Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы, страница 5

Ориентация слитка опти- ческим методом Рис. 2.2, Ориентация слитна рентгеновским методом 21 20 Рпс, 2,1. Типовой технологической процесс наготовления полупроводниковых пластин 2,2, ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИИ СЛИТКОВ Методы ориентации основаны на аннзотропии физико-химических свойств кристаллов. На слитке с погрешностью до 1' и менее необходимо найти положение плоскости [1101, по которой делается базовый срез, и плоскости [1111, цо которой слиток разрезается на отдельные пластины. В промышленности нашли применение рентгеновский и оптический методы ориентации.

Рентгеновский метод. Резко выраженный максимум интенсивности отражения рентгеновских лучей от кристаллической решетки слитка наблюдается в случае, когда угол их падения определяется соотношением Вульфа — Брэгга: 2с(з(п(б=пХ, где д — расстояние между атомными плоскостями кристалла; и — целое число; Х вЂ” длина волны рентгеновского излучения; р— брэгговский угол отражения. Для каждой кристаллографической плоскости при постоянном значении Х характерен свой брэгговский угол, например, для плоскости [1111 в установке УРС-50ИМ он составляет 1Тч56'. Расположив источник и приемник отраженного рентгеновского излучения под углом 0=180' — 2р, получим максимальную интенсивность отраженного луча, если нормаль к искомой кристаллографической плоскости поделит угол 0 пополам (рис.

2.2), Таким образом, вращая слиток вокруг своей оси и в плоскости расположения источника и приемника рентгеновского излучения (рис, 2.2) и наблюдая за интенсивностью отраженного луча, можно, фиксируя максимум интенсивности, найти положение любой кристаллографической плоскости. Этот метод наиболее перспективен, Главными его преимуществами являются: малая трудоемкость, отсут- Рис, 2.4.

Уствновкв длн ориентвпин слитка оптическим методом 22 стане предварительного травления сруитка и, самое главное, возможность полной автоматизации процесса. Ориентирование рентгеновским методом ведется на рентгеновских дифрактометрах общего назначения УРС-50 ИМ, ДРОН-0,5, ДРОН-2,0 с применением специальных гониометрических приставок, позволяющих вручную или автоматически вращать слиток вокруг двух взаимно перпендикулярных осей (рис.

2.2). При поиске плоскости, параллельно которой слиток будетразрезаться на пластины (рис. 2.2), ось слитка располагается в плоскости приемника и источника излучения (плоскости гониометра), при поиске плоскости базового среза — перпендикулярно плоскости гониометра. По окончании ориентации проводится разметка торца слитка и все необходимые данные об угле ориентации торца указываются в сопроводительных документах. Оптический метод. При травлении монокристалла в селектнвных травителях вследствие неодинаковой скорости травления в различных кристаллографических направлениях образуются фигуры травления, которые имеют конфигурацию, зависящую от кристаллографической направленности поверхности.

При освещении протравленной плоскости параллельным пучком света грани ямок травления будут отражать падающие лучи, при этом отражающая плоскость совпадает не с протравленной плоскостью слитка„ а с его кристаллографической плоскостью (рис. 2.3,а), так что центр отраженного пятна сдвинется относительно центра экрана. Типичной световой фигурой вследствие отражения от граней ямок травления является трехлепестковая (для слитка 1111)) или четырехлепестковая — (для слитка 11101) звезда (рис. 2.3,б). Оптическая система уста- 77 -л новки для ориентации слит- ков оптическим методом б 7б (рис.

2.4) состоит из осветителя 1, установленного в корпусе 8 и отделенного .75 плитой 6, конденсора 2, 7 г72 в диафрагмы 3, отражающих 77 -77 зеркал 4, 5, !О, объектива 7 б м с зубчатыми парами 9 и 11 б м Г7 для установки фокуса и б диафрагмы. В верхней части установки расположена подвижная каретка 18, фиксируемая в рабочем положении фиксатором 19, в 'т б г" 7 двух крайних окнах каретки расположены зеркала 5 и 13, над средним — кри- сталлодержатель 12 с угломерной головкой 20, позволяющей разворачивать вокруг своей оси и наклонять слиток и измерять эти углы.

Луч света, выходя из объектива 7 и отражаясь от зеркал 5 и 10, освещает торец кристалла. Отраженный от протравленного торца, луч попадает на экран 15. Зеркало 16 позволяет визуально наблюдать световую фигуру отражения, получаемую на экране. С помощью рукоятки 21 зеркало устанавливается в положение, удобное для наблюдения. Вспомогательное зеркало 13 необходимо для перестройки схемы наблюдения, при этом каретка перемещается вперед, слиток сдвигается на место зеркала 5, а зеркало 13 на место слитка.

Винт 17 и каретка служат для юстировки установки. При ориентировании сначала поворачивают слиток вокруг оси, совмещая световую фигуру с горизонтальной осью экрана, а затем, наклоняя слиток, выводят звезду в центр экрана и считывают показания угломерной головки. 2.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РЕЗКИ СЛИТКОВ НА ПЛАСТИНЫ Для разделения слитка на пластины применяется резка полотнами или алмазным диском с внутренней режущей кромкой.

