Оптимизация процесса плазмохимического травления на установке LAM690

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Теоретический раздел

1.1 Сущность плазмохимического травления

1.2 Методы плазменного травления

1.3 Факторы, определяющие технологические параметры процесса плазменного травления

2. Технологический раздел

2.1 Оборудование для выполнения процесса

2.2 Аттестация оборудования

2.3 Виды брака и их причины

3. Экспериментальный раздел

4. Экономический раздел

5. Охрана труда

Заключение

Список использованных источников

Введение

Массовое производство изделий микроэлектроники невозможно без литографических операций. Это в равной мере относится как к дискретным полупроводниковым приборам (диоды, транзисторы), так и к интегральным микросхемам любой сложности.

Более того, при исключительной важности абсолютно всех технологических операций, процессы литографии в первую очередь определяют качество выпускаемой продукции и научно-технического уровня в целом, поэтому все стадии процесса литографии (фотолитографии) важны.

Травление металлов, то есть формирование рисунка топологии на технологическом слое (металлизации), является конечной задачей фотолитографии. И от качества травления зависят электропараметры и процент выхода годных изделий, вследствие этого, травление металлов является одним из важнейших технологических процессов (ТП), которому необходимо уделять большое внимание.

В соответствии с концепцией развития, основным направлением дальнейшего развития НПО "Интеграл" является разработка изделий с субмикронными топологическими нормами (от 0,6 до 0,25 мкм). Это потребует развития, как парка соответствующего технологического оборудования, так и разработки новых технологических процессов с использованием новых материалов и способов их обработки.

Поэтому, актуальность моего дипломного заключается в изучении методов травления металлов, оборудования для проведения данных ТП и выбора метода и оборудования для процессов травления металлов, наиболее подходящих для выполнения поставленной задачи.

1. Теоретический раздел

1.1 Сущность плазмохимического травления

"Сухие" методы травления не только лишены технологических недостатков, присущих жидкостному, но и способствуют повышению культуры производства и санитарно-гигиенического состояния фотолитографических участков; снимают вопросы транспортировки, хранения и утилизации вредных химреактивов; увеличивают точность контроля и воспроизводимость процессов фотолитографии, а также обеспечивается высокая производительность и возможность автоматического регулирования процессов травления.

Обычно выделяют две разновидности плазменных процессов травления - непосредственно плазменные и ионные.

Плазма - частично или полностью ионизированный газ, состоящий из положительно и отрицательно заряженных ионов, общий заряд которых равен нулю, подчиняется газовым законам, проводит электрический ток и управляется магнитным полем. Плазма подразделяется на горячую и холодную. За единицу температуры принимается эВ равный 1600 К. Температура горячей плазмы составляет 100 эВ, а холодной около 10 эВ. К горячей плазме относится инфракрасное излучение и рентгеновское, а к холодной плазме ультрафиолетовое излучение. Приложенное электрическое поле из вне, может не только ионизировать газ, но и возбуждать в образовавшейся плазме электрический ток.

В качестве газов-реагентов для травления применяют галогены, галогеноводороды, пары воды, соединения серы, которые добавляют в небольших количествах к газоносителю.

При плазмохимическом (ПХТ) травлении поверхности полупроводниковых пластин обрабатываются химически активными атомами или радикалами, поступающими из высокочастотной плазмы в пять этапов:

- доставка молекул активного газа в зону разряда;

- превращение этих молекул в активные радикалы под воздействием электронов в плазме разряда;

- доставка радикалов к поверхности материала, подвергаемому травлению;

- взаимодействие радикалов с поверхностью материала (адсорбция, химическая реакция и десорбция);

- отвод продуктов реакции из рабочей камеры.

Этот метод состоит в том, что разрушение обрабатываемого материала происходит благодаря химическим реакциям между ионами активного газа или другими частицами, образующимися в плазме газового разряда, и атомами этого материала. При этом в результате химических реакций образуются летучие соединения. При плазменном травлении в качестве рабочих используются галогеносодержащие газы.

Выбор галогеносодержащих газов обусловлен тем, что именно в этой плазме появляются элементы, реагирующие с применяемыми в микросхемах материалами и образующие легколетучие соединения. Особенность травления в газовом разряде - наличие электронов, возникновение и потеря которых определяет равновесное состояние в разряде. Ионизация молекул рабочего газа может осуществляться наряду с диссоциацией молекул.

Процесс ПХТ является изотропным, удаление вещества осуществляется за счет чисто химического распыления образующихся летучих соединений. Скорость ПХТ вещества зависит от его физико-химических характеристик и технологических параметров процесса.

К параметрам, контролируемым во время ПХТ, относят: давление системы, скорость откачки, соотношение подающей и отраженной мощности, расход газа, время травления.

Скорость травления определяется многочисленными факторами, главными из которых являются: конфигурация плазменной системы, оптимальный выбор плазмообразующих газов, ВЧ мощность и рабочее давление.

Рабочее давление влияет на скорость, изотропность и однородность травления через изменение длины свободного пробега ионов. Высокое давление увеличивает однородность процесса, но приводит к изотропному травлению и снижению величины скорости процесса. Понижение давления улучшает разрешение процесса за счет усиления анизотропии процесса, увеличивает скорость травления, но увеличивает число радиационных повреждений структур.

При ПХТ титана во фторсодержащей плазме скорость травления мала вследствие малой летучести продуктов и ограничивается чисто ионным распылением образующейся пленки фторидов. Электронная бомбардировка ускоряет фторирование. Соответственно велика анизотропия травления. Плазмохимическое травление титана проводится в хлорсодержащей плазме вследствие более высокой летучести тетрахлорида титана (низкая температура травления). На поверхности наблюдаются большие концентрации фтора, связанные с взаимодействием фторсодержащих радикалов. Активными частицами в травлении являются не только атомы, но и молекулы хлора.

