Универсальное электростатическое крепежное устройство

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_

соответствии с модификацией, а именно 10 (Крон_10), 100 (Крон_100) и 1000 (Крон_1000) раз, при этом входное множество заданий для каждого случая остается неизменным. Смысл данной работы заключается в том, чтобы исследовать эффективность полученной модификации за счет многократного повторения решений, получаемых с её помощью.

В рамках исследования предложенных алгоритмов поставлены вычислительные эксперименты. В ходе экспериментов были случайным образом сгенерированы по 100 векторов загрузки, содержащие задания в диапазоне [25,30]. Полученные результаты усреднялись по количеству экспериментов. В сводной таблице 1 представлены результаты экспериментов.

Таблица 1

Усредненные значения критериев

Кол-во приборов Кол-во заданий Opt Значения исследуемых критериев

Модиф. Крона Крон 10 Крон 100 Крон 1000

5 11 60,81 76,41 73,21 64,45 61,67

5 15 83,13 83,23 83,39 83,16 83,16

5 17 93,67 104,03 103,79 102,23 98,68

5 21 111,73 126,84 122,64 113,42 112,15

5 23 126,91 133,04 133,04 132,88 130,7

5 25 149,06 156,11 155,82 154,85 152,29

На основе данных приведённых в таблице можно сделать вывод о том, что количество повторных решений позволяет выявить такие случаи распределения исходного множества заданий и его последующего уточнения, что эффективность модифицированного алгоритма Крона проявляется более очевидно, чем при однократном «прогоне» алгоритма. Особенно четко это видно при количестве заданий больше 15. Список использованной литературы:

1. Кобак В. Г., Титов Д. В., Золотых О. А. Исследование алгоритма крона при разных начальных условиях Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-24: сб. тp. XXIV Междунар. науч. конф. Т. 8, секц. 12 - Саратов.

2. Кобак В.Г., Титов Д.В., Золотых О.А. Алгоритмический подход к увеличению эффективности алгоритма Крона в однородных системах // Материалы межвузовской научно-технической конференции «Перспективы развития средств и комплексов связи. Подготовка специалистов связи». Новочеркасск, 2011. С. 179-181.

3. Кобак В.Г., Титов Д.В., Золотых О.А. Повышение эффективности алгоритма Крона за счёт модификации начального распределения заданий // Труды XX международной научно-технической конференции «Современные проблемы информатизации». Воронеж, 2011. С. 234-239.

© Кобак В.Г., Золотых О.А., Ростов А.Н., 2015

УДК 621.319

Кондратьев Евгений Михайлович

канд.техн. наук, доцент

Московский государственный университет информационных технологий,

радиотехники и электроники, г. Москва, РФ E-mail: ekon@rambler.ru

УНИВЕРСАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ КРЕПЕЖНОЕ УСТРОЙСТВО

Аннотация

Рассматриваются основные типы и принципы работы электростатических крепежных устройств (ЭКУ) и дается классификация ЭКУ. Предлагается универсальное электростатическое крепежное устройство, позволяющее работать как любое из рассмотренных типов.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_

Ключевые слова

Электростатические крепежные устройства, универсальное электростатическое крепежное устройство

В процессе формирования будущих чипов на полупроводниковой пластине требуется точная и надежная фиксация пластины в ровном положении. Для этого в современной технологии микроэлектроники широко применяются ЭКУ. За рубежом ЭКУ промышленно выпускают уже более 20 лет [9, с. 1910].

В своей работе ЭКУ используют электростатическое взаимодействие заряженных тел, известное с глубокой древности. Количественное описание этого взаимодействия дает закон Кулона. Кроме кулоновского взаимодействия в ЭКУ также используется эффект, обнаруженный датскими учеными А. Ёнсеном и К. Рабеком [5, с. 713] в первой четверти 20-го века.

