промежуточной вакуумной камеры 4 с перегрузочным роботом 3 и шлюзовой загрузочной камеры 5. Через патрубки 7 и 15 производится раздельная, независимая откачка каждого рабочего модуля 2, промежуточной камеры 4 и шлюза 5. Рабочие модули отделены от промежуточной камеры затворами 13, шлюзовая камера отделяется от вакуумного объема при загрузке и выгрузке плоскими затворами 9, которые с помощью механизма подъема 10 прижимаются к нижней стенке шлюзовой камеры 5.

Установка имеет следующие особенности: с целью повышения точности обработки в каждый модуль 2 для травления помещается по одной подложке и режим травления контролируется в каждом модуле; для увеличения производительности используется одновременная обработка в нескольких (до семи) модулях в режиме последовательной загрузки при условии минимального времени ожидания при транспортировке; чтобы улучшить воспроизводимость результатов травления и обеспечить автоматическое обслуживание, все рабочие модули должны быть постоянно откачаны до высокого вакуума, перегрузка пластин осуществляется вакуумным роботом, полностью исключающим контакт оператора с обрабатываемыми изделиями; обеспечена возможность обработки подложек диаметром 75.. .150 мм.

Принцип действия установки заключается в следующем. В шлюзовую камеру 5 через крышку 6 вводятся две кассеты 8 с подложками и через патрубок 7 производится откачка камеры 5. После завершения откачки кассеты 8, установленные на плоских затворах 9, с помощью механизма пошагового перемещения 10 переводятся в промежуточную камеру 4, в которой постоянно поддерживается высокий вакуум. С помощью робота 3 и поворотной планки 12 механизма съема 11 первая подложка из кассеты переносится в один из рабочих модулей 2 через открытый затвор 13. После установки подложки 18 на электрод 17 рука робота возвращается в промежуточную камеру 4, рабочий модуль закрывается и в него через натекатель 1 подается рабочий газ. В модуле устанавливается заданное давление, от источника 16 подается на электрод 17 ВЧ-напряжение, и начинается процесс травления.

Сразу после завершения процесса загрузки первой подложки вторая из кассеты 8 переносится в другой рабочий модуль, в котором также начинается процесс травления. Аналогично выполняется процесс загрузки следующих подложек в остальные рабочие модули. Таким образом, процессы загрузки совмещены по времени с процессом обработки, что является одним из путей повышения производительности оборудования.

При завершении травления первой подложки контрольное устройство выдает сигнал прекращения подачи в модуль ВЧ-напря-жения и напуска рабочего газа. Через некоторое время, необходимое для откачки из модуля газообразных продуктов травления и достижения высокого вакуума, камера открывается и первая обра-

ботанная подложка с помощью робота, приводимого в движение механизмом 14, переносится на поворотную планку 12 механизма съема 11 и затем в свободную ячейку соответствующей кассеты 8. В освободившийся модуль переносится новая подложка и процесс травления в данном модуле повторяется.

На описанной установке можно добиться хорошей воспроизводимости результатов травления. Так, значение среднеквадратичес-кого отклонения ширины линий не превышает 0,05 мкм при обработке поли-и монокристаллического кремния, Si02, Si3N4, а также А1 и Мо. При этом источник ВЧ-напряжения имеет мощность 720 Вт, частоту 13,56 МГц. Управление установкой автоматическое с помощью микропроцессоров.

5.3. УСТАНОВКИ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК В ВАКУУМЕ

В производстве ИС вакуумным нанесением тонких пленок можно получать проводники и контактные площадки, тонкопленочные резисторы, конденсаторы, индуктивные элементы, диэлектрические покрытия и магнитные пленки, полупроводниковые структуры ИС. В качестве материалов пленки используются металлы, диэлектрики, полупроводниковые и магнитные сплавы и соединения.

Основными характеристиками тонких пленок является их структура, размер зерна, чистота, адгезия к подложке, механические напряжения и т. д., которые определяются параметрами технологического процесса и оборудования для нанесения пленок. На качество тонких пленок влияют такие факторы, как качество материала подложки и ее очистки, шероховатость и температура подложки, чистота исходного материала, скорость осаждения, парциальное давление остаточных газов в рабочей камере, взаимное расположение и относительное перемещение источника и приемной поверхности.

