eng
Выпуск #2/2022
К. М. Моисеев, Д. Д. Васильев, И. В. Михайлова, И. А. Воробьев
Разработка систем плазменной обработки изделий оптики и электроники
Разработка систем плазменной обработки изделий оптики и электроники
Просмотры: 1097
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.2.136.140
Плазменная обработка активно применяется при изготовлении оптических компонентов в изделиях фотоники и микроэлектроники: очистки поверхности от загрязнений, уменьшения шероховатости поверхности, повышения поверхностной энергии и модификации поверхности. В статье представлена информация о линейке установок плазменной обработки MPC, разработанных компанией «Джиэнтех» совместно со специалистами МГТУ им. Н. Э. Баумана. Акцент сделан на инновационную разработку – установку с сильноточным двуполярным импульсным генератором низкой частоты, который обеспечивает повышенную концентрацию низкоэнергетичных ионов и существенно меньшую температуру процесса для обработки перспективных изделий фотоники и микроэлектроники (полимерные линзы, волноводы), чувствительных к воздействию плазмы.
Плазменная обработка активно применяется при изготовлении оптических компонентов в изделиях фотоники и микроэлектроники: очистки поверхности от загрязнений, уменьшения шероховатости поверхности, повышения поверхностной энергии и модификации поверхности. В статье представлена информация о линейке установок плазменной обработки MPC, разработанных компанией «Джиэнтех» совместно со специалистами МГТУ им. Н. Э. Баумана. Акцент сделан на инновационную разработку – установку с сильноточным двуполярным импульсным генератором низкой частоты, который обеспечивает повышенную концентрацию низкоэнергетичных ионов и существенно меньшую температуру процесса для обработки перспективных изделий фотоники и микроэлектроники (полимерные линзы, волноводы), чувствительных к воздействию плазмы.
Теги: cleaning of optical elements low-temperature pulsed plasma plasma surface treatment technology for manufacturing optical components низкотемпературная импульсная плазма очистка оптических элементов плазменная обработка поверхности технология изготовления оптических компонентов
Разработка систем плазменной обработки изделий оптики и электроники
К. М. Моисеев, Д. Д. Васильев, И. В. Михайлова, И. А. Воробьев
ООО «Джиэнтех», Москва, Россия; МГТУ им. Баумана, Москва, Россия
Плазменная обработка активно применяется при изготовлении оптических компонентов в изделиях фотоники и микроэлектроники: очистки поверхности от загрязнений, уменьшения шероховатости поверхности, повышения поверхностной энергии и модификации поверхности. В статье представлена информация о линейке установок плазменной обработки MPC, разработанных компанией «Джиэнтех» совместно со специалистами МГТУ им. Н. Э. Баумана. Акцент сделан на инновационную разработку – установку с сильноточным двуполярным импульсным генератором низкой частоты, который обеспечивает повышенную концентрацию низкоэнергетичных ионов и существенно меньшую температуру процесса для обработки перспективных изделий фотоники и микроэлектроники (полимерные линзы, волноводы), чувствительных к воздействию плазмы.
Ключевые слова: низкотемпературная импульсная плазма, технология изготовления оптических компонентов, плазменная обработка поверхности, очистка оптических элементов
Статья получена: 28.02.2022. Статья принята: 16.03.2022
Введение
Плазменная обработка применяется для промежуточной и финишной обработки оптических компонентов. Плазменный разряд в среде процессного газа избирательно воздействует на пики шероховатости поверхности, существенно уменьшая ее по сравнению с исходным значением [1]. Лежащие в основе плазменной обработки физические и химические механизмы позволяют не только удалить углеродсодержащие загрязнения с поверхности оптических компонентов [2], но и остатки полировальных средств и других рабочих материалов [3]. Под воздействием ионов плазмы происходит модификация поверхности, из-за чего уменьшаются повреждения, вызванные лазерной обработкой [4], или изменяется поверхностная энергия, что приводит к улучшению адгезии последующих покрытий как на стеклянных оптических компонентах [5], так и на полимерных материалах [6]. При правильно подобранном режиме обработки возможно удаление углеродсодержащих загрязнений без повреждения покрытия на поверхности оптики [7]. Плазменную обработку используют для очистки оптических элементов в установках экстремальной ультрафиолетовой литографии [8] и кварцевых окон в токамаках и других термоядерных энергетических установках [9]. Также плазменная обработка подходит для согласования показателя преломления поверхностей стеклянных изделий вследствие модификации химического состава приповерхностного слоя стекла за счет ионного воздейстия [10].
