автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка автоматизированного элионного технологического оборудования для производства изделий микрофотоэлектроники

На правах рукописи

□0305841В Козлов Александр Николаевич

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛИОННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ МИКРОФОТОЭЛЕКТРОНИКИ

Специальность 05 27 06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2007

003058416

Работа выполнена в Государственном научном центре Федеральном Государственном унитарном предприятии «НПО «Орион»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Филачев Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Марахтанов Михаил Константинович МГТУ им Баумана, г Москва

кандидат физмат наук, ст научный сотрудник Дицман Сергей Алексеевич Институт Проблем Технологии Микроэлектроники РАН, г Черноголовка

Ведущая организация - ОАО «НИИ Точного Машиностроения»

г Зеленоград

Защита состоится « 29 » О—Ф 2007 г В/О часов на заседании диссертационного совета Д,2-/2 ¿3(02 в Московском государственном институте радиотехники, электроники и автоматики

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке МИРЭА автореферат разослан » ехц^ Мл -С 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Вальднер В О

Общая характеристика работы

Для производства современных фотоприемных устройств требуется комплекс достаточно сложного технологического оборудования Этот комплекс включает в себя установки для выращивания монокристаллов кремния, теллурида кадмия-ртути, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов, для механической и химической обработки с целью получения полупроводниковых пластин - исходного продукта для производства фотоприемников В технологической цепочке имеются также установки эпитаксиального выращивания Завершает этот комплекс большая группа электоронно-лучевого и ионно-плазменного технологического оборудования включающая в себя установки ионной имплантации для внедрения примесей, установки ионно-плазменного напыления, травления и формирования профильной структуры, различное литографическое оборудование и установки электронно-лучевой микросварки для решения задачи герметизации корпусов и присоединения микроконтакгов

Настоящая работа посвящена разработке компчекса специализированного электронно-лучевого и ионно-плазменного оборудования для современной пленарной технологии производства малоразмерных фотодиодов, учитывающего особенности материала КРТ Комплекс состоит из установки вакуумного напыления (УВН), установки прецизионного ионно-лучевого травления (УИЛТ), установки электроннолучевой микросварки (УЭЛС)

Создание современного элионного (электронно- и ионно-лучевого) технологического оборудования связано с решением целого ряда научных и технических задач таких, как оптимизация электронно-оптических элементов и систем для формирования электронных и ионных пучков с требуемыми геометрическими и энергетическими параметрами, решение проблемы электрической прочности конструкции, модернизация и разработка новых систем электропитания с требуемой стабильностью и надежностью, разработка современных систем газонапуска и вакуумных систем Принципиально важным требованием ко всему комплексу технологического оборудования для производства фотоприемных устройств является высокая степень автоматизации процессов контроля технологического процесса

В настоящее время оборудование этого класса в Российской федерации не выпускается даже мелко серийно Однако зарубежные фирмы, например, одна из ведущих компаний в плазменных и ионно-лучевых техночогиях для сухого травления и нанесения пленок Oxford Plasma Technology выпускает широкую гамму автоматизированных установок технологии микро- и наноэлектроники и поставляет его по всему миру Стоимость этого оборудования чрезвычайно высока

Цели и задачи работы

Целью настоящей работы является разработка комплекса принципиально нового, конкурентоспособного вакуумного автоматизированного электронно- и ионно-лучевого оборудования для технологической линейки по производству элементной базы нового поколения тепловизионных систем В комплекс входят

Специализированная установка вакуумного напыления (УВН), позволяющая в едином вакуумном цикле производить ионную и ионно-химическую очистку поверхности фотоприемных структур и КМОП схем без радиационных и температурных повреждений и наносить на них требуемые покрытия с высокой адгезией включающая в себя ионный источник, резистивную систему испарения и магнетронную систему напыления

Установка прецизионного ионно-лучевого травления (УИЛТ) полупроводниковых материалов, обеспечивающая высокую равномерность плотности ионного тока по всей поверхности пластины при достаточно низкой энергии ионов для прецизионного травления полупроводниковых структур через маску с целью точного обеспечения топологии

Компьютеризированная установка электронно-лучевой сварки (УЭЛС) для сварки (герметизации) корпусов матричных фотоприемников в вакууме Поставленная цель подразумевает решение следующих задач

- проведение анализа конструктивных решений и технологических возможностей отечественного и зарубежного электронно-лучевого и ионно-плазменного оборудования для технологии микрофотоэлектроники,

выбор оптимальных электронно-оптических решений для формирования электронных и ионных пучков методами математического моделирования, разработка систем измерения параметров электронных и ионных пучков,

- определение требуемых параметров систем электропитания,

разработка принципов автоматического управления технологическими процессами и реализация их в виде АСУ каждым типом установок, оценка оптимального давления в вакуумной камере, поиск оптимальных конструктивных решений вакуумной системы и системы газонапуска в установках ионно-лучевого травления и напыления для обеспечения жестких требований к параметрам ионного пучка,

- разработка конструкторской документации, изготовление, сборка и проведение технологических испытаний разработанного оборудования

В работе использован опыт, накопленный автором при участии в создании и внедрении в промышленность ионных источников «Ион-2», «Ион-

3», «Ион-4», «Ион-Ф», «Ион-П» и др, магнетронных распылителей «Магнетрон-2», магнетрон со встречно расположенными мишенями, а также разработанных в последние годы специализированных сварочных электроннолучевых установок по ТЗ заказчика Актуальность и практическая значимость

Новое поколение приборов фотоэлектроники для тепловидения, теплопеленгации, лазерной локации и связи в инфракрасной области спектра имеют в своей основе матричные фотоприемные устройства на основе твердых растворов теллуридов кадмия-ртути (КРТ) Развитие матричных фотоприемников идет в направлении уменьшения размеров фоточувствительных площадок, увеличения формата матиц до 1000x1000 или выше, снижения весогабаритных показателей, повышения рабочей температуры фокальных матриц Современная планарная технология малоразмерных фотоприемных устройств, учитывающая теплофизические и другие особенности материала КРТ, требует разработки специализированного технологического электронно-лучевого и ионно-плазменного оборудования Речь идет о прецизионном ионно-лучевом травлении, ионно-плазменном нанесении тонких пленок без радиационных и тепловых повреждений, герметизации корпусов методом электроннолучевой сварки Таким образом, тема диссертационной работы весьма актуальна и имеет большое практическое значение, что обусловлено тем обстоятельством, что в настоящее время в Российской федерации оборудование для технологии микрофотоэлектроники серийно не выпускается, а стоимость зарубежного оборудования чрезвычайно высока

Исключительно важным является также сохранение и развитие в России школы разработки электронно-лучевого и ионно-плазменного оборудования

Создание технологического оборудования доя технологии ИК микрофотоэлектроники является частью Федеральной программы «Критические технологии» и Президентской программы «Национальная технологическая база»

Научная новизна

Создан комплекс промышленного автоматизированного элионного оборудования для производства изделий микрофотоэлектроники на основе КРТ, в котором реализован ряд технических решений, обладающих научной новизной, позволивших повысить качество технологического процесса А именно

1 В установке вакуумного напыления (УВН) предложен и реализован единый вакуумный цикл магнетронного напыления тугоплавких материалов, в том числе молибдена, резистивного испарения материалов с низкой температурой плавления, в

том числе индия, травления полупроводниковых материалов, в том числе кремния и КРТ

2 Найдена эффективная ионно-оптическая система ионного источника с холодным катодом, позволяющая сформировать ионный пучок диаметром до 200 мм с неоднородностью плотности ионного тока не более 5% и энергией от 1кВ до ЗкВ, что позволяет осуществлять травление полупроводниковых материалов без радиационных повреждений

