КАССЕТА ДЛЯ ОДНОСТОРОННЕЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН

Предлагаемая полезная модель предназначена для изготовления изделий микроэлектроники, а именно - микроэлектронных механических систем (МЭМС) методом жидкостного травления полупроводниковых материалов (кремния, арсенида галлия и т.п.) для получения мембран, балок и консолей. Балки и консоли, подвергаются тому же процессу травления, что и мембраны в процессе изготовления.
Известны кассеты для травления, состоящие из основания, крышки с отверстием под рабочую поверхность кремниевой платины и уплотнительных колец, герметизирующих периферию и сторону противоположную обрабатываемой пластины от попадания травителя при жидкостном химическом травлении. Основание кассеты имеет прозрачное дно, по размеру пластины. Направленный на заднюю стенку кассеты источник света позволяет оценить толщину полупроводниковой мембраны по величине поглощения света (См. на примере устройства травления фирмы А.М.М.Т. Wafer holder - SINGLE OW With optical backside window. http://www.ammt.com/support/files/AMMT_PI_WESingleOW.pdf).
Соосное расположение колец исключает разрушение пластины при фиксации крышки к основанию. Материал кассеты должен быть стоек к воздействию травителя (нержавеющая сталь, фторопласт и т.п.). эти кассеты применяют для травления полупроводникового материала на пластинах на поверхности которых сформирована маска методом мультипликации под травление мембран, балок и т.п.
Одной из основных задач данного процесса является контроль толщины глубины травления, решение которой реализуется с помощью оптического метода. Кремниевые мембраны толщиной до 22 мкм становятся прозрачными для видимого света и будут иметь градацию коричневого цвета в зависимости от толщины. Это свойство кремния, используется в основных аналогах для визуальной оценки толщины мембран и окончания травления мембран из оксида кремния или нитрида кремния. Для оценки толщины мембраны, необходимо извлекать кассету из травителя и освещать прозрачную заднюю стенку. Этот этап существенно усложняет автоматизацию процесса.
Наиболее близким аналогом является кассета для односторонней обработки полупроводниковых пластин с мультиплицированным слоем, состоящая из основания с полостью, источника освещения, нескольких гибких герметизирующих колец, крышки с отверстием под рабочую поверхность обрабатываемой пластины для глубокого жидкостного травления и источником освещения в полости фирмы А.М.М.Т.: http://www.ammt.com/support/files/AMMT_PI_WESingleIL.pdf (Wafer holder - SINGLE IL with backside illumination).
Кассета для глубокого жидкостного травления с источником видимого света внутри полости, с необрабатываемой стороны пластины. Кассета может иметь галогеновую лампу или светодиодный массив.
При использовании галогеновой лампы не обеспечивается равномерное распределение света по пластине. Это существенно сказывается на погрешности в оценке глубины травления. Данный недостаток можно устранить применением конденсоры света, но это значительно усложнит конструкцию и стоимость кассеты.
При использовании светодиодной подсветки, проблема неравномерности распределения света сохраняется, так как дискретный набор осветительных элементов не может обеспечить равномерного освещения поверхности мембраны, например при попадании границы светодиода на контролируемую мембрану. Кроме того, при подготовке кассеты к травлению может произойти рассовмещение источника света с местом расположения мембраны
Возможность только визуального контроля и неравномерность освещения, увеличивает погрешность оценки толщины мембраны, а также затрудняет реализацию автоматического контроля.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение качества травления, за счет устранения погрешности контроля толщины, вследствие неравномерности освещения пластины и автоматизация процесса контроля травления.
Указанная цель достигается тем, что в отличие от известной кассеты для односторонней обработки полупроводниковых пластин с мультиплицированным слоем, состоящей из основания с полостью, источника освещения, нескольких гибких герметизирующих колец, крышки с отверстием под рабочую поверхность обрабатываемой пластины, в предлагаемой кассете осветитель расположен вне кассеты со стороны крышки и в полости основания расположен датчик освещенности по оси «источник освещения - центр вытравливаемой мембраны», причем размер датчика освещенности меньше чем размер вытравливаемой мембраны в мультиплицированном слое.
В предлагаемой полезной модели источник освещения расположен вне кассеты, это позволяет существенно улучшить равномерность освещенности за счет изменения расстояния между рабочей поверхностью и источником освещения, так как конструктивные особенности осветителя, например границы между светодиодами, не будут влиять на равномерность освещения.
