проведение расчета и оптимизации конструктивно-технологических параметров ИОС по трем критериям (равномерности травления, производительности системы и сохранению механической прочности) с использованием компьютерной программы «IOS» в компьютерном классе.

2. Проработка математической модели в аудитории включает следующие мероприятия:

• контрольный опрос студентов на знание методики моделирования технических систем (излагается на лекции и представлена дополнительно в электронном модуле для самостоятельной работы студентов);

• проработка математической модели системы травления на основе знаний об объекте моделирования из ранее изученного курса «Вакуумно-плазменные процессы и оборудование» и теоретического материала данной разработки.

2. Проведение расчета и оптимизации ИОС в компьютерном классе с использованием компьютерной программы «IOS» состоит из следующих этапов:

• контрольный опрос студентов на знание проработанной в рамках аудиторного занятия математической модели (фактически допуск к работе за компьютером; студенты, не прошедшие тестирование на знание материала, к выполнению работы не допускаются);

• получение варианта задания на разработку;

• знакомство с программой «IOS»;

• проведение моделирования системы по полученному варианту задания с целью обеспечения трех критериев: равномерности травления (достигается путем обеспечения требуемой равномерности плотности ионного тока j_n по сечению каждого единичного пучка на обрабатываемой поверхности, зависящей от функции распределения плазмы n(R) и размеров отверстия в экранирующей сетке r₁); производительности (определяется максимальной плотностью ионного пучка на обрабатываемой поверхности j_n, зависящей от величины радиуса отверстия в экранирующей сетке r₁); жесткости сетки (задается размером минимальной перемычки между двумя соседними отверстиями δ и оптимальной величиной шага размещения отверстий R_ОПТ).

2. Этап моделирования системы (выполнение задания) осуществляется в следующей последовательности:

1. В соответствии с постановкой задачи (см. п. 2.1.2) и анализом аналитических зависимостей полученной математической модели, задачей моделирования является подбор максимально возможной величины начального отверстия в экранирующей сетке r_1Н, при котором еще сохраняется требуемая равномерность травления и обеспечивается жесткость конструкции ИОС. Поэтому первая итерация заключается в выборе r_1Н и расчете соответствующих его значению параметров системы травления j_n , j_n , R_ОПТ в следующей последовательности:

• ввести исходные данных в соответствии с полученным заданием;

• ввести размер начального отверстия r_1Н (например, 0,5 мм) и начальное значение шага размещения отверстий R (должно быть не меньше диаметра начального отверстия 2r_1Н плюс размер перемычки δ, обеспечивающей жесткость сетки);

• провести расчет параметров с проверкой на сохранение жесткости экранирующей сетки (о не сохранении жесткости информирует программа с указанием, на каком шаге произошла потеря жесткости);

• подобрать оптимальный шаг R_ОПТ с точностью до 0,1 мм, под которым понимается минимальное значение шага, при котором еще сохраняется механическая жесткость сетки;

• зафиксировать полученные в результате расчета параметры системы в отчете.

1. Провести оптимизацию по достижению максимальной плотности ионного тока на обрабатываемой поверхности j_n max :

• последовательно (например, через 0,5 мм) увеличивать значение r_1Н и повторять для него операции п. 4.1;

• поиск оптимальной величины r_1Н (с точностью до 0,1 мм) закончить, если неравномерность травления превысит допустимую или величина j_n max начнет уменьшаться.

1. Полученный оптимальный вариант проанализировать на технологическую возможность его реализации, используя таблицу данных расчета и графическое изображение конструкции ИОС, и сделать выводы целесообразности разработки предложенной конструкции ИОС.

4. Сдать работу преподавателю:

• показать в отчете результаты моделирования с оценкой системы по каждому из критериев и отметить вариант конструкции, наиболее удовлетворяющий предъявляемым требованиям;

• при возникновении вопросов по итогам моделирования подтвердить их, продемонстрировав преподавателю результаты на экране дисплея;

• обосновать целесообразность или нецелесообразность проектирования смоделированной системы.

2.4.1 Требования к отчету

Отчет должен содержать:

• краткие теоретические сведения о моделируемом объекте;

• математическую модель объекта, изложенную в последовательности, соответствующей методике моделирования;

• результаты моделирования;

• выводы по результатам исследований о целесообразности проектирования моделируемой конструкции или путях совершенствования конструктивной схемы ИОС для достижения заданных критериев эффективности.

