Панфилов Ю.В. и др. - Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы (1053470), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Предусмотрен также ряд вспомогательных устройств: нагреватель подложки 3, заслонка 5 для перекрытия потока пара, устройство отклонения электронного пучка 7, фланец для откачки вакуумной камеры и т, д. Для испарения используются пучки с плотностью мощности 1О"... 10' Вт1см', так как при большей плотности мощности у многих материалов начинается недопустимое разбрызгивание расплава, Чтобы катод электронной пушки 1 не попадал под прямой поток пара, а сама пушка не затеняла рабочее пространство над тиглем, используется электромагнитное отклонение пучка. При электронно-лучевой сварке луч диаметром 0,01...1 мм, перемещаясь вдоль поверхности детали с заданной скоростью, непрерывно локально проплавляет материал. Застывая, расплав образует сварной шов, соединяющий примыкающие друг к другу участки деталей. От традиционных способов, сварки с оплавлением электронно-лучевая отличается в пер~вую очередь тем, что позволяет получать очень высокие локальные плотности тепловой эне гни при сравнительно малом общем твпловложении.
нергия, которая выделяется при попадании луча на свариваемые детали, иа 90% превращается в тепло. В силу этого возможно получение сварных швов с минимальными зонами термического влияния, большим отношением глубины к ширине проплавления (до 20: 1) для образования узкого глубокого канала, по которому луч попадает в глубь металла, вызывая дальнейшее его проплавление.
Вакуум является эффективным средством защиты сварного шва. Количество примесей, содержащихся в 8 — 6281 сварном шве, значительно меньше, чем, например, при сварке в среде инертного газа. Возможность модуляции луча способстнует значительному уменьшению тепловложения и сокращению зоны термического влияния за счет преимущественного расхода тепла на испарение металла по сравнению с потерями на теплопроводность. Импульсный режим сварки, при котором тепловложение дополнительно регулируется частотой и длительностью сварочных импульсов, широко применяется при сварке швов, расположенных вблизи от спаев металла со стеклом или керамикой.
Отклонение потока электронов в магнитном или электрическом поле осуществляется практически безынерционно. Это дает возможность управлять перемещением луча по поверхности свариваемой детали, развертывать луч по окружности, прямоугольнику, сложной кривой и т. д. Автономное управление электронным лучом в сочетании с программным управлением механического перемещения свариваемых деталей создает необходимые предпосылки для автоматизации процесса электронно-лучевой сварки, С помощью электронно-лучевой сварки в электронной технике можно осуществлять герметизацию корпусов ИС, крепление контактов ИС и некоторые другие операции, Схема установки электронно-лучевой сварки цилиндрических корпусов ИС показана на рис.
5.18. Основными элементами установки являются: вакуумная сварочная камера 1, электронно-оптическая система (ЭОС) 2, многопозиционная карусель 4, вакуумная система, построенная по принципу раздельной откачки ЭОС и сварочной камеры. Требования «безмасляного» вакуума вызвали применение магнито- Рнс. 5Л8. Схема установки электронно-лучевой сварки 114 разрядных насосов ЫМ1 и ХМ2,а форвакуумный насос )т)1подключен к откачной системе вместе с ловушками В1 и В2. Объем ЭОС разделен вакуумным затвором Уб, который позволяет получать н непрерывно поддерживать в верхней части ЭОС более высокий вакуум, что способствует более долговечной работе катодного узла.
Управление процессом откачки осуществляется с помощью клапанов У1... 75, натекателя УР, вакуумметров Р1... РЗ. Принцип работы установки вакуумной сварки заключается в поочередной сварке корпусов ИС, установленных на оправке 3 и получающих вращение вокруг своей оси с помощью привода М1. После обработки одного прибора карусель 4 с помощью привода М2 и ходового винта 5 перемещается в продольном направлении на шаг и производится сварка следующего корпуса. После обработки всех размещенных на оправке 3 корпусов привод М1 выводится из зацепления с оправкон и вся карусель 4 с помощью привода МЗ поворачивается на определенный угол, «подставляя» следующую оправку с приборами под ЭОС. Привод М1 вводится в зацепление с этой оправкой, и начинается обработка.
Прн продольном перемещении карусели 4 привод МЗ выводится из зацепления с ней. После обработки всей партии приборов затворы У5 и Уб закрываются, сварочная асамера разгерметизируется, дверца 6 откатывается и производится смена изделий, В верхней части ЭОС высокий вакуум поддерживается постоянно. При прецизионной сварке необходимо с точностью не хуже 10...100 мкм выставлять положение свариваемого стыка с положением электронного луча.
