Технологическое оборудование для микроэлектроники

В. С. Камлюк
Д. В. Камлюк

Технологическое 

оборудование 

для микроэлекТроники

Допущено Министерством образования Республики Беларусь

в качестве учебного пособия для учащихся учреждений 
образования, реализующих образовательные программы

профессионально-технического образования по специальности 
«Наладка технологического оборудования радиоэлектронного 

производства» и среднего специального образования 

по специальностям «Автоматизация технологических 

процессов и производств», «Микроэлектроника»

Минск
РИПО

2014

УДК  621.3.049.77(075)
ББК  32.844.1я7

К18

Р еценз енты:

цикловая комиссия специальных дисциплин специальностей 
«Автоматизация технологических процессов и производств», 

«Микроэлектроника» УО «Минский государственный ордена Трудового 

Красного Знамени политехнический колледж» (Т. Ф. Деревянко);

профессор кафедры радиоэлектроники УО «Минский государственный 

высший радиотехнический колледж», доктор технических наук, 

профессор Ф. Д. Троян.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или 

любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства об
разования Республики Беларусь.

Камлюк, В. С.

К18
Технологическое оборудование для микроэлектроники : 

учеб. пособие / В. С. Камлюк, Д. В. Камлюк. – Минск : 
РИПО, 2014. – 391 с. : ил.

ISBN 978-985-503-369-2.

Представлено оборудование полупроводникового производства, в 

том числе и появившееся новое. Описаны принципы действия, устройство оборудования и его отдельных узлов. Исходя из назначения, 
приведены основные характеристики и требования к оборудованию. 
Рассмотрены вопросы наладки, регулировки и ремонта технологического оборудования.

Для учащихся учреждений профессионально-технического и сред
него специального образования.

УДК 621.3.049.77(075)
ББК 32.844.1я7

ISBN 978-985-503-369-2                   © Камлюк В. С., Камлюк Д. В., 2014

© Оформление. Республиканский институт

профессионального образования, 2014

Предисловие 

Данное учебное пособие сформировалось в результате опыта, 

накопленного в последние годы при чтении курса лекций по оборудованию полупроводникового производства в Минском государственном колледже электроники, а также длительной работы 
в научно-производственном объединении «Интеграл». Именно 
новизна поколения оборудования с применением современных 
систем управления, мехатронных и кластерных систем, робототехники, передовых технологий в микроэлектронике определили 
построение материала.

Основной акцент в учебном пособии сделан на необходи
мости стимулировать познавательную деятельность учащихся в 
новых условиях, когда имеются электронные конспекты, лекции 
записываются с помощью , . Кроме того, система, . Кроме того, система, . Кроме того, система. Кроме того, система. Кроме того, система
тизированы и обобщены материалы по технологическому оборудованию микроэлектроники. 

При анализе различных видов оборудования, применяемых в 

производстве интегральных микросхем (ИМС), можно выделить 
основные подсистемы, которые определяют особенности выполнения операций, и вспомогательные, которые являются общими 
для различных видов оборудования.

Поэтому вначале рассматриваются вспомогательные подси
стемы, а также общие вопросы по организации и технологии 
ремонта для различных видов оборудования, затем устройство, 
принцип действия, порядок работы и наладки. 

УсловНЫе оБоЗНАЧеНиЯ

АЦП
–
аналого-цифровой преобразователь

БИС
–
большие интегральные схемы

БОИ
–
блок отображения информации

ВЧ
–
высокая частота

ГМДС
ГПС               

–
–

гексаметилдисилоксан
гибкие производственные системы

ДТЛ
–
диодно-транзисторная логика

ЗРУ
–
загрузочное-разгрузочное устройство

И2Л
–
интегральная инжекционная логика

ИМС
–
интегральная микросхема

ИС
–
интегральная схема

ИП
–
исходное положение

КМОП
–
комплементарная  МОП-технология

КИА
– контрольно-измерительная аппаратура

ЛШД
–
линейный шаговый двигатель

МДП
–
металл–диэлектрик–полупроводник

МОП
–   металл–оксид–полупроводник

МПСУ
–
микропроцессорные системы управления

МПУ
ОЗУ

–
–

микропроцессорное управление
оперативно-запоминающее устройство

ОМУ
–
оптико-механическое устройство

ПГС
–
парогазовая смесь

ПФО
–
промежуточный фотографический оригинал

САИ
–
система анализа изображения

СБИС
СВЧ

–
–

сверхбольшие интегральные схемы
сверхвысокая частота

СОЖ
–
смазочно-охлаждающая жидкость

СТО
ТЗС
ТКС
ТО         

–
–
–
–

специальное технологическое оборудование
термозвуковая сварка
термокомпрессионная сварка
технологическое оборудование

