Берлин Е. - Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких плёнок, страница 13

37.30гтпег В. Тье дупав!сь оГ агс сатьоде ьрош |и часишп. Рап!!1: веаьигевепш я!гв !вргочед те»о!шюп апб пу гад!ат!оп. — Х. Рпуь. 0: Арр1. Рьуь. 3! (1998) 1728 — 1736. ГЛАВА 6 МАГНЕТРОННЫЕ НАПЫЛИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «Эсто-ВАКУУМ» 6.1. Ранее выпускавшиеся магнетронные напылительные установки «Каролина Д-1О» и «Каролина Д-10К» Научно-производственное предприятие ООО «ЭСТО-Вакуум» с 1994 года занимается разработкой, изготовлением и наладкой различного вакуумного технологического оборудования.

Разрабатываемые установки магнетронного напыления решают различные технологические задачи, но имеют много обшего в их конструктивном решении. Эта деятедьносп началась с модернизации под магнетронное нанесение вакуумных установок типа УВН-71ПЗ, Оратория-9, УВН-73 и многих других. После модернизации установка называлась «Каролина Д-10», Модификацией установки «Каролина Д-10» является установка «Каролина Д-1ОК». Ее основное отличие от первоначального варианта, имеющего диффузионный насос Н-2Т с азотной ловушкой, — использование в качестве высоковакуумного насоса криогенного насоса типа «Криоторр- 8» фирмы СТ1. Применение этого средства откачки существенно снижает эксплуатационные расходы и позволяет достичь безмасляного вакуума. Упомянутые )становки в настояшее время не выпускаются, но широко распространены и эксплуатируются на различных предприятиях. Внешний вид установок после модернизации показан на рисунке 6.1 Как видно на рисунке, установка состоит из вакуумного поста и стойки управления.

Вакуумный пост содержит описанную выше систему откачки и рабочую камеру. 3 2506 66 Част» 1. Глава о Магнетронные напывител»ные установки «ЗСХ(л-Вакуум» „,.к«,л«а .г«л-»» Д Рис. 6.1. Вне- шний вид уста- новки «Кароли- на Д-!0» Рис. 6.2. Нагреватель подложек Рабочая камера установки содержит набор устройств, необходимых для решения большинства технологических задач.

В зависимости от выбранной комплектации камера содержит от одного до трех протяженных магнетронных источников, барабан с держателями подложек, нагреватель подложек и ионный источник для очистки их поверхности. Полупроводниковые подложки диаметром 100 мм или диэлектрические размером 48х60 мм' устанавливались на сьемных кассетах, объединенных в вертикальный барабан диаметром 480 мм и высотой 450 мм. Нанесение пленок велось на внутреннюю поверхность барабана. Внутри барабана были вертикально установлены протяженные магнетроны с мишенью длиной 440 мм. Это позволяло наносить за один цикл слои нескольких различных материалов, что часто очень важно в микроэлектронике.

Кроме магнетронов внутри барабана был установлен протяженный ионный источник типа «Радикал». С его помощью могла проводиться предварительная очистка поверхности подложек пучком ионов кислорода при токе до! А. Перед нанесением пленок подложки нагреваются излучением двух нагревателей до температуры, которая может достигать 300 С.

Нагреватели состоят из двух отражателей, на которых смонтированы протяженные ТЭНы (рис. 6.2) мощностью 2,5 КВт каждый. Температура контролируется с помощью платинового резистивного датчика, установленного на барабане установки. Газы (аргон, азот и кислород) в камеру подавались через газораспределительную систему ионного источника. Все газовые магистрали установки выполнены из нержавеющей стали. Поток газов автоматически контролируется независимо по трем каналам регуляторами расхода газов на базе РРГ-9 с электромагнитными запорными клапанами.

Расход рабочего газа регулируется в диапазоне от 0 до 0,1 Вт с точностью ! %. Стойка питания и управления установки располагается вплотную к вакуумному посту справа (рис. 6.!). Она содержит все блоки управления установкой. Для питания магнетронов использовали блок питания типа ИВЕ-145 фирмы «Плазматех», который содержат бестрансформаторный преобразователь тока промышленной частоты в униполярный импульсный ток с частотой 30 кГц. Его максимальная мощность была 6 кВт при токе до 12 А. Блок питания магнетрона имел схему стабилизации тока, мощности или напряжения разряда, встроенные устройства дугогашения и защиты от короткого замыкания, а также защиту от перекоса фаз.

Такой блок питания незаменим при нанесениии диэлектрических слоев методом реактивного магнетронного распыления. Блок питания и управления трехканальной прецизионной системой газонапуска типа РРГ-9- 2,5 имел цифровую индикацию заданных и фактических расходов газов. Блок регулятора нагрева подложек обеспечивал задание и поддержание температуры подложки в диапазоне 50-300 С с точностью +5 С. Блок питания привода барабана позволял плавнорегулироватьскоростьвращения барабана подложек в диапазоне 10-40 об/мин. (68 Часть 1. Глава б. Маенетронные нанылительные установки «ЗСШ-вакуум» 6.г.с» «» 69~ 6.2.

Современные могнетронные напылительные установки для нанесения многослойных покрытий Новые напылительные установки фирмы 000 «ЭСТО-Вакуум» также предназначены для нанесения многослойных покрытий на изделия электронной техники, атак же на некоторые другие изделия. Многослойные покрытия целесообразно наносить на подложку за один технологический цикч.

