Реферат: Оборудование для ориентации полупроводниковых пластин

Вал червячного колеса с конца, противоположного лимбу, имеет цангу, которая с гайкой 2 образует цанговый зажим, приводимый в действие ручкой 3. Цанговый зажим предназначен для жесткого соединения вала детали, имеющей безировочную плоскость, с угломерной головкой. Для подсветки шкалы и лимба имеются две электрические лампочки 9. Шкала предназначена для отсчета углов отклонения кристаллографических плоскостей, не превышающих двух градусов, а лимб – свыше двух градусов. Крепится угломерная головка к подвижной плите кронштейном 1.

Оптическая система установки (рис. 6) состоит из источника света, конденсатора, зеркал, объектива, диаграммы и экрана. Луч света в оптической системе проходит от источника света 1 (лампа накаливания СЦ-68 8 В, 30 Вт) через конденсор 2 (представляющего собой систему

двух линз), сменную диафрагму 3 (величина которой сту­пенчато регулируется) на зеркало 4. Отразившись от зеркала 4, луч света проходит через объектив 5 (типа «Юпитер 11» с фокусным расстоянием 135 мм), а затем, последовательно отразившись от зеркал 6 и 7 и образца 8 попадает на матовый экран 9. Изображение световой фигуры, ко­торое образуется на матовомэкране,рассматриваютчерез смотро­вое окно с помощью зеркала 11.Зеркала6 и 10 укреплены на по­движной плите.

На рис. 6 показаноположение зеркал6 и 10, когда подвижная плита находится в крайнемпереднем положении. При таком поло­жении подвижной плитыпользуются зеркалом 6; расстояние от образца до экранапо ходу луча равно114,5 мм.Одно деление шка­лы экранав этом случаесоответствует отклонению кристаллогра­фической плоскости на 15´. При крайнем заднем положении под­вижной плиты место зеркала 6 занимает образец, а место образ­ца— зеркало 10. Расстояние от образца до экрана по ходу луча при этом равно572 мм, а одно деление шкалы экранасоответству­ет отклонению кристаллографической плоскости на 3´. То есть цена деления экрана для германиевых образцов (подвижная плита на­ходится в крайнем переднем положении) равна 15´, а цена деления шкалы экрана для кремниевых образцов (подвижная плита нахо­дится в крайнем заднем положении) равна 3´.

Элементы оптической системы установки можно регулировать. Лампа накаливания, являющаяся источником луча света, установленана подвижной кареткеи может передвигаться по направляю­щим,занимаяинициальноеположение относительно конденсора. Крометого, изменяяположение лампы, можно регулировать направленностьсветовоголуча. Положение конденсора относительно лампы и диафрагмытакже можно регулировать. Нижнее зеркало 4 и верхнее зеркало 7 можно поворачивать вокруг осей, устанавливая требуемое положение соответствующими ручками и фиксируя это цанговыми зажимами. Фотообъектив закреплен в специальной подставке. Устанавливают диафрагму объектива и фокусируют его, вращая ручки, которые зубчатыми парами поворачивают соответствующие детали объектива.

Экран 9 состоит из жесткой рамки, поворачивающейся на оси, матового стеклаи органического стекла, на которое нанесена шкала. Для созданияхорошей видимости шкала подсвечивается двумя электрическимилампочками. Экран закреплен на оси в подвижной каретке; ручкой каретку, а, следовательно, и экран можно перемещать по шариковым опорам в направлениихода светового луча. Перемещается экран механизмом подъема, в котором имеется самотормозящая червячная пара,сохраняющаяустановленное положениеэкрана. Фокусируют экранприповороте, вращаяручку, воздействующую на цанговый зажим.

Зеркало 11 может быть установлено в удобное для наблюдения положениевращениемручки и зафиксированоцанговымзажимом. В электрический блок, расположенный в передней стенке корпуса установки, входят понижающийтрансформатор, лампыи потенциометрыдля регулированияподаваемого напряжения,а также тумблер,сигнальная лампаи плата,к которой подводится питание от сети.

Приналадкеустановки необходимо привести световой луч в центр шкалыэкрана,т. е. в перекрестие вертикальной и горизонтальной осей шкалы экрана.Включив тумблером установку, начинают наладкус вывода светового луча на вертикальную ось шкалы экрана, устанавливаясоответствующую диафрагму, фокусируя луч на плоскость диафрагмы,направляя луч лампы по центру конденсора и перемещая лампу накаливания. Закончив вывод светового лучана вертикальную ось шкалы экрана, выполняют регулировки, связанные с выводом луча на горизонтальную ось шкалы экрана. Для чего регулируют положение отражающих поверхностей оптической системы с последующим их фиксированием. При этом наблюдают за положением светового пятна на экране установки.

При крайнем заднем положении подвижной плиты на базировочную плоскость кладут лист тонкой бумаги так, чтобы нанесенный на неё карандашом отрезок прямой совпадал с риской на базировочной поверхности. Поворотом зеркала наблюдения выводят световое пятно симметричносовмещенных риски и отрезка прямой с ручкой 21 (см. рис. 4), закрепляют положение зеркала отражения. При крайнемпереднем положении подвижной плиты производят наладкуверхнегозеркала ручкой 15так, чтобы совместить световое пятно с горизонтальной осью экрана. Выполнив совмещение, за­крепляют положение зеркала.

