Машиностроительные технологии Элионные технологии icon

Машиностроительные технологии Элионные технологии



Смотрите также:
Годовой отчет открытого акционерного общества «Объединенные машиностроительные технологии» по...
Задачи профессиональной деятельности...
Использование полученных знаний и умений...
Опыт использования cad/сam adem в учебном процессе мгту им. Н. Э. Баумана...
Базовые информационные технологии...
Доклад на тему: «Здоровьесберегающие технологии в школе»...
Программа вступительного испытания по предмету «Информационные технологии»...
Сценарий урока по дисциплине «География» Тема: География отраслей мирового хозяйства...
Программа конференции мти-2010 секция «машиностроительные технологии»...
План -конспект урока английского языка в 3 классе (второй год обучения) «Рождество в Англии»...
Разработка урока по технологии. Учитель технологии...
Название Предмет Направление...



скачать
Министерство образования Российской Федерации



Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана


«Утверждаю»

Первый проректор —

проректор по учебной работе

МГТУ им. Н.Э. Баумана

_______________ Е.Г. Юдин

«___» «___________» 2003 г.

Индекс: СД.Р.04

Дисциплина для учебного плана специальности 20.05.00

Факультета Машиностроительные технологии


Элионные технологии


Авторы: Панфилов Ю.В., Цветков Ю.Б.

Кафедра МТ-11, «Электронные технологии в машиностроении»


^ Виды занятий

Объём занятий, час

Всего

6 семестр

17 недель

7 семестр

17 недель

8 семестр

17 недель




Лекции

102

51

51







Семинары
















Лабораторные работы

17

17










Самостоятельная работа

136

17

17

102




Итого:

255

85

68

102




Проверка знаний:




экзамен

экзамен

зачет







^ Виды самостоятельной работы и контрольных мероприятий

Объем, час / выполнение, неделя выдачи-сдачи

6 семестр

17 недель

7 семестр

17 недель

8 семестр

17 недель







Домашнее задание №1

№2

10/8-10

10/12-14

10/8-10

10/12-14










Рубежный контроль №1

№2

№3

4

8

14

4

8

14










Контрольная работа
















Курсовой проект 20%







20/1-3







40%







20/4-6







60%







20/7-9







80%







20/10-12







100%







24/13-16








Москва, 2003


Программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста 654100 «Электроника и микроэлектроника» по специальности 200500 «Электронное машиностроение».
^

Глава 1. Цели и задачи дисциплины.

Цель дисциплины:




подготовка специалистов к созданию и совершенствованию технологических процессов на базе элионных технологий в широком спектре технических областей.
^

Задачами дисциплины является изучение:




методов построения рациональной схемы технологических процессов с использованием процессов нанесения тонких пленок в вакууме, формирования поверхностных конфигураций и рельефов микроструктур, локальной размерной микрообработки и последующей микросборки;






систем управления качеством на основе моделирования основных этапов элионных технологий, выявления причин появления погрешностей, разработки методов их компенсации и коррекции;






приемов анализа и обоснованного выбора наиболее эффективных по точности, производительности, стоимости типов оборудования для элионных технологий.



^

Глава 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

2.1. Приобретаемые знания.


Студент должен знать:



методы элионных технологий;






методы статистического анализа и управления качеством элионных процессов;






теорию формирования оптических микроизображений в микролитографии, расчета и физического моделирования основных процессов формирования маскирующих слоев для групповой микрообработки;






теорию точности двухкоординатных систем формирования топологий;






методы элионной обработки: нанесение тонких пленок в вакууме, вакуумно-плазменное травление, ионная имплантация;






методы расчета погрешности элионной обработки.



^

2.2. Приобретаемые умения.


Студент должен уметь:



выбрать оптимальный к заданным техническим условиям элионный процесс;






провести расчет и прогнозирование основных параметров процессов элионных технологий;






разработать методы контроля, моделирования и регулирования основных процессов элионных технологий;






обосновывать выбор типа оборудования для заданных условий его эксплуатации.