2.4.2 Инструкция по работе с программой «ios»

1. Войти в систему, открыть папку с лабораторным практикумом «САПР», открыть окно «САПР: лабораторные работы», нажать кнопку «Тема работы» (см. рис. 1.7), выбрать тему «ИОС: ионно-оптическая система». Откроется окно с темой лабораторной работы (рис. 2.4).

2. Приступить к вводу данных. Данные вводятся в соответствии с заданным вариантом в соответствующих полях (рис. 2.4), с использованием клавиши TAB либо манипулятора “мышь”. По умолчанию в программе используются исходные данные, приведенные в таблице 2.2.

Таблица 2.2. – Исходные данные, вводимые программой «IOS»по умолчанию.

Рис. 2.4. – Окно программы «IOS».

3. После ввода данных нажать кнопку “Далее”, и система приступает к расчету основных параметров ИОС. На экран выводится таблица результатов расчета (номер цикла, расстояния отверстий от центра, значения R, r₁, r₂ и d, а также количество отверстий размещаемых на окружности радиуса R).

При нарушении механической прочности сеток для координаты R в таблице результатов выводится соответствующее предупреждение, после чего можно вернуться к выбору нового шага ∆R (рекомендуется изменять шаг через 1 мм). При появлении на экране таблицы без указания на потерю механической прочности, необходимо зафиксировать шаг, при котором получен результат, и соответствующее ему значение плотности тока и прозрачности сеток.

4. Зафиксировав значение шага, при котором достигается прочность сеток, необходимо оптимизировать параметры ИОС, повторив вычисления при более мелком шаге размещения отверстий и найти оптимальный шаг ∆R_опт с указанной точностью (0,1 мм). Зафиксировать в отчете полученное оптимальное значение шага и соответствующие ему параметры системы для выбранного значения начального радиуса отверстий.

5. Изменить значение начального отверстия (как правило, в сторону увеличения, например, с шагом 0,5-1,0 мм). Повторить п.п.3-4. Изменения проводить до момента, пока неравномерность травления не превысит заданную или плотность тока на обрабатываемой поверхности не начнет уменьшаться. Зафиксировать найденное оптимальное значение начального отверстия (соответствует максимальному значению и равномерности, не хуже заданной). Зафиксировать в отчете все параметры системы, соответствующие оптимальному варианту конструкции.

6. Для оптимального варианта нажать кнопку “График” и построить изображение ИОС (рис. 2.5) по рассчитанным оптимальным параметрам. Завершить работу по оптимизации можно нажав кнопку “Выход”. В главном модуле программы, можно сохранить результаты работы в файл, или вывести их на принтер.

Рис. 2.5. Профиль ИОС (результат построения графика программой).

2.4.3 Контрольные вопросы

1. Перечислите этапы математического моделирования технической системы?

2. Какие последовательные процедуры включает этап постановки задачи моделирования?

3. Какие последовательные процедуры включает этап формирования математической модели?

4. Что представляет собой модель системы травления материалов ионным источником с пучком большого сечения и ИОС с математической точки зрения?

5. Что представляет собой геометрическая модель элементарной ячейки для формирования ионного пучка, какой моделью описывается и какими параметрами она характеризуется?

6. Какой алгоритм, обеспечивающий достижение критерия равномерности травления поверхности материала, заложен в геометрической модели ИОС?

7. Какие ограничения и допущения сделаны при выводе математической модели ИОС?

8. От каких основных параметров зависит равномерность травления материала в моделируемой системе?

9. От каких основных параметров зависит скорость травления материала в моделируемой системе?

Список литературы

1. Сырчин В.К. САПР и моделирование технических систем. - М: МИЭТ, 1997.

2. Сырчин В.К. Расчет и оптимизация конструктивно-технологических параметров узлов и систем вакуумно-плазменного оборудования микроэлектроники. - М: МИЭТ, 1990.

3. Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. – М.: Радио и связь, 1982.

4. Сырчин В.К. «Вакуумно-плазменное оборудование для производства изделий микроэлектроники и микросистемной техники». Учебно-методическая разработка, 2007.

45