gibt n Zeilengitter und m Spaltengitter,die n × m Überdeckungsbereicheaufweisen, die die zu steuernden Beamlets enthalten. Bezeichnetman mit: Vzi – logisches Schaltpotentialder i-ten Zeile (i = 1 .... n), Vsj – logischesSchaltpotential der j-ten Spalte (j = 1 ... m), so gilt für den logischenZustand der Beamlets im Kreuzungsbereich: Bi,j =Vzi and Vsj (1)
    [0019] Mitfolgenden Vereinbarungen: Vzi, Vsi = 0: bedeutet Schaltgittersegment auf positivemPotential, kein Ionenstrom kann Segment passieren, Vzi, Vsi = 1: bedeutetSchaltgittersegment auf negativem Potential, Ionenstrom kann Segmentpassieren, Bi,j = 0 bedeutet damit,daß keinIonenstrom die Beamlets im Überdeckungsbereichpassiert, Bi,j = 1 dagegen bedeutet eingeschalteten Überdeckungsbereich.
    [0020] Analogzum Fall der eindimensionalen Strahlprofilsteuerung wird jedes Schaltgittersegment miteiner Leitung versorgt. Es sind also n + m elektrische Zuführungenins Ionenquellenvakuum erforderlich. Genauso werden in diesem Falln + m Halbleiterschalter zum Umschalten zwischen den Schaltpotentialenbenötigt.
    [0021] DieSteuerung der Halbleiterschalter erfolgt wie im eindimensionalenFall taktweise, d.h. in einem Takt wird eine Bitfolge von SchaltpotentialenVzi an die Zeilenschaltgittersegmente undeine Bitfolge Vsj an die Spaltenschaltgittersegmenteangelegt, was zur Erzeugung eines aus n × m Matrixpunkten bestehendenBeamletmusters nach (1) führt.
    [0022] Durchdie Wirkung der logischen Verknüpfung(1) könnenallerdings nicht beliebige Ionenstrahlprofile ausgegeben werden,sondern nur solche, die der Bedingung (1) genügen. Um beliebig geformte Ionenstrahlprofileauszugeben, macht sich eine Zerlegung des Soll-profils unter Berücksichtigung des Ist-Profilsnach einem orthogonalen System von zweidimensionalen Basisfunktionen,die (1) genügennotwendig. Eine erfindungsgemäß günstige Lösung ergibtsich, wenn das Beamletmuster aus n × n Matrixpunkten besteht undals Basisfunktionen n × nzweidimensionale Walsh-Funktionen benutzt werden. Alle Basisfunktionenwerden im Zeitverlauf hintereinander mit einer ihrer Intensität entsprechenden undzu bestimmenden Taktlängeausgegeben. Mittels einer Transformation kann dann aus dem Sollprofilabgeleitet werden, mit welcher Taktlänge eine jede einzelne Basisfunktionzum Ionenstrahlprofil beiträgt.
    [0023] Durchdie erfindungsgemäße Anordnung können großflächige Ionenquellengeschaffen werden, die – beliebige Ionenstrahlprofileauf programmierte Weise ausgeben können (z.B. ohne Wechsel mechanischerTeile o.ä.), – keinezusätzlichenVerunreinigungen erzeugt werden, wie dies z.B. beim Einsatz vonstrahlprofilsteuernden Masken (Sputterabtrag an Masken und Rückstreuung)der Fall ist, – imFall einer Ionenstrahlprofilregelung können zusätzliche Strahlprofilbeeinflussungenwie Verformung der Beamlets in Abhängigkeit von Extraktionsspannungenusw. durch die Regelung in situ ausgeglichen werden, – aufgrundder ausgezeichneten linearen Abhängigkeitvon Pulslängeund zugehörigerIonenmenge kann die lokale mittlere Ionenstromdichte in einem weitenSteuerbereich von ca. 5 .... 95% linear gesteuert werden.