Понятия: микротехнология, микрообработка, топологические и технологические слои, тонкие пленки, параметры микрорельефа: минимальный размер элемента, совмещаемость, наклон стенки профиля. Фоторезист: виды (позитивный, негативный, жидкий, пленочный), чувствительность, контрастность, фотохимические реакции. Формирование микроизображения, деструкция и полимеризация фоторезиста, проявление. Тонкие пленки: структура, толщина, физические параметры.

^ Методики расчета: основных параметров микрорельефа и тонких пленок, статистических и физических показателей качества процессов.

Приборы и изделия: автоматизированное технологическое оборудование для нанесения фоторезиста, его экспонирования и проявления. Вакуумное напылительное оборудование, установки для ионно-лучевой обработки и осаждения слоев в паровой фазе.
^

2.3. Приобретаемые навыки.


Студент должен иметь навыки:



применения методов статистического и физического моделирования для анализа технологических процессов;



расчета основных параметров формируемых слоев и микроструктур;



расчета и выбора оптимального варианта элионного процесса на этапе технического предложения.
^

Глава 3. Содержание дисциплины.




п/п

Раздел дисциплины

Лекции,

ч.

Семи­на­ры,

ч.

Лабора­торные работы,

ч.

Литература




6 семестр

51

17

17




3.1.

Основные понятия и определения

4







[1,4]

3.2.

Технология микролитографии

26







[1,3,4]

3.3.

Осаждение тонких пленок в вакууме

21







[2,3,4]




7 семестр

51

17







3.4.

Физические основы микролитографии

30







[1,3]

3.5.

Ионно-плазменные технологии

21







[2,3,4]
^

Содержание:

3.1. Основные понятия и определения


Тенденции микроминиатюризации изделий, появление микротехники (интегральные и гибридные микросхемы, микродатчики, микродвигатели, микросборки). Анализ требований к параметрам изделий микротехники.

Понятия: микротехнология, микролитография, микрообработка, элионные процессы, микросборка.

Микротехнология — технология планарной обработки конструкционных материалов с возможностью локализации воздействий в микронном и субмикронном диапазоне не менее чем по двум координатам.

Микролитография — средство локализации технологических воздействий.

Микрообработка — многочисленные виды групповой размерной обработки материалов с локализацией зон воздействия. Основные виды: микроудаление материала, модификация свойств поверхности, нанесение микрослоев материала.

Элионные процессы — технологические методы реализации микротехнологий с использованием направленных потоков физических излучений (электронных, ионных, фотонных), а также других методов физико-химических воздействий.

Применяются для подготовки поверхности (очистка, микротравление), нанесения тонких слоев (химическое и физическое осаждение, гальваника), модификации свойств (ионное легирование, диффузия), микроудаления (плазменное и жидкостное травление).

Примеры технологических процессов с использованием микрообработки: интегральные микросхемы, микродатчики, гибридные ИС, печатные платы.
^

3.2. Технология микролитографии


3.2.1. Введение, краткие сведения о микролитографии.

Место и роль микротехнологии в современной технике, структурная схема процесса, возможности и ограничения микротехнологии. Классификация способов реализации основных операций. Краткая историческая справка о развитии микротехнологии. Современное состояние и требования к процессу.

Основные параметры микрорельефа: минимальный размер, глубина, наклон профиля.

Типы фоторезистов (позитивные, негативные), процессы происходящие при взаимодействии с излучением (фотодеструкция, фотополимеризация).

Состав позитивного фоторезиста – базовый полимер, фоточувствительная составляющая (ингибитор). Этапы фотохимических преобразований на примере позитивного фоторезиста.

Оптические свойства позитивного фоторезиста, согласование коэффициентов поглощения фоторезиста и спектра источника ультрафиолетового излучения, выбор длин волн актиничного излучения. Физические процессы при нанесении фоторезиста на пластины и его сушке. Особенности нанесения сухих фоторезистов.

Способы экспонирования фоторезистов, требования к источникам излучения. Анализ методов экспонирования: электронная, ионная, рентгеновская литография. Фотолитография как основной промышленный процесс микролитографии. Процессы, происходящие при экспонировании в позитивных и негативных резистах. Проявление фоторезистов, применяемые реактивы, типовые режимы.

