Міністерство освіти Республіки Білорусь
Установа освіти
Білоруський державний університет
Інформатики і радіоелектроніки
Контрольна робота № 1
За СТО
студента БДУІР
факультету ЗВіДО
спеціальності ПіПРЕС гр 400201
9999999999 99999999 9999999999
Мінськ 2009
Зміст
1. Устаткування для нанесення фоторезиста методом центрифугування
2. Обладнання для розділення підкладок на кристали - лазерне Скрайбування, захист об'єктиву від продуктів випаровування
2.1 Різка сталевими полотнами та дисками
2.2 Різка диском з зовнішньої алмазної кромкою
2.3 Різка диском з внутрішньої алмазної кромкою
2.5 Лазерне поділ пластин
3. Пристрої для тріодного (іонно-плазмового) розпилення
1. Устаткування для нанесення фоторезиста методом центрифугування
Метод центрифугування полягає в нанесенні певної кількості ФР на Швидкообертаюча пластину з подальшим його перерозподілом по всій площі пластини за рахунок відцентрових сил. Використовується безліч різновидів цього методу. Всі вони визначаються різним порядком завдання швидкостей центрифуги, положення сопла подачі ФР над пластиною і моменту його подачі. Центрифуга служить для нанесення ФР безпосередньо. На даний момент цей метод дозволяє одержувати плівки ФР товщиною від часток до одиниць мікрона з середньоквадратичним відхиленням по товщині порядку одиниць-десятків ангстрем. Перед нанесенням шару фоторезиста (рис. 3) на підкладку вона піддається попередній обробці, в результаті чого поліпшується її зчеплення з шаром фоторезиста. Процес нанесення ФР супроводжується підтримкою різних температурних режимів кремнієвої пластини на різних його етапах. Для підтримки цих режимів призначені холодна (зазвичай це 20 о С) і гаряча (70-150 о С) плити. Для транспортування пластин між модулями треку використовується лінійна транспортна система Після нанесення концентрація розчинника в плівці ФР зменшується від 70% за обсягом до 20% за обсягом, але цього недостатньо і потрібно додаткова сушка ФР. Для цього в треках використовується гаряча плита. Процес м'якої сушіння на такій плиті зменшує концентрацію розчинника до 12% за обсягом. Додатково, ця сушка зменшує напруги в плівці ФР, покращує площинність і допомагає зменшити механічні порушення, які можуть виникнути після нанесення. Це робить наступний перенесення зображення на ФР більш надійним і повторюваним Нанесення здійснюється наливанням фоторезиста на поверхню підкладки, закріпленої на центрифузі. Центрифуга приводиться в обертання з числом оборотів 2-6 тисяч в хвилину. Через 10-30 секунд на підкладці формується плівка резиста. Центрифугування забезпечує високу однорідність товщини плівки. Тому центрифугування є найбільш поширеною технікою в мікроелектроніці. Методом центрифугування (Малюнок 1), найбільш широко використовуваним в напівпровідниковій технології, на нескладному обладнанні наносять шари фоторезиста, товщина яких коливається в межах ± 10%. При цьому методі на підкладку 2, яка встановлюється на столику 3 центрифуги і утримується на ньому вакуумним присосів, фоторезист подається крапельницею-дозатором 1. Коли столик приводиться в обертання, фоторезист розтікається тонким шаром по поверхні підкладки, а його надлишки скидаються з неї і стікають по кожусі 4. При обертанні центрифуги з великою частотою відбувається випаровування розчинника, і в'язкість фоторезиста швидко зростає.
рис 1 рис 2
Малюнок 1. Установка несення шару фоторезиста центрифугуванням:
1 - дозатор (крапельниця), 2 - підкладка, 3 - столик, 4 - кожух для збору надлишку фоторезиста, 5 - вакуумні ущільнювачі, 6 - електродвигун, 7 - трубопровід до вакуумного насоса Малюнок 2. Залежність товщини шару фоторезиста від частоти обертання центрифуги при різних коефіцієнтах його в'язкості:
Наносяться центрифугуванням шари фоторезиста можуть мати дефекти у вигляді "комет", які утворюються, якщо на поверхні підкладок були залишкові забруднення або фоторезист був погано відфільтровано. Такі дефекти виглядають, як спрямовані від центру локальні потовщення або розриви шару фоторезиста.