Процесс нанесения тонких пленок требует изолированного от атмосферы объема, в котором создается требуемое разрежение. Процесс нанесения пленок состоит из: образования атомарного или молекулярного потока вещества из источника испарения или распыления, переноса этого потока от источника до подложки, конденсации атомов или молекул на подложке и образования пленки.

Основные требования к установкам вакуумного нанесения тонких пленок (УВН) заключаются в обеспечении максимальной чистоты пленки, ее адгезии к подложке, заданной структуры и размера зерна, получении высокой равномерности толщины пленки, обеспечении требуемой производительности обработки. Удовлетворение этих требований осуществляется путем выбора способа нанесения пленки и типа вакуумной системы, выбора наиболее эффективного источника испарения или распыления материала, спо-

соба подготовки поверхности подложки, расчетом расстояния от источника до поверхности осаждения и траектории их относительного перемещения. Важную роль играет выбор методов контроля параметров техпроцесса и системы управления. Обеспечение высокой производительности достигается выбором оптимального варианта структуры и компоновки, способа агрегатирования оборудования, созданием высоконадежной конструкции.

Существуют два вакуумных метода нанесения тонких пленок, различающихся по способу генерации потока частиц: метод термического испарения и метод распыления материалов ионной бомбардировкой. Сущность метода термического испарения (рис. 5.12,а) состоит в нагреве материала в специальном испарителе 2 до температуры, при которой начинается заметный процесс испарения и последующая конденсация паров материала в виде тонкой пленки на поверхности подложек 5, расположенных на подложко-держателе 4 на некотором расстоянии от испарителя 2. Для управления началом и окончанием процесса осаждения служит заслонка 6, которая может перекрывать поток испаренных частиц 3.

Для обеспечения требуемого качества пленок в рабочей камере 1 необходимо поддерживать определенное разрежение и состав остаточных газов. Наилучшие свойства пленок получаются при проведении процесса осаждения в высоком (1СМ.. .I0-5 Па) и сверхвысоком (Ю-6. ..Ю-8 Па) безмасляном вакууме. На рис. 5.12,а показан пример безмасляной вакуумной системы, в которой для

Рис. 5.12. Методы вакуумного нанесения тонких пленок 94

обеспечения рабочего давления применен магниторазрядный насос NM, соединенный с рабочей камерой через вакуумный затвор VP.

Форвакуумная откачка рабочего объема осуществляется механическим насосом NL. Чтобы пары масла из механического насоса не проникали в рабочую камеру, ее первоначальную откачку ведут через клапаны VA1 и VA2 до давления примерно 100 Па (при этом давлении обратный поток незначителен), а дальнейшую форвакуумную откачку до давления запуска высоковакуумного насоса (около Ю-1 Па)-через клапаны VAl, VA3 и сорбционную ловушку BS. После запуска магниторазрядного насоса механический насос выключается. Напуск воздуха в современных форвакуумных насосах осуществляется автоматически через встроенный в него натекатель.

Регистрация давления в рабочей камере производится вакуумметрами РА и РТ. Для разгерметизации рабочей камеры в нее производится напуок атмосферного воздуха с помощью натекате-ля VF и осушителя воздуха В.

Сущность метода ионного распыления (рис. 5.12,6) состоит в бомбардировке быстрыми частицами (обычно положительно заряженными ионами инертных газов) 10 мишени 11, изготовленной из осаждаемого материала. Выбиваемые в результате бомбардировки с поверхности мишени атомы или молекулы 12 покидают ее и осаждаются в виде тонкой пленки на поверхности подложек 13, расположенных на некотором расстоянии напротив мишени. Положительно заряженные ионы отбираются из плазмы 9 за счет ускоряющего напряжения, приложенного к мишени 11. На подлож-кодержатель 8 может подаваться напряжение смещения для очистки пленки медленными ионами.