Медные пленки травятся в хлорсодержащей плазме, поскольку хлориды более летучи, чем фториды. Частицами, активно взаимодействующими с поверхностью Си являются атомы и молекулы хлора, причем вероятность взаимодействия обоих частиц практически одинакова даже при комнатных температурах. Ионная бомбардировка не влияет на скорость процесса. В результате взаимодействия на поверхности образуется слой хлорида меди CuCl , толщина которого при комнатной температуре пропорциональна времени экспозиции. Единственным летучим продуктом является Сu₃С1₃, температура сублимации которого составляет 423°С.

Плазмохимическое травление пленок хрома осуществляется в плазме смесей хлорсодержащих газов с кислородом. Поскольку галогениды хрома нелетучи, единственным возможным продуктом травления в газовой фазе является летучий оксихлорид хрома СгO₂С1₂. Оксид хрома травится в хлорсодержащей плазме Сl₂+Аг, ССl₄+Аr со значительно большей скоростью, чем хром, за счет содержавшегося в пленке кислорода, связанного с хромом. Это приводит к высокой селективности травления оксида относительно хрома.

Механизм травления сплава TiW интересен тем, что один из его компонентов имеет нелетучие фториды или хлориды при низких температурах. Во фторсодержащей плазме активными частицами в травлении являются радикалы SF₅ и атомы фтора. Вследствие разной скорости травления фтором компонентов сплава в зависимостях скорости травления от температуры наблюдается излом при температурах около 350 К. Эта температура ниже температуры плавления фторида титана, но выше соответствующей температуры плавления фторида вольфрама. Но фторид преобладающего компонента - вольфрама вовлекает в травление и титан, так как выше этой температуры сплав травится как единый материал и обогащения титаном на поверхности после травления не происходит. В то же время при температуре меньше 350К на поверхности наблюдается обогащение титаном и увеличивается энергия активации и соответственно снижается скорость травления. Во фторхлорсодержащей плазме скорость травления сплава TiW повышается, но остается существенно ниже по сравнению со скоростью травления титана и сплава во фторсодержащей плазме, хотя при низких температурах они примерно одинаковы.

Металлы III группы периодической системы - индий, галлий и их соединения с элементами V группы - фосфором, мышьяком также травят в хлорсодержащей плазме. Набор плазмообразующих газов в этом случае существенно больше С1₂ , CCl₄, ВС1₃, С1₂ /ВС1₃, Вr₂, СОСl₂, CCl₂F₂, РСl₃, НСl, CCl₂F₂/0₂/Ar, СС1₄/O₂. Анизотропия травления достигается за счет использования фтора и кислорода, поскольку фториды и окислы этих элементов нелетучи и удаляются ионным распылением.

Алюминий - один из основных металлов, используемых в металлизации при изготовлении больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС) - не имеет летучих галогенидов при комнатной температуре, кроме Аl₂Сl₆, температура возгонки которого составляет 297 К. Поэтому травление пленок алюминия осуществляют в плазме хлорсодержащих газов и их смесей: Сl₂, ССl₄, BCl₃, Сl₂/ССl₄; Сl/ВСl₃. Активными частицами, взаимодействующими с чистой поверхностью алюминия, являются атомы и молекулы хлора. Вероятности их реакций при комнатной температуре одинаковы и ионная бомбардировка их не ускоряет. Скорость травления не зависит от разности потенциалов между плазмой и поверхностью, мощности разряда. Основной продукт - А1₂Сl₆. Травление изотропно. Однако поверхность пленок алюминия легко окисляется атмосферным воздухом. Поэтому в технологии, как правило, на практике травятся окисленные пленки. Окисленные пленки травятся преимущественно атомами хлора. Анизотропия травления достигается за счет добавок газов (СС1₄, ВС1₃). Они осаждаются на поверхности, пассивируя ее, и удаляются, так же как и окисленные слои, за счет ионной бомбардировки. Продукты травления переосаждаются на поверхности стенок реактора и частично на поверхности травимых образцов. Присутствие паров воды вследствие гигроскопичности хлоридов алюминия адсорбируются, вступая с ними в реакцию с образованием гидроксида алюминия. Это приводит к невоспроизводимости результатов и изменению свойств изделий вплоть до полного стравливания оставшихся участков пленки в БИС и СБИС во время хранения на атмосфере даже под защитным покрытием. Поэтому необходим строгий контроль за примесью паров воды, а также меры по очистке и пассивированию поверхности после травления и защите изделий, чтобы исключить последующий контакт алюминиевых слоев с атмосферой.

Необходимо также сказать, что алюминий является одним из наиболее часто травимых металлов, так как он применяется в качестве однослойной металлизации (проводящих дорожек и контактных площадок). Алюминий получил широкое применение из-за следующих достоинств:

- доступный и не дорогой материал;

- хорошая адгезия к кремнию и оксиду кремния;

- пластичен;

- технологичен;

- имеет высокую электропроводность;

- обладает хорошим контактом крип областям.

К недостаткам ПХТ относят:

- трудность контроля клина травления;

- сложность и высокая стоимость оборудования.

Достоинства ПХТ:

- не требует обработки после процесса травления;

- позволяет одновременно травить слои и удалять фоторезист;

- меняет травящие компоненты;

- может использоваться для травления любых материалов и сплавов;

- процессом можно управлять с помощью ЭВМ;

- процесс обладает высокой разрешающей способностью;

- высокая скорость процесса;

- экологическая чистота;

- экономичность;

- минимальный эффект бокового подтравливания;

- высокая производительность.