    [0024] DieErfindung wird nachstehend anhand von zwölf in den schematischen Zeichnungendargestellten Ausführungsbeispielennäher erläutert. Eszeigen:
    [0025] 1:ein Beamlet eines strahlprofilsteuerbaren Extraktionssystems mitdrei Gittern im eingeschalteten (links) und ausgeschalteten Zustand (rechts)für eindimensionaleStrahlprofilsteuerung,
    [0026] 2:ein Beamlet eines strahlprofilsteuerbaren Extraktionssystems mitvier Gittern im eingeschalteten (links) und ausgeschalteten Zustand (rechts)für zweidimensionaleStrahlprofilsteuerung,
    [0027] 3:schematisch eine lineare Anordnung von strahlprofilgesteuerten Beamletsoder Beamletgruppen zur Erzeugung eines eindimensionalen Ionenstrahlprofils,
    [0028] 4:schematisch eine Anordnung, bei der eine eindimensionale strahlprofilgesteuerteIonenquelle relativ zu einem Substrat bewegt wird, um ein zweidimensionalesIonenstrahlprofil währendder Bewegung zu erzeugen
    [0029] 5:schematisch eine zweidimensionale matrixartige Anordnung von strahlprofilgesteuerten Beamletsoder Beamletgruppen zur Erzeugung eines zweidimensionalen Ionenstrahlprofils,
    [0030] 6:schematisch eine rotationssysmmetrische Anordnung von strahlprofilgesteuertenBeamlets oder Beamletgruppen zur Erzeugung eines rotationssysmmetrischenIonenstrahlprofils,
    [0031] 7:den Blockschaltplan mit Spannungsversorgungen und Schaltern zumSchalten der Beamlets oder Beamletgruppen einer eindimensionalen Strahlprofilsteuerung,
    [0032] 8:den Blockschaltplan mit Spannungsversorgungen und Schaltern zumSchalten der Beamlets oder Beamletgruppen einer zweidimensionalenStrahlprofilsteuerung,
    [0033] 9:schematisch die Draufsicht auf eine eindimensional strahlprofilgesteuertelineare Ionenquelle bestehend aus 11 Beamletgruppen zu je 14 Beamlets,
    [0034] 10:ein Beamlet eines strahlprofilsteuerbaren Extraktionssystems miteinem aus isolierendem Material bestehenden Zwischengitter, aufdas Leiterbahnen zur separaten zweidimensionalen Strahlprofilsteuerungauf Ober- und Unterseite in Dünnschichttechnikaufgebracht sind,
    [0035] 11:schematisch eine matrixartige Anordnung von Zeilen- und Spaltengitternzur zweidimensionalen Strahlprofilsteuerung,
    [0036] 12:Zeitverlauf der getakteten Schaltspannungen einer Beamletgruppefür denZustand auf 90% oder 10% Ionenstrom.
    [0037] 1 zeigtdie Extraktion eines Beamlets (1) aus einem Plasma (5)einer Ionenquelle. Das Plasma befindet sich bzgl. der Extraktionspotentialeder Gitter (2, 3, 4) auf einem definiertenPotential was durch die am Plasma befindliche Elektrode (6)gewährleistetwird. Die Flächedieser Elektrode soll groß gegenüber derGesamtflächealler zu extrahierenden Beamlets sein. Die linke Seite von 1 zeigtden fall, in dem ein Beamlet extrahiert wird. Während das Screengitter (4)sich in der Nähedes Plasmapotentials befindet weisen das Segmentierte Schaltgitter(3) und auch das Acceleratorgitter (2) Potentialeauf, die beide negativ bzgl. des Plasmapotentials und des Screengittersind. Als Folge davon wird ein Teilionenstrahl (Beamlet) im Extraktionskanalgebildet durch die konzentrisch angeordneten Löcher der Extraktionsgitterextrahiert. In 1 rechte Seite ist der Fall dargestellt,daß dasSchaltgitter sich auf positivem Potential bzgl. des Plasmas unddes Screengitters befindet. Es erfolgt keine Extraktion von Ionenam Plasma. Bei ausreichend positivem Potential kann aber statt dessendie Extraktion von Elektronen auf das Schaltgitter erfolgen. DasAcceleratorgitter, welches sich immer auf negativem Potential bzgl.des Plasma befindet, kann allerdings nicht von den Elektronen überwundenwerden.
