![](/user_photo/69150_gre2t.jpg)
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 1,3310-1 – 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]