Кроме того плазменная обработка применяется в полупроводниковом производстве (очищение подложки для нанесения технологических слоев проводника; травление заготовки в процессе изготовления микросхем, снятии фоторезиста с подложки) [11]; в медицине (активация поверхности скальпеля для нанесения антикоррозийного слоя металла; очистка катетеров и дыхательных масок) [12]; при производстве композитных материалов (увеличения поверхностной энергии и адгезионных свойств компонентов композита) [13] и других, где требуется удалить загрязнения с поверхности, сделать поверхность более активной, произвести травление микроструктур или модифицировать приповерхностный слой.
Операции предварительной подготовки поверхности являются обязательными практически в любом технологическом процессе производства изделий оптики, фотоники, микро- и наноэлектроники и др. В настоящее время требуемая чистота поверхности достигается преимущественно двумя способами: жидкостной химической очисткой или плазменной обработкой. Преимуществом плазменной очистки над жидкостной является отсутствие продуктов реакции, которые зачастую токсичны и вредны для окружающей среды и здоровья человека.
Для плазменной обработки изделия помещаются в вакуумную камеру, производится откачка воздуха, затем подается требуемый процессный газ и зажигается газовый разряд. Плазменная обработка изделий происходит за счет физического взаимодействия ионов с поверхностью объекта обработки. От рода процессного газа, энергии ионов и их количества (плотности) зависит тип воздействия, длительность обработки и температура образца. Современные полупроводниковые, фотонные и квантовые микро- и наноструктуры предъявляют все более жесткие требования к температурному и энергетическому воздействию в процессе своего формирования, при этом эффективность обработки должна быть сохранена. Решением является использовать новые способы генерации газоразрядной плазмы, отвечающей данным требованиям, например применение низкотемпературной импульсной плазмы с высокой плотностью ионов низкой энергии.
Обзор установок плазменной обработки
Установки плазменной обработки низкого давления в зависимости от области применения существенно отличаются друг от друга по типу и энергетическим параметрам газоразрядной плазмы, конфигурации камеры и внутрикамерного устройства, габаритам и стоимости. Для лабораторий и мелкосерийных производств наиболее подходящими являются установки плазменной очистки настольного формата, для поточного производства – напольные.
Настольные и напольные установки плазменной обработки изготавливаются во многих странах мира. Ведущие страны по производству установок плазменной обработки: Германия, США, Великобритания, Италия. В Российской Федерации установки плазменной обработки настольного типа серийно не производятся.
Системы начального ценового сегмента имеют низкую степень автоматизации и ограниченный функционал. В них установлен минимально необходимый для контроля процесса набор датчиков, показания с которых выводятся на стрелочные шкалы или монохромные дисплеи. Подача газа и мощность тлеющего разряда регулируются оператором вручную с помощью рукояток или бегунков. Для таких установок характерна упрощенная конструкция дверцы вакуумной камеры без шарниров и направляющих, при которой дверца просто прикладывается к камере, что снижает вес, стоимость и габариты устройства, но снижает надежность. К недостаткам рассматриваемых систем плазменной обработки можно отнести невысокую точность ввода задаваемых параметров, и, как следствие, повышенные требования к оператору установки.
