Заводян Лабораторный практикум

1.Ознакомитьсясдокументациейнаустановкувакуумногонапыления(УВН), включаяправилаработысней.

2.ПодготовитьподложкикзагрузкеврабочуюкамеруУВН.

3.Получитезаданнуютонкопленочнуюструктуруметодомтермовакуумного испарения.

4.Оценитькачествополученныхпленок(илипленочныхэлементов)по заданнымкритериям.

5.Сформулироватьвыводыпорезультатамконтролякачестваполученных образцов,указавпричины имеющихсядефектов,атакжеотклонений измеряемыхпараметровотзаданных.

6.Составитьотчетвсоответствиистребованиями.

Технологическоеоборудование,оснастка,измерительныеприборыиматериалы

Привыполненииработыиспользуются: оборудование:установкавакуумногонапыленияУВН-71Р-3;сушильныйшкаф "Электродело";химический шкаф;установкатермокомпрессионной сварки в импульсномрежиме; приборы,приспособления,инструменты:тестерАВО-5М1;микроскопМБС; микроскопМИИ-4(см.приложение);измерительвакуумаВИТ;весы ВТ-50с разновесами; электроплитка; двухзондовое приспособление; маски для проводниковогоирезистивногослоев(посогласованию спреподавателем); мензуркамерная;химическийстакан;секундомер;пинцетглазной;кассетадля подложек;отвертка; материалы:подложкаситалловая;подложка-"свидетель";напальчники;спирт этиловый;салфетки избязи ибатиста;фильтры обеззоленные;проволока меднаяоблуженнаядиаметром 40мкм;навескимеди,ванадияипорошок резистивногосплаваРС-3710;азотгазообразныйОСЧ,азотжидкийвсосуде Дьюара.

Порядоквыполненияработы

Рекомендуетсяследующийпорядоквыполненияработы.

1.Ознакомитьсястехникойбезопасностииправиламиработы с оборудованием.

2.Получить у лаборанта подложки из ситалла,маски слоев, напальчники, химическую посуду, пинцет, секундомер, материалы для испарения(медь,ванадий,сплаврезистивныйРС-3710)

3.Провестихимическую очисткуподложкикипячением вмоющем раствореследующегосостава:дистиллированнаявода-100мл,перекись водорода30%-ная-320мл,аммиак25%-ный-8мл(подложкадолжнабыть полностьюпогруженавраствор).

Кипятитьвтечение20мин.Затемизвлечьподложкупинцетом(осторожно, таккаквысокаятемпература)ипогрузитьвстакансдистил¬лированнойводой. Промытьподложкус4-5-кратнойсменойдистил¬лированнойводывтечение2 –3мин.

4.Поместитьподложкувсушильныйшкафлицевойсторонойвверхи сушитьпритемпературе2000Свтечение15мин.

Примечание. Химическую очистку проводить с обязательным использованием всех средств, обеспечивающих безопасную работу с химреактивами,ивпредварительноочищеннойхимическойпосуде.

5.Установитьподложкувподложкодержателеикарусели(рис.7).

21

Примечание. При использовании масочного метода получения конфигурацииэлементовпленочнойМБСнеобходимомаски(длярезистивногои проводящегослоев)закрепитьвмаскодержателях,азатем накарусели(см.

рис.7,поз.2).

6.Загрузитьнавескуванадиявпервыйиспаритель(дляиспарения материалаадгезионногоподслоя).

7.Загрузитьнавескумедивовторойиспаритель.

8.ЗагрузитьпорошоксплаваРС-3710ввибробункер.

9. Установить "свидетеля" на кронштейн (предварительно определив число квадратов на "свидетеле", для чего произвестизамерыдлиныиширины"свидетеля",ачастноеотделениядлинына ширинусоставляетчислоквадратовна"свидетеле").

Примечание.Прииспользованиимасокустановитьмаскодержате-линад позициямисоответствующихиспарителей.

