Способ ориентации полупроводниковых подложек по базовому срезу и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК H01L21/00 

Изобретение относится к производству интегральных микросхем и полупроводниковых приборов и может быть использовано в устройствах для проведения литографических операций на поверхности полупровод- никовых подложек методами фото-, электронно-, ионно- и рентгенолитографии, а также в оборудовании для зондового контроля параметров интегральных микросхем и скрайбирования для ориентации полупроводниковых подложек в базовое положение, определяемое наибольшим боковым сегментным срезом по круговому периметру подложек.

Полупроводниковые подложки (из кремния, германия, арсенида галлия и т.д.), на поверхности которых изготавливают интегральные микросхемы или полупроводниковые приборы имеют на своем круговом периметре ряд сегментных срезов. Один наибольший (базовый) соответствует кристаллографической ориентации полупроводниковой подложки и один или несколько меньших, которые позволяют характеризовать

(обозначить) ряд электрофизических (тип материала, электропроводность и др.) параметров полупроводниковых подложек.

По наибольшему сегментному срез/, используемому в качестве базового для задания кристаллографического направления, относительно которого ориентируется топология изготавливаемых полупроводниковых структур на поверхности подложки, подложка должна ориентироваться в широкой гамме технологического оборудования при проведении всей совокупности технологических операций по изготовлению и контролю параметров интегральных микросхем и полупроводниковых приборов.

Известен способ ориентации полупроводниковых подложек в базовое положение, реализованный в устройствах ориентации, в котооом опознание наибольшего среза осуществляется сравнением момента вращения, передаоаемспо полупроводниковой подложке приводным роликом с моментом торможения сепии j ощим при контакте плоского учястка мзчбольшего

vj

|

СЛ VJ

СЛ

ю

среза подложки с плоским базирующим упором или с двумя роликами. Вращение подложки прекращается, когда момент торможения, образующийся при контакте наибольшего среза с плоским базовым упором или с двумя роликами, превысит момент вращения. Недостатком указанного способа опознания наибольшего среза подложки и ее базирования является низкая надежность, обусловленная необходимостью нормировать моменты вращения и торможения подложки, определяемые усилием прижима подложки к приводному ролику и базовому упору, их коэффициентами трения, колебаниями размеров срезов в пределах допуска, наличием эпитаксиальных шипов и пленок фоторезиста по контуру подложки.

Известен также способ ориентации полупроводниковых подложек, вращение подложки, находящейся на воздушной подушке осуществляется приводным роликом или боковыми (тангенциальными) воздушными струями, а поиск и индентификация наибольшего среза подложки осуществляется двумя фотоэлектрическими датчиками (зондами) в виде оптронных пар (излучатель - фотоприемник), расположенных по линии параллельной плоскости базового упора механизма ориентации, световой поток в которых одновременно перекрыт подложкой только лишь при контактировании наибольшего среза подложки, с плоским базовым упором. По сигналу одновременного перекрытия (срабатывания) двух датчиков привод вращения подложки выключается и воздушными струями или пружинами она прижимается к базовым упорам механизма базирования, которые определяют базовое положение подложки, Такому способу ориентации присущи недостатки, вызывающие ненадежную работу устройств ориентации из-за наличия мелких сколов, искривления подложки из-за термодиффузионных процессов и других дефектов (эпитаксиэльные шипы, валики пленки фоторезиста и т.д.) по круговому периметру подложки.

Известен способ, в котором полупроводниковую подложку укладывают на столик соосно и вращают с помощью этого же столика, определяя наибольший срез тремя оптронными парами, имеющими возможность совершать возвратно-поступательное движение и отслеживать край подложки. Недостатком данного способа является наличие подвижной следящей системы.

