Методические указания по проведению экспериментов

Для использования режима удаленного доступа пользователь должен быть авторизован. Прежде чем следовать методическим указаниям по работе с комплексом, необходимо создать соединение к интерфейсу программного обеспечения и создать аудио-видео связь с оператором, контролирующим его манипуляции.

Так как каждый пользователь имеет свою степень допуска к реальному оборудованию, то первоначально дается выбор симуляторов (МЛЭ или ФИП) или удаленный доступ к необходимому модулю или модулям реального оборудования, в зависимости от квалификации пользователя.

 По аудио-видео связи с оператором пользователь руководит загрузкой необходимого образца. После установления доступа к одному из модулей появляется доступ к интерфейсу программы. В зависимости от модуля программы.

1.   Методические указания для удаленного доступа к модулю МЛЭ.

В случае использования модуля МЛЭ необходимо учитывать:

  1.      Напряжения, применяемые в модуле МЛЭ, а также температуры нагревателей и жидкого азота и химическое воздействие аммиака, опасны для жизни. Поэтому все действия должны соответствать правилам техники безопасности при эксплуатации.

  2.      К работе на модуле МЛЭ допускаются лица не моложе 18 лет, изучившие руководство пользователя и прошедшие инструктаж.

  3.      При работе с аммиаком должно быть обеспечено соединение выхлопа форвакуумного насоса, работающего в паре с турбо- молекулярным насосом, и вентиляционного патрубка аммиачного распределительного шкафа со специализированной вытяжной вентиляцией для удаления аммиака.

  4.      При использовании жидкого азота выходные патрубки криопанелей должны быть подсоединены к вытяжной вентиляции.

  5.      Максимальное давление жидкого азота на входе криопанелей не должно превышать 0,7 кгс/см . Превышение давления над указанным может привести к их разрушению

 При загрузке удаленного доступа к управлению комплексом подразумевается, что оператор включил все системы контроля: откачку, вентиляцию, охлажение турбины, охлаждение источников, подачу токов и напряжений на все блоки питания модулей управления источников и системы перемещения.

 Рост эпитаксиальных структур разбивается на ростовые серии. Ростовая серия включает следующие этапы:

 - отжиг молекулярных источников и нагревателей образца;

 - рост эпитаксиальных структур;

 - разморозку установки.

 В начале работы с системой необходима подготовка к росту (отжиг источников и нагревателей). Для этого необходимо выполнить:

 - открыть окно ручное управление

 - в колонке режим управления все значения изменить на”Мощн.”

 - в колонке режим задания все значения изменить на картинку с косой черточкой, что означает плавный режим изменения. При этом появляется возможность задавать Скорость и Время отработки (значения этих кнопок корректируют друг друга при изменении). Увеличить мощности:

 для Sub до 30% со скоростью 0,5%/мин;

 для Ga до 15% со скоростью 0,25%/мин;

 для Si до 15,5% со скоростью 0,25%/мин;

 для Al до 19% со скоростью 0,22%/мин;

 для ING до 22% со скоростью 0,67%/мин.

 Превышать скорость нельзя в связи с возможной деформацией нагревателя!

 При изменении этих значении изменяется Фактическая температура от 22 0С до значений

 TSUB =708,20С; TGa=448 0С; TSi =435 0С; TAl =416 0С; TING =490 0С.

 Во время набора температур, когда Tисточников будет больше 1000С, оператор включает подачу жидкого азота в криопанели системы. Подача жидкого азота осуществляется из резервуара емкостью 4,2 тонны по магистрали.

 Если после заливки криопанелей проводится отжиг молекулярных испарителей и нагревателей образца, рост полупроводниковых структур не рекомендуется начинать ранее чем через 6 часов после завершения процедуры отжига. В течение этого времени температура испарителей не должна превышать 500°С у высокотемпературных испарителей (750°С для молекулярных источников алюминия), либо 70% от ростовых температур у низкотемпературных испарителей.

 При достижении установившихся текущих температур в колонке режим управления все значения кроме SUB меняются на”Тем-ра”

 Проводится отжиг источников:

 Для этого производятся изменения за 1 час: PSUB повышается до 60%(900 0C); TGa повышается до 920 0С;  TSi повышается до 1100 С; TAl  повышается до 1060 0С; TING повышается до 800 0С.

 Потом поочередное открытие и закрытие заслонок для Ga на 15 мин, потом для Al на 15 мин, потом также кремний Si и инжектор ING. Потом переход в положение готовности к росту (уменьшаются температуры): PSUB до 0%(22 0C); TGa до 550 0С; TSi до 600 0С; TAl до 800 0С; TING до 350 0С.