3 Проведено исследование влияния газовой среды и давления в камере ионного источника с холодным катодом на параметры формируемого ионного пучка По результатам исследования предложено конструктивное решение системы газонапуска, обеспечивающее формирование ионного пучка диаметром до 200 мм с неравномерностью плотности тока по сечению не более 5%

4 Разработана система обеспечения заданного теплового режима подложки при ионно-лучевом травлении КРТ

5 Разработаны методы и средства для контроля геометрических (профиля пучка) и энергетических параметров (определения разброса ионов по энергиям) ионных источников Созданные средства контроля позволяют установить однозначное соответствие между режимом работы ионного источника и параметрами пучка и могут бьггь использованы в системе автоматизации управления технологическим процессом

6 Разработан автоматизированный процесс вакуумно-плотной электронно-лучевой сварки корпусов фотоприемников

7 Разработана методология, аппаратные средства и программное обеспечение для автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) комплексной установки вакуумного напыления (УВН), установки ионно-лучевого травления (УИЛТ) и установки электронно-лучевой сварки (УЭЛС) АСУ ТП является двухуровневой системой и осуществляет контроль и управление технологическим процессом по всему технологическому циклу, начиная от откачки рабочей камеры и завершая остановкой по окончании обработки изделия Разработанная АСУ ТП предусматривает мониторинг основных рабочих характеристик установок в течение технологического цикла, что позволяет оперативно поддерживать заданный технологический режим и осуществлять регистрацию выхода параметров системы за установленные пределы Мониторинг решает задачи повышения экономичности, обеспечения ритмичности производства и оперативного выявления и устранения причин брака

На защиту выносится

а Комплекс автоматизированною специализированного элионного оборудования для производства изделий микрофотоэлектроники на основе КРТ, не имеющий аналогов в РФ с комплектом конструкторской и эксплуатационной документации По результатам Государственных сдаточных испытаний комплексу присвоена литера Ol, что свидетельствует о готовности разработанного оборудования к серийному выпуску

b Устройство, методы и результаты исследования геометрических и энергетических параметров ионных пучков большого диаметра (до 200мм), формируемых ионными источниками с холодным катодом,

с Ионно-оптическая система и конструктивное решение системы газонапуска ионного источника с холодным катодом, формирующего широкие низкоэнергетические пучки с высокой равномерностью плотности ионного тока

d Принципы построения и технические решения двухуровневых систем автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП) для следующих вакуумных технологических установок

установки вакуумного напыления, имеющей в своем составе вакуумную систему, ионный источник для очистки поверхности, магнетронный распылитель, устройство резистивного испарения, систему газонапуска,

- установки ионно-лучевого травления на базе ионного источника с холодным катодом,

автоматизированной электронно-лучевой установки для 1ерметизации корпусов фотоприемных устройств методом электронно-лучевой сварки по заданному контуру

Методы исследования

В работе использованы современные методы расчета и пакеты прикладных программ для численного моделирования функционирования электронно-оптических систем, а именно программы

для расчета электрических и магнитных полей методом конечных элементов,

- численного решения уравнений движения электронов и ионов в электрических и магнитных полях,

моделирования термоэмиссионных систем с катодом произвольной формы,

- расчета аберрационных свойств магнитных формирующих линз

Предложены и успешно опробованы экспериментальные методы определения

токовых характеристик и энергетического разброса ионов в ионных источниках

Для определения характеристик тонкопленочных структур, полученных с помощью разработанного оборудования, использованы методы растровой электронной

микроскопии Достоверность результатов исследований и принятых технических

решений подтверждена результатами государственных сдаточных и технологических испытаний всего комплекса разработанного оборудования

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах

Постоянно-действующий научно-технический семинар «Электровакуумная техника и технология», г Москва (1999г -2006г)

Y - YII Всероссийский семинары «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики», г Москва, 2001-2005Г г

XYII - XIX Международная научно-технические конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, г Москва 2002-2006г г

Основные результаты диссертации изложены в 15 печатных работах и двух изобретениях

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка из 65 наименований, 4 приложений, содержит 118 страниц основного текста и 92 иллюстрации

Личный вклад автора

Состоит в решении следующих задач

1 Постановка задачи для математического моделирования ионно-оптической системы ионного источника с холодным катодом и термоэмиссионной системы установки для электронно-лучевой сварки

2 Разработка конструкций электронно- ионно-оптических систем по результатам численного моделирования

3 Разработка методики и устройства для анализа геометрии и энергетического разброса ионных пучков и проведение исследований параметров ионных пучков

4 Разработка конструкции системы газонапуска установки УВН и УИЛТ, обеспечивающей максимальную однородность плотности тока по сечению ионного пучка

5 Разработка системы стабилизации и отвода тепла от подложки в установке ионного травления

6 Разработка принципов и технических решений АСУ ТП разработанного оборудования

7 Разработка датчика скорости напыления, на который получено авторское свидетельство ПМ №43959 от 30 06 2004 г

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность работы, излагаются цели и задачи работы, указывается научная новизна полученных результатов, их научно-практическая значимость, апробация работы, личный вклад автора

Первая глава посвящена анализу использования ионно-плазменных процессов в современной технологии изготовления полупроводниковых структур различного назначения Значительное внимание уделено специфике требований к параметрам ионно-лучевого оборудования в технологии производства фотоприемников, что объясняется спецификой используемых в микрофотоэлектронике материалов, например КРТ Дан обзор выпускаемого промышленностью вакуумного технологического электронно-лучевого и ионно-плазменного технологического оборудования Показано, что выпускаемое промышленностью технологическое оборудование для ионного травления и магнетронного напыления общего назначения не позволяют обеспечить соответствующие требованиям параметры фотоприемных устройств из-за возможного перегрева и радиационного повреждения обрабатываемых фоточувствительных структур Доказана необходимость разработки и сформулированы технические требования к специализированному вакуумному оборудованию для оснащения технологической линии по выпуску фотоприемных устройств на основе КРТ

Вторая глава диссертационной работы посвящена проблемам разработки ионных источников с холодным катодом, формирующих широкие низкоэнергетические ионные пучки с высокой однородностью плотности тока по сечению Неоднородность тока по сечению не должна превышать 5% при плотности ионного тока заданной условиями технологического процесса

Жестким требованиям, предъявляемым к параметрам ионного пучка, для осуществления травления полупроводниковых пластин в производстве изделий микрофотоэлектроники в наибольшей степени удовлетворяют источники ионов с холодным катодом в виде полого цилиндра В таких источниках возможно получение ионного пучка большого сечения с высокой равномерностью и достаточно малым углом расходимости за счет мультиплицирования разрядных ячеек Приводится

описание разработанного автором ионного источника, в котором высокая равномерность достигается за счет большого числа одинаковых разрядных ячеек с оптимальной геометрией и специальной системой подачи газа Для формирования ионного пучка диаметром 100мм используются 37 разрядных промежутков, а для формирования равномерного ионного пучка диаметром 200мм их требуется уже 139

Геометрические параметры электродов системы - диаметр канала, толщина анодного электрода, расстояние катод-анод определялись методом компьютерного моделирования электрического и магнитного полей, а также траекторий движения заряженных частиц в этих полях таким образом, чтобы обеспечить необходимый объем зоны ионизации, циклический характер движения электронов в ней и заданную энергию ионов

Представлена конструкция системы газонапуска, которая обеспечивает равномерное давление газа в области ионизации, что необходимо для достижения требуемой равномерности плотности ионного тока по сечению пучка вплоть до диаметра 200мм

