Производство ИС можно разделить на основное и вспомогательное (рис. 1). Основное производство ИС, в свою очередь, подразделяется на три самостоятельные фазы: заготовительную, обрабатывающую и сборочно-контрольную.

Заготовительная фаза - основного производства включает оборудование для механической обработки и обеспечивает выпуск полупроводниковых пластин.

Объектом производства второй фазы является исходная полупроводниковая пластина или пластина с нанесенными на ее поверхность слоями (подложка), на которой создаются совокупности полупроводниковых структур, образующие единые ИС или модули. Производственный процесс на этом этапе включает подготовку поверхности подложки, формирование структур ИС методами диффузии, ионной имплантации, эпитаксии, вакуумного нанесения тонких пленок. Эти операции осуществляются на оборудовании для химико-технологической (подготовка поверхности), физико-термической электронной, ионной и плазменной обработки. Задание конфигурации полупроводниковых структур и их точное взаимное расположение обеспечиваются методами микролитографии на соответствующем оборудовании.

Лроизво дстпво ингпегрйльных схем ОсноВное Вспомогательное

1-я фаза. Производства пластин

Резни слитка на пластины

Шлифовка и полировка Отмывка, контроль, упаковка

2-я шаза. Производство полупроводниковых структур на пластине

Химическая отмывка и травление

Диффузия, вжигоние, отжиг Осаждение зпитаксиальных слоев

Ионная имплантация Вакиимно-плазменное травление Вакуумное нанесение тонких пленок

Микролитогросрия ЗондоВый контроль по пластине

Т

Пластина с моду-лями

J-я фаза. Одарка И С в корпус

Разделение пластин но кристаллы Монтаж кристаллов МикросВарка выводов Герметизация, контроль, испытание ИС Нанесение покрытии, маркировка Упаковка ИС

Подготовка и очистка сред

Производство деионизированной воды, химреактивов, очистка среды в производственных помещениях

Изготовление инструмента

Изготовление фотошадлоноВ сварочного инструмента

Изготовление д с помог amель ны/ узлов и деталей .

Изготовление корпусов, выводов и выводных рамок, кассет

Рис. В.1. Структура производства интегральных микросхем

На третьей фазе используется оборудование для разделения пластин на кристаллы, установки монтажа кристаллов, микросварки выводов и герметизации ИС. Здесь же используется широкий комплекс контрольно-измерительного, испытательного и другого оборудования для заключительных операций.

Вспомогательное производство обеспечивает нормальное функционирование основного (рис. 1).

Производство ИС обладает рядом специфических особенностей:

1. В производстве ИС применяются почти все известные в нау-

ке и практике явления и процессы: механическая обработка с погрешностью до долей и шероховатостью менее 0,05 мкм, различные виды химической и плазмохимической обработки, обработка лучом лазера, коротким ультрафиолетовым и рентгеновским излучением, электронными, ионными и молекулярными пучками уникально высокой чистоты, разнообразные методы контроля с применением рентгенотелевизионной, электронной и лазерной микроскопии, самые совершенные методы исследования поверхности твердых тел: Оже-опектроскопия, дифракция быстрых и медленных электронов и т. п.

2. Полуфабрикаты, технологические процессы и реализующее нх оборудование отличаются уникальными требованиями к своим параметрам. Так, размеры отдельных элементов топологии ИС составляют доли микрометра и соизмеримы с длиной волны видимого света, содержание примеси в исходных материалах часто не должно превышать 10 10%, отклонения температурного поля в реакционных камерах при проведении ряда операций, например диффузии, должно быть не более Ю-2... 10~3 %. Уникальны и требования по поддержанию микроклимата в помещениях, где идет ответственная обработка приборов. Запыленность воздуха в таких помещениях должна быть в 104... 105 раз меньше, чем содержание пыли в обычной среде, в которой обитает человек. Давление при проведении ряда операций должно быть в 1012 раз ниже атмосферного. Погрешность позиционирования пластины при проведении прецизионной литографии должна составлять десятые доли микрометра.

3. Групповой характер обработки, когда на одной пластине обрабатываются сотни ИС, а внутри отдельного кристалла десятки и сотни тысяч элементов, наряду с уникальностью требований к параметрам техпроцесса еще более повышает необходимость стабильной работы оборудования.

4. Автоматизация многих технологических процессов не просто средство повышения эффективности производства и освобождения человека от монотонного ручного труда, но единственно возможное условие их проведения. Так, без автоматического управления нельзя выдержать перечисленные выше высокие требования к параметрам техпроцесса и оборудования. Комплексная автоматизация необходима для удаления человека-оператора из чистых комнат, поскольку он является одним из основных источников пыли и загрязнений.