В предлагаемой полезной модели внутри кассеты расположен датчик освещения на оси «источник освещения - центр вытравливаемой мембраны». Так как датчик освещения меньше размеров мембраны, то это позволяет устранить погрешность измерения освещенности, из-за рассовмещения датчика с мебраной. Интенсивность сигнала датчика освещения будет зависеть от толщины мембраны, поэтому сигнал с датчика освещения возможно использовать для автоматизации процесса контроля травления.
На фигуре 1 схематично изображена предлагаемая кассета в разрезе.
Позиция 1 - Датчик освещения.
Позиция 2 - Источник освещения.
Позиция 3 - Крышка с отверстием под рабочую поверхность пластины.
Позиция 4 - Герметизирующие кольца.
Позиция 5 - Обрабатываемая пластина.
Позиция 6 - Основание с полостью.
Позиция 7 - Юстировочный лазер.
Позиция 8 - Мембрана (контролируемое место травления).
Позиция 9 - Кварцевая труба.
Позиция 10 - Ручка кассеты.
Позиция 11 - Сигнальный кабель.
Позиция 12 - Кабель питания лазера и источника освещения.
Позиция 13 - Блок управления.
На фиг. 1 изображена предлагаемая кассета для односторонней обработки полупроводниковых пластин с мультиплицированным слоем, состоящая из основания с полостью (6), источника освещения (2) и юстировочного лазера (7), помещенных в герметичную прозрачную кварцевую трубу (9), закрепленную на ручке кассеты (10), нескольких гибких герметизирующих колец (4), крышки с отверстием под рабочую поверхность обрабатываемой пластины (3). В основании сделаны углубления для герметизирующих колец (4), препятствующих попаданию травителя в полость под пластиной. Пластина (5) прижимается к основанию при помощи крышки (3) с отверстием для доступа травителя к обрабатываемой поверхности. В полости основания под мембраной (8) расположен датчик освещения (1). Сигнальный кабель (11), кабель питания лазера и источника освещения (12) подключены к блоку управления (13).
Устройство работает следующим образом:
Вначале проводят процесс юстировки обрабатываемой пластины (5) со сформированной методом фотолитографии в маскирующем слое системой мультиплицированных отверстий для травления в кассете. Для соосного расположения системы «источник освещения - контролируемая мембрана - датчик освещения», используется лазер, расположенный над рабочей поверхностью пластины, расположенный вместе с источником освещения. Для этого, сначала, луч включенного лазер (7) совмещается с центром области травления одного из мультиплицированных модулей на обрабатываемой пластине. Лазер (7) фиксируется. Далее кремниевая пластина (5) снимается и производится совмещение датчика освещения с лучом лазера. Датчик освещения (1) фиксируется. По завершению обрабатываемая пластина (5) устанавливается в кассету, и центр области травления опять совмещается с лучом лазера (7).
После проведения процесса юстировки кремниевая пластина (5) со сформированной методом фотолитографии в маскирующем слое системой мультиплицированных отверстий закрепляется между основанием (6) и крышкой (3) с помощью струбцин или винтов. Включается источник освещения (2). Кассету погружают в раствор травителя (например, в 30% водный раствор KOH, нагретый до температуры 90°C). После чего проводят процесс травления. Локальное утонение пластины (мембрана) (8) будет усиливать освещенность, регистрируемую датчиком (1). После калибровки сигнала датчика освещенности по толщине мембраны, обеспечивается возможность автоматизации процесса травления и прекращения травления при достижении необходимой толщины мембраны с помощью блока управления (13). Блок управления (13) включает в себя блок питания источника освещения и лазера для совмещения, усилитель сигнала датчика освещенности, задатчик уровня сигнала, откалиброванный по толщине мембраны, устройство сравнения сигнала датчика с заданным уровнем, исполнительное устройство (сигнализация, отключение). Уровень сигнала, формируемый задатчиком, соответствует определенной толщине мембраны, с помощью устройства сравнения контролируется текущая толщина мембраны, когда сигнал задатчика и усиленный сигнал с датчика освещения сравняются по величине, приводится в действие исполнительное устройство, например устройство перемещения кассеты из травильного раствора в раствор нейтрализации травителя.