RU222969U1

RU222969U1 - Подложкодержатель для плазмохимических и электростатических процессов

Info

Publication number: RU222969U1
Application number: RU2023113373U
Authority: RU
Inventors: Виктор Игоревич Иванов
Original assignee: Виктор Игоревич Иванов
Filing date: 2023-05-23
Publication date: 2024-01-25

Abstract

Полезная модель относится к конструкции подложкодержателя для установок плазмохимической обработки пластин и электростатического соединения пластин, в данном случае к установке вакуумного анодного бондинга. Полезная модель представляется собой подложкодержатель для плазмохимических и электростатических процессов. Может применяться в любой вакуумной установке, где необходим высокотемпературный нагрев образцов. Созданный подложкодержатель оснащен нагревательным элементом, температура которого может достигать 1023 К. В качестве нагревательного элемента используется ИК керамический нагревательный элемент, мощность которого составляет 1000 Вт. Нагреватель монтируется внутрь подложкодержателя, как и медная масса, которая служит для равномерного распределения температуры по поверхности стола и плавного нагрева образцов. Данные элементы находится там при атмосферном давлении. В качестве изоляционных материалов используются одеяло AVANTEX Blanket 1260 и кварцевое стекло. Основание подложкодержателя оснащено электро- и теплоизолирующим вакуумным уплотнением, которое способно выдерживать потенциал до 2000 В и обеспечивать герметичное соединение с установкой вплоть до 1⋅10-5Па. Данный подложкодержатель позволяет повысить качество склейки пластин стекла и кремния при процессе анодного вакуумного бондинга.

Description

Область техники

Полезная модель относится к конструкции подложкодержателя для установок плазмохимической обработки пластин и электростатического соединения пластин, в данном случае к установке вакуумного анодного бондинга. Процесс плазмохимической обработки позволяют создавать различные микро и нано структуры на поверхностях подложек, а электростатическое соединение необходимо для соединения, защиты и герметизации полученных структур. Эти технологии широко используются в микроэлектронике.

Уровень техники

Данное устройство плазмохимического травления [RU 2529633 С1 Устройство для плазмохимического травления], которая состоит из вакуумного реактора, генератора переменного напряжения высокой частоты, соединенного высокочастотным кабелем и взаимодействующего через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, расположенной внутри вакуумной камеры, а также из подложкодержателя, оснащенного зубчатой передачей для вращения, с обрабатываемым изделием. Вращение стола обеспечивает равномерность травления подложки при проведении процесса обработки. Патент направлен на изобретение устройства плазмохимического травления, которое позволяет контролировать равномерность травления, уменьшение габаритов самого устройства. Нагрев подложкодержателя не предусмотрен, что является главным недостатком.

В известном патенте [CN 100440422 С Substrate support having dynamic temperature control], описывается устройство способное нагревать или охлаждать подложку при помощи жидкости. Данная разработка имеет ряд несовершенств. Главные недостатки изобретения заключаются в сложности реализации и неэффективности нагрева на большие температуры.

В патенте [KR 100707996 В1 Wafer chucking for plasma process apparatus] предложен подложкодержатель, который состоит из верхней - на которой расположена пластина, которая подвержена обработке, изготовляемая из тефлона, и нижней частей, на поверхности которой можно расположить несколько подложек. Данная разработка минимизирует тепловой поток в области пластины при плазмохимическом процессе, но все также не позволяет производить процесс при высокой температуре.

Прототипом предложенного изобретения является патент [RU 201717 U1 Подложкодержатель для плазмохимического травления в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме]. В данном патенте представлена конструкция подложкодержателя с нагревательным элементом, в качестве которого используется нихромовая проволока, внутри стола в атмосферном давлении. Основание выполнено из нержавеющей стали, нихромовая проволока уложена в керамическую форму. К недостаткам данного изобретения можно отнести малый диаметр подложкодержателя. Подложкодержатель полностью выполнен из нержавеющнй стали, поверхность стола изготовлена из достаточно тонкого листа металла, что приводит к посредственной равномерности распределения температуры на рабочей поверхности. Также стоит отметить отсутствие электрической изоляции подложкодержателя от реактора установки. Для процессов плазмохимической обработки и электростатических соединений критически важно соблюдать равномерность температуры по поверхности подложкодержателя для обеспечения высокого качества и повторяемости процессов. Малый диаметр стола ограничивает диаметр рабочих образцов до 100 мм, что сказывается на экономической области производства. В данном случает, а именно при процессе вакуумного анодного бондинга, обеспечение хорошей изоляции подложкодержателя от установки является необходимым условием для успешного проведения процесса склейки.

Техническая проблема, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, заключается в повышении качества результатов процессов плазмохимической обработки и электростатического соединения пластин, обеспечение проведения данных процессов с высокой точностью и повторяемостью, обеспечение универсальной конструкции для различных процессов.

