26. Модель обратного рассеяния в электронной литографии
27. Процессы энерговыделения в зоне электронного пучка в ЭЛГ Для анализа реальных пучков, особенно в случае низковольтной электронолитографии необходимо рассмотреть процессы выделения энергии непосредственно в геометрической зоне пучка и распределение выделившейся энергии по толщине резиста. Ур-е Бете-Блоха связ-т интенс-ть энерговыделения dE/dx с энергией,кот-. Электрон имеет в этот момент, т.е. чем меньше эн-я эл-на,тем интенсивнее теряет он энергию. Тормозная способ-ть электро-в монотонно возраст-т по мере проникн-я электронного пучка вглубь резиста, при этом более интенсивные потери приходятся на все более глубокие слои резиста.При наличии большого числа электр-в часть из них вследствие имеющих место процессов рассеяния на большой угол не сможет двигаться далее в слой резиста и колич-во экспонирующих электр-в умень-ся.Т.о. по мере проникн-я электр-го пучка в глубь резиста возраст-т потери энергии электронами,но уменьш-ся их кол-во за счет рассеяния в зону геом-й тени из зоны электр-го пучка. В рамках закона Бете можно получить: R=1,9*10^16*(I^2/NZ)*Ei*(2ln(2Eo/I)). N – конц. Атомов в материале резиста, Ei интегральная показат-я ф-ция. Нормальный пробег – проекция полного пробега на направление первонач-го движ-я электрона до входа в тв. тело.
28. Эффект близости в электронной литографии Эффекты близости - основная проблема электронной литографии. Эффекты
близости приводят к нежелательному экспонированию областей, в которые луч
непосредственно не направлялся. Эффекты близости проявляются как искажение
получаемого на подложке изображения вследствие упругого и неупругого рассеяния
электронов на подложке. Электроны, рассеянные на атомах подложки, проникают в
прилежащие к лучу области резиста, производя его дополнительное экспонирование и
вызывая тем самым размытие изображения. Различают внутренние и внешние эффекты
близости. Внутренние эффекты обусловлены рассеянием электронов, формирующих33
изображение непосредственно в данной области, а внешние - рассеянием электронов,
формирующих изображение в соседних областях. При энергии луча 25 кэВ и диаметре 1 мкм
полуширина области обратного рассеяния электронов составляет 5 мкм, а при энергии 50
кэВ достигает 15 мкм
29. Прецизионное травление в субмикронной технологии Травление — группа технологических приёмов для управляемого удаления поверхностного слоя материала с заготовки под действием специально подбираемых химических реактивов. Ряд способов травления предусматривает активацию травящих реагентов посредством других физических явлений, например, наложением внешнего электрического поля при электрохимическом травлении, ионизацией атомов и молекул реагентов при ионно-плазменном травлении и т. п. Термин «прецизионное травление» является относительным, потому что современные возможности обработки доступной технологией постоянно увеличивается. Следовательно, прецизионным можно считать дальнейшее развитие способности, необходимой для более точного травления, чем существующая на данный момент технология. В этом можно убедиться с помощью статистики и стандартных измерительных инструментов. Данные по техническим характеристикам можно получить, используя средство для типовых испытаний (IPC-9251). В целом, узкие межсоединения можно определить как оценку ширины линии, при которой производительность начинает падать. Следует отметить, что величину допустимого изменения производимых соединений («дорожек» проводящего рисунка печатной платы) обычно измеряют в процентах от размеров соединений, эта величина, как правило, определяется заказчиком совместно с производителем. Естественно, величина зависит от доступной производителю технологии травления печатных плат и производственных процессов.
30. Реактивное ионно-плазменное травление Реактивное ионное травление (РИТ) - технология травления, используемая в микроэлектронике. Химически активная плазма используется для удаления материала с подложки. Плазма создаётся при низком давлении при помощи газового разряда. Поступающие из плазмы ионы ускоряются за счёт разности потенциалов между ней и подложкой. Совместное действие химических реакций, ионного распыления и ионной активации приводит к разрушению материала подложки, образованию летучих соединений и десорбции их с поверхности. При проведении реактивного ионно-плазменного травления (синоним – реактивного ионного травления) обрабатываемые образцы находятся в контакте с плазмой и размещаются на электроде, подключенном к источнику ВЧ напряжения. Удаление материала происходит как за счет физического распыления ускоренными ионами химически активных газов, так и в результате химических реакций между свободными атомами и радикалами, образующими в плазме, и поверхностными атомами обрабатываемого материала. При проведении РИПТ физический и химический механизмы не являются независимыми: физическое распыление активирует поверхность материала, повышая скорость химических реакций, которые, в свою очередь, ослабляют химические связи поверхностных атомов, увеличивая тем самым скорость физического распыления. Поэтому скорости соответствующих процессов складываются неаддитивно, то есть количество материала, удаленного при одновременном протекании обоих процессов, больше суммы парциальных скоростей химической реакции и физического распыления.
