1.3.3 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 нанесения пленок магнетронным распылением с математической точки зрения?

5. Что представляет собой геометрическая модель процесса нанесения материала и какими параметрами она характеризуется?

6. Какие ограничения и допущения сделаны при выводе математической модели системы нанесения пленок?

7. От каких основных параметров зависит равномерность наносимой пленки по толщине в системе нанесения пленки магнетронным методом?

8. Какие методы оптимизации использованы в программе «MAGNA»?

Лабораторная работа № 2 Моделирование системы ионного травления с ионным источником и ионно-оптической системой

Цель работы: 1) освоить методику моделирования оборудования для ионно-лучевого травления материалов в вакууме; 2) провести оптимизацию системы травления на базе ионного источника с пучком большого сечения и ионно-оптической системой с помощью компьютерной программы «IOS».

Продолжительность работы – 6 ч.

2.1 Теоретические сведения

2.1.1 Общие сведения

Формирование потоков ионов в процессе ионно-лучевого травления осуществляется с помощью ионных источников (ИИ), основными узлами которых являются разрядная камера с системой электродов, формирующей плазму разряда в парах рабочего вещества или газа, и ионно-оптическая система (ИОС), формирующая ионный пучок с требуемыми характеристиками.

ИОС (чаще всего многоапертурная) предназначена для одновременной экстракции ионов с границы плазмы, первичной фокусировки ионного потока большого диаметра, состоящего из множества отдельных ионных пучков, формирования каждого пучка в отдельности, фокусировки ионного потока в целом, а также для ускорения ионов до энергий 100-2000 эВ. При этом должны быть обеспечены минимальные потери мощности в источниках питания и минимальная эрозия сеток ИОС при длительной эксплуатации ИИ. Обычно ИОС представляет собой блок из двух (реже трех) металлических или графитовых сеток с отверстиями одинакового диаметра, число которых определяет количество отдельных ионных пучков в потоке.

На выходе ионного потока из ИОС необходима нейтрализация его объемного заряда, наличие которого вызывает расфокусировку и плохую коллимацию ионного пучка, что существенно снижает качество и эффективность травления микроструктур. Кроме того, появление на поверхности диэлектрика положительного заряда практически не позволяет использовать ИИ с ионными пучками большого диаметра для травления диэлектриков и даже металлов в том случае, если энергия ионов менее 1 кэВ. Для нейтрализации обычно применяют специальный инжектор электронов. При этом полной рекомбинации электронов и ионов, 'как правило, не происходит, а обеспечивается лишь компенсация заряда в ионном пучке. Наиболее простым методом получения нейтрализующих электронов служит использование внешних термоионных (обычно вольфрамовых) эмиттеров, погруженных непосредственно в ионный поток или окружающих его.

Одной из существенных особенностей применения ИИ с многоапертурной ИОС является необходимость поддерживать значительный перепад давлений между разрядной (р ~ 10^-1 Па) и рабочей (p ~ 10^-2–2×10^-3 Па) камерами. Низкое давление в рабочей камере необходимо для того, чтобы снизить потери в ионном потоке и устранить возможность расфокусировки пучков. Кроме того, при этом снижается вероятность загрязнения обрабатываемых микроструктур остаточными газами.

При построении математической модели необходимо определить основные функции ИОС и конструктивно-технологические параметры системы обработки, влияющие на формирование ионного пучка, а также определить взаимосвязь между ними.

Основными функциями ИОС являются:

• отбор (экстрактация) ионов с границы плазмы;

• фокусировка и формирование многопучкового ионного потока;

• обеспечение высокой плотности и равномерности потока ионов по его сечению;

• ускорение ионов до заданной энергии;

• обеспечение минимальных потерь ионов на конструктивных элементах и минимальной эрозии электродов ИОС.

Наиболее важными требованиями, являются высокая плотность ионного потока, поскольку она определяет скорость травления, т.е. производительность процесса, а также равномерность плотности потока по сечению, так как она определяет равномерность обработки поверхности пластины. Необходимость равномерной обработки пластин большого диаметра (до 200 мм и более) потребовала от разработчиков создания ионных источников, формирующих пучки большого сечения с высокой равномерностью плотности потока (1-5%).