RU224497U1 - Многофункциональный подложкодержатель для пластин, используемый при изготовлении монолитных интегральных схем - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области микроэлектроники. Устройство может быть использовано для проведения большинства технологических операций (например, фотолитография, реактивно-ионное травление, плазмохимическое травление, осаждение пленок методами PECVD). Использование данного устройства позволяет выпускать кремниевые чипы без перестройки технологического оборудования. Таким образом, обеспечивается возможность работы с пластинами, имеющими разный диаметр. Также обеспечивается возможность работы с отдельными кристаллами (фрагментами пластин). В результате использования предлагаемого устройства увеличивается надежность при сохранении механической целостности пластин или их фрагментов в процессах их обработки, расширяется перечень доступных для проведения технологических операций, обеспечивается возможность безопасной транспортировки образцов, обеспечивается возможность групповой обработки пластин или их фрагментов. Данный результат достигается за счет использования в конструкции многофункционального подложкодержателя следующих элементов: фаска по внешнему диаметру, множество пазов, формы которых соответствуют формам удерживаемых пластин или фрагментов пластин; в областях пазов выполнено множество отверстий.

Description

Полезная модель относится к области микроэлектроники. Устройство может быть использовано для проведения большинства технологических операций обработки полупроводниковых пластин или их фрагментов (например, фотолитография, реактивно-ионное травление, плазмохимическое травление, газофазное осаждение пленок). Использование данного устройства позволяет выпускать кремниевые чипы без перестройки технологического оборудования. Таким образом, обеспечивается возможность работы с пластинами любого диаметра. Также обеспечивается возможность работы с отдельными кристаллами (фрагментами пластин).

Известно техническое решение, которое относится к устройствам для вакуумной металлизации различных деталей [1]. Подложкодержатель состоит из корпуса, выполненного в форме эллипса из пружинного материала, снабженного проточками, причем проточки выполнены таким образом, что установленная в них полупроводниковая пластина контактирует с корпусом только своими краями. Для установки полупроводниковой пластины в держатель сжимают овал вдоль его большого диаметра и вводят в образовавшееся пространство между проточками полупроводниковую пластину. После снятия приложенного усилия корпус, выполненный из пружинного материала, расправляется и фиксирует в своих проточках полупроводниковую пластину.

К недостаткам этого технического решения можно отнести ограничение доступа к поверхности пластины во время проведения технологических операций из-за неизбежного закрывания части поверхности пластины эллипсовидным корпусом, что может привести, к примеру, к неполному покрытию поверхности при вакуумной металлизации или при нанесении фоторезиста на центрифуге. Конструкция не предусматривает возможность проведения групповых операций обработки пластин. Применение ограничено узким кругом задач - нанесением покрытий в вакууме. Также, существует значительная вероятность повреждения тонких пластин при использовании данного подложкодержателя вследствие механического воздействия пружинного материала корпуса на края пластины.

Аналогом заявленного устройства является держатель подложек, представляющий собой сплошное основание с посадочными площадками для подложек, соответствующими их габаритам и ограничительными бортиками, сформированными по их краям [2]. В области укладки подложек на посадочной поверхности выполнены углубления с, по меньшей мере, одним отверстием в дне для фиксации подложек. Полезная модель относится к дополнительной оснастке установки для получения тонких пленок и служит задаче обеспечения загрузки негабаритных подложек в PECVD и другие типы реакторов, воздействие которых может выдержать держатель подложек.

Данная полезная модель имеет ограничение по типам технологических операций. В конструкции присутствуют углубления в области посадочного места (выемки) под пластину, что повышает вероятность деформации тонких пластин во время вакуумной фиксации, поэтому присутствует ограничение по толщине применяемых пластин. Также к недостаткам полезной модели можно отнести ограниченную высоту бортов для удержания пластины в посадочном месте пластины, что увеличивает риск «вылета» пластины или сборки из пластин с посадочного места.

Известен подложкодержатель для вакуумного напыления с секторальным формированием токопроводящего слоя по периферии полупроводниковой пластины при изготовлении СВЧ монолитных интегральных схем [3].

Ограничение аналога состоит в обеспечении возможности работы с пластинами только одного заданного диаметра. Нет возможности надежной обработки фрагментов пластин из-за недостаточного уровня вакуума. Это может быть причиной критической деформации пластины при динамическом процессе.

К недостаткам аналога можно отнести низкую надежность устройства, так как при операциях, связанных с вращением подложкодержателя, присутствует высокая вероятность «вылета» пластины с подложкодержателя.

Нельзя не отметить, что использование подложкодержателя ограничивается только двумя операциями. Из-за открытых областей большой площади отсутствует возможность транспортировки фрагментов пластин. Кроме того, каждый процесс является достаточно затратным, так как отсутствует возможность групповой обработки пластин.

Наиболее близким по технической сущности является подложкодержатель, форма которого аналогична форме стандартной полупроводниковой пластины, имеющий фаску по внешнему диаметру и включающий в себя паз, форма которого аналогична форме стандартной полупроводниковой пластины [4].