    [0038] Analogzu 1 erfolgt die Beamletschaltung mit zwei segmentiertenSchaltgittern, wie dies in 2 dargestelltist. An Stelle des Schaltgitter (3) aus 1 sindjetzt zwei nacheinander folgende segementierte Schaltgitter (7)und (8) angeordnet. Eine erfindungsgemäß günstige Lösung ergibt sich, wenn dieSegmentierung dieser beiden Gitter so ausgeführt ist, daß die Segmente Zeilen und Spalteneiner Gittermatrix bilden. In 2 linksist wieder der Fall dargestellt, daß sich die Potentiale der Gitter(8, 7, 2) auf negativerem Potential bzgl.des Plasmas oder des Screengitters befinden, was eine Extraktionder Ionen zur Folge hat. Der gezeigte Teilionenstrahl (1) kannextrahiert werden. Befindet sich eines oder beide der segmentiertenSchaltgitter (7, 8) auf positivem Potential bzgl.des Plasmas oder des Screengitters werden keine Ionen extrahiert(siehe 2 rechts).
    [0039] 3.zeigt, wie ein lineares Schaltgitter, wie es z.B. in einer linearenIonenquelle deren Ionenstrahl einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, eingesetztwird, wobei die Breite des Ionenstrahls klein gegenüber derLänge desQuerschnitts ist. Das zugehörigeSchaltgitter (9) entspricht in seinen Außenmaßen demAccelerator- und Screengitter und weist die dargestellte Einteilungin Segmente (10) auf. Typisch sind Segmentbreiten von 10–30 mm,so daß z.B.eine lineare Ionenquelle von 60 cm Länge 20–60 Segmente aufweisen kann.Mittels der hier dargestellten Ionenstrahlprofilsteuerung kann dann z.B.das Ionenstrahlprofil in Längsrichtungeiner solchen Ionenquelle z.B. bei Schichtabscheidung durch Ionenstrahlsputternvon Schichtmaterial von einem linearen Target so eingestellt werden,daß dieSchichtabscheidung auf dem Substrat definiert homogen ist.
    [0040] 4 zeigteinen ähnlichenAnwendungsfall, bei dem unter einer linearen strahlprofilgesteuerten Ionenquelle(9), wie in 3 gezeigt ein Substrat (11) inder Richtung (13) mit konstanter Geschwindigkeit bewegtwird. Währenddas Ionenstrahlprofil durch Taktung der einzelnen Segmente in x-Richtunggesteuert werden kann, ergibt sich nun zusätzlich in Zusammenhang mitder Verfahrbewegung in y-Richtung die Möglichkeit, eine zweidimensionaleIonenstrahlbearbeitung auf dem Substrat (11) auszuführen. Nebender Erzielung ausgezeichneter Ionenstrahlhomogenität können soz.B. auch programmgesteuert Muster für die Ionenstrahlbearbeitungbereitgestellt werden.
    [0041] Diein 4 gezeigte zweidimensionale Ionenstrahlbearbeitungkann auch ohne Verfahrbewegung auf einem feststehenden Substratausgeführt werden,wenn eine zweidimensional segmentierte Anordnung (14) verwendetwird. Es werden nun zwei Schaltgitter eingesetzt (wie in 2)dargestellt), die matrixartig zusammengesetzt sind und aus Zeilen- undSpaltengittersegmenten bestehen. Als Folge davon ergibt sich dieMöglichkeit,wie in 5 gezeigt, jeden einzelnen Matrixpunkt in derx-y-Ebene (12) anzusteuern und so ein zweidimensionalesIonenstrahlpxofil auf einem Substrat (11) gesteuert auszugeben.
    [0042] Nebenden beiden bisher gezeigten Möglichkeitender Ionenstrahlprofilsteuerung in kartesischen Koordinaten, kanndie erfindungsgemäße Lösung auchzur Steuerung rotationssymmetrischer Ionenstrahlprofile verwendetwerden, wie dies in 6 dargestellt ist. Ein kreisförmiges Substrat(11) ist unter einer Ionenstrahlquelle mit kreisförmigem Extrakti onssystemangeordnet. Das Extraktionssystem weist ein Schaltgitter wie in 1 gezeigtauf, das in radialer Richtung (15) in einzelne kreisringförmige Segmenteaufgeteilt ist. Damit kann z.B. ein rotationssymmetrischer Ionenstrahl,der naturgemäß in radialerRichtung ein gaussförmigesIonenstrahlprofil aufweist, so geformt werden, daß über einemdefinierten Substratdurchmesser ein radial homogenes Ionenstrahlprofilzur Verfügungsteht.
