close

    Концепция построения вакуумных технологических систем

    Потребность в вакуумном технологическом оборудовании на отечественном рынке за счёт импорта готовых установок связана со значительными затратами и большими рисками. Лаборатория вакуумных технологий стремится стать отечественным поставщиком полного цикла и соответствовать курсу на импортозамещение. На этом пути мы сделали следующие шаги:

    • разработали практически полный спектр технологических устройств от простых и примитивных, вроде термических испарителей, до не имеющих мировых аналогов радиочастотных генераторов плазмы;

    • разработали несколько типов вакуумных постов и наладили их серийное производство;

    • внедрили ряд уникальных технологий и вывели на рынок промышленное оборудование, пригодное для их применения в различных отраслях производства.

    В ходе решения этих задач нами сформулирована концепция построения технологических установок для широкого спектра применений. При этом подтвердились отдельные всеобщие принципы, к которым независимыми путями пришли и иностранные производители.

    Тезисно сформулировать эту концепцию можно следующим образом:

    • компоновка установок различного назначения на базе линеек серийно выпускаемых вакуумных постов, основное различие между линейками — объём вакуумной камеры;
    • вакуумные посты для разных линеек в свою очередь также собираются из стандартизованных блоков и модулей;
    • разработка широкого спектра технологических устройств, совместимых по установочным размерам для обеспечения возможности получения нужной комбинации для данной технологии;
    • развитие системы измерения, непрерывно производящей контроль и фиксацию технологических параметров и окружающей среды;
    • унификация программного обеспечения, снижение количества ошибок в нём за счёт повторного использования кода и возможности одновременного обновления на большом количестве установок без длительных остановок.

    Реализация этих принципов позволяет не только сократить сроки и стоимость разработки даже установок принципиально нового назначения, но и даже работать на опережение, создавая на складе запас уже готовых компонентов (вплоть до уже готовых вакуумных постов), которые в сжатые сроки могут быть превращены в работающую установку.

    Правильность определения общего в различных установках позволяет добиться существенной экономии на разработке и обеспечить самые на первый взгляд неожиданные запросы заказчиков. В качестве примера на рис. 1 приведены две модификации установки Ника-2012, серийная (слева) для магнетронного напыления и уникальная (справа) шлюзовая для ионно-лучевого напыления в среде высокоплотной плазмы, предназначенная для проведения научных исследований. Несмотря на бросающиеся в глаза различия, вакуумный пост и рабочая камера, а также система управления у них идентичные, разница только в блоках питания (и то только в фирме-производителе) и технологическом оснащении.

    Ника-2012 МН Seria12 IN

    Рис. 1. Установки серии Ника-2012: магнетронного напыления (слева) и шлюзовая для ионно-лучевого напыления (справа)

    Вакуумная, пневматическая, электрическая схемы, а также система охлаждения принципиально не отличаются в различных установках, значит поддаются унификации. Это привело нас к объединению большинства функций в виде двух блоков — блока управления вакуумной системой (БУВС) и блока водораспределительного (БВР), представленных на рис. 2.

    BUVS   BVR

    Рис. 2. Блоки: управления вакуумной системой (слева) и водораспределительный (справа)

    Оба блока монтируются в стойку 19'' стандарта, БУВС имеет высоту 6U, БВР — 3U. В совокупности они обеспечивают распределение электроэнергии, управление вакуумной системой, сбор данных с датчиков, управление блоками питания и вспомогательными системами (например, газонапуском) через стандартные интерфейсы RS-485 и Ethernet. В БУВСе смонтирован ПЛК SMH2Gi фирмы Сегнетикс под управлением Linux с установленной системой сбора данных и управления OpenSCADA. Этот контроллер берёт на себя сбор данных со всех устройств и датчиков, логику управления вакуумной системы и способен выполнять эти функции автономно. Интерфейс пользователя основан на обычном персональном компьютере моноблочного исполнения, в случае сбоя которого не происходит нарушения работы установки.

    Принцип создания серийных вакуумных постов реализован в виде нескольких линеек:

    • Ника-2012 — малогабаритные установки для мелкосерийного или опытного производства, позволяющие производить процессы магнетронного и термического напыления, ионного травления, плазмохимического травления и осаждения, а также обработку в среде высокоплотной плазмы. Рабочая камера 400х350 мм (серия Ника-2012) и 500х450 мм (серия Ника-2012-500).
    • Ника-2013 — промышленные установки для крупносерийного производства, в частности для нанесения металлических или резистивных слоёв в гибридной технологии. Диаметр рабочей камеры 700 мм, длина — 500 мм, одновременно может обрабатываться до 120 подложек 60х48.
    • Ника-2014 — шлюзовые плазмохимические машины для индивидуальной обработки подложек диаметром до 200 мм в среде высокоплотной плазмы. Пригодны для объединения в кластер.

    Изготавливаемые нами технологические устройства унифицированы по присоединительным размерам, на рис. 3 приведены две различные модификации установки Ника-2012: для реактивного ионного травления (слева) и для напыления толстых металлических слоёв (справа). В последнем случае для напыления подслоя хрома или титана используется обычный магнетрон, а для напыления основного слоя металлизации — уникальный, использующий разряд в парах материала мишени. Слой толщиной до 30 мкм при двухстороннем напылении на 10 подложек 60х48 мм напыляется за 30 минут в вакууме без подачи рабочего газа и с существенной долей ионной компоненты в осаждаемом материале. При этом капельная фаза, как при дуговом распылении, отсутствует полностью. Это позволяет получить непревзойдённые по плотности и качеству плёнки. Для очистки и нагрева керамических подложек используется генератор плазмы РПГ-128, обеспечивающий поток ионов до 10 мА/см2 без подачи смещения со средней энергией ионов 40 эВ.

    Ника-2012 магнетронного осаждения/травления 5 Nika 2012CLD

    Рис. 3. Варианты исполнения установки Ника-2012 под различные применения: реактивное ионное травление (слева) и для напыления металлических слоёв большой толщины (справа).

    Генераторы плазмы являются уникальной разработкой, позволяющей получать очень высокие плотности плазмы в безэлектродном разряде. Род газа для этих устройств не играет роли, что позволяет их использовать для ассистирования в процессах с применением активных газов: кислорода, азота, галогенов. В настоящее время выпускаются устройства РПГ-250 и РПГ-128 (рис. 4), отличающиеся размером области вклада высокочастотной мощности в плазму. РПГ-250 позволяет получать ионные потоки на диаметре до 200 мм с разбросом в пределах 3%. РПГ-128 предназначен для получения плотностей ионного тока до до 60 мА/см2, но однородность его распределения существенно хуже.

    Генераторы плазмы

    Рис.4. Радиочастотные плазменные генераторы: РПГ-250 (слева) и РПГ-128 (справа)

    На основе РПГ-250 выпускается серия шлюзовых плазмохимических установок Ника-2014, позволяющих осуществлять высокоскоростное травление полупроводниковых и пьезоэлектрических материалов, а также плазмастимулированное осаждение диэлектрических плёнок. В частности скорость травления кремния — до 40 мкм/мин, кварца — до 6 мкм/мин.

    Для комплектации установок мы используем компоненты как иностранного, так и отечественного производства. Доля импортных комплектующих в структуре себестоимости не превышает 10-15%. Это позволяет оперативно решать вопросы с гарантийным ремонтом и послепродажным обслуживанием реализованных установок.

     

    Для написания раздела использовалась наша статья: Берлин Е. В., Григорьев В. Ю. Современные требования к вакуумному машиностроению. // Интеграл. - 2014 - №4 (77). - с. 66 - 70.

    Навигация по сайту