Достоїнствами методами центрифугування є: простота, відпрацьованість технології та задовільний продуктивність обладнання, а також можливість нанесення тонких шарів фоторезиста з невеликим розкидом по товщині.
До недоліків центрифугування відносяться: труднощі нанесення товстих шарів фоторезиста (більше 3 мкм), необхідність ретельного контролю його коефіцієнта в'язкості і режимів роботи центрифуги вимога симетричності підкладки до обертання. Несиметричність підкладки призводить до виникнення на краях підкладки бортиків - потовщень плівки фоторезиста поверхню підкладки повинна мати високу ступінь гладкості. Якщо підкладка має розвинену текстуру, то підйоми на текстурі можуть виявитися непокритими фоторезистом великі втрати фоторезиста. Для формування плівки використовується всього кілька відсотків фоторезиста, решта фоторезиста відкидається центрифугою на бічні стінки.
2 Обладнання для поділу підкладок на кристали-лазерне Скрайбування, захист об'єктиву від продуктів випаровування
Отримані шляхом методу Чорхальского і методу зонної плавки масивні монокристалічні злитки безпосередньо не використовуються. Їх нарізають на безліч тонких пластин, на основі яких вже виготовляються окремі інтегральні мікросхеми.
Механічна обробка напівпровідників утруднена їх високими твердістю і крихкістю. Використовувати звичайні методи механічної обробки, що застосовуються в металообробної промисловості, такі, наприклад, як прокатка, штампування, вирубка, не можна. Для виготовлення пластин з монокристалічних злитків застосовують метод абразивної обробки, тобто обробки більш твердим, але менш крихким, ніж оброблювана поверхня, матеріалом, а також інші ефективні методи.
Перед початком різання злиток необхідно міцно закріпити на нерухомому підставі, причому дуже важливо забезпечити точне розташування злитку щодо полотен або дисків з тим, щоб пластини мали необхідну кристалографічної орієнтації. Як правило, пластини нарізаються в площині <111> та <100>.
Найбільш поширеним способом кріплення є закріплення за допомогою різних наклеечних матеріалів, наприклад, воску, каніфолі, шелаку, гліфталевої мастила, клею БФ, епоксидних смол і кріпильних мастики на їх основі. Наклеечное речовина розплавляється і наноситься на заготовки і кріпильні пристосування і, застигаючи, скріплює їх у заданому положенні.
Після механічної обробки матеріал нагрівають, розплавляючи наклеечний матеріал. Потім заготовки відмивають від наклеечного матеріалу в спеціально підібраних розчинниках. Для закріплення на тримачі робочого столу злиток спочатку орієнтоване приклеюють до спеціальної оправці торцем або циліндричною поверхнею, а злитки великого діаметра - одночасно торцевою та циліндричної поверхнями (рис. 4).
Тримач робочого столу верстата за допомогою поворотної головки дозволяє повертати злиток і встановлювати його відносно площини відрізного кола так, щоб отримати пластини із заданою орієнтацією поверхні.
Зазвичай, різання злитку на пластини здійснюється або за допомогою комплекту тонких довгих сталевих полотен, або за допомогою "алмазних дисків".
2.1 Різка сталевими полотнами та дисками
На рис 3 показана схема різання сталевими полотнами або наборами полотен з використанням абразивної суспензії. Цей метод застосовується в лабораторних умовах для наскрізного поділу пластин і підкладок. Метод не забезпечує високої продуктивності та якості. Точність розмірів кристалів невисока через нерівномірність натягу полотен в обоймі, їх вібрації, нерівномірності зносу. Абразивна суспензія забруднює структури.