Раскрытие сущности полезной модели

Решение указанной технической проблемы достигается улучшении равномерности распределения температуры по поверхности подложкодержателя вместе с увеличением рабочего диаметра стола, что приводит к повышению качества, лучшей повторяемости проводимого процесса. Обеспечение электрической изоляции данного устройства от корпуса установки приводит к достижению универсальности разработки. Технический результат достигается созданием подложкодержателя с корпусом, выполненным из нержавеющей стали, внутрь которого расположены медная масса и нагревательный элемент с интегрированной термопарой. Температура нагрева может достигать 1023 К. В качестве медной массы используется диск диаметром 200мм и толщиной 20мм, изготовленный из меди М1. Нагрев обеспечивается при помощи ИК керамического нагревателя ИКН-204-1,0/230-1. Медная масса устанавливается вплотную с внутренней поверхностью стола подложкодержателя, нагреватель крепится в 10мм от поверхности медной массы. Объём внутри подложкодержателя находится при атмосферном давлении. В качестве изолирующего материала используется одеяло AVANTEX Blanket 1260, которая располагается под нагревательным элементом и по его периметру.

Схематичное представление модели подложкодержателя с медной массой и нагревательным элементом представлено на фиг. 1. Под цифрами 1 и 2 обозначены медная масса и нагревательный элемент соответственно, находящиеся в непосредственной близости от нижней поверхности верхней крышки подложкодержателя. Цифрой 3 обозначено изоляционное керамическое одеяло, толщиной 25 мм, уложенное в несколько слоев.

Внешний вид подложкодержателя представлен на фиг.2. Общая высота с вакуумным электроизолирующим уплотнением составляет 246 мм. Диаметр нагреваемой поверхности стола составляет 220мм, длина составной опоры составляет 181 мм. Подложкодержатель выполнен из нержавеющей стали 12Х18Н10 и имеет сварную конструкцию, что обеспечивает отличную герметичность соединения, за счет отсутствия каких-либо других соединений через уплотнительные прокладки. Медная масса поджимается к нижней поверхности верхней крышки подложкодержатель за счет теплоизоляции. Медь обладает лучшей теплопроводностью, по сравнению с нержавеющей сталь, что обеспечивает высокую скорость распределения тепла по медной массе, а из-за ее значительной массы тепло распределяется по всему подложкодержателью равномерно и постепенно, избегая локальных перегревов на поверхности стола. Хромель-алюмелевая термопара интегрирована в нагревательный элемент.

Способ крепления подложкодержателя к установке показан на фиг.3. Монтаж происходит через систему втулок (4), вакуумных колец VITON (5) и проставки (6), изготовленной из фторопласта Ф-4. Система крепится на болтовое соединение. Вся эта система обеспечивает герметичность внутри камеры, а также электрическую изоляцию подложкодержателя от реактора установки. Подвод питания на нагревательный элемент и термопары производится через специальное отверстие во фланце реактора и полую ножку подложкодержателя, внутрь которой устанавливается вплотную кварцевая труба, которая используется в качестве теплоизолятора.

Пример 1.

Кремниевая пластина диаметром 150 мм и толщиной 500 мкм и боросиликатное стекло марки Schottborofloat 33 диаметром 150 мм и толщиной 0,8 мм. Температура склейки 370°С, приложенный потенциал на электроды 750 В, прижим пластин 1,75 кг, давление в рабочей камере 10^-5 Па, подача инертного газа (азота) 1 л/мин.

Обеспыленные образцы были загружены в реактор на подложкодержатель, стекло поверх кремния, затем помещен плоский стальной электрод. После производилась откачка системы спиральным форвакуумным насосом на протяжении 5 минут до достижения в системе давления 0,8 Па. Далее был произведён запуск ТМН. Откачка системы заняла 30 минут, давление в системе составило 9⋅10^-6 Па.

После достижения рабочего давления производился нагрев подложкодержателя. Нагрев продолжался 240 минут. Температура на термопаре нагревателя составляла 783 К. Исходя из информации, полученной при математическом моделировании, температура на поверхности электрода составляла примерно 643 К.

Подача потенциала производилась в три этапа (33%, 66%, 100% напряжения) с выдержкой на каждом из этапов 5 минут. Через 15 минут после начала проведения процесса склейку можно считать завершенной. Нагрев подложкодержателя был прекращен, отключен ТМН, произведен напуск азота, для охлаждения пластин. При достижении давления в рабочей камере 1Па, включен форвакуумный насос. Спустя 12 часов температура на нагревателе составляла 50°С. Выгрузку образцов проводят после напуска в реактор атмосферного воздуха.

Качество процесса исследовалось на оптическом электронном микроскопе. Склейка проведена превосходно, воздушных областей не обнаружено, трещины на поверхности кремния не выявлены. Опираясь на вышесказанное, можно сказать, что равномерное распределение температуры на поверхности стола позволяет получать склейку на таких больших диаметрах, перепад температуры не больше, чем 0,5 К. Список документов, цитируемых в отчете о поиске: RU 2529633 C1; CN 100440422 С; KR 100707996 B1, RU 201717 U1.

Claims

Подложкодержатель для плазмохимических и электростатических процессов, состоящий из сварного корпуса, внутри которого находится нагревательный элемент, и основания, которое является соединительным элементом с установкой, отличающийся тем, что диаметр стола увеличен до 200 мм и снабжен ИК керамическим нагревательным элементом, который имеет максимальную рабочую температуру 1023 К, имеется медная масса, которая служит для равномерного распределения температуры по поверхности стола, основание оснащено вакуумным уплотнением, которое обеспечивает герметичность конструкции вплоть до высокого вакуума и электрическую изоляцию от корпуса установки.