    [0043] 7 zeigtschematisch das Prinzip der Potentialerzeugung für den Fall der eindimensionalen Strahlprofilsteuerungan einem Ionenquellengehäuse (17)einer linearen Ionenstrahlquelle. Zwei Spannungsquellen (18)bezeichnet mit U-on und U-off stellen bzgl. Masse die zum Ein- oderAusschalten der Beamlets benötigtenPotentiale bereit. ÜberHalbleiterschalter (19) (in 7 prinzipiellals Schalter dargestellt), werden die einzelnen Gittersegmente (3) desSchaltgitters wahlweise mit U-on oder U-off verbunden. Nicht dargestelltist die Takt- oder Zeitsteuerung zum Takten der einzelnen Schaltvorgänge der Schalter(19).
    [0044] 8 zeigtanalog zum eindimensionalen Fall aus 7 das Prinzipder Potentialerzeugung an einer 2D strahlprofilgesteuerten Ionenquelle.In 8 ist außerdemdas Prinzip der Takterzeugung schematisch mit dargestellt. Einez.B. rechteckförmigeIonenquelle mit dem Plasma (5) im Ionenquellengehäuse (17),wobei das Plasma durch die Plasmaelektrode (20) kontaktiertwird, ist mit einem segmentierten Extraktionssystem bestehend ausAcceleratorgitter (2), Screengitter (4) und densegmentierten Zeilen- und Spaltengittern (7) und (8)aufgebaut. Sowohl fürdie Schaltung der Zeilengitter als auch für die Schaltung der Spaltengitterwird ein Satz aus je zwei Spannungsquellen (18) mit jezwei Spannungen bzgl. Masse (U-on und U-off bereitgestellt, diefür dieZeilen- und Spaltenschaltung unterschiedliche Werte aufweisen. Hatdie zu schaltende Beamletmatrix m × n Beamlets, so weisen dieZeilenschalter (24) und Spaltenschalter (23) mbzw. n Schalter auf. Srceen- und Accerlatorgitter werden von derSpannungsversorgung (22) mit Gleichspannungen versorgt.Die Taktung der Schaltergruppen (23) und (24)erfolgt von einer Taktsteuerung (25), die von einem Steuer-PC(26) wiederum angesteuert wird, um die entsprechenden Bitmustermittels der Schalter auszugeben. Typische Taktlängen in der ein so erzeugtes zweidimensionalesBitmuster existiert, sollten im Bereich von einigen μs bis zuSekunden liegen.
    [0045] 9 zeigtals Beispiel die Draufsicht von der Ionenstrahlseite auf ein segmentiertesSchaltgitter einer linearen Ionenquelle. Zur besseren Ansicht istdas Extraktionssystem ohne Accerlatorgitter dargestellt. Über demScreengitter (35) befindet sich das segmentierte Schalt gitter(z.B. aus 50 Segmenten ca. 20 mm breit), die jeweils eine bestimmteAnzahl von Löchernfür Beamletsenthalten, die dadurch eine Beamletgruppe bilden.
    [0046] 10 zeigteine erfindungsgemäße Lösung für ein zweidimensionalstrahlprofilgesteuertes Extraktionssystem, bei dem sich zwischenScreengitter (4) und Acceleratorgitter (2) einaus einem isolierenden Stoff hergestelltes Zwischengitter (37)befindet. Solche Gitter könnenz.B. aus Aluminiumoxid oder -nitrid mittels Laserschneiden der Löcher hergestellt werden.Mittels Dünnschichttechnikwerden auf der Oberseite (36) und Unterseite (38)strukturierte Leiterbahnen aufgebracht, die der für den 2D-Fallbenötigtenmatrixartigen Segmentierung von Zeilen- und Spaltengitter entsprechen,d.h. z.B. die Unterseite (38) enthält eine segmentierte Spaltengitterschicht unddie Oberseite (37) eine segmentierte Zeilengitterschicht.
