СПОСОБ ДОВОДКИ ОРИЕНТАЦИИ ПЛАСТИН ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF REFINING ORIENTATION OF WAFERS OF SEMICONDUCTOR AND OPTICAL MATERIALS

Изобретение относится к области производства подложек из монокристаллов полупроводниковых и оптических материалов (карбид кремния, сапфир и др.), а именно для разделения монокристаллов в виде кристаллографически ориентированных цилиндров на пластины алмазными кругами с внутренней режущей кромкой, которые в дальнейшем применяются для изготовления подложек, используемых в производстве различных оптоэлектронных элементов и устройств.
В последнее время технические требования к кристаллографической ориентации подложек карбида кремния и сапфира, используемых в производстве эпитаксиальных структур для оптоэлектроники, резко возросли и достигли уровня 3-х угловых минут. Для выполнения таких требований торцевые поверхности исходных монокристаллических цилиндров, предназначенных для резки на пластины, выводятся на плоскошлифовальном станке с точностью до 1 угловой минуты.
Известные способы резки монокристаллов на пластины алмазными кругами с внутренней режущей кромкой [1-4] не обеспечивают такую точность ориентации резаных пластин, в связи с этим перед двухсторонней шлифовкой пластин требуется доводка резаных пластин с выводом требуемой кристаллографической ориентации с точностью до 1 угловой минуты на плоскошлифовальном станке.
Наиболее близким способом к предлагаемому и принятым за прототип является способ разделения монокристаллов на пластины [1], заключающийся в том, что монокристаллические цилиндры режут на пластины алмазными кругами с внутренней режущей кромкой с вращением кристалла вокруг своей оси в процессе резания.
Вариант резки цилиндра на пластины алмазными кругами с внутренней режущей кромкой на станках типа Алмаз-6 и Алмаз-11 показан на фиг.1. Монокристаллический цилиндр наклеивается одним из торцов на металлический столик, который закрепляется 4-я болтами на планшайбе шпинделя привода вращения и перемещения кристалла. Цилиндр подводится свободным торцом под плоскость резания вращающегося отрезного круга и выполняется отрезание контрольной пластины от цилиндра. На рентгеновском дифрактометре проводится проверка разориентации контрольной пластины от заданной кристаллографической ориентации в двух взаимно перпендикулярных направлениях (обычно параллельно и перпендикулярно базовому срезу цилиндра) с указанием на ней величин и направлений разориентации. Разориентация контрольной пластины обычно превышает требуемую на несколько угловых минут в каждом направлении из-за имеющихся радиальных и осевых биений приводов вращения, погрешностей при изготовлении планшайбы и столика, загрязнений их контактных поверхностей, неравномерности толщины слоя клея. Проводится расчет величины и направления результирующего изменения оси вращения цилиндра с переносом результата на торец цилиндра. Для доводки ориентации на станок устанавливают стойку с индикатором и замеряют величину осевого биения поверхности торца цилиндра на его краях в 4-х точках соответственно направлениям разориентации при его вращении вокруг оси привода. Рассчитывают толщину прокладки-вкладыша, которую требуется вставить в определенное место с краю между контактными поверхностями планшайбы и столика. При диаметре контактной поверхности столика ~60 мм толщина прокладки-вкладыша составит ~20 мкм в расчете на поправку 1 угловой минуты. Работать с прокладками-вкладышами такого порядка толщины крайне неудобно. Подобрав прокладки в соответствии с имеющейся разориентацией (обычно в качестве прокладок-вкладышей используют одну или несколько прокладок из выпускаемых промышленностью наборов щупов или концевых мер), ослабляют болты крепления столика к планшайбе, устанавливают в нужное место прокладку-вкладыш, зажимают болты и вновь замеряют величину осевого биения поверхности торца цилиндра. Сравнив величину осевого биения поверхности торца цилиндра в 4-х точках соответственно направлениям разориентации до и после установки прокладки-вкладыша проверяют правильность введения величины и направления поправки разориентации, после чего выполняют отрезание второй контрольной пластины. Убедившись в соответствии разориентации контрольной пластины заданной кристаллографической ориентации в двух взаимно перпендикулярных направлениях проводят дальнейшую резку цилиндра на пластины.
Недостатком этого способа является сложность получения резаных пластин с точностью 1÷3 угловые минуты.
Задачей настоящего изобретения является создание способа удобной плавной доводки ориентации резаных пластин с точностью до 1 угловой минуты при разрезании кристаллографически ориентированных цилиндров на пластины алмазными кругами с внутренней режущей кромкой с вращением цилиндров вокруг своей оси в процессе резки
Техническое решение поставленной задачи достигается тем, что планшайба, закрепляемая на шпинделе привода вращения кристалла, выполнена сборной с возможностью плавного поворота вокруг оси в двух взаимно перпендикулярных направлениях с фиксацией.
Предлагаемый вариант резки цилиндра на пластины алмазными кругами с внутренней режущей кромкой показан на фиг.2. После отрезания контрольной пластины от цилиндра и проверки ее разориентации от заданной кристаллографической ориентации в двух взаимно перпендикулярных направлениях с указанием на ней величин и направлений разориентации устанавливают стойку с индикатором и замеряют величину осевого биения поверхности торца цилиндра на его краях в 4-х точках соответственно направлениям разориентации. Затем ослабляют зажим 6 планшайбы и пару котировочных винтов 7, расположенных напротив друг друга в одном из направлений разориентации и заворачивая соответствующий юстировочный винт с контролем по индикатору проводят изменение оси вращения цилиндра в этом направлении до требуемого значения, после чего заворачивают второй юстировочный винт до касания планшайбы. Аналогичную операцию выполняют в перпендикулярном направлении второй парой юстировочных винтов, после чего фиксируют планшайбу зажимом. Выполняют отрезание второй контрольной пластины. Убедившись в соответствии разориентации контрольной пластины заданной кристаллографической ориентации в двух взаимно перпендикулярных направлениях проводят дальнейшую резку цилиндра на пластины.
Пример реализации способа.
Монокристаллический цилиндр карбида кремния ориентации (0001) диаметром 50,8 мм разрезался на станке типа Алмаз-6 с устройством вращения кристалла в процессе резания и установленной сборной планшайбой на пластины толщиной 800 мкм с разориентации в направлении <10-10> "m", равной - 12±3 угловых минуты, а в направлении <11-20> "а", равной - 0±3 угловых минуты. Контроль разориентации поверхности резаных пластин на рентгеновском дифрактометре типа ДРОН-2 подтвердил соответствие разориентации пластин требуемым значениям.
Проведенная серия испытаний способа доводки ориентации поверхности карбид кремниевых и сапфировых резаных пластин при изготовлении подложек ориентации (0001) с точностью разориентации не более 3 угловых минут диаметром 50,8; 76,2 и 100 мм подтвердила промышленную применимость предлагаемого способа.
Аналоги изобретения
1. Запорожский В.П., Лапшинов Б.А. Обработка полупроводниковых материалов. М.: Высшая школа, 1988, стр.34-62.
2. Никифорова-Денисова С.Н. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. Кн. 4, «Механическая и химическая обработка». М.: Высшая школа, 1989, стр.3-24.
3. Станок резки полупроводниковых материалов "Алмаз-6". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1988 г.
4. Станок резки полупроводниковых материалов "Алмаз-11". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1988 г.