RU2686579C1 - Method of determining plasma etching parameters - Google Patents
Method of determining plasma etching parameters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2686579C1 RU2686579C1 RU2018129894A RU2018129894A RU2686579C1 RU 2686579 C1 RU2686579 C1 RU 2686579C1 RU 2018129894 A RU2018129894 A RU 2018129894A RU 2018129894 A RU2018129894 A RU 2018129894A RU 2686579 C1 RU2686579 C1 RU 2686579C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- acoustic
- thickness
- transducers
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 52
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 8
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 claims description 6
- 235000019687 Lamb Nutrition 0.000 claims description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010002026 amyotrophic lateral sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 201000008279 amyotrophic lateral sclerosis type 4 Diseases 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии микроэлектроники и может быть использовано для контроля характеристик плазменной обработки при формообразовании электронных компонентов.The invention relates to the technology of microelectronics and can be used to control the characteristics of plasma processing during the formation of electronic components.
Одними из наиболее распространенных элементов таких компонентов являются периодические канавки и тонкие мембраны, которые обычно изготавливаются методами плазменного/реактивного ионно-лучевого травления. Воспроизводимость процессов травления определяет выход годных изделий и уровень достижимых рабочих характеристик.One of the most common elements of such components are periodic grooves and thin membranes, which are usually manufactured using plasma / reactive ion beam etching. The reproducibility of etching processes determines the yield of products and the level of achievable performance.
Описаны различные способы определения скорости и глубины травления структур в процессе плазменного/реактивного ионно-лучевого травления, при этом используется прямая зависимость увеличения глубины травления с ростом скорости травления. Так, определение глубины травления поверхности в низкотемпературной плазме проводят методом сканирующей зондовой микроскопии (RU 2206882, ЗАО "НТ-МДТ", 20.06.2003).Various methods are described for determining the rate and depth of etching of structures in the process of plasma / reactive ion-beam etching, using the direct dependence of increasing the depth of etching with increasing etching rate. So, the determination of the surface etching depth in a low-temperature plasma is carried out by scanning probe microscopy (RU 2206882, NT-MDT, June 20, 2003).
Описано устройство мониторинга глубины плазменного травления в режиме реального времени LEP400. Устройство содержит видеосистему для контроля подложки и рассчитывает скорость травления и глубину травления в режиме реального времени, позволяя контролировать завершение процесса (https://www.actan.ru/optmc_lep400.html). При этом мониторинг осуществляется через технологическое окно. Прибор может работать в качестве автономного устройства либо интегрироваться в установку плазмохимического травления фирмы Corial (Франция) от OEM-производителя посредством простого и надежного коммуникационного интерфейса https://www.tbs-semi.ru/equipment/plazmokhimiya/corial_200i/.A device for monitoring real-time plasma etching depth LEP400 is described. The device contains a video system to monitor the substrate and calculates the etching rate and etching depth in real time, allowing you to control the completion of the process (https://www.actan.ru/optmc_lep400.html). At the same time monitoring is carried out through the process window. The device can operate as a stand-alone device or be integrated into the plasma-chemical etching unit from Corial (France) from an OEM manufacturer through a simple and reliable communication interface https://www.tbs-semi.ru/equipment/plazmokhimiya/corial_200i/.
Известно использование акустических методов для контроля процесса плазменного травления (US 6367329 (B1), Acoustic time of flight and acoustic resonance methods for detecting endpoint in plasma processes, AGERE SYST GUARDIAN CORP., 09.04.2002). Конечную точку процесса плазменного травления определяют с использованием акустической ячейки, прикрепленной к выхлопному отверстию на реакционной камере плазменного реактора. Газ из реакционной камеры течет в акустическую ячейку во время процесса плазменного травления. Акустические сигналы периодически передаются через газ, протекающий в акустической ячейке, и определяют первую скорость для акустических сигналов, связанных с травлением первого слоя материала, сформированного на подложке. После этого конечная точка стадии плазменного травления определяется, когда первая скорость изменяется на вторую скорость, связанную с травлением первого слоя материала через его толщину до его границы с лежащим ниже слоем материала. Газ из реакционной камеры протекает через компрессор перед втеканием в акустическую ячейку для увеличения давления газа в акустической ячейке. Этот косвенный метод не дает информацию о параметрах травления при сложной топологии обрабатываемых изделий, например, при выполнении системы отражательных канавок.The use of acoustic methods to control the plasma etching process is known (US 6,367,329 (B1), AGERE SYST GUARDIAN CORP., 04/09/2002). The end point of the plasma etching process is determined using an acoustic cell attached to an exhaust port on the reaction chamber of the plasma reactor. Gas from the reaction chamber flows into the acoustic cell during the plasma etching process. Acoustic signals are periodically transmitted through the gas flowing in the acoustic cell, and determine the first speed for acoustic signals associated with the etching of the first layer of material formed on the substrate. After this, the end point of the plasma etching stage is determined when the first velocity changes to a second velocity, associated with the etching of the first layer of material through its thickness to its boundary with the underlying layer of material. Gas from the reaction chamber flows through the compressor before flowing into the acoustic cell to increase the gas pressure in the acoustic cell. This indirect method does not provide information about the etching parameters for a complex topology of the workpiece, for example, when performing a system of reflective grooves.