По принципу работы все ЭКУ бывают двух типов. ЭКУ первого типа работают на принципе взаимодействия обкладок заряженного плоского конденсатора при подключении к источнику постоянного напряжения. Такие ЭКУ позволяют закреплять пластины из любых металлов и из большинства полупроводников. Закрепляемый плоский электропроводящий объект в этом случае служит одной из обкладок получающегося конденсатора с параллельными обкладками, и к нему подключается один из полюсов высоковольтного источника. За рубежом ЭКУ первого типа называют униполярными (unipolar). Более правильно эти ЭКУ следовало бы называть монополевые, т.к. электрическое поле в таких устройствах одного знака. Схема монополевого электростатического крепежного устройства без источника питания представлена на рисунке 1.

пластина

диэлектрическая пленка

электрод

основание

Рисунок 1 - Схема монополевого электростатического крепежного устройства

Теоретическое значение усилия закрепления ^ идеального монополевого электростатического крепежного устройства при подаче на него напряжения V определяется выражением [8, с. 1506]:

^ =

где е, й - диэлектрическая проницаемость и толщина диэлектрического покрытия; Е0 - электрическая постоянная; - площадь пластины.

Формула (1) является оценочной, а для более точного расчета при идеальной поверхности диэлектрического слоя нужно учитывать неровность закрепляемой пластины (рисунок 2). С учетом этого

^ =

где к = 1 + (Е^/й), а g - средняя высота неровности закрепляемой поверхности пластины.

Рисунок 2 - Неровность пластины

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_

При sg << d, k ~ 1, и вычисленное по формуле (2) усилие закрепления F оказывается в s раз больше усилия, посчитанного для идеального случая. Для этой же цели специально обрабатывают поверхность диэлектрического слоя, и на нем формируют регулярный микрорельеф [6, с. 221].

При больших s формула (2) не приводит как формула (1) к большой силе F. При очень больших значениях s (s / k) — (d / g), и вычисленная по формуле (2) сила F даже не зависит от s.

За рубежом монополевые ЭКУ (МЭКУ) для технологии микроэлектроники выпускают компании по всему миру. В МЭКУ используется либо кулоновское взаимодействие, либо эффект Ёнсена-Рабека. Вторые требуют существенно меньшего значения V для получения заданного усилия F, но они намного уступают первым по быстродействию.

На рисунке 3 показан пример монополевого электростатического крепежного устройства, разработанного и выпускаемого в Германии фраунгоферовским институтом прикладной оптики и точной механики (IOF), для закрепления полупроводниковой пластины диаметром 300 мм на операции электроннолучевой литографии [7]. В качестве материала для диэлектрического слоя между полупроводниковой пластиной и электродом в этом устройстве может использоваться стекло, кварц, керамика, стеклокерамика [6, с. 220]. Для улучшения характеристик крепежного устройства свободная поверхность диэлектрика подвергается обработке для получения микрорельефа. Три отверстия, выполненные в этом электростатическом крепежном устройстве, служат для работы механизма, выполняющего точную укладку и съем пластины.

Рисунок 3 - МЭКУ ЮF для электронно-лучевой литографии

Для работы ЭКУ второго типа не требуется подключение закрепляемой электропроводящей пластины к полюсу высоковольтного источника. Источник напряжения в этих устройствах подключается к системе планарных электродов, которые создают неоднородное электрическое поле. Это поле индуцирует на закрепляемой электропроводящей пластине заряды обоих знаков, которые взаимодействуют с зарядами разнополярных электродов. Это электростатическое взаимодействие и обеспечивает прижим пластины к поверхности крепежного устройства. ЭКУ этого типа назовем планарными ЭКУ (ПЭКУ). На ПЭКУ можно закреплять пластины из любых материалов.

За рубежом ПЭКУ классифицируют в зависимости от количества и формы планарных электродов. Так к биполярным ЭКУ относятся ПЭКУ, в которых используются два одинаковых планарных электрода, разделенных прямой полосой. Схема биполярного электростатического крепежного устройства приведена на рисунке 4.

При закреплении электропроводящей пластины планарным электростатическим крепежным устройством на пластине появляется потенциал, значение которого зависит от соотношения площадей, перекрываемых электродами противоположной полярности. При равном перекрытии закрепляемой электропроводящей пластины электродами противоположной полярности (симметричное закрепление) потенциал на пластине будет близким к нулю. Для этой же цели в ПЭКУ используются высоковольтные источники с заземленной средней точкой.

