на подложках диаметром 75... 100 мм. Производительность установок такого типа составляет 150... 200 подложек диаметром 75 мм в час, что при достаточно высоком уровне точности толщины и чистоты тонкопленочных элементов удовлетворяет потребности промышленности. Высокой производительности во многом способствует групповой метод обработки, а небольшой разброс толщины наносимых пленок обеспечивается планетарным перемещением подложек.

Важной тенденцией развития ИС является увеличение размера подложек. При переходе на подложки диаметром 150 и 200 мм использование группового метода обработки становится причиной разброса параметров отдельных кристаллов, расположенных в центре подложки и на ее периферии. По этой причине появились установки для осаждения тонких пленок нового поколения (рис. 5.15,д), реализующие, как и самые первые УВН (рис. 5.15,а), индивидуальный метод обработки. Задача создания высокопроизводительного оборудования заставила компоновать УВН по принципу непрерывного действия.

Установка непрерывного действия (рис. 5.15,д) марки 01НИ-7-015 предназначена для вакуумного нанесения пленок металлов и сплавов с поштучной обработкой и автоматической кассетной загрузкой и разгрузкой пластин. В ней полностью исключено влияние откачной системы на цикловую производительность, обеспечены однородные и стабильные условия процесса нанесения пленок.

Установка создана на базе многосекционного магратронз ПП10-1 с плоскопротяженной зоной эрозии мишени. На крышке установки в первой позиции расположен нагреватель 37, на второй позиции - блок магратронов 38. Особенностью конструкции является то, что камера распыления имеет вакуумную блокировку. Давление и состав атмосферы в рабочей камере и камере распыления различны вследствие того, что камеры соединяются друг с другом каналами 39 для прохождения цепного конвейера, имеющими малую проводимость газов в молекулярном режиме. Это обеспечивает перепад давлений в камерах в 100 раз. Так, при давлении аргона в камере магратрона 1,3 Па в рабочей камере поддерживается давление 5-Ю-3 Па.

Загрузка подложек осуществляется из кассеты 32 шлюзовой камеры 34 с помощью механизма шагового перемещения кассеты поштучно на конвейер 43, выполненный в виде плетеного проволочного полотна из нержавеющей стали. Кассета 32 загружается в шлюзовую камеру 34 при закрытом затворе 35 через дверцу 33. Выгрузка обработаных изделий осуществляется из камеры 40 после заполнения кассеты 41. Подача подложек из шлюза 34 на конвейер 43, а затем в шлюз 40 осуществляется с помощью механизмов 42 и 36.

Однако непрерывность работы такой установки обеспечивает-

ся лишь в пределах обработки одной кассеты, вмещающей, как правило, 25 подложек. При выгрузке всех подложек из кассеты 32 (рис. 5.15,д) необходимо время на разгерметизацию шлюзовой камеры 34, замену кассет и откачку шлюзовой камеры. Этих потерь времени можно избежать при создании вакуумных автоматических линий для изготовления тонкопленочных элементов ИС.

На рис. 5.15,е показана вакуумная автоматическая линия ZV-1200 фирмы Leybold-Heraeus (ФРГ), состоящая из модулей загрузки 51 и выгрузки 49, шлюзовых модулей 45 и 50, модуля осаждения пленок 47. В таких линиях может осуществляться как индивидуальная, так и групповая обработка пластин большого диаметра. Подложки, закрепленные на плоских подложкодержа-телях 44, через дверцу в шлюзовой камере 45 автоматически загружаются в нее. Там может производиться нагрев подложек с

12 3 2 k 3

5 6 3 4-

4 3 6 5

Рис. 5.16. Варианты модульной компоновки установок нанесения тонких пленок

помощью устройства 46. При необходимости в шлюзовой камере можно обеспечить ионную очистку подложек. В рабочую камеру 47 подложки поступают через щелевой вакуумный затвор. Применение нескольких магнетронных источников распыления 48, имеющих протяженную форму, позволяет быстро, с высокой равномерностью по толщине и высокой чистотой получать пленки самого разного состава. Можно получать многослойные, многокомпонентные, магнитные, диэлектрические и многие другие виды тонкопленочных элементов ИС.