Описано использование светового излучения, которое возникает в процессе взаимодействия плазмы с обрабатываемым материалом для измерения скорости травления пластины и глубины травления в процессе плазменного травления (IES20070301 (А2) - Method and apparatus for measuring the wafer etch rate and etch depth in a plasma etch process. LEXAS RES LTD, 02.04.2008). Способ содержит этапы обнаружения света, генерируемого из плазмы во время процесса травления, фильтрацию обнаруженного света для извлечения модулированного света и обработки обнаруженного модулированного света для определения скорости травления. Однако ввиду малых размеров формируемой топологии канавок способ вряд ли применим.The use of light radiation, which occurs in the process of plasma interaction with the material being processed for measuring the etching rate of the plate and the etching depth in the plasma etching process, is described (IES20070301 (A2) - etch rate. LEXAS RES LTD, 04/02/2008). The method comprises the steps of detecting light generated from the plasma during the etching process, filtering the detected light to extract the modulated light, and processing the detected modulated light to determine the etching rate. However, due to the small size of the formed topology of the grooves, the method is hardly applicable.
Известен другой способ контроля глубины травления (US 7892980 (В2) - Apparatus and a method for controlling the depth of etching during alternating plasma etching of semiconductor substrates, TEGAL CORP, 22.02.2011) посредством обнаружения светового сигнала, относящегося к выбранной длине волны, излучаемой плазмой с использованием зондирующего монохроматического светового сигнала. Однако этот способ достаточно сложен и требует серьезного переоборудования технологической камеры.Another method of controlling the etching depth is known (US Pat. No. 7,829,280 (B2)), by detecting a light signal related to the selected wavelength emitted plasma using a monochromatic probing light signal. However, this method is rather complicated and requires a serious re-equipment of the process chamber.
Известно, что плазмохимическое травление является широко используемым инструментом в технологии акустоэлектронных и пьезоэлектрических компонентов, которое обеспечивает настройку частотных характеристик компонентов. Так, в изобретении JPH0955636 (А) - FREQUENCY ADJUSTMENT METHOD FOR SURFACE ACOUSTIC WAVE ELEMENT AND DEVICE THEREFOR, TOSHIBA CORP., 25.02.1997. Полуфабрикат элемента прибора на поверхностной акустической волне, установленный на несущем приспособлении, переносится в положение для травления в секцию вакуумной обработки. Плазма излучается на полуфабрикат элемента на поверхностной акустической волне (ПАВ), чтобы вытравить верхнюю сторону кристалла для регулировки частоты. Частотная характеристика полуфабриката измененного травлением, измеряется с помощью анализатора, а травление осуществляется плазмой в устройстве 51 управления до тех пор, пока измеренная частота не достигнет желаемой величины.It is known that plasma-chemical etching is a widely used tool in the technology of acoustoelectronic and piezoelectric components, which provides tuning of the frequency characteristics of the components. Thus, in the invention of JPH0955636 (A) - FREQUENCY ADJUSTMENT METHOD FOR SURFACE ACOUSTIC WAVE ELEMENT AND DEVICE THEREFOR, TOSHIBA CORP., 02/25/1997. The prefabricated element of the device on the surface acoustic wave, mounted on the carrying device, is transferred to the etching position in the vacuum processing section. The plasma is radiated to the prefabricated element on the surface acoustic wave (SAW) in order to etch the upper side of the crystal to adjust the frequency. The frequency response of the semi-finished product modified by etching is measured using an analyzer, and the etching is performed by the plasma in
Однако специфика функционирования пьезо- и акустоэлектронных устройств состоит в том, что «желаемая» рабочая частота определяется не только геометрическими размерами, но и зависимостью частоты самого элемента от его текущей температуры. Иными словами, для обеспечения той же рабочей частоты, которая настроена в процессе плазменной обработки, необходимо учитывать температурный коэффициент скорости (фазы) используемой волны в данном пьезоэлектрическом материале.However, the specifics of the operation of piezo and acoustoelectronic devices is that the “desired” operating frequency is determined not only by the geometric dimensions, but also by the dependence of the frequency of the element itself on its current temperature. In other words, to ensure the same operating frequency that is set up during plasma processing, it is necessary to take into account the temperature coefficient of speed (phase) of the wave used in a given piezoelectric material.