Всем устройствам ориентации, использующим в процессе ориентации контакт с | г;ко8ыми поверхностями подложек (обкатка роликом,, трение по базовым упорам) и (или)имеющих воздушную подушку, присущ один общий недостаток - большое выделение пыли и других микроскопических частиц, которые попадая на поверхность фоторезиста полупроводниковой подложки вызывают уменьшение процента выхода годных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

0 Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является способ ориентации полупроводниковых подложек, согласно которому полупроводниковую подложку центрируют, закрепляют на толике вакуу5 мом и вращают столиком, проводя с помощью преобразователя развертывающее угловое преобразование кругового периметра со срезами в электрические импульсы и, по наибольшему из них, определяют наи0 больший боковой срез, середину которого затем совмещают с положением, принятым за базовое с помощью датчика угла поворота. Исходное положение столика от которого начинают отсчет определяют с помощью

5 датчика базового положения.

Недостатком данного способа является необходимость вращать полупроводниковую подложку на полный оборот для получения электрической развертки периметра,

0 после чего уже ее вращают до совмещения середины наибольшего среза с базовым положением (хотя бы и по кратчайшему пути), то есть необходимо Совершить дополнительно полный (или почти полный) оборот,

5 что увеличивает время ориентации. Кроме этого способ требует сложного устройства управления и процессора для обработки сигналов регистратора от всех боковых срезов и датчиков угла поворота и базового по0 лржения и для вычисления углового положения середины выбранного наибольшего электрического импульса относительно базовой точки ориентации,

Ориентируют полупроводниковые под- х

5 ложки только по наибольшему боковому срезу (базовому). Поэтому получать и обрабатывать информацию о других боковых срезах в подавляющем большинстве технологического оборудования нет никакой не0 обходимости.

Цель изобретения - повышение производительности и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в способе ориентации полупроводниковых

5 подложек по базовому срезу, включающем центрирование, круговое вращение подложки, поиск базового среза и базирование новым является то, что круговое вращение подложки осуществляют до получения электрического импульса от регистратора Пэзового среза, в моменты начала и конца этого импульса регистрируют величины сигнала от аналогового датчика углового положения подложки, вычисляют полусумму этих величин, соответствующую середине базового среза, а базирование осуществляют путем поворота подложки в обратную сторону до совпадения величины сигнала от аналогового датчика с вычисленной величиной

В устройстве для ориентации полупро- водниковых подложек по базовому срезу, содержащем поворотный столик для вращения подложек с приводом, датчики углового и базового положения поворотного столика, механизм центрирования подложек относи- тельно оси вращения столика, регистратор базового среза и блок управления, соединенный с приводом столика, регистратором базового среза и датчиками углового и базового положения поворотного столика, новым является то, что в качестве датчиков углового и базового положения использован круговой потенциометр, а регистратор базового среза расположен на расстоянии I

. Ri + R2 0 от оси вращения столика, где I -я

ON - расстояние от центра подложки до базового среза (см,фиг. 1), Ra OK ОМ - расстояние от центра подложки до вспомогательных боковых срезов.

Размещение оптронной пары регистра- тооа базового среза на указанном выше расстоянии I от центр 1 вращения столика позволяет получить сигнал только от наибольшего бокового среза подложки и не за- мечать все остальные боковые срезы и возможные сколы глубиной не больше вспомогательных боковых срезов. В результате чего исчезает необходимость вращать полупроводниковую подложку на полный обо- рот, осуществлять преобразование профиля подложки в электрический сигнал, анализировать в нем количество импульсов, находить из них наибольший.

Использование вместо датчиков угла поворота и базового положения кругового потенциометра с линейным сигналом, зависящим только от угла поворота столика, позволяет находить середину наибольшего бокового среза путем нахождения полусуммы величин сигнала от этого же потенциометра в моменты открытия и перекрытия оптронной пары регистратора базового среза. Уравнивание сигнала потенциометра с вычисленной полусуммой приводит к подводу середины базового среэа подложки к базовой точке, т.е. к ориентации подложки в базовом положении

На основании вышеизложенною, мпж но заключить что использование и устройстве в качестве датчиков углового и базового положения столика кругового потенциоме - ра и расположение регистратора базового среза на расстоянии I от оси вращения сто лика позволяет уменьшить время ориента ции и упростить устройство.

