Диссертация (1143771), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Не обнаружено исследований, направленных наизучение влияния термостимуляции на качество поверхностей, формируемых приплазмохимическом травлении SiC. В недостаточной степени изучены вопросыформирования глубоких, в том числе сквозных, структур на подложках SiO2 (>150 мкм), SiC (> 150 мкм), LiNbO3 (>10 мкм) плазмохимическим методом.Отсутствуют данные о степени влияния основных технологических параметров наскорости травления вышеуказанных материалов. Не обнаружено данных овысокоскоростных процессах ПХТ SiO2, SiC, LiNbO3 при пониженных значенияхВЧ мощности и напряжения смещения.В связи с этим целью данной работы является исследование физикохимическихзакономерностейпроцессовплазмохимическоготравлениямонокристаллических кварца, карбида кремния и ниобата лития при малыхуровнях ВЧ мощности источника индуктивно связанной плазмы и разработка38основплазмохимическихтехнологийглубокоговысокоскоростногонаправленного травления этих материалов.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:разработать и создать универсальную установку плазмохимическоготравления,обеспечивающуювозможностьнезависимойрегулировкиэнергии ионов, а также с функцией нагрева и поддержания необходимойтемпературы подложки;исследоватьфизико-химическиезакономерностиПХТмонокристаллического кварца, карбида кремния и ниобата лития;разработатьосновытехнологийпроцессовглубокого(сквозного),высокоскоростного, направленного ПХТ SiO2, SiC, LiNbO3.39ГЛАВА 2.
МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА2.1Разработкаисозданиеэкспериментальнойустановкидляплазмохимического травленияДля проведения экспериментов была разработана и создана оригинальнаяустановка плазмохимического травления различных материалов электроннойтехники в высокоплотной плазме, общий вид которой представлен на рис. 2.1.Установка включает в себя:• плазмохимический реактор с источником высокоплотной плазмы;• вакуумную систему (систему удаления продуктов реакций из объемареактора и поддержания заданного рабочего давления);• газораспределительную систему;• систему охлаждения узлов установки.Рис. 2.1.
Общий вид установки ПХТ (слева) и упрощенная схема реактора (справа).В верхней части реактора расположена разрядная камера 1 (рис. 2.2),выполняющая функцию плазмогенератора индуктивно-связанной плазмы (ИСП).Разрядная камера 1 представляет собой цилиндр с крышкой диаметром 400 мм ивысотой 200 мм. Область генерации плазмы ограничивалась корпусом в видетрубы, изготовленным из диэлектрической алюмооксидной керамики. Навитый из40медной трубки круглого сечения индуктор 6 охлаждался водой.
Индукторпредставляетсобоймеднуютрубку,свитуювчетыреспирали,разворачивающиеся от оси источника к его периферии. Для снижения наводимоговысоковольтногопотенциалаэлектростатическимплазмы(Фарадеевским)источникэкраномплазмы8,былоснащенрасположенныммеждуиндуктором плазмогенератора 6 и областью генерации плазмы, что позволялопредотвратить эрозию диэлектрического корпуса и повреждение подложек.Рабочая частота плазмогенератора составляла 6.78 МГц.
В качестве источника ВЧэлектромагнитной мощности был использован генератор ГТВЭ-1000.7101689511423Рис. 2.2. Изображение 3-D модели реактора установки плазмохимического травления:1 – разрядная камера; 2 – реакционная камера; 3 – фланец загрузки-выгрузки рабочих образцов;4 – фланец стыковки с вакуумной, откачной системой; 5 – подложкодержатель;6 – охлаждаемый индуктор; 7 – канал подачи рабочей, газовой смеси; 8 – экран Фарадея;9 – электромагнитный экран индуктора; 10 – съемный колпак; 11 – смотровой фланец.Подача газа в объем реактора осуществлялась при помощи канала 7,смонтированногонаверхнемфланцеразряднойкамеры.Поступлениепредварительно подготовленной в смесителе (установлен перед каналом подачи41рабочей смеси) газовой смеси, осуществлялось через фторопластовые шланги,подключенные к регуляторам давления РДМ – 1.Реакционная камера 2 цилиндрической формы высотой 350 мм и диаметром230 мм была изготовлена из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
Камера оснащенатремя фланцами 3 и 11 (рис. 2.2), предназначенными для загрузки-выгрузкиобразцов, а фланец 4 обеспечивал стыковку с вакуумной системой откачки.Фланец 11 был оснащен смотровым окном из кварцевого стекла диаметром 5 см.Образец для травления диаметром 76 мм размещался на подложкодержателе 5,размещенном внутри реакционной камеры. Для создания на подложкодержателеотрицательного напряжения самосмещения в конструкции реактора былапредусмотрена возможность подачи на столик ВЧ мощности от отдельногогенератора.
Источником ВЧ электромагнитной мощности (13.56 МГц) являлсягенератор Плазма-125И, оснащенный согласующим устройством.Охлаждениеиндуктораплазмогенератора,егофланцев,газораспределительного устройства подачи газов в реактор и подложкодержателяосуществлялось системой водяного охлаждения проточного типа.Схема вакуумной системы и системы газонапуска представлена на рис. 2.3.Узел вакуумной откачки включает в себя форвакуумный 2НВР-5ДМ (скоростьоткачки 5.5 л/с), бустерный серии ZJC70 (скорость откачки 70 л/с) итурбомолекулярный Edwards STP-301C (скоростью откачки 300 л/с) насосы.Вакуумная магистраль разделялась на две линии: основную и байпасную.Предварительная откачка объема реактора производилась пластинчато-роторнымнасосоми бустерным насосом Рутса, подключенными последовательно.