Наиболее близким к патентуемому является способ контроля глубины анизотропного травления канавок в полупроводнике и соответственно скорости травления при производстве интегральных схем и полупроводниковых приборов (RU 175042 U1, ЗАО ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ", 16.11.2017 - прототип). Способ предусматривает изготовление тестового элемента с рядом тестовых канавок от минимального по ширине размера до максимального и со смотровой канавкой. Глубину канавок, а соответственно и скорость травления, определяют цифровым микроскопом визуально, устанавливая образец под углом 45° и осматривая профиль вытравленных тестовых канавок через смотровую канавку. Недостатком способа является сложность и длительность получения искомого параметра.The closest to the patent is a method of controlling the depth of anisotropic etching of grooves in a semiconductor and, accordingly, the etching rate in the manufacture of integrated circuits and semiconductor devices (RU 175042 U1, ZAO KREMNIY EL GROUP, November 16, 2017 - prototype). The method involves the production of a test element with a number of test pieces The grooves range from the minimum width to the maximum and with a viewing groove. The depth of the grooves, and accordingly the etching rate, is determined visually with a digital microscope, setting the sample was at 45 ° and observed the profile of etched grooves test through observation groove. disadvantage of this method is the complexity and duration of the preparation of the desired parameter.
Настоящее изобретение направлено на решение проблемы повышения достоверности и упрощения реализации способа контроля скорости травления структур посредством плазменного, плазмохимического, плазменного/реактивного ионно-лучевого травления или другого вида обработки в плазменном разряде.The present invention is directed to solving the problem of increasing the reliability and simplifying the implementation of the method of controlling the etching rate of structures by plasma, plasma-chemical, plasma / reactive ion-beam etching or other type of treatment in a plasma discharge.
Патентуемый способ определения параметров плазменного травления материалов в процессе обработки изделий включает измерение параметров модельного образца.The patented method of determining the parameters of plasma etching of materials during the processing of products involves measuring the parameters of a model sample.
Отличие состоит в следующем.The difference is as follows.
В качестве модельного образца используют структуру, образованную первой и второй акустическими линиями задержки (АЛЗ), содержащими входные и выходные электроакустические преобразователи, выполненные на одной грани плоского кристаллического звукопровода, другая противолежащая грань которого открыта для плазменного/ионно-лучевого травления.As a model sample, a structure formed by the first and second acoustic delay lines (ALS) containing input and output electroacoustic transducers, made on one face of a flat crystalline sound duct, the other opposite face of which is open for plasma / ion-beam etching, is used.
Моды колебаний АЛЗ выбраны из условия обеспечения различий в зависимости времени задержки от температуры и толщины звукопровода таким образом, чтобы первая АЛЗ обладала большей чувствительностью к температуре и меньшей чувствительностью к изменению толщины звукопровода в процессе травления, а вторая АЛ3 - меньшей чувствительностью к температуре, но большей чувствительностью к изменению толщины звукопровода в процессе травления, по отношению к первой АЛЗ.The modes of vibration of the ARP are chosen from the condition of ensuring differences in the dependence of the delay time on the temperature and thickness of the sound duct so that the first ALZ has greater sensitivity to temperature and less sensitivity to changes in the thickness of the acoustic duct during etching, and the second AL3 less sensitive to temperature but more sensitivity to changes in the thickness of the sound duct in the etching process, with respect to the first SIP.
Искомые параметры упомянутого травления определяют по временной зависимости разности откликов выходных преобразователей при подаче сигнала возбуждения на входные преобразователи АЛЗ.The desired parameters of the mentioned etching are determined by the time dependence of the difference in the response of the output transducers when the excitation signal is applied to the input transducers of the APS.
Способ может характеризоваться тем, что АЛЗ образованы на одном или на разных звукопроводах.The method can be characterized by the fact that the LSA is formed on the same or on different sound guides.
