Способ ориентации полупроводниковых подложек по базовому срезу и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: подложку центрируют и начинают вращать, фиксируют уровни сигнала датчика углового положения подложки в начале и конце электрического импульса регистратора базового среза, остановив подложку, вычисляют полусумму уровней этих сигналов и поворачивают подложку в обратную сторону до совпадения уровня сигнала датчика углового положения подложки с вычисленной полусуммой. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛ ИС ТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 01 L 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4739331/21 (22) 25.09.89 (46) 15.11,92. Бюл. ¹ 42 (71) Конструкторское бюро точного электронного машиностроения (72) Л,М.Банный и Г.А,Петкевич (56) Патент CLLIA N. 4.042.944, кл. 198-394. от

24.05.77.

Авторское свидетельство СССР

N1438523,,кл. Н 01 L 21/00 от 03.01.86, (54) СПОСОБ ОРИЕНТАЦИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОДЛОЖЕК ПО БАЗОВОИзобретение относится к производству интегральных микросхем и полупроводниковых приборов и может быть использовано в устройствах для проведения литографических операций на поверхности полупроводниковых подложек методами фото-, электронно-, ионна- и рентгенолитографии, а также в оборудовании для зондового контроля параметров интегральных микросхем и скрайбирования для ориентации полупроводниковых подложек в базовое положение, определяемое наибольшим боковымсегментным срезом по круговому периметру подложек.

Полупроводниковые подложки (иэ кремния, германия, арсенида галлия и т.д.), на поверхности которых изготавливают интегральные микросхемы или полупроводниковые приборы имеют на своем круговом периметре ряд сегментных срезов. Один наибольший (базовый) соответствует кристаллографической ориентации полупроводниковой подложки и один или несколькб меньших, которые позволяют характеризовать!

Ы„„1775752 Al

МУ СРЕЗУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛ ЕНИЯ .(57) Сущность изобретения: подложку центрируют и начинают вращать, фиксируют уровни сигнала датчика углового положения подложки в начале и конце электрического импульса регистратора базового среза, остановив подложку, вычисляют полусумму уровней этих сигналов и поворачивают подложку в обратную сторону до совпадения уровня сигнала датчика углового положения подложки с вычисленной полусуммой. 8 ил, (обозначить) ряд электрофизических (тип материала, электропроводность и др.) параметров полупроводниковых подложек.

flo наибольшему сегментному срезу, используемому в качестве базового для задания кристаллографического направления, относительно которого о риентируется топология изготавливаемых полупроводниковых структур на поверхности подложки, подложка должна ориентироваться в широкой гамме технологического оборудования при проведении всей совокупности технологических операций по изготовлению и контролю параметров интегральных микросхем и полупроводниковых приборов.

Известен способ ориентации полупроводниковых подложек в базовое положение, реализованный в устройствах ориентации, в КОТооОМ опознание наибольшего среза осуществляется сравнением момента вращения, передаваемого полупроводниковой подложке приводньlI1 pollиком с моментом торможения. во чика:ощим при контакте плоского участка I.. ëI Ã oë ûíe rî

1775752 среза подложки с плоским базирующим упором или с двумя роликами. Вращение подложки прекращается, когда момент торможения, образующийся при контакте наибольшего среза с плоским базовым упором или с двумя роликами, превысит момент вращения. Недостатком указанного способа опознания наибольшего среза подложки и ее базирования является низкая надежность, обусловленная необходимостью нормировать моменты вращения и торможения подложки, определяемые усилием прижима подложки к приводному ролику и базовому упору, их коэффициентами трения, колебаниями размеров срезов в пределах допуска, наличием эпитаксиальных шипов и пленок фоторезиста по контуру подложки.

Известен также способ ориентации полупроводниковых подложек, вращение подложки, находящейся на воздушной подушке осуществляется приводным роликом или боковыми (тангенциальными) воздушными струями, а поиск и индентификация наибольшего среза подложки осуществляется двумя фотоэлектрическими датчиками (зондами) в виде оптронных пар (излучатель— фотоприемник), расположенных но линии параллельной плоскости базового упора механизма ориентации, световой поток в которых одновременно перекрыт подложкой только лишь при контактировании наи:-большего среза подложки, с плоским базовым упором. По сигналу одновременного перекрытия (срабатывания) двух датчиков привод .вращения подложки выключается и воздушными струями или пружинами она прижимается к базовым упорам механизма базирования, которые определяют базовое положение подложки.

