Введение

Массовое производство изделий микроэлектроники невозможно без литографических операций. Это в равной мере относится как к дискретным полупроводниковым приборам (диоды, транзисторы), так и к интегральным микросхемам любой сложности.

Более того, при исключительной важности абсолютно всех технологических операций, процессы литографии в первую очередь определяют качество выпускаемой продукции и научно-технического уровня в целом, поэтому все стадии процесса литографии (фотолитографии) важны.

Плазмохимические методы травления различных материалов, позволили создать полностью замкнутые методы создания сложных изделий микроэлектроники - СБИС и БИС, поэтому в производстве все чаще применяются "сухие" методы травления, а именно ПХТ, которое обладает наибольшими преимуществами в отличии от других методов "сухого" травления.

В соответствии с концепцией развития, основным направлением дальнейшего развития НПО "Интеграл" является разработка изделий с субмикронными топологическими нормами (от 0,6 до 0,25 мкм). Это потребует развития, как парка соответствующего технологического оборудования, так и разработки новых технологических процессов с использованием новых материалов и способов их обработки.

Поэтому, актуальность моего дипломного проекта заключается в изучении плазмохимического травления нитрида кремния, оборудования для проведения данного ТП.

1 Теоретический раздел

1. Анализ задания на проектирование

Целью данного дипломного проекта является оптимизация технологического процесса плазмохимического травления нитрида кремния на установке LAM 490, а также закрепление, углубление и обобщение теоретических знаний.

Дипломный проект состоит из пояснительной записки и графической части. Была проведена разработка технологического процесса плазмохимического травления нитрида кремния на установке LAM 490, анализ оборудования для выполнения плазмохимического травления нитрида кремния, анализ основных узлов, их назначение и принцип работы установки LAM 490, анализ основных видов дефектов плазмохимического травления нитрида кремния, причины их возникновения и меры по их предотвращению.

Также был разработан алгоритм процесса плазмохимического травления нитрида кремния.

В разделе охраны труда разработаны мероприятия по обеспечению безопасности технологического процесса при проведении плазмохимического травления нитрида кремния.

В графической части курсового проекта представлены следующие чертежи:

• чертёж установки LAM 490;

• алгоритм технологического процесса плазмохимического травления нитрида кремния на установке LAM 490;

• виды брака при плазмохимическом травлении;

• графики, диаграммы.

В заключении представлены основные результаты дипломного проектирования.

2. Анализ оборудования для плазмохимического травления

Установка LAM 490 предназначена для травления нитрида кремния и тонких пленок поликремния. Это полностью автоматизированная система плазмохимического травления, также она может управляться и в ручном режиме посредством микропроцессорного управления с выводом данных на дисплей. Внешний вид установки изображен на рисунке 1.

1 – кассета для подачи пластин; 2 – дисплей; 3 – пульт управления установкой; 4 – кассета для приёма пластин; 5 – высокочастотный генератор; 6 – силовой блок питания; 7 – блок обеспыливания; 8 – рабочая камера; 9 – слот для рабочей программы установки; 10 – панель распределения газов; 11 – подающий механизм; 12 – лента для транспортировки пластин.

Рисунок 1 - Установка плазмохимического травления «LAM 490»

Панель управления состоит из:

1. клавиша (Power ON/OFF) - нужна для включения и выключения питания установки;

2. клавиша START - предназначена для запуска установки в процессе. Клавиша STOP - предназначена для прекращения процесса;

3. клавиша STATUS. При нажатии этой клавиши на экран вызывается страница STATUS. На этой странице указывается текущее состояние параметров для камеры;

4. клавиша LOAD - нажатие этой клавиши производится в то время, когда в гнездо клавиатуры вставлен модуль управляющей программы, вызывает загрузку этой программы в память ЭВМ. При этом программа, которая была ранее загружена, стирается автоматически.