По результатам исследований разработана конструкторская документация, изготовлены и собраны ионные источники с холодным катодом, обеспечивающие следующие параметры ионного пучка

Диаметр ионного пучка не менее, мм 100, 200

Плотность ионного тока, мА/см2 0,1-1,2

Ускоряющее напряжение ионного источника, кВ 1-3

Неоднородность ионного тока по площади, % не более ± 5

Внешний вид и габаритные размеры ионного источника представлены на

рис 1

Для экспериментальной проверки параметров генерируемого ионного пучка разработано, изготовлено и испытано устройство для точного измерения профиля ионного пучка с контролем величины плотности тока по всему сечению пучка Устройство состоит из набора последоватетьно опрашиваемых точечных датчиков, электрический сигнал с которых подается на экран монитора Точность измерений значительно превышает уровень допустимой неравномерности плотности тока

Принципиально важной для соблюдения требований технологии является разработанная в рамках диссертационной работы система контроля

энергетических характеристик сформированного ионного пучка

Разработанные метрологические устройства необходимы как при проектировании ионных источников технологического назначения, так и при отработке технологического процесса, а также в качестве управляющих элементов для системы автоматического управления режимом работы ионного источника

340

Рис 1 Внешний вид ионного источника

Третья глава содержит результаты разработки комплексной вакуумной установки для технологической линейки изготовления матричных фоточувствительных структур на КРТ Она представляет собой специализированную автоматизированную

ионно-плазменную установку напыления, позволяющую в едином вакуумном цикле производить ионную и ионно-химическую очистку поверхности фотоприемных структур без радиационных и температурных повреждений Установка состоит из вакуумной системы с диффузионным насосом, источника ионов, формирующего ионный пучок диаметром 100мм для очистки подложек перед напылением, магнетронного распылителя и резистивного испарителя, а также подложкодержателя с термостабилизацией, кварцевого измерителя толщины пленок, двухканальной системы подачи газа, измерителя скорости осаждения при резистивном испарении и системы компьютерного управления

Создание этой установки связано с решением ряда технических и конструктивных задач

Рис 2 Блок-схема установки вакуумного напыления

Применение специально разработанных ионного источника и магнетронного распылителя позволяет обеспечить низкотемпературный режим формирования

микроструктур и нанесения покрытий для изготовления матричных фоточувствительных структур на КРТ

Установка оснащена кварцевым датчиком контроля толщины осаждения тонкопленочных слоев на подложке и датчиком скорости осаждения покрытия резистивным испарителем Блок-схема установки вакуумного напыления представлена на рис 2 Оригинальная двухканальная система напуска газа обеспечивает автономную работу каналов регулирования газов

В вакуумной камере установлен резистивный испаритель, который позволяет наносить пленки диэлектриков и металлов, в том числе тугоплавких, с температурой испарения до 2000°С Расчетным путем определено расположение испарителя относительно подложки, а также рабочее давление в камере, при котором равномерность распределения толщины пленки по подложке не превышает ±5 %

Установка оснащена автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП), которая осуществляет управление технологическим процессом, начиная с откачки рабочей камеры и завершая остановкой рабочего цикла по окончании технологической обработки изделия Принципы построения АСУ ТП УВН подробно рассмотрены в 6 главе

Четвертая глава посвящена разработке установки ионно-лучевого травления полупроводниковых материалов при изготовлении матричных ФПУ

Ионно-лучевое травление является наиболее перспективным методом переноса изображения в рабочие слои при формообразовании топологических структур изделий микрофотоэлектроники Достоинством метода является высокое разрешение и анизотропия при минимальном количестве загрязнений Преимущества этого метода позволяют обеспечить хорошую равномерность обработки, получение вертикального профиля элементов и точный перенос формы и размера элементов, сформированных фотолитографическим методом Контроль состояния остаточной среды в рабочей камере позволяет обеспечить высокую воспроизводимость скорости травления

Функционально основным элементом установки является ионный источник с холодным катодом, разработанный в рамках настоящей работы и описанный подробно во второй главе Разработанная на базе этого источника установка ионно-лучевого травления обеспечивает следующие технические параметры

Диаметр ионного пучка в рабочей зоне, не менее, мм 150

Плотность ионного тока, мА/см2 0,1-1,0

Ускоряющее напряжение ионного источника, кВ 1-3

Неоднородность ионного пучка в рабочей зоне, не более, % ±5

Количество каналов подачи газов (кислород, аргон, и др ) 4

Точность поддержания давления рабочих газов в камере, % 5

Предельное остаточное давление в камере, не хуже, мм рт ст 5 10 6

Установка оснащена автоматизированной системой управления технологическим процессом, которая управляет вакуумной системой, системой газанапуска, системой электропитания ионного источника, осуществляет контроль и стабилизацию температуры подложки Блок схема установки в целом представлена на рис 3

Блок охла*дения И КОНТРОЛЯ температуры

Автоматизиоойонноя система -управления

остановкой

Рис 3 Блок схема установки прецизионного ионно-лучевого травления

Принципы построения и реализация системы автоматического управления освещены в главе 6

Разработана техническая документация, установка изготовлена, проведены технологические испытания Исследование результатов травления пленок в растровом электронном микроскопе показали высокое качество травления Установка сдана государственной комиссии и ей присвоена литера 01

Глава пятая посвящена разработке установки электронно-лучевой сварки (герметизации) вакуумных корпусов матричных фотоприемных устройств Для герметизации корпусов матричных фотоприемников электронно-лучевая сварка является наиболее предпочтительной т к сварка осуществляется в вакууме Кроме того, электронно-лучевая сварка имеет ряд других неоспоримых достоинств, а именно

высокую производительность, возможность высокой степени автоматизации, механическую прочность сварных соединений и ряд других В настоящее время оборудование для эчектронно-лучевой сварки в России серийно не выпускается, а разработанный ранее параметрический ряд агрегатов для электронно-лучевой сварки не соответствует по мощности и геометрическим характеристикам электронного пучка для сварки тонкостенных цилиндрических корпусов В связи с этим возникла необходимость разработки специализированной современной автоматизированной установки электронно-лучевой сварки (УЭЛС) для герметизации корпусов фотоприемных устройств УЭЛС имеет следующие технические характеристики

Предельное остаточное давление в камере, не хуже, мм рт ст 5 10"6

Ускоряющее напряжение, кВ от 30 до 50

Ток электронного пучка, мА от 0 до 20

Минимальный диаметр электронного пучка не более, мм 0,3

Перемещение координатного стола по координате X, мм от 0 до 140 Внутрикамерная оснастка обеспечивает вращение

корпу сов со скоростью, об/мин от 0 до 15

Установка электронно-лучевой сварки корпусов фотоприемников состоит из вакуумной системы с диффузионным насосом, электронно-оптической системы, включающей в себя термоэмиссионную электронную пушку, формирующую линзу, отклоняющую и юстирующие системы, внутрикамерной оснастки, системы электропитания и системы автоматического компьютерного управления Блок-схема установки электронно-лучевой сварки представлена на рис 4

Основу электронно-лучевой установки составляет электронно-оптическая система (ЭОС), формирующая электронный пучок с заданными энергетическими и геометрическими характеристиками Наиболее ответственным элементом этой системы является термоэмиссионная система (электронная пушка) Исходя из назначения и требований к геометрии пучка, оптимальной является трехэлектродная пушка, состоящая из плоского прямонакального катода из вольфрамовой ленты, управляющего электрода (электрода Венельта) и анода Геометрия и взаимоположение элементов пушки должны обеспечить высокую удельную мощность и малый размер электронного пучка