Такому способу ориентации присущи недо. статки, вызывающие ненадежную работу устройств ориентации из-за наличия мелких сколов, искривления подложки из-за термодиффузионных процессов и других дефектов (эпитаксиальные шипы, валики пленки фоторезиста и т.д.) по круговому периметру подложки.

Известен способ, в котором полупроводниковую подложку укладывают на столик соосно и вращают с помощью этого же столика, определяя наибольший срез тремя оптронными парами, имеющими возможность совершать возвратно-поступательное движение и отслеживать край подложки.

Недостатком данного способа является наличие подвижной следящей системы.

Всем устройствам ориентации. использующим в процессе ориентации контакт с

6"..êîâûìè поверхностями подложек (обкатка роликом„ трение по базовым упорам) и (или) имеющих воздушную подушку, присущ один общий недостаток — большое выделение пыли и других микроскопических час5 тиц, которые попадая на поверхность фоторезиста полупроводниковой подложки вызывают уменьшение процента выхода годных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

10 Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является способ ориентации полупроводниковых подложек, согласно которому полупроводниковую подложку центрируют, закрепляют на толике вакуу15 мом и вращают столиком, проводя с помощью преобразователя развертывающее угловое преобразование кругового периметра со срезами в электрические импульсы и, по наибольшему.из них, определяют наи20 больший боковой срез, середину которого затем совмещают с положением, принятым за базовое с помощью датчика угла поворота. Исходное положение столика от которого начинают отсчет определяют с помощью

25 датчика базового положения.

Недостатком данного способа является необходимость вращать полупроводнико-. вую подложку на полный оборот для получения электрической развертки периметра, 30 после чего уже ее вращают до совмещения середины наибольшего среза с базовым положением (хотя бы и по кратчайшему пути), то есть необходимо Совершить дополнительно полный (или почти полный) оборот, 35 что увеличивает время ориентации, Кроме этого способ требует сложного устройства управления и процессора для обработки сигналов регистратора от всех боковых срезов и датчиков угла поворота и базового по40 ложения и для вычисления углового положения середины выбранного наибольшего электрического импульса относительно базовой точки ориентации, Ориентируют полупроводниковые под45 ложки только по наибольшему боковому срезу (базовому). Поэтому получать и обрабатывать информацию о других боковых срезах в подавляющем большинстве технологического оборудования нет никакой не50 обходимости.

Цель изобретения — повышение производительности и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в способе ориентации полупроводниковых

55 подложек по базовому срезу, включающем центрирование, круговое вращение подложки. поиск базового среза и базирование новым является то, что круговое вращение подложки осуществляют до получения электрического импульса от регистратора базо1775752 вого среза, е моменты начала и конца этого импульса регистрируют величины сигнала от аналогового датчика углового положения подложки. вычисляют полусумму этих величин. соответствующую середине базового среза. а базирование осуществляют путем поворота подложки в обратную сторону до совпадения величины сигнала от аналогового датчика с вычисленной величиной.

В устройстве для ориентации полупроводниковых подложек по базовому срезу. содержащем поворотный столик для вращения подложек с приводом, датчики углового и базового положения поворотного столика, механизм центрирования подложек относительно оси вращения столика, регистратор базового среза и блок управления, соединенный с приводом столика, регистратором базового среза и датчиками углового и базового положения поворотного столика, новым является то, что в качестве датчиков углового и базового положения использован круговой поте нциометр, а регистратор базового среза расположен на расстоянии t

R1+Rz от оси вращения столика, где! =

2, Я1=

= ON — расстояние от центра подложки до базового среза (см,фиг.1), Rz = OK = OM— расстояние от центра подложки до вспомогательных боковых срезов.

Размещение оптронной пары регистратора базового среза на указанном выше расстоянии I от центр вращения столика позволяет получить сигнал только от наибольшего бокового среза подложки и не замечать есе остальные боковые срезы и возможные сколы глубиной не больше вспомогательных боковых срезов. В результате чего исчезает необходимость вращать полупроводниковую подложку на полный оборот, осуществлять преобразование профиля подложки е электрический сигнал, анализировать в нем количество импульсов, находить из них наибольший, Использование вместо датчиков угла поворота и базового положения кругового потенциометра с линейным сигналом. зависящим только от угла поворота столика, позволяет находить середину наибольшего бокового среза путем нахождения полусуммы величин сигнала от этого же потенциометра в моменты открытия и перекрытия оптронной пары регистратора базового среза, Уравнивание сигнала потенциометра с вычисленной полусуммой приводит к подводу середины базового среза подложки к базовой точке, т.е. к ориенгзции подложки в базовом положении.