Спочатку широке застосування в промисловості мала різання металевими дисковими пилами з застосуванням абразивної суспензії. Це пояснюється простотою й доступністю цього методу різання. Проте в даний час його застосовують тільки у випадку різання пластин на кристали. Принцип різання практично той же, що і при різанні сталевими полотнами. У зону різання подають абразивну суспензію, яка, прискорюючись за рахунок обертання диска, з силою вдаряє в оброблюваний матеріал і відколює від нього мікрочастинки. Процес різання прискорюють частинки абразиву, поступово оновлювані в зазорі між металевим диском і напівпровідникової пластиною. Абразивна суспензія досить добре відводить тепло із зони різання та спеціального охолодження не вимагає.
Жорсткість металевих дисків, як правило виготовляються із сталевих холоднокатаних стрічок, недостатня для різання злитків на пластини, і задовільну якість різання досягається тільки при невеликих глибинах різання, як було зазначено вище, при різанні на кристали. Абразивні порошки виготовляються з карбіду бору В 4 З 3, карбіду кремнію SiC, і електрокорунду Al 2 O 3. За розмірами зерна абразивні порошки поділяються на чотири групи:
шліфзерна; шліфпорошків;
мікропорошки;
тонкі мікропорошки.
2.2 Різка диском з зовнішньої алмазної кромкою
Різання диском з зовнішньої алмазної кромкою має в порівнянні з процесом різання диском із застосуванням абразивної суспензії більш високою продуктивністю і дозволяє розділяти товсті, а отже великого діаметра, пластини, забезпечує відтворювані розміри і форму кристалів і плат зі строго вертикальними бічними гранями, а також великий вихід придатних структур, що досягає 98 ¸ 100%. Схема процесу зображена на рис 4.
Диск закріплюється на шпинделі верстата своєї центральною частиною. Таке закріплення не забезпечує високої жорсткості диска. Жорсткість ріжучої кромки забезпечується його конструкцією. Ріжуча кромка виступає за зовнішній діаметр притискних фланців не більше ніж на 1,5 глибини різання. Алмазоносних ріжучий шар на металевий диск наноситься за допомогою спеціальної зв'язки. З усіх видів зв'язок (органічна, керамічна, металева) тільки металева зв'язка повністю забезпечує міцність зчеплення алмазосодержащих шару з металевим диском і хорошу самозатачіваемость в процесі різання. Рекомендовані режими різання для злитків кремнію: частота обертання диска - 5000 ¸ 8000 об / хв, швидкість поздовжньої подачі злитка - 30 ¸ 60 мм / хв, витрата МОР близько 3 л / хв. Натяг диска періодично контролюється за допомогою електронного приладу і регулюється не менше одного разу за робочу зміну. Перед початком кожної різання диск перевіряють на ступінь виробленості алмазної кромки, відсутність тріщин, задирів. Для точності розмірів відрізуваних пластин, якості їх поверхні і ширини різу важлива правильна установка диска на барабан різального верстата. У процесі різання диск не повинен вібрувати і відхилятися від площини. Охолодження при різанні здійснюється шляхом подачі
2.3 Різка диском з внутрішньої алмазної кромкою
В даний час спосіб різання диском з внутрішньої ріжучої алмазної крайкою є найбільш перспективним і прогресивним зі всіх існуючих. Цим способом можна робити самі універсальні процеси різання злитків на пластини до різання пластин на окремі кристали. Основою диска служить сталева фольга товщиною 0,1 ¸ 0,2 мм. Алмазосодержащих ріжучу кромку на металеву основу наносять гальванічним способом, застосовуючи як зв'язки нікель. Механізм різання полягає в крихкому руйнуванні оброблюваної поверхні під дією нормальних зусиль і в зрізанні мікровиступів закріпленими в ріжучій кромці алмазними зернами (тангенціальні зусилля). Нормальні зусилля, що передаються від диска через зерна алмазу на злиток, викликають появу мікротріщин, які, збільшуючись в процесі відрізання пластини, поширюються вглиб, змикаються, утворюючи виколкі. Потім ці виколкі викришуються і віддаляються із зони обробки. Крім іншого, МОР, проникаючи в мікротріщини оброблюваної поверхні і надаючи капілярний розклинюючий дію, інтенсифікує процес різання. Зі збільшенням частоти обертання диска нормальні і тангенціальні зусилля зменшуються, що підвищує якість обробки поверхні і за рахунок зменшення деформацій диска покращує паралельність сторін пластин. Разом з тим збільшення частоти обертання диска підвищує продуктивність процесу. Однак, збільшення частоти обертання диска понад 5000 об / хв викликає зростання вібрації верстата і температури в зоні різання. Схема процесу різання представлена на рис 5. До переваг різання диском з внутрішньої алмазної кромкою відносяться висока швидкість різання (до 40 мм / хв), гарна якість обробки поверхні (8 клас шорсткості), малий розкид по товщині пластин (± 20 мкм), невеликі відходи матеріалу. Недоліки різання: складність установки алмазного диска, його натягу та центрування, залежність якості і точності обробки від точності і якості інструменту.