Рис 4 Блок схема установки электронно-лучевой сварки Эта оптимизационная задача решена методом компьютерного моделирования формирования электронного пучка с учетом влияния пространственного заряда Программное обеспечение для моделирования термоэмиссионных систем разработано

и оттестировано в НПО «Орион» В состав ЭОС входит также формирующая линза, отклоняющая и юстирующая электромагнитные системы

Рассчитанная эмиссионная система для сварочной электронно-лучевой установки формирует пучок электронов мощностью до 1кВт при ускоряющем напряжении 50 кВ Потенциал запирания - 1000В При потенциале управляющего электрода 200-3 00В ток пучка составляет 10-20мА Диаметр пучка в плоскости обработки составляет 0,2мм Плотность мощности в пучке при этом достаточна для сварки корпусов фотоприемников из комбинации различных металлов (например, ковара и меди) с толщиной стенки до 0,1мм, при этом удается осуществлять герметичную сварку корпуса с фотоприемником внутри, без повреждения последнего

Принципиальным отличием электронно-лучевой установки для герметизации корпусов МФПУ от предыдущих разработок является создание нового высоковольтного источника питания инверторного типа с преобразованием на частоте 44 кГц Применение промежуточной повышенной частоты позволило резко уменьшить массу, габариты высоковольтного трансформаторно-выпрямительного блока и успешно решить проблемы пробоя при ускоряющем напряжении 50 кВ Новые схемотехнические решения заложены также в источник задающий напряжение смещения на управляющем электроде и питание накала катода

Для перемещения детали в вакуумной камере под электронным пучком разработан привод на базе шаговых двигателеи ДШИ-200 Установка электроннолучевой сварки корпусов фотоприемников оснащена системой автоматического управления на базе промышленного компьютера ROBO 2000

Разработана конструкторская документация, установка изготовлена, проведены технологические испытания Разработке присвоена литера OI

Шестая глава посвящена вопросам автоматизации вакуумного технологического оборудования В ней рассмотрены как общие принципы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), так и конкретные технические решения АСУ ТП технологического оборудования представ тенного в настоящей работе

АСУ ТП предусматривает автоматизированный контроль и мониторинг технологических параметров вакуумного оборудования, как обеспечение непрерывного контроля качества

Как объект управления комплекс вакуумного технологического оборудования любого типа подразделяется на две подсистемы

1 Вакуумная система - вакуумная камера, средства откачки и контроль вакуума в критических точках

2 Рабочие органы технологического оборудования — ионные источники, магнетроны, системы газонапуска, энергоблок электронно-лучевой установки

Для эффективного управления система автоматического управления технологическим оборудованием функционально разделяется на систему сбора и хранения информации о режимах работы подсистем и собственно систему управления рабочими органами Такая схема позволяет не только управлять технологическим процессом, но и паспортизировать его

Системы откачки могут отличаться друг от друга, как откачными средствами, так и типами запорной арматуры и измерителями вакуума, однако во всех схемах предусматривается трехступенчатая откачка с переходом от одной ступени откачки к другой по сигналу датчика вакуума Эффективность управления системой откачки существенным образом определяется используемой запорной арматурой (вакуумные клапана, затворы) измерителями вакуума и откачными системами

Для обеспечения стабильности работы вакуумного технологического оборудования, необходимо, чтобы производительность откачной системы в несколько раз превышала газовую нагрузку создаваемую технологическим процессом

Алгоритмы управления вакуумной системой и системой откачки обязательно предусматривают блокировку аварийных состояний вакуумной системы при переключении (при переходе откачной системы от одного состояния к другому) Разработаны схемы блокировки для основных типов вакуумных систем технологического оборудования

Для управления вакуумной системой используется микроконтроллер, причем для управления системой сигнал снимается с блокировочных выходов вакуумметров, а для системы сбора информации о вакууме, сигналы снимаются с аналоговых выходов вакуумметров Тем самым реализуется принцип разделения цепей сбора информации и исполнительной системы Выход из строя датчика измерения вакуума, используемого в блокировочной и измерительной системе, будет сразу «вычислен» и не произойдет неопределенное аварийное состояние

Основу автоматизированной системы управления технологическим процессом составляет промышленный компьютер с процессором "Intel Pentium" аналоговыми и цифровыми входами и выходами и специальной средой программирования Схемы систем автоматического управления разработанного оборудования представлены на рис 5,6,7

лсу тп

Пл льт й1прай ления

ТУ

ТУ

ТУ

ТУ

ТУ

ТУ

ут

ТУ

Контооолев •зпвовления иока^мом

Вакааммртры

Каитоо/1лео

« П Р ОВ/" Н И?"

ИОМЫ^И истоиНИКОМ

Контроллер т еипеоалась ПОДЛОЖКИ

Контволлер привода стола

<омтролпе магнет-РОННОГО РОСГЫЛИТ9/1Я

<омтроллее резис-7ИБНОГО испарит»ле

УТ

^поовлени^м напзска газа

Рис 5 АСУ установки вакуумного напыления

АСУ ТП

ТУ

ТУ

ТУ

Кон-гроулер апраал^ния ьакуумом

Вакуумметры

ТУ

Контро/^РР апсзаБления

ионным источникам

Контооллро охлаждения подложки

Контроллер упровлрнирм напуска газа

Рис 6 АСУ установки ионного травления

АСУ тп

ТУ

УТ

~Т

ТУ

ТУ

У2.

ТУ

УТ

ГУ"

КОНТСОЛЛР0

вправления вакуаном

Вакаампетры

элек тоонно-лачевой Пй)УКИ

Блок с опрятен с да палевого положения стола и диагностика

пуика

Блок сопряжения с латииками

пере-мешении

Блок »правления приводом стола и оснастки

"ТУ"

Рис 7 АСУ установки электронно-лучевой сварки

Выходные аналоговые сигналы управляют технологическими источниками в зависимости от установленного режима Работа технологических источников (ионный источник, магнетрон и т д) индицируется на соответствующих вкладках диалогового меню на мониторе

Автоматизированный контроль параметров вакуумного технологического оборудования позволяет контролировать ход технологического процесса, как при массовом производстве, так и при отработке технологии

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы

Общие выводы

1 Дан анализ современного уровня и тенденций развития электронно- и ионно-лучевого оборудования в интересах решения технологических задач микроэлектроники, показана необходимость разработки специализированного вакуумного технологического оборудования для технологии производства изделий микрофотоэлектроники

2 Разработан комплекс автоматизированного специализированного элионного оборудования для производства изделий микрофотоэлектроники на основе КРТ, состоящий из установки вакуумного напыления, оснащенной ионным источником, установки ионно-лучевого травления и электронно-лучевой установки для заварки корпусов фотоприемников

3 Разработаны низкоэнергетические ионные источники с холодным катодом, позволяющие сформировать ионный пучок диаметром до 200мм с неравномерностью плотности ионного тока более 5% по сечению пучка Разработаны методы и средства для контроля геометрических (профиля пучка) и энергетических параметров (определения разброса ионов по энергиям) ионных источников технологического назначения

4 Разработаны принципы проектирования систем газанапуска для технологических ионных источников с холодным катодом

5 Разработана методология, аппаратные средства и программное обеспечение для компьютерного управления технологическими процессами (АСУ ТП) комплексной установки вакуумного напыления (УВН), установки ионно-лучевого травления (УИЛТ) и установки электронно-лучевой сварки (УЭЛС)

6 На основе проведенной работы реализована конструкторская документация на создание опытных образцов комплекса вакуумного оборудования Оборудование изготовлено, проведены сдаточные и технологические испытания, которые показали полное соответствие техническим требованиям необходимым для технологии производства изделий микрофотоэлектроники Разработанному оборудованию присвоена литера 01