Ограничение прототипа состоит в том, что обработка как множества пластин, так и множества фрагментов пластин ограничена наличием только одного паза, имеющего форму стандартной пластины.

К недостаткам прототипа относится ограниченная надежность устройства, особенно в операциях обработки пластин или их фрагментов, в которых требуется вакуумное присасывание для их фиксации; не предусмотрено применение клеевой фиксации пластины или ее фрагментов с возможностью их последующего отделения от подложкодержателя.

Задачей настоящей полезной модели является увеличение надежности выполнения технологических процессов при сохранении механической целостности пластин или их фрагментов в процессах их обработки, расширение перечня допустимых для проведения технологических операций, обеспечение возможности транспортировки и расширение возможностей групповой обработки пластин или их фрагментов.

Поставленная задача решается тем, что формируется многофункциональный подложкодержатель для пластин, используемый при изготовлении монолитных интегральных схем, содержащий фаску по внешнему диаметру, включающий множество пазов, формы которых соответствуют формам удерживаемых пластин или фрагментов пластин, при этом в области пазов выполнено множество отверстий.

В многофункциональном подложкодержателе, в отличие от прототипа, предусмотрено создание множества пазов произвольной формы, в которых могут размещаться как пластины, так и их фрагменты, что расширяет возможности их групповой обработки и транспортировки.

В отличие от прототипа заявленный многофункциональный подложкодержатель имеет отверстия в области пазов. Это позволяет более безопасно проводить технологические операции на установках, в которых при выполнении процесса предусмотрено вакуумное присасывание образца. Например, во время вращения для нанесения фоторезиста на центрифуге со стандартным вакуумным столиком минимизируется вероятность «вылета» пластины или ее фрагментов с подложкодержателя, приводящего к критической деформации пластины или ее фрагментов, то есть увеличивается надежность выполнения операции.

Дополнительно обеспечивается возможность временной фиксации пластин или их фрагментов в предназначенных для этого пазах с применением адгезива, который после проведения всех необходимых операций обработки пластин или их фрагментов может быть растворен жидким травителем, поступающим через отверстия в области пазов.

Использование полезной модели дает возможность компании, работающей, например, на технологическом оборудовании для обработки пластин ∅76 мм, использовать для этих же пластин технологические процессы оборудования, рассчитанного на обработку пластин большего диаметра - 100 мм, 150 мм, 200 мм и т.д., а также обеспечивает возможность обработки фрагментов пластин произвольной формы или множества пластин, в том числе имеющих разный диаметр, с использованием стандартного оборудования. Альтернативные решения, такие как покупка одной установки или замена всей производственной линейки на оборудование для обработки пластин другого диаметра, являются нерентабельными для компаний, представляющих отечественную микроэлектронику. Перестраивание производства на работу с пластинами иного диаметра для той же технологической нормы, как правило, требует обновления всей технологической цепочки оборудования.

На фиг. 1 представлен чертеж разработанного многофункционального подложодержателя для пластин, используемого при изготовлении монолитных интегральных схем, содержащего два паза, которые соответствуют формам полупроводниковых пластин разного диаметра, где:

1 - фаска по внешнему диаметру;

2 - пазы;

3 - сквозные отверстия в области пазов.

На фиг. 2 представлен чертеж разработанного многофункционального подложодержателя для пластин, используемого при изготовлении монолитных интегральных схем, с множеством пазов, которые имеют формы, аналогичные формам фрагментов пластины, где:

1 - фаска по внешнему диаметру;

2 - пазы;

3 - сквозные отверстия в области пазов.

На фиг. 4 показаны полученные на растровом электронном микроскопе изображения сквозных отверстий, которые были сформированы в двух кремниевых пластинах разного диаметра в едином технологическом цикле с применением разработанной полезной модели: а - отверстие в пластине диаметром 100 мм, б - отверстие в пластине диаметром 76 мм.

С помощью разработанного подложкодержателя могут быть обработаны такие образцы, как кремниевая пластина, фрагменты пластины или множество пластин. Многофункциональный подложкодержатель для пластин, используемый при изготовлении монолитных интегральных схем, работает следующим образом. В начале технологического маршрута утоненные образцы при помощи вакуумного пинцета перемещают на многофункциональный подложкодержатель. Автоматизированный робот-загрузчик захватывает подложкодержатель с образцами для обработки и перемещает в рабочую камеру. Таким образом, вначале на полированной стороне утоненных образцов вакуумным напылением формируется тонкий слой алюминия. После этого сверху на алюминий методом центрифугирования наносится слой фоторезиста. Благодаря наличию сквозных отверстий в подложкодержателе образцы надежно фиксируются в пазах во время этого процесса. Затем образцы на многофункциональном подложкодержателе подвергаются экспонированию через фотошаблон, имеющий топологию в виде сплошного не пропускающего сквозь себя свет материала с множеством пропускающих свет круглых областей.

При необходимости образцы легко извлекаются из подложкодержателя при помощи вакуумного пинцета. После этого проводится операция проявления фоторезиста: области, которые были засвечены, удаляются жидкостным химическим травлением. В результате в слое фоторезиста формируется рисунок из круглых отверстий, оголяющих под собой поверхность алюминия.

