ПУТО КР 2 Миклашевич

1. Источники электронов для электронной литографии

Электронная литография (электронолитография) является способом формирования заданного рельефа или топологии с помощью электронного луча.

Размеры элементов в фотолитографическом процессе принципиально ограничены длиной волны используемого излучения.

Применение электронно-лучевой литографии позволяет:

а) получать элементы рисунка с размерами менее или равными 0,01 мкм (для фотолитографии не менее 0,5 мкм);

б) с высокой точностью контролировать дозу электронного пучка, падающего на резист и подложку;

в) легко отклонять и модулировать электронный пучок с высокой точностью электрическими и магнитными полями;

г) формировать в ряде случаев топологию схемы непосредственно на пластине;

д) автоматизировать технологию создания топологического рисунка;

е) профилировать электронный пучок.

Существует несколько типов систем электронной-лучевой литографии:

1.со сканирующим лучом

-единичный гауссовский луч;

-системы с множественным лучом.

2.Системы параллельного облучения

-проекционные установки электронно-лучевой литографии;

-рассеяние с ограничением по углу.

3.Гибридные системы

-формированный луч;

- проекционная литография символов.

Схема устройства электронно-лучевой литографии с единым лучом представлена на рис. 1.1

2

Рис. 1.1 – Схема электронно-лучевого устройства

Существует два основным источника электронов:

1.Источник термоэлектронной эмиссии;

2.Источник полевой эмиссии.

Электронной эмиссией называют процесс выхода электронов из твердого тела. При нагревании металла скорости и энергии некоторых электронов проводимости увеличиваются настолько, что эти электроны в состоянии преодолеть силы, удерживающие их, и вылететь с поверхности в вакуум.

Уравнение, выражающее основные закономерности термоэлектронной эмиссии металлов, имеет вид

где je — ток эмиссии с единицы поверхности катода; Т — абсолютная температура катода;0— работа выхода;

k — постоянная Больцмана;

А — универсальная постоянная.

Формула (1.1) известна под названием формулы Ричардсона— Дэшмэна.

На рис. 1. 2 показана пушка с термоэлектронной эмиссией и узел катода этой пушки.

3

Рис. 1.2. Внешний вид (а) и конструкция (б) термоэмиссионной электронной пушки.

Катод, генерирующий электроны за счёт термоэмиссии, изготавливается из вольфрамовой проволоки (W), либо из монокристалла гексоборида лантана (LaB6). Катод из гексоборида лантана должен использоваться при более высоком вакууме, чем катод из вольфрамовой нити накаливания; гексоборид-лантановый катод обеспечивает более высокую яркость, меньшую площадь электронной эмиссии и меньший энергетический разброс электронов.

На рис. 1.3 показана принципиальная электрическая схема включения электронной пушки термоэмиссионного типа.

Рис. 1.3. Электрическая схема включения термоэмиссионного электронной пушки (а) и реализуемые при её включении траектории электронов (б)

4

Электроны, генерируемые нитью катода, ускоряются в ускорительной трубке (аноде). Анод находится под потенциалом земли, а к катоду прикладывается высокое отрицательное напряжение. К электроду Венельта, установленному ниже катода, прикладывается так называемое напряжение смещения (большее по модулю, чем напряжение, подаваемое на катод). Оно регулирует ток эмиссии, траекторию электронов относительно оптической оси микроскопа и положение точки наименьшего сечения электронного пучка (кроссовера). Система подачи напряжения смещения, показанная на рис. 1.3 (а). Электрический ток, имеющий то же самое значение, что и ток эмиссии электронов, протекает в резисторе смещения. Падение напряжения, происходящее на резисторе смещения, определяет разницу потенциалов между катодом и электродом Венельта.

Источник полевой эмиссии электронов основан на эффекте полевой эмиссии с острого вольфрамового наконечника. Если у нас есть напряжение, прикладываемое к (сферическому) острию радиуса r, то

(1.2)

Один из самых простых материалов для производства тонкого острия «иглы» является вольфрамовая проволока, которой может быть легко придан радиус закругления менее 0.1 мкм. Если мы приложить потенциал в 1-кВ к этому острию, то напряженность электрического поля вблизи острия составит Е составит около 1010 В/м, что снижает барьер работы выхода электронов в достаточной мере, чтобы электроны туннелировали из вольфрамовой иглы. Приложение столь высоких полей обуславливает сильное механическое напряжение на кончике иглы, поэтому материал иглы должен быть механически прочным, чтобы оставаться неповрежденным. Полевая эмиссия, как и термоэлектронная эмиссия из LaB6, варьируется в зависимости от кристаллической ориентации вольфрамового наконечника; <310> ориентация оказывается наилучшей.