Установки верхнего ценового сегмента представляют собой компьютеризированные машины под управлением специальных программ. Эти системы имеют большее количество датчиков, и управляются с помощью сенсорных дисплеев или удаленно с персонального компьютера по кабелю или по беспроводным протоколам. Собственный микропроцессор автоматически контролирует параметры процесса очистки / травления, а встроенная память позволяет программировать и сохранять пользовательские режимы.
В подавляющем большинстве установок реализуются два типа газоразрядной плазмы – низкочастотная (НЧ) и высокочастотная (ВЧ), которых в большинстве случаев достаточно для удовлетворения текущих задач. Однако для ряда полупроводниковых и квантовых перспективных изделий использование такого типа плазменной обработки недопустимо, поскольку приводит к выходу из строя активных компонентов: транзисторов, диодов, тиристоров и др., к перегреву или деградации изделий. Поэтому имеется необходимость поиска новых решений плазменной обработки без указанных выше недостатков, например импульсная плазменная обработка.
Линейка установок
компании «Джиэнтех»
Российская компания «Джиэнтех» разрабатывает линейку установок плазменной обработки как с базовыми характеристиками и функционалом, аналогичным зарубежным производителям, так и с новыми типами импульсных генераторов плазмы. В общем виде установка плазменной обработки представляет собой стеклянную или металлическую рабочую камеру с размерами от 5 до 20 литров, размещенную в компактном корпусе вместе с узлами генерации разряда, откачки и подачи процессных газов. Для управления установки оснащаются цветным сенсорным дисплеем, позволяют проводить процессы в ручном или полностью автоматическом режимах, создавать и сохранять до 50 рецептов обработки. Архитектура установок плазменной обработки построена по модульному принципу, что позволяет максимально гибко и быстро конфигурировать их под конкретные требования заказчика. Высокая доля компонентов отечественного производства обеспечивает меньшее время изготовления и более низкие цены (на ~30% ниже зарубежных аналогов). В линейке представлены установки настольного и напольного типов.
Установки настольного типа (рис. 1) предназначены для лабораторий, единичного или мелкосерийного производства и реализуют процессы травления, активации или очистки. Модели установок отличаются объемом и материалом камеры, типом разряда (ВЧ или НЧ) и мощности генератора (табл. 1). Разработана модель установки с возможностью плазменной обработки образцов непосредственно в держателях просвечивающих электронных микроскопов (ПЭМ) для их последующего исследования.
Плазменные установки напольного типа (рис. 2) предназначены для мелкосерийных, крупносерийных, массовых производств. Объем камеры и мощность генератора плазмы масштабируются под требования заказчика.
Установки с сильноточным двуполярным импульсным генератором
Разрабатываемая в настоящее время линейка установок для обработки изделий с жесткими требованиями к температурному и энергетическому воздействию содержит в своей оснгове инновационный сильноточный двуполярный импульсный генераторный модуль регулируемой частоты, который определяет параметры газового разряда. Он позволяет создавать импульсную газоразрядную плазму с низкоэнергетичными (до 1 кэВ) ионами высокой плотности (до 1 · 107 / см3). Модуль формирует сильноточные импульсы высокой скважности для генерации газового разряда. В момент отсутствия импульсов генерации газового разряда на электрод-держатель подается напряжение смещения для дополнительного воздействия ионов из плазмы на объекты. Благодаря этому удается избежать разрушения активных компонентов микро- и наноэлектроники: транзисторов, диодов, тиристоров – и существенно снизить температуру обработки вплоть до 100 °C на образце и ниже.
Плазменная обработка реализуется в вакуумной камере, предварительно откачанной до определенного давления (рис. 3). В зависимости от требований в камеру подается инертный газ до определенного давления. Внутри камеры расположены электроды, подключенные к генератору. Образец, как правило, располагается на нижнем электроде (рис. 3).
