12_100229_1_67139

-система термостатирования испарителей, участков газовых каналов, электродов, подложкодержателей и стенок камер, служащая для измерения и регулирования их температуры и состоящая из термостатов, труб, хладо- и теплоагентов, устройств их перекачки, подачи и распределения, измерителей

ирегуляторов температуры;

-система контроля момента окончания процесса травления функционального слоя (времени травления), состоящая из индикаторов на основе эмиссионно-спектрального, лазерного интерферометрического или масс-спектрометрического методов, оптических и электронных устройств, а также специализированных микропроцессоров для обработки полученных сигналов по соответствующему алгоритму.;

-система управления, служащая для управления перечисленными выше системами контроля режимов их работы и исправности входящих в них устройств и состоящая из управляющей ЭВМ с программным обеспечением с клавиатурой ввода команд и дисплея.

К конструкционным характеристикам оборудования относятся: форма, материалы, размеры и взаимное расположение функциональных узлов и систем в составе установки, а также отдельных элементов в составе этих узлов и систем.

К основным характеристикам оборудования ВГПТ относятся:

1)рабочее давление (p) и диапазон его возможного изменения (∆p);

2)расход рабочего газа (смеси) (Q) и диапазон его возможного изменения (∆Q);

3)удельная мощность разряда (Руд) и диапазон ее возможного изменения (∆Руд) (в случае разряда постоянного тока характеристиками процесса являются сила тока (Iр) и напряжение разряда (Uр), а в случае радиационно-стимулирующего воздействия из автономного источника – сила тока и энергия пучка);

4)температура подложкодержателя (Тп) и диапазон ее возможного изменения (∆Тп) (температура обрабатываемой пластины Тпл в зависимости от теплового контакта может сильно отличаться от температуры подложкодержателя);

5)индукция магнитного поля (В) и диапазон ее возможного изменения (∆В);

6)напряжение смещения на подложкодержателе (Uсм) и диапазон его возможного изменения (∆Uсм) (в случае использования специального источника смещения);

7)угловая скорость (ω) или скорость перемещения (vпер) подложкодержателя и диапазоны их возможного изменения (∆ω) и (∆vпер) (в случае, если размеры зоны равномерного травления меньше размеров обрабатываемой пластины);

8)углы наклона подложкодержателя относительно потока химически активных частиц (γ) и (или) радиационно-стимулирующего воздействия (α) и диапазоны их возможного изменения (∆γ, ∆α);

141

9)остаточное давление в рабочей камере (pост) и диапазон его возможного изменения (∆рост);

10)частота электрического поля (f) и диапазон ее возможного изменения (∆f);

11)длительность импульса (tи) и период между импульсами (tм.и) для электрического поля или радиационно-стимулирующего воздействия.

Первые четыре характеристики относятся ко всем видам оборудования, а остальные – только к отдельным группам. Оператор или управляющая ЭВМ контролируют значение характеристик с помощью измерительных приборов

иподдерживают их в требуемых технологических допусках с помощью прецизионных регуляторов.

К эксплуатационным параметрам оборудования относятся быстродействие, цикловая производительность, среднее время наработки на отказ.

142

Тема № 13

Сборочное оборудование

Наиболее распространенными промышленными способами разделения пластин на кристаллы являются скрайбирование пластин с последующей ломкой их, а также резка диском с наружной режущей кромкой.

13.1 Установки для разделения пластин

Пластина крепится вакуумом на предметном столике 4, соединенном с приводом шаговых перемещений. Настройка шага скрайбирования и ориентация пластины проводятся с помощью проектора 1. Проектор совместно с кожухом 2 закреплен на стойках, вмонтированных в основание 6. На

143

Кроме механического скрайбирования алмазным резцом используется также скрайбирование полупроводниковых пластин лучом лазера. Этот метод позволяет уменьшить число микротрещин и сколов на рабочей поверхности, может использоваться для скрайбирования пластин с любыми покрытиями, обеспечивает не только надрезание пластин на различную глубину, но и их сквозное разделение.

В современных установках лазерного скрайбирования используются твердотельные лазеры на алюмоиттриевом гранате.

Основные параметры установки лазерного скрайбирования приведены в табл. 13.1.