    [0047] 11 zeigtals Beispiel eine matrixartige Anordnung zur 2D Strahlprofilsteuerung,bei der sich nur jeweils ein Beamlet (40) im Kreuzungsbereich vonZeilen- und Spaltengittern befindet. Durch die Wahl der angelegtenPotentiale sind das Zeilengitter (42) und das Spaltengitter(43) auf öffnendePotentiale gelegt, was zur Folge hat, das das Beamlet (41) extrahiertwird. Alle anderen Zeilen- und Spaltengitter befinden sich auf geschlossenemPotential, was zu Folge hat, daß alleanderen Beamlets nicht extrahiert werden.
    [0048] 12 zeigtden Spannungsverlauf in Abhängigkeitvon der Zeit an einem segmentierten Schaltgitter einer eindimensionalstrahlprofilgesteuerten Ionenquelle. Abgeleitet von einem Grundtakt (12a)) kann das Pulsverhältnis zwischen hohem Potential(Beamlet geschlossen) und niedrigem Potential (Beamlet geöffnet) gesteuertwerden. 12b) zeigt den Fall in dem 90%des Ionenstroms durchgelassen werden (Taktverhältnis 0.9) während 12c) den Fall zeigt, bei dem nur 10% des Ionenstromsdurchgelassen werden.
    [0049] Allein der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und in den Zeichnungendargestellten Merkmale könnensowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlichsein.
    1 Ionenstrahl(Beamlet) 2 Acceleratorgitter 3 Schaltgitter 4 Screengitter 5 Plasma 6 Spannungshub 7 Zeilengitter 8 Spaltengitter 9 linearestrahlprofilsgesteuerte Ionenquelle 10 Gittersegment 11 Substrat 12 Koordinatensystem,y-Achse 13 Bewegungsrichtung,gesteuert durch Verfahrprogramm V(y) 14 2D-strahlprofilgesteuerteIonenquelle 15 Radius 16 radialesGittersegment 17 Ionenquellenplasmagehäuse 18 DC-Netzteileder Schaltspannungen 19 programmierbareBeamletgruppenschalter 20 Plasmakontakt 21 elektrischeDurchführungin das Vakuum 22 Extraktionsspannungsversorgung 23 Spaltenschaltgitter 24 Zeilenschaltgitter 25 2D-Taktsteuerung 26 Steuer-Personalcomputer 27 SpannungAcceleratorgitter 28 SpannungScreengitter 29 SpannungPlasma 30 Masse 31 Spaltengitterspannung 32 Zeilengitterspannung 33 Schaltgittersegmentmit Anordnung von Extraktionslöchernfür Beamlets 34 SegmentiertesSchaltgitter (ca. 50 Segmente, ca. 20 mm breit) 35 Screengitter 36 Keramikträger für die leitendenBeschichtungen des Zeilen- und Spaltengitters 37 leitendeZeilengitterschicht 38 leitendeSpaltengitterschicht 39 2D-steuerbaresExtraktionssystem 40 Beamlet 41 geöffnetesBeamlet 42 Zeileangesteuert auf „offen" 43 Spalteangesteuert auf „offen"
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Anordnung zur Erzeugung eines Breitionenstrahlsbestehend aus einer Anordnung zur Erzeugung eines Niedertemperaturplasmasim Druckbereich zwischen 10–2 und 10–5 mbarmit einem daran angeordneten aus mindestens drei Einzelgittern bestehendenBreitionenstrahlextraktionssystem zur Extraktion von Beamlets beliebigerForm wodurch eine Breitionenstrahlquelle gebildet wird dadurchgekennzeichnet, daß: – ein odermehrere Gitter des Extraktionssystems aus örtlich getrennten Segmentenbestehen, die an je eine programmierter Spannungsversorgung angeschlossensind, so daß dieIonenextraktion in jedem Segment separat beeinflusst werden kann, – das ersteExtraktionsgitter (am Plasma befindliches Screengitter) sowie dasletzte Extraktionsgitter (Ausgang zum Breitionenstrahl-Acceleratorgitter)nicht segmentiert sind und aus einem leitfähigen Stoff befindlich aufeinem definierten Potential besteht.
