Aufrufe
vor 3 Jahren

Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

4 DIE

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN und die Stabilisierung des Plasmas werden üblicherweise bei höheren Leistungen durchgeführt, als sie bei dem anschließenden Ätzprozess benötigt werden. U B und U A bezeichnen die beiden elektrischen Spannungen, die an die beiden Gitter relativ zum Massepotential angelegt werden. Abbildung 4.6 zeigt die Gitterandordnung und den Potentialverlauf, dem die Ionen auf dem Weg von der Plasmaquelle bis zum Wafer durch die beiden Gitter hindurch folgen. Plasma Fokusgitter - U B Ar + Ar + Wafer Beam Potential Beschleunigungsgitter - U A Accelerator Potential Abbildung 4.6: Gitteranordnung und Potentialverlauf des Ionenstrahl-Verfahrens. U B ist eine positive Spannung, deren Wert ein wenig unterhalb des Plasmapotentials liegt. Durch die Strahlspannung erhalten die Ionen die kinetische Komponente, um in die Richtung der Probe, welche auf Nullpotential liegt, beschleunigt zu werden. U A ist eine negative Spannung, die das Extrahieren der Ionen aus der Quelle unterstützt. Die Differenz beider Spannungen U B - U A ergibt die vollständige Extraktionsspannung U ext der Ionen aus der Quelle. Nicht zu verwechseln ist U ext jedoch mit der Spannung, welche die kinetische Energie der auf dem Wafer eintreffenden Ionen und somit die 39

4 DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN Ätzenergie bestimmt. Die Nettobeschleunigung der Ionen bis zum Auftreffen auf dem Wafer wird nur von U B festgelegt. U A wird zwar durchlaufen, kürzt sich jedoch mit Erreichen des Nullpotentials wieder heraus. Die Ionen erreichen dabei ihre maximale Geschwindigkeit an dem Beschleunigungsgitter. Nach dem Passieren des Gitters werden die positiven Ionen jedoch durch negative U A wieder abgebremst. Zusätzlich zur Beschleunigung der Ionen wirken beide Gitter als „Optik“ des Ionenstrahls. Dabei sorgt das Fokusgitter durch das positive Potential dafür, dass der Strahl aus positiv geladenen Ionen gebündelt wird. Das Beschleunigungsgitter wirkt durch das negative Potential anziehend und somit (nach außen) ablenkend auf die Flugbahn der Ionen, wodurch sich ein definierter Divergenzwinkel des Strahls ergibt. In der Regel gilt: Je größer die Ablenkung, desto größer ist der Divergenzwinkel. Dementsprechend ergibt sich ein breiterer Strahl sowie größere Divergenzwinkel durch Erhöhung von │U B │ oder │U A │. Neben den Parametern, welche einen direkten Einfluss auf den Ionenstrahl nehmen, haben das Gasmischungsverhältnis, die Probentemperatur und der Winkel des Wafers einen großen Einfluss auf die resultierenden Ätzprofile (siehe folgende Kapitel). Wird z.B. ein Gasgemisch mit hohem Anteil an reaktivem Gas gewählt, so erhöht sich der chemische Ätzanteil, wodurch größere Ätzraten erzielt werden können. Ein ähnlicher Effekt resultiert aus der Steigerung der Probentemperatur, da chemische Reaktionen bei höheren Temperaturen schneller ablaufen. Die Unterdrückung chemischer Ätzprozesse zur Realisierung sehr steiler Ätzflanken wird daher in der Halbleitertechnologie auch durch Kühlung der Wafer erreicht. Die Verkippung des Wafers relativ zur Ionenquelle kann zur Herstellung von Strukturen schräger Kanten verwendet werden. Zusammenfassend bietet das reaktive Ionenstrahl-Ätzen die Flexibilität, welche für die Herstellung von Nanoimprint-Stempeln und anschließend für die Realisierung von Nano-Crossbar-Strukturen benötigt wird. 40