Вступ (закінчення)

Виробничий процес охоплює: підготовку виробництва, отримання, транспортування, зберігання, контроль матеріалів та напівфабрикатів; технологічні процеси виготовлення виробів і технологічного оснащення для їх реалізації; завершальний контроль та збут готових виробів. Основною частиною виробничого процесу є технологічний процес, безпосередньо пов’язаний з обробкою об’єктів (вихідних матеріалів, напівфабрикатів). Обробка має певну послідовність і спрямована на поступові зміни станів об’єктів у бік наближення до заданої конструкції і параметрів. Технологічний процес – це складна система, елементами якої є технологічне обладнання та оснащення, об’єкти виробництва та контролю, а також конструкторсько-технологічна документація як джерело інформації про режими процесів тощо.
Технологічні процеси поділяють за кількістю охоплених процесом виробів (одиничний або типовий технологічний процес), ступенем деталізації (операційний, маршрутний).
О д и н и ч н і т е х н о л о г і ч н і п р о ц е с и характеризуються незначною кількістю виготовлених виробів, їх застосовують для виготовлення експериментальних взірців, і, як правило, повторно не виготовляють.
Т и п о в і т е х н о л о г і ч н і п р о ц е с и – це добре відпрацьовані технологічні процеси, надійність яких доведена. Такі технологічні процеси характеризуються єдністю суті та послідовності більшості технологічних обробок для групи виробів із загальними
конструктивними ознаками.
О п е р а ц і й н і т е х н о л о г і ч н і п р о ц е с и складаються з однієї технологічної операції. Прикладами таких процесів можуть слугувати процеси отримання плівок епітаксії, дифузії напівпровідникових переходів тощо.
М а р ш р у т н і т е х н о л о г і ч н і п р о ц е с и – це процеси, що складаються з
послідовного ряду технологічних операцій, після виконання яких одержують напівфабрикат, а на останньому етапі – готовий виріб.
У п о в н и й п р о ц е с виготовлення пристроїв електронної техніки входить кілька маршрутних технологічних процесів (інколи їх називають етапами технології), причому вони можуть виконуватися не тільки послідовно, але і паралельно.
За характером перебігу технологічних процесів їх поділяють на неперервні, дискретні, неперервно-дискретні.
Неперервні процеси не можуть перериватись до їхнього закінчення. У разі їх переривання (відмови) виготовлювані вироби мають невиправні дефекти. Дискретні технологічні процеси характеризуються розподілом на операції, переходи. Дискретні процеси можна зупиняти у певні моменти часу і після зупинки продовжувати далі. Переривання (відмова) в ході процесу практично не впливає на якість виготовленого виробу. Неперервно-дискретні технологічні процеси поєднують на окремих фазах неперервні, а на частині фаз – дискретні технологічні процеси. Наслідки переривання (відмови) такого процесу залежать від того, у якій фазі – неперервній або дискретній – відбувається зупинка.
Основною складовою частиною технологічного процесу є технологічна операція – закінчена обробка об’єкта на одному робочому місці та на одному обладнанні. Під час виконання кожної технологічної операції відбуваються цілеспрямовані якісні зміни об’єктів, які обробляють. Виробництво виробів електронної техніки об’єднує певну кількість послідовно і паралельно виконаних обробок – операцій, здійснюючи які, поступово з вихідних матеріалів отримують готові вироби. Технологічна операція – це закінчена частина технологічного процесу, що виконується на одному робочому місці. Вона характеризується цілеспрямованою зміною вихідного об’єкта (заготовки або напівфабрикату) у ході виконання послідовних робочих прийомів – переходів. Наприклад, під час операції “різання” напівпровідниковий зливок перетворюється на пластини, після операцій “шліфування” і “полірування” пластини стають геометрично точнішими, у ході операції “знежирення” пластини очищують від органічних забруднень, під час епітаксії нарощується шар, змінюється провідність тощо.