31. Термическая диффузия Сущность явления в том, что при наличии температурного градиента в смеси, состоящей из нескольких компонентов, возникает градиент концентраций.После изобретения термодиффузионной колонки термическую диффузию стали использовать для разделения смесей, трудноразделимых другими методами, в том числе нефтяных фракций. Термодиффузионные колонки состоят из двух цилиндров с зазором между ними 0,25—0,5 мм. Разделяемую смесь помещают в пространство между цилиндрами, один из которых нагревают, а другой охлаждают. При этом молекулы одного вещества перемещаются к холодной стенке или цилиндру и опускаются вниз, а молекулы другого компонента направляются к горячему цилиндру и концентрируются в верхней части колонки. Основные закономерности процесса: 1) к холодной стенке движется углеводород с наибольшим числом углеродных атомов и с наибольшей температурой кипения; 2) при одинаковой температуре кипения к холодной стенке направляется компонент с наименьшим молярным объемом; 3) при одинаковых молярных объемах и температурах кипения к холодной стенке движется компонент с наименьшей поверхностью молекул.
Как правило, термодиффузионному разделению подвергают сравнительно узкокипящие (25—50-градусные) фракции, предварительно разделенные на алкан-циклоалкановую и ареновую части. При термической диффузии насыщенных углеводородов в верхней части колонки концентрируются алканы, в средних фракциях — моно- и бициклоалканы и в последних термодиффузионных фракциях (в нижней части колонки) — полициклоалканы.
32. Ионное легирование. Общие представления и физические принципы Ионное легирование — это технологическая операция введения примесей в поверхностный слой пластины или эпитаксиальной пленки путем бомбардировки ионами примесей.
Идея использования ионного пучка для легирования полупроводников (в частности, кремния) проста. Разогнанные электрическим полем, обладающие значитальной энергией ионы элементов, используемых обычно для создания примесной проводимости, внедряясь в кристалл полупроводника занимают в его решетке положение атомов замещения и создают соответствующий тип проводимости. Внедряя ионы III и IV групп в монокристалл кремния, можно получить p-n переход в любом месте и на любой прощади кристалла.
Основными блоками ионно-лучевой установки являются источник ионов, ионный ускоритель, магнитный сепаратор, система сканирования пучком ионов, мишень (пластина кремния).
Ионное легирование широко используется при создании БИС и СБИС. По сравнению с диффузией оно позволяет создавать слои с субмикронными горизонтальными размерами толщиной менее 0,1 мкм с высокой воспроизводимостью параметров.
33. Теория ЛШШ. Основные физические принципы Для расчет пар-ов пр-сса ионного легирования наиболее точной является модель Линдхарда-Шарфа-Шиотта. В ее основу положены след. принципы и допущения: 1 В-во,с кот-м взаимод-т ускоренный ион, явл-ся однор-м,а атомы в нем расположены хаот-но. 2 Упр-е и неупр. Взаимод-я происх-т независимо др. от др.,а потери рассматр-ся на основе статистической модели атома Томаса-Ферми. 3 Упр. Взаимод-я можно рассмат-ть как парные,не учит-я измен-я сост-я внеш-х электронов в тв. теле и зарядовое сост-е иона.4 Потери в каждом акте взаимод-я намного меньше,чем энергия иона. Для расчета траекторного пробега R иона с энергией Е:(энергия и пробег ро и эпсиллон выражены в безразм-х единицах) R=ро/L; E=эпс./F. L – нормирующий множитель пробега, 1/см^3, F нормирующий множ. Энергии, 1/эВ.
34. Достоинства и недостатки метода ионной имплантации Преимущества ионной имплантации по сравнению с термической диффузией примеси сводятся к следующему:
Процесс не требует нагрева пластин и, следовательно, не приводит к изменению параметров ранее сформированных слоёв (за счёт диффузионной разгонки).
Так как ионный пучок перпендикулярен к пластине, размеры легированной области точно соответствуют размерам окна в оксидной маске.