По мере набора температуры давление в камере медленно растет (и изменяется с 1Е-7 до 1E-5)

 Программе реализована возможность перемещения бегунка по области графиков для получения информации от графиков в конкретный момент времени.

Оператор по запросу пользователя переносит пластину из камеры загрузки подложек (КЗ) в камеру подготовки подложек (КПП) в захват нагревателя КППнагрев. А прогревный держатель из ростового манипулятора камеры роста (КР) в КПП1 (Нельзя снимать или помещать на КР пластину пока тем-ра на SUB более 200 градусов и открыт хотя бы один источник).

 Нагрев подложки в положении КППнагрев осуществляется через закладку ручное управление в строке с обозначением «8 PRI».

 После установки пластины в положение КР необходимо открыть закладку нормировка интерферометра и произвести нормировку опорного сигнала.

 После этого происходит рост структур.

 Пользователь может контролировать свои действия запуском и отслеживанием примера из симулятора или консультироваться с оператором в онлайн-режиме

 Рост полупроводниковых слоев системы А3В5 происходит в избытке компоненты III группы. До начала роста ростовые компоненты необходимо вывести на ростовые температуры. Перед началом роста следует открыть заслонку ростовой компоненты III группы. Начало роста определяется открытием заслонки ростовой компоненты V группы. Перекрытие заслонок означает конец роста соответственно.

 Примеры исследований.

 Варианты процессов роста для удаленного доступа:

 1. Пленка AlN на подложке сапфира.

 2. Пленка AlxGa1-xN на сложном буфере с подложкой сапфира в основании

 3. Пленка GaN на сложном буфере с подложкой сапфира в основании

 4. Гетероструктура AlGaN/GaN (для HEMT) на подложке сапфира со сложным буферным слоем

  Замечание:

 Рабочие диапазоны температур (во время роста) для стандартных слоев:

 Диапазон температур Al [1010 - 1060]

 Диапазон температур Ga [890 - 930]

 Диапазон температур Si [950 - 1080]

 Диапазон потока аммиака [0 - 120]. Для роста GaN и AlGaN значение >=60, а для AlN >=90. Чем больше значение потока, тем больше значение давления в камере. При начале роста до пуска аммиака и уже набранных температур (но закрытых источниках) давление в камере 1Е-6 Па, при пуске 30 sccm аммиака 1Е-4 Па, при 90sccm 4,3E-4 Па.

 Каждый раз после роста структуры (до появления сообщения о результате роста) систему нужно привести в режим готовности, источники должны быть закрыты (кроме аммиака), температурные значения должны изменяться:

 PSUB 0 % со скоростью -1,5 %/мин(при Т<200 градусов можно перемещать образец);

 PGa 19 % или 5500С со скоростью -150С/мин;

 PSi 24,1% или 600 0С со скоростью -200С/мин;

 ТAl 8500С со скоростью -100С/мин.

 При уменьшении TSUB уменьшается поток аммиака. При открытом RUN значения:

 – ТSUB=<950 0С – устанавливается 60 sccm

 – ТSUB=<850 0С – устанавливается 30 sccm

 – ТSUB=<750 0С – устанавливается 15 sccm

 – ТSUB=<650 0С – устанавливается 0 sccm. и закрывается RUN.

  Завершение ростовой серии.

 После окончания ростовой программы следует поместить на ростовой манипулятор прогревный держатель, прекратить поступление жидкого азота в криопанели.

 Во время разморозки установки температуру молекулярных испарителей рекомендуется поддерживать в диапазоне 200-500°С.

 Разморозка установки считается завершенной через 8 часов после прекращения подачи жидкого азота в криопанели.

 Проведение разморозки:

 - Гашение источников до 500 0С. Температура источников гасится до 800 0С со скоростью 10 0С в минуту, а дальше до 500 0С со скоростью 4 0С в минуту. (Допустимый мах. 4.5 0С). По достижении 500 0С и стабилизации некоторое время на этой температуре источники переводятся в режим управления по % мощности. (На вкладке ручное управление окна режим управления данного источника).

 - Управляя мощностью довести температуру источников до 200 0С +\-20 0С.

 - Значения сигналов управления источниками по мощности:

 Подложка Sub = 10%

 Галлий 1Ga= 11% или ~200ºС.

 Кремний 6Si= 7%  или ~200ºС.

 Алюминий 7Al= 15,3% или ~189ºС.

 Инжектор ING= 10% или ~155ºС.

 - Особенность гашения заключается в том, скорость сотавляет всего 0.1%/мин. Это нужно для предотвращения деформаций источников Al, Ga, Si.

 - Закрыть подачу жидкого азота:

 - Охлаждать SUB до 0 % со скоростью 10 % в минуту,

                       ING до 0 % со скоростью 10 % в минуту.