При использовании стандартного генератора импульсов частотой в диапазоне от 40 до 100 кГц в момент импульса газ в вакуумной камере ионизируется, создаются ионы. Из-за длительного времени импульса ионы набирают довольно высокую энергию. В момент отсутствия импульсов ионы движутся к электродам, поэтому часть ионов взаимодействует с образцом, часть – с верхним электродом (рис. 4).
При использовании сильноточного двуполярного импульсного генератора низкой частоты (10 кГц) с подачей импульсов смещения на подложкодержатель в момент отсутствия импульсов генерации плазмы и подачи отрицательного импульса на верхний электрод процессный газ в вакуумной камере ионизируется, но из-за импульса высокой скважности плотность ионов (их количество) больше, чем при импульсах стандартного генератора той же мощности, а энергия ионов ниже. После импульса генерации плазмы следует импульс напряжения смещения на подложку, вследствие чего все ионы направляются в сторону образца и взаимодействуют с поверхностью (рис. 5).
Заключение
Использование сильноточного двуполярного импульсного генератора низкой частоты в установках плазменной обработки изделий микроэлектроники позволит использовать все преимущества плазменной обработки и уменьшить негативное влияние на чувствительные структуры. Это позволит обрабатывать более широкий спектр изделий оптики, фотоники и микро- и наноэлектроники.
Появление на рынке отечественных установок плазменной обработки как со стандартными НЧ- и ВЧ-, так и с импульсными генераторами не только решает задачу импортозамещения, но и способствует разработке и производству перспективных изделий. Установки разрабатываются и производятся компанией «Джиэнтех» и позволяют реализовывать полный спектр задач, характерных для данного класса оборудования. Высокая локализация компонентной базы позволяет снизить стоимость примерно на 30% по сравнению с зарубежными аналогами, а собственное производство и команда разработчиков обеспечивают короткие сроки производства и конфигурирование систем под требования заказчиков.
REFERENCES
Gerhard C. Applications of cold atmospheric pressure plasmas in optics manufacturing. Seventh European Seminar on Precision Optics Manufacturing. Teisnach, Germany: SPIE, 2020; 15.
Gerhard C., Bosch L. Plasma jet cleaning of optics: Cleaning of silver-coated mirrors by means of atmospheric pressure plasma jets. Vakuum in Forschung und Praxis. 2018; 30(3): 32–35.
Gorodetsky A. E. et al. Effect of Techniques for Polishing Molybdenum Mirrors on their Optical Stability under Cleaning D2–N2 Plasma. J. Synch. Investig. 2020; 14(5):1003–1015.
Gerhard C., Stappenbeck M. Impact of the Polishing Suspension Concentration on Laser Damage of Classically Manufactured and Plasma Post-Processed Zinc Crown Glass Surfaces. Applied Sciences. 2018; 8(9):1556.
Gerhard C. et al. Improving the Adhesiveness of Cemented Glass Components by DBD Plasma Pre-Treatment at Atmospheric Pressure // Applied Sciences. 2019. Т. 9. № 24. С. 5511.
Mandolfino C. et al. Functionalization of Neutral Polypropylene by Using Low Pressure Plasma Treatment: Effects on Surface Characteristics and Adhesion Properties. Polymers. 2019; 11(2): 202.
Li Y. et al. In situ plasma cleaning of large-aperture optical components in ICF. Nucl. Fusion. 2022.
Veldhoven J. van et al. Low-Energy Plasma Source for Clean Vacuum Environments: EUV Lithography and Optical Mirrors Cleaning. IEEE Trans. Plasma Sci. 2021; 49(10): 3132–3141.
Gorodetsky A. E. et al. Plasma Cleaning of KU‑1 Optical Quartz from Aluminum Films. J. Surf. Investig. 2021; 15 (4): 660–670.
Gerhard C. Plasma-Induced Generation of Optically Active Defects in Glasses. Materials Research Proceedings. 2020; 16: 38–45
Marinov D. et al. Reactive plasma cleaning and restoration of transition metal dichalcogenide monolayers. NPJ 2D Mater Appl. 2021; 5(1): 17.
