Для того, щоб забрати зразкі з робочої камери

5.1. Натиснути кнопку «НВ» або на пульті, або на блоці керування.

5.2. Відкинути ковпак робочої камери, вийняти підкладки і контрольні зразки фотометричного контролю.

6. Вимкнення установки ВУП-5М

6.1. Закрити ковпак над робочим об'ємом.

6.2. Відкачати робочу камеру до тиску 3·10^-6 мм рт. ст.

6.3. Натиснути кнопку «БФ» на пульті керування.

6.4. Дочекатися охолодження дифузійного.

6.5. Закрити форбалон – віджати кнопку «БФ».

6.6. Відключити форнасос – віджати кнопку «ФН».

6.7. Віджати кнопку «Сеть».

6.8. Відключити за допомогою рубильника напругу 380В.

6.9. Закрити воду, що охолоджує дифузійний насос.

Контрольні питання

1. Основні методи отримання тонких плівок. Фізичні основи методів. Переваги і недоліки.

2. Класифікація систем іонно-плазмового розпилення матеріалів.

3. Принцип дії магнетронної системи розпилення. Розпилення на постійному струмі.

4. Область розрядного проміжку. Рух заряджених часток у схрещених електричному і магнітному полях.

5. ВАХ розряду. Умови існування стабільного розряду.

6. Порядок роботи на установці ВУП-5М.

Література

 

1. Петухов В.Ю., Гумаров Г.Г. Ионно-лучевые методы получения тонких пленок. Учебно-методическое пособие. – Казань. 2010.- 87 с.

http://www.ksu.ru/f6/k5/bin_files/petukhov_ibm!33.pdf

2. Кузьмичев А. Магнетронные распылительные системы. Книга 1. Введение в физику и технику магнетронного распыления. М.:Аверс, 2008. – 244 с.

3. Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 328с.

4. Данилин Б.С., Сырчин В.Н. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь, 1982.- 72 с.

 

 

 

Лабораторна робота № 2

Фізико-Технологічні принципи Методу катодного розпилення

 

Мета роботи: вивчення фізичних принципів катодного розпилення: отримання практичних навичок використання методу катодного розпилення в установці ВУП-5М.

Елементи теорії. Конструкція установки для катодного розпилювання, зображена на рис. 6, складається з газорозрядної камери 1, в яку вводиться робочий газ (зазвичай аргон) під тиском 1 – 10 Па; катода 2, виконуючого функцію мішені, що розпилюється; анода 3 і закріпленої на ньому підкладки 4. Між анодом і катодом подається постійна напруга величиною декілька кіловольт, що забезпечує створення в міжелектродному просторі електричного поля напруженістю порядка 0,5 кВ/см. Катод заземлений, а на анод з зовнішнього джерела подається позитивний потенціал.

 

Рис. 6 Схема установки для катодного розпилення

 

 

Електричне поле між катодом і анодом прискорює електрони, які утворюються в міжелектродному просторі в результаті фотоемісії з катода, автоелектронної (польової) емісії, дії космічного випромінювання або інших причин. Якщо енергія електронів перевищує енергію іонізації молекул робочого газу, то в результаті зіткнення електронів з молекулами виникає газовий розряд, тобто утворюється газорозрядна плазма. Для того, щоб електрон міг набрати необхідну для іонізації газу енергію, йому потрібно забезпечити мінімальну довжину вільного пробігу. Тільки при цій умові електрон, рухаючись без зіткнень, здатний збільшити свою енергію до потрібної величини.

Проте, якщо довжина вільного пробігу електронів стає рівною відстані між катодом і анодом, то основна частина електронів пролітатиме міжелектродний простір без зіткнень з молекулами робочого газу. Газорозрядна плазма згасне. Ці два чинники і визначають нижню і верхню межі тиску газу в камері.

Газорозрядна плазма складається з електронів, іонів і нейтральних молекул робочого газу. Іони під впливом електричного поля прискорюються і бомбардують катод-мішень. Якщо енергія іонів перевищує енергію зв'язку атомів мішені, то відбувається її розпилювання. Окрім вибивання атомів з поверхні мішені, іони здатні вибити з неї вторинні електрони (вторинна електронна емісія). Ці вторинні електрони прискорюються і іонізують молекули робочого газу; іони, що утворюються при цьому, бомбардують мішень, викликаючи вторинну електронну емісію, і процес повторюється. Таким чином, газовий розряд підтримує сам себе і тому називається самостійним тліючим розрядом.

