Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы, страница 10

Во время обратного хода концы штанги 23 перемещаются по верхней поверхности плоской пружины 21, которая расположена выше направляющей 14 на 3 мм, при этом упоры 24 проходят над очередной пластиной, загруженной на вакуумный столик центрифуги, не задевая ее. После загрузки очередной пластины на центрифугу ее ванна- ловушка поднимается вверх, конус 25 воздействует при этом на ролик 26 н через подпружиненный рычаг 27 поворачиваетрамку 28, перемещая выгружаемую пластину на пассики 29 выходного транспортера; вращение приводного ролика транспортера осуществляется электродвигателем 30. 1. Перечислите основные виды химико-технологических процессов в производстве ИС.

2. Каковы принцип действия и устройство установок химической обработки и отмывки пластин? 3. Назовите основные химико-технологические процессы мнкролитографии в установки, которые входят в химико-технологический участок линии фотолитографии? 4. Сравните рабочие позиции автоматов гидромеханической очистки и нанесения фоторезиста, выделите их общие узлы. 6. Каково устройство базовой центрифуги? 6, Каковы принцип действия и основные узлы установки термообработкн? 7. Назовите последовательность загрузки и выгрузки пластин на рабочие позиции антоматов, перечислите основные узлы и детали загрузочно-разгрузочного механизма, их назначение и взаимодействие.

Гл а в а 4 ФИЗИКО-ТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ИС 4.1. ДИФФУЗИОННЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ Диффузионные термические установки позволяют в зависимости от состава подаваемого газа проводить ряд различных операций. В их число входят окисление подложек, вагонка фосфора нли бора, разгонка диффундирующих примесей, отжиг, газовое травление. Основным промышленным методом проведения термической диффузии и окисления является метод открытой трубы. В соответствии с этим методом лодочку с подложками загружают в кварцевую трубу, рабочая зона которой размещена внутри высокотемпературной печи.

В трубу подается диффузант, переносимый газом-носителем (аргоном или азотом), поток влажного или сухого 46 кислорода. В качестве источника диффузанта могут использоваться твердые, жидкие или газообразные соединения. Цикл работы диффузионной установки включает несколько этапов. Прежде всего проводится разогрев печи до максимальной температуры и установление требуемого теплового режима, на что требуется не менее 2,5 ч. Далее следует загрузка подложек, размещенных в кварцевой лодочке, внутрь реакционной трубы.

Загрузка и выгрузка лодочек с подложками производится в камерах с ламинарным потоком воздуха. После прогрева пластин и лодочки в течение 20 ... 30 мин начинается технологическая операция: через кварцевую трубу пропускают поток ПГС в виде газа-носителя с примесью паров диффузанта. По истечении заданного времени прекращают подачу ПГС и производят разгрузку реакционной трубы.

Современные диффузионные установки СДО-125/4А, СДО-1257 3-12, АДС-6-100 обеспечивают выполнение цикла в полуавтоматическом или автоматическом режиме. На рис. 4.1 показана установка модели АДС-6-100, включающая пульт программного управления 1, блок газораспределения 2, панели управления 3, диффузионные электропечи 4, нагнетатель воздуха 5, блок пылезащиты 6, загрузчики 7, роторные устройства 8 для перегрузки лодочек с подложками, блоки управления загрузкой 9. Электропечь.

В зависимости от числа рабочих каналов электро- печь объединяет в одном агрегате несколько независимых термических камер. В установке СДО-125/4А таких камер четыре, в установках СДО-125/3-12 и АДС-6-100 — три. Длина рабочей зоны каждой камеры составляет не менее 450 ... 600 мм, причем на этой длине неравномерность температу- Рнс. 4.1. Установка термической диффузии 4 — 6261 г г з Ф у в г у о б д А убаб уогц Рис. 4.2. Нагреватель диффузионной установки: а — конструкция с обмззкоа;б — конструкция без обмазки; в — ввод термопары в аоиу иа- среветеая ры не должна превышать ~-(0,25 ... 0,5)'С.

Внутренний диаметр рабочей зоны составляет от 120 мм (установка СДО-125/3-12) до 150 мм (СДО-125/3-!5, АДС-6-100), что позволяет обрабатывать подложки диаметром 75... 100 мм. Кварцевая реакционная труба 5 (рис. 4.2) устанавливается внутри керамической трубы — муфеля 4, разогреваемой резнстивным нагревателем 3. Нагреватель может быть армирован тонким слоем керамической обмазки на 50 основе алунда (рис. 4.2,а) илн не иметь обмазки (рис. 4.2,б), Нагреватели выполняют в виде спирали 9 нз проволоки диаметром 5,5 мм, из жаростойкого сплава ОХ27Ю5Л, соединенной токовводами 7 с блоком питания Диаметр намотки спирали определяется диаметром реакционной кварцевой трубы 5, шаг спирали задается установкой керамических изоляторов 8, В нескольких изоляторах выполняются отверстия для размещения термопар 1О, выступающие концы изоляторов используются в качестве опор керамической трубы-муфеля 4 (рис.

