Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы

ББК 32.844 П16 УДК 621.3.049.77+007.52.002.5 (075) Панфилов Ю. В. я др. П16 Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы: Учеб. для техникумов/ Ю. В. Панфилов, В. Т. Рябов, Ю. Б. Цветков.— Мд Радио и связь, 1988. — 320 сл ил. 15ВМ 5-256-00062-4. Изложены коиструкцни и принцип действия сааременнога оборудования для производства интегральных микРосхем !ИС1, основы робототехники н гибкик автоматизированных систем.

Описаны принципы построения и вопросы эксплуатации промыщленных роботов, систем управления с испальзава. пнем ЭВМ н микропроцессоров. Приведены материалы па анализу конструкции сборочного, химнко-технологического, фотолрентгено, злектронно-литографического оборудования. Для учащихся техникумов. 2401000000-116 свод. плая для сред. спеЦ. ББК 32.844 П 046(01)-88 учеб. заведений !30 — 88 Рецензенты. Московский техникум электронных приборов (Л. И. Констан- тинова), канд. техн.

наук И. Н. Рубцов Редакция литературы по конструированию н технологии производства радиоэлектронной аппаратуры Учебник ПАНФИЛОВ ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ РЯБОВ ВЛАДИМИР ТИМОФЕЕВИЧ цветков юрии Борисович оноррдондние цроизнодстах интегральных МИКРОСХЕМ И ЦРОМЫШЛБНИЫБ РОБОТЫ Заведующий редакцией П, И. Н и к о н о в Редактор Ю. И. Сух а нов Художественный редактор Т. В Буса рова Технический редактор И. Л Ткаченка Корректор Н. В. Козлова ИБ Рй 1337 Подписана в печать И.04.89 Т-10122 Ф ШХачн,.

Бумага типографская № 2 Гарнвтура литературная ормат е Печать высокая Уел неч. л. 19,60 Уел. кр..отз. !9,6 ч.-изд. л. ТиРаж 20000 зкз. И д. № 21З90 Заказ № 6М! Издательство Радио и связь». !01000 Москва, Почтамт, е!я 693 Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени МПО «Первая Образцовая типография имени А.

А. Жданова» Союзиалнграфпрома прн Госкомиздате СССР. 113064. Москва. Валовая, 28. 18 ВМ 5-256-00062-4 © Издательство «Радио и связь», 1988 ВВЕДЕНИЕ Выдвинутые ХХЛ! съездом КПСС положения о резком ускорении научно-технического прогресса являются ключевыми для развития микроэлектроники, которая, интенсивно развиваясь сама, в значительной мере определяет научно-технический и социальный прогресс в других отраслях н в стране в целом. Одновная тенденция развития микроэлектроники — постоянный рост уровня интеграции, переход от интегральных схем (ИС) малой степени интеграции, содержащих до 10 активных элементов и выполняющих узкие специальные функции (логическне ячейки, триггеры), к большим и сверхбольшим интегральным схемам (БИС и СБИС), содержащим до нескольких сотен тысяч активных элементов на одном кристалле н выполняющим широкий набор операций по обработке информации.

К концу 80-х годов предполагается достичь уровня интеграции до 1 млн элементов на кристалле. При этом элементы должны иметь размеры в единицы и даже доли микрометра и брак хотя бы одного из них приведет к отказу всей ИС. Достигаемый уровень интеграции во многом определяется потенциальными возможностями, стабильностью и точностью технологических процессов, проводимых на грани физичецких возможностей.

Производство ИС можно разделить на основное н вспомогательное (рнс. 1). Основное производство ИС, в свою очередь, подразделяется на три самостоятельные фазы: заготовительную, обрабатывающую н сборочно-контрольную. Заготовительная фаза. основного производства включает оборудование для механнческой обработки и обеспечивает выпуск полупроводниковых пластин. Объектом производства второй фазы является исходная полупроводниковая пластина нли пластина с нанесенными на ее поверхность слоями (подложка), на которой создаются совокупности полупроводниковых структур, образующие единые ИС или модули, Производственный процесс на этом этапе включает подготовку поверхности подложки, формирование структур ИС методами диффузии, ионной имплантации, эпитаксии, вакуумного нанесения тонких пленок, Эти операции осуществляются на оборудовании для химико-технологической (подготовка поверхности), физико-термической электронной, ионной и плазменной обработки.

Задание конфигурации полупроводниковых структур н их точное взаимное расположение обеспечиваются методами микролитографнн на соответствующем оборудовании. 3 ~йоизбпбстбп интег альных скем Осппбнпе Оспом ага тельное Олотпк з-л рази. Прпозбпдстбп пласгпон Рина слитно на пластины Шлоазобкп о полорпбко ОтмыВка, контроль, уппкпбка Ппдгптпбкп и пностка с од Произбпдстбо пеоонозорпВопноо беды, комреоктибоВ, снистко среды В произбодстВеппык ппмешения,г Пластино Я-я сааза. Прпизбпдстбп лплупрпбоднокобьгк сгпруктпур на пластине НС Г и Г К тггиьи Хомо нескор пт чы ка и тра бление догзсрузоя, Вжигппое, отжиг Оспжаени е зпйтаксопльнык слоеб нопппя ииплпптпиия Впкооипо-плазменное траблепог бпкууйппе нанесение топкая пленок М ия до потопе Мзгогпобление грптошпблоноб оборонного инструмента Пластина с ма у- лямо и згптобление Вспоиогпгпельныб узлоб и деталей Лзготпбленое кпрпусоб, Выбпдоб и Выбодпьо рамок, кассет д-я роза.