Количество введённой примеси точно дозируется (контролируется в процессе облучения).
Недостатком процесса ионной имплантации является то, что при постоянной энергии ионов невозможно получить глубоко залегающий переход с одновременным присутствием примеси на поверхности. В связи с этим на практике прибегают к одному из двух вариантов (рис. 12):
Рис.
12. Формирование глубоких профилей: а -
ступенчатый процесс;
б - комбинирование
имплантационной загонки с диффузионной
разгонкой
Ступенчатый процесс. Непрерывное и глубокое распределение примеси от поверхности до перехода обеспечивается несколькими ступенями легирования при различных энергиях, причём первый (глубокий) профиль обеспечивает заданную глубину залегания p-n-перехода Хn, а последний (у поверхности) - необходимую поверхностную концентрацию N0 (рис. 12,а).
2. Комбинированный процесс. Имплантационная загонка примеси при низкой энергии обеспечивает необходимую дозу легирования Q и присутствие примеси на поверхности, а диффузионная разгонка - заданную глубину залегания p-n-перехода Хn (рис. 6.12,б).
35.Термический отжиг Отжиг. Представляет собой операцию термической обработки, заключающуюся в нагреве стали, выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью или в песке со скоростью 2-3° в минуту. В результате отжига образуется устойчивая структура, свободная от остаточных напряжений.
Отжиг является одной из важнейших массовых операций термической обработки стали.
Цель отжига:
1) снижение твердости и повышение пластичности для облегчения обработки металлов резанием;
2) уменьшение внутреннего напряжения, возникающего после обработки давлением (ковка, штамповка), механической обработки и т. д.;
3) снятие хрупкости и повышение сопротивляемости ударной вязкости;
4) устранение структурной неоднородности состава материала, возникающей при затвердевании отливки в результате ликвации;
5) изменение свойств наклепанного металла.
36. Просвечивающая электронная микроскопия Просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп (ПЭМ, англ, TEM - Transmission electron microscopy) — устройство для получения изображения ультратонкого образца путём пропускания через него пучка электронов. Ультратонким считается образец толщиной порядка 0.1 мкм. Прошедший через образец и провзаимодействовавший с ним пучок электронов увеличивается магнитными линзами (объективом) и регистрируется на флуоресцентном экране, фотоплёнке или сенсорном приборе с зарядовой связью (на ПЗС-матрице). Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) предполагает изучение тонких образов с помощью пучка электронов, проходящих сквозь них и взаимодействующих с ними.
Электроны, прошедшие сквозь образец, фокусируются на устройстве формирования
изображения: флюоресцентном экране, фотопластинке или сенсоре ПЗС-камеры.
Благодаря меньшей чем у света длине волны электронов ПЭМ позволяет изучать образцы с
разрешением в десятки тысяч раз превосходящим разрешение самого совершенного
светооптического микроскопа. С помощью ПЭМ возможно изучение объектов даже на
атомарном уровне. ПЭМ является одним из основных методов исследования в целом ряде
прикладных областей: физике, биологии, материаловедении и т.д
37. Подготовка образцов к исследованию в ПЭМ Подготовка образцов для ПЭМ может быть комплексной процедурой. Они должны иметь толщину 20-200 нм. Высокое качество образцов будет при толщине сравнимой со средней длиной свободного пробега электронов в образце, которая может быть всего несколько десятков нанометров.
Материалы, имеющие достаточно малые размеры, чтобы быть прозрачными в электронном пучке, такие как порошки или нанотрубки, могут быть быстро приготовлены нанесением крошечного количества вещества на поддерживающую сетку или пленку.
Образцы материалов
Главная задача при подготовке образцов материалов — получить достаточно тонкие образцы с минимальными повреждениями структуры.
Механическое утончение
Для подготовки образцов может использоваться механическая полировка. Полировка должна быть высокого качества, чтобы быть уверенным, что образец имеет постоянную толщину в изучаемой области.
Химическое травление
Основная статья: Травление
Ионное травление
Как правило применяется в качестве финальной обработки после механического или химического утоньшения. Заключается в распылении материала образца бомбардировкой ионами инертных газов, обычно аргона.
Метод реплик
Получил широкое распространение на заре ПЭМ в связи со сложностью других методов пробоподготовки.
Биологические образцы
Биологические образцы должны быть обезвожены или заморожены (жидкая вода не совместима с вакуумом в микроскопе) и разрезаны на тонкие пластины.