3.2.2. Практическая реализация микролитографии.

Методы и оборудование для подготовки поверхности заготовок, нанесения и сушки фоторезиста, экспонирования, проявления.

Компоновка линий микролитографии, выбор и согласование методов проведения операций микролитографии.

3.2.3. Изготовление фотошаблонов.

Типовой комплект оборудования для формирования микроизображений. Принципы работы генераторов изображений, векторных и растровых фотоплоттеров. Форматы данных для фотоплоттеров на примере изготовления шаблонов для печатных плат.

Погрешности позиционирования элементов топологий на этапах изготовления фотошаблонов, оценка вида их влияния на суммарную погрешность совмещения.

3.2.4. Моделирование погрешностей совмещения при микролитографии.

Классификация видов погрешностей координатного расположения элементов топологических слоев при различных способах микролитографии, понятие «совмещаемость». Математическая модель погрешностей совмещения, применение методов аналитической геометрии и метода наименьших квадратов. Методы оценки совместимости установок экспонирования различных типов.

3.2.5. Управление топологической точностью микролитографии.

Особенности микролитографии как объекта управления качеством. Многоэтапность и многоуровненность процесса, пространственно-временная природа возникающих погрешностей. Методы оценивания топологических параметров: единичная и статистическая оценка, карты контроля качества, дисперсионный анализ, моделирования пространственных распределений. Выявление причин появления погрешностей, методы их компенсации и коррекции.

3.2.6. Ключевые физические процессы микролитографии. Формирование оптического изображения, деструкция фоторезиста, проявление фоторезиста.
^

3.3. Осаждение тонких пленок в вакууме


3.3.1. Общие сведения.

Материалы тонких пленок и области применения тонкопленочных покрытий (производство изделий электронной техники, машиностроение, приборостроение, энергетика, строительство, медицина и т.д.). Влияние толщины на свойства материала пленки, понятие «тонкие пленки».

3.3.2. Технология тонких пленок.

Технологический процесс нанесения тонких пленок в вакууме: последовательность операций (формирование технологической среды, подготовка исходных материалов, предварительная обработка подложки и другие операции); методы формирования атомарных, молекулярных, ионных и плазменных потоков (термическое испарение, ионное распыление, испарение взрывом, дуговое испарение, ионное осаждение, химическое осаждение из газовой фазы); выбор режимов нанесения тонких пленок в вакууме (давления и состава газовой среды, температуры подложки, скорости испарения или распыления материалов и т.д.).

3.3.3. Показатели качества тонкопленочных покрытий.

Структура, фазовый состав, размер зерна и влияние на них температуры подложки, интенсивности потока и угла осаждения пленкообразующих частиц. Однородность состава и чистота пленки, влияние давления рабочего и остаточных газов на электрические, оптические и другие свойства тонкой пленки. Неравномерность толщины тонкопленочного покрытия, закон Кнудсена.

3.3.4. Типовое оборудование.

Структура оборудования для нанесения тонких пленок в вакууме: рабочие и загрузочные камеры, технологические источники, внутрикамерная оснастка, в т.ч. подложкодержатели, измерительные устройства, вакуумная и газовая системы, система управления.
^

3.4. Физические основы микролитографии


3.4.1. Формирование оптического изображения.

Основные положения дифракционной теории: принцип Гюйгенса-Френеля, волновое уравнение, теорема Грина, уравнение Кирхгофа, формула Релея-Зоммерфельда, допущения Френеля, переход к расчету интенсивности одно- и двухкоординатных изображений.

Основы проекционного формирования изображений: функции рассеяния точки и линии, теорема свертки, представление входного распределения рядом Фурье. Понятие искажений волнового фронта, фазовой и амплитудной модуляции. Расчет коэффициента передачи модуляции. Оценка распределения интенсивности в плоскости фоторезиста.

3.4.2. Моделирование деструкции позитивного фоторезиста.