2.4 Різання за допомогою ультразвуку
Однією з новітніх технологій є різання за допомогою ультразвукових коливань частинок абразиву. Ультразвукова різання застосовується при обробці напівпровідникових пластин у тих випадках, коли необхідно отримати кристали складної конфігурації і заданого профілю. На (рис 6) показана схема процесу. Під ріжучу кромку інструмента подається абразивна суспензія. Торець інструменту поміщається на невеликій відстані від оброблюваної поверхні, що необхідно для досягнення акустичного контакту. Частинки абразивного речовини під впливом ультразвукової енергії, що купується з інструменту, набувають коливальний рух. Цей рух викликається здатністю ультразвукових хвиль при поширенні в пружних середовищах (а абразивна суспензія є пружне середовище) викликати розрідження і згущення цих середовищ. У результаті розрідження в абразивному суспензії утворюються кавитационні бульбашки, які в момент зникнення створюють великі тиску. Завдяки кавітаційним явищам частинки абразиву з силою вдаряються в оброблюваний матеріал і вибивають з нього мікрочастинки. Оскільки в цьому бере участь велика кількість частинок абразиву, а частота ударів дорівнює частоті ультразвуку, то, не дивлячись на незначні розміри відколюється частинок, процес різання відбувається швидко (близько 1 мм / хв). Так як інструменту можна надати будь-яку форму, то за допомогою цього методу можна вирізати деталі будь-якої конфігурації. Верстати для ультразвукової різання зазвичай виконують у вигляді двох окремих частин: магнітостріктора і підсилювача ультразвукових коливань.
2.5 Лазерне поділ пластин
Поділ за допомогою лазерного випромінювання належить до безконтактним способам, за яких відсутній механічний вплив на оброблюваний матеріал. Поділ можна виконати або з попереднім отриманням рисок (лазерне скрайбування), або шляхом наскрізного проходу всієї товщі матеріалу (лазерна різка). Освіта рисок відбувається в результаті випаровування матеріалу сфокусованим лазерним променем великої потужності. При наскрізний різанні має місце також і плавлення. За допомогою лазерного променя можна робити різання крізь шар оксиду або металу. Завдяки відсутності механічного впливу відсутні мікровідколи і мікротріщини. Оплавлення матеріалу по краях ризики зменшує ймовірність відшаровування плівкових покриттів. Кристалографічна орієнтація не робить впливу на якість розділення і форму кристалів. Отримувані кристали мають практично вертикальні бічні поверхні, що дуже полегшує автоматичну збірку. До недоліків лазерного поділу відносяться: висока вартість і складність обладнання, необхідність захисту поверхні спеціальною плівкою від забруднень продуктами випаровування і розплавлення, зон зі структурними порушеннями кремнію. Лазерне Скрайбування виникнення застосовується у великосерійному виробництві для поділу пластин кремнію діаметром до 76 мм. Арсенід галію не можна скрайбіровать лазерним променем з-за виділення токсичних сполук миш'яку.