Газовый разряд зажигается в пространстве вакуумной камеры 7 при напуске через натекатель VF3 рабочего газа до давления от 10 до 5 10-2 Па и подаче высокого (несколько киловольт) напряжения на мишень 11. Для повышения качества пленок, получаемых методом ионного распыления, также желателен безмасляный вакуум. Для получения невысокого, но безмасляного вакуума наиболее перспективен криосорбционный насос на основе криогенера-тора, который может работать стабильно в диапазоне давлений 10. ..Ю-2 Па, необходимых для устойчивого горения газового разряда.

В схеме рис. 5.12,6 в качестве насоса окончательной откачки применен криосорбционный насос NC. Для предварительной откачки используется механический безмасляный насос NV поршневого типа. Управление работой вакуумной системы осуществляется клапанами VA1...VA3, натекателями VF1 и VF2, вакуумметрами РА и РТ.

И термическое испарение, и ионное распыление широко применяются в производстве ИС. Каждому из этих методов присущи

свои преимущества и недостатки. Так, термическим испарением добиваются наиболее высокой чистоты осаждаемой пленки, скорость осаждения, как правило, больше, чем при распылении, можно создавать направленные пучки испаряемых молекул. К недостаткам метода термического испарения относятся: изменение сте-хиометрического состава при осаждении сложных веществ, трудность испарения тугоплавких материалов, неравномерность толщины пленки на большой поверхности осаждения, низкая адгезия к подложке, инерционность испарителей, сложность автоматизации.

Для метода ионного распыления характерны сохранение стехиометрии распыляемых материалов, высокая адгезия пленки к подложке, большой запас распыляемого материала (мишень можно сделать массивной), простота регулирования параметров процесса: напряжения, тока разряда, давления рабочего газа. К недостаткам метода можно отнести низкую скорость осаждения и возможность загрязнения пленки остаточными газами, интенсивно де-сорбирующими с внутренних поверхностей камеры.

При использовании метода термического испарения основным фактором, определяющим эксплуатационные особенности и конструкцию установок, является способ нагрева испаряемых материалов. По этому признаку различают следующие типы испарителей: резистивные, электронно-лучевые, индукционные, дуговые и лазерные. Схемы некоторых типов испарителей, используемых в технологических процессах микроэлектроники, представлены на рис. 5.13.

Выбор типа испарителя для конкретных технологических задач зависит от химической природы испаряемого материала, температуры испарения и ее постоянства во времени, исходной формы испаряемого материала (монолит, гранула, порошок, проволока), весовой емкости загрузки, диаграммы направленности потока пара, длительности процесса осаждения, требуемой производительности оборудования.

Самыми простыми по конструкции и доступными являются испарители резистивного типа (рис. 5.13,а-д). К материалам, используемым для их изготовления, предъявляются следующие требования: давление пара материала при температуре испарения вещества должно быть пренебрежимо мало, между материалами нагревателя и испаряемым веществом не должно происходить никаких химических реакций, а также не должны образовываться легколетучие сплавы этих веществ, так как в противном случае происходит загрязнение наносимых пленок и разрушение подогревателей.

При нанесении тонких пленок чаще всего применяются нагреватели из вольфрама, молибдена и тантала. По конструктивным признакам резиетивиые испарители разделяют на проволочные, ленточные и тигельные. Испаряемое вещество 1 обычно удерживается на проволочных испарителях 2 (рис. 5.13,а, б) силами адге-

2 4

П 15 16 Ц 18 21 22 23

Рис. 5.13. Испарители

зии, поэтому в жидком состоянии оно должно хорошо смачивать материал испарителя. Однако при хорошем смачивании всегда имеет место более или менее активное взаимодействие между материалами, что в конечном счете приводит к разрушению испарителя. Этим и объясняется относительная недолговечность проволочных испарителей.

Ленточные испарители (рис. 5.13,в, г) представляют собой нагреватели, изготовленные из тонких листов 3 тугоплавких металлов и имеющие специальные углубления в виде желобков, лодочек, 7-6281 97