Применение закона Бугера-Ламберта-Бера к поглощению излучения пленкой фоторезиста. Понятия молярной концентрации и молярного коэффициента поглощения. Уравнения для расчета поглощения излучения и разрушения ингибитора. Предельные и граничные условия. Алгоритм численного решения системы дифференциальных уравнений.

3.4.3. Модель проявления фоторезиста.

Зависимость скорости проявления от степени деструкции ингибитора. Алгоритмы расчета профиля (методы ячеек, струны и луча).

Анализ факторов, определяющих разрешающую способность микролитографии. Технологические методы снижения влияния дифракционных эффектов. Многослойные резистивные системы, шаблоны со сдвигом фазы.
^

3.5. Ионно-плазменные технологии


3.5.1. Физические основы ионно-плазменных технологий.

Способы формирования газоразрядной плазмы, потоков электронов, ионов, атомов и молекул с заданными показателями плотности и энергии: эмиссия электронов в вакууме; взаимодействие электронов с разреженными газами и ионизация молекул газа в вакууме; газовые разряды; низкотемпературная газоразрядная плазма; инжекция ионов из газоразрядной плазмы; управление движением электронов и ионов в вакууме.

Эффекты взаимодействия газоразрядной плазмы, электронных и ионных потоков, атомарных и молекулярных пучков с материалами (упругое и неупругое взаимодействие; проникновение; нагревание; распыление; эффект парных соударений; эффект каналирования; конденсация; эпитаксия и т.п.), а также, области техники и технологии, в которых используются эти эффекты.

3.5.2. Вакуумно-плазменное травление микроструктур.

Виды вакуумно-плазменного («сухого») травления материалов: ионное (ионно-плазменное, ионно-лучевое, радикальное ионно-лучевое), ионно-химическое (плазменное, лучевое, радикальное) и плазмохимическое (при высоком и низком давлении) травление. Селективность травления. Влияние дополнительных газов (кислорода, водорода и т.д.) на селективность травления. Типовое оборудование.

3.5.3. Ионно-лучевая обработка и ионная имплантация.

3.5.3.1. Ионно-лучевая обработка.

Виды ионно-лучевой обработки: очистка и активация поверхностей перед осаждением тонких пленок; стимулирование роста тонкой пленки с заданной кристаллической структурой; распыление мишеней для осаждения тонких пленок; ионное осаждение тонких пленок; лучевое ионное и ионно-химическое травление микроструктур.

3.5.3.2. Ионная имплантация.

Сущность и область применения; влияние массы и энергии имплантируемых атомов на концентрационный профиль легирования; расчет погрешности концентрации легирующей примеси.

3.5.3.3. Элементы технологического оборудования.

Автономные источники ионов с горячим и холодным катодом для ионно-лучевой обработки. Источники ионов оборудования ионной имплантации. Структурно-компоновочные варианты установок ионно-лучевой обработки и ионной имплантации.

3.5.4. Измерения и контроль микроструктур.

Краткие сведения о растровой и просвечивающей электронной микроскопии, оже-электронной спектроскопии, дифракции быстрых и медленных электронов, рентгеновской и рамановской (комбинированное рассеяние света) спектроскопии, вторично-ионной масс-спектрометрии, атомно-силовой микроскопии и других современных средствах измерения и контроля микро- и нано-структур.

3.5.5. Нанотехнологии – новое направление развития элионных процессов.

Наноструктурные и нанокомпозитные материалы, нанотехнологии, микросистемная техника. Нанесение сверхтонких, многослойных покрытий с уникальными механическими, электрическими, оптическими и другими свойствами. Получение фотонных кристаллов на основе упорядоченных тонкопленочных структур и опаловых матриц.
^

Глава 4. Семинары  нет.

Глава 5. Лабораторные работы.


№ п/п

Се­местр

Тема лабораторной работы

Объем, ч.

Литера­ту­ра

5.1.

6

Ионно-лучевая обработка образцов

3

[3]

5.2.

6

Нанесение тонких пленок методом термического испарения

3

[3]

5.3.

6

Нанесение тонких пленок методом магнетронного распыления

3

[3]

5.4.