Резка полотнами (рис. 2.5,а) имеет меньшую производительность, но полностью не вытеснена благодаря высокому качеству реза (меньшей глубине нарушенного слоя, меньшей вероятности сколов и трещин) и применяется в основном в особых случаях, а именно: в экспериментальном производстве прн малых требованиях к производительности, при разрезке дорогих и хрупких полупроводниковых материалов, ири разрезке слитков больших диаметров (более 100...

150 мм )и прямоутольной формы. В последнее время возрождается интерес к этому способу резки благодаря применению полотен с вкрапленными алмазными зернами. Рвс. 2.6. Методы резни слитков ив пластины: а-волотвемкр б — елмеекмм кругом с евутревкей режущей кромкой 23 Основой для установок резки о о о о полотнами служит обычно привод горизонтальных зубодолбежных станков или кулисный механизм. Рама с натянутыми полотнами совершает возвратно- поступательное движение с частотой 400 ... 600 двойных ходов Рис.

2.6, Конструкция приспособления в миНуту. Столик с накленным для иатялгеиия полотен в раме слитком поджимается к полотнам грузом, вес которого подбирается так, чтобы удельное усилие на полотне составляло в среднем около 500... 700 кПа (5...7 кгс/смз). Сверху на место контакта слитка с полотнами подается абразивная суспензия КЗМ10 1карбнд кремния зеленый с размером зерна 10 мкм) или при использовании полотен с наружным алмазным слоем — смазывающеохлаждающая жидкость. Толщина полотен 0,05... 0,2 мм. Слиток при резке крепится к столику наклеечной мастикой.

Особое внимание уделяется равномерному натяжению полотен в раме. Конструкция рамы с приспособлением для натяжения полотен представлена на рис. 2.6. Полотна 2 закладываются в раму 3, между полотнами набираются прокладки, обеспечивающие необходимую толщину пластин. Набор закрывается двумя крышками 4 и слегка поджимается винтами 1. Затем на набор надевается приспособление для натяжения состоящее из опоры 5 и серьги 7.

Полотна в серьге перекладываютоя прокладками, как и в раме, серьга прижимается к распорным винтам 6, н ее набор крепко зажимается. Затем серьга слегка отжимается винтами 6 и крепко затягивается набор в левой половине рамы. После этого серьга отжимается распорными винтами 6 так, чтобы добиться равномерного натяжения, При этом значение натяжения контролируется по двум тензордатчнкам, наклеенным на крайние полотна, и составляет в зависимости от толщины около 300 Н на полотно. Высокая производительность, удобство установки толщины отрезаемой пластины н достаточно высокое качество выполнения операции обеспечили наибольшее применение метода разрезки алмазными отрезными кругами (рис.

2.5,6), В СССР и во всем мире создано уже несколько поколений станков, работающих по этому методу (рис. 2.7). В станках первого поколения слиток 1рис. 2.7,а) размещался внутри полого цилиндрического корпуса 1, к одному торцу которого крепился приводной вал, а на другом растягивался круг. Пластина после отрезки легко удалялась. Частота вращения вала — 3000... 5000 мин '.

Качество отрезки и стойкость инструмента определяются равномерностью растяжки круга, осевым и радиальным биениями приводного вала. Последнее требует размещения подшипника 2 возможно ближе к кругу, 24 ограничивает размеры цилиндрического корпуса 1 и максимальную длину разрезаемого слитка ориентировочно до 100 мм, поэтому его предварительно требовалось распиливать на соответствующие заготовки.

В станках второй компоновочной схемы (рис. 2.7,6) отрезанная пластина удаляетпя через центр вертикального полого вала, в котором во избежание повреждения пластины установлен экран 3. При такой компоновке необходимы прецизионные подшипники большого диаметра с повышенными линейными скоростями потенциально подверженные большому износу, их трудноо'езащитить от попадания смазывающе-охлаждающей жидкости и абразива. Однако в этих станках не ограничивается длина цилиндрического слитка, поэтому несмотря на перечисленные недостатки они пришли на смену станкам первого поколения. За рубежом были выпущены станки 1)С 350 и АЬМ 10.

Так, станок АЬМ 10Л Фирмы Окашо1о 1Япония) позволяет разрезать слитки кремния диметром до 95 мм и длиной до 350 мм. Частота вращения шпинделя 5000 мин — ', Отклонение размеров отрезаемых пластин по толщине +0,005 мм. Станки нового поколения отличаются применением вакуумной присоски для удаления отрезанных пластин из цилиндрического барабана (рис. 2.7,в,г). Характерной особенностью их является горизонтальное расположение вала и уменьшение его диаметра по сравнению с компоновкой рис.

2.7,6, уменьшение длины цилиндрического барабана ! и приближение подшипника 2 к диску по сравнению со станком рис. 2.7,а. Все это привело к резкому умень- 1 1 Рис. 2.7. Развитие компоиовочиых схем оборудо. павия для резки заготовок ИС алмазными кру- гами а) Технические данные станка: Производительность Наибольшяе размеры разрезаеыых слитков: диаметр длина Толщина отрезаеыых пластин Точность подачи слитка нв шаг . Подача круга бесступенчатая Частота вращения шпинделя . 8 ... 12 пластин/ч 102 мм 500 и 0,2...