Изучение конструктивно-технологических особенностей оборудования нанесения материалов на примере установки магнетронного распыления

Лабораторная работа № 1

«Изучение конструктивно-технологических особенностей
оборудования нанесения материалов на примере установки
магнетронного распыления»

Цель работы: 1) ознакомиться с конструктивно-технологическими особенностями оригинальных магнетронных распылительных устройств (МРУ) для нанесения пленочных покрытий; 2) изучить конструктивно-технологические особенности экспериментальной лабораторной установки для исследования МРУ и процесса магнетронного нанесения пленочных покрытий; 3) провести экспериментальные исследования процесса магнетронного распыления.

Продолжительность работы - 2 ч.

Оборудование и приборы

Для выполнения работы используются вакуумная экспериментальная лабораторная установка, оснащенная следующим оборудованием и приборами:

      МРУ с электромагнитной системой; МРУ с магнитной системой на постоянных магнитах; блок питания МРУ; блок питания электромагнита МРУ; блок подачи рабочего газа; вакуумметр.

Лабораторное задание

1.        Ознакомиться с конструктивно-технологическими особенностями оригинальных магнетронных распылительных устройств (МРУ) для нанесения пленочных покрытий, представленных в лаборатории технологического оборудования микроэлектроники кафедры МЭ МИЭТ.

2        Изучить конструктивно-технологические особенности экспериментальной лабораторной установки для исследования МРУ и процесса магнетронного нанесения пленочных покрытий.

3        Провести процесс магнетронного нанесения на экспериментальной лабораторной установке.

Методика выполнения работы

Рекомендуется следующий порядок выполнения работы:

Знакомство обучающихся под руководством преподавателя с конструктивно-технологическими особенностями МРУ различного типа, в том числе с оригинальными разработками МИЭТ, представленных в лаборатории технологического оборудования кафедры МЭ МИЭТ. Изучение конструктивно-технологических особенностей экспериментальной лабораторной установки для исследования МРУ, оснащенной двумя оригинальными МРУ: на базе электромагнита и на основе постоянных магнитов. Проведение процесса магнетронного нанесения пленочного покрытия на экспериментальной лабораторной установке по следующей методике:

3.1        Установить на подложкодержатель обрабатываемую подложку.

3.2        Откачать рабочую камеру до давления 10-3 Па:

    предварительно откачать камеру механическим насосом до давления 1 Па; открыть высоковакуумный затвор и откачать камеру до давления 10-3 Па.

3.3        Установить в камере рабочее давление:

    провести дросселирование высоковакуумного насоса; открыть натекатель и напустить рабочий газ (аргон) в камеру до необходимого давления (например, 0,4 Па) с помощью регулятора, контролируя величину давления по вакуумметру.

3.4        Установить выбранное значение индукции магнитного поля:

    по построенной для электромагнита зависимости В=f (Iэм) выбрать значение тока электромагнита Iэм, соответствующее необходимой величине В (например, 400 Гс); подать охлаждающую жидкость (проточную воду) на МРУ; включить блок питания электромагнита и установить выбранное значение тока электромагнита Iэм.

3.5        Зажечь разряд в МРУ и провести очистку мишени:

    включить блок питания МРУ; с помощью регулятора плавно вывести напряжение до значения, соответствующего моменту зажигания разряда; установить напряжение очистки (350-450 В) и провести очистку мишени (до прекращения нестабильностей и искрений на мишени).

3.6        Провести процесс нанесения пленки на подложку:

    установить рабочее напряжение (450-550 В) и ток разряда (4-5 А); открыть заслонку и провести процесс распыления материала мишени на подложку в течение 2-3 минут; закрыть заслонку; прекратить процесс распыления, сняв напряжение с мишени и выключив блок питания МРУ; вскрыть вакуумную камеру и оценить качество нанесенной пленки.

Контрольные вопросы

    Каковы основные преимущества процесс магнетронного распыления по сравнению с другими известными Вам методами нанесения пленок материалов? Какие из представленных конструкций МРУ оказались для Вас действительно оригинальными и вызвали наибольший интерес? Объясните особенности конструктивной схемы исследуемых МРУ, а также особенности их функционирования. Какие параметры определяют процесс магнетронного распыления и каковы особенности проведения процесса магнетронного нанесения пленочного покрытия с помощью исследуемых систем. От каких параметров зависит качество пленки, нанесенной с помощью МРУ?

Лабораторная работа № 2

«Изучение особенностей конструкции оборудования травления материалов на примере установки плазмохимического травления кремния фирмы ALCATEL (Франция)»

Цель работы: 1) ознакомиться с конструктивно-технологическими особенностями установки плазмохимического травления кремния; 2) изучить особенности процесса глубокого анизотропного травления кремния;
3) провести процесс глубокого анизотропного травления кремния.