Залежно від оброблюваного об’єкта розрізняють основні та допоміжні технологічні операції. Якщо обробці підлягають об’єкти, що після закінчення виробничого процесу перетворюються на необхідний виріб, то такі обробки належать до основних операцій. Технологічні операції, що виконуються над допоміжними об’єктами, називаються допоміжними. До них належать, наприклад, підготовка травників, очищення, осушення газів. Допоміжні операції є частиною виробництва і від якості їхнього виконання, не менше ніж від якості виконання основних операцій, залежать вихідні параметри виробів електронної техніки.
Кожну технологічну операцію можна подати поряд з послідовно виконаним робочими прийомами – переходами. Перехід – це закінчена частина технологічної операції, що характеризується постійністю застосованого інструмента (набору інструментів).
Наприклад, під час операції напилення необхідно послідовно виконати такі переходи:
очищення підкладки, встановлення у вакуумний пристрій, забезпечити технологічний режим (вакуум, температуру підкладки) тощо.
Технологія означає технологічні операції і їх послідовність, що є основою виробництва. Розробка технології елементів пристроїв електронної техніки закінчується розробкою
комплекту технологічної документації (маршрутні карти, технологічні інструкції тощо), що
детально описує етапи виготовлення і дає змогу їх відновити. Конструктивно-технологічна документація означає повний комплект конструкторської та технологічної документації, необхідної для виробництва конкретних елементів, пристроїв електронної техніки.
Слово “метод” походить від грецького mеthodos – шлях дослідження. Стосовно технології метод – це спосіб (шлях) розв’язання конкретної технологічної задачі – технологічний метод. Якщо, наприклад, треба отримати плівку з певного матеріалу на поверхні підкладки, то необхідно вибрати метод виконання технологічної операції. Якщо треба одержати конкретний напівфабрикат або конкретний готовий виріб, то необхідно вибрати метод виконання маршрутного технологічного процесу (маршруту).
Метод виконання маршрутного технологічного процесу характеризується певними поєднаннями і послідовністю узгоджених технологічних операцій. Він визначається типом виробу або напівфабрикату, вимогами до його конструкції і параметрів, типів виробництва (одиничне, серійне, масове). Вибираючи метод виконання маршрутного технологічного процесу, керуються вимогами до виробу, загальними вимогами до технологічних процесів, а також можливістю практичної реалізації методу у певний момент часу.
Принципово нові технологічні методи виникають часто. Модифіковані методи як результат удосконалення технології з’являються порівняно часто під час розроблення нового обладнання, використання нових матеріалів, виникнення нових технологічних вирішень поставлених проблем тощо. У результаті для виконання більшості технологічних операцій існує цілий набір різновидів методів.
Розрізняють групові та індивідуальні технологічні методи. За груповими методами одночасно обробляється не один зразок, а ціла партія.
М е т о д в и к о н а н н я т е х н о л о г і ч н о ї о п е р а ц і ї характеризується певним зовнішнім впливом, що приводить до явищ, які змінюють якісний стан об’єкта виробництва в необхідному напрямі. Кожний технологічний метод відрізняється певними видами і послідовністю фізико-хімічних явищ, що супроводжують обробку (це теоретичні основи методу або механізм процесу), а також використаним обладнанням, технологічним оснащенням, умовами і послідовністю ведення процесу (це техніка ведення процесу цим методом).
Як правило, існує кілька можливих методів виконання для кожної технологічної операції виготовлення пристроїв електронної техніки. Завданням технолога, що проектує новий маршрут або удосконалює наявний, є вибір оптимального технологічного методу для кожної операції, тобто вибір таких методів, які задовольняють більшість вимог, що ставляться до технологічного процесу.
Технологічні методи виконання операцій класифікують за різними ознаками. Залежно від призначення процесу розрізняють методи: контролю, отримання плівок, одержання напівпровідникових переходів тощо.
