Устройство крепления, позиционирования и маскирования кристаллов в технологии химического утонения кремния
ATTACHMENT DEVICE, POSITIONING AND MASKING CRYSTALS IN TECHNOLOGY OF CHEMICAL THINNING OF SILICON

Устройство крепления, позиционирования и маскирования кристаллов в технологии химического утонения кремния применяется при производстве формирователей видеосигналов для приборов с зарядовой связью, освещаемых с обратной стороны.
В производстве формирователей видеосигнала (ФВС) на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) широкое распространение получили приборы, освещаемые с обратной стороны подложки. Такие приборы благодаря повышенной чувствительности находят применение в различных областях науки и техники и в первую очередь в наземной и космической астрономии. При изготовлении этих приборов необходимо производить химическое утонение кремния с обратной стороны фоточувствительного кристалла, оставляя мембрану толщиной 15-20 мкм. В основном используется конструкция кристаллов, представляющая собой «корыто», т.е. зона утонения данного кристалла расположена с обратной стороны и соответствует области активной зоны ПЗС, а область кристалла по периметру остается на основной толщине (520-550 мкм) кремниевой пластины.
Для того чтобы химическое утонение кремния производилось только в строго определенном месте и по строго определенной площади, кристалл необходимо позиционировать. Кристаллы данного типа, предназначенные для различных целей, по своим габаритам могут отличаться от минимального до максимально возможного, кристаллы различаются размером используемых кремниевых пластин, формой и местом расположения активной зоны, различия в их изготовлении обеспечиваются уровнем производственно-технологической базы предприятия. Это предполагает необходимость применения специализированной оснастки маскирования и позиционирования кристаллов для каждого типа приборов индивидуально.
Традиционно маскирование областей кристаллов, которые не должны утоняться, производится путем нанесения химически стойких лаков, смол, воска или подобных материалов вручную или с помощью дозаторов, управляемых по программе цифровых столов. Крепление кристаллов в устройстве химического утонения может быть различным, например фиксирование с помощью приклейки или прижима. При этом задачи требуемой точности позиционирования кристалла, месторасположения формируемой защиты, воспроизводимости геометрии зоны утонения, а также вопросы химической стойкости защитного покрытия в процессе многочасовой химической обработки в смеси кислот остаются окончательно не решенными.
В патенте США №5578167 от 26.11.1996 г. описано устройство, представляющее собой держатель, имеющий основание с полостью. Держатель также имеет ряд цилиндрических зажимов по периферии, которые используются для того, чтобы закрепить и позиционировать кристалл и предотвратить утечку травителя в полость. Данное устройство позволяет закреплять и с высокой степенью точности позиционировать кристалл для его химической обработки. Недостаток этой конструкции заключается в том, что она предназначена для утонения кристаллов по всей их поверхности и не позволяет производить травление кристаллов с контролируемой геометрией площади травления.
В патенте США №7786421 от 31.08.2010 г. описано устройство крепления кристаллов для химического травления кремния, представляющее собой конструкцию, включающую базовую пластину, верхнюю крышку, пластину-зажим и трубку. Данное устройство позволяет закреплять и точно позиционировать кристалл благодаря кварцевой пластине-зажиму. В качестве маски для травления используют стандартные уплотнители, выполненные, например, из перфторэластомеров. Данная конструкция устройства принята в качестве прототипа.
К недостаткам данной конструкции можно отнести следующие пункты. 1. В качестве химически стойкой маски для формирования зоны защиты «корыта» служит слой из нитрида кремния, создание которого требует дополнительных технологических операций, таких как плазменное осаждение нитрида кремния, фотолитография по данному слою или использование масочного напыления. 2. Использование прокладки, выполненной из химически стойкой резины, предусмотрено только в качестве элемента уплотнения в процессе щелочного травления. 3. В качестве устройства для кислотного травления применяется другое устройство, при этом для дополнительной защиты нитридной маски служит вручную нанесенный слой воска.
