Установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом
INSTALLATION OF CONTACT PHOTOLITHOGRAPHY FOR SEMICONDUCTOR WAFERS WITH A BASE CUT

Изобретение относится к устройствам контактной фотолитографии и может быть применено при изготовлении фотопреобразователей.
Известно устройство фотолитографии (см. патент РФ на полезную модель №163768, опубл. 08.10.2016 г), принятое за аналог, характеризующееся тем, что содержит рабочий столик, выполненный с возможностью фиксации подложки и управляемого перемещения в вертикальной плоскости, шаблонодержатель, установленный над рабочим столиком, микроскоп и светодиодное ультрафиолетовое осветительное устройство, при этом рабочий столик установлен с возможностью изменения угла рабочей поверхности по отношению к шаблонодержателю и фиксации положения. Кроме того, в устройстве фотолитографии рабочий столик может быть установлен с возможностью управляемого перемещения в вертикальной плоскости, а также в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным координатным осям и по угловой координатной оси. При этом в устройстве фотолитографии микроскоп может быть выполнен с возможностью подключения видеокамеры или с возможностью управляемого перемещения по трем взаимно перпендикулярным координатным осям, а шаблонодержатель может быть установлен над рабочим столиком с возможностью управляемого перемещения в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным координатным осям и по угловой координатной оси. Помимо этого, в устройстве фотолитографии осветительное устройство может быть снабжено устройством охлаждения, а также может быть дополнительно снабжено пневмоэлектрической системой управления, при этом устройство фотолитографии может также быть снабжено блоком управления осветителя, выполненным с возможностью выбора режима его работы и контроля состояния.
Недостаток аналога, применительно к производству изготовления трехкаскадных GaInP/GaInAs/Ge фотопреобразователей на германиевой подложке, заключается в том, что для формирования «взрывной» маски с использованием высококонтрастного негативного фоторезиста (AZnlof 2070, ФН14) необходимо равномерное вакуумное прижатие фотошаблона к слою фоторезиста на пластине, что не обеспечивается механическим прижимом, в результате искажается фотолитографический рисунок.
Кроме того, устройство не предназначено для работы с полупроводниковыми пластинами, имеющими сколы.
Признаки, общие с предлагаемой установкой контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом, следующие: применение рабочего столика, выполненного с возможностью фиксации подложки, наличие шаблонодержателя, микроскопа и осветительного устройства.
Известна установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом (см. патент РФ №2691159, опубл. 11.06.2019 г), принятая за прототип, включающая столик для совмещения, держатель полупроводниковых пластин, фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин, источник освещения и микроскопы с двойным монитором, причем столик для совмещения и держатель выполнены в виде фотошаблона для тыльной стороны полупроводниковых пластин, который снабжен вакуумными отверстиями, уплотнительной рамкой, установочными элементами в виде дисков и расположен на каретке в виде опорной плиты со встроенными вакуумными камерами, при этом фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин выполнен с углублениями для вышеупомянутых дисков, кроме того, источник освещения выполнен в виде металлического короба, в крышке и дне которого расположены две лампы с эллиптическими отражателями, между которыми находятся элементы ограничения светового потока в виде полых цилиндров со светопоглощающей внутренней поверхностью, причем верхним и нижним элементами ограничения светового потока в передней стенке короба имеется отверстие для размещения вышеупомянутой каретки, а микроскопы выполнены пространственно зафиксированными на арочной панели, закрепленной на столешниц
Недостаток прототипа заключается в низкой производительности установки, обусловленной тем, что для возвратного горизонтального перемещения фотошаблона используются толкатели в виде раскладывающихся прижимных планок, не обеспечивающие равномерную силу прижатия опорных элементов к микровинтам и создающие повышенную силу трения при скольжении по опорным элементам, в результате нарушается плавность перемещения фотошаблона, возникают дополнительные затраты времени при совмещении рисунков фотошаблона и полупроводниковой пластины.
