<<
>>

Совершенствование технологии получения пленочных изделий широкой номенклатуры

Практика показывает, что наиболее важной проблемой, с которой сталкивается технолог, является выявление причин недостаточной адгезии — «слабых мест» технологического процесса, так как они влияют на стоимость производства, а также на надежность выпускаемых изделий. Рассмотрим ряд общих технологических требований, которые накладываются на процесс производства тонкопленочных изделий для исключения случаев неудовлетворительной адгезии (брака по адгезии).

Анализ технологических процессов производства пленочных изделий для электронной техники показал, что в большинстве случаев причинами неудовлетворительной адгезии являются: некачественная химическая очистка поверхности подложек, направильно выбранные параметры ионной очистки, высокий обратный ток масла из диффузионного насоса при откачке, неверно избранный тем- пературый режим подложки, обусловленный несовершенством методики измерения температуры, взаимодействие материала покрытия с остаточной атмосферой вакуумной камеры, вызывающее отрыв наносимых слоев друг от друга.

Важными дополнительными (не связанными с-адгезией) условиями, влияющими на технологию нанесения пленок, являются: создание стабильного резистивного слоя с заданным значением поверхностного сопротивления, получение высокой проводимости слоя проводника (в том числе и в СВЧ области)^ обеспечение удовлетворительной травимости пленочной структуры на стадии фотолитографии, а также паяемости и свариваемости покрытия. Общее развитие технологии идет по пути повышения уровня автоматизации и надежности выпускаемых изделий, уменьшения времени и энергозатрат, требуемых на проведение процесса, а также сокращения применения вредных и дорогостоящих веществ. Технологический процесс должен предусматривать возможную перестройку под расширяющуюся и изменяющуюся номенклатуру выпускаемых изделий.

Химическая очистка. Данная технологическая операция требует определенного набора химических реагентов для каждого типа материала подложки. В связи с тем что в производство постоянно внедряются новые материалы, встает вопрос о критерии качества правильности выбора реагентов-очистителей и об оптимальности параметров очистки (времени очистки, температуре реагентов и т. д.). Наиболее подходящим критерием качества химической очистки является измерение адгезионной прочности методом «отслаивания».

Рассмотрим схему процесса для оценки новых технологических режимов очистки подложек. Партия подложек непосредственно после извлечения из заводской упаковки разделялась на п-е число серий подложек, равное числу сравниваемых различных процессов очистки. После очистки каждой серии избранным методом осуществлялась загрузка подложек в вакуумную камеру, при этом рядом закреплялись подложки, прошедшие различную химическую обработку. После нанесения покрытия в едином цикле откачки и напыления измерялась прочность отслаивания.

Важно, что для оптимизации процесса химической очистки не требуется определение абсолютной величины адгезии, выраженной в Н/м2, а достаточна того факта, что более качественной очистке подложек соответствует высшее значение адгезионной прочности. При этом точность получаемых данных значительно больше, чем при использовании метода нормального отрыва, так как сила отслаивания фиксируется тензометром. Это дает возможность сравнивать различные характеристики отрыва: минимальное и максимальное значения силы* средние силу и работу отрыва пленки избранной площади.

Такие параметры отрыва, как скорость отслаивания и угол приложения силы к пленке, необходимо выдерживать постоянными при измерениях на каждом образце.

В последнее время в технологии химической очистки все шире начинает применяться фреон. Отмывка во фреоне обеспечивает высокую степень чистоты поверхности и экономичность процесса, что обусловлено способностью фреона растворять различные загрязнения, а также его слабым поверхностным натяжением, позволяющим легко проникать в различные углубления и быстро испаряться с поверхности после обработки. Фреоны не взаимодействуют с пластмассами, резиной, а также с большинством используемых в производстве металлов и сплавов (за исключением латуни и сплавов на основе магния), легка очищаются дистилляцией,) чисты, стабильны, безвредны, негорючи.

Наиболее широко применяются два способа очистки во фреонах (в частности, для подложек, из полупроводниковых материалов). При первом способе подложки предварительно очищают в ультразвуковой ванне в смеси фреона с поверхностно-активным веществом и водой, удаляют адсорбированные молекулы поверхностно-активного вещества в чистом кипящем фреоне, производят ультразвуковую обработку в чистом фреоне, а затем сушку в парах фреона.. Бремя обработки составляет 5... 7 мин. При втором способе подложки обрабатывают в моюще-обезжиривающей смеси в течение I мин, прополаскивают в изопропиловом спирте в течение I мин, обрабатывают в ультразвуковой ванне в кипящем изопропиловом спирте и сушат в его парах, отмывают кистями в денионизованной воде, а затем обрабатывают в кипящем фреоне и его парах. Полная обработка производится за 7...10 мин [32]. При этом моюще-обезжи- ривающая смесь содержит фреон-113, неионогенное поверхностно-активное вещество синтанол, плавиковую кислоту и воду и представляет собой двухфазную эмульсию.