 - Опустить мощности источников Ga, Si, Al до 0 % за 20 минут.

 - После достижения нулей на мощностях, Температуры должны все выровняться на значении 22 градуса.

  После завершения разморозки установки следует выключить питание молекулярных испарителей и нагревателя образца в камере роста.

  Для модификации поверхности исследуемых полупроводниковых слоев пластина может быть перемещена в модуль ФИП. Пользователь для получения удаленного доступа к данному модулю должен быть авторизован и обучен работе с ним.

2.  Методические указания для удаленного доступа к модулю ФИП.

 В случае использования удаленного доступа к модулю ФИП необходимо учитывать:

 1)                     электростатическая система линз имеет напряжения свыше 1000 В, и в случае резких скачков потока материала источника возможны деформация и замыкания в системе высоковольтного блока питания.

 2)                     к работе на модуле ФИП допускаются лица не моложе 18 лет, изучившие руководство пользователя и прошедшие инструктаж.

 При загрузке удаленного доступа к управлению модулем ФИП подразумевается, что оператор включил подачу питания ко всем системам ФИП.

 Пользователь получает удаленный доступ к интерфейсу программы управления ионным пучком.

             Работа с ФИП заключается в:

 1)     Разгон пучка и подача напряжений на систему формирования формы пятна пучка.

 2)     Исследование и модификация образцов под ионным пучком.

 3)     Завершение работы с пучком.

 Разгон пучка и подача напряжений на систему формирования формы пятна пучка осуществляется в подпрограмме HVPS (Управление высоковольтным блоком питания).

 Правильная последовательность действий при разгоне пучка гарантирует правильную работу модуля ФИП.

 Чтобы включить высоковольтный блок питания необходимо нажать кнопку connecton. Только после этого появиться возможность включения питания всех необходимых узлов.

 Последовательновключить Accelerator, Extractor, Suppressor, Lens1, Lens2. Включенные кнопки станут зелеными, в названии меняется off -> on

  Акселератор – ускоряющее напряжение, экстрактор – вытягивающий электрод, супрессор – подавляющий электрод, линза 2  - фокус.

Плавно набрать значения напряжений:

 а)Увеличить напряжение на акселераторе – от 0 В до 12000 В со скоростью 1000 В/сек.

 б) увеличить напряжение на экстракторе – от 0 В до 12000 В со скоростью 1000 В/сек

 в) напряжение на супрессоре– уменьшаем со скоростью 100 В/сек до появления тока эмиссии в окне Readback, значение должно достигнуть 2.2 мкА.

 Увеличение напряжения на супрессоре приведет к уменьшению тока, а уменьшение напряжения на супрессоре приведет к величению тока

 д) нажать «maintain» «maintain on» (кнопка при этом станет зеленой и станет «on» вместо «off») — для автоматического поддержания установленного значения тока эмиссии

 е) увеличить ускоряющее напряжение от 12000 В до 30000 В со скоростью 1000 В/сек.

Далее пользователь переходит непосредственно к фокусировке пучка и приступает к исследованию и модификации образца.

 Для работы необходимо выбрать в в основном интерфейсе программы апертуру. Согласовать ее с оператором, чтобы оператор, следящий за выполнением эксперимента в режиме удаленного доступа, вручную определил точное положение механической пластинки с апертурными отверстиями.

 Выбор апертуры происходит в главном меню (сверху) основного окна программы – Aperture – при клике на него выползает ниспадающее меню с возможностью выбора пунктов: 1 pA, 10 pA, 30 pA, 50 pA, 100 pA, 300 pA, 500 pA, 1 nA, 3 nA, 5 nA, 7 nA, 20 nA). При выборе одной из апертур автоматически выставляются значения для Линз 1 и 2. После этого оператор должен откорректировать положение апертурной пластинки.

 Для проверки точности положения апертурной пластинки необходимо активировать фунцию woblerдля фокусной линзы. При дефокусировке во время вобблирования изображение должно равномерно расфокусироваться и фокусироваться, а не перемещаться из стороны в сторону.

 Далее происходит фокусировка на исследуемом образце и модификация необходимой формы. Для этого необходимо открыть клапан отделяющий ионную колонну (CIV) с источником от остальной камеры, включить детектор.

 Для визуализации изображнения необходимо экспериментальным путем подобрать значения:

 - поле зрения (FOV) , максимальное значение 1000 мкм

 -  напряжение на детекторе вторичных электронов (Contrast Video) в диапазоне от 800 В до 1500 В

 - а также Gain и brightness

 - напряжения на линзе 2 для фокусировки на образце.

 Кнопки Fast, Medium, Slow, Photo помогут определиться с качеством необходимого изображения.