Оборка НС В корпус Разделение пластин но кристаллы монтаж крист оллпб Мокросбпркп Выбпдоб Гериетозаиоя, контроль, испытание не нанесение ппкрытио, моркиробка Упокпбка НС интегральная схема Рис. В.!. Структура производства интегральных микросхем На третьей фазе используется оборудование для разделения пластин на кристаллы, установки монтажа кристаллов, микро- сварки выводов и герметизации ИС. Здесь же используется широкий комплекс контрольно-измерительного, испытательного и другого оборудования для заключительных операций. Вспомогательное производство обеспечивает нормальное функционирование основного (рис.

1). Производство ИС обладает рядом специфических особенностей: 1. В производстве ИС применяются почти все известные в нау- ке и практике явления и процессы: механическая обработка с погрешностью до долей и шероховатостью менее 0,05 мкм, различные виды химической и плазмохимической обработки, обработка лучом лазера, коротким ультрафиолетовым и рентгеновским излучением, электронными, ионными и молекулярными пучками уникально высокой чистоты, разнообразные методы контроля с применением рентгенотелевизионной, электронной и лазерной микроскопии, самые совершенные методы исследования повеРхности твердых тел: Оже-опектроскопия, дифракция быстрых и медленных электронов и т. п. 2.

Полуфабрикаты, технологические процессы и реализующее пх оборудование отличаются уникальными требованиями к своим параметрам. Так, размеры отдельных элементов топологии ИС составляют доли микрометра и соизмеримы с длиной волны видимого света, содержание примеси в исходных материалах часто не должно превышать 10 — 'о%, отклонения температурного поля в реакционных камерах при проведении ряда операций, например диффузии, должно быть не более 10-т...!0 — з%, Уникальны н требования по поддержанию микроклимата в помещениях, где идет ответственная обработка приборов.

Запыленность воздуха в таких помещениях должна быть в 104...!О' раз меньше, чем содержание пыли в обычной среде, в которой обитает человек. Давление при проведении ряда операций должно быть в 1О'т раз ниже атмосферного. Погрешность позиционирования пластины при проведении прецизионной литографии должна составлять десятые доли микрометра.

3. Групповой характер обработки, когда на одной пластине обрабатываются сотни ИС, а внутри отдельного кристалла десятки и сотни тысяч элементов, наряду с уникальностью требований к параметрам техпроцесса еще более повышает необходимость стабильной работы оборудования. 4. Автоматизация многих технологических процессов не просто средство повышения эффективности производства и освобождения человека от монотонного ручного труда, но единственно возможное условие их проведения. Так, без автоматического управления нельзя выдержать перечисленные выше высокие требования к параметрам техпроцесса и оборудования. Комплексная автоматизация необходима для удаления человека-оператора из чистых комнат, поскольку он является одним из основных источников пыли и загрязнений. 5, Высокие требования к технологическим процессам и реализующему их оборудованию и постоянное ужесточение этих требований порождают чрезвычайно бурное развитие и появление новых прогрессивных технологий н оборудования (изопланарный процесс, сухая технология, адаптивные микросварочные и другие технологические роботы и др.).

Появился целый ряд прогрессивных конструкторских решений отдельных элементов: линейные о шаговые двигатели и координатные столы на их основе, рубиновый инструмент в сборочном оборудовании, магнетронные распылительные системы и т. п, Сроки морального старения самого прогрессивного оборудования стали значительно меньше сроков физического износа. В таких условиях необходимы новые нетрадиционные принципы разработки, изготовления и комплектации как отдельного оборудования, так и целых производственных систем. Применение гибких производственных систем (ГПС)— единственное средство постоянного поддержания прогрессивности и эфФективности производства, когда за 10 — 15 лет сменяется три поколения оборудования, как, например, при микросварке выводов ИС, осаждении в вакууме пленок н др.

Уровень развития технологии и оборудования определяет развитие микроэлектроники, достигнутую степень интеграции ИС, их стоимость и надежность. Широкое применение элементной базы микроэлектроники, в частности микропроцессорных комплектов, в свою очередь, определяет успехи н процесс других производств, позволяет создавать промышленные роботы, автоматические технологические модули, ГПС и в конечном итоге способствует техническому перевооружению всех отраслей народного хозяйства.

В этих условиях технический персонал, занимающийся пазработкой, наладкой и эксплуатацией оборудования для производства ИС, выдвинут на гребень технического прогресса, резко возрастают требования к его квалификации, техническому и научному кругозору. Специалист по оборудованию для производства ИС должен знать физические основы проводимых технологических процессов, наряду со знанием механической части оборудования должен разбираться и уметь применять микропроцессорные системы автоматического управления, обладать начальным запасом знаний и умений, позволяющих ему постоянно повышать свою квалификацию и идти в ногу с техническим прогрессом отрасли.

Цель курса «Оборудование для производства интегральных микросхем и промышленные роботы» — изучение конструкций современного оборудования, начиная с оборудования для очистки технологических сред и оборудования заготовительного производства и кончая заключительными операциями технологической цепочки производства — сборкой, герметизацией, контролем и испытаниями ИС. При этом особое внимание уделяется направлениям и этапам развития оборудования, диалектической связи поколений, перспективам развития, Курс содержит основы построения прогрессивных технических средств: промышленных роботов, ГПС, микропроцессорных систем управления.