Условные обозначения

ТТП
–
типовой технологический процесс

ТТЛ
–
транзисторно-транзисторная логика

ТТЛШ
–
транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки

ТЭОС
УЗС
ФОГФ

–
–
–

тетраэтоксисилан
ультразвуковая сварка
физическое осаждение из газовой фазы

ФСС
–
фосфоросиликатное стекло

ХОГФ
–
химическое осаждение из газовой фазы

ЦАП
–
цифроаналоговый преобразователь

ЭСЛ
–
эмиттерно-связанная логика

введеНие

Закон прогресса требует постоянного увеличения пропуск
ной способности информационных потоков. Современные технологии позволяют переложить часть ноши на микроэлектронику, 
на электронные средства информации – Интернет.

Земная цивилизация включилась в большую игру, так как 

увеличение интеграции обратно пропорционально размерам компонентов, а обеспечение минимальных размеров требует создания 
соответствующего оборудования, соответствующих нанотехнологий. Последние годы характеризовались беспрецедентно высокими темпами развития промышленной электроники и микроэлектроники. Первопричиной такого успеха явилась возможность 
последовательного и непрерывного уменьшения  критического 
размера элементов – Ctcal Dms(CD). На протяжении всего времени развития микроэлектроники прогресс CD достигался 
совершенствованием оборудования. Появились новые направления в современной науке и технике – робототехника, мехатроника и Интернет-технологии, которые определяют облик техносферы нового века, а мехатроника позволяет создавать наиболее 
совершенные виды оборудования.

Сбываются предвидения величайшего русского писателя- фан
таста А.Р. Беляева, которые с современными достижениями микроэлектроники и других наук, достижениями техники претворяются в 
жизнь – объемное телевидение, проблемы анабиоза, психотропное 
оружие, операции на хрусталике глаза, близко осуще ствление добычи полезных ископаемых, например гелия-3, на Луне.

Возможности современной науки и техники стимулируют 

научно-техническое развитие микроэлектроники через предъявление новых системных требований.

В свою очередь микроэлектроника предъявляет требования к 

оборудованию:  высокой точности перемещений – прецизионным 
перемещениям; допустимой погрешности формы – 0,01–0,001 мкм; 
шероховатости обрабатываемой поверхности – Ra 0,002–0,01 мкм; 

Введение

дискретности перемещения до 0,005 мкм; исключению тепловых 
деформаций; по переходу от автоматизированного адаптивного 
оборудования к интеллектуальному оборудованию, позволяющему 
внедрять безлюдные технологии и снижать дефектность.

В микроэлектронике особое место занимает фотолитогра
фия. Современные технологические процессы и оборудование 
позволяют получить в интегральных схемах в глубоком ультрафиолете элементы, в десятки раз меньше длины волны излучения 
используемого для этих целей эксимерного лазера. Используемые 
приемы: коррекция оптической близости, введение искусственного фазового сдвига, иммерсия, двойное экспонирование, двойное паттернирование – обеспечивают возможность преодоления 
дифракционного предела по Рэлею–Аббе.

Повышение степени интеграции, использование трехмер
ных структур повышают роль осаждаемых тонких слоев. При 
формировании тонких слоев большую роль играет процесс химического осаждения из газовой фазы с плазменной активацией. Установление энергетической когерентности ионов, снижение средней энергии частиц позволяет исключить радиационные 
дефекты, которые в одномикронной технологии уже не могут 
игнорироваться. Обеспечение энергетической чистоты процессов сводится к уменьшению или исключению воздействия высокоэнергетических электронов тлеющего разряда на поверхность 
растущей пленки. Для этой цели перспективно использование 
высокочастотной (ВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ) плазмы и 
метода электронно-циклотронного резонанса (ЭЦР).