Г р у п о в і т е х н о л о г і ч н і м е т о д и, в яких одночасно в однакових умовах обробляється не один об’єкт, а партія об’єктів, дають змогу зменшити розкид параметрів від одного виробу (або напівфабрикату) до іншого, збільшити продуктивність технологічного процесу.
У технології електронної техніки використовують технологічне оснащення та певне середовище, що наведені в технологічній документації.
Технологічне оснащення, інструменти та застосування для встановлення, закріплення, обробки та монтаж деталей і вузлів виробів електронної техніки, що застосовують в технології з метою підвищення продуктивності праці і покращання якості продукції, яка випускається. Розрізняють технологічне оснащення універсальне, спеціалізоване та спеціальне. До універсального технологічного оснащення належать інструменти та застосування, що використовуються під час обробки різноманітних деталей, які відрізняються розмірами, формою і матеріалом. Спеціалізоване технологічне оснащення використовується під час обробки деталей або виробів, схожих за формою конструкції. Прикладом оснащення такого типу може слугувати напівпровідниковий кристал, що застосовують у напівпровідникових приладах тощо. ІЕТ – інструмент для мікрозварювання, що являє собою рубіновий капіляр, через який до точки зварювання пропускається золотий, алюмінієвий або мідний дріт. Цей самий капіляр притискає розплавлений кінець дроту до місця його приєднання. Найбільшого поширення набуло спеціальне технологічне оснащення, що призначене для виконання конкретної операції технологічного циклу, при виготовленні одного виду виробів. До спеціального оснащення належать штампи для листового або об’ємного штампування деталей резисторів, електроз’єднувачів (штирів та плоских гнізд), прес-форми для виготовлення пластмасових або керамічних деталей виробів електронної техніки, інструменти для прошивки отворів електроіскровим методом, оправи для виготовлення та монтажу електронних систем ЕВП тощо.
Ефективним засобом підвищення якості та відсотка виходу якісних виробів електронної техніки є контроль відсутності дефектів після виконання технологічних операцій. Тому в технологічний виробничий процес вводять контрольні операції, технічний контроль.
Технічний контроль – це перевірка відповідності технічних характеристик виробів матеріалів або процесів до вимог нормативно-технічної документації, що здійснюється в ході виробництва процесу. Може бути суцільним, під час якого перевірці піддаються всі без винятку вироби, матеріали та технологічні операції, та вибірковим, під час якого перевірка провадиться не суцільно, а вибірково пробами з партії (виробу) або об’єму, маси (матеріалу) за окремими операціями.
Розрізняють вхідний, операційний та вихідний контроль залежно від того, на якій стадії виробничого процесу він здійснюється. Вхідному контролю піддають матеріали та комплектуючі вироби, що надходять на підприємство для подальшої обробки і (або) використання у виробництві виробів електронної техніки. Операційний контроль здійснюється в
ході виконання або після завершення будь-якої технологічної операції. Операційний контроль дає змогу своєчасно виявити брак у виробі (або матеріалі) або порушення технології, встановити їх причину, вилучити бракований виріб (матеріал) з подальшої обробки, своєчасно проводити підналагоджування та настройку обладнання і технологічного оснащення. Вихідний контроль виробів електронної техіки здійснюють після виконання останньої операції технологічного процесу для виявлення некондиційної або потенційно непридатної продукції.
Контроль сприяє підвищенню якості та надійності виробів і вдосконаленню технологічних процесів, збільшенню відсотка виходу якісних виробів. Кількість контрольних операцій визначається типом і складністю виробів.
Контрольні операції під час виготовлення пристроїв електронної техніки прирівнюють до технологічних операцій. Їхнє призначення: контроль якості вихідних матеріалів і напівфабрикатів (так званий вхідний контроль); контроль технологічних режимів і параметрів, що характеризують операцію; виявлення дефектів під час або після виконання технологічних операцій (поопераційний або післяопераційний контроль); контроль готових пристроїв (фінішний контроль).