10.Опуститьколпакиоткачатькамерудодавлениянениже6,65Па.Для этого:

-нажатькнопкугидроподъемника"НИЗ"(рис.8);

-закрыть нижний; вентиль управления вакуумной системой, соединяющий механический насос с паромасляным (см.рис.7,поз.12 и описаниеквакуумнойустановке);

-открытьверхнийвентиль,соединяющиймеханический(форвакуумный) насосс подколпачнымустройством(см.рис.7,поз.13),длячегоповернутьегона45°и

медленно вытянуть на себя. Медленное вытягивание предотвращает "захлебывание"механическогонасосабольшимипорциямивоздухавпервый моментоткачкивоздухаизподколпачногопространства(рабочейкамеры); -выждать3-4 минипереключитьдатчиктермопарноговакуумметраВИТв положениеV1,приэтомвположении"ИЗМЕРЕНИЕ"ВИТпоказываетдавление остаточных газов в рабочей камере. Показание ВИТ в милливольтах переводится в соответствующее давление по градуировочному графику к описаниюприбора.

22

11.Провести ионную очисткуподложек и подколпачного устройства следующимобразом:

- придостиженииврабочейкамередавления6,65Па(давление определяетсяпоградуировочномуграфику)переключатель"ВОДАИКОЛПАК" поставитьвположение"ХОЛ.ВОДА"иустановитьтумблер"ИСПАРИТ."в положение"РАЗРЯД",приэтомзагоритсякраснаясигнальнаялампочка(если тумблерневключаетвысокоенапряжение,

-попросить лаборанта проверить блокировки и выключатель-автомат установки);

-поставитьпереключательшкалыизмерительногоприбора(слеванапульте управления)вположение600мА(см.рис.8);

-податьвысокоенапряжение,повернувручкутрансформаторанапередней панелипочасовойстрелкедополучениятокаразряда60-100мА;

-провестиочисткувтечение4-5мин,приэтомврабочейкамере наблюдаетсяфиолетовоесвечение;

23

- выключитьразрядвследующейпоследовательности:снизитьнапряжение донуля,тумблер"ИСПАРИТ."перевестивположение"ОТКЛ."(см.рис.8,внизу).

12. Закрытьверхний вентильпридостижениидавления2,66Паиоткрытьнижнийвентиль(см.рис.7

иописаниеквакуумнойустановке).
13.	При достижении

разрежения 0,133 Па переключить датчик в положение V2 и включить ионизационныйманометр(см.описаниеВИТ)втакойпоследовательности:

-	включить
тумблер"СЕТЬ"иустановитьпереключательвположение"ПРОГРЕВ";
-	включитьтумблер

"НАКАЛ",апереключательустановитьвположение"ОБЕЗГАЖИВАНИЕ",выждать

2-4мин;

-	поставить
переключатель "РОД	РАБОТЫ" в положение "ЭМИССИЯ" иручкой

"УСТАНОВКАЭМИССИИ"установитьтокэмиссии,равный50мкА;

-переключатель "РОД РАБОТЫ" поставить в положение "ИЗМЕРЕНИЕ" и произвести отсчет показаний,переводя милливольты в давлениепоградуировочномуграфику;

-придостиженииостаточногодавленияврабочейкамерепорядка 2,66-10-3Паустановкусчитатьготовойкиспарениюиосаждениюматериалов.

14. Провести осаждение резистивного материала на подложку, предварительноустановивпереключатель"ИСПАРИТЕЛЬ"вположение2(см. описаниеквакуумнойустановке).ОсаждениесплаваРС-3170осуществлятьпри токеиспарителя,равном200А,температуреподложкинеболее300±20°Сдо достижения (по показаниям тестера) сопротивления "свидетеля" Rсв, соответствующего удельномуповерхностномусопротивлению резистивного

материалаρs равному1кОм/м2 ( ,гдеК -количествоквадратов

осажденнойпленки"свидетеля",определенноевп.9). Дляэтогонеобходимо:

- включитьвибропитатель,поставивтумблер"ВИБРОПИТАТЕЛЬ"в положение"ВКЛ"(см.рис8);

- присоединить проводники "свидетеля" к клеммамтестераАВО-5М1;

24

-включитьнагревательподложек,длячегопоставитьтумблер "НАГРЕВАТЕЛЬ"вположение"РУЧН"иподождатьдоустановлениятребуемой температуры(см.рис.8иописаниеквакуумнойустановке);

-поставитьпереключательиспарителейвнужноеположение;

-нажатькнопку"600А"(см.рис.8);

-включитьтумблер"ИСПАРИТЕЛЬ"иподатьнапряжение,вращая ручкутрансформатора "ТОК"по часовой стрелке (см.рис.8 и описание к вакуумнойустановке);

-разогретьиспаритель(доначалаиспаренияматериала)ичерез3с открытьзаслонку(см.описаниеквакуумнойустановке);

-присопротивлении"свидетеля"Rсвравномрассчитанному,закрыть

заслонку;

-снятьнапряжениеиспарителя(ручку"ТОК"повернутьвлеводо упора),выключитьтумблер"ИСПАРИТЕЛЬ".