При наладке пользуются входящим в комплект установкиэта­лоном (далее см. рис. 4), который должен иметь зеркальную поверхность и устанав­ливаться в пазкристаллодержателя. Базировочную поверхность детали устанавливаютпо эталону в горизонтальномположении, её вал цанговым зажимом соединяют с угломерной головкой. Экран ручкой 14устанавливаютперпендикулярно ходу луча(перпендику­лярно направлениюперемещения экрана по пазув корпусе)и фик­сируют в этом положении зажимом, управляемым ручкой 17. Руч­кой 21регулируют освещение шкалы экрана.

Яркость светового луча регулируют, вращая ручку 9 , фоку­сируя диафрагму объектива, а ручкой 11 изменяют диа­фрагму от 2 до 0,2 мм. На этом наладкуустановки заканчивают.

Приориентированиимонокристалловгерманииподвижную пли­ту ставят в крайнее переднее положение, а приориентировании мо­нокристаллов кремния — в крайнее заднее положение.

Слитки германия и кремния устанавливают в специальные смен­ные зажимные устройства, которые закрепляют в пазу кристаллодержателя. В одно зажимное устройство вставляют слиток полу­проводникаи легко его прижимают. Световую фигуру на верти­кальную ось шкалыэкранавыводят поворотом легко прижатого рукой слиткавокругоси.Затем слитококончательнозакрепляют, прижимаяк базировочной плоскости. Световую фигуру в перекрес­тие осей шкалы экрана выводят, вращая ручки угломерной головки. Указатель, закрепленный на ручке, показывает на шкале (лимбе) отклонение кристаллографической плоскости слитка от его геомет­рической плоскости. Определив отклонение, зажимное устройство освобождают от связей с угломерной головкой, слиток вынимают из паза кристаллодержателя и приклеивают к столику зажимного устройства.

При ориентировании слитков германия и кремния без приклей­ки наносят риски на торец слитка. Процесс ориентирования не от­личается от описанного, но только нет необходимости пользоваться смен­ными зажимными устройствами. Окончательнойоперациейпроцесса ориентирования является нанесениекарандашомчерез паз базировочной детали на торце слитка стрелки, указывающей, в ка­ком направлении надо повернуть слиток при ориентированной резке, чтобы получить искомое положение кристаллографической плоскости. Угол отклонения кристаллографической плоскости отсчитывают по шкале во время ориентирования.

Рентгеновский метод . В технологии производства полупроводниковых при­боров рентгеновские методы применяются в первую оче­редь для ориентировки монокристаллов — германия, кремния, арсенида галлия, сапфира и др., а также для анализа дефектов указанных материалов и полупровод­никовых структур. В меньшей степени используется фа­зовый анализ металлов и сплавов, флуоресцентная спектрометрия, просвечивание материалов и полупро­водниковых структур или приборов, а также методы рентгеновского микроанализа. Характеристика основных рентгеновских методов приведена в табл. 2

Принцип метода основан на отражении монохроматических рентгеновских лучей от системы кристаллографических плоскостей {h, k, l}, в результате рассеяния электромагнитных волн атомами кристаллической решетки. Отражение происходит при углах θ, удовлетворяющих условию Вульфа-Брегга

2dh,k,lsinθ = nλ ,

где dh,k,l – межплоскостное расстояние; λ – длина волны, n – порядок отражения.

Зная dh,k,lрассчитывают значение угла θ для соответствующей системы плоскостей. При этом учитывают, что вследствие особенностей структуры типа алмаза для некоторых плоскостей отражение низких порядков (n = 1, 2 и т.д.) могут гаситься. Значение углов θ для ряда материалов, наиболее широко применяющихся при разработках и производстве приборов, приведены в таблице 3 (обычно используют излучение меди – линия CuKα, где λ = 1,539 ангстрем).

Для ориентации рентгеновским способом используют установки УРС-50И, УРС-60, УРС-70К1. Универсальная установка УРС-50И с приставкой ЖК 78.04 предназначена для определения ориентации в кристалло­графической плоскости (111).Максимальный угол отклонения кристаллографической плоскости (111)от торца слитка Si, который можно определить на данной установке, составляет 14°, а для слит­ков Ge — 13°. Точность ориентации на данной установке ± 15´, время ориентации 10—15 мин.

На рис. 7 представлена схема рентгеновского метода ориентации. При ориентации слитка кремния для нахождения, например, кристаллографической плоскости (111) рентгеновскую трубку располагают под углом 17˚56΄ к плоскости торца слитка. Если торец слитка совпадает с заданной кристаллографической плоскостью (111), то счетчик Гейгера, расположенный под углом 2θ к падающему рентгеновскому пучку в плоскости падения, зафиксирует максимум отраженных лучей. Если торец слитка не совпадает с кристаллографической плоскостью, то для получения максимальной интенсивности отраженных лучей слиток поворачивают вокруг вертикальной оси по отношению к плоскости рисунка на определенный угол α, одновременно вращая его относительно оси, нормальной к плоскости торца. Угол отклонения α плоскости торца слитка от кристаллографической плоскости (111) определяют по шкале гониометра установки и записывают в паспорт слитка. На торце слитка проводят стрелку, направление которой указывает, в какую сторону от торца слитка отклонена кристаллографическая плоскость (111).