Система перемещения пластин состоит из:

1. подающий индикатор (отвечает за подачу пластин на ленточный конвейер по 1 шт.);

2. ленточный конвейер (отвечает за перемещение пластин в камеру и соответственно из нее);

3. подающий подъемник (предназначен для подъема пластины с подающего конвейера в позицию);

4. входной и выходной шлюзы (выполняют роль буферов между средой помещения и рабочей камерой. Наличие шлюзов позволяют постоянно поддерживать в рабочей камере вакуум);

5. в рабочей камере происходит непосредственно травление;

6. приемный подъемник (отвечает за прием обработанных пластин и опускает их на приемный конвейер);

7. приемный индикатор (отвечает за прием пластин в кассету по 1 шт.).

Пластины обрабатываются поочередно и передаются из подающей кассеты в приемную. Подающий индикатор загружает пластины из подающей кассеты на ленточный конвейер (по одной), конвейер перемещает пластину на подающий подъемник. Подъемник поднимает пластину с конвейера к воздушному шлюзу. Манипулятор перемещает пластину в шлюз. Когда манипулятор располагается в центре шлюза, внешняя задвижка закрывается и из шлюза откачивается воздух. Когда давление в шлюзе достигает установленной величины, открывается внутренняя задвижка, пластина загружается в камеру, после этого в камере происходит смешивание газов и происходит травление. Далее манипулятор размещает пластину на подъемник камеры и выходит из нее; внутренняя задвижка закрывается. Пластина по ленточному конвейеру попадает в приемную кассету. И так происходит с каждой пластиной.

2 Технологический раздел

2.1 Конструктивные особенности и принцип действия установки LAM 490

Плазмохимическое травление осуществляют непосредственно в плазме газового травления, т. е. с участием всех химически активных частиц, как с большим, так и с малым временем жизни. В камерах диодного типа (рис. 2) пластины кремния помещают на нижнем медленно вращающемся электроде (0,1 об/с). Пластины электрически изолированы от электрода, чтобы исключить ионную бомбардировку. В установке LAM 490 используется ВЧ – диодная система плазменного травления. В такой системе ионы с достаточно высокой энергией падают перпендикулярно поверхности, обеспечивая высокую степень анизотропии.

1 – подача рабочего газа; 2 – вакуумная камера; 3 – электрод; 4 – откачной патрубок; 5 – пластины (подложки); 6 – подложкодержатель; 7 – изоляционное покрытие.

Рисунок 2 - Схема вакуумной камеры диодного типа для плазмохимического травления непосредственно в плазме

На установке LAM 490 пластины обрабатываются поочередно и передаются из подающей кассеты в приемную. Подающий индикатор загружает пластины из подающей кассеты на ленточный конвейер (по одной), конвейер перемещает пластину на подающий подъемник. Подъемник поднимает пластину с конвейера к воздушному шлюзу. Манипулятор перемещает пластину в шлюз. Когда манипулятор располагается в центре шлюза, внешняя задвижка закрывается и из шлюза откачивается воздух. Когда давление в шлюзе достигает установленной величины, открывается внутренняя задвижка, пластина загружается в камеру, после этого в камере происходит смешивание газов и происходит травление. Далее манипулятор размещает пластину на подъемник камеры и выходит из нее; внутренняя задвижка закрывается. Пластина по ленточному конвейеру попадает в приемную кассету. И так происходит с каждой пластиной.

Кассеты с пластинами поднимаются и опускаются поршнями с пневматическим приводом. Пластины удерживаются на подъемниках вакуумом. Вакуум подается из вакуумного коллектора воздушного шлюза и управляется электромагнитным клапаном, приводимым в действие компьютером.

Инфракрасный датчик на входной линии используется для информирования компьютера о наличии пластины. Перед входной линией установлен дополнительный инфракрасный датчик, который используется для определения наличия более одной пластины (детектор двойной пластины). Если обнаружены две пластины, подъемник точки нагрузки не поднимется, и процесс остановится. Компьютер контролирует эти датчики с интервалом 0,25 секунды.

