Способ изготовления вакуумного столика Советский патент 1992 года по МПК H01L21/31 

Изобретение относится к технологии изготовления вакуумных устройств для фиксации и распрямления тонких плоских деталей, а именно полупроводниковых пластин в оптико-механическом и контрольно-измерительном оборудовании в процессах экспонированияиконтроляполупроводниковых пластин.

Известен способ изготовления вакуумных устройств с малой площадью опорной поверхности, включающий операции формирования по заранее подготовленной программе на станке с ЧПУ требуемого рельефа опорной поверхности металлической заготовки, закаливания обработанной заготовки

и доводки сформированной опорной поверхности до требуемой неплоскостности.

Известен также способ, основанный на применении электроразрядной обработки, при котором изготавливают углеродную матрицу с рельефом, обратным требуемому рельефу поверхности вакуумного устройства, используемую для формирования требуемой геометрии опорной поверхности в заготовке из закаленного материала, которую далее доводят до требуемой неплоскостности.

Однако этим способам присущи следующие недостатки: невозможность обработки материалов с низким температурным коэффициентом линейного расширения

х| со

4

отД

со ел

(возможна обработка только металлических заготовок), что приводит к нестабильности формы опорной поверхности при изменении температуры; невозможность изготовления вакуумных устройств с неплоскостностью опорной поверхности, отвечающей требованиям современного уровня (порядка 0,1 мкм).

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления вакуумных уст- ройств с малой площадью опорной поверхности, который заключается в следующем.

Для фиксации тонких плоских деталей формируют вакуумную камеру, образуемую основанием устройства, выступающим из основания замкнутым ободком и фиксируемой деталью, для чего в основании устройства, изготовленном из аллюминия, формируют углубление для последующей запрессовки замкнутого образца. Ободок изготавливают из закаленной стали и фор- мируют у него плоскую верхнюю поверхность, служащую опорной для периферийной области фиксируемой детали и образующую с ее нижней поверхностью вакуумное уплотнение.

Внутри вакуумной камеры в углублении в основании с шагом, исключающим прогиб фиксируемой детали под действием вакуума, запрессовывают множество жестких опорных элементов, которые представляют собой цилиндрические штыри, изготовленные из . Диаметр плоской вершины штырей лежит в диапазоне 125 - 1000 мкм. Вершины штырей образуют совместно с плоской поверхностью ободка опорную по- верхность, к которой предъявляются высокие требования по общей неплоскостности (порядка 0,1 мкм), поэтому перед запрессовкой штырей в основание их вершины плана- ризуют методом шлифовки и полировки. Неплоскостность опорной поверхности собранной конструкции имеет величину порядка 5 мкм, поэтому для получения требуемой неплоскостности проводят операцию шлифовки и прецизионной полиров- ки дискретной опорной поверхности собранной конструкции.

Однако индивидуальное изготовление опорных штырей методами механической обработки из чистого (99,9 %) А120з, характе- ризующегося высокой твердостью, предопределяет высокие сложность и трудоемкость этого способа. Вследствие сложности выполнения финишных операций шлифовки и полировки дискретной опорной поверхности, образованной вершинами штырей и плоской поверхностью ободка, изготовленных из разнородных материалов, нельзя обеспечить получение неплоскостности опорной поверхности менее 1 мкм, что не соответствует требованиям современного уровня (порядка 0,1 мкм). Поскольку элементы сборной конструкции стола изготавливаются из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения (алюминий, сталь и AlaOs), вакуумное устройство, изготовленное по такому способу, имеет низкую температурную стабильность, т.е. не обеспечивает сохранение требуемой неплоскостности опорной поверхности при изменениях температуры, вызываемых, например, нагревом пластин при экспонировании.

Целью изобретения является упрощение технологического процесса изготовленияустройства,уменьшение неплоскостности его опорной поверхности и обеспечение ее температурной стабильности.

Поставленная цель достигается тем, что операцию доводки рабочей опорной поверхности до требуемой неплоскостности проводят перед формированием вакуумной камеры на основании из материала с температурным коэффициентом линейного расширения не более ±4-10 7, например ситалла, а затем формируют одновременно вакуумную камеру, замкнутый ободок и опорные элементы, удаляя материал основания через маску в виде замкнутого контура и круглых площадок, диаметр D которых выбирают из соотношения

d + 1,21 + 3,5l, где d - диаметр плоских вершин опорных элементов;

I - высота опорных элементов, равная 20-200 мкм,

с последующим нанесением на рабочую поверхность износостойкого покрытия.

На фиг. 1 приведено основание с маской; на фиг.2 - устройство, выполненное предлагаемым способом, сечение; на фиг. 3 - опорный элемент с маскирующим покрытием; на фиг. 4 - устройство, общий вид.

Суть способа заключается в следующем.

Поверхность основания 1 (фиг. 1) из ситалла методами механической шлифовки и полировки доводят до требуемой неплоскостности, далее через маску в виде замкнутого контура 2 и круглых площадок 3 (фиг. 1) удаляют материал основания, причем на неподвергающихся удалению участках формируют опорные элементы 4 в виде усеченных конусов и замкнутый ободок 5 (фиг. 2).

В процессе удаления материала основания одновременно формируют замкнутый ободок, вакуумную камеру и множество расположенных внутри вакуумной камеры жестких опорных элементов. Вершины опорных элементов лежат в одной плоскости с поверхностью ободка 5 и образуют совместно с ней плоскую опорную рабочую поверхность. Процесс удаления материала проводят на глубину I 20... 200 мкм таким образом, чтобы диаметр основания опорных элементов 4 был равен диаметру круглых площадок в маске (фиг. 3). После этого на поверхность изготовленного устройства наносят износостойкое покрытие.

