Диссертация (1143771), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Отрезок проволоки длиной 7.7 м был свит в спиральдлиной, приблизительно, 38 см с диаметром витка 3.6 мм. Изготовленная такимобразом нагревательная спираль, укладывалась в пазы керамической формышириной 4 мм и глубиной 8 мм, как это показано на рис. 2.14.Рис. 2.14. Фотография нагревательного элемента.Нагревательныйэлемент(рис.2.14)монтировалсявкорпусподложкодержателя так, как это показано на рис. 2.7. Корпус столика (рис. 2.15)был выполнен из коррозионностойкой нержавеющей стали 12Х18Н10Т и имелследующие геометрические размеры:• общая высота столика составляла 795мм,54• диаметр нагреваемой поверхности составлял 110 мм,• длина опоры – 750 мм.Объем внутри стола находился при атмосферном давлении.
В качестветермоизоляциииспользоваласькаолиноваяватаМКРР-130[142,143],расположенная под керамической формой и по ее периметру. Для лучшейтеплопередачи верхний внутренний объем корпуса (объем между нагревательнымэлементом и нижней плоскостью крышки подложкодеражателя) не заполнялсятеплоизолирующими материалами (см. рис. 2.7). Для сохранения внутриреакционной камеры необходимого вакуума, подложкодержатель монтировался спомощью уплотнения Вильсона, приваренного к нижней части реактора(рис.
2.16).БAРис. 2.16. 3 – D модель расположенияРис. 2.15. Фотография конструкции столика сподложкодержателя в реакционной камереподогревом.(А), вертикальное сечение камеры сподложкодержателем (Б).55Контроль температуры поверхности подложкодержателя осуществлялся припомощи хромель-алюмелевой термопары, расположенной в непосредственнойблизости от нижней плоскости верхней крышки пьедестала (термопара вводиласьв зону измерения через полую ножку столика и далее, через центральноеотверстие в керамической форме нагревательного элемента).подключаласькодноканальномупрограммномурегуляторуТермопаратемпературыТермодат-16Е6 с погрешностью измерения температуры ±0,25% (рис. 2.17,производитель ООО НПП «Системы контроля»), сопряженному с однофазнымсимисторным силовым блоком СБ10М3 (максимальный длительный рабочий ток10 А, коммутируемое напряжение ∼30 – 380 В, максимальная мощность нанагрузке 3.8 кВт [150]).
Формирование управляющего сигнала осуществлялось сиспользованиемпропорционально-интегрально-дифференциального(ПИД)закона регулирования [151]: =10011�∆ + ∫0 ∆ − �(2.3),где N – мощность на нагрузке, Kp, Ki и Kd – пропорциональный, интегральный идифференциальный коэффициенты регулирования, соответственно, а ∆T –разность измеренной и установленной температур. Коэффициенты ПИДрегулирования определялись автоматически, в режиме автонастройки приподключенном, полностью смонтированном, столике с подогревом. Наличиефункции электронного самописца и графического дисплея позволяло визуальноконтролировать и регистрировать качество поддержания заданной температуры входе экспериментов по термостимулированному плазмохимическому травлению(прибор оснащен USB-разъемом для снятия архивных данных на Flash-носитель).56Рис.
2.17. Внешний вид терморегулятора ТЕРМОДАТ – 16Е6 [151].2.2 Методика подготовки и проведения процессов плазмохимическоготравленияЭкспериментыпоплазмохимическомутравлениюпроводилисьнапластинах монокристаллического кварца (z-срез) (изготовитель – ООО «ОстекИнтегра»), предоставленные АО «НПП «Радар ммс», карбида кремния политипа6Н с ориентацией (0001) ± 0.25° (изготовитель – SICC Materials Company Limited),предоставленные АО «Светлана-Электронприбор» и ниобата лития (XY 128°срез, изготовитель – MTI Corporation), предоставленные АО «НПП «Радар ммс».Диаметр пластин составлял 76 мм.
