Волчкевич Л.И. - Введение в специальность, страница 9

22. Этапы формирования микрорельефа при фотолитографии41фотошаблона одновременно на все рабочее поле заготовки, или помодульно,отдельными зонами (рис. 23, а, б).Профиль рельефа в фоторезисте должен отвечать чрезвычайно жест:ким требованиям к своей геометрии, поскольку он выполняет роль техноло:гической защитной маски для последующих операций. Спектр этих опера:ций, включающих как локальное нанесение, так и, напротив, локальноетравление материалов, весьма широк и объединяется единым термином мик:рообработка.Характерным примером современной микрообработки является плазмен:ная обработка материалов.абРис.

23. Установки экспонирования3.4. Электронно:ионная обработкаЭлектронно:инная («элионная») обработка осуществляется при давленииниже атмосферного и совместима с другими «вакуумными» процессами. Фор:мирование микротопологии или микрорельефа на обрабатываемых изделияхосуществляется повторением цикла, включающего три группы операций: 1) по:лучение, обработка и легирование тонких пленок и слоев (см.

рис. 18, а, г);2) микролитография (фото:, электроно:, ионо: и рентгенолитография) (см. § 3.3);3) травление топологического рисунка или микрорельефа (см. рис. 18, в). Благо:даря использованию «сухого травления» геометрические размеры рисунка мо:гут быть получены с погрешностью менее 0,1 мкм.Газоразрядная плазма (рис. 24), состоящая из электронов, ионов и электри:чески нейтральных атомов, молекул и радикалов, генерирующая различные видыизлучений, также может служить инструментом для обработки материалов. С еепомощью можно осаждать металлические и диэлектрические пленки, стимули:ровать осаждение из газовой фазы диэлектрических пленок, пленок переходныхметаллов и их силицидов, вытравливать материал через резистивную маску пос:ле операций микролитографии, а также получать ионные и электронные пучки42Катод—АнодТемное катодноепространствоEe < Eиониз.e + MX → M• + X :e + M → M* + e = M + hν + ee + M → M+ + 2ee + X → X•M• + X• → MXТемное фарадеевопространствоEe < Eиониз.Плазма(отрицательное свечение)Прикатодноесвечение+ПоложительноесвечениеРис.

24. Характерные зоны газоразрядной плазмыбольшой интенсивности. Плазменная обработка, заменившая жидкостное трав:ление, получила название «сухое травление».Различные виды плазменной обработки материалов зависят от энергетичес:ких характеристик плазмы и доминирующего влияния одного из эффектов в про:странстве между областью газового разряда и электродами (рис. 25).С помощью плазменного травления можно обрабатывать полупроводнико:вые материалы, металлы, диэлектрики, окислы, нитриды, карбиды, алмаз, камни,высокомолекулярные соединения и т. д., причем как в монолитном, так и в тонко:пленочном виде.

В качестве инструмента травления используются: газоразряд:ная плазма (инертные и химически активные газы); ионный луч (Ar+, Kr+, Cl+, F+ и др.);атомный и молекулярный пучок (Ar, Kr, Cl2, F2, O2, H2 и др.). Глубина травленияможет составлять от 0,05 до нескольких микрометров, а минимальная шириналинии травлении — 0,1 — 0,5 мкм.Плазмаee+e+++eeee+++Рис. 25. Физические явления в газоразрядной плазмеUм43В зависимости от вида обрабатываемого материала, требований по точно:сти размеров микроструктур и производительности оборудования применяют:ся различные способы плазменного травления (табл. 1 и 2). Скорость травленияв зависимости от применяемого способа может колебаться от 0,01 до 500 нм/с.Селективность травления, т.

