WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 27 |

3.4.6. Размерная обработка массивных образцов В основе термической обработки лежат процессы уноса материала в результате испарения, взрывообразного выброса расплава или квазисублимации. Вместе с тем для обработки материалов, обладающих специфическими свойствами, можно использовать их непосредственный переход из твердой фазы в газообразную или удаление продуктов их разложения при последующем травлении в агрессивной среде. Достаточно широко применяют также способы обработки, основанные на тепловых превращениях при кратковременном локальном перегреве и последующем быстром остывании облученного участка. Короткое время пребывания материала в нагретом состоянии способствует существенному изменению микроструктуры обрабатываемой области (например, уменьшению размеров зерен, отжигу дефектов, разрушению сегрегаций и т.д.) и часто сопровождается появлением у материала нужных физико-химических свойств.

Все процессы, лежащие в основе различных методов термообработки, интенсивно протекают лишь при нагреве до температур, превышающих некоторое пороговое значение. Поэтому геометрия обработки определяется, в основном, той граничной поверхностью в объеме образца, на которой достигнута пороговая температура. Чтобы локализовать эту область, необходимо свести к минимуму распространение теплоты за ее пределы, т.е.

обеспечить малую продолжительность воздействия электронного пучка в каждой точке. Для этого часто используют импульсный режим облучения.

Можно также непрерывно перемещать пучок вдоль поверхности по заданному контуру обработки с достаточно большой скоростью.

Современное состояние технических средств позволяет получать при термической размерной обработке поверхности шероховатостью около 5 мкм и допусками на размеры ± 5 мкм.

3.4.7. Размерная обработка тонких слоев Для многих отраслей промышленности и в первую очередь, для микроэлектроники особый интерес представляет возможность размерной обработки пленок и покрытий, толщина которых не превышает 10-100 нм.

Задачей такой обработки является селективное удаление отдельных участков пленки без заметного повреждения подложки. Добиться этого не так просто, так как даже при использовании минимально возможных для размерной обработки ускоряющих напряжений (20 - 50 кВ) глубина проникновения электронов значительно превосходит толщину пленки, и основная часть тепловой мощности выделяется именно в подложке.

Рассмотрим, что происходит на поверхности пленочной системы при увеличении удельной мощности электронного пучка. До тех пор, пока эта мощность не превышает некоторого предела, нагрев образца еще не сопровождается уносом материала и может приводить лишь к различным фазовым переходам в пленке или подложке. При дальнейшем росте температуры материал пленки начинает плавиться. Если расплав плохо смачивает подложку, он начинает растекаться под действием сил поверхностного натяжения, собираясь в капли. Этот эффект можно использовать для размерной обработки, однако качество такой обработки будет невысоким из-за наростов застывших расплавов на поверхности. Если еще больше увеличить подводимую энергию, то испарение расплавленного материала будет происходить до того, как он успеет собраться в капли, что предпочтительнее для размерной обработки, поскольку дальнейшее повышение мощности сопровождается испарением материала подложки.

Как и при обработке массивных образцов, для выполнения условий квазиадиабатичности нагрева используют либо импульсный режим, либо быстрое перемещение луча вдоль поверхности по заданному рисунку.

Последний способ применяется гораздо чаще, так как им можно обрабатывать большие участки поверхности с высокой скоростью. Размер полей отклонения пучка в установках, предназначенных для обработки пленок, значительно больше обычного и может достигать десятков см2. Для оперативного контроля за ходом обработки в таких условиях можно использовать не только растровые методы, но и контроль изменения свойств пленки (например, ее проводимости ) в процессе облучения. Мощность установок в большинстве случаев не превышает 100 Вт.

Контрольные вопросы Назовите основные преимущества электронно-лучевого нагрева по сравнению с термическим.

Как можно получать однородные по толщине пленки при электроннолучевом испарении материала Как обеспечивают постоянство состава при получении пленок сплавов Рассмотрите возможности получения пленок химических соединений при электронно-лучевом испарении.

Как влияет мощность электронного луча на скорость роста пленки Какие эффекты наблюдаются при обработке материала несфокусированным электронным лучом Для каких целей используется электронно-лучевая переплавка материалов Сформулируйте основные преимущества сварки электронным лучом.

Назовите основные режимы сварки электронным лучом.

Каковы условия осуществления сварки деталей электронным лучом при атмосферном давлении Для чего проводится отжиг сварных швов Укажите области применения размерной обработки деталей электронным лучом.

Приведите примеры процессов размерной обработки массивных деталей.

Опишите сущность процессов размерной обработки.

В чем специфика и каковы области применения размерной обработки тонких пленок 3.5. НЕТЕРМИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОННЫ Е ПРОЦЕССЫ И ТЕХНОЛОГИИ Взаимодействие электронных пучков с химическими соединениями приводит к возбуждению или ионизации молекул. Следствием этих процессов могут быть такие химические реакции, при которых образуются новые химические соединения или изменяются молекулярные связи.



