Анализ универсальных вакуумных постов для оборудования производства изделий электронной техники

Молекулярно-лучевая эпитаксия как эпитаксиальный рост в условиях сверхвысокого вакуума. Характеристика видов электронных микроскопов, анализ сфер применения. Рассмотрение составных частей установки ионной имплантации. Особенности электронной литографии.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

1.Обзор вакуумных технологий электронного машиностроения

1.1Технология молекулярно-лучевой эпитаксии

Молекулярно-лучевая эпитаксия - эпитаксиальный рост в условиях сверхвысокого вакуума. Технология молекулярно-лучевой эпитаксии позволяет выращивать слоистую структуру из различных полупроводников с заданной степенью легирования. Так же в установках молекулярно-лучевой эпитаксии есть возможность проводить исследования качества получаемой пленки в процессе её образования.

В основе метода лежит простая идея осаждения испаренного в молекулярном источнике вещества на подложку, но для реализации этого метода требуется соблюдение требований: поддержание вакуума 10^-8 Па, высокую чистоту испаряемых материалов и способность испарять тугоплавкие материалы.

Отличительной особенностью метода является не высокая скорость роста пленки меньше 1000нм в час. Основное преимущество данной технологии заключается в том что можно создавать структуры с высокой частотой и с малым количеством дефектов.

Выращивание структур производится на специальном подложкодержателе который обеспечивает нагревание подложки и её вращение. Предварительный прогрев подложки производится для очистки от грязи и защитного слоя оксида. Во время процесса нагреватель должен поддерживать постоянную температуру при которой происходит осаждение на поверхности адсорбируемых атомов вещества. Это обеспечивает формирование атомарно гладких монослоев. Скорость роста определяется количеством вещества адсорбируемого на подложку, при больших потоках вещества пленка не растет а получается аморфная или поликристаллическая структура. Но про большой длительности процесса возрастает риск загрязнения.

Для испарения материалов необходимых для роста необходим молеклярный источник, который состоит из тигля из тугоплавкого материала в современных установках используются эффузионные ячейки Кнудсена, нагреватель (спираль намотанная вокруг тигля) , Термопара служащая для измерения температуры тигля, заслонка перед тиглем.

Испаренное в тигле вещество в виде пучка попадает на подложку. Высокий вакуум (10^-7 - 10^-11 Па)способствует попаданию пучка частиц на подложку практически по прямой с наименьшими отклонениями. Для увеличения глубины вакуума используют криопанели. Криопанели захватывают молекулы не попавшие на подложку и молекулы газа которые остались в рабочем объеме. [1,2,3 ]

1.2 Электронная микроскопия

С помощью электронного микроскопа можно исследовать микроструктуру поверхностей тел, изучать их состав или электрические и магнитные поля.

Для получения высокого разрешения исследуемой поверхности требуется поддержание высокого вакуума (1-10^-7 Па), что не всегда позволяет исследовать большие образцы.

Разделяю три вида электронных микроскопов.

· Просвечивающая электронная микроскопия

· Просвечивающая растровая электронная микроскопия

· Растровая электронная микроскопия

Просвечивающая растровая электронная микроскопия - это метод, в котором электроны проходят через исследуемый образец. Исследование проводится электронным пучком сфокусированным в точку в которой проводится сканирование. Просвечивающий растровый электронный микроскоп от обычного просвечивающего микроскопа отличается наличием дополнительных сканирующих линз и детекторов. Объектами исследования служат твердые тела толщиной от 10нм до 10мкм.

Просвечивающая электронная микроскопия - это метод в котором изображение поверхности ультратонкого образца толщиной 0,1 мкм формируется в результате прохождения через него пучка электронов и последующей их регистрацией за образцом. Объектами исследования служат твердые тела толщиной от 10нм до 10мкм.

Растровая электронная микроскопия - это метод в котором электронный пучок направляемый на исследуемый образец отражается от поверхности и попадает на детектор.

Основными недостатками электронных микроскопов следует отметить дороговизну в производстве и обслуживании. Микроскопы высокого разрешения должны находиться в помещениях без внешних воздействий таких как вибрация, электромагнитные поля.