Продолжительность работы - 2 ч.

Технология и оборудование формирования структур МЭМС

Одним из перспективных направлений развития приборостроения является разработка микромеханических датчиков и систем на их основе (микроэлектромеханические системы - МЭМС). В течение последних лет эта отрасль является одной из самых динамично развивающихся. Области применения микросистем охватывают вычислительную технику и телекоммуникации, биологию, медицину, химию, мониторинг окружающей среды, автомобилестроение, космические исследования, авиационные технологии и другие.

Первичные датчики разнообразных физических величин в микромеханическом исполнении можно внедрить в устройства и системы, где ранее они не могли быть использованы из-за значительных масс и габаритов. МЭМС, имеющие в своем составе кремниевые чувствительные элементы, обладают рядом значительных преимуществ по сравнению с известными приборами того же функционального назначения, выполненными по традиционной технологии. Они имеют значительно меньшую стоимость, меньшие габариты, больший спектр применения, невысокое энергопотребление, высокую ударо - и вибропрочность. Низкая стоимость микромеханических датчиков и систем на их основе объясняется высокой степенью интеграции, полной автоматизацией процесса изготовления на базе уже существующих технологий, принятых в микроэлектронике, а также возможностью выпуска приборов большими партиями. Если одна из подсистем МЭМС имеет нанометровые элементы, то такая МЭМС называется наноэлектромеханической системой (НЭМС).

В целом, технология формирования элементов МЭМС основана на операциях, составляющих технологию полупроводниковых, в основном кремниевых, приборов и интегральных схем. Но она имеет ряд существенных особенностей и проблем, которые приходится учитывать при использовании типовых технологических процессов для конкретных микромеханических структур. Как правило, эти проблемы могут быть преодолены путем модернизации существующих типовых процессов и (или) разработки нестандартных технических решений. Одним из главных отличий технологии микромеханических структур от технологии интегральных схем является необходимость формирования глубокого (до нескольких сотен микрометров) рельефа в монокристаллическом кремнии и других материалах. Некоторые примеры структур элементов МЭМС, полученных методом ПХТ, представлены на рис. 1. Как правило, для формирования таких структур используются плазмохимические реакторы, создающие высокоплотную плазму, в частности, ICP реакторы.

В связи со значительным увеличением глубины травления, при производстве структур МЭМС зачастую необходимо выполнение гораздо более жёстких требований к параметрам технологических процессов по сравнению с требованиями процессов производства ИС. Ужесточаются требования к стойкости маски, т. к. фоторезистивная маска не всегда выдерживает травления на достаточную глубину. Возрастает шероховатость травимой поверхности, что порой недопустимо, особенно при формировании элементов оптических систем (в частности, зеркал). Однородность травления по пластине, характерная для процессов производства ИС, в ряде случаев недостаточна при производстве МЭМС. Особенно это актуально при формировании чувствительных элементов, работающих в динамическом режиме (акселерометры, гироскопы).

Рисунок 1. – Примеры структур элементов МЭМС,
полученных методом плазмохимического травления.

Для формирования рельефа в кремнии на глубину до 100 мкм и более с вертикальными стенками используется, как правило, так называемый «Bosсh»-процесс. Его суть состоит в многократном повторении двухстадийного цикла травления. В первой стадии цикла производится травление кремния через маску на сравнительно небольшую глубину в среде элегаза SF6 (рис. 2,а). Во второй стадии цикла производится пассивация стенок протравленного профиля с помощью, например, разряда на основе хладона-318 (С4F8). В следующем цикле травления ионная компонента разряда удаляет пассивирующий слой полимера со дна канавки и углубляет её, в то время как боковые стенки канавки остаются защищёнными маскирующим слоем полимера. Далее снова проводится пассивирующая стадия, и т. д. В результате травление идёт преимущественно в вертикальном направлении с небольшими периодическими подтравами в боковых направлениях (рис. .2,б).

В настоящее время для травления кремния используются следующие плазменные источники: планарные диодные РИТ-системы, РИТ-системы с концентрацией плазмы магнитным полем (MERIE), ЭЦР-системы, ICP-системы и др. Но не все из них применимы для глубокого травления кремния с высоким аспектным соотношением.

 

а)  б)

Рисунок 2. – Схематичное пояснение «Bosсh»-процесса.

Среди серийного промышленного оборудования одним из возможных приемлемых вариантов для реализации глубокого травления кремния с применением Bosh-процесса (с точки зрения соотношения цена/качество) является установка фирмы Alcatel (Франция) (рис. 3).