На фиг.1 дано устройство для ориентации полупроводниковых подложек; на фиг.2 -- показана полупроводниковая подложка; на фиг.З - принятое первоначальное положение подложки после загрузки на столик и центрирования, начало вращения, регистратор базового среза перекрыт; на фиг.4 - момент, когда регистратор открылся; на фиг.5 - момент, когда регистратор перекрылся, останов подложки и начало вращения в обратную сторону; на фиг.6 - подложка в базовом положении; на фиг.7 - возможное начальное положение при загрузке подложки, когда регистратор открыт; на фиг.8 - эпюра электрических сигналов от регистратора базового среза и аналогового датчика (кругогого потенциометра).

Последовательность операций для реализации предлагаемого способа ориентации полупроводниковых подложек следующая: ,

-укладывают подложку на столик;

-центрируют ее относительно оси вращения столика;

-закрепляют подложку на столике вакуумом;

-совершают вращение подложки вокруг ее центра О (фиг.2) с помощью столика.

-получают электрический импульс от регистратора базового среза 3 (фиг.7). Открытие и перекрытие его оптронной пары происходит в моменты, показанные соответственно на фиг.З и 4.

Одновременно регистрируют величины сигнала от потенциометра Ui и Uz (фиг.8) в эти моменты;

-останавливают подложку после перекрытия регистратора.

-находят полусумму величин сигнала потенциометра

Ui +U2

U

ср

- в моменты открытия и

перекрытия регистратора базового среза;

- вращают полупроводниковую подложку в обратную сторону до совпадения сигнала от потенциометра с вычисленной величиной Urp.

Устройство для реализации него способа содержит поворотный cm.-iu 1 с вакуумными каналами центрирующий ч-онус 2. pei ист ратор базового cpi. v4 3 . fp:, .зщпи

оптронную пару 4 и 5, потенциометр б (датчики углового положения подложки).

Привод вращения столика, привод для центрирования, блок управления и пнев- моклапан не показаны

Центрирующий конус 2 установлен со- осно с осью вращения столика 1. Регистратор базового среза 3 закреплен на конусе 2 так, что оптическая ось, проходящая через еистодиод 4- и фотоприемник 5 оптронной пары расположена на расстоянии I

Ri +R2 ,- - от оси вращения столика.

Потенциометр 6 закреплен в корпусе 7, который, в свою счередь, закреплен на ползуне 8, имеющим возможность опускаться для центрирования подложки. В ползуне 8 на подшипниках установлен также вал столика 1. В корпусе 7 на подшипниках закреплена ось барабана 10, соединенная с валом потенциометра 6. Барабан 10 и столик 1 связаны друг с другом натянутым гибким шнуром 11.

Работает устройство следующим образом.

Полупроводниковую подложку в произвольном по углу и координатам положении укладывают на столик 1. Столик 1 опускается и подложка центрируется в конусе 2, со осном с осью вращения столика. Затем подложку закрепляют на столике вакуумном и начинают вращать, например, почасовой стрелке. В момент прохождения наибольшего бокового среза подложки через ось оптронной пары 4, 5 регистратора 3, она открывается, а затем снова перекрывается. В это время от регистратора поступает электрический импульс оптронная пара открыта. Ему соответствует участок LE (см.фиг.8). В момент открытия оптронной пары величина сигнала от потенциометра - Ui, а в момент перекрытия - Uz (см.фиг.8). После перекрытия огпронной пары столик с подложкой останавливают и вращают в обратную сторону до появления сигнала от

потенциометра, равного Urp --к. При

достижении этого, столик останавливают. Ориентация закончена. Подложка сбазиро- вана.

В случае, когда базовый срез после загрузки сразу откроет оптронную пару (см.фиг.6). то необходимо начать вращение в сторону, противоположную первоначаль- ( .) выбранною направления до перекрытия оптронной пары Затем остановить столик и начать вращение п первоначально выбр1Гн- ногл направлении и далее по циклу описанному вмш1

В предлагаемом способе имеется возможность выбрать базовой точкой ориентации любую точку, например, отстоящую от оптронной пары на угол 90° по ходу вращения, Тогда нет необходимости останавливать подложку после перекрытия оптронной пары и вращать ее в обратную сторону на угол /3/2, а достаточно довернуть ее еще на угол (90°-/3/2) (см. фиг. 4). Это можно осу0 ществить путем добавления к вычисленной величине сигнала Ucp какой-нибудь постоянной величины 1)з. соответствующей, например, повороту подложки на угол (90° - -/3/2), и вращения подложки по ходу после

5 перекрытия оптронной пары до тех пор, пока величина сигнала от потенциометра не станет равной U UCp + Ua. Константу Кз можно сделать регулируемой для выставления базовой точки ориентации.