Необходимо отметить, что плазмохимические методы травления различных материалов, позволили создать полностью замкнутые методы создания сложных изделий микроэлектроники - СБИС и БИС, поэтому в производстве все чаще применяются "сухие" методы травления, а именно ПХТ, которое обладает наибольшими преимуществами в отличии от других методов "сухого" травления.

1.2 Методы плазменного травления

Для плазменного травления кремния, его соединений и некоторых металлов применяют молекулярные газы, содержащие один или более галогенов в своем составе. Выбор таких газов объясняется тем, что образуемые ими в плазме элементы реагируют с материалами, подвергаемыми травлению, образуя летучие соединения при температурах, достаточно низких, чтобы обеспечить качественный перенос рисунка.

Таблица 1.1 -- Технологические режимы ПХТ слоев SiO₂

Наименование технологического параметра	Значения параметров на различных стадиях процесса
	Стабилизация расхода газов	Травление	Охлаждение и продувка реактора
Давление, Па	90	90	90
Мощность, Вт	--	590	--
Расход He, см /мин.	30	30	30
Расход O2, см /мин.	8	8	--
Расход C3F8, см /мин.	90	90	--
Расход CHF3, см /мин.	30	30	--
Время стадии, с.	15	30 -- 110	10

В таблице 1.1 в качестве примера приведены технологические режимы плазмохимического травления (ПХТ) слоев SiO₂ селективные по отношению к монокристаллическому кремнию в ВЧ планарном реакторе с поштучной обработкой пластин.

Добавка в газовую смесь кислорода способствует лучшему удалению из зоны травления нелетучих углеродсодержащих соединений за счет образования таких газов, как COF₂, CO и CO₂. При добавлении в газовую смесь CHF3 происходит увеличение скорости травления SiO₂ и уменьшение скорости травления чистого кремния. Это позволяет обеспечить селективность травления SiO₂ по отношению к Si на уровне 10:1. Добавка в газовую смесь гелия позволяет эффективно охлаждать стенки реактора и пластину во время, и после травления, что необходимо для сохранения геометрии фоторезистивной маски. В табл. 1.2 приведены технологические режимы ПХТ в ВЧ планарном реакторе с поштучной обработкой пластин слоями Si₃N₄ толщиной 0,1 мкм, полученными химическим осаждением из газовой фазы.

Таблица 1.2 -- Технологические режимы ПХТ слоев Si₃N₄

Наименование технологического параметра	Значения параметров на различных стадиях процесса
	Стабилизация расхода газов	Травление	Охлаждение и продувка реактора
Давление, Па	40	40	40
Мощность, Вт	--	150	--
Расход He, см /мин.	100	100	100
Расход SF6, см /мин.	150	150	--
Время стадии, с.	15	50	9

В данном примере травление слоев осуществляется атомами фтора, которые освобождаются в плазме гексафторида серы. Поскольку атомы фтора быстрее вступают в реакцию с нитридом кремния, чем с SiO2, то данный процесс характеризуется селективностью травления Si3N4 по отношению к SiO2. Добавка гелия выполняет функцию хладагента. В табл. 1.3 приведен пример ПХТ в ВЧ планарном реакторе алюминиевой пленки толщиной 1,0 мкм. Непосредственно травление алюминия осуществляется в плазмообразующей смеси BCl3 + Cl2

Таблица 1.3 -- Технологические режимы ПХТ алюминиевых пленок

Наименование технологического параметра	Значения параметров на различных стадиях процесса
	Стабилизация Расхода газов	1--я стадия травления	2--я стадия травления	Охлаждение и продувка реактора
Давление, Па	30	30	30	30
Мощность, Вт	--	250	210	--
Расход He, см /мин.	50	50	50	50
Расход Cl2, см /мин.	25	25	25	--
Расход SiCl4, см3/мин.	25	25	25	--
Расход BCl3,см3/мин.	40	40	40	--
Время стадии, с.	20	60	120	20

Таким образом, чистый хлор обеспечивает удаление оксида алюминия, который всегда содержится на поверхности пленки алюминия, а также по границам кристаллических зерен. Для улучшения эффективности удаления Al2O3 с поверхности пленки процесс травления проводится в две стадии. Различие между стадиями заключается в том, что первые 60 секунд процесса происходят при более высокой мощности. Это обусловливает увеличение ионной составляющей плазмы и дополнительное травление поверхности пленки физическим распылением, характеризующимся малой селективностью травления Al по отношению к Al2O3. Добавка в газовую смесь тетрахлорсилана производится для исключения бокового подтравливания под маску фоторезиста. После разложения в плазме SiCl4 образуются атомы хлора, участвующие в реакции травления Al, а освободившийся кремний осаждается на боковых стенках и дне канавки травления. Осажденный кремний удаляется со дна канавки бомбардировкой положительными ионами, в то время как на боковых стенках этого не происходит из-за малого угла их падения. Таким образом, кремний, осажденный на боковых стенках, блокирует реакцию с алюминием, поскольку не образует в плазме летучих соединений с хлором.

1.3 Факторы, определяющие технологические параметры процесса плазменного травления

Плазмохимическое травление обусловлено протеканием реакций газификации между частицами травителя и подложкой. При этом плазма является инструментом травления. Известно, что плазмохимическое травление кремния осуществляют во фторсодержащей плазме, поскольку атомы фтора самопроизвольно реагируют с кремнием как n-, так и р- типа проводимости, а также с SiO₂ и Si₃N₄, образуя летучие вещества. В качестве источников фтора могут служить молекулы: F₂, CF₄, C₂F₆, C₃F₈, SF₆, SiF₄, NF₃, ClF₃, которые при диссоциации в плазме могут образовывать атомарный фтор а также различные фторсодержащие радикалы. В результате химических реакций с кремнием образуются летучие продукты такие, как SiF₂ и SiF₄.