При замене перекисно-аммиачного цикла очистки подложки из ситалла? обработкой во фреоне-113 время, затрачиваемое на процесс очистки, уменьшается на порядок. При этом прочность адгезии напыляемой структуры; V—Al—Ni увеличивается на 20%, а структуры Cr—Au на 9% [32].

При использовании химической очистки с наложением ультразвуковых колебаний следует учитывать, что существует оптимальное значение мощности* УЗК (так как при слишком большой мощности из-за резкого увеличения интенсивности кавитации увеличиваются потери УЗ энергии что снижает эффективность очистки). Слишком большая мощность может привести также к механическому повреждению обрабатываемых подложек и эрозии их поверхности.

При ультразвуковой обработке существует определенный интервал температур раствора, при котором обеспечивается наилучшая очистка. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, с ростом температуры увеличивается числом газовых пузырьков являющихся зародышами кавитации, а с другой — возрастает упругость пара в газовых пузырьках, что снижает энергию кавитации,. Для каждой жидкости существует интервал оптимальных температур, в котором интенсивность кавитации наибольшая. Так, для водных растворов наиболее благоприятны температуры 40... 50°С, для фреона 40°С, а для спирто-бензино- вой смеси 10 ... 20°С.

При неправильно выбранном режиме УЗ очистки возможна эрозия обрабатываемой поверхности. Это заставляет контролировать процесс очистки отмывкой опытной партии^ последующим исследованием ее поверхности.

Высокую степень удаления органических загрязнений удается получить при4' использовании в качестве конечной операции цикла очистки облучения поверхности подложек ультрафиолетом в среде кислорода.

Данный вид обработка эффективен только при наличии других видов очистки, обеспечивающих удаление неорганических и загрязненных пылевых частиц с поверхности подложки.

В технологической практике иногда используется в качестве очистки обработка диэлектрика в ВЧ плазме (этот процесс может проводиться на установке «Плазма 600»). Следует отметить что при плазменной очистке на автономной^ установке не исключается возможность повторного загрязнения подложек при загрузке в вакуумную камеру для напыления а также при хранении. Вследствие этого большей перспективой обладает метод обработки подложек в тлеющем разряде вместе с напылением в едином цикле откачки. Применение очистка подложек в ВЧ плазме целесообразнее для удаления фоторезиста при многократных процессах напыления и фотолитографии.

Полные циклы химической очистки, о которых говорилось в § 16, не являются обязательными при наличии обработки подложек в плазме перед напылением. Возможно значительное сокращение времени обработки путем исключения оконечных операций.) При этом желательно оставить кипячение в перекиси1 водорода для удаления возможных значительных органических загрязнений. Удаление пылевых частиц является необходимым, так как они обугливаются при обработке в плазме.

С особой тщательностью следует проводить конечные операции цикла химической очистки в том числе сушку подложек, поскольку на этой стадии может возникнуть повторное загрязнение поверхности. Посуда и кассеты (тара для подложек) должны быть безупречно чистыми, а окружающая атмосфера свободна от загрязнений. Отмывку тары следует проводить в содовых растворах, а затем в дистиллированной воде. Фторопластовую тару очищают кипя-

гением в концентрированной азотной кислоте в течение 15... 20 мин, а затем промывают в проточной воде и сушат. Рекомендуется применять боксы с избыточным давлением отфильтрованного воздуха. Остатки реагентов следует удалять с поверхности подложки центрифугированием

Обработка в плазме непосредственно перед нанесением. Промышленные установки вакуумного напыления имеют различные устройства ионной обработки. Технологическая практика показывает, что результаты обработки подложек в плазме без внесения дополнительных изменений в имеющиеся конструкции ^систем очистки в тлеющем разряде неудовлетворительны. Для более эффективного использования данных систем необходимо изменить, во-первых, конструкции электродов очистки, во-вторых, электрические схемы для питания электродов. Универсальная система ионной обработки подложек должна обеспечивать очистку неорганических материалов путем создания у обрабатываемой поверхности области отрицательного свечения тлеющего разряда и обработку полиимидной пленки многослойных плат созданием положительного столба.

Оптимальной конструкцией электрода, удовлетворяющей этому требованию, является плоский диск из алюминия, устанавливаемый параллельно плоскости подложки. На электрод следует подавать отрицательный относительно земли потенциал (положительный выход источника питания заземляется).. При этом выбор необходимой области тлеющего разряда производится изменением давления в вакуумной камере (при улучшении вакуума область отрицательного свечения отдаляется от электрода). Электрическая схема должна обеспечивать контроль тока разряда, так как выбор оптимального значения тока определяется обрабатываемым материалом.

