МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Факультет компьютерного проектирования

Кафедра электронной техники и технологии

Дисциплина: программно-управляемое технологическое оборудование

Контрольная работа

по предмету: «Программно-управляемое технологическое оборудование»

Выполнил: Мазаник А.Н.

ст. гр. 990241

Проверил: Телеш Е.В.

Минск, 2024

Содержание

1 Устройство установки с диодной системой травления 2

2 Установка для рентгеновской литографии 3

3 Масс-спектрометрия вторичных ионов, рентгеновская спектрометрия 6

Список использованных источников 10

1 Устройство установки с диодной системой травления

Диодная ВЧ системы содержит два электрода: заземленный анод, и мишень на которую подается ВЧ напряжение от генератора и помещаются обрабатываемые образцы (рисунок 1).

В такой системе возможность травления любых материалов сочетается с простой конструкции и большой площадью мишени (до 1200 см²) на которой обеспечивается равномерная ионная бомбардировка. Давление в рабочей камере поддерживается 1,3310^-1 – 13,3 Па. Максимальная ВЧ мощность составляет 0,8 – 2,0 кВт и может регулироваться. ВЧ генераторы, используемые в промышленности, работают на частотах 1,76; 5,28; и 13,56 МГц. Напряжение между электродами составляет 0,8 – 4 кВ.

Рисунок 1 - Структурная схема автоматической установки плазмо-химического травления с диодной ВЧ системой:

1- электроды, 2- натекатели, 3- блок управления ВЧ источником питания, 4- источник газа, 5, 8- механический и диффузионный насосы, 6- блок управления последовательностью операций, 7- вентиль, 9- подложки, 10- регулятор давления; 11- рабочая камера

Характеристической особенностью систем с ВЧ разрядом является необходимость согласования ВЧ генератора с распылительной камерой, полное сопротивление которой может меняться в широких пределах. Для осуществления согласования необходим индикатор, в качестве которого удобнее всего использовать измеритель ВЧ мощности, передаваемой из генератора в камеру. В диодных системах мишень выполняет двойную функцию: с одной стороны она является источником поддержания разряда, а с другой стороны – местом травления образцов. Поэтому в диодных системах нельзя независимо регулировать энергию ионов и их ток, проводить травление ионами низких энергий до 300 эВ, регулировать угол падения ионов. Применение диодных систем на постоянном токе ограничено, так как они позволяют травить только проводящие материалы. [1]

2 Установка для рентгеновской литографии

Рентгеновская литография является высокоразрешающим способом формирования заданного рельефа или топологии с помощью рентгеновского излучения (пучка).

В рентгеновской литографии для экспонирования исполь­зуется мягкое (низкоэнергетическое) рентгеновское излучение (с энергией фотонов 0,5 кэВ – 10 кэВ), при поглощении которого в слое резиста образуются фотоэлектроны низкой энергии, вызывающие в свою очередь (в зависимости от типа используемого резиста) обра­зование или разрыв межмолекулярных связей.

Рентгенолитография — практически то же, что и фотолитография с зазором, но рас­ширенная на область очень коротких длин волн порядка 1 нм. В этом диапазоне длин волн рентгеновские лучи переносят рисунок с шаблона на рентгенорезист методом теневой проекции.

Рентгенорезисты могут быть позитивными и негативными. Оба ти­па резиста имеют высокую разрешающую способность. В общем слу­чае требования, которым должны удовлетворять рентгенорезисты, следующие: высокая чувствительность к рентгеновскому излучению, высокое разрешение, стойкость к химическому, ионному и плазмен­ному травлению.

Шаблоны для рентгеновской литографии имеют сложную структуру. Основная проблема состоит в изготовлении тонкой, но прочной основы, прозрачной для рентгеновского излучения. Для этих целей используются органические и неорганические мембраны. Органические мембраны изготавливаются на основе мулара, каптона, пиполена и полиимида, неорганические — из кремния, диоксида кремния, карбида кремния и других. Материал пленочного рисунка на шаблоне, наоборот, должен быть непрозрачен для рентгеновских лучей. В качестве такого материала используют золото.

Схема установки для экспонирования рентгеновскими лучами показана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема рентгенолитографии

1 – электронная пушка;

2- поток электронов;

3-мишень;

4 – вакуумная камера;

5- окно из бериллиевой фольги;

6- поток рентгеновского излучения;

7- рентгеношаблон;

8 – пластина с рентгенорезистом.