Способ может характеризоваться и тем, что в первой АЛЗ возбуждают моду колебаний поверхностных акустических волн, а во второй АЛЗ - диспергирующую эллиптически поляризованную волну Лэмба или линейно-поляризованные акустические пластинчатые моды колебаний квази-горизонтальной SH, квазипродольной QL или квази-вертикальной QSV поляризации, при этом открытыми для плазменного/ионно-лучевого травления являются упомянутые грани обеих АЛЗ.The method can also be characterized by the fact that, in the first ALS, the mode of oscillations of surface acoustic waves is excited, and in the second ALZ, the dispersing elliptically polarized Lamb wave or linearly polarized acoustic plate modes of oscillations of quasi-horizontal SH, quasi-longitudinal QL or quasi-vertical QSV polarization This is open for plasma / ion beam etching are referred to the edges of both APS.
Способ может характеризоваться также тем, что в обеих АЛЗ возбуждают диспергирующие эллиптически поляризованные волны Лэмба или линейно-поляризованные акустические пластинчатые моды колебаний квази-горизонтальной SH, квази-продольной QL и квази-вертикальной QSV поляризации, при этом открытой для плазменного/ионно-лучевого травления является упомянутая грань той из АЛЗ, которая имеет пластинчатую моду, характеризующуюся большей чувствительностью к изменению толщины звукопровода в процессе травления.The method can also be characterized by the fact that dispersing elliptically polarized Lamb waves or linearly polarized acoustic lamellar oscillation modes of quasi-horizontal SH, quasi-longitudinal QL and quasi-vertical QSV polarization, which is open for plasma / ion-beam etching, are excited in both ALSs. is the aforementioned face of that of the APS, which has a plate mode, characterized by greater sensitivity to changes in the thickness of the sound guide during the etching process.
Способ может характеризоваться также тем, что разность откликов выходных преобразователей АЛЗ определяют по изменению фазы сигнала, а кроме того, тем, что звукопроводы АЛЗ выполнены из пьезоэлектрического кристаллического материала в форме удлиненных пластин, и тем, что электроакустические преобразователи представляют собой встречно-штыревые преобразователи.The method can also be characterized by the fact that the difference in the responses of the output transducers of the APS is determined by the change in the signal phase, and besides, the conduits of the APS are made of a piezoelectric crystalline material in the form of elongated plates, and the electroacoustic transducers are counter-pin transducers.
Технический результат изобретения - снижение уровня пороговых значений и повышение точности измерения параметров (толщины, скорости) плазменного травления с автоматическим учетом текущей температуры процесса. Преимуществом выбора вида модельной структуры является схожесть элементной базы и принципа функционирования модельного образца с изделиями и процессами основного производства, в котором применено плазменное травление. Используемое в данном описании понятие «плазменное травление» следует распространять на все виды «сухого» травления с использованием, в частности реактивного ионно-плазменного травления, ионно-лучевого травления и пр. технологий.The technical result of the invention is to reduce the level of threshold values and improve the accuracy of measurement of parameters (thickness, speed) of plasma etching with automatic consideration of the current process temperature. The advantage of choosing the type of model structure is the similarity of the element base and the principle of functioning of the model sample with the products and processes of the main production in which plasma etching is applied. The term “plasma etching” as used in this description should be extended to all types of “dry” etching using, in particular, reactive ion-plasma etching, ion-beam etching and other technologies.
Существо изобретения поясняется на чертежах, где:The invention is illustrated in the drawings, where:
фиг. 1 - принципиальная блок-схема реализации способа;FIG. 1 is a schematic block diagram of the method implementation;
фиг. 2 - структура АЛЗ, размещенных на одном звукопроводе, вид со стороны преобразователей;FIG. 2 - the structure of the APS, placed on one duct, view from the transducers;
фиг. 3 - структура АЛЗ, размещенных на отдельных звукопроводах, вид со стороны преобразователей;FIG. 3 - the structure of the APS, placed on separate conduits, view from the transducers;
фиг. 4 - пояснение характера существования ПАВ и пластинчатой моды колебаний (на примере моды SH-поляризации) в разных АЛЗ;FIG. 4 - explanation of the nature of the existence of surfactants and the lamellar mode of oscillation (for example, the SH-polarization mode) in different AEs;
фиг. 5 - пояснение характера существования двух пластинчатых мод колебаний в разных АЛЗ;FIG. 5 - explanation of the nature of the existence of two plate modes of oscillations in different AEs;
фиг. 6 - дисперсионные кривые SH-мод в пластинах кварца с углами Эйлера 0°, 132,75°, 90° (ST,X+90°-срез), n - номер моды.FIG. 6 - dispersion curves of SH-modes in quartz plates with Euler angles of 0 °, 132.75 °, 90 ° (ST, X + 90 ° cut), n is the mode number.