МЕЖД УНАРОД НЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»

№12/2015

ISSN 2410-700Х

Рисунок 4 - Схема биполярного электростатического крепежного устройства

При симметричном закреплении электропроводящей пластины получается одинаковое электростатическое давление над электродами и максимальное усилие закрепления [2, с. 35]. Само электростатическое давление при симметричном закреплении получается более чем в 4 раза меньше по сравнению с монополевым закреплением при одинаковых значениях всех параметров.

ПЭКУ в технологии микроэлектроники используют там, где наличие высокого потенциала на закрепляемой полупроводниковой пластине является нежелательным. Как и монополевые ЭКУ планарные ЭКУ работают на кулоновском взаимодействии или используют эффект Ёнсена - Рабека.

При закреплении электропроводящей круглой пластины планарным электростатическим крепежным устройством с концентрической структурой электродов максимально возможное усилие закрепления при заданной толщине диэлектрика и неизменной разности потенциалов между электродами противоположной полярности и одинаковое электростатическое давление над электродами дает топология концентрических электродов "круг-кольцо" (рисунок 5) с равными площадями. Размеры такой топологии рассчитываются по формулам [2, с.37]:

- радиус круглого электрода

r =

V2R2 - Ъ2 -Ъ

2

- ширина кольцевого электрода

а = Я + с - г - Ь,

где Я - радиус закрепляемой пластины; Ь - ширина межэлектродного зазора, с - ширина кольца за контуром пластины. Например, для полупроводниковой пластины диаметром 300 мм и при Ь = 4 мм, с = 4 мм по формулам (3) и (4) получаем: г =104 мм, а = 46 мм.

Рисунок 5 - Топология "круг-кольцо"

Ширина с кольца за контуром пластины выбирается из условия удобного размещения круглой пластины при закреплении, а минимальная ширина межэлектродного зазора Ь зависит от разности потенциалов и между электродами и рассчитывается по простой эмпирической формуле [2, с. 37]: Ьшт [мм] = и [кВ].

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»» №12/2015 ISSN 2410-700Х_

С целью более эффективного использования ЭКУ в технологии микроэлектроники предлагается универсальное электростатическое крепежное устройство, которое может работать как монополевое и как планарное. Для этого в таком устройстве используются планарные электроды, например, концентрические с топологией "круг-кольцо" и обычный высоковольтный источник, а рабочая мода устройства выбирается в зависимости от подключения высоковольтного источника.

При подключении электродов к разным полюсам источника такое крепежное устройство работает как планарное. При подключении электродов к одному полюсу, а закрепляемой электропроводящей пластины к другому полюсу это устройство будет работать как монополевое.

Там, где наличие электрического потенциала на пластине не является помехой для обработки, универсальное электростатическое крепежное устройство работает как монополевое и обеспечивает максимальное усилие закрепления. На тех же процессах, где электрический потенциал на пластине является нежелательным, электростатическое крепежное устройство работает как планарное с симметричным закреплением.

Для увеличения функциональности универсального электростатического крепежного устройства можно использовать планарные электроды в виде двух вставленных друг в друга гребенок [4, с. 9] (рисунок 6). При подключении гребенок к разным полюсам высоковольтного источника такое устройство позволяет закреплять пластины из любых материалов. При подключении гребенок к одному полюсу такое крепежное устройство можно использовать как монополевое и закреплять только электропроводящие пластины.

Рисунок 6 - Планарные гребенчатые электроды

Универсальное электростатическое крепежное устройство может быть выполнено с постоянным диэлектрическим покрытием или со сменным покрытием из полимерных пленок. Для постоянного покрытия можно использовать стекло, кварц, керамику, стеклокерамику. Для улучшения характеристик электростатического крепежного устройства наружная поверхность постоянного диэлектрического покрытия обрабатывается для получения регулярного микрорельефа.