На основании еышеизло>кение 0, мпж но заключить что использование в устройстве в качестве датчиков углового и базоеог положения столика кругового потенциоме 5. ра и расположение регистра1ора базового среза на расстоянии! от оси вращения столика позволяет уменьшить время ориента ции и упростить устройство.

На фиг.1 дано устройство для ориента10 ции полупроводниковых подложек; на фиг.2 показана полупроводниковая подложка; на фиг.З вЂ” принятое первоначальное положение подложки после загрузки на столик и центрирования, начало вращения, регист15 ратор базового среза перекрыт; на фиг,4— момент, когда регистратор открылся; на фиг.5 — момент, когда регистратор перекрылся. останов подложки и начало вращения в обратную сторону: на фиг.6—

20 подложка в базовом положении; на фиг.7— возможное начальное положение при за: грузке подложки, когда регистратор открыт; на фиг.8 — эпюра электрических сигналов от регистратора базового среза и аналогового

25 датчика (кругогого потенциометра).

Последовательность операций для реализации предлагаемого способа ориентации полупроводниковых подложек следующая:, 30 — укладывают подложку на столик; — центрируют ее относительно оси вращения столика; — закрепляют подложку на столике вакуумом:

35 — совершают вращение подложки вокруг ее центра "0" (фиг.2) с помощью столика; — получают электрический импульс от регистратора базового среза 3 (фиг.7}. Открытие и перекрытие его оптронной пары

40 происходит в моменты, показаннь.е соответственно на фиг.3 и 4.

Одновременно регистрируют величины сигнала от потенциометра U1 u Uz (фиг.8) в эти моменты;

45 — останавливают подложку после перекрытия регистратора. — находят полусумму величин сигнала потенциометра

U1+ Uz

50 Ucp = 2 е моменты открытия и перекрытия регистратора базового среза; — вращают полупроводниковую подложку в обратную сторону до совпадения сигнала от потенциометра " вычисленной

55 величиной U<.>.

Ус1ройс1во для реализациt1 э ого ",i1ocoба содержит поворотный с I о:: >. 1 с вакуумными каналами, цеH Tp41j)ia î.I, llll конус 2, регис ратор базового срс-.,з 3::., ", .ji:,.àùèé

1775752 оптронную пару 4 и 5, патенциометр 6 (датчики углового положения подложки), Привод вращения столика, привод для центрирования. блок управления и пневмоклапан не показаны.

Центрирующий конус 2 установлен соасно с осью вращения столика 1, Регистратор базового среза 3 закреплен на конусе 2 так, что оптическая ось, проходящая через светодиод 4-и фотоприемник 5 оптронной пары расположена на расстоянии 1 =

H) +Rz оТ Оси вращения столика.

Потенциометр 6 закреплен в корпусе 7, который, в свою счередь, закреплен на полэуне 8, имеющим возможность опускаться для центрирования подложки. В ползуне 8 на подшипниках установлен также вал столика 1. В корпусе 7 на подшипниках закреплена ось барабана 10, соединенная с валом потенциометра 6. Барабан 10 и столик 1 связаны друг с другом натянутым гибким шнуром 11.

Работает устройство следующим образом.

Полупроводниковую подложку в произвольном по углу и координатам положении укладывают на столик 1. Столик 1 опускается и подложка центрируется в конусе 2, соосном с осью вращения столика. Затем подложку закрепляют на столике вакуумном и начинают вращагь, например, по часовой стрелке. В момент прохождения наибольшего бокового среза подложки через ось оптранной пары 4, 5 регистратора 3, ана открывается, а затем снова перекрывается.

В это время от регистратора поступает электрический импульс "оптронная пара открыта". Ему соответствует участок LE (см.фиг.8).

В момент открытия оптронной пэры-величина сигнала от потенциометра — U1, а в момент перекрытия — 02 (см.фиг.8), После перекрытия оптронной пары столик с подложкой останавливают и вращают в обратную сторону до появления сигнала от

Un+Uz потенциаметра, равного Urp =2 . При достижении этого, столик останавливают.