Однако чисто плазмохимическое травление при отсутствии каких--либо кристаллографических эффектов является изотропным вследствие закругления профиля стенок структуры, радиус которого примерно равен глубине травления. Для получения анизотропии процесса травление стимулируют бомбардировкой положительными ионами. Известны два механизма стимуляции анизотропного травления ионной бомбардировкой.

1.Ионы, бомбардирующие кремний, создают радиацион-ные нарушения в кристаллической решетке, простирающиеся в глубину на несколько монослоев от поверхности. Радиационные повреждения катализируют процесс хемосорбции травителя. Кроме того, химическая реакция с нарушенной областью кристалла протекает с повышенной скоростью, причем глубина и количество радиационных нарушений зависят от энергии ионов.

2.Определенные газы (например, CHF₃, CClF₃) или смеси газов (CF₄--H₂) распадаются в плазме, образуя элементы с ненасыщенными связями и радикалы, способные к полимеризации. Эти элементы, взаимодействуя с поверхностью, формируют адсорбированный слой, а в некоторых случаях - сплошную пленку. Адсорбированный слой замедляет травление, адсорбируя элементы травителя (рекомбинационный механизм) либо препятствуя доступу частиц травителя к подложке. Ионная бомбардировка поверхности удаляет покрытие из ингибиторов, что вызывает анизотропию травления.

Следует отметить, что указанные механизмы травления не являются независимыми. Например, процесс химического распыления равнозначен сочетанию распыления с разрывом связи между атомами (образованию радиационных нарушений) и удалению с поверхности ингибитора (слоя из продуктов взаимодействия). Требования к точности переноса рисунков удовлетворяются при использовании методов сухого травления в газовом разряде при низком давлении (в плазме), обеспечивающих высокую анизотропность травления. Скорость, селективность и анизотропия травления определяются различными параметрами, включая состав и давление рабочего газа, температуру подложки, частоту и плотность мощности приложенного электрического поля. Эти параметры необходимо строго контролировать для качественного воспроизводства процессов травления.

Улучшение селективности и контроля профиля травления становится особенно важным по мере дальнейшего уменьшения размеров элементов ИМС.

2.Технологический раздел

2.1 Оборудование для выполнения процесса

Установка LAM 690 предназначена для травления металлических слоев алюминия, алюминиевых сплавов, титана, вольфрама в полностью автоматическом (либо ручном) режиме посредством микропроцессорного управления с выводом данных на дисплей. Внешний вид установки изображен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 -- Внешний вид установки LAM690

Установка включает в себя следующие узлы и блоки:

-блок питания;

-микропроцессорная система управления;

-подающий механизм;

-входной шлюз;

-рабочая камера;

-выходной шлюз;

-приемный механизм;

-ВЧ-генератор;

-газовая панель;

-контроллер давления АС-2;

-панель управления.

Блок питания-- распределяет постоянные и переменные напряжения для функционирования системы.

Генератор радиочастоты -- это твердотельный генератор с водяным охлаждением и мощностью 650 Вт.

Газовая панель -- в эту панель входят 5 газов, которые подаются с определенной скоростью в зависимости от заданной программы.

Контроллер давления -- автоматически контролирует давление в камере.

Панель управления состоит из:

Клавиша (Power ON/OFF) -- нужна для включения и выключения питания установки.

Клавиша START -- предназначена для запуска установки в процессе. Клавиша STOP -- предназначена для прекращения процесса.

Клавиша STATUS. При нажатии этой клавиши на экран вызывается страница STATUS. На этой странице указывается текущее состояние параметров для камеры.

Клавиша LOAD -- нажатие этой клавиши производится в то время, когда в гнездо клавиатуры вставлен модуль управляющей программы, вызывает загрузку этой программы в память ЭВМ. При этом программа, которая была ранее загружена, стирается автоматически.

Система перемещения пластин состоит из:

1. Подающий индикатор (отвечает за подачу пластин на ленточный конвейер по 1 шт.)

2. Ленточный конвейер (отвечает за перемещение пластин в камеру и соответственно из нее.)

3. Подающий подъемник (предназначен для подъема пластины с подающего конвейера в позицию.)

4. Входной и выходной шлюзы (выполняют роль буферов между средой помещения и рабочей камерой. Наличие шлюзов позволяют постоянно поддерживать в рабочей камере вакуум.)

5. В рабочей камере происходит непосредственно травление.

6. Приемный подъемник (отвечает за прием обработанных пластин и опускает их на приемный конвейер.)

7. Приемный индикатор (отвечает за прием пластин в кассету по 1 шт.)

Пластины обрабатываются поочередно и передаются из подающей кассеты в приемную. Подающий индикатор загружает пластины из подающей кассеты на ленточный конвейер (по одной), конвейер перемещает пластину на подающий подъемник. Подъемник поднимает пластину с конвейера к воздушному шлюзу. Манипулятор перемещает пластину в шлюз. Когда манипулятор располагается в центре шлюза, внешняя задвижка закрывается и из шлюза откачивается воздух. Когда давление в шлюзе достигает установленной величины, открывается внутренняя задвижка, пластина загружается в камеру, после этого в камере происходит смешивание газов и происходит травление. Далее манипулятор размещает пластину на подъемник камеры и выходит из нее; внутренняя задвижка закрывается. Пластина по ленточному конвейеру попадает в приемную кассету. И так происходит с каждой пластиной.

2.2 Аттестация оборудования

1. Проверить по журналу готовность оборудования, установка должна быть подготовлена к работе наладчиком и проведена запись. При отсутствии записи, к работе не приступать и сообщить мастеру или технологу.