4.2,в). Нагревательные элементы теплоизолируют керамическим (каолиновым) волокном 2 и закрывают алюминиевым кожухом 1 с торцевым теплоизолятором 6. Температура поверхности кожуха не превышает 35'С, Система управления диффузионной установки должна обеспечивать равномерное распределение температуры внутри реактора и поддержание ее с высокой точностью.

Для достижения высоков стабильности температуры в пределах 0,25 ... 0,5'С используетсн трехканальная система регулирования температуры (рис. 4.3), контролирующая центральную секцию 4 и две периферийные секции 5 нагревателя 3. Для контроля температуры нагревателя используется восемь термопар 6, в которых при нагреве возникает термо-ЭДС. В центральной секции используется четыре термопары, д~ве из которых соединены последовательно, а две крайние в встречно с термопарами периферийных секций нагревателя. Теплопоглощающие снам всех термопар через термостаты 7 соединены с регулятором температуры 8.

Этот регулятор преобразует отклонения термо-ЭДС датчиков температуры от заданных значений в управляющие сигналы, Рис. 43. Схема системы управлении температурой диффузионной установки 4» Пг дг (лг) Аг(ягг) ог а) б) Рис. 4.4. Схема системм газораспределения диффузионной установки которые подаются в силовой блок, содержащий трансформатор 1 и управляемые симметричные тиристоры 2. Тнристоры соединены со вторичной обмоткой трансформатора.

В результате изменяется мощность, подаваемая на соответствующую секцию нагревателя, что обеспечивает восстановление заданной температуры. Периферийные секции нагревателя подчинены центральной, поэтому все изменения температур у торцов реакционной трубы компенсируются изменением нагрева периферийных секций. Система газораспределения включает блоки диффузии (рис. 4.4,а) и окисления (рис. 4.4,б), формирующие ПГС заданного состава и подающие их в каждую реакционную трубу установки.

На входы системы подаются тщательно очищенные и осушенные (точка росы — 65'С) кислород и аргон (азот). Каналы для технологических газов включают ручные напорные краны Кр, фильтры Ф, очищающие газы от пылевых частиц, регуляторы давления РД, электромагнитные клапаны К, открывающиеся на время работы канала, ротаметры Р, контролирующие расходы газов, и манометры И, Конструкции элементов системы газораспределения рассмотрены в й 6.4, 6.5. При загонке примесей из жидких диффузантон на первой стадии диффузионного процесса аргон проходит через смеситель См (рис.

4.4,а), помещенный в микрохолодильник для стабилизации параметров получаемой ПГС. На этапе окисления подложек в реакционную камеру подается сухой или влажный кислород; для увлажнения кислород пропускается через термостатированный увлажнитель У (рис. 4.4,б). 52 Рис. 45. Устройства загрузки. выгрузки подложек в реакционную трубу: г — кварцевая труба; т — подложки; 3 — кварцевая лодочка; 4 — кварцевый стержень; 6— кодовой винт Система автоматического регулирования устройства газораспределения осуществляет контроль температуры холодильника смесителя и термостата увлажнителя, а также программное управление каждым из рабочих каналов установки.

Система обеспечивает поддержание температуры в испарителе и увлажнителе с погрешностью ~0,5'С, ее структура аналогична автоматической системе терморегулирования печи. Устройство загрузки-выгрузки обычно размещается в камере с ламинарным потоком воздуха, создающей обеспыленную атмо- 53 сферу в зоне работы загрузчика лодочек с подложками. Камеры загрузки построены по принципу технологических скафандров, рассмотренных в гл. 1. Перед загрузкой в реакционную трубу диффузионной установки подложки размещаются в кварцевой лодочке на расстоянии 7... 10 мм друг от друга (рис. 4.5,а). При загрузке возможно появление кварцевых микрочастиц, образующихся при трении лодочки о реакционную трубу (рис. 4.5,а). Эти микрочастицы, попадая на поверхность подложек вместе с потоком ПГС, приводят к дефектам структур. Поэтому разработаны различные конструкции загрузочных устройств, заменяющих трение скольжения трением качения (рис.

4.5,6, в) или вообще исключающих трение за счет использования консольных держателей и загрузчиков (рис. 4.5,г), Скорость перемещения лодочки с подложками прн загрузке обычно не превышает 30 ... 70 см/мии и тщательно контролируется системой управления для уменьшения термодинамических нагрузок на подложки и повышения воспроизводимости результатов процесса. 4.2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАРАЩИВАНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ Эпитаксия — это процесс ориентированного нарастания слоя с упорядоченной кристаллической решеткой, продолжающей кристаллическую решетку подложки.

В процессе наращивания эпитакоиальпые слои легнруют, вводя донорные или акцепторные примеси. Эпнтаксиальные слои можно наращивать из парогазовой или жидкой фазы, а также в вакууме. Оборудование для эпитаксии из парогазовой фазы. Наиболее широко для получения эпитаксиальных слоев применяется хлоридный метод. Основой метода является обратимая реакция восстановления паров тетрахлорида кремния 5!С!4+2Нз= В!+4НС!.

Образующийся в результате реакции кремний осаждается на подложке и участвует в нарастании эпитаксиального слоя. Для получения совершенных монокристаллических слоев, не содержащих структурных дефектов, температура проведения реакции должна быть в диапазоне 1100 ... 1300 'С.