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1 АН Козлов, В Д Смольянинов, А П Еремин, А М Филачев Влияние газовой среды на работу ионных источников с холодным катодом //Труды постоянно-действующего научно-технического семинара «Электровакуумная техника и технология», 2003 г Том 2, С 137-142

2 АН Козлов, В Д Смольянинов, А П Еремин, А М Филачев Использование ионных источников с широким пучком для решения задач микрофотоэлекгроники //Прикладная физика, 2004 г, №3, С 47-52

3 АН Козлов, В Д Смольянинов, А П Еремин, А М Филачев Устройство контроля профиля пучка заряженных частиц //Прикладная физика, 2002г, №3 С 100-104

4 АН Козлов, В Д Смольянинов, АП Еремин, АМ Филачев Система контроля энергетического спектра ионных пучков //Прикладная физика, 2002г, №3 С 105-109

5 АН Козлов, В Д Смольянинов, А П Еремин, А Г Уваев, А М Филачев Электронно-ионно-плазменное оборудование для изготовления изделий микрофотоэлекгроники и точного машиностроения //Прикладная физика, 2004г, №1 С 77-85

6 АН Козлов, И С Гайдукова, А Г Уваев, А В Щербаков, А М Филачев Вакуумное технологическое оборудование для производства изделий микрофотоэлекгроники //Прикладная физика, 2006г, №3 С 32-37

7 АН Козлов, А И Зайцев, А Е Даниловский, А М Филачев Особенности выбора ионных источников с холодным катодом для точной ионно-лучевой обработки полупроводниковых структур //Прикладная физика, 2006г, №3 С 45-48

8 АН Козлов, Д Э Гринфельд, А В Щербаков, А М Филачев Автоматизированный контроль технологических параметров вакуумного оборудования как обеспечение непрерывного контроля качества //Прикладная физика, 2006г , №3 С 38-45

9 AN Kozlov, VD Smoljaninov, A P Eremin, AM Filachev A device for controlling a charged particle beam structure //Proceedings of SPIE, 2003, v 5025, p 75-78

10 AN Kozlov, D Greenfield, A V Scherbakov, AM Filachev Automated control of technological parameters of vacuum equipment to guarantee unbreakable quality check //Proceedings of SPIE, 2006, v 6278, p 62780 C-l - 62780 C-7

11 А N Kozlov, AI Zaitsev, A E Danilovskiy, A M Filachev Design of cold-cathode ion sources for precise electron-beam processing of the semiconductor structures //Proceedings of SPIE, 2006, v 6278, p 62780 B-l - 62780 B-4

12 AN Kozlov, IS Gaidoukova, AG Uvaev, AV Scherbakov, AM Filachev Vacuum technological equipment for microphotoelectromc production //Proceedings of SPIE, 2006, v 6278, p 62780 A-l - 62780 A-5

13 AN Kozlov, VD Smoljaninov, A P Eremin, AM Filachev The ion-beam energy spectrum monitoring system //Proceedings of SPIE, 2003, v 5398, p 98-102

14 A H Козлов, В Д Смольянинов, А П Еремин, А М Филачев Устройство контроля профиля пучка заряженных частиц //Труды постоянно-действующего научно-технического семинара «Электровакуумная техника и технология», 2003 г Том 2, С 130-133

15 АН Козлов, В Д Смольянинов, А П Еремин, AM Филачев Система контроля энергетического спектра ионных пучков //Труды постоянно-действующего научно-технического семинара «Электровакуумная техника и технология», 2003 г Том 2, С 134-136

16 Авторское свидетельство «Устройство для измерения толщины напыляемых на подложку проводящих пленок» ПМ №43959 от 30 06 2004 г

17 Патент на полезную модель «Ионный источник» №57511 от 5 06 2006 г

Подписано в печать 17 04 2007 Формат 60x84 1/16

Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ л 1,16 Уел кр-отт 4,64 Уч-изд л 1,25 Тираж 100 экз Заказ 336

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)" 119454, Москва, пр Вернадского, 78

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Низкоэнергетические ионные источники в технологии микрофотоэлектроники.

ГЛАВА 2. Принципы проектирования ионных источников с холодным катодом для технологии микрофотоэлектроники.

2.1. Компьютерное моделирование ионно-оптической системы.

2.2. Система газонапуска.

2.3. Методы и устройства для определения параметров ионных пучков

2.3.1. Матричный датчик плотности ионного тока.

2.3.2. Система контроля энергетического спектра ионных пучков.

ГЛАВА 3. Комплексная установка вакуумного напыления (УВН).

3.1. Технические решения и конструктивные особенности установки напыления.

3.1.1. Магнетронная система напыления.

3.1.2. Резистивный испаритель.

3.1.3. Система ионно-лучевого травления.

3.1.4. Внутрикамерная технологическая оснастка.

3.1.5. Система газонапуска.

3.1.6. Автоматизированная система управления технологическим процессом УВН.

ГЛАВА 4. Установка ионно-лучевого травления (УИЛТ).

4.1. Описание конструкции установки ионного травления.

4.1.1. Внутрикамерная оснастка и подложкодержатель.

4.1.2. Система газонапуска.

4.1.3. Автоматизированная система управления технологическим процессом УИЛТ.

4.2. Отработка технологических процессов.

ГЛАВА 5. Установка электронно-лучевой сварки (герметизации) вакуумных корпусов МФПУ (УЭЛС).

5.1. Проектирование электронно-оптической системы ЭЛУ.

5.2. Выбор материалов внутрикамерной оснастки.

5.3. Расчет защиты персонала, обслуживающего электронно-лучевую установку от воздействия рентгеновского излучения.

5.4. Описание конструкции установки электронно-лучевой сварки.

5.4.1. Электронно-оптическая колонна.

5.4.2. Блок электрического питания ЭЛУ.

5.4.3. Автоматизированная система управления.

ГЛАВА 6. Автоматизированный контроль технологических параметров вакуумного оборудования, как обеспечение непрерывного контроля качества.

Для производства современных фотоприемных устройств, требуется комплекс достаточно сложного технологического оборудования. Этот комплекс, включает в себя установки для выращивания монокристаллов кремния, теллурида кадмия-ртути, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов, для механической и химической обработки с целью получения полупроводниковых пластин - исходного продукта для производства фотоприемников. В технологической цепочке имеются также установки эпитаксиального выращивания. Завершает этот комплекс большая группа электоронно-лучевого и ионно-плазменного технологического оборудования включающая в себя установки ионной имплантации для внедрения примесей, установки плазменного и ионно-лучевого напыления, травления и формирования профильной структуры, различное литографическое оборудование и установки электронно-лучевой микросварки для решения задачи герметизации корпусов и присоединения микроконтактов.

Настоящая работа посвящена разработке комплекса специализированного электронно-лучевого и ионно-плазменного оборудования для современной планарной технологии производства малоразмерных фотодиодов (аналогичной кремниевой) учитывающего особенности материала КРТ. Комплекс состоит из установки вакуумного напыления (УВН), установки прецизионного ионно-лучевого травления (УИЛТ), установки электронно-лучевой микросварки (УЭЛС).

Создание современного элионного (электронно- и ионно-лучевого) технологического оборудования связано с решением целого ряда научных и технических задач таких, как оптимизация электронно-оптических элементов и систем для формирования электронных и ионных пучков с требуемыми геометрическими и энергетическими параметрами, решение проблемы электрической прочности конструкций, модернизация и разработка новых систем электропитания с требуемой стабильностью и надежностью, разработка современных систем газонапуска и вакуумных систем. Принципиально важным требованием ко всему комплексу технологического оборудования для производства фотоприемных устройств является высокая степень автоматизации процессов контроля технологического процесса.