Вакуумный патрон будет напрягать каждую пластину, когда она поднимает ее в положение на каждой станции. Сила, приложенная вакуумным патроном, сломает слабую или дефектную пластину. Это предотвращает попадание слабых пластин в камеру.

Воздушные шлюзы LAM 490 действуют как буфер между средой чистого помещения и технологической камерой. Воздушные шлюзы позволяют технологической камере всегда оставаться в вакууме. Пластины загружались и выгружались из технологической камеры через воздушные шлюзы. Закрытие внутренних дверей изолирует воздушные шлюзы от рабочей камеры и позволяет их вентилировать.

Как только воздушный шлюз будет выпущен под атмосферное давление, его наружная дверь откроется, и рука получит команду на загрузку или разгрузку пластины. Закрытие наружной двери изолирует воздушный шлюз от атмосферы и позволяет эвакуировать воздушный шлюз.

LAM 490 имеет дисплей для контроля состояния машины и параметров процесса. Рабочее давление, ВЧ мощность, расстояние между электродами, скорости потока газа и режимы прекращения шага программируются для каждого шага.

Пластина переносится с передающей кассеты на входную линию. От входной линии она перемещается во входной воздушный затвор, а затем в технологическую камеру, где она травится газовым плазменным разрядом, управляемым компьютером. Затем пластина перемещается из рабочей камеры в выходной воздушный шлюз, из выходного воздушного шлюза на выходную линию ​​и, наконец, транспортируется в приемную кассету. Двойные воздушные шлюзы позволяют технологической камере постоянно оставаться под вакуумом. Технологическая камера расположена за дисплеем интерфейса оператора. Интерфейс оператора установлен на шарнирах и поворачивается вверх, обеспечивая визуальный доступ к рабочей камере.

Технологическая камера оборудована окнами из кварцевого стекла спереди и сзади. Каждое окно имеет экран из проволочной сетки для радиочастотного поля и крышку из плексигласа для УФ-фильтрации. Также имеются окна в нижней части для наблюдения за процессом травления. Пластина переднего стекла также служит точкой крепления емкостного манометра и реле давления.

Основными подсистемами технологической камеры являются: узел нижнего электрода, привод зазора между электродами, верхний электрод и узел ВЧ-сопряжения. Камера анодирована для предотвращения реакции с травильными газами. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить повреждения анодированного покрытия.

Система регулировки зазора электрода LAM 490.

Система регулировки зазора между электродами обеспечивает регулировку зазора между катодом и пластиной. Зазор между электродами регулируется путем перемещения верхнего электрода вверх или вниз с помощью четырех двигателей постоянного тока. Двигатели приводят в движение четыре ходовых винта, которые соединены и синхронизированы с общей цепью для обеспечения параллельности между катодом и анодом. Положение верхнего электрода измеряется прецизионным потенциометром с 10 витками. Два концевых выключателя не позволяют верхнему электроду двигаться слишком далеко в любом направлении. Кроме того, имеются механические упоры, которые препятствуют контакту верхнего электрода с нижним электродом.

Электрическая тормозная система встроена для преодоления силы, действующей на катод, когда камера находится в вакууме. Эта сила относительно велика и перемещает верхний электрод вниз при снятии питания с приводных двигателей. Без тормоза катод был бы вытеснен из положения в то же самое время, когда двигатели постоянного тока пытаются переместить катод, вызывая колебание системы привода регулировки зазора. Приводной тормоз зазора автоматически блокирует корпус зазора при каждом отключении питания от четырех приводных двигателей.

Корпус зазора имеет два больших фланцевых уплотнения, которые обеспечивают дифференциально прокачиваемое пространство между камерой и атмосферным давлением.

Узел верхнего электрода LAM 490.

Верхний электродный узел состоит из изоляционного кольца, перегородок и катода. Технологические газы протекают через газовый коллектор, к перегородкам в катоде, через схему отверстий душевой головки катода в технологическую камеру непосредственно над пластиной. Катод электрически соединен с ВЧ-генератором.