П р и м е р. В качестве исходной заготовки для изготовления устройства использовалась монолитная пластина из ситалла СО-115М, поверхность которой методами механической шлифовки и полировки доводили до первого класса чистоты с шерохова- тостью Rz 0,05 и до общей неплоскостности менее 0,1 мкм.

На изготовленную таким образом рабочую поверхность заготовки наносили защитное покрытие, состоящее из подслоя хрома, полученного методом вакуумного напыления, и пленки фоторезиста ФП-383, полученной методом фильерного нанесения. После сушки пленки фоторезиста фотолитографическим методом, включающим контактное экспонирование фоторезиста, проявление, задубливание при 120- 160°С, травление пленки хрома, формировали маску в виде замкнутого контура и множества круглых площадок.

При этом значения d, и D составили 270; 40 и 350 мкм соответственно. Затем на открытых участках удаляли материал основания, помещая заготовку в ламинарный поток травителя, движущийся вдоль ее поверхности, следующего состава, %:

H2S0460... 40

HF9...4

NH4F9... 2,5

НаООстальное

Для достижения равномерного удаления материала основания скорость потока травителя поддерживали постоянной в диапазоне 10-20 см/с. Процесс прекращали при достижении заданной высоты опорных элементов 40 мкм, затем маску удаляли.

Далее проводили операцию нанесения износостойкого покрытия на сформированную рабочую опорную поверхность устройства методом конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ). Наносили пленку уитрида титана (TiN) толщиной 1000-2000 А.

По указанной схеме было изготовлено несколько вариантов вакуумных устройств с испытанием их на работоспособность и износостойкость. Испытания на работоспособность и износостойкость проводили

распрямлением на опорной поверхности устройства кремниевой пластины диаметром 100 мм и толщиной 525 мкм. Износостойкость оценивалась по количеству циклов фиксация пластины на вакуум - подъем пла0 стины до выхода параметров опорной поверхности за пределы установленных допусков. Остаточное давление в вакуумной камере при фиксации пластины на вакуум составляло 0,02 мПа. Неплоскостность оце5 нивалась следующим методом. На опорной поверхности устройства фиксировалась и распрямлялась тонкая (порядка 0,8 мм) плоскопараллельная стеклянная пластина, имеющая неплоскостность поверхности при

0 фиксации на оптический контакт не хуже 0,03 мкм. Неплоскостность опорной поверхности оценивалась по неплоскостности поверхности пластины интерферометриче- ским методом.

5 Изготовленные предлагаемым способом вакуумные устройства использованы для фиксации и распрямления полупроводниковых пластин в мультипликаторах и контрольно-измерительном оборудовании, а

0 также для фиксации и распрямления стеклянных заготовок фотошаблонов в генераторах изображения. Предлагаемый способ обеспечивает изготовление вакуумных устройств с неплоскостностью опорной повер5 хности, отвечающей требованиям современного уровня (порядка 0,1 мкм).

Полученные в результате испытаний значения износостойкости показывают, что изготовленные предлагаемым способом ус0 тройства обеспечивают ресурс даже наиболее производительных видов оборудования. Высокая термостойкость изготовленных предлагаемым способом устройств обеспечивает возможность их использования в

5 мультипликаторах, где вакуумный стол подвергается нагреву при экспонировании изображения.

Использование предлагаемого способа позволяет в сравнении с известными спосо0 бами упростить процесс изготовления вакуумных устройств с малой площадью опорной поверхности за счет реализации группового метода изготовления опорных элементов и замыкающего ободка и исклю5 чения операций финишной доводки опорной поверхности по плоскостности; уменьшить неплоскостность опорной поверхности до значения порядка 0,1 мкм (при использовании способа-прототипа порядка

1 мкм); обеспечить температурную стабильность опорной поверхности.

Согласно расчетным данным, изменение температуры на 5°С неплоскостность опорной поверхности устройства, изготовленного по способу-прототипу из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения, может ухудшаться на величину порядка 2 мкм.

Формула изобретения Способ изготовления вакуумного столика, включающий формирование камеры, образованной основанием столика и ободком, проходящим по его периметру, формирование в камере опорных элементов и доводку рабочей поверхности, отличающийся

0

5

тем, что, с целью упрощения технологического процесса, уменьшения неплоскостности опорной поверхности и обеспечения температурной стабильности, используют заготовку из ситалла, механически доводят ее рабочую сторону, формируют камеру одновременно с формированием опорных элементов путем травления заготовки через маску в виде ободка и круглых площадок с последующим нанесением на рабочую сторону вакуумного столика износостойкого покрытия, причем диаметр площадок маски D выбирают из соотношения

d + 1,21 3,51, где d - диаметр плоских вершин спорных элементов;

I - высота опорных элементов.

Изобретение относится к технологии изготовления вакуумных устройств для фиксации распрямления тонких плоских деталей, например полупроводниковых пластин, в оптико-механическом и контрольно-измерительном оборудовании в процессах экспонированияиконтроля полупроводниковых пластин. Целью изобретения является упрощение технологического процесса изготовления устройства, уменьшение неплоскостности его опорной поверхности и облегчение ее температурной стабильности. Указанная цель достигается тем, что поверхность ситалловой заготовки механически доводят до необходимого класса чистоты, путем травления через маску в виде ободка и круглых площадок внутри него формируют камеру и покрывают поверхность камеры износостойким покрытием. 4 ил. (Л С

Д

/ ft /

/ /

фиг.1

/

/

/

(риг. 2.

фиг.З