Разработка вакуумных автоматических линий требует больших затрат времени и средств, а технология изготовления ИС меняется довольно часто. Поэтому конструкция вакуумных автоматических линий должна обладать гибкостью, легко перестраиваться на реализацию новых технологий. Этому способствует модульный принцип построения линии (рис. 5.16).

Набор унифицированных элементов - модулей: подложконоси-теля 1, загрузочной камеры 2, шлюзового загрузочного устройства 6, рабочего модуля 3, промежуточной камеры 8, загрузочно-разгрузочного устройства 5 и вакуумных затворов 4 позволяет компоновать УВН практически всех типов, показанных на спирали развития УВН (рис. 5.15). Так, можно собрать установку периодического действия (рис. 5.16,а), возвратного (рис. 5.16,6) и прямоточного шлюзования (рис. 5.16,в). Пополнив комплект модулей автоматическим загрузчиком 7 (рис. 5.16,г), можно получить вакуумную автоматическую линию, которая может быть встроена в гибкое автоматическое производство ИС.

5.4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ, ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ И МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ

Использование электронных пучков в качестве универсального технологического инструмента позволяет не только изменять свойства обрабатываемых материалов, но и очень точно контролировать эти изменения. С помощью электронных пучков можно нагревать поверхность полупроводниковых подложек для их обез-гаживания и очистки, отжигать подложки после ионной имплантации, расплавлять материал в электронно-лучевых испарителях при нанесении тонких пленок, при сварке корпусов и приварке выводов ИС. Для получения особо чистых материалов, применяемых в производстве ИС, широко используется вакуумная электронно-лучевая плавка. Электронные пучки малых диаметров используются для формирования элементов топологии ИС при облучении ими электронорезиста, а также для контроля химического состава и размеров элементов при Оже-спектроскопии и растровой электронной микроскопии. Кроме того, с помощью электронных пучков производят возбуждение и поддержание плазмы 112

И насосу:

в системах ионного травления, распыления, автономных источниках ионов, нейтрализацию ионных пучков и другие процессы.

Метод электронно-луче- [5г>=з вого испарения (рис. 5.17) -3{Kjj§ позволяет проводить прямой нагрев поверхности, что дает возможность применять водоохлаждаемые 8 тигли и таким образом исключать взаимодействие

испаряемого материала со JjJ1 Установки электронно-луче-

r г вого испарения

стенками тигля. В водо-

охлаждаемый тигель 6 помещается испаряемый материал, который с помощью пушки 1 разогревается электронным пучком 8 до температуры кипения. В потоке образовавшегося пара 2 расположена подложка 4, на которую осаждается пленка. Предусмотрен также ряд вспомогательных устройств: нагреватель подложки 3, заслонка 5 для перекрытия потока пара, устройство отклонения электронного пучка 7, фланец для откачки вакуумной камеры и т. д.

Для испарения используются пучки с плотностью мощности 104...105 Вт/см2, так как при большей плотности мощности у многих материалов начинается недопустимое разбрызгивание расплава. Чтобы катод электронной пушки 1 не попадал под прямой поток пара, а сама пушка не затеняла рабочее пространство над тиглем, используется электромагнитное отклонение пучка.

При электронно-лучевой сварке луч диаметром 0,01... I мм, перемещаясь вдоль поверхности детали с заданной скоростью, непрерывно локально проплавляет материал. Застывая, расплав образует сварной шов, соединяюший примыкающие друг к другу участки деталей. От традиционных способов сварки с оплавлением электронно-лучевая отличается в первую очередь тем, что позволяет получать очень высокие локальные плотности тепловой энергии при сравнительно малом общем тепловложении.

Энергия, которая выделяется при попадании луча на свариваемые детали, на 90 % превращается в тепло. В силу этого возможно получение сварных швов с минимальными зонами термического влияния, большим отношением глубины к ширине про-плавления (до 20:1) для образования узкого глубокого канала, по которому луч попадает в глубь металла, вызывая дальнейшее его проплавление. Вакуум является эффективным средством защиты сварного шва. Количество примесей, содержащихся в

8-6281

сварном шве, значительно меньше, чем, например, при сварке в -среде инертного газа.