После активации открытых участков поверхности алюминия обработкой в кислородной плазме проводится операция жидкостного химического травления алюминия по маске из фоторезиста. В результате в слое алюминия формируется схожий рисунок из круглых отверстий, оголяющих под собой поверхность кремния.

Фоторезистивная маска удаляется жидкостной обработкой в диметилформамиде. Затем образцы проходят Bosch - процесс в установке глубокого плазмохимического травления кремния. В конце удаляется слой алюминия при помощи жидкостного химического травления. Образцы легко извлекаются из подложкодержателя при помощи вакуумного пинцета. В результате в исходной кремниевой пластине, фрагментах пластины или множестве пластин формируются сквозные отверстия, которые могут в дальнейшем служить для создания TSV (Through-silicon via) - сквозных межсоединений через пластину, требуемых для изготовления интерпозера.

Конкретный пример применения. В данном технологическом маршруте описывается формирование отверстий для TSV - структур сразу на двух пластинах с диаметрами 76 и 100 мм. Для этого используется подложкодержатель диаметром 150 мм с двумя пазами для вышеуказанных пластин. В начале технологического маршрута утоненную кремниевую пластину толщиной 135 мкм и диаметром 76 мм при помощи вакуумного пинцета перемещают на подложкодержатель диаметром 150 мм в паз глубиной 135 мкм и диаметром 76 мм, а утоненную кремниевую пластину толщиной 135 мкм и диаметром 100 мм - в паз глубиной 135 мкм и диаметром 100 мм. Далее, на полированной стороне тонкой кремниевой пластины диаметром 100 мм и толщиной 135 мкм вакуумным напылением формируется слой алюминия толщиной 500 нм. Сверху на алюминий методом центрифугирования наносится слой фоторезиста толщиной 2 мкм. Благодаря сквозным отверстиям в подложкодержателе обе пластины дополнительно защищены от потери во время центрифугирования, поскольку как подложкодержатель, так и пластины с разным диаметром присасываются вакуумным столиком центрифуги.

Пластина диаметром 100 мм с двумя сформированными слоями из алюминия и фоторезиста находится в подложкодержателе диаметром 150 мм и вместе с ним подвергается экспонированию через фотошаблон, имеющий топологию в виде сплошного не пропускающего сквозь себя свет материала с массивом пропускающих свет круглых областей диаметром 30 мкм. Экспонирование проводится в оборудовании, предназначенном для работы только с пластинами диаметром 150 мм. Благодаря подходящей форме подложкодержателя, имеющего фаску по внешнему диаметру, установка для экспонирования беспрепятственно принимает его для обработки.

При необходимости пластины с диаметрами 76 и 100 мм легко извлекаются из подложкодержателя. После этого проводится операция проявления фоторезиста: области, которые были засвечены, удаляются жидкостным химическим травлением. В результате в слое фоторезиста формируется рисунок из круглых отверстий диаметром 30 мкм, оголяющих под собой поверхность алюминия.

После активации открытых участков поверхности алюминия обработкой в кислородной плазме проводится операция жидкостного химического травления алюминия по маске из фоторезиста. В результате в слое алюминия формируется схожий рисунок из круглых отверстий диаметром 30 мкм, оголяющих под собой поверхность кремния.

Фоторезистивная маска удаляется жидкостной обработкой в диметилформамиде. Далее, после помещения обрабатываемых пластин с диаметрами 76 и 100 мм в многофункциональный подложкодержатель проводится Bosch - процесс в установке плазмохимического травления кремния, рассчитанной на обработку пластин диаметром 150 мм. Поскольку установка рассчитана только на обработку пластин диаметром 150 мм, при попытке обработки пластин диаметром 76 или 100 мм без подложкодержателя возможны как потеря пластины внутри камеры, так и выход установки из строя. Разработанный подложкодержатель эффективно устраняет возможность этих нежелательных явлений. Благодаря тому, что в подложкодержателе обрабатываемые пластины располагаются одна над другой, отверстия в них формируются за один процесс плазмохимического травления кремния по маске из алюминия, расположенной на верхней пластине. В конце выполняют жидкостное химическое травление алюминия при температуре 150°С в течение 10 мин. В результате, в исходных кремниевых пластинах с диаметрами 100 и 76 мм формируются сквозные отверстия в виде цилиндрических полостей высотой 135 мкм с диаметрами 25±5 мкм и 17,5±5 мкм соответственно.

В результате использования предлагаемого устройства увеличивается надежность при сохранении механической целостности пластины или ее фрагментов в процессах их обработки, расширяется перечень допустимых для проведения технологических операций, обеспечивается возможность транспортировки и расширяются возможности групповой обработки пластин или их фрагментов.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР №809669.

2. Патент РФ №157964.

3. Патент РФ №173825.

4. Патент РФ №217267 - прототип.

Claims (1)

1. Многофункциональный подложкодержатель для пластин, используемый при изготовлении монолитных интегральных схем, содержащий фаску по внешнему диаметру, отличающийся тем, что включает множество пазов, формы которых соответствуют формам удерживаемых пластин или фрагментов пластин, при этом в области пазов выполнено множество отверстий.