Fiebrandt M., Lackmann J.-W., Stapelmann K. From patent to product? 50 years of low-pressure plasma sterilization. Plasma Process Polym. 2018; 15(12): 1800139.
Yáñez-Pacios A., Martín-Martínez J. Comparative Adhesion, Ageing Resistance, and Surface Properties of Wood Plastic Composite Treated with Low Pressure Plasma and Atmospheric Pressure Plasma Jet. Polymers. 2018; 10(6): 643.
АВТОРЫ
Моисеев Константин Михайлович, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана
ORCID: 0000-0002-8753-7737
Васильев Денис Дмитриевич, старший преподаватель МГТУ им. Н.Э. Баумана
ORCID: 0000-0003-2147-4216
Воробьёв Иван Александрович, генеральный директор ООО «Джиэнтех», info@gnaxel.ru
ORCID: 0000-0002-7441-5626
Михайлова Ирина Валерьевна, руководитель проектов ООО «Джиэнтех», info@gnaxel.ru
ORCID: 0000-0002-4558-261X
К. М. Моисеев, Д. Д. Васильев, И. В. Михайлова, И. А. Воробьев
ООО «Джиэнтех», Москва, Россия; МГТУ им. Баумана, Москва, Россия
Плазменная обработка активно применяется при изготовлении оптических компонентов в изделиях фотоники и микроэлектроники: очистки поверхности от загрязнений, уменьшения шероховатости поверхности, повышения поверхностной энергии и модификации поверхности. В статье представлена информация о линейке установок плазменной обработки MPC, разработанных компанией «Джиэнтех» совместно со специалистами МГТУ им. Н. Э. Баумана. Акцент сделан на инновационную разработку – установку с сильноточным двуполярным импульсным генератором низкой частоты, который обеспечивает повышенную концентрацию низкоэнергетичных ионов и существенно меньшую температуру процесса для обработки перспективных изделий фотоники и микроэлектроники (полимерные линзы, волноводы), чувствительных к воздействию плазмы.
Ключевые слова: низкотемпературная импульсная плазма, технология изготовления оптических компонентов, плазменная обработка поверхности, очистка оптических элементов
Статья получена: 28.02.2022. Статья принята: 16.03.2022
Введение
Плазменная обработка применяется для промежуточной и финишной обработки оптических компонентов. Плазменный разряд в среде процессного газа избирательно воздействует на пики шероховатости поверхности, существенно уменьшая ее по сравнению с исходным значением [1]. Лежащие в основе плазменной обработки физические и химические механизмы позволяют не только удалить углеродсодержащие загрязнения с поверхности оптических компонентов [2], но и остатки полировальных средств и других рабочих материалов [3]. Под воздействием ионов плазмы происходит модификация поверхности, из-за чего уменьшаются повреждения, вызванные лазерной обработкой [4], или изменяется поверхностная энергия, что приводит к улучшению адгезии последующих покрытий как на стеклянных оптических компонентах [5], так и на полимерных материалах [6]. При правильно подобранном режиме обработки возможно удаление углеродсодержащих загрязнений без повреждения покрытия на поверхности оптики [7]. Плазменную обработку используют для очистки оптических элементов в установках экстремальной ультрафиолетовой литографии [8] и кварцевых окон в токамаках и других термоядерных энергетических установках [9]. Также плазменная обработка подходит для согласования показателя преломления поверхностей стеклянных изделий вследствие модификации химического состава приповерхностного слоя стекла за счет ионного воздейстия [10].
Кроме того плазменная обработка применяется в полупроводниковом производстве (очищение подложки для нанесения технологических слоев проводника; травление заготовки в процессе изготовления микросхем, снятии фоторезиста с подложки) [11]; в медицине (активация поверхности скальпеля для нанесения антикоррозийного слоя металла; очистка катетеров и дыхательных масок) [12]; при производстве композитных материалов (увеличения поверхностной энергии и адгезионных свойств компонентов композита) [13] и других, где требуется удалить загрязнения с поверхности, сделать поверхность более активной, произвести травление микроструктур или модифицировать приповерхностный слой.