Рисунок 3. – Общий вид (а) и схема реактора (б) установки:

1 - индуктор; 2 - керамический цилиндр; 3 - согласующее устройство; 4 - область интенсивной плазмы; 5 - подложкодержатель; 6 - реакционная камера; 7 - канал подачи рабочих газов; 8 - смотровое окно.

ВЧ разряд с помощью индуктора 1 возбуждается в цилиндрической керамической разрядной камере 2 ICP-реактора с помощью ВЧ генератора с частотой 13,56 МГц и мощностью 3 кВт. Автоматическая система согласования ВЧ генератора с разрядом 3 быстро и эффективно согласовывает импедансы генератора и плазмы, обеспечивая эффективный ввод мощности в разряд. Для локализации плазмы 4 и транспортирования её к подложкодержателю 5 используется система магнитных катушек с питанием от источников постоянного тока, размещенных вокруг реакционной камеры 6. Рабочие газы подаются в реактор в верхней его части 7. Там же предусмотрено смотровое окно 8 для датчика окончания процесса травления.

Полученные на установке профили травления показаны на рис. 4.

Рисунок 4. - Результат травления кремния через ФРМ на глубину 142 мкм.

Оборудование и приборы

Работа выполняется в технологической лаборатории кафедры МЭ МИЭТ на уникальной автоматической программируемой установке плазмохимического травления кремния фирмы ALCATEL (Франция), реализующей так называемый Bosсh-процесс глубокого анизотропного травления кремния.

Лабораторное задание

1.        Ознакомиться с конструктивно-технологическими особенностями установки плазмохимического травления кремния фирмы ALCATEL (Франция).

2        Изучить методику реализации Bosсh-процесса глубокого анизотропного травления кремния.

3        Провести процесс глубокого анизотропного травления кремния.

4        Исследовать визуально на микроскопе полученный профиль травления на кремниевой пластине.

Методика выполнения работы

Рекомендуется следующий порядок выполнения работы:

Знакомство обучающихся с конструктивно-технологическими особенностями установки плазмохимического травления кремния фирмы ALCATEL (Франция).

В технической зоне технологической лаборатории кафедры МЭ МИЭТ, где размещается установка и все системы ее обеспечения, ведущий специалист кафедры МЭ с. н.с., к. т.н. дает подробную информацию об основных узлах и системах установки, акцентируя внимание слушателей на конструктивно-технологические особенности установки и средств ее автоматизации, а также об особенностях технологического Bosсh-процесса глубокого анизотропного травления кремния, иллюстрируя свое сообщение плакатами, фотографиями, рисунками.

После знакомства с установкой и процессом слушатели задают ведущему вопросы и получают на них аргументированные ответы.

Проведение процесс глубокого анизотропного травления кремния на установке.

Для проведения процесса слушатели переходят в технологическую гермозону, в которой размещается система управления установкой и камера шлюзовой загрузки обрабатываемой пластины в реактор установки, предварительно переодевшись в специальную одежду. Под руководством проводится программирование процесса травления и его реализация.

По ходу процесса слушатели задают вопросы и получают на них аргументированные ответы.

Исследование полученного профиля травления на кремниевой пластине.

Извлеченная после обработки пластина визуально исследуется на микроскопе, находящемся непосредственно в технологической гермозоне. дает комментарий по поводу наблюдаемого под микроскопом профиля травления: его форме, глубине травления, скорости процесса и т. д.

Контрольные вопросы

Какими конструктивно-технологическими особенностями обладает установка плазмохимического травления кремния фирмы ALCATEL (Франция)? Как осуществляется управление установкой и автоматизация процесса травления? Что представляет собой ICP-источник и в чем его достоинства по сравнению с другими источниками и системами травления материалов? Назовите основные проблемы, связанные с получениемя профилей глубокого травления? Опишите особенности реализации Bosсh-процесса глубокого анизотропного травления кремния?


Подпишитесь на рассылку:


Смотрите полные списки: Профессии

Профессии: Техника и производство



Оборудование


Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: • АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика
История: СССРИстория РоссииРоссийская Империя
Окружающий мир: Животный мирДомашние животныеНасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организации
МуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммы
Отчеты: • по упоминаниямДокументная базаЦенные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминологияФинансоваяЭкономическая
Время: • Даты2015 год2016 год
Документы в финансовой сферев инвестиционнойФинансовые документы - программы

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШколаПрофессиональное образованиеМотивация учащихся
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказ
Регионы РоссииПрограммы регионовЭкономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумаги: • УправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги - контрольЦенные бумаги - оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудит
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства

Блокирование содержания является нарушением Правил пользования сайтом. Администрация сайта оставляет за собой право отклонять в доступе к содержанию в случае выявления блокировок.