Укажем примерные изменения в конструкциях блоков ионной очистки у некоторых широко распространенных на практике установок вакуумного напыления. Эти установки различаются системами закрепления и вращения подложек. УВН-71П-3. (В установке используется закрепление подложек на плоской карусели с горизонтальной осью вращения.) Конструкция электрода очистки сохраняется. Полярность подключения^ блока питания необходимо изменить на противоположную, а именно: отрицательный вывод выпрямителя отсоединить от земли и присоединить к электроду очистки, положительный вывод заземлить. Следует изменить также полярность подключения измерителя тока. УВН-74П-3. (Используется закрепление подложек на барабане с горизонтальной осью вращения.) Конструкцию электродов очистки необходимо изменить, так как они не обеспечивают равномерную обработку подложек в области отрицательного свечения тлеющего разряда. Для этого два цилиндрических электрода заменяются на один плоский, конструкция которого аналогична применяемому на установке УВН-71П-3. Возможно использование двух плоских электродов для одновременной двусторонней обработки подложек, что сэкономит время, затрачиваемое на процесс очистки, в два раза. При монтаже электродов следует изменить принцип вращения подложек вокруг оси на данной установке. Переворот подложек на 180° необходимо осуществлять на неболь том участке их траектории движения вокруг испарителя. Для этого плоские электроды очистки и система переворота монтируются рядом в нижней части камеры на месте старых электродов. В схеме блока питания необходимо предусмотреть регулировку тока тлеющего разряда. УРМ 3.279.011. (Используется закрепление подложек на карусели с планетарным вращением.) Здесь также возможно использование плоского электрода, аналогичного применяемому на установке УВН-71П-3. При этом для одновременной обработки нескольких подложек необходимо диаметр электрода выбрать равным диаметру малой карусели. Этот электрод устанавливается под углом к горизонтали и параллельно плоскости обрабатываемы^ подложек. Конструкцию блока питания электрода ионной очистки, которая предусматривает подачу на электрод переменного напряжения необходимо изменить для получения на электроде постоянного отрицательного потенциала. Положительный вывод выпрямителя при этом заземляется.

На установках вакуумного напыления других типов модернизация систем ионной обработки подложек производится аналогично. Точные значения параметров обработки подложек в разряде: время процесса, ток разряда и другие выбираются исходя из Данных, представленых на рисунках в этой главе. Следует учесть, что значение времени обработки, рекомендуемое авторами данной работы, относится к одной подложке. Следовательно, время процесса обработки партии вращающихся подложек определяется исходя из требуемого времени нахождения подложки в тлеющем разряде.

При создании тонкопленочной структуры, имеющей первый напыляемый слой из резистивного материала, следует учитывать, что обработка в тлеющем разряде вызывает некоторый уход удельного поверхностного сопротивления рп. Например, обработка партии подложек из ситалла СТ-50-1 (12 шт.) в течение 30 мин в области отрицательного свечения тлеющего разряда на установке УВН-71П-3 приводит к уменьшению рп пленки напыляемого резистивного сплава РС-3710.

Температурный режим подложки при напылении. Важной задачей при проведении процесса нанесения пленок является выбор и поддержание требуемого температурного режима подложки. Как уже отмечалось, недостатком существующих термодатчиков на установках вакуумного напыления является слишком большая разница собственных температур датчика и подложки. Например, при исследованиях температурного режима подложки на установке вакуумного напыления УВН-74П-3 отмечено, что при работающей системе стабилизации температура подложки меняется во времени в интервале +50...—20°С при показаниях термопары 150°С. Ввиду того, что на практике невозможно расположить датчик температуры непосредственно на напыляемой подложке, в производственных процессах можно рекомендовать определение температурного режима подложки посредством предварительного измерения температуры на контрольной подложке с нанесенным пленочным термодатчиком. Этим находится температура подложки как функция времени нагрева и мощности нагревателя для данного типа вакуумной установки. С помощью известной функции T=f (t, W) вычисляется температурный режим подложки без непосредственного измерения температуры на ее поверхности.