Материал, подвергнутый облучению пучком электронов, приобретает новые или количественно измененные химические и физические свойства. С точки зрения возможных химических реакций и их кинетики существует тесное сродство электронно-лучевых химических процессов с фотохимическими.

Однако у последних перенос энергии ограничивается интервалом 3-6 эВ в зависимости от квантов применяемого излучения, так что фотохимическим путем можно лишь возбудить молекулы и атомы в этом диапазоне энергий.

Достичь более высоких уровней возбуждения, а тем более ионизации, с помощью фотохимических процессов невозможно. В результате же лучехимических процессов возникает ионизация, которая в большинстве случаев приводит к гораздо большему разнообразию возможных реакций.

Электроны пучка, взаимодействуя с облучаемым веществом, на первом этапе вызывают возбуждение или ионизацию молекул. Возникающие ионы или молекулы в возбужденном состоянии из-за избытка энергии не могут быть стабильными; в результате цепочки реакций, следующих друг за другом, образуются стабильные молекулы, свободные радикалы и ионы. В первом случае процесс на этом заканчивается. Образование же свободных радикалов и ионов дает начало множеству других реакций. Вид реакций, протекающих в конкретных случаях, очень сильно зависит от рода облучаемого вещества и от внешних условий реакции таких, как давление и температура. Эти условия определяют химические, а с ними и физические изменения вещества, которых можно достичь, облучая его электронным лучом.

3.5.1. Реакции, индуцированные радикалами Реакции, начинающиеся после образования радикалов, составляют важнейшую основу лучехимических процессов. Эти реакции могут быть следующих типов:

• распад молекул (например - деполимеризация);

• замещение (например - хлорирование);

• укрупнение молекул (например - полимеризация, сополимеризация, образование сетчатых молекул).

Для технологического использования лучехимических процессов особенно важна кинетика реакции. В качестве примера может быть рассмотрена упрощенная кинетическая модель лучевой полимеризации. Она состоит из реакции старта, роста и обрыва цепей. Радикалы, необходимые для старта цепей, могут возникать при воздействии электронного пучка как на мономер, так и на молекулы растворителя и на уже образовавшиеся полимеры. Две последние из названных возможностей оказываются весьма существенными для повышения скорости реакций старта. В фазе роста цепочки радикал присоединяется к мономеру, в результате чего возникает большая частица, которая также имеет характер радикала и способна к следующему присоединению. Вероятность обрыва, а с ней и средняя длина цепи зависят от подвижности молекул полимера, а следовательно, и от вязкости облучаемого вещества. Рекомбинация радикалов уменьшает скорость реакции полимеризации, а дополнительные реакции обрыва цепей понижают степень полимеризации, т.е. среднюю длину цепей. При чрезвычайно высокой концентрации радикалов скорость полимеризации в конце концов перестает зависеть от скорости образования радикалов.

Кинетика реакций определяет зависимость между количеством поглощенной энергии, необходимым для лучехимического превращения, и плотностью поглощаемой мощности. Путем целенаправленного выбора состава реагирующей смеси, например, при химическом электронно-лучевом отверждении лака, удается повысить скорость реакции и привести её в соответствие с требованиями процесса.

Мерой расхода энергии облучения, необходимого для определенного лучехимического превращения, является доза D. Единицы её измерения - рад или более удобная для практики единица - Мрад. 1 Мрад = 106 рад = 104 Дж поглощенной энергии облучения на 1 кг поглощающей массы.

Соответственно, мощность дозы L - это доза, поглощенная за единицу времени: L=dD/dt.

Полимеризация и образование сетчатых молекул ведут к увеличению средней молекулярной массы соединения, а расщепление молекул - к его уменьшению. Молекулярная же масса, со своей стороны, определяет поведение соединения в соответствующем растворителе. Уменьшение молекулярной массы приводит к возрастанию скорости растворения, и наоборот. Если род материала и соответствующая ему энергия выбраны такими, что в веществе преобладают либо процессы полимеризации и образования сетчатых молекул, либо расщепление молекул, то обработанные участки отличаются от необработанных своей скоростью растворения.

Другой химический электронно-лучевой эффект, так же основанный на полимеризации и образовании сетчатых молекул, заключается в консолидации слоя. Поверхность твердого тела, помещенного в газообразную среду, всегда покрыта тонким слоем адсорбированного вещества, чаще всего, мономолекулярным. Если среда содержит пары полимеризуемого соединения, а поверхность подвергается воздействию электронного пучка, то происходит полимеризация молекул, адсорбированных на поверхности. Это снижает концентрацию молекул пара на поверхности и немедленно компенсируется дальнейшей конденсацией.

Таким образом, в зоне действия электронного пучка образуется полимерный слой, толщина которого возрастает со временем обработки. Заметим, что именно этот эффект является причиной образования нежелательных примесных слоев на рабочих поверхностях электронно-лучевых установок, откачиваемых паромаслянными вакуумными насосами.

Когда паровая среда состоит, например, из металлоорганических соединений, расщепляющихся под действием электронного пучка на летучие компоненты и нелетучий остаток, то в образовании такого слоя участвует только нелетучая компонента. В зависимости от состава паровой среды можно получать таким путем диэлектрические, полупроводниковые и электропроводные слои. Приращение толщины слоя за единицу времени, т.е.