Традиционный метод[
Традиционное приготовление биологических образцов для ПЭМ включает в себя процедуры, позволяющие сохранить морфологию тканей при их подготовке для наблюдения в условиях высокого вакуума. Образцы должны быть достаточно маленькими, чтобы позволить быстрое проникновение химических реагентов по всей толщине ткани (по крайней мере в одном из направлений их размер не должен превышать 0,7 мм).
38. Растровая электронная микроскопия. Основные принципы. Растровый электронный микроскоп основан на использовании предварительно сформированного тонкого электронного луча (зонда), положением которого управляют с помощью электромагнитных полей. Это управление (сканирование) во многом аналогично процессу развертки в телевизионных кинескопах. Электронный зонд последовательно проходит по поверхности исследуемого образца.
Под воздействием электронов пучка происходит ряд процессов, характерных для данного материала и его структуры. К их числу относится рассеяние первичных электронов, испускание (эмиссия) вторичных электронов, появление электронов, прошедших сквозь объект (в случае тонких объектов), возникновение характеристического излучения. В ряде специальных случаев (люминесцирующие материалы, полупроводники) возникает также световое излучение.
Регистрация электронов, выходящих из объекта, а также других видов излучения (характеристического, светового) дает информацию о различных свойствах микроучастков изучаемого объекта. Соответственно этому системы индикации и другие элементы растровых микроскопов различаются в зависимости от вида регистрируемого излучения.
Синхронно с разверткой электронного зонда осуществляется построение изображения на мониторе компьютера (яркость пикселя на мониторе пропорциональна величине регистрируемого сигнала). Например, в случае работы растрового электронного микроскопа в режиме индикации тока вторичных электронов величина вторичного электронного тока определяет глубину модуляции яркости на мониторе компьютера. Растровый электронный микроскоп такого типа позволяет получить увеличение 5 – 1 000 000 крат при достаточной контрастности изображения.
Разрешающая способность растровых электронных микроскопов такого класса определяется диаметром электронного зонда и материалом образца и составляет 10 ангстрем.
39.Химический контраст в РЭМ РЭМ-растровая электронная микроскопия. Изменения в сигнале определим как контраст С=дельтаS/Sуср., где д.S измен-е сигнала между 2 любыми точками на изображении, Sуср.-усредненный сигнал. Если в 2 точках сигналы различны по величине,то существует контрастность изображ-я между этими двумя точками и мерой контраста явл-ся величина С=(S1-S2)/Sуср.=дельтаS/Sуср. Контраст,зависящий о атомного номера элем-та(хим контр.) обусловлен наличием в образце областей, различающихся по своему хим. Составу, т.к. коэф-т отражения электронов n увелич-ся с возраст-м атомного номера материала мишени Z. Т.о. на изобр-нии многофазного объекта области с бОльшим сигналом будут соответ-ть участкам образца с бОльшим атомным номером,области с промежут-м ат.номером создают сигналы промежут-х уровней.
40. Топографический контраст в РЭМ Наибольшее применение методы РЭМ получили для
изучения топографии поверхности. Этот тип контраста возникает за счёт влияния рельефа
поверхности на отраженные, и вторичные электроны и имеет большое сходство с
изображением, формируемым в световом микроскопе, и поэтому интерпретация его во
многом аналогична описанию контраста в оптическом микроскопе. Выше отмечалось, что
коэффициент вторичной эмиссии существенно зависит от ориентации образца по
отношению к падающему пучку, причем с ростом угла падения растет и коэффициент
вторичной эмиссии. С другой стороны, в рассеянии электронов присутствует
ориентационный эффект - наибольшее число отраженных электронов лежит в плоскости
падения и направлено в сторону движения первичных электронов (угол падения
приблизительно равен углу отражения). Следует подчеркнуть, что при формировании
топографического контраста в отраженных электронах преимущественную роль играет
ориентационный эффект, в то время как контраст во вторичных электронах обусловлен в
основном зависимостью η(θ). Интерпретация изображений рельефа поверхности,
получаемых с помощью РЭМ, относительно проста и может быть основана на обычных
приемах, используемых при анализе оптических микрофотографий. Однако качество
изображений, получаемых с помощью РЭМ, всегда выше, чем на оптических
фотографиях, так как в РЭМ значительно выше глубина резкости. Так при увеличении ×
500 глубина фокуса может достигать ∼ 0 .5 мм, что в тысячи раз больше, чем в
оптическом микроскопе. Этот факт является очень важной отличительной особенностью
растрового микроскопа