Длядостижения высокого вакуума в камере байпасная линия перекрывалась спомощью электромагнитного клапана, после чего происходило открытиеосновной линии откачки и включение турбомолекулярного насоса, имеющегокоррозионно-стойкое исполнение. Скорость откачки турбомолекулярного насосарегулироваласьблокомуправленияEDWARDSSTP-301/451.Регулировкадавления в реакторе в ходе процесса производилась за счет изменения проходного42сечения высоковакуумного тракта. Диапазон рабочих давлений установкисоставлял 0.3–10 Па.Рис. 2.3. Структурная схема вакуумной системы и системы напуска газов.Контроль давления в камере осуществлялся с помощью химически стойкоговакуумметрическогодатчикаПираниBOCEdwardsAPGX-MP-NW16сдиапазоном измеряемого давления от 105 до 10-1 Па и с максимальным входнымдавлением 106 Па с погрешностью измерения ±2% при давлении менее 1 Па.ПоказаниядатчикаПиранивыводилисьнацифровоймультиметрипересчитывались в соответствии с формулой (2.1) [137] в Па.
= 10−4 , Па(2.1),где V- показания цифрового мультиметра.43Для прецизионного определения давления в реакторе во время процессаплазмохимического травления использовался химически стойкий емкостнойманометрический датчик MKS BaratronType 627D, показания которого независели от состава газовой среды. Точность измерения составляла ±0.25%,максимально допустимое давление на входе – 3 атмосферы.Рис.
2.4. Принципиальная схема газораспределительной системы: а – газовые редукторы,б – натекатели, в – газовый смеситель, г – стабилизаторы давления, д – регуляторы расхода газа.Контролируемый напуск рабочих газов (Ar, SF6, CF4O2) производился спомощью газораспределительной системы, укомплектованной регуляторамирасхода газа РРГ-10 (производства ООО «Элточприбор», г.
Зеленоград), работакоторых основана на принципе теплового преобразования массового расхода газав электрический сигнал. Эти регуляторы обеспечивали регулировку расхода газа спогрешностью ±0.25% со следующими верхними пределами потока по азоту:канал 1–0.9 л/ч; канал 2–0.9 л/ч; канал 3–-3.6 л/ч.
Принципиальная схемагазораспределительной системы изображена на рис. 2.4. Управление РРГ-10осуществлялось с помощью специально разработанного и созданного блокауправления, который является полным функциональным аналогом блокауправления, индикации и питания БУИП-1, выпускаемого ООО «Элточприбор».44Разработанныйблокуправленияобеспечилвозможностьнезависимойрегулировки и контроля одновременно тремя регуляторами РРГ-10.Газораспределительная система включала в себя резервную магистраль длябыстрой смены рабочего газа и возможности реализации гелиевого охлаждениядля выравнивания температурного поля подложки в процессе травления за счетего поддува под расположенную на водоохлаждаемом подложкодержателепластину.Газоваясмесьпоступалавреакторчерезсмесительгазов,установленный перед каналом входа. Поступление реагента в объем реакторабыло реализовано при помощи специальной системы подачи, представляющейсобой перфорированную плоскость (рис.
2.5), расположенную в верхнем фланцереактора. В этой системе газовая смесь распределялась по внутреннему объемуполости и через перфорированную нижнюю часть фланца поступала в объемреактора. Газораспределительное устройство было выполнено из дюрали (Д-16),причем на все детали был осажден слой керамики.Рис. 2.5. Газораспределительное устройство.Для обеспечения воспроизводимости результатов и увеличения срокаслужбы установки плазмохимического травления была разработана и установленасистема водяного охлаждения узлов, подвергаемых наибольшей термическойнагрузке, таких как разрядная камера, реакционная камера и подложкодержатель.45Входной канал дляводыВыходной канал дляводыПодвод напряжения смещенияОбъемзаполняемыйводойКанал подачи гелияСоединительная арматураРис. 2.6. Конструкция водоохлаждаемого держателя подложки.Держатель подложки, установленный на оси плазмохимического реактора вплоскости нижней кромки источника плазмы, располагался на перемещаемойвдоль вертикальной оси опоре.
Это позволяло варьировать положение,размещенного на подложкодержателе образца внутри реактора и обеспечиваловозможность изучения влияния положения образца в камере на скоростьтравления. Охлаждение столика осуществлялось с помощью проточной воды.Конструкция водоохлаждаемого подложкодержателя изображена на рис. 2.6.Держатель подложки былизготовлен из алюминия марки Д16Т. Фиксацияподложек на поверхности водоохлаждаемого столика осуществлялась с помощьюколпака (материал – дюраль Д-16) с керамическим покрытием по всей46поверхности. Внутренний диаметр колпака составляет 30 мм, внешний диаметр –116 мм.Для снижения термической нагрузки на корпус реакционной камеры на еевнешнюю поверхность был напаян змеевик, изготовленный из медной трубки (см.рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