Общий вид рентгеновской установки для ориентирования монокристаллов с приставкой показан на рис. 8 (см. приложение 1). Аппарат состоит из стола 2, гониометрического устройства 5 (ГУР-3, а для модификации УРС-50ИМ – ГУР-4), рентгеновской трубки – источника рентгеновских лучей 7, счетчика квантов 4, распределительного блока 1, блока усиления импульсов 3, защитного экрана 6. Установка подключается к сети через входной стабилизатор типа СН-1. Анод рентгеновской трубки защищен массивным металлическим кожухом и охлаждается водой. Все части установки, кроме измерительного шкафа 1, который выполнен отдельно, расположены на столе 2. Внутри стола размещены пускорегулирующая аппаратура и высоковольтное генераторное устройство, питающее рентгеновскую трубку. Измерительный шкаф включает стабилизатор напряжения СН-1, блок РЕ-1 (интегрирующую схему), схему питания счетчика квантов и самопишущий потенциометр ЭПП-09. Для обеспечения высокой стабильности излучения рентгеновской трубки в аппарате, кроме стабилизатора напряжения, предусмотрен стабилизатор анодного тока. Регулировка напряжения на трубке ступенчатая (см. рис. 9. на приложении 2).

Блок схема рентгеновского аппарата УРС-50И приведена на рис. 9 (см. приложение 2).

Установка соединена с сетью через входной стабилизатор напряжения СН-1 высокой точности. Генераторное устройство предназначено для питания рентгеновской трубки высоковольтным напряжением. Блок ПС-64М-1 преобразует импульсы для нормальной работы электромеханического счетчика.

При работе аппарата рентгеновские лучи, выходящие из окна рентгеновской трубки, попадают на исследуемый образец, находящийся вместе со счетчиком рентгеновских квантов МСТР-4 (РМ-4) на гониометрическом устройстве ГУР-3. Лучи, отраженные под некоторым углом от образца, попадают на счетчик рентгеновских квантов, представляющий собой газовый конденсатор в стеклянной оболочке с тонким слюдяным оконцем в торце, наполненный смесью аргона и метилаля.

Счетчик представляет собой цилиндрический газовый конденсатор, состоящий из металлической тонкостенной трубки, вдоль оси которой протянута металлическая нить. Между центральной нитью и обкладкой счетчика прикладывается напряжение 1300-1500 В от высоковольтного выпрямителя (ВВ) блока РЕ-1, и достаточно появления в счетчике в результате ионизационного действия рентгеновских лучей одной пары ионов (электрона и положительного иона), чтобы счетчик сработал, т.е. чтобы через него прошел единичный импульс тока длительностью 200мс. Количество импульсов тока, возникающих в счетчике в единицу времени, пропорционально интенсивности отраженного рентгеновского пучка.

Монокристаллические слитки кремния и германия ориентируются с помощью специальной приставки (см. рис. 10 на приложении), состоящей из блока вращения и электрического блока управления. Блок вращения устанавливается на гониометре. С его помощью слиток прижимается к базовой поверхности и вращается в ручную или от электродвигателя относительно горизонтальной оси. Гониометрическое устройство позволяет вращать счетчик или образец независимо друг от друга или вместе. Вращение можно осуществлять с разной скоростью. Гониометрическое устройство дает возможность производить точный отсчет углов относительно первичного пучка лучей, производящих ионизацию в счетчике квантов.

Возбуждаемые в счетчике квантов импульсы тока, проходя через резисторы, преобразуются в импульсы напряжения, которые затем усиливаются в блоке РЖ (усилителя импульсов) и передаются по кабелю на вход мультивибратора блока ПС-64М-1. В первом каскаде этого блока различные по длительности, форме и амплитуде импульсы формируются в очень короткие (порядка 50 мс) прямоугольные импульсы напряжения одинаковой амплитуды. После этого каждый импульс идет по двум путям: к пересчетному устройству и к измерителю скорости счета.

Пересчетное устройство состоит их шести каскадов, каждый из которых пропускает один импульс из двух, поступающих на его вход. Импульс от соответствующего пересчетного каскада, подключенного к застопоренному выходному мультивибратору, запускает данный мультивибратор, назначением которого является формирование импульсов напряжения длительностью порядка 5 мс. На выходе пересчетного устройства, изменяя количество подключенных каскадов мультивибраторов, можно получить один импульс от 2, 4, 8, 16, 32 или 64 импульсов, подающихся на вход. Эти импульсы запускают усилитель тока, на выходе которого получаются импульсы тока 30 мА длительностью 5 мс, воздействующие на электромеханический счетчик. Уменьшение количества импульсов в пересчетном устройстве необходимо вследствие того, что счетчик квантов может считать примерно до 5000 квантов в секунду, а электромеханический счетчик до 100 импульсов в секунду.