Контроль, параметров, характеризующих геометрию пластин кремния монокристаллического
Диаметр пластин контролируют штангенциркулем, длину базового и дополнительного среза – при помощи металлической линейки.
Ориентацию поверхности и расположения базовой метки (базового среза, лунки) контролируют рентгеновским дифрактометрическим методом (наприме, при помощи дифрактомера рентгеновского УОМ-1 121.00.00.000, Россия).
В производстве пластин для контроля толщины пластины и определения припусков на обработку на операциях, связанных с удалением кремния механическим или химическим путем используется контактный метод измерения с помощью индикатора-микрометра. Данный метод оперативный, не требует дополнительной отмывки пластин перед контролем, хотя и является менее точным по сравнению с емкостным методом.
Контроль геометрических параметров: толщины, клина, прогиба (коробления) пластин после всех операций изготовления пластин проводят бесконтактным методом, который основан на изменении емкости двух конденсаторов, образованных двумя датчиками и соответствующими поверхностями измеряемой пластины. Принцип действия емкостной измерительной системы показан на рис. 2.44.
Рисунок 2.44. Принцип действия емкостной измерительной системы 26
Пара емкостных датчиков (А и В) неподвижно зафиксирована на калиброванном расстоянии Ao друг от друга. Пластина расположена в промежутке между двумя датчиками в плоскости, перпендикулярной к оси датчиков. Изменение емкости обратно пропорционально изменению расстояния между сенсорными поверхностями верхнего и нижнего датчиков и поверхностью пластины, что приводит к изменению тока сигнала от датчиков. По мере сканирования пластины по заданной траектории происходит измерение значений емкостей, которые передаются в блок управления установоки. По измеренным значениям емкости с помощью калибровочной функции определяется значение расстояний от верхнего датчика Мо и от нижнего датчика Mu до пластины..
Толщина (Т) в измеряемой точке пластины математически вычисляется по формуле:
Т = A – (Мо + Mu), (2-4)
Если значения толщины пластины, изменение толщины (клин) являются косвенными измерениями расстояния между емкостными датчиками и самой пластиной, то значения прогиба (коробления) получают путем математического моделирования с использованием полученных значений толщины пластины. После проведения математической обработки на экран установки контроля геометрических параметров выводятся числовые значения геометрических параметров.
Установки контроля геометрических параметров могут работать как в ручном, так и автоматическом режиме, количество емкостных датчиков от 1 до 44 парных датчика. В случае использования одной пары датчиков меняют положение пластины относительно датчиков, при использовании множества датчиков пластина находится в зафиксированном положении.
Для измерения толщины, клина и прогиба используется установка российского производства ЩЦМ3.445.007. Широкое применение нашли установки контроля толщины, клина, прогиба МХ203-6-33, МХ204-8-37 и др. фирмы E+H Metrology GmbH, Германия [72]. Точность измерений толщины для установок МХ203-6-33, МХ204-8-37 ± 0,5-0,6 мкм. Эта же фирма выпускает автоматизированное оборудование для контроля толщины пластины, типа проводимости, удельного сопротивления с одновременной сортировкой пластин по значениям параметров (рис. 2.45), например MX 202-8-RG-4 (с подачей пластин при помощи приводных ремней) или роботизированные системы MX 204-8-21-V-RA-1C или MX 2012-6012-DRAT-15C [68]. Фирма E+H Metrology GmbH первая в мире выпустила установку для контроля толщины, коробления и прогиба пластин диаметром 450 мм - MX 2018 [73]. Кроме того она выпускает оборудование серии МХ 70х для контроля толщины и профиля поверхности пластин после резки [74].
Кроме толщины, клина, прогиба проводят также более точный контроль параметров, характеризующих отклонения от плоскостности пластин. Для этого используют бесконтактные методы контроля: емкостной или оптический.
Широкое применение нашла установка для контроля отклонения от плоскостности UltraGage 9500 фирмы ADE (в настоящее время KLA) 75. Установка является универсальным многоцелевым (многофункциональным) инструментом, который измеряет толщину, форму и плоскостность пластин и идеально характеризует изготовленную пластину. Перед измерением пластина помещается на вакуумный столик небольшой площади, центрируется и ориентируется. Сканирование осуществляется парой противоположно расположенных измерительных датчиков: при измерении внешней зоны пластина вращается между датчиками, при измерении центральной зоны совершает возвратно-поступательное перемещение. Для контроля выбирается базовая плоскость, относительно которой будут производиться измерения.
Концерн «Планар» (Республика Беларусь) выпускает установку контроля отклонений от плоскостности ЭМ-6319, использующую оптический метод контроля [76]. Установка предназначена для измерения интерферометрическим методом отклонений от плоскости рабочей поверхности полированных пластин, которые находятся в выпрямленном состоянии.
Установка MX 2012-6012-DRAT-15C (с роботизированной
подачей пластин и 15 станциями для
кассет)
Установка MX 202-8-RG-4 (с подачей пластин
при помощи приводных ремней)
Рисунок 2.45. Автоматизированные системы контроля геометрических параметров пластин фирмы E+H Metrology GmbH 68