Так как рентгеношаблон очень хрупок, то между ним и пластиной необходим зазор S = 3-10 мкм. Величину зазора находят из компромисса между желанием увеличить разрешающую способность и снизить уровень дефектов. На практике работают с зазором 3 мкм, поскольку размеры пылинок и других загрязнений составляют 1 - 2 мкм. Совмещение рисунков шаблона и на подложке можно осуществить обычным оптическим способом сквозь окна, вытравленные в шаблоне. Точность совмещения при этом невелика (около 1 мкм). Точность же совмещения с помощью рентгеновского детектора может достигать 0,1 мкм. В этом случае для совмещения используется исходное рентгеновское излучение, а на пластине изготавливается дополнительный элемент совмещения, который поглощает рентгеновские лучи, а также флуоресцирует или эмитирует электроны. Используется метод встроенного совмещения, в котором маркерные знаки размещаются непосредственно на шаблоне и пластине, а в ка­честве детектора рентгеновского излучения используется пропорци­ональный счетчик. При перекрытии рентгеновского луча маркерны­ми знаками детектор фиксирует нуль-сигнал, который свидетельст­вует о совмещении рисунков шаблона и пластины.

На рисунке 1 (позиция 7) показан рентгеношаблон на основе кремни­евой мембраны с поглощающим рисунком из золота. При изготовле­нии такого рентгеношаблона в качестве исходной пластины берут пластину сильно легированного кремния (n+-Si), который сильно поглощает рентгеновские лучи. На ней выращивается высокоомный эпитаксиальный слой n-Si толщиной 3-5 мкм. Затем структуру ок­сидируют, в результате чего с обеих ее сторон образуется слой SiO₂. На слой Si0₂ со стороны эпитаксиального кремния наносят сначала тонкий слой хрома (5-10 нм), а затем слой золота (0,3 - 0,5 мкм). Хром наносят для улучшения адгезии золота к слою Si0₂. После этого с помощью электронолитографии из слоя зо­лота формируют необходимый рисунок рентгеношаблона. Затем проводят локальное травление n+-Si в соответствии с этим рисун­ком. Главные трудности при эксплуатации такого шаблона связаны с его термостабилизацией, так как нагрев шаблона экспонирующим излучением приводит к изменению параметров элементов в плане и ошибкам совмещения. [2]

Источник электронов и мишень находятся в вакуумной камере. При облучении мишени потоком электронов образуется мягкое рен­тгеновское излучение с энергией фотонов 0,5 - 10 кэВ, которое, проходя через рентгеношаблон, облучает рентгенорезист, нанесен­ный на подложку. Далее процесс рентгеновской литографии прово­дят аналогично процессу фотолитографии.

Заметим, что длина волны рентгеновского излучения зависит от материала мишени и ускоряющего напряжения и имеет разное значение для разных электронных переходов в атомах мишени.

Из-за малого поглощения рентгеновского излучения резистом время экспонирования достаточно велико.

Качественная печать обеспечивается при наличии четырех со­ставляющих:

• высокоинтенсивного коллимированного источника;

• совмещения шаблона с подложкой с заданной точностью;

• прецизионного контроля зазора;

• недорогого мембранного либо трафаретного шаблона. [3]

Экспонирование на рентгеновских установках выполняется в расходящихся пучках, что при конечном размере источника излуче­ния и наличии зазора между шаблоном и подложкой приводит к искажению размеров и смещению элементов рисунка, передавае­мого в слой резиста.

Установки пошагового экспонирования имеют высокое разрешение и точность со­вмещения, но по сравнению с установками, позволяющими экспонировать всю подлож­ку целиком, их производительность втрое меньше.

Для целей литографии существуют и разрабатываются различные источники мяг­кого рентгеновского излучения, в том числе с неподвижным или вращающимся анодом-мишенью, источники с горячей плазмой, обычные или компактные накопительные кольца и синхротроны.

Получение рентгеновских лучей электронной бомбардировкой анода-мишени — малоэффективный процесс, так как большая часть мощности электронов идет на нагрев анода, из-за чего анод необходи­мо охлаждать. Такие источники имеют низкий КПД. Так, для пучка электронов диаметром 1 мм, падающего на алюминиевую мишень с водяным охлаждением, типовая величина максимальной мощности равна 400 - 500 Вт. Мощность получаемого при этом рентгеновского излучения составляет порядка 10 мВт, причем излучение распределе­но по полусфере. Для получения рентгеновского излучения с большей интенсивностью используют вращающиеся аноды с водяным охлаждением. Это позволяет направить на анод более плотный электронный пучок, что повышает интенсивность рентгеновского излучения и со­кращает время экспонирования. Материал анода выбирается исходя из усталостных характеристик, теплоемкости и теплопроводности, а также в соответствии с характеристиками тормозного излучения. На­ибольшую мощность можно подвести к вращающейся мишени из Мо и Rh (вследствие их высокой плотности и высокой температуры плав­ления), а также из Cu (высокие плотность и теплопроводность). [4]