3 Пристрої для тріодного (іонно-плазмового) розпилення
Найбільш поширеними методами отримання тонких плівок різних матеріалів у вакуумі є методи термічного випаровування та іонного розпилення. Достоїнствами методу термічного випаровування матеріалів та їх конденсації у вакуумі є: реалізація високих швидкостей осадження матеріалів у високому вакуумі, простота, відпрацьованість технологічних операцій і наявність сучасного високопродуктивного обладнання. Іонно-плазмове розпилення - метод отримання резистивних, провідних і діелектричних плівок, при якому розпорошення здійснюється бомбардуванням матеріалу мішені іонами плазми газового розряду низького тиску, формованого між термокатодом і незалежним анодом. Основними достоїнствами методів іонного розпилення матеріалів є: можливість розпилення практично всіх матеріалів сучасної мікроелектроніки. У тому числі різних сполук (нітридів, оксидів і т.д.) при введенні в газорозрядну плазму реакційно-здатних газів (реактивне розпилення); висока адгезія одержуваних плівок до подложкам; однорідність плівок по товщині; очищення поверхні підкладок за допомогою іонного бомбардування як перед , так і в процесі осадження плівки. Відмінною рисою іонно-плазмового розпилення є високий вакуум, що забезпечує отримання більш чистих плівок. Електричні кола розряду і розпилення розв'язані. Тріодних схема з постійним потенціалом на мішені - схема іонно-плазмового розпилення, при якій мішень з розпиляного матеріалу знаходиться під постійним негативним потенціалом щодо потенціалу плазми.
Рис 7 "тріодної" розпилення 1 - катод-мішень, 2 - допоміжний анод, 3 - підкладка, 4 - анод-подложкодержатель, 5 - допоміжний катод (термоемітер електронів)
Іонно-плазмове розпилення з плазмохімічним джерелом типу «Радикал» - різновид іонно-плазмового розпилення з ізольованим джерелом плазми, при якому в плазму джерела вводиться хімічна сполука, яка бере участь у процесі формування фізичної структури. Тетрадний схема - схема іонно-плазмового розпилення, в якій ланцюг розряду має додатковий електрод, що забезпечує гнучкість управління його режимом і стабілізацію процесу. Схема з ізольованим джерелом плазми - схема іонно-плазмового розпилення, при якій плазма генерується в іонізаційній допоміжної камері, звідки сформований сильним магнітним полем вузький іонний пучок її дифундує в головну розподільну камеру з розташованої в ній мішенню, що має потенціал, достатній для прискорення іонів до енергій , необхідних для розпилення матеріалу мішені.
Магнетрона схема - метод іонно-плазмового розпилення, при якому область газового розряду знаходиться в поперечному магнітному полі зверненого магнетрона (зовнішній циліндр - катод, внутрішній циліндр анод), що дозволяє посилити іонізацію за рахунок руху електронів по спіральних траєкторіях навколо анода і сконцентрувати іони плазми на розпилюється мішені.
До подложкам для отримання плівок пред'являються вимоги, які можна класифікувати як вимоги за механічними властивостями (чистота обробки, шорсткість; різні види механічної міцності; твердість, коефіцієнт термічного розширення і ін), за хімічними властивостями (стійкість підкладок до процесів їх чищення перед нанесенням плівок ; індиферентність стосовно матеріалу плівки в ході її нанесення і експлуатації або навпаки здатність до необхідного для отримання заданих властивостей композиції хімічної взаємодії з плівкою, тобто утворення твердих розчинів, поверхневих фаз тощо), за фізичними властивостями (температура плавлення, рекристалізації, які не повинні як правило відбуватися в ході термообробки плівок), кристалографічних характеристиками (для отримання якісних орієнтованих покриттів частіше за все необхідно досить близький збіг параметрів кристалічної гратки підкладки і плівки).