Признаки прототипа, общие с предлагаемой установкой контактной фотолитографии на полупроводниковых пластинах с базовым срезом, следующие: источник освещения, расположенный в коробе с загрузочным окном, двойные микроскопы с мониторами, пространственно объединеные и закрепленные на столешнице, каретка с размещенными на ней вакуумным столиком совмещения, фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин, толкатели, при этом вакуумный столик совмещения выполнен в виде фотошаблона для тыльной стороны полупроводниковых пластин, который снабжен вакуумными отверстиями, уплотнительной рамкой, установочными элементами в виде дисков, кроме того, фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин выполненен с углублениями для вышеупомянутых дисков.
Технический результат, достигаемый предлагаемой установкой контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом заключается в повышении производительности установки за счет сокращения времени на совмещение рисунков фотошаблона и пластины, повышения точности совмещения посредством безлюфтового плавного позиционирования фотошаблона.
Отличительные признаки предлагаемой установки контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом, обуславливающие ее соответствие критерию «новизна», следующие: дополнительно толкатели снабжены поворотными рычагами, которые содержат прижимные ролики и пластины постоянных магнитов, дающих магнитную сцепку с микровинтами, кроме того, введен демпфер, расположенный на каретке, также на фотошаблоне для лицевой стороны полупроводниковой пластины закреплены опорные планки, выполненные с возможностью качения по прижимным роликам поворотных рычагов толкателей, причем расстояние от оси вращения поворотного рычага толкателей до прижимного ролика выбирается вдвое меньшим расстояния от оси вращения поворотного рычага толкателей до его точки магнитной сцепки с микровинтами.
Для доказательства соответствия предлагаемой установки контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом критерию «изобретательский уровень» была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки.
Установлено, что применение отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками вышеуказанный технический результат, в литературных источниках не обнаружено. Таким образом, по мнению авторов, предлагаемая установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом соответствует критерию «изобретательский уровень».
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемо установке контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом включающую, источник освещения, расположенный в коробе с загрузочным окном, двойные микроскопы с мониторами, пространственно объединеные и закрепленные на столешнице, каретку с размещенными на ней вакуумным столиком совмещения, фотошаблоном для лицевой стороны полупроводниковых пластин, толкателями, при этом вакуумный столик совмещения выполнен в виде фотошаблона для тыльной стороны полупроводниковых пластин, который снабжен вакуумными отверстиями, уплотнительной рамкой, установочными элементами в виде дисков, кроме того, фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин выполненен с углублениями для вышеупомянутых дисков, дополнительно толкатели снабжены поворотными рычагами, которые содержат прижимные ролики и пластины постоянных магнитов, дающих магнитную сцепку с микровинтами, кроме того, введен демпфер, расположенный на каретке, также на фотошаблоне для лицевой стороны полупроводниковой пластины закреплены опорные планки, выполненные с возможностью качения по прижимным роликам поворотных рычагов толкателей, причем расстояние от оси вращения поворотного рычага толкателей до прижимного ролика выбирается вдвое меньшим расстояния от оси вращения поворотного рычага толкателей до его точки магнитной сцепки с микровинтами.
Предлагаемая установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом иллюстрирована на фиг.1÷4.
На фиг. 1 представлен общий вид установки контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом, состоящей из источника освещения 1 (осветителя) в металлическом коробе 2, который снабжен окном 3 для размещения каретки 4 с вакуумным столиком совмещения 5 и оптической системы из сдвоенных микроскопов 6 с мониторами 7.
На фиг. 2 представлен вид полупроводниковой пластины 9 с базовым срезом 10, имеющей скол, которая базируется в установочные элементы в виде дисков 11 и выполнена прижатой к вакуумному столику совмещения 5 посредством вакуумных отверстий 12, причем вакуумный столик совмещения 5 выполнен в виде фотошаблона 13 для тыльной стороны полупроводниковых пластин, который снабжен вакуумными отверстиями 14 и уплотнительной рамкой 15.
На фиг. 3 представлен вид фотошаблона 16 для лицевой стороны полупроводниковых пластин с рисунком мезы, снабженный опорными планками 17, 18, 19 и углублениями 20 для установочных элементов в виде дисков 11.
На фиг. 4а, 4б представлена каретка 4, снабженная вакуумным столиком совмещения 5, поворотными рычагами толкателей 21, 22, 23, имеющих оси вращения 24, 25, 26 соответственно, поворотные рычаги толкателей 21, 22, 23 снабжены прижимными роликами 27, 28, 29, 30 и постоянными магнитами в виде пластин 31, 32, 33, 34. Кроме того, на каретке 4 имеется демпфер 35, опорные рычаги 36, 37 с закрепленными на них прижимными роликами 38, 39, микровинты 40, 41, 42, базировочный винт 43 и пружины 44, 45, 46.
