К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы, страница 9

Примером термической обработки с помощью ионных пучков может служить протонный отлит полутгроводниковых материалов. Однако в технологиях электронного машиностроеюи они, как правило, не выдержквшат конкуренции с ншревом электронными пучками, получение которых значительно проще. 10. Ионные пучки подобно электронным могут юмеюпь химический гасив вещества, в котоРый они проникают. Если в качестве материала использовать ионорезист, а ионный пучок сфокусировать в патио малого диаметра, то можно получить изображение с размерами в доли микрометра (ионолитографня).

11. При энергиях пучков приблизительно свыше 30 кэВ ионы могут проникать в глубь образца и, израсходовав всю энерппо, оставшъая там. Этот процесс называется ионной имплантацией, или ионным легированием. Независимо от материала мишени в нее махно внедрить атомы практически любых элементов Периодической системы Менделеева, что широко используется для изменения механических, элеюрических, химических, оптических, эмиссионных и других свойств вещества.

Так как имплантация ионов - процесс термодинамически пер авиа весный, то можно союювать соединения, которые принципиально невозможно получить диффузией или металлургическим путем, а также достигнуть концентрации имплантнрованного мшер нала, существенно превышюа щей предел Растворимости данной примеси в материале мишени. Этот эффект используется в микроэлеитронике для получения р-л-переходов в полупроводниковых материалах, в машиностроении - для легирования сталей и других металлов, в других областях промьппленности - для изменения в широких пределах свойств материалов. 50 Глава 1,2.

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ Взювведействне фотонов е веществом. Пучки фотонов с низкими энергиями могут поглошаться фотонами кристаллической решетки. Фотоэлектрическое поглощение начинается при энергии, соответствующей возбуждению через запрещенную зону, - внутренний фотоэффект (образовавшийся электрон остается внутри твердого тела). При энергиях фотона более 10 эВ (примерно соответствующих энергии ионизации свободного атома) фото- электрон может покпдшь твердое тело - внешний фотоэффекг, или фотозпекгронная эмиссия.

В диапазоне более высоких энергий фотонов фотоэлекгронное поглощение яюшется домвнируюпцгм эффектом, пока не начинают превалирошпь комптоно еское рассеяние и рождение пар. Взаимодействие квантов оптического излучения с обрабатываемым материалом можно условно разделзпь на термическое и нетермическое.

Термическая обработка вялю чает в себя плавление и испарение материалов, а и стер мичеоии - разрыв вале нтных связей, полимеризацию, изменение проводимости, образование и поддержание плазмы и другие процессы. Термическое воздействие мощных (удельная мощность до 104е Вт/смт) пучков фотонов лазерного излучения используется в таких процессах, как стимулированная лазерным пучком диффузия, лазерный опкиг, лазерное резание и сверление, лазерная сварка и др. При лазерном отжито обработку можно вести локально, при этом управлять глубиной прогрева путем изменения длительности и интенсивности импульса излучения.

Вследствие большой скорости возлействия нет необходимости проводить лазерный отжиг в вэхууме или защитной инертной среде, чтобы предотвратить окисление илп зшрязнение во время опкигв. Взаимодействие квантов рентгеновского излучения с веШеспюм характеризуется в основном фотоэлектрическим эффектом, комптоновским рассеянием и образованием пар. Фотоэлектрический эффект заключается в поглощении фотона атомом и испускании электрона с одной из оболочек. Рассеяние фотона на электроне атома составляет суть комптоновского эффекта.

При образовании пары фотон превращается в электрон и позитрон. Последний эффект реализуется в кулоиовском поле шша, где обеспечивается выполнение закона сохранения энергии и импульса. В электронном мюпиностроении оптические и рентгеновские пучки имеют следующее применение: рентгеновское излучение - в субмикронной литографии дяя изготовления ренпеношаблонов, оптических элементов, рентгеновских решеток и других изделий, в аналитическом оборудовании для исследования состоя- ния, струвхуры и химического состава вещества; импульсные лазеры - лля опюаа возникающих при ионной имплантации дефектов в полупроводниках (длительность импульса лазеров на рубине и неодимовом стекле может составюпь 1О - 100 нс, а плотность энергии- 0,5 - 10 Дж/смз)„' лазеры, работающие в непрерывном режиме (аргоновые и СОз-лазеры), - дяя испарения, отжита и размерной обработки материалов при скорости садни розалия 0,5 10 см/с и плотности энергии 200 Дж/смз); дуговые лампы (ртутные с длиной волны излучения 200-600 им) - для фотолитгярафии; кварцевые и инфракрасные (ИК) лампы с широким спектром излучения - для термовакуумной обработки деталей и узлов элекгровакуумных приборов.