Обычные способы установки пучка, основанные на визуальном наблюдении, дают удовлетворительные результаты только при сварке больших партий одинаковых изделий. В других случаях необходимо использовать специальные способы 1как правило, автоматические) для поиска стыка при наведении и непосредственно в ходе самой сварки. Автоматическое наведение и отслеживание свариваемого шва может быть осуществлено путем развертки рабочего пучка в телевизионный растр по поверхности и использования для «прицеливания» изображения окрестностей шва в отраженных электронах. Чтобы в полной мере использовать преимущества электронно-лучевой сварки, следует стремиться к уменьшению затрат времени на вспомогательные операции, такие как загрузка и выгрузка деталей, их перемещение, откачка рабочего объема и т. п. Прн сварке корпусов ИС можно, например, вводить их через шлюзовые камеры или с помощью магазинных загрузочных устройств без разгерметизации рабочей камеры„ Одной из перспективных областей применения электронных пучков является электронная литография.
Этот тип оборудования 115 подробно рассмотрен в разделе, посвященном оборудованию для микролитографии. Лазерное оборудование в производстве ИС. Использование лазеров в электронной технологии и других областях техники обусловлено возможностью обработки практически любых материалов с высокой точностью и большой плотностью мощности, ло.кальностью воздействия, способностью выделять большую энергию в очень короткий промежуток времени.
Современные лазеры могут излучать энергию в широком диапазоне длин волн — от сантиметровых до долей микрометра, расходимость луча лазера не превышает 10', лазеры могут работать в непрерывном и импульсном режимах. Коэффициент полезного действия составляет от десятых долей до нескольких единиц процентов у твердотельных и до 50...60 о7з у полупроводниковых нижекционных лазеров. Однако даже при низком КПД лазер с энергией, например, всего в 1 Дж, способный выделить ее за 1 нс (10-' с), развивает мощность один гигаватт! Импульсный режим работы лазера представляет особый интерес для электронной технологии. Он может осуществляться со свободной генерацией и с модулированием добротности, т.
е. накапливанием энергии в активной среде с последующим излучением запасенной энергии в виде короткого импульса длительностью (1...3) 10-' с и мощностью (5...10) 10' Вт, в некоторых случаях возможны значения 10 " с и 10' Вт. В производстве ИС применяется оборудование с твердотельными лазерами на рубине, неодимовом стекле и иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ), жидкостными лазерами на органических красителях, газовыми лазерами, работающими на смесях СОз-НзМе и Не-йе, молекулярном азоте, аргоне, ксеноне, криптоне, парах ртути, парах кадмия.
С помощью лазера проводится сварка, плавление и пайка миниатюрных деталей при монтаже и герметизации ИС, соединении тончайших проводников, получении металлических контактов. С помощью сфокусированного лазерного луча можно подгонять номиналы тонко- и толстопленочных резисторов в ГИС. Лазерная подгонка заключается в вырезании дорожки в резистивной пленке путем полного испарения материала термическим воздействием лазерного пучка.
Ширина прорези может составлять 5...50 мкм для тонкопленочных резисторов и 20... 100 мкм для толстопленочных. Не*обходимая плотность мощности сфокусированного лазерного излучения составляет 10'... 10' Вт/см'. Время вырезания дорожки в пленке менее 10 мс при скорости перемещения лазерного пучка или подложки 10 см/с, производительность процесса — несколько тысяч резисторов в час. Для получения полупроводниковых структур используется лазерное легированне материалов (рис. 5.19).
Луч импульсного лая!6 Рис. 6.19. Лазерное легироваиие материалов зера 1 с помощью линзы 2 через входное окно 3 фокусируется на поверхности мишени 4, создавая в точке плотность мощности 10'...10" Вт)см'. При этом из мишени выбрасывается плазменный факел 5, состоящий из большого количества (до 10") ионов материала мишени. Начальную скорость потока ионов (до 5Х Х104 м1с) с помощью ускоряющего электрода 6 доводят до (1... ... 2) ° 10' м/с. Порции ионов легирующего материала массой около 1О-" кг с периодичностью в несколько долей секунды ударяются о поверхность полупроводниковой подложки 8 и проникают на глубину в несколько микрометров. Процесс легирования производится в вакуумной камере 7 при давлении 10 — ' Па. Исключительно высокая эффективная температура при лазерной обработке и возможность концентрировать энергию в малом объеме и в короткие интервалы времени позволили использовать возможности нагрева, оплавления и испарения вещества для изменения его свойств и получения новых материалов.
Так, в микроэлектронике широко применяется лазерный отжиг сфокусированным со сканированием и несфокусированным лучом для улучшения структуры поверхностного слоя полупроводниковой подложки, нарушенного в результате механической обработки и.ти ионной бомбардировки. Подбирая режим лазерного отжига, можно осуществить рекристаллизацию полупроводниковой пленки, превратив ее в монокристаллическую, можно изменить в нужную сторону электрофизические характеристики полупроводника, например изменить тип проводимости. Пример использования лазерного излучения для отжига имплантированных слоев полупроводников показан на рис.
5.20. Луч лазера 1 поворачивается на 90' призмой 2, попадает на рассеивающую пластину 3, собирается зеркальной шахтой 4, внешняя поверхность которой покрыта слоем серебра, и попадает на об- 117 о Ю П 12 Я 14 М Рис. 5.20. Лазерный отжиг материалов разец 5, Форма импульса регулируется с помощью фотодиода 9 и осциллографа 8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