Операции предварительной подготовки поверхности являются обязательными практически в любом технологическом процессе производства изделий оптики, фотоники, микро- и наноэлектроники и др. В настоящее время требуемая чистота поверхности достигается преимущественно двумя способами: жидкостной химической очисткой или плазменной обработкой. Преимуществом плазменной очистки над жидкостной является отсутствие продуктов реакции, которые зачастую токсичны и вредны для окружающей среды и здоровья человека.
Для плазменной обработки изделия помещаются в вакуумную камеру, производится откачка воздуха, затем подается требуемый процессный газ и зажигается газовый разряд. Плазменная обработка изделий происходит за счет физического взаимодействия ионов с поверхностью объекта обработки. От рода процессного газа, энергии ионов и их количества (плотности) зависит тип воздействия, длительность обработки и температура образца. Современные полупроводниковые, фотонные и квантовые микро- и наноструктуры предъявляют все более жесткие требования к температурному и энергетическому воздействию в процессе своего формирования, при этом эффективность обработки должна быть сохранена. Решением является использовать новые способы генерации газоразрядной плазмы, отвечающей данным требованиям, например применение низкотемпературной импульсной плазмы с высокой плотностью ионов низкой энергии.
Обзор установок плазменной обработки
Установки плазменной обработки низкого давления в зависимости от области применения существенно отличаются друг от друга по типу и энергетическим параметрам газоразрядной плазмы, конфигурации камеры и внутрикамерного устройства, габаритам и стоимости. Для лабораторий и мелкосерийных производств наиболее подходящими являются установки плазменной очистки настольного формата, для поточного производства – напольные.
Настольные и напольные установки плазменной обработки изготавливаются во многих странах мира. Ведущие страны по производству установок плазменной обработки: Германия, США, Великобритания, Италия. В Российской Федерации установки плазменной обработки настольного типа серийно не производятся.
Системы начального ценового сегмента имеют низкую степень автоматизации и ограниченный функционал. В них установлен минимально необходимый для контроля процесса набор датчиков, показания с которых выводятся на стрелочные шкалы или монохромные дисплеи. Подача газа и мощность тлеющего разряда регулируются оператором вручную с помощью рукояток или бегунков. Для таких установок характерна упрощенная конструкция дверцы вакуумной камеры без шарниров и направляющих, при которой дверца просто прикладывается к камере, что снижает вес, стоимость и габариты устройства, но снижает надежность. К недостаткам рассматриваемых систем плазменной обработки можно отнести невысокую точность ввода задаваемых параметров, и, как следствие, повышенные требования к оператору установки.
Установки верхнего ценового сегмента представляют собой компьютеризированные машины под управлением специальных программ. Эти системы имеют большее количество датчиков, и управляются с помощью сенсорных дисплеев или удаленно с персонального компьютера по кабелю или по беспроводным протоколам. Собственный микропроцессор автоматически контролирует параметры процесса очистки / травления, а встроенная память позволяет программировать и сохранять пользовательские режимы.
В подавляющем большинстве установок реализуются два типа газоразрядной плазмы – низкочастотная (НЧ) и высокочастотная (ВЧ), которых в большинстве случаев достаточно для удовлетворения текущих задач. Однако для ряда полупроводниковых и квантовых перспективных изделий использование такого типа плазменной обработки недопустимо, поскольку приводит к выходу из строя активных компонентов: транзисторов, диодов, тиристоров и др., к перегреву или деградации изделий. Поэтому имеется необходимость поиска новых решений плазменной обработки без указанных выше недостатков, например импульсная плазменная обработка.
