Основные технологические группы процессов в производстве электронных средств. Пучки атомных частиц, излучения и поля в качестве инструмента в технологиях электронного машиностроения, страница 6

В зависимости от параметров пучка электронов и свойств материала мишени может происходить упругое и неупругое отражение электронов от поверхности твердого тела, термоэлектронная и вторичная электронная эмиссия, что дает возможность наблюдать за поверхностью с помощью электронного микроскопа, получать новые электронные пучки, анализировать химический состав материала мишени и др. На явлении вторичной электронной эмиссии основан принцип действия некоторых электровакуумных приборов (фотоэлектронных умножителей и др.).

Взаимодействие электронного пучка с поверхностью твердого тела вызывает эмиссию фотонов в широком спектре энергий: тепловое, плазменное и световое (люминисценция) излучение, тормозное и характеристическое рентгеновское излучение. Эти явления используются в электровакуумных приборах (например, электронно-лучевых трубках), рентгеновских источниках и т.п.

Электронные пучки могут вызывать также эмиссию атомов и молекул с облучаемой поверхности за счет испарения (сублимации) вещества, термо- и электроностимулированной десорбции адсорбированных газов, разложения химических соединений и т.п.

Физические эффекты в объеме твердого тела, возникающие в результате проникновения электронного пучка в глубь материала, делятся на нетермические и термические. К первым относятся ионизация атомов мишени, возбуждение фононных колебаний, образование дислокаций и радиационных дефектов, активация химических реакций и увеличение проводимости полупроводников и диэлектриков, ко вторым - плавка, испарение, сварка и размерная обработка (прошивка отверстий, пазов, профилирование и т.п.).

Из нетермических эффектов в электронном машиностроении наибольшее применение нашло изменение структуры и свойств материала электронорезиста при облучении его остросфокусированным электронным лучом. В электронно-лучевой литографии в качестве резиста используются органические материалы, которые при взаимодействии с ускоренными электронами либо полимеризуются (образуются более крупные молекулы), либо в них происходит деструкция материала (распадение на более мелкие молекулы).

В негативном электронном резисте под действием электронного луча создаются перекрестные связи в углерод-водородных цепочках и материал становится нерастворимым и стойким к нагреву, т.е. после проявления на подвергнутых облучению участках остается рисунок из неудаленной полимерной маски. В другой группе полимеров, при облучении которых происходит разрыв основной цепочки молекул и тем самым увеличивается растворимость материала, рисунок на поверхности мишени образуется на оставшейся части пленки -позитивного электронного резиста.

Нагрев вещества при облучении его электронами имеет несколько особенностей: максимум поглощенной энергии находится в объеме твердого тела, а не на поверхности, как, например, при лазерной обработке; при высокой концентрации тепловой энергии сравнительно мала общая мощность пучка. С помощью термического воздействия электронов можно вызывать в веществе структурные фазовые переходы, отжиг дефектов, диффузию примесей, рекристаллизацию, плавление материала, десорбцию и испарение с поверхности атомных частиц и т. п.

Параметры электронных пучков можно регулировать в широком диапазоне для проведения различных видов обработки изделий (табл. 1.2). Несмотря на сложности выполнения электронно-лучевой обработки, связанные с необходимостью помещать объекты обработки в вакуум, она успешно конкурирует с другими методами благодаря следующим преимуществам:

·  универсальности (можно обрабатывать практически любые материалы, причем не только изменять геометрические размеры деталей и свойства их поверхности, но и проводить различные измерения);

·  экологической чистоте (процесс протекает в высоком вакууме, электронный луч не вносит загрязнений и не подвержен износу, контроль с его помощью, как правило, является неразрушающим);

·  управляемости (можно регулировать энергию, фокусировку, модуляцию и отклонение электронных пучков, причем малая инерционность позволяет быстро перемещать луч с одного участка на другой и обеспечивать высокую скорость обработки и локальность воздействия).