Привносимая дефектность диэлектрических пленок опреде
ляется  во многом чистотой процесса – классом чистоты производственного помещения, чистотой газообразной среды, конструкцией загрузочной-разгрузочной системы. Влияния перечисленных выше факторов можно избежать при использовании 
кластерных систем. 

Главным преимуществом кластерных систем перед специ
альным технологическим оборудованием (СТО) традиционной 
конструкции является возможность реализации одного или нескольких функционально за вершенных блоков технологических 
операций в едином цикле. Так как вспомогательные операции 

Введение

с подложками (загрузка-выгрузка, транспортирование) проходят в едином замкнутом объеме, преимущественно в вакууме, 
сущест венно облегчаются проблемы, связанные с обеспечением высокой чистоты подложек от твердых частиц и хими ческих 
примесей.

Особенно очевидно преимущество кластерных систем в тех 

блоках технологических операций, где предъявля ются жесткие 
требования к межоперационным срокам хранения подложек, 
привносимой дефектности и необхо димо уменьшить воздействие 
атмосферы на границу раз дела. 

В последнее время происходит постепенное вытеснение ме
ханических узлов сначала электронными, а затем и компьютерными блоками. Применение микропроцессоров позволяет практически полностью автоматизировать современное производство 
микроэлектроники.

Дальнейшее совершенствование оборудования будет происхо
дить на фоне развития микроэлектроники, основанной на принципиально иных  подходах – реализации определенной функции 
аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, используя различные физические эффекты в твердом теле.

ГлАвА 1. ТехНолоГиЧеский Процесс
иЗГоТовлеНиЯ иНТеГрАльНЫх микросхем

1.1. ТехНолоГиЧескАЯ схемА ПроиЗводсТвА имс

Производство ИМС можно представить в виде следующей схе
мы (рис. 1.1).

Контроль отклонений 
кристаллографической плоскости

Резка

Шлифовка
Полировка
Отмывка

Контроль пластины

Эпитаксия

Химическая отмывка и травление

Плазмохимическая обработка

Литография

Диффузия, вжигание

Ионная имплантация, отжиг
Вакуумное нанесение тонких 
пленок

Контроль

Монтаж кристаллов в корпус 
на рамку выводную

Присоединение выводов 
к контактным площадкам 
кристалла и корпусу

Герметизация

Заключительные операции

Сборка ИС в корпус

Производство структур 
 на пластине

Производство пластин

Рис. 1.1. Схема производства ИМС

В результате производства пластин получаем пластины опреде
ленной толщины с базовым срезом и дополнительным срезом 
типа слитков (рис. 1.2), а в результате производства структур по

Глава 1. Технологический процесс изготовления интегральных микросхем

лучаем пластины с кристаллами 2, 3 (рис. 1.3), разделенными скрайберными дорожками 1.

Марка кремния, например 15 гр. БКДБ10/0,16, расшифровы
вается так: 15 – номер группы; Б – бестигельный; К – кремний; 
Д – дырочный; Б – бор; 10 – номинал удельного сопротивления 
(Ом۰•см); 0,16 – время жизни неравновесных носителей заряда.

1.2. ПроцессЫ НАЧАльНой оБрАБоТки ПлАсТиН

Изготовление ИМС требует выполнения большого числа от
дельных сложных и взаимосвязанных операций формирования 
структуры ИМС. При этом используется несколько основных 
этапов, как правило, одинаковых во всех процессах, независимо 
от типа структурной технологической схемы.

Все этапы технологии изготовления ИМС можно объединить 

в четыре группы примерно в той последовательности, в какой 
они осуществляются в промышленной практике:

1) получение исходных пластин;
2) выращивание пленок различных материалов, из которых 

на пластине создаются слои; 

3) формирование рисунков, обеспечи вающих воспроизведе
ние топологии ИМС на поверхности пластин;

4) сборка и монтаж ИМС.

Рис. 1.2. Пример 

взаимного расположения базового и вспомогательного среза на 
пластинах кремния: 
1 – базовый срез; 2 – 

срез марки слитка

1

2

Рис. 1.3. Пример пластины со 

структурами после производства: 

1 – скрайберная дорожка; 
2 – кристалл, не годный по 
электрическим параметрам; 

3 – кристалл, годный по 

электрическим параметрам; 
4 – маркировочная краска

1

2
3

4