Линейка установок
компании «Джиэнтех»
Российская компания «Джиэнтех» разрабатывает линейку установок плазменной обработки как с базовыми характеристиками и функционалом, аналогичным зарубежным производителям, так и с новыми типами импульсных генераторов плазмы. В общем виде установка плазменной обработки представляет собой стеклянную или металлическую рабочую камеру с размерами от 5 до 20 литров, размещенную в компактном корпусе вместе с узлами генерации разряда, откачки и подачи процессных газов. Для управления установки оснащаются цветным сенсорным дисплеем, позволяют проводить процессы в ручном или полностью автоматическом режимах, создавать и сохранять до 50 рецептов обработки. Архитектура установок плазменной обработки построена по модульному принципу, что позволяет максимально гибко и быстро конфигурировать их под конкретные требования заказчика. Высокая доля компонентов отечественного производства обеспечивает меньшее время изготовления и более низкие цены (на ~30% ниже зарубежных аналогов). В линейке представлены установки настольного и напольного типов.
Установки настольного типа (рис. 1) предназначены для лабораторий, единичного или мелкосерийного производства и реализуют процессы травления, активации или очистки. Модели установок отличаются объемом и материалом камеры, типом разряда (ВЧ или НЧ) и мощности генератора (табл. 1). Разработана модель установки с возможностью плазменной обработки образцов непосредственно в держателях просвечивающих электронных микроскопов (ПЭМ) для их последующего исследования.
Плазменные установки напольного типа (рис. 2) предназначены для мелкосерийных, крупносерийных, массовых производств. Объем камеры и мощность генератора плазмы масштабируются под требования заказчика.
Установки с сильноточным двуполярным импульсным генератором
Разрабатываемая в настоящее время линейка установок для обработки изделий с жесткими требованиями к температурному и энергетическому воздействию содержит в своей оснгове инновационный сильноточный двуполярный импульсный генераторный модуль регулируемой частоты, который определяет параметры газового разряда. Он позволяет создавать импульсную газоразрядную плазму с низкоэнергетичными (до 1 кэВ) ионами высокой плотности (до 1 · 107 / см3). Модуль формирует сильноточные импульсы высокой скважности для генерации газового разряда. В момент отсутствия импульсов генерации газового разряда на электрод-держатель подается напряжение смещения для дополнительного воздействия ионов из плазмы на объекты. Благодаря этому удается избежать разрушения активных компонентов микро- и наноэлектроники: транзисторов, диодов, тиристоров – и существенно снизить температуру обработки вплоть до 100 °C на образце и ниже.
Плазменная обработка реализуется в вакуумной камере, предварительно откачанной до определенного давления (рис. 3). В зависимости от требований в камеру подается инертный газ до определенного давления. Внутри камеры расположены электроды, подключенные к генератору. Образец, как правило, располагается на нижнем электроде (рис. 3).
При использовании стандартного генератора импульсов частотой в диапазоне от 40 до 100 кГц в момент импульса газ в вакуумной камере ионизируется, создаются ионы. Из-за длительного времени импульса ионы набирают довольно высокую энергию. В момент отсутствия импульсов ионы движутся к электродам, поэтому часть ионов взаимодействует с образцом, часть – с верхним электродом (рис. 4).
При использовании сильноточного двуполярного импульсного генератора низкой частоты (10 кГц) с подачей импульсов смещения на подложкодержатель в момент отсутствия импульсов генерации плазмы и подачи отрицательного импульса на верхний электрод процессный газ в вакуумной камере ионизируется, но из-за импульса высокой скважности плотность ионов (их количество) больше, чем при импульсах стандартного генератора той же мощности, а энергия ионов ниже. После импульса генерации плазмы следует импульс напряжения смещения на подложку, вследствие чего все ионы направляются в сторону образца и взаимодействуют с поверхностью (рис. 5).
Заключение
Использование сильноточного двуполярного импульсного генератора низкой частоты в установках плазменной обработки изделий микроэлектроники позволит использовать все преимущества плазменной обработки и уменьшить негативное влияние на чувствительные структуры. Это позволит обрабатывать более широкий спектр изделий оптики, фотоники и микро- и наноэлектроники.
