КАССЕТА ДЛЯ ОДНОСТОРОННЕЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН

Предлагаемая полезная модель предназначена для изготовления изделий микроэлектроники (микросхем и микроэлектромеханических систем (МЭМС)), где необходима односторонняя обработка пластин, в том числе при вакуумном нанесении покрытий для защиты поверхности кристаллов.
Известны кассеты для односторонней обработки пластин, состоящие из основания с полостью, крышки с отверстием для обработки рабочей поверхности и уплотнительных колец. Такие кассеты, как правило, используются для одностороннего химического травления (см., например, презентацию "SILICON VLSI TECHNOLOGY Fundamentals, Practice and ModelingCHAPTER12" URL:http://ww.iaa.ncku.edu.tw/~ggau/Lab/HTML/C_CourseData/SILICON012.pdf[pg.48] и презентацию Dr. Lynn Fuller "Wet Etch for Microelectronics" URL:http://people.rit.edu/lffeee [pg.31]).
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.). Указанные кассеты можно применять для одностороннего нанесения покрытий на пластины в вакууме, например, поли-пара-ксилиленовых покрытий. Поли-пара-ксилиленовые покрытия наносятся в вакууме методом сублимации, и они имеют высокую адгезию к поверхности кремниевых пластин. Кроме того, в сублимированном состоянии поли-пара-ксилиленовое покрытие обладает высокой проникающей способностью, и если полость кассеты между основанием и рабочей пластиной будет негерметична, то покрытие может проникнуть на обратную сторону пластины.
Рабочая поверхность полупроводниковых пластин, на которую наносится поли-пара-ксилиленовое покрытие, как правило, имеет рельеф, образованный, например, разделительными канавками в мезапланарных транзисторах. При нанесении поли-пара-ксилиленовых покрытий на рельеф может произойти разрушение пластин, т.к. нанесение происходит в вакууме 1-10 Па, а в полости между пластиной и основанием после загрузки сохраняется атмосферное давление (примерно 101,325 кПа), в результате чего рельеф испытывает растяжение и впадины рельефа являются концентраторами механических напряжений по которым и происходит разрушение хрупкой полупроводниковой пластины.
Также известна кассета для односторонней обработки полупроводниковых пластин, состоящая из основания с полостью, трубки выравнивающей давление, нескольких гибких герметизирующих колец и крышки с отверстием для обработки рабочей поверхности пластины (см., например, сайт фирмы АММТ http://www.ammt.com/products/wet-etching/).
Однако при нанесении полипараксилиленовых покрытий на рельеф недостатком является то, что пары попадают на обратную сторону пластины через выравнивающую давление трубку.
Наиболее близкой к предлагаемой является кассета для односторонней обработки полупроводниковых пластин, состоящая из основания с полостью, трубки выравнивающей давление, системы гибких герметизирующих колец, крышки с отверстием для обработки рабочей поверхности пластины и пластины-ограничителя прогиба. Пластина-ограничитель расположена между дном основания и тыловой (необрабатываемой) поверхностью рабочей полупроводниковой пластины. Ее толщина несколько меньше (на 10-15 мкм) зазора между дном основания и тыловой поверхностью рабочей пластины. Такую кассету, как правило, используют для одностороннего химического травления в нагретых парах кислот. Если давление газа или пара с обрабатываемой стороны рабочей пластины выше, чем давление внутри кассеты, то пластина-ограничитель препятствует деформации и разрушению рабочей пластины. Обычно, для согласования температурного коэффициента линейного расширения пластина-ограничитель выполнена из того же материала, что и рабочая, например, кремния. Кассета может содержать внутри основания дополнительные устройства, например нагреватель, а также иметь ручку для манипуляций, через которую заводятся провода питания и управления для дополнительных устройств. URL:http://www.ammt.com/products/hydrofluoric-acid-vapor-etcher/hfve-system/
Однако, если давление газа или пара с обрабатываемой стороны рабочей пластины окажется ниже, чем давление внутри полости основания кассеты, например, при нанесении поли-пара-ксилиленовых покрытий, то произойдет разрушение рабочей пластины из-за ее растяжения внутренним давлением в полости.
Целью полезной модели является повышение выхода годных за счет исключения боя пластин и расширения области применения кассеты при обработке в средах с пониженным давлением.
Указанная цель достигается тем, что в отличие от известной кассеты для односторонней обработки полупроводниковых пластин, состоящей из основания с полостью, трубки выравнивающей давление, системы гибких герметизирующих колец, крышки с отверстием для обработки рабочей поверхности пластины и пластины-ограничителя прогиба, в предлагаемой кассете на трубке выравнивающей давление содержится вакуумно-плотный вентиль.
Исключение боя пластин достигается тем, что наличие вакуумно-плотного вентиля перед нанесением позволяет создать в полости между основанием и рабочей пластиной кассеты вакуум и, перекрыв вентиль, сохранить давление вакуума в процессе загрузки и обработки.
Так как процесс нанесения полипараксилиленовых покрытий происходит в вакууме, то давление внутри полости под пластиной становится примерно равным давлению в вакуумной камере. Наличие вакуумно-плотного вентиля исключает попадание наносимого поли-пара-ксилиленового покрытия на обратную сторону пластины.
На фиг. 1 изображен вид с лицевой стороны кассеты.
Позиция 1 - вакуумно-плотный вентиль.
Позиция 2 - крышка с отверстием для обработки рабочей поверхности пластины.
Позиция 3 - система гибких герметизирующих колец.
Позиция 4 - обрабатываемая пластина.
Позиция 5 - основание с полостью.
Позиция 6 - трубка, выравнивающая давление.
Позиция 7 - пластина ограничитель прогиба.
На фиг. 1 и 2 приведена конструкция предлагаемой кассеты, состоящая из основания с полостью 5, к которому подходит отверстие трубки выравнивающей давление 6. В основании сделаны углубления для системы гибких герметизирующих колец 3, препятствующих попаданию паров наносимого вещества в полость под пластиной. Пластина 4 прижимается к основанию при помощи крышки 2 с отверстием для обработки рабочей поверхности пластины. В крышке также имеются углубления для системы гибких герметизирующих колец 3. Пластина-ограничитель прогиба 7 препятствует излому рабочей пластины при пониженном давлении в полости основания. На трубку выравнивающую давление 6, крепится вакуумно-плотный вентиль 1.
В случае нанесения поли-пара-ксилиленовых покрытий в вакууме устройство работает следующим образом: кремниевая пластина со сформированными кристаллами транзисторов, коллекторный переход которых изолирован меза-канавкой, крепится между основанием и крышкой с помощью струбцин или винтов рельефом наружу. Через вакуумно-плотный вентиль производится откачка воздуха из основания с полостью до уровня 1-10 Па, после чего вентиль 1 перекрывают. Кассету помещают в камеру установки для нанесения поли-пара-ксилиленовых покрытий (например, УНБ-4). После запуска установки давление в камере начинает снижаться до уровня 1-10 Па. По достижению этого давления производят осаждение поли-пара-ксилиленового покрытия. Затем кассету извлекают из камеры осаждения, открывают вакуумно-плотный вентиль и извлекают пластину.
Предлагаемая кассета позволяет полностью исключить попадание наносимых покрытий на обратную сторону пластины и практически исключает разрушение кремниевых пластин с рельефом при нанесении покрытий в вакууме.
Кроме того, использование вакуумно-плотного вентиля позволяет обрабатывать одновременно в одной установке (например, УНБ-4) до 20 кассет, что увеличит производительность труда.