    [2] Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,daß sichzwischen Screen- und Acceleratorgitter nach Anspruch 1 ein segmentiertesZwischengitter befindet, dessen Segmente ein oder mehrere Öffnungenfür Beamletsbeliebiger Form umfassen.
    [3] Anordnung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet,daß dieZwischengittersegmente entlang einer Geraden mit bestimmtem Abstandangeordnet sind.
    [4] Anordnung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet,daß dieZwischengittersegmente Kreisringe darstellen, die konzentrisch umden Mittelpunkt des Extraktionssystems mit bestimmtem Abstand angeordnetsind.
    [5] Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischenScreen- und Acceleratorgitter nach Anspruch 1 zwei segmentierteZwischengitter befinden, deren Segmente ein oder mehrere Öffnungenfür Beamletsbeliebiger Form umfassen, so daß durchprogrammierte Potentialsteuerungen der Zwischengitter zweidimensionaleIonenstrahlprofile auf Substraten erzeugt werden können.
    [6] Anordnung nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet,daß dieZwischengittersegmente identisch sind und in Form von Zeilen- undSpaltensegmenten eine Matrix bilden, wobei sich im Kreuzungbereichder Zeilen- und Spaltensegmente ein oder mehrere Öffnungenfür Beamletsbefinden.
    [7] Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet,daß einSubstrat mit Bewegungsrichtung senkrecht zur Richtung der linearenAnordnung der Zwischengitter nach Anspruch 3 relativ zur Ionenquellebewegt wird und in Abhängigkeitvom zurückgelegtenVerfahrweg des Substrats programmierte Potentialsteuerungen desZwischengitters vorgenommen werden, so daß im Zeitverlauf zweidimensionaleIonenstrahlprofile auf Substraten erzeugt werden können.
    [8] Anordnung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet,daß für alle Zwischengittersegmente einidentisches Potential bei dem Teilionenstrahlen in den Beamletsextrahiert werden und ein identisches Potential bei dem keine Teilionenstrahlenextrahiert werden jeweils programmiert an die Zwischengittersegmenteangelegt werden, was zur definierten potentialgesteuerten Ein- oderAusschaltung der Teilionenstrahlen eines jeden Zwischengitters führt.
    [9] Anordnung nach Anspruch 1, 5 und 6 dadurch gekennzeichnet,daß für jeweilsalle Zeilen- und Spaltensegmente eine Kombination aus identischenPotentialen angelegt wird, bei der Teilionenstrahlen in den betreffendenBeamlets im Kreuzungsbereich der Segmente nach Anspruch 6 extrahiertwerden und eine Kombination aus identischen Potentialen angelegtwird, bei der keine Teilionenstrahlen in den betreffenden Beamletsim Kreuzungsbereich der Segmente nach Anspruch 6 extrahiert werdenwas zur definierten potentialgesteuerten Ein- oder Ausschaltungder Teilionenstrahlen eines jeden Matrixpunkts als Kreuzungsbereichder Zwischengitter führt.
    [10] Anordnung nach Anspruch 1, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet,daß dieEin- oder Ausschaltung von einzelnen Beamlets oder Beamlet – Gruppendurch definierte Potentiale mit einem vorgegebenem Zeitraster erfolgt,das so gestaltet ist, daß durch dasVerhältnisvon Einschaltzeit der Beamlets oder Beamletgruppen zu Ausschaltzeitder Beamlets oder Beamletgruppen die zeitlich Bemittelte Ionenstromdichteder Beamlets oder der Beamletgruppen gesteuert werden kann.
    [11] Anordnung nach Anspruch 1 und 10 dadurch gekennzeichnet,daß dieSumme von Ein- und Ausschaltzeit nach Anspruch 10 klein gegenüber derIonenstrahlprozesszeit ist, so dass die zeitlich Bemittelte Ionenstromdichteeines Beamlets oder einer Beamletgruppe vielen (mindestens 100)Einzelimpulsen besteht.