Появление на рынке отечественных установок плазменной обработки как со стандартными НЧ- и ВЧ-, так и с импульсными генераторами не только решает задачу импортозамещения, но и способствует разработке и производству перспективных изделий. Установки разрабатываются и производятся компанией «Джиэнтех» и позволяют реализовывать полный спектр задач, характерных для данного класса оборудования. Высокая локализация компонентной базы позволяет снизить стоимость примерно на 30% по сравнению с зарубежными аналогами, а собственное производство и команда разработчиков обеспечивают короткие сроки производства и конфигурирование систем под требования заказчиков.
REFERENCES
Gerhard C. Applications of cold atmospheric pressure plasmas in optics manufacturing. Seventh European Seminar on Precision Optics Manufacturing. Teisnach, Germany: SPIE, 2020; 15.
Gerhard C., Bosch L. Plasma jet cleaning of optics: Cleaning of silver-coated mirrors by means of atmospheric pressure plasma jets. Vakuum in Forschung und Praxis. 2018; 30(3): 32–35.
Gorodetsky A. E. et al. Effect of Techniques for Polishing Molybdenum Mirrors on their Optical Stability under Cleaning D2–N2 Plasma. J. Synch. Investig. 2020; 14(5):1003–1015.
Gerhard C., Stappenbeck M. Impact of the Polishing Suspension Concentration on Laser Damage of Classically Manufactured and Plasma Post-Processed Zinc Crown Glass Surfaces. Applied Sciences. 2018; 8(9):1556.
Gerhard C. et al. Improving the Adhesiveness of Cemented Glass Components by DBD Plasma Pre-Treatment at Atmospheric Pressure // Applied Sciences. 2019. Т. 9. № 24. С. 5511.
Mandolfino C. et al. Functionalization of Neutral Polypropylene by Using Low Pressure Plasma Treatment: Effects on Surface Characteristics and Adhesion Properties. Polymers. 2019; 11(2): 202.
Li Y. et al. In situ plasma cleaning of large-aperture optical components in ICF. Nucl. Fusion. 2022.
Veldhoven J. van et al. Low-Energy Plasma Source for Clean Vacuum Environments: EUV Lithography and Optical Mirrors Cleaning. IEEE Trans. Plasma Sci. 2021; 49(10): 3132–3141.
Gorodetsky A. E. et al. Plasma Cleaning of KU‑1 Optical Quartz from Aluminum Films. J. Surf. Investig. 2021; 15 (4): 660–670.
Gerhard C. Plasma-Induced Generation of Optically Active Defects in Glasses. Materials Research Proceedings. 2020; 16: 38–45
Marinov D. et al. Reactive plasma cleaning and restoration of transition metal dichalcogenide monolayers. NPJ 2D Mater Appl. 2021; 5(1): 17.
Fiebrandt M., Lackmann J.-W., Stapelmann K. From patent to product? 50 years of low-pressure plasma sterilization. Plasma Process Polym. 2018; 15(12): 1800139.
Yáñez-Pacios A., Martín-Martínez J. Comparative Adhesion, Ageing Resistance, and Surface Properties of Wood Plastic Composite Treated with Low Pressure Plasma and Atmospheric Pressure Plasma Jet. Polymers. 2018; 10(6): 643.
АВТОРЫ
Моисеев Константин Михайлович, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана
ORCID: 0000-0002-8753-7737
Васильев Денис Дмитриевич, старший преподаватель МГТУ им. Н.Э. Баумана
ORCID: 0000-0003-2147-4216
Воробьёв Иван Александрович, генеральный директор ООО «Джиэнтех», info@gnaxel.ru
ORCID: 0000-0002-7441-5626
Михайлова Ирина Валерьевна, руководитель проектов ООО «Джиэнтех», info@gnaxel.ru
ORCID: 0000-0002-4558-261X
Отзывы читателей
