Кластерная установка ACADEMVAC CLUSTER

Кластерные установки вызывают значительный интерес у промышленных компаний, работающих в сфере микроэлектроники и полупроводников. Эти системы представляют собой модульные комплексы, состоящие из нескольких вакуумных камер, в которых реализуются ключевые технологические процессы: магнетронное напыление, ионное травление, плазмохимическое осаждение, вакуумный отжиг и другие.

Многосвязанность системы обеспечивает автоматизацию всех технологических операций, включая передачу подложек между модулями, без нарушения герметичности вакуумной среды. Это позволяет оптимизировать использование производственных площадей и снизить затраты на создание и поддержание чистых производственных помещений, а также повысить производительность за счёт сокращения времени на переналадку оборудования и перехода между различными операциями.

Кроме того, кластерные установки способствуют повышению гибкости производства, позволяя быстро адаптироваться к изменениям в технологических требованиях и номенклатуре продукции. Это особенно важно в условиях динамично развивающегося рынка микроэлектроники, где требуется высокая степень инновационности и адаптивности производственных процессов.

В мире уже есть готовые решения кластерных установок, которые применяются многими промышленными предприятиями, например:

• Applied Materials AMAT Endura 5500
• Applied Materials AMAT Centura 5200
• Applied Materials AMAT Producer
• Oxford Instruments (PlasmaLab, PlasmaPro, AtomFab)

Кластерная установка ACADEMVAC CLUSTER разработана в соответствии с современными техническими стандартами и может рассматриваться как отечественный аналог оборудования компании Oxford Instruments.

Проект включает в себя кластерную установку ACADEMVAC CLUSTER, состоящую из трёх промышленных модулей, транспортного ядра с манипулятором перемещения подложек диаметром до 200 мм, системой загрузки и системой управления.

Особенности кластерной установки ACADEMVAC CLUSTER

• Количество технологических модулей: от 1 шт.
• Тип транспортного модуля: манипулятор типа робот
• Работа с пластинами до 200 мм
• Быстрый и удобный доступ к модулям
• Подвод требуемого количества технологических газов
• Нагрев пластин до 300⁰С или охлаждение до — 25⁰С
• Равномерность получаемых покрытий: до ±5%
• Камеры изготовлены из цельного алюминия или нержавеющей стали (опция)
• Предельный вакуум в установке: 1∙10^-7 Торр
• Рабочий вакуум: 5∙10^-2 – 1,5∙10^-3 Торр

Кластерная установка ACADEMVAC CLUSTER с пятью процессными модулями

Подобные установки проектируются индивидуально по техническому заданию заказчика, исходя из требований по цепочке технологических операций и оптимизации занимаемого пространства. Установки могут быть оборудованы широким набором устройств и систем. Перечислим их.

Присоединяемые модули:

• 

  Магнетронное напыление

• Ионное травление/очистка
• Плазмохимическое осаждение из газовой фазы
• Плазмохимическое травление
• Вакуумный отжиг
• Система загрузки из кассеты
• Загрузочный шлюз для поштучной загрузки

Системы контроля и мониторинга в составе модулей:

• Лазерный интерферометр или Optical end point detector (in situ) – используется для мониторинга и контроля процессов нанесения и травления
• Эллипсометр (in situ) – предназначен для мониторинга и контроля процессов нанесения, травления и оптических свойств получаемых покрытий
• «Колибри» или Ocean optics спектрометры – используется для определения толщины, параметров плазмы, контроля поджига
• Анализатор остаточных газов – применяется для контроля качества вакуума и обнаружения следов примеси в газовой среде
• Кварцевый датчик толщины – используется для контроля толщины осаждённых покрытий

Каждый модуль может использоваться как в составе установки, так и отдельно (более подробно Вы сможете ознакомиться с каждым модулем на нашем сайте). Помимо этого, некоторые отдельные системы модуля могут быть вынесены в технические помещения, например, шкаф системы управления, система загрузки или газовый шкаф.