2. Подготовить рабочее место, используя хлопчатобумажную ткань и деионизованную воду:

- протереть внутреннюю поверхность чистой зоны.

- протереть стол в чистой зоне.

- протереть наружную поверхность оборудования.

3. Используя ткань, смоченную спиртом:

- протереть в начале смены резиновые уплотнения люка, смотровое окно, подставки.

- протереть перед каждым процессом вакуумный пинцет и напальчники.

4. Проверить установку на привносимую дефектность.

- взять вакуумным пинцетом за непланарную сторону контрольную пластину из кассеты и подсчитать количество светящихся точек на ней.

- провести полный рабочий цикл.

- подсчитать количество светящихся точек на пластине после процесса. Если их количество превышает десять, то провести продувку камеры и повторить процесс. При повторном отрицательном результате к работе не приступать, сообщить мастеру или технологу.

5. Взять контрольную пластину, проверить её поверхность и сосчитать количество светящихся точек. Положить пластину на подставку в рабочей зоне и провести контроль через час работы. Не допускается прирост светящихся точек более трёх. В случае прироста точек произвести влажную уборку и повторить контроль.

6. Проверить по дисплею правильность задания программы.

2.3 Виды брака и их причины

Основными дефектами после операции плазмохимического травления являются: недотравленные и перетравленные участки технологического слоя, побурение фоторезиста, несоответствие линейных размеров, следы электрических пробоев, клин травления больше нормы и загрязнения.

Для устранения этих видов брака в основном необходимо оптимизировать режимы плазмохимического травления (время травления, давление, ВЧ-мощность и расход газов). Для изделий с категорией качества "ВП" изменение режимов травления необходимо проводить с помощью технолога. Затем провести контрольный процесс на скорость травления и неравномерность. Если при контроле параметры соответствуют норме - провести плазмохимическое травление и контроль одной пластины.

Возможны также следующие виды брака: бой пластин, растрескивание пластин в ходе выполнения операции, падение пластин на пол, царапины на пластине, эти виды брака чаще всего возникают из-за неосторожности оператора.

В таблице 2.1 представлены дефекты после ПХТ, причины их возникновения, методы предупреждения и устранения.

Таблица 2.1 -- Дефекты после операции ПХТ

Вид дефекта	Изображение дефекта	Причина возникновения дефекта	Методы устранения и предупреждения
Клин травления больше нормы (при ПХТ клин травления минимальный и его контроль затруднен)		Плохая адгезия фоторезиста, нарушение режимов травления	Проверить адгезию фоторезиста, срок хранения, отрегулировать режимы травления
Неполное вытравливание участков технологического слоя, незащищенных фоторезистом		Нарушение адгезии фоторезиста, режимов травления, экспонирования и геометрических размеров на фотошаблоне	Проверить режимы, заменить фотошаблон
Проколы технологического слоя		Пропуск брака при проявлении, дефекты фотошаблонов	Провести анализ брака, проверить и заменить фотошаблоны
Остатки невытравленного алюминия в виде перемычек		Пропуск брака на проявлении, нарушение режимов задубливания, не допроявка, дефекты фотошаблонов	Проверить и заменить фотошаблоны, проверить и отрегулировать режимы проявления и задубливания, провести повторное травление
Отслаивание металлизации и перемычек в металлизированн ых разводках		Плохая адгезия металла, нарушение режимов травления, дефекты фотошаблонов	Заменить фотошаблон, проверить адгезию и режимы травления
Несоответствие размеров элементов требуемым по КДиТД		Нарушение режимов травления, дефекты фотошаблона	Проверить и заменить фотошаблон, отрегулировать режимы травления
Растравы, пятна и загрязнения		Нарушение режимов травления, плохая адгезия фоторезиста, нарушения в работе оператора, неравномерность структуры и технологического слоя, не соблюдение ЭГ	Провести анализ качества алюминия, отрегулировать режимы травления, проверить качество работы операторов, проверить ЭГ
Бой и царапанье пластин		Неаккуратность работы оператора, искривление падающих кассет, сбой работы транспортных треков	Заменить кассеты, отрегулировать движение треков, провести дополнительный инструктаж операторов

При повышенной дефектности поверхности пластин (пылевидные частицы на поверхности) - следует провести уборку рабочего места, чистку зоны загрузки/выгрузки. Провести контрольный процесс на привносимую дефектность, если результат не соответствует норме - сообщить технологу.

Для обеспечения качества продукции необходимо тщательно соблюдать требования технологической документации, повышать квалификацию персонала, соблюдать требования ЭГ, оптимизировать процесс производства.

3. Экспериментальный раздел

Оптимизация процессов плазмохимического травления заключается в нахождении и установке таких режимов травления, которые обеспечат наименьшие затраты и время на их проведение при соблюдении всех технологических норм.

В качестве технологических слоев используют алюминий, оксид кремния, нитрид кремния, ванадий, фосфорно-силикатное стекло и другие материалы. Для экспериментов в качестве технологического слоя выбран алюминий, так как фотолитография по алюминию является одной из наиболее сложной. Это связано с тем, что алюминий является покрытием с высоким коэффициентом отражения, что приводит к засвечиванию фоторезиста отраженным светом и как следствие к большому уходу размеров элементов.

Кроме того, адгезия фоторезиста к алюминию по сравнению с другими слоями более низкая. Все эти факторы приводят к необходимости тщательного выбора оптимальных режимов травления алюминия, то есть времени и температуры травления.

Для проведения качественной фотолитографии по алюминию необходима хорошая адгезия фоторезиста, а так же соблюдение режимов травления алюминия. Адгезия фоторезиста зависит от качества подготовки поверхности подложки перед нанесением фоторезиста, а так же от температуры задубливания.

