Магнетронное напыление является одним из ключевых методов физического осаждения из газовой фазы (ФОГФ, PVD) и занимает центральное место среди технологий формирования тонких плёнок в микроэлектронике. Актуальность этого метода обусловлена сочетанием высокого качества получаемых покрытий, точного воспроизведения стехиометрии материала мишени и обеспечиваемой однородности осаждённых слоёв, включая работу с крупноформатными подложками. В условиях кластерных установок эти преимущества приобретают особую значимость, поскольку такая архитектура требует высокой воспроизводимости параметров процесса, исключительной чистоты и возможности выполнения последовательных технологических операций без воздействия внешней среды.
Применение магнетронного напыления в кластерных системах объясняется рядом факторов.
- Во-первых, метод позволяет осуществлять осаждение при относительно низких температурах, что критично для большинства подложек, используемых в микроэлектронном производстве.
- Во-вторых, технология обеспечивает получение покрытий из широкого спектра материалов от чистых металлов до сложных многокомпонентных нитридных, оксидных и интерметаллидных соединений.
- В-третьих, высокая стабильность процесса и возможность точной регулировки параметров плазмы обеспечивают необходимую повторяемость, что является обязательным требованием при промышленном изготовлении электронных компонентов и микросхем.
Цели и задачи модуля магнетронного напыления в кластерной установке
Модуль ACADEMVAC PVD предназначен для осаждения тонких плёнок различных материалов на пластины диаметром до 200 мм. Применение планарных магнетронов обеспечивает равномерное распределение плотности потока частиц по поверхности пластины, а наличие дополнительного ионного источника позволяет проводить предварительную очистку и модификацию поверхности перед осаждением. Это имеет принципиальное значение для предотвращения дефектов на межслойных границах, от которых напрямую зависят электрические характеристики конечных структур.
В составе кластерной установки модуль магнетронного напыления решает задачи формирования оптических, функциональных, проводящих и барьерных покрытий. Интеграция процесса с другими технологическими модулями обеспечивает выполнение полного цикла производства без нарушения вакуумной среды. Такой подход снижает риск загрязнения, повышает надёжность операций и способствует стабильности параметров формируемых слоёв.
Основные группы покрытий, формируемых модулем магнетронного напыления
1. Металлизационные покрытия
К металлизационным покрытиям относят тонкие слои металлов (Cu, Al, Cr и др.), используемые для формирования межсоединений, контактных площадок и проводящих дорожек.
3. Оптические покрытия
Формируются многослойные интерференционные структуры (антибликовые, отражательные и фильтрующие плёнки). Высокая чистота процесса магнетронного распыления обеспечивает контролируемую толщину слоёв и стабильность их оптических характеристик.
2. Функциональные нитридные и оксидные покрытия
Функциональные покрытия включают материалы (CrN, TiN, AlN, SiO₂), применяемые в качестве защитных, диэлектрических или оптически активных слоёв.
4. Специальные покрытия
В эту группу включают покрытия, формируемые под специфические требования для устройств микроэлектроники. Такие покрытия востребованы в МЭМС-системах, компонентах силовой электроники и датчиках.
Таким образом, магнетронное напыление является неотъемлемым и востребованным элементом кластерных установок в современной микроэлектронике. Оно обеспечивает высокое качество тонкоплёночных покрытий, широкий спектр функциональных возможностей и полную совместимость с автоматизированными многомодульными производственными циклами.
Описание технических характеристик модуля
Технические характеристики модуля ACADEMVAC PVD кластерной установки ACADEMVAC CLUSTER:
- Используемые технологические устройства: магнетрон 4”
- Количество технологических устройств: до 3 шт.
- Размер обрабатываемых пластин: до 200 мм
- Нагрев столика: до 300⁰С
- Количество газовых линий: 4, возможно расширение до 16 шт.
- Подача рабочего газа: Ar, N₂
- Рабочий вакуум: не хуже 5·10⁻² – 1,5·10⁻³ Торр
- Типы загрузки: поштучная (ручная), поштучная из шлюзовой камеры, кассетная из шлюза.