На фиг. 1 показана блок-схема измерительного устройства для реализации способа, где: 1 - модельная структура, 2, 3 - коммутаторы для подключения первой 4 и второй 5 АЛЗ к измерительному тракту. Тракт содержит перестраиваемый генератор 6 радиочастоты и приемное устройство 7, блок 8 выделения разности откликов, выход которого подключен к блоку 9 управления и обработки данных. Блок 9 синхронизирует работу блоков измерительного устройства. Такие схемы измерений для компонентов акустоэлектронных устройств известны и могут быть реализованы как в импульсном, так и в непрерывном режимах, например, на основе анализаторов четырехполюсников HP 875ES или KEYSIGHT 5061 В.FIG. 1 shows a block diagram of a measuring device for implementing the method, where: 1 is a model structure, 2, 3 are switches for connecting the first 4 and second 5 APS to the measuring path. The path contains a tunable radio frequency generator 6 and a receiving device 7, a block 8 for distinguishing the difference of responses, the output of which is connected to the control and data processing unit 9. Block 9 synchronizes the operation of blocks of the measuring device. Such measurement schemes for components of acoustoelectronic devices are known and can be implemented both in pulsed and in continuous modes, for example, based on the HP 875ES or KEYSIGHT 5061 B four-port analyzers.
Модельная структура 1 (фиг. 2, 3) содержит входные 41, 51 и выходные 42, 52 электроакустические преобразователи АЛЗ 4, 5, размещенные на поверхности звукопровода 10. Звукопровод 10 представляет собой плоскую пластину из кристаллического пьезоэлектрика, на одной грани 11 которой размещены указанные электроакустические преобразователи АЛЗ 4, 5, а другая противолежащая грань 12 открыта для плазменной обработки. Именно грань 12 звукопровода 10 и подвергается травлению с уменьшением толщины пластины.Model structure 1 (Fig. 2, 3) contains
АЛЗ могут быть выполнены как на одной пластине звукопровода 10, так и на двух отдельных звукопроводах 101 и 102.ALZ can be performed both on one plate of the Zvukovaya 10, and on two separate Zvukoprovods 101 and 102.
Акустические моды колебаний, на которых реализованы АЛЗ 4, 5, выбираются, исходя из определенных требований, и именно в этом состоит изобретательский уровень. Моды колебаний АЛЗ выбраны из условия обеспечения различий в зависимости времени задержки от температуры и толщины звукопровода исходя из следующего. Выбранная мода колебаний для АЛЗ 4 должна обладать большей чувствительностью к температуре и меньшей чувствительностью к изменению толщины звукопровода в процессе травления. Выбранная мода колебаний для АЛЗ 5 - меньшей чувствительностью к температуре, но большей чувствительностью к изменению толщины звукопровода в процессе травления по отношению к АЛЗ 4. Имеется в виду та температура нагрева, которая неизбежно сопровождает процесс плазменного травления любого материала.Acoustic modes of oscillation, which are implemented by the LSS 4, 5, are selected based on certain requirements, and this is where the inventive step lies. The modes of oscillation of the LSA are chosen from the condition of ensuring differences in the dependence of the delay time on the temperature and thickness of the sound duct according to the following. The chosen mode of oscillation for
Искомые параметры упомянутого травления (глубина или скорость травления при заданной апертуре плазменного луча) определяют по временной зависимости разности откликов выходных преобразователей 42 и 52 при подаче сигнала возбуждения на входные преобразователи 41 и 51 АЛЗ 4, 5.The desired parameters of said etching (depth or etching rate at a given plasma aperture) are determined by the time dependence of the difference in response between
Электроакустические преобразователи выполнены в виде встречно-штыревой структуры с металлическими электродами, размещенными на концах звукопроводов. Конструкция АЛЗ известна из уровня техники. В качестве материалов звукопроводов используются известные кристаллические материалы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, такие как кварц, ниобат лития, танталата лития, германата висмута, сульфид кадмия, лангасит. То есть те материалы, которые будут использоваться в технологии, для которой производится моделирование.Electroacoustic transducers are made in the form of an interdigital structure with metal electrodes placed at the ends of the acoustic ducts. The design of the ALZ is known in the art. Well-known crystalline materials with piezoelectric properties, such as quartz, lithium niobate, lithium tantalate, bismuth germanate, cadmium sulfide, and langasite, are used as sound conduit materials. That is, those materials that will be used in the technology for which the simulation is performed.