0 Следует отметить, что используемые полупроводниковые подложки имеют допуск на свой диаметр и на длины базового и остальных боковых срезов. С учетом этих допусков вычисляется гарантированная зона

5 S в середине которой размещается оптронная пара (см.фиг, 1). Исходя из величины этой зоны, определяется диаметр перекрываемого луча оптронной пары и погрешность установки оптронной пары (допуск на

0 размер I). Расчеты показывают, что у подложек 6 60 мм S 0,6 мм;$7б мм S 0,68 мм; г 100мм5 1,26 мм; о125 мм S 1.42 мм;0150 мм S 2,23 мм.

Так как, высокоточные круговые потен5 циометры. известные авторам, типа ПТП-21 и СП5-21А, могут работать только частью окружности, т.е. от 0° до 330°, а для ориентации подложки по данному способу необходимо иметь возможность вращать столик

на угол а; (360° +/), то необходимо соединить столик с потенциометром беззазорной механической передачей, например, гибким шнуром с соответствующим передаточным отношением и после сьема каждой сориентированной подложки возвращать потенциометр в исходное положение.

Исходное положение выбирается так, чтобы обратного хода столика хватило, как минимум, на угол наибольшего бокового среза р (см.фиг.4) и прямого - как минимум на 360°.

При выносе точки базирования вперед по направлению вращения угол необходимого прямого хода столика соответственно

5

увеличивается.

Устройство, реализующее предлагаемый способ ориентации подложек, позволяет уменьшить время ориентации, так как исчезает необходимость совершать дополнительный оборот, а также упрощает процесс обработки полученной информации и следовательно упрощает устройство и повышает надежность его работы.

Перечислен, ые выше достоинства предлагаемого способа и устройства ориентации полупроводниковых подложек позволяют применять их в широкой гамме технологического оборудования и получить при этом экономический эффект.

Формула изобретения 1. Способ ориентации полупроводниковых подложек по базовому срезу, включающий центрирование и круговое вращение подложки, поиск базового среза посредством регистратора базового среза, нахожде- ние середины базового среза и базирование подложки, отличающий- с я тем, что, с целью повышения производи- гельности в работе, при круговом вращении подложки посредством датчика углового положения подложки вырабатывают электрический сигнал, уровень которого прямо пропорционален углу поворота подложки, круговые вращения подложки осуществляют и после начала электрического импульса регистратора базового среза до окончания

этого импульса, фиксируют уровни сигнапз датчика углового положения в начале и конце электрического импульса регистратора базового среза и вычисляют полусумму уровней этих сигналов, а базирование подложки осуществляют поворотом подложки в обратную сторону до совпадения уровня сигнала датчика углового положения подложки с вычисленной полусуммой

2. Устройство для ориентации полупроводниковых подложек по базовому срезу, содержащее поворотный столик для вращения подложек с приводом, датчики углового и базового положения поворотного столика, механизм центрирования подложек относи тельно оси вращения столика, регистратор базового среза и блок управления, электрически соединенный с приводом столика, регистратором базового среза и датчиками углового и базового положения поворотного столика, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и упрощения устройства, датчики углового и базового положения столика выполнены в виде прибора, вырабатывающего электрический сигнал, прямо пропорциональный углу поворота столика.

Сущность изобретения: подложку центрируют и начинают вращать, фиксируют уровни сигнала датчика углового положения подложки в начале и конце электрического импульса регистратора базового среза, остановив подложку, вычисляют полусумму уровней этих сигналов и поворачивают подложку в обратную сторону до совпадения уровня сигнала датчика углового положения подложки с вычисленной полусуммой. 8 ил.

/

/

ж „

фиг.1

3 С

/т

м

О

W фиг. 2

л

D

фие.З

five. Ц

фиг. 6

.В &и. 7