Волчкевич Л.И. - Введение в специальность, страница 8

Частицы отражаются от поверхности, формируется отра:женный поток, который имеет модифицированные свойства по сравнению с пер:вичным (рис. 18, б). Подобно тому, как по отскоку шарика можно судить о характереповерхности соударения на макроуровне (гладкая или шероховатая, твердая илимягкая), по отраженному потоку электронов или ионов можно судить с высочай:шей точностью о свойствах материала на микроуровне: его химическом составе,авбгhν e e eдeeeРис. 18. Эффекты взаимодействия потоков элементарных частиц с поверхностью35физических свойствах и т. д. Данный эффект широко используется в электроннойи ионной микроскопии.Дальнейшее повышение энергии потока (E3>E2) приводит к эффекту «бро:шенного булыжника».

Если, например, долго бомбардировать булыжникамиоштукатуренную стену, можно слой штукатурки отбить полностью. Аналогично,попадающие на поверхность частицы в состоянии производить микровырывыматериала поверхности (на молекулярном уровне, разумеется). Бомбардируяионами соответствующей энергии поверхность, можно добиться полного удале:ния поверхностного слоя — толщиной от нескольких рядов молекул до микрон:ного диапазона (рис. 10, в).

Такие процессы называют ионным травлением, ион:ным фрезерованием и т. п.При еще более высокой энергии частиц (E4>E3) становится возможной ихимплантация — проникновение в глубь материала («эффект пули»). По меренасыщения приповерхностных слоев (рис. 10, г) меняется их химический со:став и поверхностные свойства, происходит «ионное легирование». Тем самымможно придать материалу свойства коррозионной стойкости (например, имп:лантируя в железо ионы хрома и никеля), износостойкости и т.

д., не прибегаяк обычному объемному легированию, когда соответствующие химические эле:менты вводятся в объем материала в расплавленном состоянии. Ведь коррози:онная стойкость нужна только поверхности!И, наконец, самый высокий уровень энергии дает возможность элемен:тарным частицам проникать сквозь материал или среду — «эффект метеори:та» (рис. 10, д). Путем бомбардировки молекулами определенных размеровтонких мембран и формирования в них микроотверстий можно создавать«микрофильтры» на молекулярном уровне.Любая технология, как сказано выше (см.

§ 2.1), есть «совокупность целе:направленных методов и средств объединенных последовательностью дей:ствий». Данное определение в равной степени относится как к технологиямпроизводственного назначения (технология литья, резания, сварки, сборкии пр.), так и к любым другим (политтехнологии, шоу:технологии и пр.). Вездеключевыми словами являются: «целенаправленность» — любая технология име:ет адресное функциональное назначение, и «последовательность действий» —технология подразумевает многократные действия в строго определенной пос:ледовательности.Поэтому «электронные технологии» всегда содержат ряд воздействий, с ис:пользованием различных физических эффектов.3.2. Термовакуумные процессыПодавляющее большинство современных технологических процессов про:изводства выполняется в двух естественных технологических средах: атмосфер:ной и жидкостной.36Электронные технологии, связанные с формированием и функциони:рованием потоков заряженных частиц, зачастую могут быть реализованы толь:ко в специальной технологической среде — вакууме, т.

е. в разреженной газо:вой среде с давлением в сотни и тысячи раз ниже атмосферного.Основой процессов вакуумирования, т. е. создания разреженной средыв герметизированных объемах электровакуумных приборов или в технологи:ческих камерах, является откачка газов, что выполняется посредством специ:альных вакуумных насосов.Простейшие вакуумные насосы, создающие относительно невысокоеразрежение (остаточное давление в объеме в 40–100 раз меньше атмос:ферного) называют форвакуумными.

Они основаны на механическом захва:те молекул газов и в принципе не отличаются от известных поршневых и ло:пастных насосов для откачки воды и других жидкостей. Высоковакуумныенасосы, которые способны обеспечить остаточное давление в тысячи раз нижеатмосферного, основаны, как правило, на процессах диффузионного захва:та молекул откачиваемых газов специально создаваемыми высокоскорост:ными потоками паров. И если форвакуумный насос способен при откачкедавать выхлоп непосредственно в окружающую атмосферу, то высоковаку:умный диффузионный насос должен иметь на выходе входной патрубок фор:вакуумного механического насоса.Однако процесс вакуумирования не может быть сведен только к откачкесвободных молекул газов из вакуумируемого объема.

Значительная часть мо:лекул при обычных температурах адсорбируется на внутренних поверхностяхстенок. Если после «чистой» откачки герметизировать объем, то вследствиечастичной десорбции число свободных молекул увеличивается, поэтому по:лучение высокого вакуума невозможно — при любом совершенстве средствоткачки. Схематично динамика изменения во времени давления при «чис:той» откачке показана на рис.

19 (кривая 1). Такие процессы применимы,если допустим низкий вакуум, т. е. необходимое разрежение невелико, на:пример, при вакуумной сушке и упаковке продуктов, вакуумной плавке ме:таллов и т. п. Глубокое вакуумирование внутренних объемов приборов илитехнологических камер осуществляется посредством термовакуумных про:цессов, т. е. сочетания откачки с нагревом внутренних поверхностей, а зача:стую применением дополнительных приемов. Динамика такого процесса про:иллюстрирована рис. 19 (кривая 2). После подключения объема к вакуумнымнасосам первоначально проводится «чистая» откачка, удаляется значитель:ная часть газов, давление постепенно снижается. После включения нагреватемпература стенок повышается (иногда до 500–600°), происходит интенсив:ная десорбция газов.

