РАЗДЕЛ 2
Формирование базы знаний интеллектуального регулятора параметров процесса
магнетронного напыления
2.1. Формирование базы теоретических знаний о технологическом процессе
магнетронного напыления
Для разработки ИР системы управления режимами настройки ТП МН необходимо
сформировать базу теоретических знаний о системе и объекте управления из
предметной области теории управления ТП МЭ и пленочной технологии. При этом
необходимо исходить из сути физических процессов, лежащих в основе производства
тонких пленок изделий МЭ. Физические явления, происходящие при напылении,
определяют структуру и параметры ТП, используемые при управлении.
В производстве полупроводниковых приборов и ИМС широко используются тонкие
металлические и диэлектрические пленки [17,18,20,21,47]. В состав пленочных
элементов толстопленочных и тонкопленочных плат изделий микроэлектроники входят
проводящие, резистивные и диэлектрические пленки. Краткое описание применения
элементов МЭ, изготовление которых основано на пленочной технологии приведено в
приложении А в разделе А.1.
2.1.1. Физические основы и структура процесса напыления тонких пленок. Известны
следующие методы нанесения тонких пленок: термическим испарением материалов в
вакууме, ионным и ионно-плазменным напылением (см. рис. 1.5).
Процесс магнетронного напыления основан на применении ионно-плазменных методов.
Ионно-плазменные методы напыления пленок получили широкое распространение в
технологии производства полупроводниковых приборов и ИМС благодаря своей
универсальности и ряду преимуществ по сравнению с другими технологическими
методами. Универсальность методов определяется тем, что с их помощью можно
осуществить различные технологические процессы: очистку подложек, напыление
слоев, травление с целью создания заданного рисунка ИМС. К преимуществам
методов относится возможность проведения напыления и травления при невысоких
температурах и без применения жидких химических реагентов.
В основе ионно-плазменных методов получения пленок лежат следующие физические
процессы. Поток положительно заряженных ионов газа (например, аргона)
получивших энергию от источника, направляют на мишень, выполненную из
распыляемого вещества. Ионной бомбардировкой из мишени выбиваются частицы
вещества, которые оседают на подложке в виде тонкой пленки.
В зависимости от способов ионизации газа, ионные источники подразделяют [17,20]
на диодные, триодные и магнетронные (рис.2.1).
Рис. 2.1. Диодная система ионно-плазменного напыления: 1 – катод-мишень; 2 –
подложка; 3 – анод.
В магнетронных источниках, выполненных на основе диодных систем (рис.2.2), в
разрядном промежутке одновременно с электрическим действует магнитное поле, что
позволяет без увеличения концентрации электронов повысить плотность плазмы. На
электроны, эмитированные автоэмиссионным катодом-мишенью, и движущиеся к
кольцевому аноду в приложенном между ними электрическом поле, действует
магнитное поле, направленное перпендикулярно электрическому. При перекрещивании
полей путь движения электронов удлиняется, что повышает вероятность их
столкновения с молекулами рабочего газа. В результате при небольшом давлении
создается высокая концентрация ионов газа, которые движутся к катоду мишени,
бомбардируя ее и распыляя с большой интенсивностью. Поток распыляемого вещества
устремляется к подложке и осаждается на ней в виде тонкой пленки.
Рис. 2.2. Схема магнетронного напыления: 1 – поток распыляемого вещества; 2 –
кольцевой анод; 3 – катод – мишень; 4 – магнитная система.
Достоинствами магнетронных систем, используемых для распыления металлов,
являются: низкое рабочее давление, позволяющее уменьшить количество газовых
включений в осаждаемой пленке; высокая скорость нанесения пленки; надежность и
стабильность параметров напылительной системы; широкий диапазон толщин пленок
при их высокой адгезии и однородности.
Функциональная модель режимов и параметров [22,32] ТП магнетронного напыления
тонких пленок ионно-плазменным методом, представлена в приложении А на рис.
А.1. На основе исследования технологических операций ионно-плазменного
напыления можно классифицировать структуру процесса как стационарную,
нелинейную и стохастическую. Стохастический характер структуры обусловлен
влиянием внешних воздействий, носящих случайный характер, а также наличием в
объекте и среде различных неконтролируемых факторов.
ТП состоит из четырех последовательных этапов: формирование потоков ионов на
мишень; распыление материала мишени; осаждение распыленного материала; рост
пленки. Структура ТП магнетронного напыления и описание управляющих и выходных
параметров для каждого этапа ТП приведена в приложении А, разделе А.2.
Учитывая соотношения (А.1)-(А.5), представим ТП магнетронного напыления с точки
зрения возможности управления его этапами. Для этого выделим во входном векторе
каждой из операций управляющие и выходные параметры. В этом случае структура
управления ТП будет выглядеть следующим образом (рис. 2.3):
Рис. 2.3. Структура управления технологического процесса магнетронного
напыления.
Представленная структура ТП является основой для анализа ТП магнетронного
напыления резистивных сплавов (ТП МН) с целью управления этим производством.
Описание технологического процесса магнетронного напыления резистивных сплавов.
Задача управления центрами настройки решается для ТП 5727500015 напыления
резистивных сплавов из магнетронного источника на установке вакуумного
напыления УВН-75П-1, внедренного в производство 3.09.1990 г. на заводе им. В.Д.
Калмыкова г. Севастополя. На основании схемы переходов ТП МН, приведенной в
приложении А (табл. А.1
- Київ+380960830922