Возможность модуляции луча способствует значительному уменьшению тепловложения и сокращению зоны термического влияния за счет преимущественного расхода тепла на испарение металла по сравнению с потерями на теплопроводность. Импульсный режим сварки, при котором тепловложение дополнительно регулируется частотой и длительностью сварочных импульсов, широко применяется при сварке швов, расположенных вблизи от спаев металла со стеклом или керамикой. Отклонение потока электронов в магнитном или электрическом поле осуществляется практически безынерционно. Это дает возможность управлять перемещением луча по поверхности свариваемой детали, развертывать луч по окружности, прямоугольнику, сложной кривой и т. д.

Автономное управление электронным лучом в сочетании с программным управлением механического перемещения свариваемых деталей создает необходимые предпосылки для автоматизации процесса электронно-лучевой сварки.

С помощью электронно-лучевой сварки в электронной технике можно осуществлять герметизацию корпусов ИС, крепление контактов ИС и некоторые другие операции. Схема установки электронно-лучевой сварки цилиндрических корпусов ИС показана на рис. 5.18. Основными элементами установки являются: вакуумная сварочная камера 1, электронно-оптическая система (ЭОС) 2, многопозиционная карусель 4, вакуумная система, построенная по принципу раздельной откачки ЭОС и сварочной камеры. Требования безмасляного вакуума вызвали применение магнито-

Рис. 5.18. Схема установки электронно-лучевой сварки 114

разрядных насосов NM1 и NM2 ,а форвакуумный насос N1 подключен к откачной системе вместе с ловушками В1 и В2.

Объем ЭОС разделен вакуумным затвором V6, который позволяет получать и непрерывно поддерживать в верхней части ЭОС более высокий вакуум, что способствует более долговечной работе катодного узла. Управление процессом откачки осуществляется с помощью клапанов VI...V5, натекателя VF, вакуумметров Р1 ...РЗ.

Принцип работы установки вакуумной сварки заключается в поочередной сварке корпусов ИС, установленных на оправке 3 и получающих вращение вокруг своей оси с помощью привода Ml. После обработки одного прибора карусель 4 с помощью привода М2 и ходового винта 5 перемещается в продольном направлении на шаг и производится сварка следующего корпуса. После обработки всех размещенных на оправке 3 корпусов привод Ml выводится из зацепления с оправкой и вся карусель 4 с помощью привода МЗ поворачивается на определенный угол, подставляя следующую оправку с приборами под ЭОС. Привод Ml вводится в зацепление с этой оправкой, и начинается обработка. При продольном перемещении карусели 4 привод МЗ выводится из зацепления с ней.

После обработки всей партии приборов затворы V5 и V6 закрываются, сварочная камера разгерметизируется, дверца 6 откатывается и производится смена изделий. В верхней части ЭОС высокий вакуум поддерживается постоянно.

При прецизионной сварке необходимо с точностью не хуже 10... 100 мкм выставлять положение свариваемого стыка с положением электронного луча. Обычные способы установки пучка, основанные на визуальном наблюдении, дают удовлетворительные результаты только при сварке больших партий одинаковых изделий. В других случаях необходимо использовать специальные способы (как правило, автоматические) для поиска стыка при наведении и непосредственно в ходе самой сварки.

Автоматическое наведение и отслеживание свариваемого шва может быть осуществлено путем развертки рабочего пучка в телевизионный растр по поверхности и использования для прицеливания изображения окрестностей шва в отраженных электронах.

Чтобы в полной мере использовать преимущества электронно-лучевой сварки, следует стремиться к уменьшению затрат времени на вспомогательные операции, такие как загрузка и выгрузка деталей, их перемещение, откачка рабочего объема и т. п. При сварке корпусов ИС можно, например, вводить их через шлюзовые камеры или с помощью магазинных загрузочных устройств без разгерметизации рабочей камеры.

Одной из перспективных областей применения электронных пучков является электронная литография. Этот тип оборудования