Для повышения адгезии перед нанесением фоторезиста подложки с алюминиевой пленкой обрабатывают в парах гесаметилдисилазане (ГМДС) в течении 5 минут. Данная обработка обеспечивает гидрофобную поверхность, способствует улучшению растекаемости фоторезиста и повышению его адгезии.

Температура задубливания фоторезиста на пленке алюминия должна быть достаточно высокой. Это связано с тем, что при проведении фотолитографии по алюминию фоторезист наносится на развитую рельефную поверхность и как следствие имеет разброс по толщине на разных участках структуры. Это приводит к повышению внутренних механических напряжений в фоторезисте, которые создают условия для отслаивания фоторезиста. Поэтому для улучшения адгезии фоторезиста задубливание проводят при максимально возможной температуре, при которой не наблюдается оплывание фоторезиста.

Для выбора оптимального режима травления были проведены следующие эксперименты: для выбора оптимальной температуры травления были использованы кремниевые пластины, диаметром 100 миллиметров с напыленной на них пленкой алюминия толщиной один микрон. Были проведены операции фотолитографии по стандартной технологии, а именно:

- перед нанесением фоторезиста проводилась обработка в парах ГМДС в течении 5 минут;

- затем нанесение фоторезиста ФП-1813 толщиной 1,4 миллиметра на установке "Лада-125";

- сушка фоторезиста на установке "Лада-125" при температуре Т=80-90-100°?в течении времени 9±0,5 минут;

- экспонирование на установке ЭМ-5 84А;

- после проявления проводился контроль линейных размеров и контроль внешнего вида кристалла после фотолитографии;

- задубливание на установке "Лада-125" при температуре Т= 90- 100-110°Св течении времени 9±0,5 минут;

Скорость травления зависит от тех. параметров процесса, которые влияют на концентрации химически активних частиц плазмы и активных центров на обрабатываемой поверхности. К таким параметрам относится, прежде всего, вкладываемая в электрический разряд ВЧ мощность W, так как она определяет электронную температуру плазмы, от которой зависит компонентный состав и концентрация реактивних частиц плазмы. Как правило, скорость ПХТ материалов возрастает с увеличением мощности, поскольку увеличение мощности приводит к возрастанию концентрации реактивних частиц плазмы, образующихся при диссоциации и ионизации молекул рабочего газа электронным ударом. Наблюдается практически линейная зависимость увеличения скорости травления с увеличением мощности.

Рисунок 3.1 -- Зависимость скорости травления алюминия в плазме от мощности, вкладываемой в разряд , при различной скорости подачи газа: 1- при потоке 0,042 см3/с; 2 - при потоке 0,08 см3/с; 3 - при потоке 0,13 см3/с; 4 - при потоке 0,16 см3/с.

Увеличение расхода рабочего газа приводит к возрастанию абсолютного значения скорости плазменного травления материалов, что отображено на рисунке 3.1.

Наибольшая селективность процесса травления наблюдается при высоких уровнях мощности и давлении рабочего газа. С увеличением давления скорость травления растет, достигает максимума, а затем уменьшается, как показано на рисунке 3.2.



Рисунок 3.2. -- Зависимость скорости ПХТ от давления рабочего газа

Кроме того исследовалось влияние срока хранения пластин от задубливания до травления алюминия. Для этого были использованы пластины прошедшие те же операции фотолитографии в тех же режимах что и в предыдущем эксперименте, но с различным сроком хранения от 0,5 до 10 часов. После травления проводился контроль линейных размеров элементов и контроль дефектности. График зависимости дефектности кристаллов от срока хранения пластин представлен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3-- График зависимости дефектности кристалла от срока хранения пластин.

График показывает, что наименьшее количество дефектности кристаллов наблюдается на свежезадубленных пластинах и использованных в течении времени 6 часов. Допускается меньше двух дефектных модулей на диаметре. При травлении пластин сроком хранения более шести часов наблюдается значительное увеличение количества вырывов и обрывов металлизации, что связано с частичной потерей адгезии фоторезиста. Таким образом, оптимальным сроком хранения пластин от задубливания до травления следует считать 6 часов. Срок хранения свыше 6 часов является недопустимым. В этом случае на контрольной пластине следует провести контрольный процесс. В случае отрицательного результата надо отдать на реставрацию. В случае положительного - провести травление всей партии.

4. Технико-экономическое обоснование дипломного проекта

Республика Беларусь в своей социально-экономической политике на предстоящее пятилетие исходит из преемственности целей и приоритетов, которые были сформулированы и реализовывались в предыдущие годы. Национальная модель социально ориентированной экономики хорошо зарекомендовала себя на протяжении последних 15 лет и в основном будет сохранена в перспективе.

Вместе с тем для динамичного развития требуется более активное совершенствование и модернизация действующих организационно-экономических механизмов, экономических институтов и экономической политики, которые позволят повысить эффективность, устойчивость и конкурентоспособность существующей модели развития Республики Беларусь.

Основные направления совершенствования предусматривают формирование национальной инновационной системы; создание благоприятных условий для развития предпринимательской инициативы и увеличения притока инвестиций в экономику; развитие государственно-частного партнерства в целях обеспечения устойчивости государственной финансовой системы; расширение самостоятельности и ответственности региональных и местных органов управления в решении социально-экономических проблем.

Главная цель -- рост благосостояния и улучшение условий жизни населения на основе совершенствования социально-экономических отношений, инновационного развития и повышения конкурентоспособности национальной экономики.