На фиг. 4 поясняется принцип, лежащей в основе одного из вариантов реализации патентуемого способа определения параметров плазменного травления. Травление звукопровода осуществляется со стороны грани 12 в зоне 99, соответственно в этой зоне и осуществляется уменьшение толщины звукопровода.FIG. 4 explains the principle underlying one of the options for implementing the patented method for determining the parameters of plasma etching. Etching of the acoustic duct is carried out from the side of the
В том случае, если в АЛЗ 4 возбуждают ПАВ (волны Рэлея), а во АЛЗ 5 -диспергирующие линейно-поляризованные акустические пластинчатые моды колебаний QL-поляризации, то имеет место следующее. АЛЗ 4, в данном случае, представляет собой датчик температуры, поскольку пластина звукопровода 10 под воздействием тепла плазменного источника в зоне 99 изменяет лишь расстояние между электроакустическими преобразователями 41 и 42, а также скорость и время пробега (время задержки) волны между преобразователями АЛЗ 4. Сама ПАВ проникает вглубь звукопровода от грани 11 на расстояние 1-2 длины волны, т.е. на расстояние нескольких десятков мкм и не чувствует изменения геометрии грани 12 (направление распространения ПАВ показано пунктиром 107) при типичных толщинах пластин-звукопроводов 300 и 500 мкм.If surfactants (Rayleigh waves) are excited in
В противоположность этому, АЛЗ 5 использует диспергирующие пластинчатые моды акустических колебаний (Лэмба, SH, QL или QSV), возбуждаемые и принимаемые преобразователями 51, 52, которые в сильной мере чувствуют изменение геометрии на грани 12 (условно распространение QL-моды показано пунктирной линией 108) и в слабой мере изменение температуры. Эти колебания представляют собой линейно-поляризованные акустические моды с доминирующим смещением вдоль направления распространения волны [Ivan V. Anisimkin "New type of an acoustic plate modes: quasi-longitudinal normal wave," Ultrasonics, vol. 42, no. 10, p. 1095-1099, 2004; V.I. Anisimkin "New acoustic plate modes with quasi-linear polarizations", IEEE Trans, on Ultrason., Ferroelect, Freq. Contr., vol. 59, no. 10, p. 2363-2367, 2012]. Пластинчатые моды колебаний могут обладать также аномально высоким коэффициентом электромеханической связи [V.I. Anisimkin and N.V. Voronova "Acoustic properties of the film/plate layered structure", IEEE Trans, on Ultrason, Ferroelect., Freq. Contr., vol. 58, no. 3, p. 578-584, 2011; В.И. Анисимкин, H.B. Воронова и др. Структура акустических мод в пьезоэлектрических пластинах со свободными и металлизированными поверхностями // Радиотехника и Электроника, т. 57, №7, с. 808-812, 2012] и аномально большим углом отклонения потока энергии [V.I. Anisimkin. Anisotropy of the Acoustic Plate Modes in ST-Quartz and 128°Y-LiNbO3, IEEE Trans. Ultrason, Ferroelect, Freq. Contr., vol. 61, p. 120132, January 2014].In contrast,
Указанные пластинчатые моды колебаний применялись для сенсоров аналитических приборов и методика их расчета известна (см., например, RU 2649217 С1, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 30.03.2018).These plate vibrational modes were used for sensors of analytical instruments and the method of their calculation is known (see, for example, RU 2649217 C1, IRE named after VA Kotelnikov of the Russian Academy of Sciences, 03.30.2018).
На фиг. 5 поясняется принцип, лежащий в основе другого варианта реализации патентуемого способа, когда обе АЛЗ 4 и 5 используют пластинчатые моды акустических колебаний различных типов, которые по разному «чувствуют» как изменение геометрии на грани 12, так и изменение температуры пластины-звукопровода. Условно наличие в звукопроводе 10 одной SH-моды показано пунктиром 1081, а другой SH-моды - точками 1082.FIG. 5 explains the principle underlying another embodiment of the patented method, when both
Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.