Для того, чтобы полевая эмиссия происходила, поверхность катода должна быть свободной от загрязнений и оксидов. Этого можно добиться только при работе в условиях сверхвысокого вакуума (СВВ) (<10-9 Па). В этом случае вольфрам работает при температуре окружающей среды и процесс называют "холодной" полевой эмиссией. Кроме того, мы можем сохранить поверхность в первоначальном состоянии в условиях невысокого вакуума путем нагрева острия катода. Тепловая энергия, увеличивает электронную эмиссию настолько, что электроны уже не туннелируют через барьер. Поверхность подобных термо-полевых источников, покрывают оксидом циркония ZrO2, позволяющим улучшить характеристики эмиссии, в частности, такие, как стабильность, и подобные источники Шоттки становятся все более популярными.

5

Яркость пушки с полевой электронной эмиссией в 100 раз больше яркости эмиссии обычной термоэлектронной пушки, выполненной на основе виде монокристалла гексаборида лантана. Кроме того, такая пушка обеспечивает получение кроссовера с предельно малой площадью. Благодаря вышеуказанным характеристикам, достаточно легко получить электронный зонд чрезвычайно малого диаметра с высокой яркостью, поэтому пушки с полевой эмиссией в настоящее время широко применяются в аналитической электронной микроскопии.

Холодноэмиссионная полевая электронная пушка. В холодноэмиссионной полевой электронной пушке в качестве эмиттера используется монокристалл вольфрама, в котором эмиттером служит поверхность кристаллографической ориентации (310). Эмиттер работает при комнатной температуре без нагрева, что обеспечивет энергетический разброс электронов не превышающий 0,3—0,5 эВ. С другой стороны в отсутствии нагрева на поверхности эмиттера со временем возникает загрязнение в виде осевших молекул остаточного газа. Данный адсорбат приводит к шуму и нестабильности тока эмиссии, который, кроме того, постепенно уменьшается с увеличением слоя загрязнения. Для очистки катода от загрязнения применяется, так называемая, процедура вспышки.

Термополевая электронная пушка. При нагреве эмиттера в сильном электрическом поле до температуры меньшей, чем температура термоэлектронной эмиссии, составляющей около (1800К), электроны эмитируются таким образом, что они проходят через потенциальный барьер, уменьшающийся под влиянием электронного поля. Это явление называется эффектом Шотки. По сравнению с холодноэмиссионной у этой пушки имеется сравнительно больший разброс по энергии (0,6—0,8 эВ) вследствие подогрева эмиттера. С другой стороны, такая пушка обеспечивает меньший шум и большую стабильность тока эмиссии без необходимости применения дополнительных процедур (таких, как отжиг вспышкой), поскольку на эмиттере не образуется загрязнений в виде адсорбата. На рис. 1.4 показана электрическая схема подключения термополевой электронной пушки и ее источника питания.

6

Рис. 1.4. Электрическая схема включения термополевой электронной пушки

В термополевой пушке вместо электрода Венельта используется вытягивающий электрод (V1) и электростатическая линза (V2).

Характеристика источников электронов приведена в таблице 1. Таблица 1 - Характеристика основных источников электронов. Работа при 100 кВ.

7

2 Установка для получения сверхчистой воды

Большое потребление деионизованной воды предприятиями электронной отрасли обусловлено разнообразием сфер ее применения в производстве:

печатных плат;

интегральных микросхем;

полупроводников;

жидкокристаллических дисплеев;

устройств памяти;

электролитических устройств;

солнечных батарей.

Обработку поверхности монокристаллической кремниевой пластины нужно осуществлять методами химической обработки, что подразумевает основное количество изготовления электронных изделий. На каждом этапе производства происходит смывка веществ, которые использовались ранее, которые электрически активны.