В настоящее время оборудование этого класса в Российской федерации не выпускается даже мелко серийно. Однако зарубежные фирмы, например, одна из ведущих компаний в плазменных и ионно-лучевых технологиях для сухого травления и нанесения пленок Oxford Plasma Technology выпускает широкую гамму автоматизированных установок технологии микро- и наноэлектроники и поставляет его по всему миру. Стоимость этого оборудования чрезвычайно высока.

Цели и задачи работы

Целью настоящей работы является разработка комплекса принципиально нового, конкурентоспособного вакуумного автоматизированного электронно- и ионно-лучевого оборудования для технологической линейки по производству элементной базы нового поколения тепловизионных систем. В комплекс входят:

Специализированная установка вакуумного напыления (УВН), позволяющая в едином вакуумном цикле производить ионную и ионно-химическую очистку поверхности фотоприемных структур и КМОП схем без радиационных и температурных повреждений и наносить на них требуемые покрытия с высокой адгезией включающая в себя ионный источник, резистивную систему испарения и магнетронную систему напыления.

Установка прецизионного ионно-лучевого травления (УИЛТ) полупроводниковых материалов, обеспечивающая высокую равномерность плотности ионного тока по всей поверхности пластины при достаточно низкой энергии ионов для прецизионного травления полупроводниковых структур через маску с целью точного обеспечения топологии.

Компьютеризированная установка электронно-лучевой сварки (УЭЛС) для сварки (герметизации) корпусов матричных фотоприемников в вакууме. Поставленная цель подразумевает решение следующих задач:

- проведение анализа конструктивных решений и технологических возможностей отечественного и зарубежного оборудования электронно-лучевого и ионно-плазменного оборудования для технологии микрофотоэлектроники;

- выбор оптимальных электронно-оптических решений для формирования электронных и ионных пучков методами математического моделирования;

- разработка систем измерения параметров электронных и ионных пучков,

- определение требуемых параметров систем электропитания; разработка принципов автоматического управления технологическими процессами и реализация их в виде АСУ каждым типом установок;

- оценка оптимального давления в вакуумной камере, поиск оптимальных конструктивных решений вакуумной системы и системы газонапуска в установках ионно-лучевого травления и напыления для обеспечения жестких требований к параметрам ионного пучка; - разработка конструкторской документации, изготовление, сборка и проведение технологических испытаний разработанного оборудования.

В работе использован опыт, накопленный автором при участии в создании и внедрении в промышленность ионных источников «Ион-2», «Ион-3», «Ион-4», «Ион-Ф», «Ион-П» и др., магнетронных распылителей «Магнетрон-2», магнетрон со встречно расположенными мишенями, а также разработанных в последние годы специализированных сварочных электронно-лучевых установок по ТЗ заказчика

Актуальность и практическая значимость

Новое поколение приборов фотоэлектроники для тепловидения, теплопеленгации, лазерной локации и связи в инфракрасной области спектра имеют в своей основе матричные фотоприемные устройства на основе твердых растворов теллуридов кадмия-ртути (КРТ). Развитие матричных фотоприемников идет в направлении уменьшения размеров фоточувствительных площадок, увеличения формата матиц до 1000x1000 или выше, снижения весогабаритных показателей, повышения рабочей температуры фокальных матриц. Современная планарная технология малоразмерных фотоприемных устройств, аналогичная кремниевой, учитывающая теплофизические и другие особенности материала КРТ, требует разработки специализированного технологического электронно-лучевого и ионно-плазменного оборудования. Речь идет о прецизионном ионно-лучевом травлении, ионно-плазменном нанесении тонких пленок без радиационных и тепловых повреждений, герметизации корпусов методом электронно-лучевой сварки. Таким образом, тема диссертационной работы весьма актуальна и имеет большое практическое значение, что обусловлено тем обстоятельством, что в настоящее время в Российской федерации оборудование для технологии микрофотоэлектроники серийно не выпускается, а стоимость зарубежного оборудования чрезвычайно высока.

Исключительно важным является также сохранение и развитие в России школы разработки электронно-лучевого и ионно-плазменного оборудования.

Создание технологического оборудования для технологии ИК микрофотоэлектроники является частью Федеральной программы «Критические технологии» и Президентской программы «Национальная технологическая база».

Научная новизна

Создан комплекс промышленного автоматизированного элионного оборудования для производства изделий микрофотоэлектроники на основе КРТ, в котором реализован ряд технических решений, обладающих научной новизной, позволивших повысить качество технологического процесса. А именно:

1. В установке вакуумного напыления (УВН) предложен и реализован единый вакуумный цикл магнетронного напыления тугоплавких материалов, в том числе молибдена; резистивного испарения материалов с низкой температурой плавления, в том числе индия; травления полупроводниковых материалов, в том числе кремния и КРТ.

2. Разработана система поддержания заданной скорости напыления индия.

3. Найдена эффективная ионно-оптическая система ионного источника с холодным катодом, позволяющая сформировать ионный пучок диаметром до 200 мм с неоднородностью плотности ионного тока не более 5% и энергией от 1кВ до ЗкВ, что позволяет осуществлять травление полупроводниковых материалов без радиационных повреждений.

4. Проведено исследование влияния газовой среды и давления в камере ионного источника с холодным катодом на параметры формируемого ионного пучка. По результатам исследования предложено конструктивное решение системы газонапуска, обеспечивающее формирование ионного пучка диаметром до 200 мм с неравномерностью плотности тока по сечению не более 5%.

5. Разработана система обеспечения заданного теплового режима подложки при ионно-лучевом травлении КРТ.

6. Разработаны методы и средства для контроля геометрических (профиля пучка) и энергетических параметров (определения разброса ионов по энергиям) ионных источников. Созданные средства контроля позволяют установить однозначное соответствие между режимом работы ионного источника и параметрами пучка и могут быть использованы в системе автоматизации управления технологическим процессом.

7. Разработан автоматизированный процесс вакуумно-плотной электронно-лучевой сварки корпусов фотоприемников.

8. Разработана методология, аппаратные средства и программное обеспечение для автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) комплексной установки вакуумного напыления (УВН), установки ионно-лучевого травления (УИЛТ) и установки электронно-лучевой сварки (УЭЛС). АСУ ТП является двухуровневой системой и осуществляет контроль и управление технологическим процессом по всему технологическому циклу, начиная от откачки рабочей камеры и завершая остановкой по окончании обработки изделия. Разработанная АСУ ТП предусматривает мониторинг основных рабочих характеристик оборудования в течение технологического цикла, что позволяет оперативно поддерживать заданный технологический режим и осуществлять регистрацию выхода параметров системы за установленные пределы. Мониторинг решает задачи повышения экономичности, обеспечения ритмичности производства и скорейшего выявления и устранения причин брака.

На защиту выносится: a. Комплекс автоматизированного специализированного элионного оборудования для производства изделий микрофотоэлектроники на основе КРТ, не имеющий аналогов в РФ с комплектом конструкторской и эксплуатационной документации. По результатом Государственных сдаточных испытаний комплексу присвоена литера 01, что свидетельствует о готовности разработанного оборудования к серийному выпуску. b. Устройство, методы и результаты исследования геометрических и энергетических параметров ионных пучков большого диаметра (до 200мм), формируемых ионными источниками с холодным катодом; c. Ионно-оптическая система и конструктивное решение системы газонапуска ионного источника с холодным катодом, формирующего широкие низкоэнергетические пучки с высокой равномерностью плотности ионного тока. d. Принципы построения и технические решения двухуровневых систем автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП) для следующих вакуумных технологических установок:

- установки вакуумного напыления, имеющей в своем составе, ионный источник для очистки поверхности, магнетронный распылитель, устройство резистивного испарения, систему газонапуска, систему перемещения подложки;

- установки ионно-лучевого травления на базе ионного источника с холодным катодом;

- автоматизированной электронно-лучевой установки для герметизации корпусов фотоприемных устройств методом электронно-лучевой сварки по заданному контуру. g

Методы исследования.