При зростанні величини струму в газорозрядній плазмі, збільшується густина іонного потоку і інтенсивність розпилювання мішені. При деякій густині потоку, у залежності від умов охолоджування мішені, починає виявлятися термоелектронна емісія. Струм в розряді зростає, а сам розряд стає несамостійним, набуваючи характеру дугового розряду.

Для запобігання переходу самостійного тліючого розряду в дуговий високовольтне джерело живлення повинено мати обмеження по потужності, а мішень інтенсивно охолоджуватися.

Для опису процесів катодного розпилення мішені використовують моделі, засновані на двох механізмах. Згідно першого механізму розпилені атоми виникають в результаті сильного локального розігрівання поверхні мішені падаючими іонами (модель "гарячої плями") або швидкими вторинними частинками (модель "теплового клину"). Другий механізм полягає в передачі імпульсу падаючих іонів атомам решітки матеріалу мішені, які, у свою чергу, можуть передати імпульс іншим атомам решітки, викликавши тим самим каскад зіткнень (модель зіткнень).

Основною характеристикою ефективності процесу розпилення є коефіцієнт розпилення К_р, який визначається відношенням кількості вибитих атомів N_ат до кількості бомбардуючих мішень іонів N_іон:

.

По суті коефіцієнт розпилення є середнім числом атомів мішені, вибитих одним іоном. Коефіцієнт розпилення залежить від енергії іонів E_іон, його маси (роду робочого газу), матеріалу мішені і в деякій мірі від її температури і стану поверхні, кута бомбардування, тиску газу (за умови, що тиск не виходить за межі, при яких газорозрядна плазма гасне).

 

Порядок виконання роботи

1. Вивчити будову і принцип дії методу катодного розпилення.

2. Освоїти порядок виконання технологічних операцій по виготовленню тонких плівок катодного розпилення на установці ВУП-5М.

3. Отримати декілька зразків, використовуючи у якості мішені запропоновані матеріали.

4. Визначити товщину, рівномірність плівки по товщині, швидкість напилення.

 

Контрольні питання

1. Які фізичні принципи лежать в основі методу принцип дії методу катодного розпилення?

2. Від яких параметрів залежить швидкість напилення?

3. Що називається самостійним тліючим розрядом, які причини його винекнення?

4. Який метод напилення подібний до катодного розпилення дає більшу швидкість напилення та кращу контрольованість процесу?

 

 

Лабораторна робота № 3

ВиВЧЕННЯ ФІЗИЧНИХ ПРИНЦИПІВ

іонної очистки

 

Мета роботи: вивчення фізичних принципів іонної очистки, отримати практичні навички використання методу іонної очистки в установці ВУП-5М.

Елементи теорії. Іонно-плазмові методи набули широке поширення в технології електронних засобів завдяки своїй універсальності і ряду переваг в порівнянні з іншими технологічними методами. Універсальність визначається тим, що за їх допомогою можна здійснювати різні технологічні операції: формувати тонкі плівки на поверхні підкладки, стравлювати поверхню підкладки з метою створення на ній заданого рисунка інтегральної мікросхеми, здійснювати очистку поверхні.

У відповідності до вживаних засобів очищення ділять на рідинну і суху.

Рідинне очищення виконується органічними – розчинниками: різноманітними складами, що містять луги, кислоти, пероксид, та інші реактиви, водою.

Підібрати рідкий засіб, що одночасно видаляє всі можливі поверхневі забруднення, вельми складно, тому рідинне очищення включає ряд послідовних операцій.

Нерозчинні у воді органічні жирові забруднення роблять поверхню гідрофобною, тобто погано змочуваною водою і більшістю розчинів. Для рівномірного очищення поверхню підкладок (пластин) необхідно перевести в гідрофільний, тобто добре змочуваний водою, стан. Операція видалення жирових забруднень, супроводжувана переходом поверхні з гідрофобного стану в гідрофільний, називається знежиренням. Знежирення — перша операція при рідинному очищенні.

 

Рис. 7. Класифікація методів очищення і травлення пластин і підкладок

 

Сухе очищення застосовується на етапі формування елементів і міжелементних з'єднань мікросхем і, як правило, виконується безпосередньо перед проведенням відповідальних технологічних процесів (напилення плівок, літографія).

Методи сухого очищення виключають необхідність застосування дорогих і небезпечних в роботі рідких реактивів, а також проблеми міжопераційного зберігання пластин і підкладок і очищення стічних вод, що є важливими при використовуванні рідких засобів очищення.

Крім того, процеси сухого очищення більш керовані і легше піддаються автоматизації.

