Установки для проведения процесса распыления

Для нанесения пленок ионно - плазменным распылением применяют промышленные установки, обеспечивающие требуемый состав среды и режимы нанесения. Так, установка УРМ-3.279.023 предназначена для нанесения методом ионно-плазменного распыления многослойных покрытий SiО₂ и Si₃N₄ , для нанесения тонких пленок различных металлов. Процесс распыления ведется в среде аргона либо смесей аргон-кислород, аргон-азот.

В конструкцию установки входят колпак с подколпачным устройством, вакуумная система, система охлаждения, газовая система и блоки питания и управления. Колпак выполнен из нержавеющей стали, имеет два смотровых окна и натекатель для напуска воздуха. Подъем и опускание колпака осуществляются гидроприводом, управление которым выведено на лицевую панель установки.

В подколпачное устройство входят термоэлектронный вольфрамовый катод, анод, мишень, карусель подложек и нагреватель подложек. Катод и анод закрыты металлическим корпусом, образуя разрядный объем, в котором горит дуговой разряд. Для его зажигания на анод подается постоянное напряжение 300 В. В нижней и верхней крышках корпуса имеются два отверстия, под нижним расположена мишень, над верхним устанавливается подложка. С помощью высоковольтного ввода на мишень подается регулируемый от 0 до 4 кВ отрицательный потенциал. Ввод имеет возможность возвратно-поступательного перемещения с помощью реечного механизма от реверсивного мотора - редуктора.

Подложки закрепляются в держателях карусели подложек и вместе с каруселью могут перемещаться по кругу вращением маховичка, расположенного на лицевой панели установки. Маховичок снабжен лимбом с цифрами, соответствующими номерам подложек, при этом позиция 0 соответствует положению карусели, при котором производится очистка поверхности распыляемого материала в разряде.

Вакуумная система предназначена для предварительной откачки подколпачного объема перед напуском рабочей смеси газов. По конструкции она аналогична вакуумным системам установок УВН-2М-1 и УРМ-3.

Схема электрооборудования состоит из следующих блоков: блока управления вакуумной системой, нагревателя подложек, накала катода, питания анода, высоковольтного блока питания мишени и двух трансформаторов, расположенных в шкафу управления.

Задание к работе

1. При домашней подготовке необходимо для заданного рабочего газа, материала мишени (тот же, что и в работе №1) и плотности ионного тока J_i определить величину коэффициента распыления, при которой за 30 минут будет получена толщина пленки d₀ (такая же, как и в работе №1). Для расчета используется зависимость (9) и данные вариантов заданий.

При работе в лаборатории необходимо в компьютерном эксперименте получить следующие зависимости:

- зависимость коэффициента распыления от энергии ионов для разных газов (He, Ar, Ne, Xe) при заданном материале мишени (тот же, что и в работе №1) в диапазоне энергий от U₀ до 80 кэВ при угле падения ионов ,

- зависимость коэффициента распыления от угла падения ионов для заданного рабочего газа и разных материалов мишени (не менее 4-х) при энергии иона 0,5 кэВ,

- зависимость количества вещества, достигающего подложки, от давления заданного рабочего газа для заданного материала мишени – формулы (10), (11),

- распределение плотности потока вещества по поверхности подложки от расстояния от центра подложки для разных геометрических размеров системы - формула (12).

Примечание: необходимые для расчета по пункту 5.1 дополнительные сведения приведены в перечне «Варианты задания».

Требования к отчету

Отчет составляется индивидуально на листах формата А4. При домашней подготовке необходимо изучить содержание работы, а основные аналитические соотношения внести в заготовленный отчет. Подготовленный для защиты отчет должен содержать:

- теоретическую часть (домашнюю подготовку),

- расчетные формулы,

- описание основных узлов установки,

- теоретические и экспериментальные результаты,

- анализ полученных результатов и выводы,

- ответы на все контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит коэффициент распыления?

2. Как связано количество распылённого материала с К_р?

3. В чём трудности распыления диэлектриков?

4. Какие вы знаете теории процесса распыления?

5. Какие варианты устройств для распыления вы знаете?

6. Какие блоки входят в конструкцию изучаемой установки?

7. Как зависит коэффициент распыления от давления рабочего газа?

8. Каков диапазон энергий распылённых атомов?

9. Каковы основные преимущества метода катодного распыления по сравнению с термовакуумным испарением?

10. В чём основные недостатки метода катодного распыления?

11. В чём особенности процесса конденсации материала при катодном распылении?

Библиографический список

1. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника: физические и технологические основы, надежность/Уч. пособие. М.: Высшая школа, 1986, с. 256-262.

1. Карабанов С.М., Чижиков А.Е. Технология материалов и изделий электронной техники. Пленочная электроника.//Учеб. пособие.Рязань. РГРТУ. 2009. С. 50-60.

2. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии/Учеб. пособие. М.: Высш. школа. 1988, с. 106-150.

Варианты заданий

№ группы
№ подгруппы
№ бригады (Вариант)	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	(8)	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	(8)
Раб. газ	He	Ne	Ar	Xe	He	Ne	Ar	Xe	He	Ne	Ar	Xe	He	Ne	Ar	Xe
Ji, мкА/см2

 

№ группы
№ подгруппы
№ бригады (Вариант)	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	(8)
Раб. газ	He	Ne	Ar	Xe	He	Ne	Ar	Xe
Ji, мкА/см2

 

№ группы
№ подгруппы
№ бригады (Вариант)	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	(8)	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	(8)
Раб. газ	He	Ne	Ar	Xe	He	Ne	Ar	Xe	He	Ne	Ar	Xe	He	Ne	Ar	Xe
Ji, мкА/см2

 

Характеристики применяемых газов

Род газа	Гелий	Неон	Аргон	Ксенон	Воздух
Z1, отн. ед.					-
M1, г/моль		20,17		131,3	-
d, Ǻ	2,15	3,54	3,6	4,0	-
, нм, (00С, 760 тор)
, мм.(00С, 10-1 тор)			0,4788		0,47

 

Характеристики распыляемых материалов

Материал	Mg	Al	Ti	Cr	Ni	Cu	Ag	Au
Z2, отн. ед.
M2, г/моль	24,3		47,9		58,7	63,54	107,87	196,97
d2, Ă	1,33	1,3	1,44	1,24	1,24	1,28	1,3	1,3
, г/см3	1,74	2,7	4,5	7,15	8,9	8,93	10,5	19,3
, мм.(00С, 10-1 тор)	0,5	0,45	0,42	0,43	0,43	0,44	0,45	0,45