    [12] Anordnung nach Anspruch 1, 5 und 9 dadurch gekennzeichnet,daß einzweidimensionales Beamletmuster mittels in Zeilen- und Spaltenformangeordneten Schaltgittern nach Anspruch 9 zur Steuerung eines ausn × mBeamlets bestehenden 2D Strahlprofils (n = 2, 3, 4, ...; m = 2,3, 4, ...) mit einer Anzahl von n × m Steuerleitungen zum Anlegender Schaltpotentiale nach Anspruch 9 durch elektrische Vakuumdurchführungenund Leitungen in das Vakuum der Ionenquellenvakuumkammer hineinangeschlossen wird.
    [13] Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,daß dieZwischengitter zum Schalten der Beamlets oder Beamletgruppen alsstrukturierte Leiterbahnen aus leitfähigem Material aufgebracht aufein oder zwei Seiten eines Trägersaus isolierendem Material bestehen.
    [14] Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mittelsMessstellen, die um das Substrat herum oder darin integriert angeordnetsind, die aktuelle Ionenstromverteilung gemessen wird und einerVorrichtung zugeleitet wird, die als Folge eines Soll – Ist Profilvergleichsmit einem vorzugebenden Sollprofil die Steuerung des Ionenstrahlprofils übernimmt.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US8883656B2|2014-11-11|Single-shot semiconductor processing system and method having various irradiation patterns
    US9793098B2|2017-10-17|Low pressure arc plasma immersion coating vapor deposition and ion treatment
    JP5704577B2|2015-04-22|プラズマ処理装置および処理対象物を処理する方法
    US20150079796A1|2015-03-19|Charged-Particle-Beam Processing Using a Cluster Source
    EP2019415B1|2016-05-11|Mehrfachstrahlquelle
    Kelly et al.2000|Local electrode atom probes
    EP2950325A1|2015-12-02|Kompensation von dosisinhomogenität mittels überlappender belichtungsorte
    JP4351755B2|2009-10-28|薄膜作成方法および薄膜作成装置
    US7507960B2|2009-03-24|Apparatus and method for controlled particle beam manufacturing
    US8115183B2|2012-02-14|Method for maskless particle-beam exposure
    KR100876049B1|2008-12-26|통합 처리 시스템 내에서의 플라즈마 도핑 및 이온 주입을위한 방법 및 장치
    EP0363476B1|1993-09-22|Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer werkstoffschicht mittels einer laser-ionenquelle
    US4457803A|1984-07-03|Processing method using a focused ion beam
    KR100487059B1|2005-05-03|마그네트론 스퍼터링 소스
    US9070556B2|2015-06-30|Patterning of nanostructures
    DE69834020T2|2006-09-14|Kapazitiv gekoppelter rf plasmareaktor und verfahren zur herstellung von werkstücken
    US6646275B2|2003-11-11|Charged particle beam exposure system and method
    CA1100237A|1981-04-28|Multiple electron beam exposure system
    KR101311612B1|2013-09-26|이온빔용 정전기 평행 렌즈
    EP2186108B1|2015-07-29|Plasma mit niedriger impedanz
    EP0349556B1|1993-11-18|Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von festkörperoberflächen durch teilchenbeschuss
    US8937004B2|2015-01-20|Apparatus and method for controllably implanting workpieces
    US4687939A|1987-08-18|Method and apparatus for forming film by ion beam
    CN1103655C|2003-03-26|应用等离子体密度梯度来产生粒子流的装置和方法
    JP3263920B2|2002-03-11|電子顕微鏡用試料作成装置および方法
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004002508B4|2009-04-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-08-11| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2009-09-24| 8364| No opposition during term of opposition|
    2011-12-15| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20110802 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410002508|DE102004002508B4|2004-01-17|2004-01-17|Anordnung zur Steuerung und Regelung des Ionenstrahlprofils von Breitionenstrahlquellen durch getaktete Beamletsteuerung|DE200410002508| DE102004002508B4|2004-01-17|2004-01-17|Anordnung zur Steuerung und Regelung des Ionenstrahlprofils von Breitionenstrahlquellen durch getaktete Beamletsteuerung|
    [返回顶部]