К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 27
Текст из файла (страница 27)
В ряде технологических процеасов возникает необходимость прерьпания (выюпочения или бланкирования) лучка на какое-то время. Например, в установках для микро- сварки импульсным пучком используют такую систему прерывания пучка, в, которой на упраюиющий электрод подаются импульсы, амплитуда которых достаточна дпя запирапия электронной пушки. Время фронта импульса в ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 79 такой системе достаточно велико и, поэтому такие устройства не могут использо вшъся, например, в установках для прецизионной электронной литографии, в которых используют другой принцип прерывания пучка. Он заключается в том, что пучок опоюняется от оптической оси так, чтобы он после отклонения не мог попасть в отверстие диафрагмы.
Часто вместо диафрагмы, отсекающей пучок, используется полуплоскость. Фронты отсечки пучка несколько уменьшаются. Для получения очень коротких фронтов отсечки пучка (блаикирования) используют устройство, состсппцее из трехярусной отклоняющей системы с диафрагмой между первыми двумя и последним ярусами.
Такая система обеспечивает высокое качество формируемого пучка при быстром его прерывании. Тип оплоняющих систем и способ управления ими выбирается в зависимости от назначения установки. Кроме оборудования с гауссовым раопределением плотности тока в пучке существует и Хругое. В электронной литографии используется электронный пучок с равномерным распределением плотности тока (в пределах 1О %), а сечение лучка имеет форму прямоугольника с программируемым размером сторон 0,1 - 10 мкм.
Последнее достигается благодаря использованию генератора формата пучка, состоящего из нескольких ярусов отклоняющих систем и диафрагм с прямоугольными или иной конфигурации отверстиями. Тюгое устройство позволяет вырезать пучок требуемого сечения. Иснользуя легкость управления не только оптической силой линз, но и индукцией поперечного поля в отюгошпощих системах простым изменением силы протекающего тока созданы автоматизированные комплексы, осуществляющие все операции по настройке, контролю и выполнению технологичеокнх операций. Изменение силы тока выполняют цнфро-аналоговые преобразователи и усюппели мощности по командам от ЭВМ. Число каналов управления зависит от сложности оборудования и его функционального назиачеши.
Система управления в таком оборудовании осущсоппяет контроль за различными показателями его качества, например, следит за перемещением координатного стола по показаниях лазерного ингерферометра или фотоэлектрическвх датчиков, и вырабатывает сигналы на исполнительные механизмы, включан приводы координатного стола, шлюзовых устройств, диафрагм, вакуумных вентилей и других устройств. ЭВМ или другое устройспю принимает сигналы от датчиков совмещения и осуществляет автоматическое совмещение, например, очередного рисунка топологнческого слоя наносимого на полупроводниковый кристалл, с предыдущими рисунками или положение пучка и шва и др. В элещронно-лучевом оборудовании при разработке только электронно-оптической системы (в зависимости от решаемой нм задачи) комбинируют ряд принципов и функций, а также ряд функциональных элементов для получения пучка, его формирования и управления, контроля за процессом.
Если, например, электронно-оптическую систему установки для электронно-лучевой сварки в простейшей форме можно реализовать, используя всего лишь три функции и, следовательно, три функциональных элемента для получения и формирования пучка, то в установках для не- термической обработки, например, в установке для элекгронной литографии только в электронно-лучевой системе в упрощенных установках комбинируют шеоп, а в более сложных и прецизионных - до пятнадцати функциональных элементов. Не менее важными элементами любого оборудования являются оснастка технолопщеской камеры и сама камера с эцрузочными устройствами, средства вакуумной откачки, системы контроля за технологическими операциями и рабочими Режимами оборудования, системы управления работой оборудования и вторичные источники литания.
Средства вакуумной откачки выбирают или разрабатывают исходя, в первую очередь, из требуемого остаточного давления и соошва газа, скорости откачки, стойкости откачных средств к газам и парам, выделяемым в технологическом процессе. В технологических камерах размещают внутрнкамерную оснастку в виде манипуляторов, координатных столов, тиглей (или их сочешния), загрузочно-разгрузочных устройств, шлюзовых устройств, датчиков и детекторов, обеопечиваощих контроль за рабочимн характеристиками оборудования и технологического процесса.
Все устройства и механизмы, распошпаемые внутри вакуумной камеры должны обладать способностью работать в услоюшх вакуума с требуемой точностью и не привносить дополнительную дефектность обрабатываемых изделий. зля. элвкпчзнно-оптичкскик систкыы тххнологичкского иазиачкиия Типовая электронно-оптическая система (ЭОС), формирующая аксиально-симметричный пучок электронов, состоит из электронной пушки (генератора электронов) и электромагнитной системы фокусировки пучка.