Сменное диэлектрическое покрытие выполняется в виде рамки с пленкой, которая закрепляется на основании ЭКУ. Это позволяет легко менять диэлектрик при ухудшении его свойств. В качестве материалов для сменных диэлектрических покрытий можно использовать различные полимерные пленки: жесткие и эластичные. В ЭКУ с эластичным полимерным сменным покрытием в усилие захвата добавляется адгезионная составляющая, которая оказывается очень значительной при закреплении плоских полированных поверхностей.

Универсальное электростатическое крепежное устройство со сменным эластичным покрытием можно успешно использовать при механической обработке полупроводниковых материалов [3, с. 61]. В этом случае в крепежном устройстве должен быть встроенный автономный высоковольтный источник. При использовании гребенчатых электродов и сменного эластичного покрытия такое устройство может использоваться и при механической обработке пластин из стекла и кварца [1, с. 34].

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_

Предлагаемое универсальное электростатическое крепежное устройство обладает большой функциональностью и может найти широкое применение в современной технологии микроэлектроники. Список использованной литературы:

1. Кондратьев Е.М. Блокировка стеклянных и кварцевых пластин неоднородным электрическим полем // Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении. / Сб. науч. тр. - М.: МГАПИ, 1997. - С. 34 - 39.

2. Кондратьев Е.М. Геометрические соотношения в концентрической структуре электродов для электроадгезионного закрепления полупроводниковых пластин // Сб. науч. тр. «Автоматизация технологии производства электронной техники» / Под ред. В.Н. Абрарова.- М.: Моск. ин-т приборостроения, 1992. - С. 34 -40.

3. Кондратьев Е.М. Механическая обработка полупроводниковых пластин с использованием закрепления неоднородным электрическим полем // Инновационные технологии и повышение качества в приборостроении. Выпуск 3 / Сб. науч. тр. - М.: МГАПИ, 1999. - С. 60 - 68.

4. Кондратьев Е.М. Центрифуга с электростатическим закреплением // Приоритетные научные направления: от теории к практике / Сб. статей Международной научно-практической конференции (3 сентября 2014 г. г. Уфа). - Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2014 - С. 6-10.

5. Johnsen A., Rahbek K. A physical phenomenon and its application to telegraphy, telephony, etc. // J.IEE. - 1923.-V. 61. - PP. 713 -725.

6. Kalkowski G., Risse S., Harnisch G., Damm C., Peschel T., Guyenot V. Electrostatic chucks for lithography applications // Microelectronic Engineering. -2001. - V. 57(9). - PP. 219-222.

7. Risse S., Kalkowski G., Peschel T., Harnisch G., Müller S., Eberhardt R. Ultra-planar electrostatic chucks based on low CTE materials for lithography and metrology - URL:

http://aspe.net/publications/Annual_2009/PAPERS/4APPL/2867.PDF/ (дата обращения: 05.11.2015).

8. Wardly A. G. Electrostatic Wafer Chuck for Electron Beam Microfabrication // Review of Scientific Instruments. - 1973. - V. 44. - PP. 1506-1509.

9. Wright D., Chen L., Federlin P., Forbes K. Manufacturing issues of electrostatic chucks // J. Vac. Sci. Technol. B. -1995. - V. 13(4). - PP. 1910-1916.

© Кондратьев Е.М., 2015

УДК 21474

Кузнецов Никита Олегович

Фак. «Энергетики и Электроники», студент БГТУ, г. Брянск, РФ

E-mail: KyzNikOle97@gmail.com

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБНАРУЖИТЕЛЯ СИГНАЛА

Аннотация

Предложен вариант совершенствования обнаружителя радиолокационного сигнала, используемого в канале матричного приемника. Приведены структурные схемы энергетического и оптоэлектронного обнаружителей сигнала.

Ключевые слова

Радиолокационный сигнал, радиоэлектронная борьба, матричный приемник.

Введение. В 21 веке все большее и большее распространение получают средства радиоэлектронной борьбы. Для обнаружения и распознавания радиолокационных сигналов используются средства радиотехнической разведки (РТР). Широкое распространение в средствах РТР получили матричные приемники и схемы на их основе.