Неравномерность свойств наносимого на подложку покрытия в значительной мере определяется неравномерностью температурйого поля подложки. Как показали исследования, неравномерность распределения температуры на поверхности подложки в основном возникает из-за охлаждения боковой поверхности подложки, а также из-за притока тепла через прижимы. Отход от точечных прижимов к равномерному прижиму подложки по периметру уменьшает температурный перепад. Конструкция подложкодержателя с уменьшенной плотностью потоков тепла через боковую поверхность представлена на рис. 27. 7—1188              97

Было отмечено, что на температуру подложки сильно влияет степень черноты поверхности подложкодержателя. На практике часто приходится иметь дело с эффектами попадания напыляемого материала на поверхность подложкодержателя, в результате чего изменяется ее степень черноты. Это может привести к уходу температуры подложки от значения, рекомендуемого технологией, а также к увеличению перепада температур по поверхности подложки. Для исключения этих нежелательных явлений следует либо использовать под- ложкодержатели из того материала, который наносится последним в цикле напыления, либо производить снятие напыленного материала после каждого процесса.

Рис. 27. Подложко держатель, обеспечивающий меньшее значение перепада температур между краем и центром подложки:

3 — подложка

I — прижимающий груз; 2 — рамка;

Развитие технологии нанесения пленок имеет тенденцию к уменьшению температуры при напылении. Одним из способов снижения необходимой температуры предварительного нагрева подложек перед напылением является использование в качестве адгезионного подслоя соединений фтора. Отмечено, что подслой из CdF2, SnF2 и PbF2 имеет высокую адгезию при низких температурах нагрева стеклянных подложек [62]. Это применялось для увеличения адгезионной прочности проводникового слоя золота при низких температурах напыления.

Другие причины неудовлетворительной адгезии пленок. Важным условием получения прочного сцепления является правильный выбор скорости напыления материалов. Известно, что сцепление растет* с уменьшением скорости напыления подслоя, но выбирать скорость напыления слишком малой нежелательно из-за возникновения трудностей при проведении процесса фотолитографии. Поддержание требуемого значения скорости напыления при использовании в качестве подслоя хрома затруднено. Это обусловлено тем, что используемый для напыления хром загружается в виде «чешуек» и в процессе испарения каждая чешуйка имеет свою скорость испарения в зависимости от теплового контакта с испарителем. Для увеличения стабильности скорости испарения хрома перспективно использование испарителей в виде вольфрамовых прутков, покрытых гальванически осажденным хромом. В этом случае тепловой контакт хрома с испарителем и, следовательно, скорость испарения будут постоянными.

При осаждении медной пленки с подслоем из адгезионного материала обычно рекомендуется выдерживать медь некоторое время в расплавленном состоянии в чашке испарителя для ее обезгаживания. Иногда с этой же целью производят напыление некоторой части меди на заслонку. Следует иметь в виду, что эти процессы могут привести к подпылению меди на поверхность подложки и вследствие этого к снижению адгезии. Подпыление меди на подложку обусловлено тем, что атомы меди, испаряясь, имеют сильно выраженное свойство упруго отражаться от поверхности технологической оснастки камеры (колпака, экранов и др.). Коэффициент отражения от поверхности оснастки выше* если поверхность холодная. Данный эффект приводит к подпыливанию меди

на поверхность подложки даже при отсутствии прямой видимости подложки из места расположения испарителя. Лучшим способом, исключающим подпы- ление меди, является многократное перекрытие дополнительными экранами возможных траекторий полета испаряющихся атомов.

Одной из причин неудовлетворительной адгезии может являться значительный ток масла из диффузионного насоса при откачке. Величина обратного тока масла сложным образом зависит от качества сборки дифузионного насоса. Рекомендуется периодически осуществлять контроль обратного тока масла с помощью измерения смачиваемости на подложках до и после цикла откачки. Регулировка диффузионного насоса заключается в нахождении оптимального взаимного расположения узлов высоковакуумной части, а также в выборе температуры кипятильника.

<< | >>
Источник: Углов А. А. и др.. Адгезионная способность пленок.—М.: Радио и связь,. — 104 с.. 1987

Еще по теме Совершенствование технологии получения пленочных изделий широкой номенклатуры:

  1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ НОМЕНКЛАТУРА ИЗДЕЛИЯ И КОНСТРУКЦИЙ
  2. 3.6 Обоснование и совершенствование технологии производстваигристых ароматизированных вин
  3. ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ
  4. 2.5. ПРОИЗВОДСТВО ЯЧЕИСТОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ПО РЕЗАТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
  5. Слияние технологий - производство строительных изделий из пенобетона и других материалов
  6. Приложения * Приложение 1 ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ИЗДЕЛИИ Л. С. Розанова
  7. НОМЕНКЛАТУРА
  8. Номенклатура.
  9. 9. Предельные углеводороды (алканы). Номенклатура алканов и их производных
  10. Тесные и широкие врата
  11. Номенклатура поставок
  12. 17. Строение и номенклатура углеводородов ряда этилена