5. Высокие требования к технологическим процессам и реализующему их оборудованию и постоянное ужесточение этих требований порождают чрезвычайно бурное развитие и появление новых прогрессивных технологий и оборудования (изопланарный процесс, сухая технология, адаптивные микросварочные и другие технологические роботы и др.). Появился целый ряд прогрессивных конструкторских решений отдельных элементов: линейные

шаговые двигатели и координатные столы на их основе, рубиновый инструмент в сборочном оборудовании, магнетронные распылительные системы' и т. п. Сроки морального старения самого прогрессивного оборудования стали значительно меньше сроков физического износа. В таких условиях необходимы новые нетрадиционные принципы разработки, изготовления и комплектации как отдельного оборудования, так и целых производственных систем. Применение гибких производственных систем (ГПС) - единственное средство постоянного поддержания прогрессивности и эффективности производства, когда за 10-15 лет сменяется три поколения оборудования, как, например, при микросварке выводов ИС, осаждении в вакууме пленок и др.

Уровень развития технологии и оборудования определяет развитие микроэлектроники, достигнутую степень интеграции ИС, их стоимость и надежность. Широкое применение элементной базы микроэлектроники, в частности микропроцессорных комплектов, в свою очередь, определяет успехи и процесс других производств, позволяет создавать промышленные роботы, автоматические технологические модули, ГПС и в конечном итоге способствует техническому перевооружению всех отраслей народного хозяйства.

В этих условиях технический персонал, занимающийся разработкой, наладкой и эксплуатацией оборудования для производства ИС, выдвинут на гребень технического прогресса, резко возрастают требования к его квалификации, техническому и научному кругозору. Специалист по оборудованию для производства ИС должен знать физические основы проводимых технологических процессов, наряду со знанием механической части оборудования должен разбираться и уметь применять микропроцессорные системы автоматического управления, обладать начальным запасом знаний и умений, позволяющих ему постоянно повышать свою квалификацию и идти в ногу с техническим прогрессом отрасли.

Цель курса Оборудование для производства интегральных микросхем и промышленные роботы - изучение конструкций современного оборудования, начиная с оборудования для очистки технологических сред и оборудования заготовительного производства и кончая заключительными операциями технологической цепочки производства - сборкой, герметизацией, контролем и испытаниями ИС.

При этом особое внимание уделяется направлениям и этапам развития оборудования, диалектической связи поколений, перспективам развития. Курс содержит основы построения прогрессивных технических средств: промышленных роботов, ГПС, микропроцессорных систем управления. Анализируется взаимодействие систем автоматического управления с исполнительными механизмами, прослеживаются тенденции развития исполнительных механизмов и элементов оборудования. 6

Часть 1 ОБОРУДОВАНИЕ

ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Глава 1 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ СРЕД

1.1. СРЕДСТВА ОЧИСТКИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

При формировании интегральных микросхем (ИС) стремятся к более плотному размещению элементов и сокращению их размеров. При этом особенно важной задачей становится сохранение высокой степени чистоты технологических сред. Загрязнения, попадающие на поверхность пластины, как при проведении технологических операций, так и при межоперационном хранении и транспортировании способны нарушить структуру и физико-химические свойства поверхности. В технологическом процессе изготовления ИС широко применяются воздушные и газовые атмосферы и среды, жидкие среды и вакуум.

Параметры воздушной атмосферы оказывают существенное влияние на процесс изготовления ИС, даже если непосредственного контакта воздуха и полуфабрикатов не происходит. Наиболее важными параметрами являются температура, влажность и запыленность воздуха. Нестабильность температуры окружающей среды может приводить к изменению линейных размеров элементов структуры и нарушению точности оборудования, к изменению скорости протекания различных химических реакций, к изменению электрических параметров готовых приборов при их контроле и т. п. Требования к стабильности температуры окружающей среды определяются проводимой операцией. Так, при изготовлении фотошаблонов и на ответственных операциях литв-графии температуру окружающего воздуха необходимо поддерживать в пределах ± (0,25... 0,5) °С, при травлении двуокиси кремния температура травителя должна быть в пределах ±1°С.

Влага из воздуха, адсорбируясь на поверхности полупроводниковой пластины и проникая в химические реактивы и газы-реагенты, оказывает вредное влияние на большинство технологических процессов. Однако резко уменьшать влажность окружающего воздуха нельзя из-за присутствия обслуживающего персонала. В соответствии с санитарно-гигиеническими нормами относительная влажность должна лежать в пределах 30... 75 %. Для повышения воспроизводимости технологических процессов разброс