Взаимодействие атомарвьпг пучков е вешеством. В электронном машиностроении атомарные пучки имеют две основные области применения: осаидение тонких пленок и травление диэлектрических слоев. Варьируя энергию и гшотиосп пучка атомов или молекул, можно получать и контролировать с высокой точносп ю толщину слоев в пределах от молекуларных (доли нанометра) до значений, равных нескольким длинам волн видимого света (микрометры). С помощью' атомарвых потоков мсакно создавать уникальные структуры тонких пленок и химические соединения с неимеющими аналогов в природе параметрами кристаалической решетки и физическими характеристиками. Чтобы получить тонкопленочные слои с уникальными свойствами, необходимо сохранить атомарно чистую поверхность поддонжи, для чего парциальное давление посторонних примесей должно быль существенно ниже 10 4 Па. Подпловка поверхностей перед осажделием тонких пленок часто пишется самым важным процессом для получения хорошей едгезии и других требуемых свойств на границе раздела.

Для очистки подпсскек от поверхностлых загрязнений слувгвт вакуумио-плазменное травление ионами инертных или химически активных швов. В технологии изготовления тонких пленок основные облвстк применения атомарных и молекулярных пучков связаны с процессами окисления, эпитаксиального наращивания слоев и легпрования полупроводниковых материалов, а также конденсации мепвпических и диэлектрических пленок. При ионно-лучевой обработке диэлектрических материалов возникает проблема нейтрализации образующегося поверхностного заряла. Одним из решевий этой проблемы яюшется использование атомарных пучков с энергией 1 - 10 кэВ, получаемых с помощью ПУЧКИ АТОМНЫХ ЧАСТИЦ, ИЗЛУЧЕНИЯ И ПОЛЯ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ 31 ионно-оптических систем, снабженных устройством компенсации заряда пучка ионов.

Газеразряпяая плазма, состоящая из электронов, ионов и электрически нейтральных атомов, генерирующая различнью виды излучений, также может служить инструментом в технолопих электронного машиностроения. С ее помощью можно осаждать металлические и диэлектрические пленки, стимулировать осаждеиие из ивовой фазы диэлекгрических пленок, пленок переходных меиллов и их силицидов, вытравливать материал через резистивную маску после операций микролитографии, а также получзпь ионные и электронные пучки большой интенсивности.

В электронном машиностроении плазменное травление, заменившее соответствующее жидкостное травление, называют сухим травлением. Плазменная обработка осуществляется при давлении ниже атмосферного и поэтому совместима с др)пими "вакуумными" процессами: электронно- и ионнолучевымн, лазерными, ренпеновскими и другими операциями. Формирование мпкротопологии на изделиях электронной техники осуществляется повторением цикла, включающего три группы операций: 1) получение, обработка и легирование тонких пленок и слоев; 2) микролптография (фото-, электроно-, ионо- и рентгенолптография); 3) травление тополопиеского рисунка.

Благодаря иопользованию сухого травления геометрические размеры рисунка могут быль полученм с погрешностью не более 0,1 мкм. Для определения момента окончания травления, контроли за химическими и физическими процессами в плазме, измерения скорости осаждения пленок и других параметров применшотся различные методы диагностики плюмы. Параметрами газоразрядной плазмы являются состав и концентрация частиц, температура электронов и ионов, плазменное давление и др. В технолопих электронного машиностроения в качестве рабочего газа дпя плазменной обработки чыце всего используются Аг, (~, Нт, Срм СС)з, ЗН)з и другие компоненты при давлении 0,65 - 250 Па, концентрация ионов состашиет около 10Ю ионов/смз, а элекцюнов - 10з - 101е электронов/смз, температура электронов может составлять 1,2 - 30 эВ, частота ВЧ-плазмы может изменяться в диапазоне 3,5 - 27 МГц.

Эляягрвчссаие в магнитные поля. В современной электронной технике имеется еще одно уникальное направление - электроника сверхвысоких частот, которая не только играет важную Роль в развитии военной техники, техники передачи информации и связи, но и находит применение в машиностроении, энергетике, строительстве, медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве, бытовой технике и др.

В перечисленных областях в качестве инструмента выступают мощные электрические и магнитные ноля, которые оказывают на обрабатываемые материалы силовое, тепловое, химическое воздействие, или их комбинации. С помощью этих полей можно проводить сушку и модификацию различные конструкционных материалов (древесины, пластмасс, меилпов и т.п.), заменять "мокрые" методы нагрева (вода, пар) "сухими" (поле), изготовлять тонколистовые детали и соелиюпь между собой разнородные материалы (металлы, стекло, керамику) и др. Магнитно-импульсная обработка позволяет получать такие композиционные соединения, какие трудно или невозможно изготовить традиционными способами, так как она сочетает высокоскоростное силовое воздействие и элекгронырев. Это дает возможность формовать металлические оболочки сложной конфигурации, сваривать однородные и разнородные материалах прессовать порошковые композиции, штамповать тонколистовые мшериалы, осущеоппвпь сборку узлов из деталей с разной прочностью и жесткостью.