Это не только увеличивает производительность процесса, но и снижает плотность дефектов в слоях, что позволяет значительно улучшить межслойиую адгезию и исключить расслоение структуры при дальнейших операциях. Эти задачи могут быть успешно решены с помощью разработанных и серийно выпускаемых 000 «ЭСТО-Вакуум» вакуумных напылительных установок «Каролина Д-12А», «Каролина Д-12Б», «Каролина Д-12Б1» и «Каролина Д-! 2В» 15!.

Это полностью автоматизированные установки вакуумного напыления с возможностями комбинирования средств нанесения и травления. Установки характеризуются общим конструктивным решением и максимальной унификацией узлов н деталей, Все они выполнены на вновь разработанном оригинальном откачном посту и имеют одинаковую откачную базу, вкпючаюшую двухступенчатый агрегат типа АВР-50, вынесенный за установку, и криогенный насос типа Криоторр-8 со скоростью откачки 1500 л/сек по азоту и 4000 л/сек по воде. Они имеют вакуумные камеры с одинаковым внутренним диаметром 630 мм и различные по высоте. Различие установок заключается в компоновке рабочей камеры.

В установке «Каролина Д-12А» подложки располагаются на горизонтальной карусели, а в установках «Каролина Д-12Б, Д-12Б! и Д-12В» — на вертикальном барабане. Технологические газы (аргон, азот и кислород) подаются в камеру через газораспределительную систему, выполненную из нержавеюшей стали. Потоки газов независимо контролируются трехканальными регуляторами расхода газов на базе РРГ-9 с запорными клапанами.

Расход рабочего газа регулируется в диапазоне 0-0,! Вт. Управление трехканальной прецизионной системой газонапуска производится в автоматическом режиме согласно технологической программе. Все установки снабжены автономной системой оборотного охлаждения, которая заливается дистиллированной водой и охлаждается через герметичный теплообменник оборотной водой предприя- тия. Они снабжены системой экономии этой воды: при отсутствии энерговыделения в установке проток внешней воды через систему теплообмена прекращается.

б.2.1. Установка «Каролина Д-124» Установка «Каролина Д-12А» — вакуумная установка для решения исследовательских задач в области нанесения тонких пленок и для обеспечения мелко- и среднесерийного производства. Компоновка ее представлена на рис. 6. За, а внешний вид на рис. 6. Зб (см. цветную велкйку). Она предназначена для магиетрониого и (или) термического напыления на керамические, кремниевые и другие подложки диаметром до 100 мм. Горизонтальная компоновка камеры установки позволила совместить магнетронное нанесение с термическим испарением, что важно для технологии некоторыхизделий. Вакуумная установка «Каролина Д-12А» содержит традиционный вакуумный пост истойкууправления (рнс.

6 За, цветная велейка). В свою очередь, в вакуумный пост входят рабочая камера и система откачки. Предельное давление, достигаемое в рабочей камере, — 5 10 ' Па. б,2 1. 1. Рабочая камера установки Рабочая камера установки (рис. 6.4 и 6.5, цветная велейка) содержит полный набор устройств, необходимых для решения различных исследовательских и технологических задач.

В зависимости от выбранной комплектации в набор входят — от одного до четырех магнетронных источников, один или два термических испарителя, устройство для плазменной очистки подложек, карусель дпя позиционирования подложек и нагреватель подложек, Далее рассмотрим эти узлы подробнее. На горизонтальном диске карусели диаметром 480 мм можно разместить до 12 полупроводниковых пластин диаметром 100 мм или 24 диэлектрических подложек размером 48х60 мм. Карусель электрически изолирована от корпуса установки. Электрический вывод от нее выведен наружу, через него на подложки может быль подано отрицательное или импульсное смешение. На карусели установлен также держатель свидетеля, контакты которого через коллектор выведены наружу Привод вращения карусели, установленный сверху на колпаке рабочей камеры, обеспечивает вращение карусели с подложками с регулируемой скоростью 0 — 20 об/мин.

Управляемый привод вращения карусели позволяет реализовывать напыление как при непре- (70 Часнт 1. Глава б. Магнетронные нанылител»ные установки «ЗС7О-Вакуум» «»ОЮ Ф 1 Д рывном ее вращении, так и «пошаговое», с точным переводом подложки из любого номера позиции в любую другую и в любой последовательности. Такая опция позволяет существенно экономить дорогостоящие мишени, так как для напыления одного образца не надо «размазывать» напыляемый материал по всей карусели. С помощью отдельного привода управляют положением заслонок (открыта или закрыта). Назначение заслонок — очистка мишени любого магнетрона перед каждым напылением или очистка навески термического испарителя предварительным ее испарением. Под каруселью располагаются магнетроны с круглыми горизонтальными мишенями диаметром 100 мм.

Мишень прижимается к водоохлаждаемому основанию прижимной рамкой, над ней расположен анод магнетрона, который изолирован от корпуса установки, благодаря чему на анод можно подавать положительное смещение. Весь катодный узел окружен защитным экраном. Возможна реализация «жидкофазного» режима распыления мишеней с автоматическим управлением. Кроме магнетронов под каруселью устанавливаются термические испарители (в том числе и с вибробункером для «взрывного» испарения). Под каруселью находится устройство плазменной очистки. С его помощью проводится предварительная очистка подложек бомбардировкой ионами кислорода или любого другого рабочего газа. Эта операция обычно занимает 3 мин. Устройство очистки подключено к генератору высокой частоты 13,56 МГц максимальной мощностью до 1 кВА.