15.Провестиосаждениеванадиянаподложку(притокеиспарителя370А, времени испарения 20 с, температуре подложки 220 ± 10 °С) в последовательности:

- включить нагреватель подложек,для чегопоставитьтумблер"НАГРЕВАТЕЛЬ"вположение"РУЧН."иподождатьдо установлениятребуемойтемпературы(см.рис.8);

-поставитьпереключательиспарителей(см.описаниеквакуумной установке)внужноеположение(1,2,3);

-нажатькнопку"600А"(см.рис.8);

-включитьтумблер"ИСПАРИТЕЛЬ"иподатьнапряжениевращением ручкитрансформатора"ТОК"почасовойстрелке(см.рис.8);

-разогретьиспаритель(доначалаиспаренияматериала)ичерез34соткрытьзаслонку(см.описаниеквакуумнойустановкеирис.7и8);

-провестииспарениематериалавтечениенеобходимоговремении закрытьзаслонку;

-снятьнапряжениеиспарителя(ручку"ТОК"повернутьвлеводо упора),выключитьтумблер"ИСПАРИТЕЛЬ".

16. Поставитьпереключатель"ИСПАРИТЕЛЬ"вположение"1"(см. описаниеквакуумнойустановке)ипровестиосаждениемединаподложку(при токеиспарителя280А,временииспарения2минитемпературеподложки300± 10°С)впоследовательности,аналогичнойп.15(сучетомтребуемогоположения переключателяиспарителей).

17. Провести термостабилизацию подложек с тонкими пленками

выдерживаниемихпритемпературе350±20°Свтечение30мин.вусловиях вакуума(2,66-10-3Па)длястабилизациихарактеристиктонкихпленок;

18. Отключитьвысокийвакуум иуменьшитьдо120°С температуру подложек (см.описаниеквакуумной установке).Выдержатьподложкис пленкамидополучениятребуемогоRсв(попоказаниямтестера);

19.Выключить нагреватель,охладить подколпачное устройство до температуры≤70°С,послечегорабочуюкамеруразгерметизировать,медленно открываянатекатель(см.рис.7,поз.14).

20.Извлечьподложкиизрабочейкамеры иоценитьихкачество(в соответствии с выбранными и согласованными с преподавателем критериями),используяранееуказанныеметодики.Сформулироватьвыводы порезультатамконтролякачестваизанестиихвотчет.

Требованиякотчету

Отчетдолженсодержать:

1)титульныйлист;

25

2)формулировкуцелиработыикраткиетеоретическиесведения;

3)структурныесхемытехнологическихпроцессовсуказаниемрежимов осаждения(времени,температуры,давления)тонкихпленокизразных материаловсучетомметодаполученияконфигурациипленочныхэлементов;

4)результатырасчетаRсввыбороценочныхкритериевиметодовконтроля; оценкукачестваполученныхпленок(илипленочныхэлементов);

5)выводы.

К отчету необходимо приложить образец с полученной тонкопленочной структурой(либотонкопленочнымиэлементами).

Контрольныевопросы

1.Какие правила техники безопасности необходимо соблюдать при работесУВН?

2.Какиепленкивмикроэлектроникеназываюттонкими?

3.НачертитеосновныеузлыУВНиобъяснитеихназначение.

4.Вчемсущностьметодаосажденияпленоктермическимвакуумным испарением? Какие другие методы получения тонких металлических, резистивныхидиэлектрическихпленоквы знаете?Перечислитематериалы, применяемые для получения тонких пленок термическим испарением в вакууме.

5.Чтотакоесублимацияикаковаеерольвпроцессеполучения пленоктермовакуумнымиспарением?

6.Назовите контролируемые технологические параметры при проведении осаждения пленок в УВН.Укажите методы контроля этих параметров.

7.Расскажите о назначении и изготовлении масок,о назначении

фотошаблонов. 8.Какиевызнаетеиспарители?Назовитекритерииихвыбора.