скорость роста слоя, определяется удельной поверхностной мощностью, передаваемой в молекулярный слой, и скоростью конденсации. Поэтому у рассматриваемой системы "пар-подложка" на скорость роста толщины слоя можно влиять, изменяя параметры электронного пучка, давление пара и температуру подложки. Так как толщина адсорбированного слоя, составляющего около 0,1 нм, весьма мала по сравнению с глубиной проникновения электронов, удельный расход энергии при таком способе очень велик.

Еще один электронно-лучевой эффект, основанный на диссоциации галогенидов серебра, заключается в чернении фоточувствительных слоев.

Так, для осаждения слоя серебра толщиной 0,8 мкм требуется доза 10-Кл/см2. К осаждению SiO2 и Si3N4 приводит облучение силанов электронным лучом.

3.5.2. Электронно-стимулированное травление Несмотря на то, что эти процессы требуют больших доз (>1 Дж/см2,10-Кл/см2) по сравнению с фотостимулированными реакциями, они были изучены в начале 1970-х годов как возможный способ травления кремния.

Для различных диэлектриков было исследовано увеличение скорости травления после бомбардировки (BEER-bombardment enhanced etching rate), когда кремний или диэлектрик с радиационными дефектами травится в плазме или жидкостном травителе значительно быстрее (более чем в 3 раза) по сравнению с необлученной областью. Для проведения BEER-процессов требуются большие дозы. Поэтому эффективность использования электронного пучка снижается при ужесточении требований на разрешение (<2 мкм). В последнее время стали применять установки экспонирования широким пучком с фотокатодом. Фотокатод в виде пленочного рисунка из Ti на стекле излучает электроны при УФ-облучении. Рисунок кристалла проецировался на кремниевую пластину. Время экспонирования кристалла было снижено с часов до минут, однако фотокатодные системы имеют малое время жизни фотокатода и низкую точность совмещения.

Основным критическим параметром в BEER-процессах является глубина проникновения и расплывание падающего пучка. В большинстве случаев электронный луч выступает в роли локализованного источника тепла, вызывающего физические и термохимические превращения в тонких пленках. Прямая обработка кремниевой пластины электронным лучом возможна при дозах свыше 1 Кл/см2. При энергии пучка 25 кэВ наименьшая область, которую можно расплавить, имеет размер порядка 10 мкм, тогда как при 50-100 кэВ этот размер в 2-3 раза больше. Сканирование непрерывным пучком может быть использовано для осаждения аморфного кремния из паров его соединений.

3.5.3. Электронно-лучевая литография - возможности, оборудование, технология, перспективы Наиболее широкое применение нетермические лучевые методы нашли в микроэлектронике для создания элементов микронных и субмикронных размеров. До недавнего времени размеры элементов в микроэлектронных устройствах были не более 2 мкм, их успешно изготовляли в массовом производстве методом оптической литографии. С переходом к элементам субмикронного диапазона возникает ряд ограничений в использовании этого метода. Использование ускоренных электронных потоков в качестве технологического инструмента взамен световых привело к возникновению нового процесса - электронной литографии. В 1967 году электронно-лучевую технологию было предложено использовать в качестве экономичного и быстродействующего генератора фотошаблонов для специализированных ИС. Рисунок фотошаблона формировался на помещенной у экрана электронно-лучевой трубки пластинке, покрытой светочувствительной эмульсией. Заказная разводка исполнялась по проекту, выполненному с помощью ЭВМ. В 1968 году электронно-лучевое экспонирование впервые было использовано не для изготовления фотошаблона, а для непосредственного экспонирования резиста на схемной плате. Точное воспроизведение изображения достигалось за счет контроля отклонения луча в сочетании с возвратно-поступательным движением платы, прикрепленной к координатному столу, обеспечивающему позиционирование.

Позднее после усовершенствования генераторов изображения для прорисовки печатных плат и фотошаблонов на покрытых резистом хромированных подложках стала доступной и электронно-лучевая литография непосредственно по кремнию. Электронные генераторы фотошаблонов, хотя и затрачивают до 8 часов на обработку одной заготовки, все-таки гораздо производительнее оптико-механических генераторов, требующих многих часов рабочего времени. В 1976 году фирма IBM впервые сообщила о промышленном применении прямой ЭЛ-литографии по кремниевой пластине для формирования металлизированных межсоединений в полузаказных биполярных ИС. Резистом может служить любой полимер, либо неорганический пленкообразующий материал. Возможна даже безрезисторная литография, поскольку неорганические пленки могут быть подвергнуты непосредственному травлению, испарению или превращению.

С помощью ЭЛ-литографии создаются шаблоны для всех остальных видов литографии.

Основной целью электронной литографии является формирование рисунка требуемой структуры из материала резиста на подложке. Фиксация рисунка на резисте происходит в результате экспонирования заданных областей электронным лучом.

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 27 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.