Вначале измеряются отклик АЛЗ 4 Δϕ1/ϕ1 и отклик АЛЗ 5 Δϕ2/ϕ2 на травление используемых пластин звукопроводов 10. Затем определяются: а) температурный нагрев подложки АЛЗ 4 Δt=(1/ТКФ1)Δϕ1/ϕ1 и б) вклад этого нагрева в отклик АЛЗ 5 (ТКФ2/ТКФ1)(Δϕ1/ϕ1), где Δϕ1 и Δϕ2 - величины изменения фазы акустических волн в АЛЗ 4 и АЛЗ 5 в процессе травления (измеряются прибором типа KEYSIGHT 5061Е), ϕ1 и ϕ2 - полные набеги фаз этих волн в АЛЗ 4 и АЛЗ 5, равные 360°L1/2/λ, L1,2 - расстояние между излучающим и приемным ВШП в этих АЛЗ, λ - длина волны. ТКФ1 и ТКФ2 - температурные коэффициенты скорости или фазы волн в подложках АЛЗ 4 и АЛЗ 5, известные для многих материалов [Акустические кристаллы под/ред. М.П. Шаскольской. М: Наука, 1982; Anisimkin V.I., Anisimkin I.V., Voronova N.V., Puchkov Yu.V. General properties of the acoustic plate modes at different temperatures // Ultrasonics. 2015. Vol. 62, no. 9. P. 46-49; Анисимкин В.И., Пятайкин И.И., Воронова H.B., Пучков Ю.В. Температурные характеристики акустических мод в пластинах пьезоэлектрических кристаллов SiO2, LiNbO3, LiTaO3, Bi12GeO20 и Bi12SiO20. Радиотехника и Электроника. 2016. Т. 61. №1. С. 83-88]. Далее вычисляется та часть отклика АЛЗ 5, которая обусловлена только изменением толщины звукопровода, вызванного травлением - то есть величина Δϕ/ϕ=Δϕ2/ϕ2 - (ТКФ2/ТКФ1)(Δϕ1/ϕ1). Зная эту величину и ее зависимость от нормированной толщины звукопровода Н/λ, (дисперсию скорости V используемой пластинчатой моды):First, the response of the
где V0 - начальное значение скорости при толщине Н пластины, вычисляется изменение толщины ΔН звукопровода и скорость травления ΔН/τ, где τ - продолжительность процесса:where V 0 is the initial value of the speed at the plate thickness H, the change in the thickness ΔH of the duct and the etching rate ΔН / τ are calculated, where τ is the process time:
Типичный вид дисперсионных кривых пластинчатых волн, демонстрирующих их сильную зависимость от нормированной толщины пластины Н/λ, представлен на фиг. 6. Они получены для SH-мод в пластинах кварца с углами Эйлера 0°, 132,75°, 90° (ST,X+90°-срез), n - номер моды.A typical view of the dispersion curves of lamellar waves, demonstrating their strong dependence on the normalized plate thickness H / λ, is shown in FIG. 6. They were obtained for SH-modes in quartz plates with Euler angles of 0 °, 132.75 °, 90 ° (ST, X + 90 ° cut), n is the mode number.
Проведенные оценки показывают достижение технического результата в части снижения уровня пороговых значений. При типичных значениях рабочих параметров (L=20 мм, λ=300 мкм, V0=10×106 мм/с, пороговое значение Δϕ=1 град, ϕ=360°L/λ=24000°, dV/d(H/λ)=107 мм/с) минимальное пороговое значение ΔН составляет 0,0125 мкм (при типичных толщинах пластин-звукопроводов Н=300 и 500 мкм).The evaluations show the achievement of the technical result in terms of reducing the level of threshold values. With typical operating parameters (L = 20 mm, λ = 300 μm, V 0 = 10 × 10 6 mm / s, threshold value Δϕ = 1 deg, ϕ = 360 ° L / λ = 24000 °, dV / d (H (λ) = 10 7 mm / s) the minimum threshold value ΔН is 0.0125 μm (with typical thickness of the sound guide plates H = 300 and 500 μm).