9.Какиеподложкииспользуютсядляполучениятонкопленочныхструктури каковыкритерииихвыбора?

10.Какиепроцессыпроисходятприиспаренииматериаловввакууме?

11.Какимобразомпроисходитформированиепленокнаподложкахпри термовакуумномиспарении?

12.Каквыбираютоптимальнуютемпературуподогреваподложки?

13.ПояснитезависимостьρиТКС оттолщины пленок,получаемых термовакуумнымиспарением.

14.Каковыпреимуществаионно-плазменныхметодовосажденияпленок передтермовакуумнымиспарением?

15.Изложитесвоепредставлениеокатодномраспылении.

16.Каков принцип реализации ионно-плазменного распыления в трехэлектроднойсистеме?

17.Вчемсущностьмагнетронногораспыления?

18.Чемотличаетсямагнетронноераспылениеотплазмотронного?

19.Каквыбираютоптимальную скоростьосажденияматериаловпри термовакуумномметодеполучениятонкихпленок?

20.Изложитесвоепредставлениеобадгезии.Какиефакторыипочему определяютадгезионнуюпрочностьвсистемепленка-подложка?

21.Какововлияниестепениразреженияисоставаостаточныхгазовна качествополучаемыхпленок?

22.С какой целью проводяточисткуподложек перед осаждением пленокввакууме?Какойвидочисткиподложекнаиболееэффективен?

23.Пояснитепринципизмерениянизкогоивысокоговакуума.

26

24.Почемуважноуметьоцениватьпрочностьадгезионнойсвязипленки сподложкойипленокизразличныхматериаловмеждусобой?Какоценивается адгезионнаяпрочностьвпроизводственныхусловиях?

25.Укажите последовательность осаждения материалов в данной работе.Почемуонанеможетбытьдругой?

26.Чем отличаетсятонкопленочнаяструктурапри масочном методе формирования рисунка элементов отструктуры при фотолитографическом методе?

27.Какиевызнаетеметодыоценкикачестваполучаемыхтонкихпленок (илипленочныхэлементов)?Вчемихсущность.

28.Укажитевозможныедефектыпленок,полученныхтермовакуумным испарением,ипричиныихвозникновения.

29.Назовитенаиболееперспективныйметодполучениятонкихпленок ввакуумеиприведитесоответствующиеаргументы.

Литература

1.ЧерняевВ.Н.Технологияпроизводстваинтегральныхмикросхеми микропроцессоров.-М.:Радиоисвязь,1987.-464с.

2.ЧерняевВ.Н.Физико-химическиепроцессывтехнологииРЭА.М.:Высшая школа,1987.-376с.

27

Приложение

Порядокработысинтерференционныммикроскопом МИИ-4

Интерференционный микроскоп МИИ-4 (рис.П1,а) предназначен для визуальной оценки и измерения высоты неровностей тонкообрабо тайных поверхностейитолщинытонкихпленок.Еслиопенканепрозрачнаввидимом свете,топередизмерениемследуетнатестовойподложкеполучить"ступеньку"- резкуюбоковуюграницупленкинаподложке(дляэтогочастьпленкимаскируют, напримернанесениемнанеелакаХСЛ,послечегодругуючастьпленкиудаляют травлениемдоподложки).

Вполезрениямикроскопаодновременновидныисследуемаяповерхность иинтерференционныеполосы(рис.П1,6).Наисследуемойповерхностивместах выступовиливпадин(т.е.перепадавысотилиступеньки)интерференционные полосы искривляются (т.е. смещаются). Величина смещения полос характеризует размер неровностей и измеряется винтовым окулярным микрометром.Прибор МИИ-4 позволяет измерять высоту неровностей в пределахот1до0,03мкм(приувеличении490х).

Порядокработысмикроскопомследующий.

1.Включить освещение (фонарь)микроскопа,для чего перевести

28

тумблернакожухетрансформаторавположение"ВКЛ".

2.Поместить измеряемый объект (подготовленную к измерениям подложкуспленкой)напредметныйстоликмикроскопа.

3.Микрометрическим винтом добиться четкого изображения поверхностиизмеряемогообъекта,авращением предметногостолика вокругвертикальнойосимикроскопаполучитьвегоосвещенном поле видимостивертикальноеизображениеграницыпленка-подложка.

4.Повернуть рукоятку интерференционной головки так, чтобы указательстоял вертикально,при этом наизображениеповерхности объектанакладываютсяинтерференционныеполосы.

