К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Для идеальной безаберрационной линзы диаметр пучка ств и плотность тока/и в фокапьной плоскости на иэделии рассчитываются по соотношениям: (2.1.11) 1- е(/а г г / = — / = — / — 'а =хВа и=юг =М-г )Г7 с= и где ал и аа — пслууглы схождения пучка соответственно на изделии и в скрещении.
Оюклапяющие сисюеиы. Функциональными элементами, используемыми для отклонения и поворота электронных пучков, явпяютая электростатические или электромагнитные двухи олюсишсн. Электростатическое отклоняющее устройство - это две пластины, между которыми создано электрическое лоле; электромапппное устройство - это, по существу, два папюса электромапппа. Угол отклонения в электрическом лоле, где электроны двипсутся по параболе, определяется выражением 1 Е (86 = — ! —, (/а где ! - длина отклоняющих пластин в направлении движения электрона; .Е - напряженность электрического поля отклонения. Электростатические устройства используются дпя прерывания (модулации) пучка, формирования переменного сечения пучка прямоугольной формы и безаберрационного отклонения а большой частотой.
В электромагнитных системах, где электроны движутся по окру.алости радиусом г, упи отклонения рассчитываетая по формулам: !В 1 (гт с 1/2 зш 6 = 2,97 10 —; г = — — (/а ] Все (2.1.12) где З - магнитная инпукши, Тл, ! - в и; (/аз В. Мапппная ицпукция прямо пропорциональна магнитодюакушей силе возбуждения ЛГ1п и обРатно пРопоРционапьна Расстоннию с! между полюаными башмаками: В = раФ1п / с(, где рс - магнитная проницаемость.
Для поворота пучка на большой угол (30 - 270 ) иитользуются секторные магнитные ноля (а - упш сектора). В этом случае угол поворота 0 рассчитывается по формуле (2.1.12) с учетом Углов входа (а1) и выхода (ег) пучка из секторного магнитного поля и апертуры пучка: 0 = а й ес + ег. ЭОС для размерной обработка материалов. В этих системах используются высокие ускоряющие напряжения (40 - 150 кВ) и относительно малые силы тока пучка — обычно до 10 мА в импульсе (максимум до 30 мА).
ЭОС состоит из электронной пушки с Ч-образньсм прямонасальным вольфрамовым (или сЧ вЂ” Ве) катодом и одной ипи двух Фокусирующих диаметр электронного пучка в Фокальной плоскости на изделии рассчитывзатся с учетом разброса скоростей термоэлекгронов и сферической аберрации объективной (последней) мшиитной линзы. Пространственный заряд лучка мал. Хроматические аберрации практически устраняются стабилизацией ускоряющего напряженна на уровне примерно 1О 3 % и силы токов возбуждения магнитных линз около (10 з - 5 10 3 %). Результирующий диаметр пучка ас вычисляют по Формуле б' = бй+-'(йу+1)'Ссфай, 4 где с(и - определяют по формуле (2.1.11), а второе слагаемое - квадрат кружка размьпости под действием сферической аберрации.
Диаметр пучка может быль минимизирован [см. (2.1.4)] за счет выбора оптимальной апертуры [см. (2.1.3)], при этом удельная мощносп пучка будет максимальна [см. (2.1. 5)]. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 85 При учете хроматической аберрации результирующий диаметр электронного пучка определяется как гг'з = ай + г(сгф + г(хр, где гу,ф н йхв - соответсвенно диаметР кружка Размытости изображения в плоскости иэделия под действием сферической н хроматической аберрации, причем (0') А(/, 2А/, «хр=~ ~ Схр + (,// (/, где Схр — постоянная хроматической аберрации; /~ - сила тока возбуждения магнитной линзы.