Ее реализация предусматривает повышение реальных располагаемых денежных доходов населения в 2015 году к уровню 2010 года в 1,7 -- 1,76 раза на основе обеспечения роста ВВП -- в 1,62 -- 1,68 раза, производительности труда -- в 1,63 -- 1,68 раза, объемов промышленного производства -- в 1,54 -- 1,6 раза, сельского хозяйства -- в 1,39 -- 1,45 раза, удельного веса отгруженной инновационной продукции организациями, основным видом деятельности которых является производство промышленной продукции, в общем объеме отгруженной продукции до 20 -- 21 процента в 2015 году, инвестиций в основной капитал за пятилетие -- в 1,9 -- 1,97 раза, основная часть которых будет направлена на создание и модернизацию более одного миллиона рабочих мест.

Реализация поставленной цели будет достигнута на основе всестороннего использования потенциала сильного государства, концепция которого успешно претворяется в жизнь в нашей стране. Именно оно выступит гарантом защиты частной собственности, инициатором и эффективным проводником прогрессивных преобразований.

При этом потребуется концентрация ресурсов на следующих приоритетных направлениях социально-экономического развития Республики Беларусь на 2011 -- 2015 годы.

Характеристика техпроцесса по производству изделия

В дипломном проекте предлагается оптимизация процесса плазмохимического травления.

В данном разделе дипломного проекта определяется сравнительная экономическая эффективность базового варианта проведения операции и проведённого эксперимента с целью снижения полной себестоимости.

Разработка любых ИМС представляет собой довольно сложный процесс, требующий решения разнообразных научно-технических проблем. Вопросы выбора конкретного технологического воплощения ИМС решаются с учетом особенностей разрабатываемой схемы, возможностей и ограничений, присущих различным способам изготовления, а также технико-экономического обоснования целесообразности массового производства.

Плазмохимическое травление является наиболее ответственной операцией процесса фотолитографии и поэтому к нему предъявляются строгие требования, которые влияют на качество продукции.

В дипломном проекте реализуется оптимизация процесса травления, которая позволяет увеличить процент выхода годных изделий.

Исходные данные

плазмохимический травление плазменный фотолитография

Таблица 4.1 - Исходные данные

Расчёт прямых затрат на изготовление 1000 годных изделий

Расчёт материальных затрат

В этом разделе отражается стоимость основных и вспомогательных материалов. В стоимость основных материалов входит стоимость основного сырья и материалов, непосредственно принимающих участие в процессе производства, и без которых этот процесс невозможен. В стоимость вспомогательных материалов входит стоимость материалов используемых в процессе производства продукции для обеспечения нормального технологического процесса.

Расчёт материальных затрат сводим в таблицу 4.2

Таблица 4.2 - Расчёт стоимости материальных затрат на 1000 годных изделий

Расчёт основной заработной платы основных рабочих

Заработная плата - это вознаграждение, которое получает рабочий предприятия в зависимости от количества и качества затраченного им труда.

Существует две основные формы заработной платы: повременная и сдельная оплата. Методы расчёта заработка обеспечиваются формами и системами заработной платы. Специфическая функция форм и систем заработной платы заключается в выявлении способа оценки степени труда для его оплаты, т.е. таким образом учитывается количество труда через рабочее время или через продукт труда, на основе индивидуальных или коллективных результатов. Результаты вычислений основной заработной платы сводим в таблицу 4.3

Таблица 4.3 - Расчёт основной заработной платы основных рабочих

Расчёт дополнительной заработной платы

Дополнительная заработная плата включает в себя оплату очередных отпусков, оплату льготных часов подростков, льготы матерям имеющих малолетних детей, а также другие предусмотренные законодательством выплаты. Результаты расчётов сводим в таблицу 5.4.

Таблица 5.4 - Расчёт дополнительной заработной платы

Расчёт отчислений и налогов

Налоговая политика государства - это совокупность мероприятий государства по сбору, организации и использованию налогов для осуществления государственных функций.

Налоги - это обязательные сборы с физических и юридических лиц, проводимые государством на основе законодательства.

Результаты расчётов сводятся в таблицу 5.5

Таблица 5.5 - Расчёт отчислений и налогов

Прямые затраты сведены в таблицу 4.6.

Таблица 4.6 - Прямые затраты на 1000 годных изделий

Статьи затрат	Прямые затраты на 1000 годных изделий
	I	II
Материальные затраты	1072,37	920,61
Основная заработная плата основных рабочих	1005600	978820
Дополнительная заработная плата основных рабочих	150840	146823
Отчисления и налоги от фонда оплаты труда	400129	389473
Итого прямых затрат	1557641,37	1516036,61

Расчёт косвенных расходов

Общепроизводственные расходы

Общепроизводственные расходы - это расходы, связанные с управлением и обслуживанием производства (расходы на производственном участке). Общепроизводственные расходы приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7 - Расчёт общепроизводственных расходов

Вариант	Расценка 1000 годных изделий, руб.	Общепроизводственные расходы, %	Сумма общепроизводственных расходов, руб.
I	1005600	130	1307280
II	978820	130	1272466

Расчёт общехозяйственных расходов

Общехозяйственные расходы - это расходы, связанные с управлением предприятия и организацией производства в целом.