В технології електронної техніки використовують технологічні середовища у вигляді газоподібних та рідких речовин для отримання вихідних і проміжних спеціальних матеріалів, а також під час формування та монтажу дискретних приладів, електронних структур та систем на їх основі. До газоподібних технологічних середовищ відносять гази і їх суміші, технологічний вакуум, а також повітряне середовище технологічного приміщення; використовуються в технологічних процесах, наприклад, як носії, розчинники, травники, нейтральне середовище. Рідкими технологічними середовищами є вода, а також органічні та неорганічні рідини (хімікати); застосовуються як розчинники, травники, проявники, електроліти тощо. В особливий клас технологічних середовищ можна виділити багатофазні або дисперсні системи (емульсії, суспензії, аерозолі), зокрема такі, які змінюють в процесі використання свій агрегатний стан (наприклад, фоторезисти або склоподібні джерела для дифузії).
За ступенем активності відносно основного об’єкта технологічного процесу технологічні середовища поділяють на агресивні і нейтральні. Агресивними технологічними середовищами відносно, наприклад, Si, Ge, GaAs вважаються кисень або галогеноводні (в нагрітому стані), а також розчини та суміші деяких кислот; вони використовуються при суцільному або розмірному травленні, для отримання оксидних та інших покриттів на поверхні напівпровідникових пластин. Нейтральними технологічними середовищами відноcно до тих самих матеріалів є, наприклад, високий вакуум, N, Ar або вода та органічні розчинники (при кімнатній температурі); застосовуються для захисту об’єкта виробництва від шкідливого впливу зовнішнього середовища або агресивних компонентів технологічного процесу, а також для транспортування або розбавлення реагентів, для очищення поверхні напівпровідникових пластин тощо.
Важливою вимогою, що ставиться до технологічних середовищ, є висока чистота за основним компонентом. Технологічні середовища не повинні впливати на об’єкт виробництва небажаної (сторонньої) фізико-хімічної дії, окрім передбаченого технологічним процесом. Наявність у технологічних середовищах розчинених та зважених дисперсних домішок призводить до утворення дефектів у вихідних та проміжних матеріалах, до неконтрольованої зміни електрофізичних характеристик виробів електронної техніки або, в кінцевому результаті, до низьких техніко-економічних показників виробництва. Ступінь чистоти технічних середовищ за лімітованими домішками в ряді випадків повинна переважати чистоту застосованих у тих самих процесах основних напівпровідникових матеріалів. Наприклад, у чистих технологічних приміщеннях, де виконуються найвідповідальніші операції виробництва надвеликих інтегральних мікросхем, у 1 куб. м повітря допускається вміст не більше ніж 3–35 порошинок розміром 0,1–0,3 мкм; у цих процесах використовується особливо чиста вода при максимально можливому питомому електричному опорі (18 МОм×см при 20 °С), яка повинна бути практично вільною від органічних домішок і кремнезему, а максимальний вміст зовнішніх частинок розміром більше ніж 0,1 мкм (включаючи бактерії) не повинен перевищувати 1–5.
Досягнення необхідної чистоти технологічних середовищ і її підтримання протягом всього виробничого процесу є технічно складною проблемою. Її ефективне вирішення має важливе значення в першу чергу для мікро- та наноелектроніки, де їй надають першочергового значення. Для первинного (централізованого) та фінішного (локального) видалення з технологічного середовища розчинених та зважених мікродомішок, зокрема мікроорганізмів, застосовують поєднання різних фізико-хімічних методів очищення, таких, наприклад, як адсорбція, ректифікація, дистиляція, іонний обмін, опромінення ультрафіолетом, фільтрація.
У цьому навчальному посібнику розглянуто основні базові методи технології монокристалів, дифузії, іонної імплантації, епітаксії, плазмової обробки, літографії, тонких, товстих плівок, нанотехнології, монтажу, герметизації та інші, які використовують для створення елементів, пристроїв електронної техніки.
Під час написання посібника використана науково-технічна література, монографії, підручники, науково-технічні статті та інша навчально-методична література, що висвітлює сучасний стан технології електронної техніки.