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 подготовкенеобходимо для заданного рабочего газа, материала мишени (тот же, что и в работе №1) и плотности ионного тока Ji 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 Кр?
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, | 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, | 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 |