Расчёт общехозяйственных расходов сведён в таблице 4.8

Таблица 4.8 - Расчёт общехозяйственных расходов

Вариант	Расценка 1000 годных изделий, руб.	Общехозяйственные расходы, %	Сумма общехозяйственных расходов, руб.
I	1005600	175	1759800
II	978820	175	1712935

Расчёт коммерческих расходов

Коммерческие (внепроизводственные) расходы - это расходы, связанные со сбытом продукции (тара, упаковка, реклама, транспортировка, и т.п.). Расчёт коммерческих расчётов представлен в таблице 4.9

Таблица 4.9 - Расчёт коммерческих расходов

Вариант	Прямые расходы, руб.	Общехозяйственные расходы, руб.	Общепроизводственные расходы, руб.	Коммерческие расходы	Сумма коммерческих расходов, руб.
I	1557641,37	1759800	1307280	3	138742
II	1516036,61	1712935	1272466	3	135043

Косвенные затраты - это затраты, общие для нескольких видов продукции, включенные в себестоимость косвенным путём. Косвенные затраты включают в себя: общепроизводственные расходы, общехозяйственные расходы и коммерческие расходы.

Результаты расчёта косвенных расходов сводим в таблицу 4.10

Таблица 4.10 - Расчёт косвенных расходов

Статьи расходов	Косвенные расходы, руб.
	I	II
Общие производственные расходы	1307280	1272466
Общие хозяйственные расходы	1759800	1712935
Коммерческие расходы	138742	135043
Итого косвенных расходов	3205822	3120444

Расчёт полной себестоимости

Себестоимость - это затраты предприятия, выраженные в денежной форме, на производство и реализацию продукции.

Себестоимость отражает в себе степень использования трудовых и материальных ресурсов, технологии и техники, качество продукции, уровень организации труда, т.е. всю производственно-хозяйственную деятельность предприятия.

Снижение себестоимости имеет большое хозяйственное значение, оказывающее влияние на увеличение прибыли предприятия, и является одним из основных источников снижения цен на продукцию.

Себестоимость бывает:

- цеховая - включает только затраты конкретного цеха;

- производственная - включает все затраты предприятия на изготовление продукции;

- полная - включает в себя все затраты предприятия с учётом реализации продукции;

Расчёт полной себестоимости производится путём сложения всех прямых и косвенных затрат. Результаты расчёта полной себестоимости представлены в таблице 4.11

Таблица 4.11 - Расчёт полной себестоимости

Вариант	Прямые затраты, руб.	Косвенные затраты, руб.	Полная себестоимость, руб.
I	1557641,37	3205822	4763463,37
II	1516036,61	3120444	4636480,61

Расчёт экономического эффекта

Важнейшими показателями эффективности являются прибыль и рентабельность. Уровень рентабельности зависит от величины прибыли и размера затрат.

Рентабельность выражает относительный размер прибыли на 1 рубль текущих затрат.

Прибыль - это разность между ценой и себестоимостью.

Годовой экономический эффект от внедрения мероприятий по дипломной работе рассчитывается следующим образом:

, (4.4)

где С_пр - производственная себестоимость по базовому и предлагаемому вариантам, руб.;

Г_пв - годовая программа выпуска.

(руб.)

Вывод: Предложенная оптимизация процесса повышает процент выхода годных и дает экономический эффект в сумме 116824139 рублей.

Показатели экономической эффективности рассчитанные в экономической части дипломного проекта позволяют сделать вывод, что принятые мероприятия по оптимизации процесса приводят к повышению эффективности производства, снижению процента брака, изготовленных изделий, а главное к снижению себестоимости продукции и увеличению прибыли и рентабельности производства.

Расчеты показали, что проведенные мною изменения снизили себестоимость продукции, увеличили прибыль и рентабельность.

5. Охрана труда и окружающей среды

Охрана труда - это система правовых, социально-экономических, организационных, технических, санитарно-гигиенических и лечебнопрофилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда

При проведении ПХТ основным источником опасности является высокое напряжение и движущиеся части установок и вакуумных насосов.

Поэтому для обеспечения охраны труда на рабочем месте, необходимо, чтобы все ограждения установок и отдельных блоков должны быть снабжены блокирующими устройствами, также должны быть блокированы все подходы к высоковольтным устройствам, съемным колпакам и другим элементам установок, через которые возможен доступ к высоковольтным блокам.

Блокировкой должны быть снабжены и вакуумные системы.

При проведении процесса ПХТ, также возможно воздействие электромагнитного поля на рабочий персонал, источником которого являются генераторы.

Электромагнитное поле (ЭМП) - область распространения электромагнитных волн. ЭМП характеризуется частотой излучения f, Гц или длиной волны X, м.

Электромагнитный спектр радиочастотного диапазона условно разделен на четыре частотных диапазона: низкочастотные (НЧ) до 30 кГц; высокочастотные (ВЧ) до 30 МГц; ультравысокочастотные (УВЧ) до 300 Мгц; сверхвысокочастотные (СВЧ) до 300 ГГц.

Воздействие ЭМП может вызвать у работающих:

- головную боль, вялость, расстройство сна, снижение памяти, повышенную раздражительность, апатию, боли в сердце, нарушение сердечных сокращений, понижение или повышение давления, нарушение деятельности эндокринной системы;

- трофические расстройства: похудение, выпадение волос, ломкость ногтей.

Методы и средства защиты от ЭМП:

- уменьшение мощности генерирования поля и излучения непосредственно в его источнике (обусловлено правильным выбором генератора, применением поглотителей энергии из материалов углеродистого состава или из специальных диэлектриков);

- увеличение расстояния от источника излучения;

- уменьшение времени пребывания в поле и под воздействием излучения;

- экранирование излучения применением отражающих и поглощающих экранов, а также все экраны обязательно должны заземляться для обеспечения стекания образующихся на них зарядов в землю;

- применение средств индивидуальной защиты.

При контакте с организмом человека вредные вещества (пары, газы, аэрозоли),могут вызывать изменения в состоянии здоровья или заболевания.

Вредное вещество - это вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья.

ПХТ не является исключением, при проведении ТП, также применяются вредные вещества, которые могут неблагоприятно влиять на работающий персонал.