Электронная пушка предназначена дая начального формирования пучка. Она содержит катод, фокусирующий электрод и анод. Обычно анод заземлен, а катод и фокусирующий электрод находятся под высоким отрицательным потенциалом. Электроны, эмитируемые катодом, ускоршотся до высоких энергий и формируются в пучок электрическим полем Гвввв 2.!. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА 80 .в в Рве. 2.1.6. Схеим тэхввввгичесввх ЭОСг а, д - испарительное осв:кленве тсивлх пленок (ленточный в вксвэльно-симметричный электронный лучок); г - эолнвв свистка (радиальный лучок); г - плвигв; д - аварка; е - рвэмерввв обработка; 1 — электронная лушхв; Х- катод; ФЗ - фскусируюшвй электРод; А - июд; 2- ммивтны виюв; 3- система оээсголввив; 4 — Ливфрвгив; 5- стюмвтор; 6- система юстврсвкв; 7- тигель (кулстввлвэвтср); 8- изделие пушки. Окончательное Формирование электронного пучка, т.е.
получение заданного диаметра, удельной мощности и отклонения осуществляются обычно электромагнитными системами. Фокусирующая система позволяет регулировать диаметр пучка на изделии, а отклоняющая система - рвали зовывюь его отююнение, позиционирование н перемещение во время обработки (рис. 2.1.6) Простейшие диодные ЭОС состоят из одной электронной пушки. Анодом в этом случае является обрабатываемое изделие, а свм процесс обработки осущесппяется в зоне действия элекгрического поля высокой напряженности.
Такие системы конструктивно просты, но недолговечны, так как катод работает в чрезвычайно тяжелых условиях: он подвергается воздействию паров, газов, светового излучения и интенсивной ионной бомбардировке. Срок его слуэкбы состаюшет единицы часов. ЭОС, формирующие прецизионные пучки, содержат электронную пушку, несколько магнитных линз и ряд дополнительных устройств: устройства механической и элекгро- мюэппной юстировки, нвпраюшющне пучок по оси мапппных линз; электростатические устройства прерывания пучка и формирования прямоугольного (или фыоиного) поперечного сечения; стнгматоры - устройства для коррекции формы пучка и т.п.
В таких ЭОС обычно предусмотрена независимы откачка для получения высокого вакуума в области пуппси, а катод защищен от воздействия паров и излучения из зоны обработки. Такие ЭОС характеризуются высокой надежностью. Диапазон применения электронных технологий чрезвычайно широк - от плавки метагша, гле используются пучки мощностью в сотни киловатт, до тончайших субмикронных электронных зондов с мощностью в доли вшта для электронной литограФии.
Принято разлелягь все пучки на низком высо копервеансные. Критерием деления яюш ется характеристическая проводимость пучка 1 (/з/2 где 1- сила тока пучка, (/, - напряжение ускорения электронов. Зта проводимость называетоя не рве ансом пучка. Границей деления считается лервеанс, равный 10 ВА / Взг/2 В низкопервеансных пучках (Р < 0,1 мкА/Вэгэ) обьемньгй заряд мал, кулоновское взаимодействие между элекгронвми практически отсутствует и движение электронов пучка определяется законами геометрической электронной оптики. В высокопервеансных, интенсивных пучклх (Р > 0,1 мкА/Взц) прострвнспюнный заряд оказывает существенное влияние на характер движения электронов: электронный лучок расширяется,,имеет место "провисание потенциала" и ограничение силы тока лучка.
Методика расчета таких интенсивных пучков основывается на закономерностях сильноточной электроники. Элевтроивые пушки для ферм яр севши нвтеясиввых пучков. Параметры пушек, осушествлшощвх начальное Формирование интенсивных электронных пучков, рассчитывают по методу Пирса. Расчет основан на использовании известных соотношений между силой тока пучка 1 и распределением потенциала (/(ээ) двя ламннарных потоков электронов в идеальных вакуумных диодах: плоском, цилиндрическом и сферическом. Из этих потоков "вырезаются" пучки конечных размеров, соответственно ленточный, клиновцвный или аксивльно-симметричный сходящийся.
Остальная часть потока "отбрасывается" и вместо нее эквивалентно действует электрическое поле Фокусирующих электродов. Зти электроды создают юголь границы пучка такое же распределение потенциала и его нормальной (к границе пучка) производной, которое существовало в исходном потоке и, следовательно, обеспечивают прямолинейное и ламинарное двихюнне элекгронов в пушке. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 81 а) Рис. 2.1.7.
Схема феривроааюш веатечвеге заеигревяеге аучяа: и - эзсоогй диод; б - эююнстенцналн электрэческогс лоая вне пучка; в - эл~итроннаа пушка, формирующая ленточный электронный лучок; Х - катод; А - анод; Э - леток электронов; ПЭ и АЭ- соотвегстзснно прикзтслная н прнаиояная зюилстенцназн; ФЭ - фокусяруююнй элекпюд; »г - скорость заекюонов Электронная аушиа дгя фармирааашш гигнсчиого лучка. Плотность тока / и распределение потенциала (/ вдоль оси г, плоского диода (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
