АНИЗОТРОПНЫЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИОННО - ПЛАЗМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ, ОЧИСТКИ И ПОЛИРОВКИ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Обработка энергетичными частицами поверхности твердого тела приводит к десорбции и перераспределению между фазами газовых примесей, ускорению поверхностной и объемной диффузии, атомному перемешиванию материалов на межфазных границах, стимулированию поверхностных реакций, химическому и физическому распылению.
Воздействие энергетических частиц (ускоренных ионов, электронов и нейтральных частиц) на поверхность твердого тела может привести к совершенно противоположным явлениям: с одной стороны, аморфизации поверхности, блистеринг эффекту, образованию радиационных дефектов, а с другой стороны, - к улучшению её структуры и стехиометрии, стабилизации химического состава по площади и глубине слоя, повышению электрофизических и механических характеристик.
Применение ионно-плазменных процессов для разработки технологии травления структур, очистки и полировки поверхности делает необходимым изучить воздействие указанных эффектов на конечный результат и определить параметры управления. Остановимся на практически важных в технологии изготовления изделий ЭТ и оптики операциях травления, очистки и полировки поверхности.
Наиболее широко используются в технологии ионно-плазменное травление и очистка. Задача осложняется тем, что при уменьшении размера элементов до 1 мкм и менее, на конечный результат при формировании структуры влияет не только характеристика ионно-плазменного процесса, но и свойства структуры) материал маски, характеристики рельефа и т.д.).
В первую очередь необходимо определить эту взаимосвязь,оценить возможности процессов физического и химического распыления и разработать на предложенной основе соответствующие технологические процессы и оборудование.
Уменьшение размеров элементов в ИЭТ приводит к частой смене физико-химических процессов, на базе которых реализуются технологические операции травления [1,2,3].
В настоящее время ставится задача - создать структуры с размерами элементов 0,5-0,2 мкм и менее. Для её решения целесообразно определить перспективные физико-химические процессы массоотбора, способствующие решению поставленной задачи; разработать теоретические подходы, позволяющие прогнозировать пределы их применимости; создать новые более стойкие маскирующие покрытия и определить возможности их применения; создать ионно-плазменные устройства для снижения энергии ионов до 100 и менее электроновольт; разработать процессы полирующего травления, которые позволяют не только сглаживать микронеровности, но и повышать чистоту поверхности и уменьшать дефекты.
Теоретический анализ операции травления твердотельных
структур и процессов распыления
Рассмотрим теоретически технологическую операцию травления через маску.
На рис. 1 показан профиль травления, полученный при сохранении геометрических размеров маскирующего покрытия. Уход размеров элемента травления (L- Lм) можно записать:
L - Lм= 2d= 2d / A, (1).
где А= d/ - анизотропия процесса травления (без учета изменения
геометрических размеров подоложки)!!!;
d - высота рельефа;
- боковой растрав.
Рис. 1. Схематическое изображение профиля травления без учета
изменения геометрии маски:
1- маска; 2- рабочий слой; 3- подложка.
Рис. 2. Схематическое изображение профиля травления
с учетом изменения геометрических размеров маски.
Из уравнения (1) видно, что при А и d0 возникают условия для наиболее точного воспроизведения геометрии маскирующего покрытия в матрице основного вещества. Отсюда можно сделать вывод о том, что даже в элементарном варианте технология травления элементов с микронными и субмикронными размерами, с одной стороны, определяется процессом массоотбора (параметром которого является величина А), а с другой, - геометрией рельефа структуры (параметром рельефа является величина d) [1, 2].
Если усложнить задачу и считать, что в процессе травления структуры происходит изменение геометрических размеров, маскирующего покрытия (рис. 2), можно вывести следующую формулу:
, (2)
где Rпм - селективность травления подложки относительно маски,
которая определяется отношением нормальной скорости
травления (V(о)п) к нормальной скорости травления маски
(V(о)м) и равна 
;
- отношение скорости распыления при углах максимального
распыления Qми нормального к поверхности.
Уравнение (2) получается, если предположить, что в процессе травления угол края маски становится равным Qми этот наклон в резистивном слое затем сохраняется в течение всего времени травления. Мы рассматриваем равновесный процесс, когда маскирующее покрытие уже приобрело угол, соответствующий углу максимального травления. Для этого момента геометрические размеры маски не изменяются. Поэтому рассматривая данную ситуацию, можно смело говорить о том, что реальный уход размера маски будет не больше расчетного [3]. Тогда согласно рис. 2 уход размера маски (м) можно записать:
(3)
где tтр - время процесса травления;
- максимальная скорость травления маски;
м - угол, при котором реализуется максимальная скорость
травления (мв данном случае равен max).
Если учесть, что tтрможно выразить через толщину маски hи V(о)м,
, (4)
а отношение нормальной скорости травления подложки (V(o)п) к нормальной скорости травления маски V(о)м характеризует селективность процесса травления Rпм:
(5)
После подстановки (4) и (5) в (3) получим:
(6)
Подобное уравнение был использовано в работе [2] при анализе ухода размеров от параметров процесса травления.
Исходя из того, что линейный размер элемента изменяется с двух сторон, умножим уравнение (6) на два и, подставив его в уравнение (1), получим (2).
Анализ уравнения (2) показывает, что уход размеров при травлении определяется процессом массоотбора (параметры процесса А, Rпми 
), геометрическими размерами рельефа (параметры рельефа d, L), а также характеристиками маскирующего покрытия (параметры, определяемые маскирующим покрытием, Sin, Rпм, ),