К недостаткам лазерного скрайбирования относится сложность и высокая стоимость оборудования, 'необходимость защиты рабочей поверхности от микрочастиц, разлетающихся из зоны расплава при лазерном воздействии.

Для разделения скрайбированных пластин на кристаллы используются механические устройства с валиком, гибкой.лентой или сферической опорой.

Таблица 13.1 - Основные параметры установки лазерного скрайбирования

144

пленке 24 и устанавливают на вакуумном столике. При этом металлическое кольцо притягивается к постоянным магнитам 26, встроенным в основание столика, и пленка облегает конус столика. В результате алмазный круг при надрезании пластин не касается пленки и кольца.

После установки глубины реза и величины шага в автоматическом режиме производится резка пластины в одном направлении. Затем стол с пластиной поворачивают на 90°, ориентируют пластину по визирной линии и производят резку в перпендикулярном направлении.

Узел крепления алмазного круга и подачи СОЖ в зону резания показан на рис. 13.3,а. Через окно 5 в корпус 3 подается де-ионизованная вода. Она захватывается периферийной поверхностью оправки 2 с кругом 1 и разгоняется по подводному каналу 4. Поток воды постепенно обжимается

утолщением, прижимной фланец 5 и гайка 6. Наружные диаметры опорного фланца и мембраны предварительно обрабатываются совместно в собранном состоянии.

Поэтому при завинчивании гайки 6 они точно совпадают, обеспечивая жесткое закрепление круга 1. Эластичная прокладка 3 позволяет уменьшить передачу вибраций от шпинделя к отрезному кругу.

Применяемые в промышленности круги на основе синтетических алмазов изготавливаются методом порошковой металлургии с использованием прокатки. Их толщина составляет 36... 180 мкм, высота режущего лезвия 0,4 ...3 мм, стойкость—14-103 операций. Круги,

146

армированные бронзовой сеткой имеют среднюю стойкость 22-103 операций на пластинах кремния диаметром 100 мм и толщиной до 0,5 мм.

Таблица 13.2 - Технические данные ряда установок резки алмазными кругами

В современных установках резки алмазными кругами используются системы управления на базе микропроцессоров. Например, использование в установке ЭМ-225 микропроцессора К580ИК80 и микросхем серии К.589 позволяет гибко управлять приводами, программировать режимы резания, рассчитывать оптимальные варианты обхода контура круглых пластин различных диаметров, уменьшая холостые пробеги круга. Микропроцессор установки УРП-150 М, кроме того, обеспечивает автоматический вывод круга на рабочий режим, корректировку глубины резания по мере радиального износа алмазного круга.

Технические данные ряда установок резки алмазными кругами приведены в табл. 13.2.

13.2. Установки для монтажа кристаллов

Монтаж кристаллов и присоединение выводов к контактным площадкам сформированной на кристалле интегральной схемы является одной из заключительных операций их производства. Конечная цель этой операции — создание перемычек между контактными площадками кристалла и соответствующими выводами корпуса.

При этом на контактных площадках кристалла формируются выступающие над его поверхностью шариковые выводы, либо балочные, несколько выступающие за пределы его боковых граней. Кристалл монтируется на выводы основания в перевернутом виде при этом одновременно кристалл закрепляется и создаются перемычки между контактными площадками кристалла и основания.

Для соединения контактных площадок кристалла и основания наиболее часто используют термокомпрессионную либо ультразвуковую микросварку. При термокомпрессионной микросварке в зоне соединения создается давление 100 . . . 200 МПа и температура 573 ... 673 К (300 ... 400 °С). При ультразвуковой сварке в зону соединения подводятся сдвиговые ультразвуковые колебания с амплитудой 0,5 ... 2 мкм и частотой 20 ... ... 60 кГц и поверхности сжимаются с удельным давлением 20 ... 120 МПа. Выделяющееся на границе стыка в результате сдвиговых колебаний тепло, разрушение окисных пленок и взаимное сжатие способствуют образованию на начальном этапе взаимодействия качественного соединения.

С наибольшими трудностями при монтаже перевернутых кристаллов сталкиваются при совмещении их контактных выступов с контактными площадками основания. Особенно это актуально для шариковых выводов, совершенно не выходящих за контуры кристалла.

