8. Оборудование для промышленного изготовления тонкопленочных интегральных микросхем.

8.1. Приборы для контроля технологических параметров процесса напыления. Для получения лучшей воспроизводимости свойств ИМС при нанесении тонкопленочных слоев обычно контролируют следующие параметры:

• Остаточное давление

• Температуру

• Толщину и скорость в рабочей камере, подложки, напыления

Рассмотрим ряд приборов для контроля технологических параметров процесса напыления.

ПРИБОР КС-1.

Предназначен для измерения сопротивления резистивных пленок в процессе их осаждения. Процесс осаждения прекращается в тот момент, когда сопротивление пленки достигает заданной величины. Позволяет измерять величину сопротивления в диапазоне 0 до 50кОм с точностью до 5%.

ПРИБОР КИТ-1.

Позволяет измерять толщину тонких металлических, полупроводниковых и диэлектрических пленок в диапазоне толщин от 0,01 - 5 мкм с точностью 10%. Позволяет задавать требуемую толщину пленки, после достижения которой подается сигнал на прекращение напыления электромагнитной заслонкой.

ПРИБОР ИСТИ-1 (измеритель скорости и толщины ионизационный).

Позволяет в системе стабилизации поддерживать заданную скорость напыления с любым испарителем с точностью 5%. Для измерения толщины в приборе имеется блок интегратора, на который поступает сигнал, соответствующий скорости напыления, и на выходе образуется сигнал, пропорциональный толщине пленки. Величина измеряемой толщины выдается на цифровой индикатор прибора.

8.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ИМС.

Применяемые вакуумные установки для нанесения тонких пленок в производстве ИМС можно классифицировать по следующим признакам (рис.8.1).

Независимо от типа все установки состоят из основных систем:

а)вакуумной системы (рабочая камера, насосы и т.д.), средства измерения вакуума и парциональных давлений остаточных газов;

б)системы контроля параметров технологического процесса и управления режимами работы установки, аппаратуры для контроля и автоматического управления процессом откачки и осаждения пленок;

в)транспортирующих устройств (механизмы для ввода подложек в рабочую камеру), механизмы совмещения подложек со "свободными масками" (при массовом методе получения рельефа пленки;

г)устройство для испарения или распыления материала (резистивные или электронно-лучевые испарители) - при использовании термического термического осаждения элементов и разрядные устройства (мишени, аноды, катоды) - при использовании

распыления ионной бомбардировкой;

д)вспомогательных устройств ( приспособлений для нагрева и охлаждения элементов вакуумных систем и технологической оснастки, внутрикамерные экраны, подвижные заслонки и др.);

е)системы электропитания (трансформаторы, коммуникационная аппаратура, реле, регуляторы тока и напряжения и т.д.).

8.3. УСТАНОВКИ ТЕРМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК.

Отечественная промышленность выпускает различные вакуумные установки, предназначенные для производства ГИМС и ППИМС. Их различают по своим технологическим возможностям. Серия установок сдана на основе базовой модели; они имеют одинаковую вакуумную систему, но различные технологические оснастки, конструкции испарителя и средства контроля.

Простейшей базовой моделью является установка УВМ-2М. Объем вакуумной камеры около 0,12м/куб. В качестве высоковакуумного средства откачки в установке применен параллельный диффузионный насос, имеющий быстроту л/с и предельное остаточное давление 2,5*10 Па. Необходимый форвакуум создается механическим вакуумным насосом с быстротой от качки 7 л/с. Управление вакуумной системой осуществляется вручную. Технологическая оснастка установки зависти от метода осаждения пленки. В настоящее время используют однооперационные и многооперационные вакуумные установки термического напыления. Для вакуумного напыления используют установки УВН-2, УВН-2М-2, УВН-2М-3, УВН-71Р-2,УВН-71П-2,УВН-61-1. Они отличаются конструкцией внутрикамерных устройств (табл 8.1).

Таблица 8.1(1)

УСТАНОВКА УВН-2М-1.

ТИП Высоковакуумная, многооперационная.

МЕТОД НАПЫЛЕНИЯ - Термическое испарение с помощью резистивных и электронных испарителей.

ПРИМЕНЕНИЕ - Для серийного производства многослойных пленочных ИМС и отработки технологического процесса их изготовления. Возможно нанесение шестислойных схем за один вакуумный цикл.

Таблица 8.1(2)

УСТАНОВКА УВН-2М-2

ТИП Высоковакуумная, однооперационная.

ПРИМЕНЕНИЕ - Для серийного изготовления элементов тонкопленочных

МС. За вакуумный цикл возможно нанесение одного слоя

пленки одновременно на пять подложек.