 Необходимо помнить, что при визуализации ФИП травит поверхность образца. При быстром сканировании травление меньше, а при длительном больше.

  Замечание: если нужно - сменить апертуру на нужную путем выбора соотвествующей апертуры в меню программы, а также подстройки положения апертурной пластинки по координате x и y. - выбранная апертура влияет на отображаемый ток пучка в статусе и значение тока выдаваемого при нажатии кнопки read (вкладка patterning).

 Апертура влияет на ширину и глубину травления (примерные значения см. Табл. 1)

  Таблица 1. Примерные значения положения апертурной пластинки и напряжений на линзах и детекторе для разных значений тока

 Для осуществления модификации поверхности необходимо перейти во вкладку шаблоны(patterning). А также:

 - выбрать в качестве шаблона травления линию, указав её начальную и конечную координаты (тыкание левой кнопкой мыши в соответствующих пикселях отсканенного изображения);

 - считать ток пучка, нажав кнопку read;

 - задать время, дозу воздействия и подобрать время воздействия в точке, чтобы травление шаблона осуществлялось в 1 проход (либо выбрать минимальную дозу и задать требуемое время, при этом в любом случае будет показана пересчитанная с учетом считанного тока и введенного диаметра пучка доза).

 Примечание: корректные значения дозы возможны лишь при правильном указании диаметра пучка и текущего значения тока.

 Примеры модификаций для выполнения в тестовом режиме удаленного доступа.

 1.      Осуществить травление линий с различным значением напряжения на линзе 2 при апертуре 20нА и времени воздействия 10000 мкс, изменяя напряжение UL2 в диапазоне не более +/-5% от оптимально найденного. Заполнить таблицу 2, записав абсолютную величину напряжения на линзе 2, а также z-координату образца. (рабочее значение около 6000 мкм) — осуществить работу кнопки measure — измерение расстояний на скане.

  Таблица 2.

 2.      Осуществить травление линий на апертуре 20 нА с временами воздействия, указанными в таблице 3. Произвести сканирования после травления всех линий при максимальном времени  воздействия в точке для получения наиболее четкого иображения сформированного рельефа поверхности (режим Photo). Осуществить измерения ширин вытравленных линий, посредством встроенного средства измерения длин объектов, указав крайние точки, заполнить таблицу 3.

  Таблица 3.

 3.    Осуществить травление квадратной области в центре максимального поля зрения и с краю. Осуществить сканирование результатов травления. Проанализировать результаты травления с учетом того, что наиболее затемненные участки можно интерпретировать как более глубокие, ввиду меньшей вероятности вылета вторичных электронов.

 4.    Осуществить травление тестового шаблона, отрезающего проводящие области от заземленной металлической пленки при апертуре 10 пА на поле зрения 102.4 мкм. При этом выбрать диапазон изменения дозы, учитывая, что возможно задание 10 различных значений с одинаковым шагом. Подобрать этот диапазон так, чтобы определить необходимую дозу для травления металла известной толщины. При протравливании на всю толщину пленки металла (например для 40 нм Ta — доза >= 0,6 нКл/мкм2) произойдет резкое потемнение отрезанной области.

 5.    Осуществить калибровку области сканирования подбирая коэффициэнты при сканировании тестовой решетки.

 В зависимости от глубины травления вытравленные области будут тем темнее, чем глубже они оказались и чем меньше при этом было время воздействия пучка (вернее чем меньше была доза внесенная за тот же промежуток времени)

 После окончания работы с модулем ФИП необходимо правильно остановить ионный поток. Для этого необходимо:

 - выставить максимально большую апертуру;

 - закрыть клапан отделяющий ионную колонну (CIV) с источником от остальной камеры;

 - выключить детектор;

 - уменьшить напряжение на акселераторе – от 30 кВ до 0 В со скоростью 1000 В/сек и выключить питание акселератора;

 - уменьшить напряжение на Линзе 2 – от реального значения до 0 В со скоростью 1000 В/сек и выключить питание Линзы 2;

 - нажать «maintain» чтобы перевести в положение «maintain off»— для отключения автоматического поддержания установленного значения тока эмиссии;

 - уменьшить напряжение на Линзе 1 – от 28500 В до 0 В со скоростью 1000 В/сек и выключить питание Линзы 1;

 - уменьшить напряжение на экстракторе – от 12000 В до 0 В со скоростью 1000 В/сек и выключить питание экстрактора;

 - увеличить напряжение на супрессоре со скоростью 100 В/сек до 0 В;

 - нажать кнопку Connect для отключения высоковольтного блока питания модуля;

 - закрыть ПО.

  При завершении работы необходимо проинформировать об этом оператора.