Задача заявляемого изобретения заключается в создании легко собираемой/разбираемой конструкции из химически стойких деталей, обеспечивающей многократное использование маски, точное позиционирование и закрепление кремниевых кристаллов различной геометрии. Технический результат заключается в возможности многократного применения конструкции, а также в возможности легко модифицировать размеры и расположение окна травления (вытравливаемой области) под индивидуальные параметры кристалла.
Устройство крепления, позиционирования и маскирования кристаллов в технологии химического утонения кремния представляет собой собирающийся на головке установки травления сборно-разборный пакет, выполненный из двух наборов плоскопараллельных пластин, чередующихся между собой, один из которых выполнен из химически стойкой вакуумплотной алюмооксидной керамики, причем одна пластина из этого набора выполнена с окном по размерам кристалла прибора для обеспечения точного позиционирования кристалла, другая выполнена с окном по размерам, соответствующим области травления, и служит для уплотнения резиновой пластины - маски, второй набор пластин выполнен из резины на основе перфорированного каучука, химически стойкого к высокоагрессивным кислотам, причем одна из пластин этого набора выполнена с окном с размерами, соответствующими геометрии утонения кремния, и служит маской травления.
Этот пакет позволяет не только закреплять и точно позиционировать сам кристалл и место расположения области утонения, но, что наиболее важно, позволяет использовать его в качестве многократно применяемой высоконадежной маски для утонения кремниевых кристаллов.
На фиг. 1 изображено устройство крепления, позиционирования и маскирования кристаллов в технологии химического утонения кремния.
Устройство представляет собой сборно-разборный пакет, который состоит из двух наборов чередующихся между собой плоскопараллельных пластин, т.ч. один набор пластин выполнен из химически стойкой вакуумплотной алюмооксидной керамики (см. пп. 5, 7, 10 на фигуре 1), второй набор пластин выполнен из резины на основе перфторированного каучука, химически стойкого к высокоагрессивным кислотам (см. пп. 6, 9 на фигуре 1)·
Пластины 5-10 пакета крепятся по периметру специальными крепежными болтами 1, выполненными из полипропилена сверхвысокой полимеризации, и уплотняется резиновыми герметизирующими прокладками из перфторированного каучука 2. Сборно-разборный пакет устанавливается на головке 3 установки травления и позиционируется с помощью центрующих штифтов 4. В качестве материала для изготовления головки 3 установки травления может быть использован химически стойкий сополимер, например фторопласт-4, PVDF или полипропилен сверхвысокой степени полимеризации. В качестве материала для изготовления центрирующих штифтов 4 может быть использован PVDF или полипропилен сверхвысокой полимеризации.
Сборно-разборный пакет состоит из пластин, собираемых в такой последовательности: керамическая пластина 5, затем резиновая уплотняющая прокладка 6, выполненная из перфторированного каучука, керамическая пластина 7, выполненная с окном по размерам кристалла прибора, обеспечивающая точное позиционирование утоняемого кристалла 8, резиновая пластина 9, с окном с размерами, соответствующими геометрии утонения кремния и служащая маской травления, а затем уплотняющая керамическая пластина 10 с окном по размерам, соответствующим области травления, и служащая для уплотнения резиновой пластины - маски 9. Болты 1 фиксируются закрытыми гайками 11, выполненными из полипропилена сверхвысокой полимеризации.
В качестве пластичного материала для изготовления второго набора плоскопараллельных пластин могут быть применены калиброванные по толщине листы резины, стойкой к особо агрессивным кислотам, выполненные из перфорированного каучука, например Неофтон-Н (см. патент РФ 213778, ТУ 2294-176-0015963-2012).
Одним из основных элементов заявляемой конструкции является уплотняющая маска из вышеописанной резины. Данное устройство позволяет не только закреплять и точно позиционировать сам кристалл и место расположения области утонения, но, что наиболее важно, позволяет использовать его в качестве многократно применяемой высоконадежной маски для утонения кристаллов с рамкой для ФВС на ПЗС, освещаемых с обратной стороны.