В работе использованы современные методы расчета и пакеты прикладных программ для численного моделирования функционирования электронно-оптических систем, а именно программы

- для расчета электрических и магнитных полей методом конечных элементов,

- численного решения уравнений движения электронов и ионов в электрических и магнитных полях, моделирования термоэмиссионных систем с катодом произвольной формы, расчета аберрационных свойств магнитных формирующих линз. Предложены и успешно опробованы экспериментальные методы определения токовых характеристик и энергетического разброса ионов в ионных источниках.

Для определения характеристик тонкопленочных структур, полученных с помощью разработанного оборудования, использованы методы растровой электронной микроскопии.

Достоверность результатов исследований и принятых технических решений подтверждена результатами государственных сдаточных и технологических испытаний всего комплекса разработанного оборудования.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

Постоянно-действующий научно-технический семинар «Электровакуумная техника и технология», г. Москва (1999 г. - 2006 г.)

Y - YII Всероссийский семинары «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики», г. Москва, 2001-2005г.г.

XYII - XIX Международные научно-технические конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, г. Москва 2002-2006г.г.

Основные результаты диссертации изложены в 15 печатных работах.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка из 65 наименований, 4 приложений, содержит 118 страниц основного текста и 92 иллюстрации.

Выводы:

Автоматизированная система управления с мониторингом параметров техпроцесса позволяет гарантировать качество, как при опытном производстве, так и при серийном выпуске. Это особенно актуально при выпуске дорогостоящих приборов микрофотоэлектроники.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая работа посвящена разработке комплекса специального автоматизированного ионно-плазменного и электронно-лучевого оборудования для технологической линейки пор выпуску малоразмерных изделий микрофотоэлектроники на основе КРТ. Здесь мы остановимся на наиболее важных результатах, полученных при проведении данной работы:

1. Ионно-лучевое травление квазипараллельным низкоэнергетическим ионным пучком является одним из актуальных технологических процессов в технологии производства широкоформатных фотоэлементов на основе КРТ. В работе предложены методы расчета и проектирования прецизионных ионных источников, формирующих низкоэнергетические ионные пучки. Найдена эффективная ионно-оптическая система разрядных ячеек мультиплицированного ионного источника с холодным катодом, позволяющая сформировать ионный пучок диаметром до 200 мм с неоднородностью плотности ионного тока не более 5% и энергией от 1кВ до ЗкВ, что обеспечивает травление полупроводниковых материалов без радиационных повреждений.

2. На базе разработанных ионных источников с холодным катодом создана установка ионного травления со стабилизацией температуры подложки на уровне, обеспечивающем сохранение физических и структурных характеристик материалов фотоприемников.

3. Проведено исследование влияния давления в камере ионного источника с холодным катодом на параметры формируемого ионного пучка. По результатам исследования предложено конструктивное решение системы газонапуска, обеспечивающее формирование ионного пучка диаметром до 200 мм с неравномерностью плотности тока по сечению не более 5%.

4. Разработаны методы и средства для контроля геометрических (профиля пучка) и энергетических параметров (определения разброса ионов по энергиям) ионных источников. Созданные средства контроля позволяют установить однозначное соответствие между режимом работы ионного источника и параметрами пучка и могут быть использованы в системе автоматизации управления технологическим процессом.

5. Разработана, изготовлена и внедрена в производство комплексная установка напыления на основе магнетронного распылителя и резистивного испарителя, оснащенная ионным источником для предварительной очистки поверхности перед напылением. В установке вакуумного напыления (УВН) предложен и реализован единый вакуумный цикл магнетронного напыления тугоплавких материалов, в том числе молибдена; резистивного испарения материалов с низкой температурой плавления, в том числе индия; травления полупроводниковых материалов, в том числе кремния и КРТ. Установка позволяет с высокой степенью адгезии наносить покрытие в том числе из тугоплавких материалов в качестве подслоя при формировании индиевых контактов для стыковки матрицы фотоэлементов с мультиплексором. Установка оснащена датчиком скорости напыления индия, позволяющим контролировать технологический процесс формирования индиевых столбиков и обеспечивать воспроизводимость заданных характеристик. Подложкодержатель установки напыления обеспечивает заданную температуру подложки в процессе напыления.

6. Разработана, изготовлена и внедрена в производство установка вакуумно-плотной электронно-лучевой микросварки для герметизации корпусов фотоприемников.

7. Разработана методология, аппаратные средства и программное обеспечение для автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) комплексной установки вакуумного напыления (УВН), установки ионно-лучевого травления (УИЛТ) и установки электронно-лучевой сварки (УЭЛС). АСУ ТП является двухуровневой системой и осуществляет контроль и управление технологическим процессом по всему технологическому циклу, начиная от откачки рабочей камеры и завершая остановкой по окончании обработки изделия. Разработанная АСУ ТП предусматривает мониторинг основных рабочих характеристик оборудования в течение технологического цикла, что позволяет оперативно поддерживать заданный технологический режим и осуществлять регистрацию выхода параметров системы за установленные пределы. Мониторинг решает задачи повышения экономичности, обеспечения ритмичности производства и скорейшего выявления и устранения причин брака.

1. J.Piotrowski, A. Rogalski. Sensors Actuators, A 67,146 (1998)

2. M.V. Blackman, M.D. Jenner US Pat 4.321.615 (1982)

3. M.C. Никитин, K.P. Павлов. Полупроводники с узкой запрещенной зоной и их применение.// Матер. VI ес.симп. (Львов, 1983) С. 136

4. Ю.П. Маишев. Ионные и ионно-плазменные системы и пути их развития для задач микроэлектроники // Микроэлектроника, 1977. Т. 3, № 2, С. 31 42

5. H.R. Kaufman. Technology of ion beam sources in sputtering// J. Vac. Sci. Technol., Vol. 15, №2,1979, P. 272-276

6. Walter R. Sobie. Ion Beam Technology for thin film applications.// Vacuum & Tin Film, April 1999, P. 36-40

7. J.T.M. Wotherspoon .US Pat.4.411.732 (1983) 8.1. M.Baker US Pat.4.521.798 (1985)

8. К.Д.Минбаев, В.И.Иванов-Омский.// Физика и техника полупроводников, том 37, вып. 10, 2003, С. 1154

9. Huizenga W. е. a. Phys. Lett. 14,1965, P. 103

10. R. Keller, P. Spadtke, K. Hofmann. Springer Ser. Electrophys. 11, 69 1983

11. B.A. Лабунов, H.H. Данилович, B.B. Громов. Многопучковые ионные источники для систем ионного распыления травления.// Зарубежная электронная техника, серия ТОПО, вып. 4,1984

12. А.П. Еремин, В.Д. Смольянинов, A.M. Филачев. Ионные источники для технологического ионно-плазменного оборудования.// Прикладная физика. № 2-3, С. 18 -24.

13. Singer Peter. Trends in Plasma Sources: the Search Continues.// Semiconductor International., Vol. 15, №8,1992, P. 52-57.