ЭОС для глубинной сварки. Ускоршощне напряжения в таких системах составляют около 30 — 150 кВ, силы тока пучка - 0,1 - 1 А. Используются торцевые термокатоды из 3У, УУ - Еа и 1лйб. Уширение фокусного шппа в таких ЭОС опредаляегсл сферической аберрацией фокуснрующей линзы и аберрациями электронной пушки, которые определяют качеспю начального формирования электронного пучка. Нелинейность фазовой характеристики, обусловленная аберрациями пушки, приводит к увеличению размеров фокусного пятна. ЭОС для зовдовой электронной лвтографви. Для зондовой электронной литографии используются тонкие электронные пучки диаметром 0,05 - 0,25 мкм с силой тока 0,1- 1 мкА н энергией электрона 20 - 25 кэВ.
Пучок формируется элеюронными пушками с эффективнымм катодами и многалинзовыми системами фокусировки пучка. Источником элекгронов шаиется термокатод из гексаборида лантана ()мВб), либо автоэмнтюр с плотностью отбираемого тока 20 и 300 А/смз и электронной яркостью соответственно (1 - 5) х х 104 и (1 - 3)10з А/(смхср). ЭОС с астрийным термакатадам (рис.
2.1.11). Электронная пушка с катодом из (мВб формирует круглый пучок с гауссовским распределением плотности тока. В плоскости р2, после первой коцденсорной линзы, диаметр пучка г12 2г (/гТ/ е(/0)1'и2~. В плоакости ВЗ после прохождениЯ днзфРагмы 3 и конденсорной линзы 4 диаметр электронного зонда Умеггьшаезся до а3 г(2 сг2 / ы3 Резуль™ рующий диаметр гГ „электронного зонда в плоскости Р4 Вюпачает дггаметр фокуанага пятна на изделии гга и кружок рассеяния под действием сферической аберрации объективной линзы: 'Узап = '14 + "сф. 2 2 2 Рвс. 2.1.11. Схема ЭОС ют мматреввай авгаграфвв: 1- эхехтааныы пушка; 2 4, б - ыагнвтные лвнш; 3, б - вырезываююне хвафвапеы; 7 агххааюащае система Ряс. 2.!.12.
Схема эзевграввай вував е аазгюгшммавют аатаааы: 1- пазнхввстахзвческай ЬУ-абгзаный падагретзезь; 2- манакрвсгми вахьфваыа с арленганввй 11001 в радиусом аствва 0,5 - 1 мкы; 3- нанесенный поясок лярканвз; 4- сетха; 5- анод; б- длафрагыа Сферические аберрации конденсо рных линз н нелинейность фазовой характеристики не учитывыатся, так как периферийные электроны вырезаны диафрагмами, а фокальное пятно на изделии формируется только лараксиальными электронами.
Сила тока электронного зонда 1 = (я /2)2 с(42а41,. ЭОС с амаазматтерам. Автоэмисснонный катод из 3У - О - Ег (рнс. 2.1.12) стабильно Работает при давлении (1 - 5)10 5 Па. При температуре 1800 К и напряженности электрического поля - 101 В/см цирконий мигрирует к острию, обеспечивая аибнльноагь его геометрических параметров во времени при наличии ионной бомбардировки. Диаметр эмппирующей площадки 10 нм, максимальная плотность тока 105 А/смз; минимальный разброс энергии элекгронов около 0,4 эВ; пучок - расходящийся на угол 5 10-5 2 10-' рал.
Глаю 2.1. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА 86 ЭОС с автоэмипвром вюпочаст электронную пушку с двумя (2, 3) анодами для создания кроссоаера и магнитную фокусируюшую линзу (рис. 2.1.13). Пошициалы на анодах пушки равны соответственно 5 — 7 и 20 - 25 кВ. Электростатическал линза, образованная первым и вторым анодами, в которой происходят ускорение и начальная фокусировка пучка, обладает значительной сферической аберрацией, что приводит к существенной нелинейности выходной фазсиой характеристики пушки. В этом случае результирующий диаметр электронного зонда С(зон = С(р +4(сф. 2 2 2 Преимущество автоэмиссионного эмиттера перед термическим - больший ток пучка— имеет место лри зоцпе диаметром менее 0„2 мкм.