6

Контроль износа тонкопленочных покрытий

2

[3]

5.5.

6

Оценка разрешающей способности процесса фотолитографии

3

[3]

5.6.

6

Оценка погрешностей совмещения слоев при фотолитографии

3

[3]
^

Содержание:

5.1. Ионно-лучевая обработка образцов

Выполняется ионно-лучевое полирование образца и вытравление на его поверхности микрорельефа через теневую маску, измеряется шероховатость поверхности и глубина травления.

^

5.2. Нанесение тонких пленок методом термического испарения

Производится загрузка образца в вакуумную камеру и ее откачка, методом термического испарения наносится пленка, измеряется ее толщина и сравнивается с расчетной.

^

5.3. Нанесение тонких пленок методом магнетронного распыления

Осуществляется активация образца с помощью автономного источника ионов, высокочастотной магнетронной системой наносится тонкая пленка, измеряется ее толщина и сравнивается с расчетной.

^

5.4. Контроль износа тонкопленочных покрытий

Производится измерение износостойкости упрочняющих тонкопленочных покрытий посредством контроля продуктов их разрушения.

^

5.5. Оценка разрешающей способности процесса фотолитографии


Выполняется экспонирование фоторезиста через тестовый фотошаблон, оценивается минимальное значение ширины линии топологии, воспроизводимой в фоторезисте.
^

5.6. Оценка погрешностей совмещения слоев при фотолитографии


Проводится измерение рассовмещений в тестовых модулях на заготовке. Оцениваются основные виды рассовмещений с использованием математической модели.
^

Глава 6. Самостоятельная работа.


№ п/п

Се­местр

Тема самостоятельной работы

Объем, ч.

Литера­ту­ра

6.1.

6

Самостоятельная проработка курса лекций

7

[1, 2]

6.2.

6

Домашнее задание 1. Расчет совмещаемости топологических слоев

5

[1]

6.3.

6

Домашнее задание 2. Выбор метода и расчет режимов нанесения тонких пленок в вакууме

5

[2]

6.4.

7

Самостоятельная проработка курса лекций

7

[1, 2]

6.5.

7

Домашнее задание 1. Расчет профилей распределения интенсивности при проекционной и контактной фотолитографии

5

[1]

6.6.

7

Домашнее задание 2. Расчет профилей микроструктур при контактной и проекционной фотолитографии

5

[1]
^

Содержание:

6.1. Самостоятельная проработка курса лекций


Подготовка к лабораторным работам и рубежному контролю.

6.2. Расчет совмещаемости топологических слоев


Выдача – 08 неделя, сдача – 10 неделя.
^

6.3. Выбор метода и расчет режимов нанесения тонких пленок в вакууме


Выдача – 12 неделя, сдача – 14 неделя.

6.4. Самостоятельная проработка курса лекций


Подготовка к лабораторным работам и рубежному контролю..
^

6.5. Расчет профилей распределения интенсивности при проекционной и контактной фотолитографии


Выдача – 08 неделя, сдача – 10 неделя.

6.6. Расчет профилей микроструктур при контактной и фотолитографии


Выдача – 12 неделя, сдача – 14 неделя.
^

Глава 7. Курсовое проектирование, курсовая работа.


№ п/п

Се­местр

Тема курсового проектирования, курсовой работы

Объем, ч.

Литера­ту­ра

7.1.

8

Курсовой проект

78

[1, 2, 3]
^

Содержание:

7.1. Курсовой проект


Объем курсового проекта составляет 5 листов формата А1 и 30 50 листов машинописного текста расчетно-пояснительной записки.

Допускается выполнение проектов по индивидуальным заданиям в ранее проводимых на кафедре НИР, НИОКР и других исследований.

^ Задачи проектирования:

 развитие инженерных навыков разработки технологических процессов с применением элионных технологий, а также конструирования технологической оснастки;

 закрепление и углубление теоретических знаний, полученных студентами в теоретических курсах и на инженерном практикуме;

 применение знаний, полученных при изучении общеинженерных и профилирующих дисциплин, использование вычислительной техники и программирования, инженерных методов расчета, а также конструкторских навыков для разработки технологических процессов, проектирования оснастки;

 выработка и закрепление навыков грамотного технического изложения результатов работы и их защиты перед комиссией.