14. Т.Ф. Ивановский, А.П. Петров. Плазменная обработка материалов.// М. Энергоатомиздат, 1986, С. 218.

15. Физика и технология источников ионов. Под редакцией Я. Бауна.// Москва, МИР, 1998, С. 118-148

16. Jinxiang Yu, Jifeng Yan, Zhizhong Song, Zhongyi Wang, Weijiang Zhao. A cold-cathode PIG ion source for the production of intense O' ion beam.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 531,2004, P. 341 345

17. Z. Wrofiski. Energy distributions of molecular gas ions generated in a special glow-discharge source.// Vacuum, volume 39, № 10,1989, P. 941 944,

18. Zhang Shulin, Wang Jichang. A new type of hollow cathode discharge gun used in ion beam coating apparatus and theory analysis.// Vacuum, volume 39, № 10, 1989, P. 945 -947,

19. Z. Wronski. A special glow discharge source of positive ions.// Vacuum, volume 35, № 7,1985, P. 271-275,

20. A. Tonegawa, E. Yabe, D. Satoh, K. Takayama, K. Takagi, R. Fukui, K. Okamoto, S. Komiya. Hollow cathode ion source for application to an implanter.// Vacuum, volume 36, № 1-3,1986, P. 15-18,

21. M. Ma, J. E. Mynard, B. J. Sealy, K. G. Stephens. A cold-hollow-cathode lateral-extraction Penning ion source.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B55, 1991, P. 335-338

22. Ma Mingxiu, Li Junping, Zhou Fengsheng. A hollow cold cathode multipurpose ion source.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В 21,1987, P. 182 185

23. Hiroshi Mase, Toshio Tanabe, Takashi Ikehata. Superdense hollow cathode glow discharge and its application to ion sources.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В 37/38,1989, P. 120-123

24. Патент на полезную модель «Ионный источник» №57511 от 5.06.2006 г.

25. Д.Э. Гринфельд. А.П. Шуленок. Математическое моделирование магнитных электронных линз.// Прикладная физика, № 2, 2007, С. 12 17.

26. Н. Kerkow, D. Boubetra, К. Holldack. A cold cathode ion source with a magnetic hollow cathode.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В 68,1992, P. 41 44

27. T. Onodera, К Kotajima, T. Yamaya, O. Saton, T. Shinozuka, M. Fujioka. A precision gas feding system for a pig heavy ion source.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 269,1988, P. 455 458

28. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Гидродинамика.// издание пятое, том VI, Москва, Физматлит, 2003

29. М.В. Козякин и др. Промышленная установка ионной имплантации малых и средних доз «Везувий 7М».// Электронная промышленность, М., 1983, вып. 5 (122)

30. В.А. Симонов и др. Установка имплантации с повышенной энергией ионов «Везувий -9».// Электронная техника, 1982, серия 7, ТОПО, вып. 1 (10)

31. Galvin J. Е., Brown I. G. Ion beam profile monitor.// Приборы для научных исследований 1985, № 11

32. А.Н. Козлов, В.Д. Смольянинов, А.П. Еремин, A.M. Филачев. Устройство контроля профиля пучка заряженных частиц.// Прикладная физика, 2002г., №3 С. 100-104

33. В. Г. Бровченко, В. В. Шафиркин. Ключи с малыми токами утечек для многоканального коммутатора.// Приборы и техника эксперимента, 1985, № 4.

34. Сост. и ред. Р. Фелпс. 750 практических электронных схем.// Справочное руководство, М., Мир, 1986, Пер. с англ.

35. А.Н. Козлов, В.Д. Смольянинов, А.П. Еремин, А.М. Филачев. Система контроля энергетического спектра ионных пучков.// Прикладная физика, 2002г., №3 С. 105-109 40 Г.А. Ковальский. Электрическая плазма в газовом разряде.// М., 1983, Изд. МИРЭА

36. Б.С. Данилин, В.К. Сырчин. Магнетронные распылительные системы.// М. Радио и связь, 1982г.

37. A.S. Penfold. Magnetron Sputtering. Handbook of Thin Film Process Technology.// IOP Publishing Ltd 1995, P. A3.2:l A3.2:27

38. Ю.В. Агабеков, A.M. Сутырин. Несбалансированные магнетронные распылительные системы с усиленной ионизацией плазмы.// Труды постоянно-действующего научно-технического семинара «Электровакуумная техника и технология», 1997-98г. Том. 1, С. 102108.

39. В.М. Чутко. Проект применения магнетронных распылительных систем для нанесения высококачественных оптических покрытий.// Труды постоянно-действующего научно-технического семинара «Электровакуумная техника и технология», 2003г. Том. 2, С. 85-90.

40. Е.В. Берлин, JI.A. Сейдман. Универсальная установка для магнетронного нанесения декоративных и специальных покрытий.// Труды постоянно-действующего научно-технического семинара «Электровакуумная техника и технология», 2003г. Том. 2, С. 20-23.

41. В.В. Одиноков. Современное вакуумное оборудование для нанесения пленок магнетронным распылением в микроэлектронике.// Труды постоянно-действующего научно-технического семинара «Электровакуумная техника и технология», 1997-98г. Том. 1,С. 90-91.

42. Авторское свидетельство «Устройство для измерения толщины напыляемых на подложку проводящих пленок» ПМ №43959 от 30.06.2004 г.

43. Т.А. Ворончев, В.Д. Соболев. Физические основы электровакуумной техники.// из-во Высшая школа, Москва 1967

44. Физические величины, справочник под ред. И.С. Григорьева и Е.З. Мейлихова, М: Энергоатомиздат, 1991, стр 340.

45. М.Н. Коган. Динамика разреженного газа. Кинетическая теория.// М: Наука 1967

46. Н.И. Новиков. Термодинамика.// из-во Машиностроение, Москва 1984

47. И.И. Амиров. ЖТФ. 2000. Т. 70. В. 5. С. 106-108.55. 3. Шиллер, У. Гайзиг, 3. Панцер. Электронно-лучевая технология.// М. Энергия, 1980

48. O.K. Назаренко, А.А. Кайдалов, С.Н. Ковбасенко и др. Под ред. Б.Е. Патона. Электронно-лучевая сварка.// Наукова думка, 1987

49. Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, В.И. Зуев, А.Н. Кокора. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. Справочник.// М. Машиностроение, 1985

50. Дж. Р. Брюэр, Д.С. Гринич, Д.Р. Херриот и др. Электронно-лучевая технология в изготовлении микроэлектронных приборов.// М. Радио и связь, 1984

51. С.В. Андреев, М.А. Монастырский, В.А. Тарасов, А.Г. Муравьев. Разработка программного обеспечения для математического моделирования электронных пушек с катодами произвольной формы.// Москва, Прикладная физика №2, 2000г., С. 77 85

52. И.С. Гайдукова, A.M. Филачев. Компьютерное моделирование и разработка термоэмиссионной системы установки электронно-лучевого гравирования.// Прикладная физика №3,1996, С. 46-55

53. J1.P. Кимель, В.П. Машкович. Защита от ионизирующих излучений.// Справочник, Москва, Атомиздат, 1972 С. 154

54. Нормы радиационной безопасности НРБ-76// Москва, Атомиздат, 1978

55. Б.Р. Киричинский, В.И. Мирутенко. Рентгеновское излучение в установках для электронно-лучевой сварки.// Автоматическая сварка, № 8 (173), 1967, С.22.

56. Санитарные правила работы с источниками используемого рентгеновского излучения.// Атомиздат, Москва, 1980

57. М. Гувер, Э. Зиммерс. САПР и автоматизация производства.// М. Мир, 1987