Универсальной установкой для присоединения перевернутых кристаллов к внешним выводам методом ультразвуковой или термокомпрессионной сварки является установка ЭМ-431. Контроль за процессом соединения производится в микроскоп через оптическую систему с полупрозрачным зеркалом (рис. 2.4).

Инструмент 1 с вакуумной присоской на торце захватывает предварительно ориентированный кристалл 2 из подающей кассеты.

Оператор, наблюдая в микроскоп 6, вручную совмещает изображение контактных площадок основания 4 и шариковых выводов кристалла, перемещая рабочий столик 5 в двух взаимно перпендикулярных направлениях и по углу. После совмещения зеркало 3 убирается, инструмент опускается и кристалл монтируется на основание. Имеется возможность подогрева рабочего столика и инструмента, работает установка в полуавтоматическом цикле.

148

Применяется оборудование такого типа при монтаже отдельных кристаллов со сравнительно небольшим числом выводов при сборке гибридных ИС. Оборудование весьма производительно, а процесс монтажа отличается малой трудоемкостью.

Второй технологический процесс — монтаж кристаллов на ленточных носителях — также реализует групповой метод сборки. В нем, чтобы повысить точность совмещения, применяют ленточный носитель выводов толщиной 40 ... 60 мкм, позволяющий производить его непосредственное совмещение и соединение с контактными выводами кристалла. В качестве носителя используется алюминиевая, реже медная, фольга со сформированной на ней выводной рамкой, или фольга на прозрачной органической пленке, что повышает жесткость носителя и позволяет формировать на нем развитые выводные рамки. Полуфабрикатом для формирования таких ленточных носителей служит фольга с подслоем органической пленки, в нужных местах участки фольги либо участки пленки удаляют, последовательно проводя ряд фотолитографических операций и операций травления.

Для сборки ИС широкого применения выпущен комплект оборудования, реализующего метод монтажа кристаллов на ленточных носителях. На установке ЭМ434 производится групповое присоединение контактных

Рисунок 13.5 - Кинематическая схема установки ЭМ-438А площадок кристалла к кадру ленточного носителя методом ультразвуковой сварки. Носитель поставляется

в рулонах и при присоединении сматывается с катушки. Затем кристалл защищают компаундом, отделяют и на установке ЭМ-435 наружные выводы ленточного носителя, оставшиеся на кристалле, приваривают групповым методом к выводной контактной рамке. Производительность этого комплекта оборудования составляет 400 ... 500 ИС в час.

149

на выводную рамку и последовательный монтаж соединений между контактными площадками кристалла и контактными площадками выводов корпуса или рамки. Несмотря на меньшую по сравнению с групповым методом производительность, этот метод обеспечивает лучшее качество соединения благодаря стабильности давления в каждой зоне сварки, меньшему термическому и механическому воздействию на кристалл, возможности индивидуального контроля качества сварки каждой перемычки. Типовой комплект оборудования для реализации метода сборки индивидуальной сваркой выводов включает установки для монтажа кристалла в корпус ИС или на выводную рамку, для микросварки' выводов и установки герметизации БИС и ИС. При этом дискретные корпуса

Для монтажа кристалла в корпусе или на выводной рамке используются установки ЭМ-438А, ОЗПВ-1 и ЭМ-4085. Корпуса или выводные рамки могут подаваться из кассет либо из бобин, для чего установки комплектуются сменными устройствами по-. дачи и транспортирования корпусов. Кристалл присоединяется клеем ВК 32-200 или с помощью эвтектической пайки,

установки изображена на рис. 13.5. Рабочий столик 16 оснащен устройством подогрева и системой подачи дискретных корпусов или отрезков лент с

кассеты с кристаллом. Инструмент опускается, включается вакуумная присоска, захватывает кристалл, затем инструмент перемещается в рабочую зону над столиком 16. Здесь кристалл опускается в корпус или на выводную рамку, установленные на столике и предварительно разогретые до температуры 523 ... ... 723 К (250 ... 450°С). Подачей тока в спираль 20 инструмент 21 также нагревается до 393 ... 573 К (120 ... 300°С), включается ультразвуковой генератор и производится процесс пайки.

150