З точки зору механізму процесів всі методи очищення можна умовно розділити на фізичні і хімічні. При фізичних методах забруднення віддаляються простим розчиненням, відпалом, обробкою поверхні прискореними до великих енергій іонами інертних газів.

У тих випадках, коли забруднення не можна видалити фізичними методами, застосовують хімічні методи, при яких забруднення видаляють: їх заміщенням речовинами, що легко видаляються, переходом в легко розчинні комплексні з'єднання або травлінням пластин (підкладок). Травлення супроводжується видаленням поверхневого шару разом із забрудненнями, що є на поверхні. Травління не завжди має на меті очищення. Воно застосовується для розмірної обробки, видалення шарів з порушеною механічними обробками структурою, локального видалення шарів різних матеріалів при формуванні топології мікросхем, виявлення поверхневих дефектів напівпровідників і ін.

 

Методичні вказівки. Пристрій для іонного травлення (рис. 8) встановлюється на основу робочої камери установки ВУП-5М замість заглушки. Пристрій призначений для обробки поверхні об'єктів іонним бомбардуванням, стравлювання поверхневих шарів з метою отримання тонких об'єктів для безпосереднього вивчення на просвіт в електронному мікроскопі або з іншою метою.

Рис. 7. Пристрій для іонного травлення

 

Для подачі інертного газу в розрядну камеру передбачена система напуску, що складається з п’єзоелектричного вентиля та джерела живлення.

Після відкачки камери на високий вакуум вмикають високовольтний випрямляч, для чого потрібно натиснути кнопки «ВКЛ» та «ИТр» (іонне травлення). Регулятором «МОЩНОСТЬ І» встановити напругу 1 – 2 кV. Напустити у сильфон інертний газ (аргон). Закрити вентиль балона з газом.

Натиснути кнопку «ВКЛ (ТРАВЛЕНИЕ)» і ручкою «ТОК ИТр», при наявності газа у сильфоні (сильфон розтягнутий) здійснити регулювання подачі газа до моменту загорання розряду. Після цього, регулюючи величину напруги і кількість газу, встановити потрібний режим травлення. Величину напруги контролювати за індикаторним пристроєм «НАПРЯЖЕНИЕ», величину розрядного току – за індикаторним пристроєм «ТОК». Відключення пристрою здійснювати у зворотному порядку. Ручки регуляторів «МОЩНОСТЬ І» і «ТОК ИТр» поставити у крайнє ліве положення, відключити високовольтний випрямляч (для цього необхідно відтиснути кнопку «ВКЛ» випаровувачів). Відтиснути кнопки «ИТр» випаровувачів і «ВКЛ (ТРАВЛЕНИЕ)».

Обробка об'єктів може здійснюватися при температурі столика об'єктів від (20 + 5) °С до мінус 160 °С.

 

Порядок виконання роботи

1. Вивчити будову і принцип дії пристрою для іонного травлення установки ВУП-5М.

2. Освоїти порядок виконання технологічних операцій з проведення іонного травлення.

3. Провести іонне травлення запропонованих зразків..

Контрольні питання

1. Навіщо потрібно використовувати іонну очистку?

2. Які фізичні принципи лежать в основі методу іонної очистки?

3. Наведіть класифікацію методів, що можуть бути застосовані для  очищення і травлення пластин та підкладок.

 

Література

 

 

1. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. – М: Радио и связь, 2007 - 464 с.

2. Технология СБИС. В 2 кн. Под ред. С.Зи. – М: Мир, 2006. - 786 с.

3. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. – М: Радио и связь, 2001. - 528 с.

 

Лабораторна робота № 4

Конструкція установок «АНГА-1» і "Плазмовий котел" та технологія отримання зносо- і корозійностійких покриттів

іонно-плазмовим методом

 

Мета роботи: ознайомитись з призначенням, конструкцією та технічними характеристиками установки плазмового напилення «АНГА-1» та установки вакуумного напилення дугової УВНД-80-М «Плазмовий котел», отримати навички визначення твердості виробів до і після отримання на них покриття.

Обладнання: вакуумно-плазмова установка АНГА-1, прилад ТБ 5004, оптичний мікроскоп МПБ-2, штангенциркуль, мікрометр.

 

Елементи теорії.

Призначення установки АНГА

У роботі установки АНГА-1 використано іонно-плазмовий метод нанесення покриття у вакуумі із застосуванням низьковольтної дуги, що підпалюється між катодом-випаровувачем і підкладкою виробу, на який наноситься покриття.

Установка призначена для нанесення зносостійких, антифрикційних, провідникових та інших покриттів на металеві, порцелянові, керамічні і пластмасові вироби (у вигляді сипучих тіл).