Для осаждения нескольких сплошных слоев для МС ,

рисунок которых получается методом ФЛГ.

УСТАНОВКА УВМ-71Р-2 Модернизированный вариант УВН-2М-2

Таблица 8.1(3)

УСТАНОВКА УВН-61П-1

ТИП Высоковакуумная.

ПРИМЕНЕНИЕ - Для напыления тонкопроводящего слоя резистивных сплавов типа МЛТ. Производительность 1800 шт/цикл. Продолжительность вакуумного цикла 100 мин.

Более сложной базовой моделью является установка УВН-70А-2. Это уни-

версальная автоматическая установка вакуумной откачки. Предназначена

для создания и поддержания вакуума в рабочем объеме. Предельный вакуум

в рабочем объеме 6,6*10 Па. Система автоматической откачки имеет гиб-

кую программу управления, обеспечивает определенную последовательность

срабатывания механизмов и блокировку и защиту отдельных узлов вакуумной

системы. Для коммуникации применяют аппаратуру с пневматическим приво-

дом и электромагнитным управлением. Откачку можно осуществлять в руч-

ном, автоматическом, полуавтоматическом и подготовительном режимах.

Установки, разработанные на основе базовой модели УВН-70А-2, явля-

ются вакуумными установками второго поколения и отличаются от установок

на базе УВН-2М не только вакуумным постом, но и конструкцией рабочей

камеры, системой подколпачных устройств и большей производительностью.

В этих установках применяется вакуумная камера, расположенная горизон-

тально. Подлжки при напылении совершают планетарное движение, что по-

зволяет получить большую равномерность напыления, а при необходимости

произвести напыление на обе стороны подложки. Наибольшее применение

нашли установки УВН-74П-3, УВН -74П-4, УВН-71П-5, и др.(таблица 8.2).

Таблица 8.2.

Уста- Характеристика Предельный Применение

новка вакуум

УВН-74П-3 40шт/цикл 6,6*10 Па Позволяет получать

сплошные пленки различных

материалов на обе стороны

подложек за один цикл

(размер подло-

жек 60х0,5мм)

УВН-74П-4 0,40мм – 72 шт/ц --- Для нанесения металлических

0,60мм – 36 шт/ц --- и диэлектрических пленок на

60х48х0,5мм-30 шт/ц --- кремневые и ситаловые

пластины

УВМ-71П-5 60шт/цикл --- Для напыления тонких и диэ-

лектрических пленок с по-

мощью резистивного испари-

теля.Может работать с упра-

лением от ЭВМ и может быть

включена в линию автомати-

ческого напыления

8.4. УСТАНОВКИ ДЛЯ КАТОДНОГО И ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО РАСПЫЛЕНИЯ.

Наиболее широкое применение для катодного, плазменного и реактивного

распыления получили установки УВН-62П-1, УВН-62П3, УВН-75П-1 и др.

(табл.8.3).

Таблица 8.3(1)

УСТАНОВКА УВН-62П-1

БАЗОВАЯ УВН-2М

МОДЕЛЬ

ПРИМЕНЕНИЕ - Для промышленного изготовления элементов тонкопленочных ИМС на основе пленок тантала

ТЕХНИЧЕСКИЕ Одновременно может быть загружено 200 подложек.

ХАРАКТЕРИСТИКИ Отрицательное напряжение катода - до 5кВ.

УСТАНИВКИ Давление аргона - 3 - 7 Па.

Таблица 8.3(2)

УСТАНОВКА УВН-62П-3

БАЗОВАЯ УВН-62М

МОДЕЛЬ

ПРИМЕНЕНИЕ - Для нанесения диэлектрических пленок способом ВЧ -

распыления в вакууме на полупроводниковые и ситаловые

подложки. Откачка происходит вручную или втоматически.

ТЕХНИЧЕСКИЕ 0.60мм – 98подл/ц

ХАРАКТЕРИСТИКИ 60х48х0,5мм – 98подл/ц.

УСТАНОВКИ Предельное давление - 11,7*10 Па

Таблица 8.3(3)

УСТАНОВКА УВН-75П-1

БАЗОВАЯ УВН-70А-2

МОДЕЛЬ

ПРИМЕНЕНИЕ - Для получение пленок металлов, сплавов, диэлектриков

и полупроводников методом ионного и электронно-

лучевого распыления.

ТЕХНИЧЕСКИЕ За один цикл можно распылить три материала на 100

ХАРАКТЕРИСТИКИ подложек размером 60х48х0,5мм.

УСТАНОВКИ Предельный вакуум - 6,6*10 Па.