ЭОС дыз влавюз, зовдовой очиствн и нсввревив материалов. ЭОС используют относительно небольшие ускоряющие напряжения (6 - 20 кВ) и большие силы тока (единыцы и десятки ампер) и пучки диаметром в десятки миллиметров. Этн системы состолт из электронных пушек, формирующих интенсивные пучки, и магнитных фокусирующих линз. Расчет таких систем ведется без учета аберраций. ЭОС длп осажденил тонких пленок (см. рис. 2.1.6) формирует ленточный зпекцзонный пучощ развернутый относительно тнтля на 90, 180 или 270 ', и состоит из диодной луппи Пирса и электроматнитной секторной системы поворота пучка, рассчитываемых как сильно- точные системы по формулам (2.1.6) и (2.1.12). ЭОС Лдл плавки металлов формирует аксиально-симметричный пучок электронов с диаметром, регулируемым в фокальной плоскости, отклонением и разверткой пучка по расплаву.
Их расчет осущесталлстсв тзк же, как лыс о копер веансных систем, на основе зависимостей (2.1.8) - (2.1.10) и (2.1.12). ЭОС дпя зонной очистки (см. 2.1.6), формирующая Рве. 2.1Л3. Схема ЭОС с автеэывссвевэым аатедезс 1- автсэзютир; 2 3- первый и второй аноды; 4- матнвтнаа линза; 5- стхлоншсщаа система Рве. 2.1.14. Мааеибарвввэа ведаваиаа ЗОС даа сварив взвалив (25 аВ, 200 ыА), лавашу вучва 0,3 - 0,6 ыю 1 - катод; 1- анод; 3- магнитная люыа; 4 - система сткаонеюи Рве. 2.1.15. Деуаавюеааа сзаввеварви ЗОС лаа авеавзвеввев сэаэвв (20 вВ, 100 ыА), вваыегэ сучка 0,1 - 0,4 юв 1 - злеатэсныаа пушка; 3- корстхсфахусыи ыагнатии пенза; 3- дзвннсфскуснаа матнвтиая линза; 4- система отклонения Рве.
2.1.16. ЭОС лая зеавев ачвстаы тэзъвзВВавх нстаааеа 5 (20 аВ, 0,6 А), феэывэуы- Юыз юатечвыв аучаа 0,5 ЗЮ ыы: 1 - кигодиый узел; 2- анод; 3- ыынвтнаа фскусаруюшаа линза; 4- сппматор; 5 — свстыаа сталснснва ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 87 Глава 2.2 ВАКУУМНАЯ ГАЗО-ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА го Рас. 2.1Д7. Эаекгвеааыа ввтаграф (20 кв, 1 гмА)1 яяаиею вучка 0, 1 - 0,25 Вхи: 1- катсхннй узза и высоковольтный изаепер; 2- анод; 3- моаувягор; 4- спяъааер; 5, 7- юстяровка; б - блок хоНавясерльп минатннх линз; К 9- системы отклонения; 10- ебюшявиаа нвпяпзаа линза радиальный сходащийся пучок электронов с нспользованием только ююкгростатичоскнх полей, рассчлтываегся как диодная пушка Пирса, у которой анодом является обрабатмваемое изделие. Конструкции некоторых типов ЭОС различного технологическопг назначения представлены на рис. 2.1.14 - 2.1.17.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1, Абреяа И. А., Аакроаов А. Н., Татов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии. Мз Высшая школа, 1984. 320 с. 2. Броудай И., Мерей Двг. Фюические основы микротехнологни (перевод с англ.) Мс "Мир", 1985. 523 с. 3. Вюшев К. А. Физика субмикронной литографии. Мз Наука, 1990. 528 с. 4, Молекевскай С. И., Сушков А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