Ориентация закончена. Подложка сбазирована.

В случае, когда базовый срез после загрузки сразу откроет оптранную пару (см,фиг.6). то необходимо начать вращение в сторону, противоположную первоначальн . выбранного направления до перекрытия аптронной пары. Затем остановить столик и начать вращение в первоначально выбраЪНогп направлении и далее по циклу описанному вью!е.

В предлагаемом способе имеется вазможность выбрать базовой точкой ориентации любую точку, например. отстоящую от оптронной пары на угол 90 по ходу вращения, Тогда нет необходимости останавливать подложку после перекрытия оптронной пары и вращать ее в обратную сторону на угол /3/2, а достаточно довернуть ее еще на угол (90 -j3/2) (см. фиг, 4), Это можно осуществить путем добавления к вычисленной величине сигнала О р какой-нибудь постоянной величины 0з, соответствующей, например, повороту подложки на угол (90"—

-ф/2), и вращения подложки по ходу после перекрытия оптронной пары до тех пор, пока величина сигнала от потенциометра не станет равной U = U

Следует отметить, что используемые по- лупроводниковые подложки имеют допуск на свой диаметр и на длины базового и остальных боковых срезов. С учетом этих допусков вычисляется гарантированная эона

S в середине которой размещается оптронная пара (см.фиг,1), Исходя иэ величины этой зоны. определяется диаметр перекрываемого луча оптронной пары и погрешность установки оптронной пары (допуск на размер I). Расчеты показывают, что у подложек $60 мм S =- 0,6 мм; 76 мм S = 0,68 мм; в100мм S =1,26 мм; @125 мм S = 1.42 мм;о150 мм S = 2,23 мм.

Так как, высокоточные круговые потенциометры, известные авторам, типа ПТП-21 и СП5-21А, могут работать только частью окружности, т.е. от 0 до 330О, а для ориентации подложки по данному способу необходимо иметь воэможность вращать столик на угол и (360 +ф ), то необходимо соединить столик с потенциометром беэзаэорной механической передачей, например, гибким шнуром с соответствующим передаточным отношением и после съема каждой сориентированной подложки возвращать потенциометр в исходное положение.

Исходное положение выбирается так, чтобы обратного хода столика хватило, как минимум. на угол наибольшего бокового среза Р (см.фиг.4) и прямого — как минимум на 360О.

При выносе точки базирования вперед по направлению вращения угол необходимого прямого хода столика соответственно увеличивается.

Устройство, реализующее предлагаемый способ ориентации подложек, позволяет уменьшить время ориентации, так как исчезает необходимость совершать допол1775752

1О нительный оборот, а также упрощает процесс обработки полученной информации и следовательно упрощает устройство и повышает надежность его работы.

Перечислен,:ые выше достоинства предлагаемого способа и устройства ориентации полупроводниковых подложек позволяют применять их в широкой гамме технологического оборудования и получить при этом экономический эффект.

Формула изобретения

1. Способ ориентации полупроводниковых подложек по базовому срезу, включающий центрирование и круговое вращение подложки, поиск базового среза посредством регистратора базового среза, нахождение середины базового среза и базирование подложки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности в работе, при круговом вращении подложки посредством датчика углового положения подложки вырабатывают электрический сигнал. уровень которого прямо пропорционален углу поворота подложки, круговые вращения подложки осуществляют и после начала электрического импульса регистратора базового среза до окончания этого импульса, фиксируют уровни сигналя датчика углового положения в начале и кон- . це электрического импульса регистратора базового среза и вычисляют полусумму

5 уровней этих сигналов, а базирование подложки осуществляют поворотом подложки в обратную сторону до совпадения уровня сигнала датчика углового положения подложки с вычисленной полусуммой.

2. Устройство для ориентации полупроводниковых подложек по базовому срезу, содержащее поворотный столик для вращения подложек с приводом, датчики углового

15 и базового положения поворотного столика, механизм центрирования подложек относи тельно оси вращения столика, регистратор базового среза и блок управления, электрически соединенный с приводом столика, ре20 гистратором базового среза и датчиками углового и базового положения поворотного столика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и упрощения устройства. датчики углового и

25 базового положения столика выполнены в виде прибора, вы рабаты вающего электрический сигнал, прямо пропорциональный углу поворота столика.

17,75752

Ж Чср % фью.g

Составитель Л.Банный

Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4036 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобоетениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5