5.Вращением окулярного микрометра добиться совпадения направленияинтерференционныхполоссгоризонтальнойосьюегошкалы.

6.Приработесимеющимсяосвещением(монохроматическимсветом сдлинойволны 0,54мкм)всеизмеренияпроводятсяподвум самым ярким черным полосам. Горизонтальную ось шкалы окулярного микрометрасовместитьссерединойпервойчернойполосыипроизвести первыйзамерпобарабанчикуN1,затемпереместитьгоризонтальнуюось шкалы насерединувторойяркойчернойполосы ипроизвестивторой замер N2 (см. рис.П1,б, где пунктиром показаны положения горизонтальнойосишкалыприизмерениях).

7.Произвести замервделенияхбарабанчикавеличины смещения первойвыбраннойчернойполосынаграницеееискривленияN1*.Таким

образом, разность N1 - N2 является шагом между соседними интерференционными полосами,a N1 -N1* -величиной смешения интерференционнойполосы. Вычислить толщинуисследуемойпленкипоформуле

,мкм,

гдеn-числоинтерваловмеждуполосами;0,27мкм -половинадлины волны монохроматическогосвета.

8. Отключить лампу, убрать исследуемый образец, результаты измеренийирасчетовзанестивотчет.

29

Лабораторнаяработа№ 2

Изучениетехнологииизготовления печатныхплатсвысокойплотностьюкоммутации.

Цель работы – ознакомление с конструкторско-технологическими разновидностямипечатныхплат,технологическимипроцессамиихизготовления и со спецификой их автоматизированного производства; приобретение практическихнавыковизготовленияпечатныхплатпосубтрактивнойтехнологии влабораторныхусловиях.

Продолжительностьработы–4часа.

Теоретическиесведения.

Конструкторско-технологическиеразновидности печатныхплат

Печатная плата (ПП) является не только несущим конструктивом электронного устройства,но и коммутационным узлом,обеспечивающим электрическоесоединениенавесныхкомпонентоввединыйфункциональный узел,ихмеханическоекрепление,атакжетеплоотводприэксплуатацииизделия. КлассифицируютППобычнопоконструкторско-технологическимособенностям ихреализации,иногдапоразновидностиосновныхприменяемыхматериалов (например, изоляционного основания платы и др.), либо по наиболее характерномутехнологическомуэтапувобщем процессепроизводстваплат, либопофункциональномуназначениюустройствсихприменениемидр.Такв зависимостиотчислакоммутационныхслоев(уровнейкоммутацииилислоев металлическойразводки)различаютПП односторонние(ОПП),двусторонние (ДПП)имногослойныеилимногоуровневые(МПП).Взависимостиотстепени жесткости(илигибкости)изоляционногооснованияплатразличаютжесткиеи гибкиеПП (МПП),атакжекомбинированные,т.е.жестко-гибкие(илигибко- жесткие)ПП.Есливосновуклассификацииположентакойпризнак,какматериал несущегооснованияплаты,торазличаютПП надиэлектрическом основании (например,стеклотекстолитовые,керамические,полиимидные,пластмассовыеи др.),наметаллическомосновании(стальные,алюминиевыеилиизалюминиевых сплавов,наосновемедь-инвар-медьидр.),наполупроводниковомосновании (например,кремниевые),атакжегетерослойные(стеклотекстолит-полиимид, полиимид-алюминий,керамика-полиимидидр.).Поособенностямформирования основанияППмогутбытьплоскими,рельефными,либообъемными;поплотности коммутирующих элементов и типу конструкции используемых навесных компонентов различают платы для традиционного монтажа* и для поверхностногомонтажа**;пофункциональномуназначениюразличаютППдля мощных устройств,мощных СВЧ устройств,цифровых быстродействующих устройств,устройств измерительной техники и т.п.Самую многочисленную классификационную группу ПП представляют их конструкторскотехнологическиеразновидности(около200разновидностей).Платы,вкоторых коммутирующимиэлементамиявляютсянетолькопечатныепроводники,нои объемныепровода,называютсяпечатно-проводными(ППП).

Обычно в платахсоздаются отверстия,имеющиеразноеназначение. Монтажные отверстия служат для установки в них и монтажа навесных компонентов; переходные – для межслойной коммутации; базовые

30