Давление по объему временно возрастает, но так какоткачка не прерывается, далее следует интенсивное снижение давления,которое в конечном итоге к моменту герметизации оказывается значитель:но ниже, чем при «чистой» откачке.37Давление, РPатмГетерированиеГерметизация12Нагрев0ОткачкаВремя, tРис. 19.

График изменения давления при «чистой» откачкеВо многих случаях после герметизации проводится «гетерирование», т. е.химическое поглощение части остаточных газов. Действие «гетера» можносравнить с действием приманки для мух, которые привлекаются запахом илицветом, остаются на «липучке» и в итоге количество «свободных» насекомыхв объеме комнаты уменьшается. Аналогично уменьшается и давление оста:точных газов (см. рис. 19, кривая 2), что особенно важно для ответственныхэлектровакуумных приборов (ЦЭЛТ, ЭОП).Принципиальная схема технологической установки для вакуумированияЦЭЛТ (откачного поста) приведена на рис.

20. После завершения всех операцийизготовления внутренняя полость прибора соединяется с атмосферной толькочерез тонкую стеклянную трубочку («штенгель»). После закрепления ЦЭЛТ набазовых поверхностях штенгель оказывается зажатым в вакуумном гнезде, к ко:торому подключается входной патрубок откачной системы. Тем самым междуштенгелем и патрубком имеется полная герметизация.Путем переключения вакуумных клапанов первоначально штенгель под:ключается напрямую к форвакуумному насосу, а затем к высоковакуумномуи через него — к форвакуумному.

Ловушка служит для предохранения объемаприбора от обратных потоков газов, паров и т. д. Одновременно с откачкойпроисходит нагрев всего прибора посредством электрических или лучевых на:38гревателей, газовых горелок и т. д. После достижения необходимой степенивакуума прибор герметизируется посредством отпая штенгеля, его пережимаи т. п. Все процессы в агрегате управляются и регулируются системой автома:тического управления (САУ) (см.

§ 2.5).Если объектом вакуумирования является не прибор, а технологическая ка:мера, вакуумное гнездо отсутствует, а входной патрубок вакуумной системыподключается непосредственно к специальному патрубку камеры.Откачиваемыйприбор (ЦЭЛТ)ЛучевыеисточникинагреваПечьКорпусагрегатаШтенгельВакуумноегнездоЛовушкаВакуум:проводыВысоко:вакуумныйнасосФорва:куумныйнасосКлапаныРис. 20. Схема установки для вакуумирования ЦЭЛТ39МИКРОЛИТОГРАФИЯУльтрафиолетовоеизлучениеФотошаблонФотомульти:пликаторСтеклоХромФоторезистЭкспонированиеГенераторизображенияЗаготовкаПроявлениеW+DWqМИКРООБРАБОТКАЛокальное нанесениеЛокальное травлениеФоторезистНапылениеГальваникаМеталлХимическоеосаждениеЗаготовкаУдалениефоторезистаИзотропноетравлениеO54,74Рис.

21. Структурная схема микротехнологии40Анизотропноетравление3.3. МикротехнологияЭлектронные технологии, использующие различные физические эффектыдля воздействия на обрабатываемые изделия, являются основой современныхвысоких технологий (см. рис. 18).Так, к концу ХХ столетия в технике сформировалось самостоятельное науч:но:техническое направление, получившее название микротехнология (рис. 21).Основным назначением микротехнологии является формирование на по:верхности изделий рельефов заданных размеров и формы и их последующая сбор:ка. Размеры элементов формируемых рельефов, как правило, очень малы и в рядеслучаев составляют единицы и даже доли микрометра.

Именно поэтому одним изключевых процессов современной микротехнологии является микролитография.Появившись в начале 60:х годов, этот процесс бурно развивался и позволилза 40 лет уменьшить минимальные размеры обрабатываемых изделий с 20 мкм до0,2 мкм. К настоящему времени разработаны различные варианты микролитог:рафии: фото:, электроно:, йоно:, рентгенолитография. Наиболее распространен:ным, промышленным вариантом этого процесса является фотолитография.Суть процесса фотолитографии состоит в переносе в слой фоторезистаизображения фотошаблона — сначала в виде скрытого изображения, а затемв виде рельефа (рис. 22).

Для этого фотошаблон, уже содержащий требуемуютопологию (чертеж технологического слоя), освещается равномерным пучкомультрафиолетового излучения, а оптическая система передает его изображе:ние в фоторезист. Изображение фотошаблона передается на подложку одно:временно и целиком, что обеспечивает высокую производительность процесса.Для эффективной реализации этого процесса в промышленных условиях раз:работаны установки экспонирования, которые могут передавать изображениеПрофиль распределенияизлучения на фотошаблонеПространственноеизображениеСкрытое изображениев фоторезистеРельеф в фоторезистепри проявленииРис.