Основой микроэлектронной промышленности является использование деионизированной воды трёх классов чистоты по ОСТ 11.029.003-80: По данному стандарту существует следующая классификация воды:

К классу В относят воду, которую можно получить, используя системы предварительной очистки воды, а также деионизации;

К классу Б относят воду, которую можно получить, если применять установки двухступенчатого обратного осмоса из воды предыдущего класса, и включающая итоговую деионизацию и очистку от вредоносных примесей, размер которых составляет 0,2 мкм;

К классу А относят воду наивысшей степени чистоты, которая получается из воды класса Б путем комплексного использования мембранной технологии, электродеионизации непрерывного типа.

Установки водоподготовки серии DWP для электронной отрасли,

позволяют получать отличное качество воды на выходе более 18,0 МОм*см.

8

Рис. 2.1 - Установка водоподготовки серии DWP

К самым основным, проверенным и надежным относятся технологии деионизации воды с использованием фильтров смешанного действия с ионообменными смолами (ионообменные смолы Lewatit NM60, UltraPure 1292 MD, M-Pure 600). Основу их работы составляет фильтрация уже чистой воды под определенным напором и скоростью. Именно такая сверхчистая вода применяется для окончательной отмывки плат в электронике, так как не несет в себе минеральных и органических составляющих. Но поддержание качества, получаемого на установках деионизации, требует отдельного внимания и капитальных затрат, например, на регенерацию смол, в случае с разделенными катионо- и анионообменными смолами.

Главной и отличительной особенностью системы получения ультрачистой воды для микроэлектроники является использование смеси двух смол, сразу катионита и анионита, что позволяет заменить применение нескольких отдельно взятых фильтров, тем самым экономя время и деньги. В состав установок деионизации входят также распределительные, дренажные и регенерирующие системы.

В состав мембранных установок обратного осмоса для микроэлектроники входит блок предварительной очистки. Комплектация таких систем зависит от источника водоснабжения, показателей в химическом анализе воды на входе, производительности системы.

Система начальной очистки включает в себя следующие узлы:

1.Узел аэрационной колонны в комплекте с компрессором;

2.Блок дозации различных веществ с применением насосов этого назначения;

9

3.Засыпные фильтры (осадочные, обезжелезиватели);

4.Фильтры с активированным кокосовым углем;

5.Установки ультрафильтрации для снижения органических веществ (высокомолекулярных соединений), снижения перманганатной окисляемости;

6. Блоки ультрафиолетовой стерилизации для уничтожения бактерий, грибков, вирусов, для снижения общего органического числа

Процесс получения сверхчистой воды:

Исходная вода, пройдя стадию механической очистки, попадает на засыпные фильтры (осадочный, обезжелезивания, умягчения, угольный), где удаляются мелкодисперсные частицы, соли жесткости и органические вещества. После этого идет первая стадия обессоливания, такая как одноступенчатый или двухступенчатый обратный осмос. Это стадия очистки позволяет снизить солесодержание до 2 мкСм/см. Для сверхчистой (ультрачистой воды) это сравнительно низкое качество. Поэтому следующий стадией является электродеионизация или ионный обмен или обе эти стадии в комплексе. Выбор необходимых технологий зависит от требуемого качества деионизованной воды.

Также системы водоподготовки для получения сверхчистой воды включают в себя емкостное оборудование, насосные станции, запорнорегулирующую арматуру, циркуляционные петли с точками отбора и УФстерилизаторы.

Одним из возможных требований производства ультрачистой воды является поддержание постоянной температуры процесса, что достигается с помощью применения теплообменников.

Воде, применяемой в электронной промышленности, предъявляются высокие требования и необходимость надежной работы систем хранения и распределения. Этого можно достичь на финальной стадии хранения и доочистки воды благодаря применению:

полимерных материалов с высокочистой структурой: поливинилиденфторид (PVDF), полипропилен натуральный (PP-N), полипропилен гомогенизированный (PP-H));

специального оборудования и методов монтажа трубопроводов: бесшовная BCF-сварка, термическая инфракрасная (IR) сварка.

Хранение ультрачистой воды производится в емкости, выполненной из инертных материалов, со специальным воздушным фильтром, предотвращающим попадание бактерий и вирусов, которая снабжена УФ-обеззараживателем. Для исключения застойных зон накопительный бак должен быть оснащен отверстием для полного слива воды.

Чтобы избежать образования и накопления микроорганизмов в сборнике хранения чистой воды, а также поддержания заданной скорости

10