Пример конкретного применения установки контактной фотолитографии для полупроводниковой пластины 9 с базовым срезом 10 при создании фотолитографической маски для вытравления мезы фотопреобразователей с габаритными размерами 40×80 мм со встроенным диодом на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/GaInAs/Ge диа-метром 100 мм. Полупроводниковую пластину 9 с базовым срезом 10, имеющую скол, базируют в установочные элементы в виде дисков 11, расположенные на фотошаблоне 13. Закрывают, при необходимости, вакуумное отверстие 12 в области скола (например осколком полупроводниковой пластины, на фиг. 2 не показан). Укладывают на полупроводниковую пластину 9 фотошаблон 16 с рисунком мезы. На нерабочих областях фотошаблона 16 закреплены опорные планки 17 (горизонтального) и 18, 19 (вертикального) расположения (см. фиг 3.). При этом опорная планка 17 устанавливается в симметрично выполненные контактные разъемы между прижимными роликами 27, 28 в поворотных рычагах толкателей 21, 22 и прижимными роликами 38, 39 в опорных рычагах 36, 37, а опорные планки 18, 19 прижимаются к роликам 29, 30 поворотного рычага толкателя 23 и демпфера 35, соответственно (см. фиг. 4а,б).
Перемещение фотошаблона 16 в горизотнальной плоскости выполняется при помощи микровинтов 40, 41, 42 и базировочного винта 43, которые непрерывно прижаты коэрцитивной силой к постоянным магнитам в виде пластин 31, 32, 33, 34, закрепленным на поворотных рычагах толкателей 21, 22, 23 и демпфера 35. При этом происходит качение опорных планок 17, 18, 19 по роликам 27, 28, 29, 30, 38, 39 с малой силой сопротивления трению качения и плавное поступательное перемещение фотошаблона 16, независящее от шероховатости контактных поверхностей. Возвратное перемещение фотошаблона 16 обеспечивается пружинами 44, 45, 46 опорных рычагов 36, 37 и демпфера 35, соответственно, и магнитной сцепкой микровинтов 40, 41, 42 с поворотными рычагами толкателей 21, 22, 23. Точность совмещения знаков на фотошаблоне 16 и полупроводниковой пластине 9 составляет ~ 1 мкм, что обеспечивается за счет малого шага микровинтов 40, 41, 42 (2 мкм/деление по нониусу), а также уменьшеного вдвое расстояния от осей вращения 24, 25, 26 поворотных рычагов толкателей до местоположения прижимных роликов 28, 29, 30 в сравнении с расстоянием от выше указанных осей до точки прижатия микровинтов 40, 41, 42, что пропорционально уменьшает величину горизонтального перемещения фотошаблона 16 за один оборот микровинтов 40, 41, 42.
Применение поворотных рычагов толкателей 21, 22, 23 с закрепленными на них соответственно прижимными роликами 27, 28, 29 и пластинами постоянных магнитов 31, 32, 33 на двукратно разном расстоянии от осей вращения 24, 25, 26 поворотных рычагов позволяет конструктивно реализовать плавное безлюфтовое поступательно возвратное перемещение фотошаблона 16 с более высокой точностью совмещения рисунков. Далее выполняется вакуумный прижим фотошаблона 16 к полупроводниковой пластине 9, загрузка каретки 4 в окно 3 короба 2 и экспонирование.
При каждом последующем укладывании фотошаблона 16 начальное рассовмещение рисунков на фотошаблоне 16 и полупроводниковой пластине 9 составляет не более 15 мкм. В предлагаемой установке контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом (см. фиг. 1) обеспечивается увеличение производительности труда за счет повышения точности при начальном позиционировании фотошаблона и снижения времени на совмещение рисунков на полупроводниковой пластине и фотошаблоне. Предлагаемая установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом может быть использована для полупроводниковых пластин со сколами, неприемлемыми для роботизированных систем, конструктивно проста, экономична и надежна в эксплуатации.