Толщина пластин монокристаллическогокварца и LiNbO3 была равна 370 мкм, а в случае 6Н-SiC составляла 110 и 400 мкм.Последовательность действий при подготовке и проведении процессаплазменного травления с охлаждаемым подложкодержателем имеет следующийвид:1.Загрузка образца в реакционную камеру (образец для травления помещалсяна подложкодержатель, после чего фиксировался прижимным кольцом).2.Включение системы охлаждения.3.Откачка реактора до необходимого давления (P = 10-2 Па).4.Плазменная чистка образца – во всех экспериментах перед началомпроцесса ПХТ образцы обрабатывались в аргоновой плазме в течение 10 минут.57Эта операция проводиласьс цельюочистки поверхности травления ивнутренних поверхностей оснастки камеры от нежелательных загрязнений.5.Напуск газовой смеси для процесса травления и задание необходимыхзначений расхода газов.6.Генерация плазмы (включение источника ВЧ электромагнитной мощности(генератор ГТВЭ-1000)).7.Формирование напряжения смещения на держателе подложки (включениеисточника ВЧ электромагнитной мощности (генератор Плазма-125И)).8.Проведениенаправленныхнапроцессаплазменногоопределениетравлениязависимости(вскоростиэкспериментах,травленияоттехнологических параметров, в процессах с охлаждаемым подложкодержателем,длительность процесса травления монокристаллического кварца, ниобата лития икарбида кремния составляла 30 минут).9.Остановка процесса (выключение ВЧ генераторов, перекрытие газовоймагистрали, закрытие газовых баллонов).10.Откачка камеры (в течение 10 минут после процесса проводилась откачкаректора от продуктов реакций, образовавшихся в ходе процесса плазменноготравления).11.Отключение вакуумной системы.12.Напуск воздуха в камеру.13.Выгрузка образца.14.Отключение системы охлаждения.Последовательностьпроведенияэкспериментовсиспользованиемдержателя подложки со встроенным нагревательным элементом в целомсоответствует этапам, описанным в предыдущем параграфе.
Исключениесоставляет дополнительная операция предварительного нагрева образца дозаданной температуры. Эта операция выполнялась до проведения этапаплазменной очистки поверхности образца (пункт 4). Стабилизация температурыотключалась по окончании процесса травления, а выгрузка образца из58реакционной камеры проводилась после охлаждения поверхности пьедесталаподложкодержателя до 30 °С.2.3 Научное планирование экспериментов на основе матричного методаTaguchiПланирование экспериментов по оптимизации параметров процесса ПХТпроводилось с использованием метода Тагучи [152]. Суть метода состоит виспользовании экономного ортогонального плана многофакторного экспериментавзамен плана полного факторного эксперимента для решения задачи повыявлениюстепенивлиянияварьируемыхтехнологическихпараметров(факторов) на выходные характеристики процесса.
Переход от полногофакторного эксперимента к сокращенному многофакторному осуществляетсяпутем построения плана в виде ортогональной матрицы, в которой все столбцыпопарно ортогональны. Парная ортогональность столбцов означает, что в каждойпаре столбцов все упорядоченные пары чисел (уровней) встречаются одинаковоечисло раз. Конкретный вид матрицы определяется как числом варьируемыхпараметров процесса (факторов), так и количеством уровней (значений) длякаждого из факторов.
Матрицы Тагучи можно построить самостоятельно либонайти в литературных источниках. Например, если число варьируемых факторовравно 4 и каждый из параметров может принимать три различных значения(типичный для данного исследования случай), полный факторный экспериментпредполагает проведение 34 = 81 опытов. Планирование экспериментов по методуТагучи позволяет сократить количество опытов до 9 (ортогональная матрица,соответствующая данному примеру, представлена в таблице 2.1.). В таблице 2.1обозначения А1, А2, А3 и А4 соответствуют варьируемым факторам, а цифры 1, 2и 3 обозначают уровни этих факторов, которым соответствуют определенныезначения варьируемых параметров.
Интервалы варьирования параметров, какправило, определяются из серии предварительных экспериментов.59Таблица 2.1. Пример планирования многофакторного эксперимента по методу Тагучи дляслучая, когда число факторов равно 4, а число уровней равно 3Номерэксперимента123456789Факторы и их уровниА1А2А3А4111112221333212322312312313232133321Проведение экспериментов в соответствии с заданной матрицей позволяетопределить оптимальное сочетание варьируемых параметров с точки зрениядостижения максимума или минимума выходной характеристики процесса(отклика) при минимальном числе экспериментов.Для того чтобы провести ранжирование варьируемых параметров постепени их влияния на величину выходного параметра процесса, необходимовычислить отношение «сигнал/шум» (SN) для каждого эксперимента.
В задачахпо минимизации величины выходного параметра процесса это отношениерассчитывается по формуле [152], = −10 �∑=1 2�(2.4).Для случая максимизации выходной характеристики (именно эта задачарешалась в ходе данного исследования) выражение для расчета отношения SNимеет вид [152]:1 = −10 � ∑ =11 2�(2.5).В формулах (2.4) и (2.5) y – величина выходного параметра процесса, i – номерэксперимента, N – число измерений выходного параметра в i-ом эксперименте, u –порядковый номер измерения величины y в i-эксперименте. Результатом такихвычислений является таблица (см. таблицу 2.2), в которой каждому наборуварьируемых параметров (каждому эксперименту) соответствует определенноезначение SNi:60Таблица 2.2. Пример табулированного представления данных отношения «сигнал/шум» дляранжирования варьируемых факторов по степени их влияния на величину выходнойхарактеристики процессаНомерА1А2А3А4SNi11111SN121222SN231333SN342123SN452231SN562312SN673132SN783213SN893321SN9экспериментаНа основе данных, представленных в таблице 2.2, рассчитываются средниезначения отношения «сигнал/шум» для каждого варьируемого фактора прификсированном уровне его величины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
