Основные технологические группы процессов в производстве электронных средств. Пучки атомных частиц, излучения и поля в качестве инструмента в технологиях электронного машиностроения, страница 5

Таким образом, современные технологии и оборудование электронного машиностроения уже не только базируются на принципе "удаление лишнего материала из заготовки", а строят приборы "атом за атомом".

В качестве "инструмента" для такого "строительства" в технологиях электронного машиностроения используются остросфокусированные электронные, ионные, атомарные, оптические, рентгеновские пучки и газоразрядная плазма. Универсальность такого "инструмента" заключается в том, что с его помощью и изготовляют приборы, и измеряют их размеры, и контролируют свойства, и диагностируют параметры, и управляют технологическими процессом и оборудованием.

Для сравнения в табл. 1.2.1 приведены характеристики пучков, характерные для технологий электронного машиностроения. Для фотонов с энергией 1,6–3,5 эВ, соответствующей видимому свету, минимальный размер обработки составляет около 1 мкм, а в области ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения (энергия фотонов составляет 5–1000 эВ) размер обрабатываемой детали можно уменьшить до 0,1 мкм.

1.1. Характеристики пучков

В обычно используемом диапазоне энергии электронов 0,1– 100 кэВ можно получить разрешение, сравнимое с размерами атомов около 0,1 нм. Ограничения на минимальный размер пучка электронов (около 10 нм) связаны с их рассеянием.

Ионные и атомарные пучки характеризуются отсутствием ограничений на деброй-левскую длину волны даже при малых энергиях ионов. Доля рассеянных ионов обычно очень мала, так как их размеры соизмеримы с периодом кристаллических решеток материалов, с которыми они взаимодействуют. Минимальный размер пучка ионов или атомов может достигать около 1 нм.

1.1. Взаимодействие электронов с веществом. Поверхность твердого тела отличается, например, по геометрическому расположению атомов, структуре электронных связей, химическим соединениям от объема материала. Все поверхности, соприкасающиеся с атмосферой, покрыты слоями адсорбированных атомов и молекул. Так, если при давлении 10^-4 Па получить чистую на атомном уровне поверхность, то примерно через одну секунду она оказывается покрытой полным монослоем (около 10¹⁵ атом/см²) адсорбированных газов. Чтобы удержать поверхность на атомарно чистом уровне, необходимом для проведения многих технологических операций, необходим сверхвысокий вакуум с давлением около Ю^-8 Па.

Химические соединения на поверхности металлов отличаются от соединений в толще вещества, т.к. всегда образуется поверхностная пленка окисла толщиной от 1 до 10 нм, которая оказывает влияние на механические и химические свойства поверхности.

Эффекты, возникающие при взаимодействии электронного пучка с веществом (рис. 1.1), определяются характером и значениями потерь энергии электронов в твердом теле. Они реализуются как дискретные события, сопровождающиеся появлением вторичных электронов, возбуждением колебаний плотности плазмы, ионизацией на внутренних электронных оболочках, вызывающих рентгеновское излучение и эмиссию оже-электронов, рождением электронно-дырочных пар с последующим световым излучением, переходным излучением и возбуждением упругих колебаний кристаллической решетки (возбуждением фотонов) и другими явлениями.

Рис. 1.1.  Процессы, происходящие при взаимодействии электронных пучков с веществом

При столкновении ускоренных электронов с атомами или молекулами (электронном ударе) остаточных или рабочих газов и паров происходит их ионизация (образование и поддержание газоразрядной плазмы) и испускание фотонов (свечение плазмы). Такой метод получения плазмы используется во многих источниках ионов и плазменных установках.