Графическая часть курсового проекта выполняется в ACAD (формат А1) и имеет следующую структуру и объем:

— технологический анализ изделия 0,5 л;

— схема технологического процесса 0,5 л;

— результаты анализа техпроцесса 1 л;

— эскизы лимитирующих операций 1 л;

— чертежи технологической оснастки, узлов оборудования 2 л.

Расчетно-пояснительная записка оформляется в Word в следующем порядке:

— титульный лист;

— техническое задание на курсовой проект;

— реферат;

— оглавление;

— основная часть (введение, технологический анализ объекта обработки, разработка технологического маршрута, оценка точности операций и их оптимизация, расчеты основных операций и узлов оборудования);

— заключение (выводы).

Студент должен выполнить следующие объемы работ:

20% объема работ



Технологический анализ объекта обработки, разработка технологического маршрута.

40% объема работ



Моделирование технологических операций, их точности операций, оптимизация.

60% объема работ



Разработка методов и технических средств для регулировки процесса.

80% объема работ



Расчет и проектирование оснастки для реализации техпроцесса.

100% объема работ



Окончательное оформление чертежей и расчетно-пояснительной записки.
^

Раздел 8. Учебно-методические материалы.

8.1. Основная литература.


  1. Цветков Ю.Б. Управление топологической точностью микролитографии.  МГТУ и. Н.Э.Баумана, 2003.  180с.: ил.

  2. Машиностроение. Энциклопедия. Раздел III, том III-8. Технология оборудования и системы управления в электронном машиностроении.  М.: Машиностроение, 2000.  744 с.

  3. Введение в электронные технологии. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Элионные технологии». М.: МГТУ, 2003.  80 с.

  4. Панфилов Ю.В., Цветков Ю.Б. Элионные технологии. Учебное пособие. Электронное издание МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000 – 2003. http://www.bmstu.ru/МТ11/Дисц/ЭлТехн/Лекции
^

8.2. Дополнительная литература.


  1. Manufacturing Technologies for Machines of the Future.- Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, 2003, 820 p. // Chapter 14. Electronic Vacuum Technologies / L.I.Volchkevich, Y.V.Panfilov.- P.413-448

  2. Панфилов Ю.В., Рябов В.Т., Цветков Ю.Б. Оборудование для производства микросхем и промышленные роботы. М.: Радио и связь, 1988. -

  3. Волчкевич Л.И., Панфилов Ю.В., Цветков Ю.Б. и др. Электронное машиностроение: Учебное пособие. Под ред. Волчкевича Л.И. –М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1989. – 128 с., ил.

  4. Волчкевич Л.И., Панфилов Ю.В., Цветков Ю.Б. и др. Электронное машиностроение: Учебное пособие. Часть 2. Под ред. Волчкевича Л.И. –М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1991. – 132 с., ил.
^



8.2. Рекомендуемые наглядные материалы и пособия.




Слайды по основным разделам курса.



Постоянно обновляемые научно технические журналы: Микросистемная техника (Россия), CircuiTree, Solid State Technology (США).



Буклеты ежегодной выставки «ЭкспоЭлектроника».



Патентные материалы United States Patent Office.



Материалы научно-технических конференций и семинаров.



Компакт диски с видео- и аудиоинформацией ведущих фирм в области элионных технологий.



Программа составлена: Панфилов Ю.В. ______________

Цветков Ю.Б ______________


Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры МТ-11


Заведующий кафедрой МТ-11

Волчкевич Л.И. ___________________ «____» __________ 2003 г.


Председатель методической комиссии факультета МТ

Гирш В.И. ___________________ «____» __________ 2003 г.


Начальник Методического отдела

Васильев Н.В. ___________________ «____» __________ 2003 г.




Скачать 200,57 Kb.
оставить комментарий
Дата15.10.2011
Размер200,57 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх