Анализ универсальных вакуумных постов для оборудования производства изделий электронной техники

1.Обзор вакуумных технологий электронного машиностроения.

1.1Технология молекулярно-лучевой эпитаксии.

Молекулярно-лучевая эпитаксия — эпитаксиальный рост в условиях сверхвысокого вакуума. Технология молекулярно-лучевой эпитаксии позволяет выращивать слоистую структуру из различных полупроводников с заданной степенью легирования. Так же в установках молекулярно-лучевой эпитаксии есть возможность проводить исследования качества получаемой пленки в процессе её образования.

В основе метода лежит простая идея осаждения испаренного в молекулярном источнике вещества на подложку, но для реализации этого метода требуется соблюдение требований: поддержание вакуума 10^-8 Па, высокую чистоту испаряемых материалов и способность испарять тугоплавкие материалы.

Отличительной особенностью метода является не высокая скорость роста пленки меньше 1000нм в час. Основное преимущество данной технологии заключается в том что можно создавать структуры с высокой частотой и с малым количеством дефектов.

Выращивание структур производится на специальном подложкодержателе который обеспечивает нагревание подложки и её вращение. Предварительный прогрев подложки производится для очистки от грязи и защитного слоя оксида. Во время процесса нагреватель должен поддерживать постоянную температуру при которой происходит осаждение на поверхности адсорбируемых атомов вещества. Это обеспечивает формирование атомарно гладких монослоев. Скорость роста определяется количеством вещества адсорбируемого на подложку, при больших потоках вещества пленка не растет, а получается аморфная или поликристаллическая структура. Но про большой длительности процесса возрастает риск загрязнения.

Для испарения материалов необходимых для роста необходим молеклярный источник, который состоит из тигля из тугоплавкого материала в современных установках используются эффузионные ячейки Кнудсена, нагреватель (спираль намотанная вокруг тигля), Термопара служащая для измерения температуры тигля, заслонка перед тиглем.

Испаренное в тигле вещество в виде пучка попадает на подложку. Высокий вакуум (10^-7 — 10^-11 Па) способствует попаданию пучка частиц на подложку практически по прямой с наименьшими отклонениями. Для увеличения глубины вакуума используют криопанели. Криопанели захватывают молекулы не попавшие на подложку и молекулы газа которые остались в рабочем объеме. [1,2,3 ].

1.2 Электронная микроскопия.

С помощью электронного микроскопа можно исследовать микроструктуру поверхностей тел, изучать их состав или электрические и магнитные поля.

Для получения высокого разрешения исследуемой поверхности требуется поддержание высокого вакуума (1−10^-7 Па), что не всегда позволяет исследовать большие образцы.

Разделяю три вида электронных микроскопов.

· Просвечивающая электронная микроскопия.

· Просвечивающая растровая электронная микроскопия.

· Растровая электронная микроскопия Просвечивающая растровая электронная микроскопия — это метод, в котором электроны проходят через исследуемый образец. Исследование проводится электронным пучком сфокусированным в точку в которой проводится сканирование. Просвечивающий растровый электронный микроскоп от обычного просвечивающего микроскопа отличается наличием дополнительных сканирующих линз и детекторов. Объектами исследования служат твердые тела толщиной от 10нм до 10мкм.

Просвечивающая электронная микроскопия — это метод в котором изображение поверхности ультратонкого образца толщиной 0,1 мкм формируется в результате прохождения через него пучка электронов и последующей их регистрацией за образцом. Объектами исследования служат твердые тела толщиной от 10нм до 10мкм.

Растровая электронная микроскопия — это метод в котором электронный пучок направляемый на исследуемый образец отражается от поверхности и попадает на детектор.

Основными недостатками электронных микроскопов следует отметить дороговизну в производстве и обслуживании. Микроскопы высокого разрешения должны находиться в помещениях без внешних воздействий таких как вибрация, электромагнитные поля.

Сферами применения электронных микроскопов являются биологические науки, промышленность, научные исследования. Также можно изучать процессы продолжительные во времени например: рост пленки, деформация кристаллов, изменение структуры и т. п. [4].

1.3 Ионная имплантация.

Ионная имплантация — это способ внедрения примесей в поверхностный слой полупроводникового материала путем бомбардировки его поверхности пучком ионов. Часто используется в планарной технологии при создании полупроводниковых приборов. Ионы можно внедрять в полупроводник на расстояние 1−9 мкм. Так же происходят дислокации в материале на глубине до 100 мкм. Для достижения высокой степени легирования требуется создание высокого вакуума от 10^-4 до 10^-6 Па. Ионную имплантацию применяют для легирования металлов для изменения физических и химических свойств.

Основными составными частями установки ионной имплатации является камера в которой находится образец, источник ионов, ионный ускоритель, магнитный сепаратор, система сканирования пучком ионов. В источнике ионов создаются ионы которые разгоняются в ускорителе до энергий 10−5000 кэВ и проходя через линзы формируется направленный поток, после в магнитном сепараторе из потока ионов извлекаются нежелательные ионы и направление пучка на материал, который в процессе обработки нагревается до 600 °C.

Основными особенностями метода можно назвать возможность ввести любую примесь, любой концентрации при любой температуре подложки. Возможность легировать любой материал, полный контроль процесса. [5].

1.4 Электронная литография или электронно-лучевая литография.

вакуум молекулярный электронный литография.

Электронная литография является основным методом для получения масок для последующей фотолитографии. Так же используется для получения штучных экземпляров электронных компонентов для исследований или высокоточного оборудования космической отрасли.

Метод заключается в том, что сфокусированный пучок, управляемый магнитной системой. Электронный пучок может облучать всю поверхность пластины (проекционные системы) или только часть шаблона (сканирующие системы). Электронный пучок вырисовывает конфигурации на чувствительной поверхности для последующего снятия не засвеченных участков растворителем. Для достижения высокой точности надо исключить столкновение электронов с молекулами воздуха, для этого требуется создание вакуума 1−10^-4 Па Сканирующие системы позволяют обойтись без шаблона т.к. рисунок хранится в памяти ЭВМ и она задает программу перемещения пучка по пластине.

Проекционные системы низкую точность в сравнении со сканирующими системами, но обладают большей производительностью, но обязательно требуется применение шаблона для передачи изобржения на пластину. На сегодняшний день электронная литография позволяет получать структуры с разрешением 1нм. Разрешение в большей степени зависит от разрешающей способности фоторезиста и совмещения пластины с шаблоном.

У электронной литографии наибольшая разрешающая способность среди других методов литографии (рентгенолитография, оптическая литография) немного ухудшает разрешающую способность только отражение электронов от подложки и рассеивание их в слое резиста. Наибольшую востребованность получил метод сканирующей электронной литографии, который позволяет обойтись без специальных шаблонов. 6].

1.5 Плазменное травление.

Плазменное травление — это использование газоразрядной плазмы для удаления вещества с поверхности детали. Применяется для формирования проводящих дорожек и контактных площадок при производстве печатных плат. Реакторы в этой технологии часто делают цилиндрическими и больших объемов позволяя загрузить большое количество обрабатываемых подложек. Одновременно можно обрабатывать от 20 до 100 подложек. Одним из основных параметров процесса является рабочее давление.

Виды травления:

— Химическое (жидкое).

— Электрохимическое.

— Ионно-плазменное (сухое) Химическое травление использует жидкие травители которые соприкасаются с обрабатываемой поверхностью. Электрохимическое травление предполагает использование электрического поля.

При ионно-плазменном травлении обрабатываемую деталь необходимо разместить вблизи действия плазмы это позволяет обработать большую площадь равномерно. Процессы ионно плазменного травления проводятся в вакууме порядка 0,5−10^-4 Па. [7].

1.6 Нанесение тонких пленок в вакууме.

Для нанесения тонкой пленки на полупроводниковую подложку необходимо сгенерировать направленный поток частиц направленный в сторону обрабатываемой подложки. Тонкопленочный слой образуется на поверхности за счет конденсации. Установки нанесения тонких пленок состоят из вакуумной системы, генератора потока частиц транспортно-позиционирующих устройств. Вакуумная система должна обеспечивать вакуум порядка 10^-5— 10^-7 Па.

Процесс нанесения пленки можно разделить на несколько этапов.

1) Установка подложки в вакуумную камеру.

2) Откачка объема до рабочего вакуума.

3) Включение генератора потока частиц.

4) Нанесение пленки.

5) Охлаждение подложки и напуск воздуха в камеру.

6) Извлечение обработанных подложек из рабочей камеры Используют два метода генерации потока частиц — это термическое испарение и ионное распыление.

Метод термического испарения основан на нагреве веществ в специальных испарителя электронно-лучевым способом или резистивным. Испаренные частицы осаждаются на подложке образуя небольшие скопления частиц которые потом формируются в пленку. Метод ионного распыления основан на том, что поток частиц образуется от бомбардировки мишени изготовленной из осаждаемого материала.

1.7 Масс-спектрометрический течеискатель.

Масс-спектрометрический течеискатель представляет собой упрощенный течеискатель для малых количеств индикаторного газа. Масс-спектрометрический течеискатель применяют для обнаружения неплотностей в лабораторных и производственных условиях.

Для обнаружения течей в откаченный объем запускают газ, чаще всего это бывает гелий. Далее проводят щупом чувствительным к гелию по местам возможных утечек. Установки состоят из Вакуумной системы, масс-спектрометрического течеискателя и блоков контроля и управления.

Выбор газа не случаен, гелий дешев, безопасен в применении. Он обладает малой молекулярной массой и способен проникать в малые щели. 9].

Все основные характеристики вакуумных технологий сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

2.Обзор вакуумных постов на российском рынке.

На российском рынке производством вакуумных постов занимаются следующие предприятия «Interactive Corporation», ОАО «Криосистемы», «Tako line» и др. Ниже приведен ряд описания некоторых моделей вакуумных постов с их характеристиками (таб.2).

«http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&sqi=2&ved=0CCcQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.intactive.ru%2Fru%2Fbrands%2Fjeolrus%2Fjee420rus%2F%3FPHPSESSID%3D5sejofakclbttqa9s2htj01td0&ei=tksPU7GUHKOv4ASAr4CoAQ&usg=AFQjCNE2EjOPx0rckGYnjNE7Ui177i6pWg&sig2=INPQPT7mau5sswaFLmFpOA&bvm=bv.61 965 928,d.bGE&cad=rjtInteractive Corporation». Вакуумный пост JEE-420. (Рис. 1.).

Рис. 1. Вакуумный пост JEE-420.

Вакуумный пост JEE-420. Используют для подготовки образцов электронной микроскопии. В состав вакуумного поста входит камера испарения, автоматической вакуумной системы, системы электропитания. Вакуумный пост подходит для подготовки образцов, для анализа и наблюдения в просвечивающих и растровых электронных микроскопах.

Так же вакуумный пост JEE-420 может применяться в технологиях для углеродного напыления, изготовления тонких пленок, изготовления металлических фольг напылением, напыления проводящих покрытий на непроводящие образы. Так же можно использовать в экспериментах, для очистки апертурных диафрагм в электронных микроскопах. [10].

Завод «Измеритель». Откачной пост ПВС-150/63. (Рис. 2.).

В состав откачного поста входит турбомолекулярный и форвакуумный насос, вакуумная арматура, вакуумные клапаны, приборы контроля давления. Управление осуществляется в автоматическом режиме. Предназначается для получения высокого вакуума в вакуумных установках.

Рис. 2. Откачной пост ПВС-150/63.

Применяется в масс-спектрометрии, течеискателях, ядерных исследованиях, ускорителях элементарных частиц, производство электровакуумных и полупроводниковых приборов, авиация, фармацевтика, пищевая и атомной промышленности.

Возможно отдельное использование форвакуумной и высоковакуумной магистралей по отдельности. [11].

ОАО «Криосистемы». Турбомолекулярная станция серии TSC. (Рис. 3.).

Рис. 3. Турбомолекулярная станция серии TSC.

Турбомолекулярная станция TSC удобна в техническом облуживании, обладает байпасной линией, позволяет откачивать загрязненные объемы, имеет высокую производительность форвакуумного насоса. [12].

«Tako line». Турбомолекулярный стенд серии CDK.(Рис. 4.).

Рис. 4. Турбомолекулярный стенд серии CDK.

Турбомолекулярный стенд состоит из турбомолекулярного насоса серии SST, трехступенчатого мембранного насоса, электромагнитного клапана, блока питания и вентилятора для охлаждения внутри корпуса.

Основным преимуществом можно отметить безмасляный вакуум, быстродействие, малые размеры и вес. Располагается все в корпусе и легкодоступно. [13].

«Tako line». Турбомолекулярные стенд на колонне серии STP.(Рис. 5.).

Рис. 5. Турбомолекулярные стенд на колонне серии STP.

Вакуумный стенд располагается на алюминиевой колонне и состоит из маслоуплотняемого пластинчато-роторного вакуумного насоса, безмасляного мембранного насоса, прибора измерения вакуума, электромагнитного клапана. [13].

«Tako line». Турбомолекулярный стенд серия HiCube.(Рис. 6.).

Компактный откачной пост, который позволяет достигать высокого вакуума. Оснащен турбомолекулярным и мембранным насосами. Основным преимуществом можно назвать создание безмасляного остаточного давления.

Рис. 6. Турбомолекулярный стенд серия HiCube.

Может применяться в исследовании физики поверхности, производстве электронно-лучевых приборов, в напылительных и испарительных системах. [13,14].

«Ameqs medical inc.» Вакуумный универсальный пост ВУП-5М.(Рис. 7.).

Рис. 7.Вакуумный универсальный пост ВУП-5М.

Вакуумный пост ВУП-5М предназначен для получения пленок различной толщины из методом магнетронного напыления из разного рода материалов с высокой скоростью. Пост можно применять для исследования в физике, химии, биологии, медицины и других областях.

Основным достоинством можно отметить высокую скорость осаждения пленок, высокая адгезия пленок и подложки, работа с металлами сплавами и полупроводниками. [15].

ОАО «Интек». Вакуумный пост T-Station.(Рис. 8.).

Рис. 8. Вакуумный пост T-Station.

Вакуумный пост T-Station применяется для исследования поверхностей, спектроскопии, небольших напылительных систем, производства вакуумных труб.

Пост состоит из турбомолекулярного насоса высокого вакуума и форвакуумного насоса пластинчато-роторного или диафрагменого. [16].

ОАО «Интек». Вакуумный пост nEXT.(Рис. 9.).

Рис. 9.Вакуумный пост nEXT.

Вакуумный пост nEXT представляет собой компактную высоковакуумную систему собранную мобильном основании. В вакуумный пост входит турбомолекулярный насос, форвакуумный насос и блок управления.

Вакуумный пост nEXT можно применять в сверхвысоковакуумных системах, ионопроводах, шлюзовых камерах, изучении поверхностей, так же в изучении физики высоких энергий.

Основной особенностью стоит отметить возможность управления всей системой с контролера и обеспечение безмасляного вакуума. 17].

Характеристики представленных вакуумных постов представлены в Таблице 2.

Таблица 2.

3.Средние технические требования для универсального вакуумного поста.

Универсальный вакуумный пост на базе турбомолекулярного насоса со скоростью откачки 250−350 л/с. С предельно остаточным давлением 1−10−7 Па. С потреблением 2,5−3,5 кВт. И не превышать размеры 500×500×500 мм.

Список используемых источников.

1.www.nifti.unn.ru/science/fpp_i_de/epitaksiya/.

2.http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2035.

3.dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1 043 738.

4.http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6641/%D0%AD%D0%9B%D0%95%D0%9A%D0%A2%D0%A0%D0%9E%D0%9D%D0%9D%D0%AB%D0%99.

5.http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/3387/%D0%98%D0%9E%D0%9D%D0%9D%D0%90%D0%AF.

6.Лапшинов Б. А. Технология литографических процессов. 2011.

7.www.portalnano.ru/read/tezaurus/definitions/plasma_etching.

8.www.hse.ru/pubs/lib/data/access/ticket/139 386 4543e0c0b66fb844b921cef2efe93baab293/ЛР%20Нанесение%20тонких%20пленок.pdf.

9.www.techeiscatel.ru/index.php/library/lection/70-vybor-metoda-techeiskaniya.

10.www.intactive.ru/ru/brands/jeolrus/jee420rus.

11.www.spbizmerit.ru/otkachnoi-post-pv-150.html.

12.www.cryosystems.ru/?p=58.

13.www.tako-line.ru/katalog/vakuumnaya-texnika-dlya-nauchno-issledovatelskoj-deyatelnosti/vakuumnyie-sistemyi/vyisokovakuumnyie-otkachnyie-postyi/.

14.www.cryosystems.com.ru/?p=60.

15.www.ameqs.ru/info/shop/1158/.

16.www.intech-group.ru/directions/vacuum/otkachnye_vakuumnye_posty/vakuumnyj_post/.

17.www.intech-group.ru/directions/vacuum/otkachnye_vakuumnye_posty/vakuumnye_posty/.

ено н .