Описание технологических процессов

Ниже приведен пример технологического процесса получения примитивной ИС (интегральной схемы с элементарным p-n переходом и алюминиевым межсоединением на кремниевой подложке) с использованием стандартной кластерной установки ACADEMVAC CLUSTER, состоящей из трёх модулей: магнетронного распыления, плазмохимического осаждения и плазмохимического травления.

Этапы

1. Плазмохимическое травление пластины монокристаллического кремния (модуль ACADEMVAC PEP).

На первом этапе осуществляется очистка поверхности подложки от естественного оксида кремния (SiO₂), органических загрязнений и активация поверхности кремния. Процесс происходит в плазме газа CF₄ при воздействии высокочастотного разряда (13,56 МГц). В плазме молекулы CF₄ диссоциируют по реакциям:

CF₄ + e^— → CF₃∙ + F∙

CF₄ + e^— → CF₂∙ + 2F∙

Образующиеся фторные радикалы (F∙) активно реагируют с кремнием:

SiO₂ + 4F∙ → SiF₄ + O₂

В результате образуется летучий фторид кремния (SiF₄) и кислород (O₂), который удаляется системой откачки. Таким образом поверхность становится чистой, активированной и готовой к осаждению следующего слоя.

2. Осаждение полупроводникового или функционального слоя методом плазмохимического осаждения (модуль ACADEMVAC PECVD).

Цель этапа – формирование активной области, например слоя аморфного кремния. Процесс протекает при разложении газовой смеси на основе силана:

SiH₄ → Si + 2H₂

В результате на подложке осаждается тонкий слой аморфного кремния, который выполняет функцию полупроводникового слоя, формируя основу активного элемента интегральной схемы.

3. Формирование контактного слоя методом магнетронного распыления (модуль ACADEMVAC PVD).

На этом этапе осуществляется осаждение равномерного металлического проводящего слоя, например алюминия (Al), который служит для создания контактов и межслойных соединений.

4. Структурирование контактного слоя методом плазмохимического травления (модуль ACADEMVAC PEP).

На этом этапе происходит формирование топологии схемы – локальное удаление участков металлического слоя через фотолитографическую маску.

Травление проводится в плазме хлорсодержащих газов, например Cl₂ по реакции:

Al + 3Cl → AlCl₃

Продукты реакции AlCl3 являются летучими и удаляются из рабочей камеры. В результате остаются только заданные металлические дорожки и контактные площадки.

5. Осаждение диэлектрических или пассивирующих покрытий (модуль ACADEMVAC PECVD).

На заключительном этапе производится нанесение изолирующих и защитных слоёв – диоксида кремния (SiO₂) или нитрида кремния (Si₃N₄).

Процесс происходит по реакциям разложения соответствующих газовых смесей, например:

• Для SiO₂:

SiH₄ + 4N₂O → SiO₂ + 4N₂ + 2H₂O

• Для Si₃N₄:

3SiH₄ + 4NH₃ → Si₃N₄ + 12H₂

Полученные покрытия защищают сформированную схему от окисления, загрязнения и механических повреждений.

Области применения

• Полупроводниковая и микроэлектронная промышленность
• Серийное производство интегральных схем и приборов
• Нанесение оптических покрытий
• Нанесение просветляющих покрытий

Преимущества кластерных установок ACADEMVAC CLUSTER

Основными преимуществами кластерных установок ACADEMVAC CLUSTER являются:

• Непрерывность технологических процессов – все операции осуществляются без нарушения вакуума. Таким образом минимизируется влияние внешней среды (окисления и загрязнения) на обрабатываемую подложку
• Модульная компоновка – установка состоит из технологических модулей, соединенных вместе. В зависимости от техпроцесса можно заменить или добавить модули
• Высокая доля комплектующих российского производства (технологические источники, блоки питания, система управления, вакуумная арматура)
• ПО собственной разработки и интерфейс оператора – возможность постпродажной поддержки ПО, возможность внесения модификаций ПО под Ваши потребности.
• Различные виды загрузки пластин, от ручного до SMIF-контейнеров
• Оснащение манипулятором для переноса подложек и замены манипулятора на другой тип под Ваши задачи
• Интегрирование аналитического оборудования под Ваши задачи
• Автоматизация на различных уровнях (от ручного до полностью автоматизированного управления)