Состав модуля ACADEMVAC PVD
- Вакуумная камера состоит из верхней и нижней частей. Выполнена из алюминиевого сплава, но может быть изготовлена из нержавеющей стали марки AISI 304 (по желанию заказчика).
Нижняя часть закреплена на раме-подставке и имеет смотровые окна, фланцы для присоединения вакуумметров, клапанов откачки. В нижней части камера имеет ввод вращения с магнитожидкостным уплотнением для обеспечения вращения подложкодержателя, механизмом подъема подложки и вакуумные вводы для крепления трубчатого электронагревателя (ТЭН). Верхняя часть представляет собой подъемную крышку на газлифтах с уплотнением и имеет три фланца для установки дополнительных технологических источников, таких как магнетроны, ионные источники и другие для обработки пластин-подложек сверху вниз.
Вакуумная камера имеет нагреватели для поддержания заданной температуры стенок во время процесса. - Система откачки включает в себя следующие компоненты: форвакуумный винтовой насос, насос Рутса и турбомолекулярный насос в различных сочетаниях и с разной производительностью, в зависимости от варианта исполнения, а также вакуумный шиберный затвор для всех вариантов.
- Система контроля давления состоит из вакуумметров разных диапазонов измерения, дроссельной заслонки и контроллера, поддерживающего требуемое давление в вакуумной камере путём одновременного дросселирования откачки и регулирования потоков газов в камеру при необходимости.
- Система подачи технологических газов представляет собой отдельный шкаф, содержащий баллоны с требуемыми газами, регуляторы расхода газа, управляемые контроллером системы контроля давления и газовые линии.
- Система охлаждения замкнутого цикла (чиллер) поставляется во всех вариантах исполнения. Охлаждающая жидкость, проходя через чиллер, поступает в установку через впускной коллектор, позволяющий настроить потоки подаваемой жидкости независимо друг от друга. Затем охлаждающая жидкость через запорную арматуру распределяется по установке и уходит в выпускной коллектор через запорную арматуру.
- Технологический источник может быть представлен в нескольких конфигурациях, например, таких как ионный источник, используемый для предварительной обработки пластин или магнетрон для работы с мишенью диаметром 4”, предназначенный для конфокального напыления металлических (в том числе магнитных), резистивных, а также диэлектрических покрытий.
- Стойка управления представляет собой стойку стандартного типоразмера 19”, в которой скомпонованы основные блоки управления установкой и рабочее место оператора.
- Корпус со съемными декоративными панелями выполнен в напольном вибрационно-устойчивом исполнении и представляет собой раму-подставку для вакуумной камеры и основных технологических систем и агрегатов. Комплектуется съёмными декоративно-защитными панелями.
Комплект поставки включает в себя:
- Вакуумную камеру в сборе
- Систему откачки
- Технологические источники
- Систему контроля давления
- Систему подачи технологических газов
- Систему охлаждения замкнутого цикла
- Стойку управления
- Корпус с декоративно-защитными панелями
- Комплект ЗИП
- Комплект эксплуатационной документации на Установку, эксплуатационную документацию на покупные составные части изделия
Преимущества перед зарубежными аналогами
- Контроль температуры подложки
- Система контроля давления оборудована системой с обратной связью, состоящей из регуляторов расхода газа, мембранно-ёмкостным датчиком («баратрон») и дроссельной заслонкой
- Система охлаждения (чиллер) не требует оборотной воды
- Варианты исполнения модуля
Дополнительные функции и возможности
- Кварцевый датчик – используется для контроля толщины наносимых покрытий
- Возможность реализации различных вариантов исполнения крышки модуля ACADEMVAC-PVD: с одним магнетроном типоразмера 6” или 8”, с 1-3 магнетронами типоразмера 4”, с ионным источником, с FFE-магнетроном с вращающейся магнитной системой для промышленного применения
- Возможность выноса модулей в технические помещения
- Доработка ПО/интерфейса под Ваши требования
- Автоматизация на различных уровнях (от ручного до полностью автоматизированного управления)
- Возможность установки как преимущественно отечественных комплектующих, так и замены на импортные (по согласованию)
- Различные виды загрузки пластин, от ручного до SMIF-контейнеров