е. возможность обрабатывать различные мате:риалы, зависит от эффекта, лежащего в основе удаления материала с обраба:тываемой поверхности. Физическим распылением можно обрабатывать практи:чески любые материалы; скорость травления различных материалов зависиттолько от коэффициента распыления. Химическое взаимодействие наоборотвесьма избирательно к различным материалам.Выбор способа травления заключается в определении приоритетных ха:рактеристик: наименьшей селективностью травления и наименьшей погреш:ностью размеров обработки обладает ионное травление (ИТ); наибольшую ско:рость травления и наименьший нарушенный слой обрабатываемой поверхностиможно получить при химическом травлении (ХТ); наилучшим сочетанием точно:сти обработки и производительности оборудования обладает ионно:химичес:кое травление (ИХТ).Широкое распространение получили архитектурные и автомобильные стек:ла с теплосберегающими тонкопленочными покрытиями, которые обеспечива:ют необходимое пропускание видимого света и высокое отражение в инфра:Таблица 1Èîííî-ïëàçìåííîå òðàâëåíèå(ÈÏÒ )Èîííîå òðàâëåíèåÈîííî-ëó÷åâîå òðàâëåíèå(ÈÒ)(ÈËÒ )+3À òîìíî-ëó÷åâîå òðàâëåíèåòðàâëåíèå (Ð ÈÏÒ )Èîííî-õèìè÷åñêîåÐ åàêòèâíîå èîííî-ëó÷åâîåòðàâëåíèå (ÈÕÒ)òðàâëåíèå (Ð ÈËÒ )+Ar+, Kr+h2δ≈01(À ËÒ )Ð åàêòèâíîå èîííî-ïëàçìåííîå++++Cl+, F+, O+, H+hδ ≈ 0,5hÐ åàêòèâíîå àòîìíî-ëó÷åâîåòðàâëåíèå (Ð ÈËÒ )Ãàçîâîå òðàâëåíèå (ÃÒ )Õèìè÷åñêîåòðàâëåíèå (ÕÒ)Ð àäèêàëüíîå òðàâëåíèå (Ð Ò )Ïëàçìî-õèìè÷åñêîå òðàâëåíèå(ÏÕÒ )44Cl•, F•, CF4, O2, H2hδ≈hТаблица 2Õàðàêòå-ÈÏÒðèñòèêàÈËÒÀËÒÐÈÒÏÐÈËÒÐÀËÒÃÒÐÒÏÕÒP, Ïà10-1 — 1010-3 — 10-210-3 — 10-210-1 — 10210-2 — 10-110-2 — 10-110 — 1021,0 — 10210 — 102Lmin, ìêì0,30,10,110,80,8332DL, ìêì0,10,050,050,50,30,3111ÑSSSMMMLLLHCLLLMMMSSSкрасном диапазоне.

Это достигается нанесением в вакууме многослойных по:крытий типа «оксид:металл:оксид» толщиной 100–300 нм. Наиболее эффектив:ным методом нанесения оксидных слоев является магнетронный реактивный напеременном токе. На рис. 26 показана схема двойной магнетронной системыTwinMag фирмы Leybold:Heraeus (Германия), которая работает в составе ваку:умной автоматической линии нанесения теплозащитных покрытий на стеклабольшого размера.Газоразрядная низкотемпературная плазма образуется в результате иони:зации атомов аргона, напускаемого в вакуумную камеру, в пространстве междуанодами и катодом 2.

Ионизация происходит в результате столкновения вторич:ных электронов 5 с атомами аргона. Положительно заряженные ионы аргона 1ускоряются электрическим полем, «бомбардируют» мишень 3 и выбивают из нееатомы или молекулы 4, которые осаждаются на стекло в виде тонкой пленки 6.Инжектируемые из плазмы электроны 7а и 7б могут взаимодействовать с атомамиКатод23Мишень4НапускгазаПлазмаНапускгаза517а7бАнодАнод6СтеклоВакуумная камераРис. 26.

Схема двойной магнетронной системы45аргона и вне зоны газового разряда, осуществляя ионизацию нейтральных ато:мов или нейтрализацию заряженных частиц.Кроме теплозащитных покрытий на стекле нанесением тонких пленок в ва:кууме получают антиотражающие покрытия на полимерной пленке, например,для теплиц и оранжерей, а также различные отражающие покрытия: зеркала,призмы, рефлекторы и т. п.3.5. Ионная имплантацияИонно:лучевая обработка применяется для формирования микрорельефаповерхности, ее очистки, полировки и активации, нанесения тонких пленок в ваку:уме, а также для модификации и легирования поверхностных слоев изделийс помощью имплантации ионов из сепарированных пучков (см.