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129894A RU2686579C1 (en) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | Method of determining plasma etching parameters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129894A RU2686579C1 (en) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | Method of determining plasma etching parameters |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2686579C1 true RU2686579C1 (en) | 2019-04-29 |
Family
ID=66430387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018129894A RU2686579C1 (en) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | Method of determining plasma etching parameters |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2686579C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754124C1 (en) * | 2020-10-29 | 2021-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method for forming a video pulse sequence using an acoustic delay line |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0955636A (en) * | 1995-08-10 | 1997-02-25 | Toshiba Corp | Frequency adjustment method for surface acoustic wave element and device therefor |
| US6367329B1 (en) * | 2000-08-25 | 2002-04-09 | Agere Systems Guardian Corp. | Acoustic time of flight and acoustic resonance methods for detecting endpoint in plasma processes |
| US20060175010A1 (en) * | 2004-12-31 | 2006-08-10 | Alcatel | Apparatus and a method for controlling the depth of etching during alternating plasma etching of semiconductor substrates |
| US20070054422A1 (en) * | 2003-04-17 | 2007-03-08 | Ralf Lerner | Test structure for electrically verifying the depths of trench-etching in an soi wafer, and associated working methods |
| RU2535228C1 (en) * | 2013-07-23 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of determining duration of plasma-chemical etching of surface of semiconductor plates for submicron technology |
| RU175042U1 (en) * | 2017-06-20 | 2017-11-16 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | TEST ELEMENT FOR QUALITY CONTROL OF ANISOTROPIC ETCHING OF THE grooves |
-
2018
- 2018-08-16 RU RU2018129894A patent/RU2686579C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0955636A (en) * | 1995-08-10 | 1997-02-25 | Toshiba Corp | Frequency adjustment method for surface acoustic wave element and device therefor |
| US6367329B1 (en) * | 2000-08-25 | 2002-04-09 | Agere Systems Guardian Corp. | Acoustic time of flight and acoustic resonance methods for detecting endpoint in plasma processes |
| US20070054422A1 (en) * | 2003-04-17 | 2007-03-08 | Ralf Lerner | Test structure for electrically verifying the depths of trench-etching in an soi wafer, and associated working methods |
| US20060175010A1 (en) * | 2004-12-31 | 2006-08-10 | Alcatel | Apparatus and a method for controlling the depth of etching during alternating plasma etching of semiconductor substrates |
| RU2535228C1 (en) * | 2013-07-23 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of determining duration of plasma-chemical etching of surface of semiconductor plates for submicron technology |
| RU175042U1 (en) * | 2017-06-20 | 2017-11-16 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | TEST ELEMENT FOR QUALITY CONTROL OF ANISOTROPIC ETCHING OF THE grooves |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754124C1 (en) * | 2020-10-29 | 2021-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method for forming a video pulse sequence using an acoustic delay line |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6293136B1 (en) | Multiple mode operated surface acoustic wave sensor for temperature compensation | |
| Malocha et al. | Recent measurements of material constants versus temperature for langatate, langanite and langasite | |
| Talbi et al. | ZnO/quartz structure potentiality for surface acoustic wave pressure sensor | |
| CN109506808B (en) | SAW temperature sensor with monotone and linear output characteristics and design method thereof | |
| Herrmann et al. | Microacoustic sensors for liquid monitoring | |
| Talbi et al. | Sezawa mode SAW pressure sensors based on ZnO/Si structure | |
| RU2686579C1 (en) | Method of determining plasma etching parameters | |
| Shi et al. | Lithium niobate on silicon dioxide suspended membranes: A technology platform for engineering the temperature coefficient of frequency of high electromechanical coupling resonators | |
| JP4561251B2 (en) | Method of analyzing propagation surface of multi-circular surface acoustic wave element and element | |
| JP2008304453A (en) | Device and method for measuring temperature | |
| Knapp et al. | Accurate characterization of SiO 2 thin films using surface acoustic waves | |
| Pan et al. | The influence of temperature on the pressure sensitivity of surface acoustic wave pressure sensor | |
| US9846088B2 (en) | Differential acoustic time of flight measurement of temperature of semiconductor substrates | |
| Kuznetsova et al. | Effect of a liquid on the characteristics of antisymmetric Lamb waves in thin piezoelectric plates | |
| EP3329222B1 (en) | A method for determining a flow rate for a fluid in a flow tube of a flow measurement system, as well as a corresponding flow measurement system | |
| Jia et al. | Improvement of Lamb waves sensors: Temperature sensitivity compensation | |
| RU2533692C1 (en) | Multiplexer acoustic array for "electronic nose" and "electronic tongue" analytical instruments | |
| JP6278455B2 (en) | Method for determining acoustic-related physical constant of piezoelectric single crystal / ceramic material, method for determining temperature coefficient of acoustic-related physical constant using the method, and method for determining optimum crystal orientation and propagation direction using the method for determining temperature coefficient | |
| Anisimkin | New acoustic plate modes with Quasi-Linear polarizations | |
| Yang et al. | A wafer-level characterization method of thin film transverse piezoelectric coefficient evaluation | |
| RU2738454C1 (en) | Method for measuring the speed of surface acoustic waves in a piezo-substrate | |
| US12020915B1 (en) | Resonant frequency shift as etch stop of gate oxide of MOSFET transistor | |
| JPH10502237A (en) | Generation of surface skim bulk waves in KTiOPO 4 and its analogs | |
| RU2712723C1 (en) | Acoustic multichannel analyzer of micro samples of liquid media | |
| Lee et al. | Study of Low-Frequency Narrow Bandwidth Surface Acoustic Wave Sensor for Liquid Applications |