Сферами применения электронных микроскопов являются биологические науки, промышленность, научные исследования. Также можно изучать процессы продолжительные во времени например: рост пленки , деформация кристаллов , изменение структуры и т.п. [4]

1.3 Ионная имплантация

Ионная имплантация - это способ внедрения примесей в поверхностный слой полупроводникового материала путем бомбардировки его поверхности пучком ионов. Часто используется в планарной технологии при создании полупроводниковых приборов. Ионы можно внедрять в полупроводник на расстояние 1-9 мкм. Так же происходят дислокации в материале на глубине до 100 мкм. Для достижения высокой степени легирования требуется создание высокого вакуума от 10^-4 до 10^-6 Па. Ионную имплантацию применяют для легирования металлов для изменения физических и химических свойств.

Основными составными частями установки ионной имплатации является камера в которой находится образец, источник ионов, ионный ускоритель, магнитный сепаратор, система сканирования пучком ионов. В источнике ионов создаются ионы которые разгоняются в ускорителе до энергий 10-5000 кэВ и проходя через линзы формируется направленный поток, после в магнитном сепараторе из потока ионов извлекаются нежелательные ионы и направление пучка на материал, который в процессе обработки нагревается до 600°C.

Основными особенностями метода можно назвать возможность ввести любую примесь, любой концентрации при любой температуре подложки. Возможность легировать любой материал, полный контроль процесса. [5]

1.4 Электронная литография или электронно-лучевая литография

вакуум молекулярный электронный литография

Электронная литография является основным методом для получения масок для последующей фотолитографии. Так же используется для получения штучных экземпляров электронных компонентов для исследований или высокоточного оборудования космической отрасли.

Метод заключается в том, что сфокусированный пучок, управляемый магнитной системой. Электронный пучок может облучать всю поверхность пластины (проекционные системы) или только часть шаблона (сканирующие системы). Электронный пучок вырисовывает конфигурации на чувствительной поверхности для последующего снятия не засвеченных участков растворителем. Для достижения высокой точности надо исключить столкновение электронов с молекулами воздуха, для этого требуется создание вакуума 1-10^-4 Па

Сканирующие системы позволяют обойтись без шаблона т.к. рисунок хранится в памяти ЭВМ и она задает программу перемещения пучка по пластине.

Проекционные системы низкую точность в сравнении со сканирующими системами, но обладают большей производительностью, но обязательно требуется применение шаблона для передачи изобржения на пластину. На сегодняшний день электронная литография позволяет получать структуры с разрешением 1нм. Разрешение в большей степени зависит от разрешающей способности фоторезиста и совмещения пластины с шаблоном.

У электронной литографии наибольшая разрешающая способность среди других методов литографии (рентгенолитография, оптическая литография) немного ухудшает разрешающую способность только отражение электронов от подложки и рассеивание их в слое резиста. Наибольшую востребованность получил метод сканирующей электронной литографии, который позволяет обойтись без специальных шаблонов.[6]

1.5 Плазменное травление

Плазменное травление - это использование газоразрядной плазмы для удаления вещества с поверхности детали. Применяется для формирования проводящих дорожек и контактных площадок при производстве печатных плат. Реакторы в этой технологии часто делают цилиндрическими и больших объемов позволяя загрузить большое количество обрабатываемых подложек. Одновременно можно обрабатывать от 20 до 100 подложек. Одним из основных параметров процесса является рабочее давление.

Виды травления:

- Химическое (жидкое)

- Электрохимическое

- Ионно-плазменное (сухое)

Химическое травление использует жидкие травители которые соприкасаются с обрабатываемой поверхностью. Электрохимическое травление предполагает использование электрического поля.

При ионно-плазменном травлении обрабатываемую деталь необходимо разместить вблизи действия плазмы это позволяет обработать большую площадь равномерно. Процессы ионно плазменного травления проводятся в вакууме порядка 0,5-10^-4 Па. [7]

1.6 Нанесение тонких пленок в вакууме

Для нанесения тонкой пленки на полупроводниковую подложку необходимо сгенерировать направленный поток частиц направленный в сторону обрабатываемой подложки. Тонкопленочный слой обра...