рис. 18, г). Обра:ботке подвергаются обычно локальные участки в рамках процессов микролитог:рафии (см. § 3.3), т. е. воздействию подвергается материал в окнах, не защищен:ных резистом (рис. 27). Все процессы проходят в вакууме. В микроэлектроникеионная имплантация применяется при изготовлении полупроводниковых прибо:ров и интегральных микросхем (ИС).++++++++F(y)aayРис. 27. Схема ионного легирования через маскуСравнительно низкая температура обработки материалов, достаточно точ:ный контроль глубины и профиля распределения примеси, возможность автома:тизации процесса способствуют расширению применения технологии ионнойимплантации в различных областях современного производства.Уникальная возможность ионной имплантации состоит в легировании ма:териалов атомами отдачи, которые могут получать достаточно высокую энер:гию от ускоренных ионов и перемещаться на несколько нанометров, что по:зволяет создавать сверхтонкие легированные слои.

Например, если наповерхность кремния нанести тонкую пленку алюминия, а затем бомбардиро:вать ее ионами Si+, Al+ или инертных газов, то атомы алюминия из металличес:кой пленки перемещаются в глубь кремния и образуют слой с максимальнойконцентрацией атомов у границы кремний:алюминий и спадающий по гипер:46боле до глубины 5–10 нм. При этом удается получить выход атомов отдачи до 10на один внедренный ион.Ионная имплантация в металлы и диэлектрики позволяет в широких преде:лах изменять их свойства.

Удается, например, сплавлять металлы, не смешивае:мые в жидком состоянии: так, молибден в алюминии практически нерастворим,а в результате ионной имплантации в поверхностном слое алюминия образует:ся сплав, содержащий 25% молибдена.Модификация поверхностных слоев многокомпонентных материалов, такихкак стали и сплавы, может быть обусловлена не только имплантацией ионовпримеси, но и перераспределением компонентов примеси. Ионной импланта:цией можно упрочнять металлы путем изменения структуры поверхности в про:цессе бомбардировки. При упрочнении металлов (деталей машин, инструментаи т. д.) в их поверхность могут быть имплантированы ионы, играющие роль твер:дой смазки.Ионная имплантация в металлы применяется для изменения их поверхнос:тных свойств: увеличения твердости, износостойкости, коррозионной и радиа:ционной стойкости, увеличения сопротивления усталостному разрушению,уменьшения коэффициента трения, управления химическими, оптическими идругими свойствами.Оборудование ионной имплантации (рис.

28) включает в себя: ионный ис:точник 1, экстрагирующую и фокусирующую ионную оптику 2, ускоряющуюсистему 3, устройство сканирования ионного пучка 4, приемное устройство 5,которые смонтированы в единой вакуумной камере 6; установка имеет такжеисточник питания, вакуумную систему, устройство контроля и управления тех:нологическим процессом.Атомы имплантируемой примеси вводятся в ионный источник либо напус:ком в виде газа, либо испарением жидкости или твердого вещества. В ионномисточнике они ионизируются и вытягиваются электрическим потенциалом в ус:коритель, где приобретают нужную энергию.Ускоритель ионов предназначен для сообщения ионам необходимой плот:ности энергии и фокусировки пучка при его движении вдоль оси ускорителя.3241+PH3, PCl3,BF3, B2H656Рис.

28. Схема установки ионной имплантации47Устройство сканирования ионного пучка направляет сфокусированный ион:ный луч в нужные места мишени по заданной программе. В оборудовании ионнойимплантации применяются три способа сканирования: механическое, электро:статическое и комбинирование. При механическом сканировании перемещает:ся не ионный луч, а мишень относительно луча в двух взаимно перпендикулярныхнаправлениях.

При электростатическом сканировании ускоренный ионный лучотклоняется от направления своего движения посредством отклоняющей систе:мы (см. рис. 28).Система сканирования должна обеспечить однородность легирования по:верхности, поэтому необходимо учитывать наклон мишени к направлению дви:жения ионного пучка, неравномерность скорости сканирования луча, диаметрили стороны сечения ионного пучка, неравномерность плотности ионного токапо сечению пучка.Приемная камера служит для загрузки, фиксации, перемещения во вре:мя легирования и выгрузки обрабатываемых изделий.