Реферат: Оборудование для ориентации полупроводниковых пластин

Московский институтстали и сплавов

( технологическийуниверситет)

кафедра полупроводниковойэлектроники и физики полупроводников

Домашнее задание

Тема: Оборудование дляориентации полупроводниковых пластин.

Выполнил: студент группыК3-01-2 Гашников Г.Э.

        Руководитель: доцент Курносов А.И.

Москва2003 годВведениеПроизводство полупроводниковых приборов используетсамые малые размеры деталей приборов и их высокую точность. Следовательно, длямассового производства полупроводниковых приборов необходимо специальноеоборудование. Если в период становления полупроводникового производства моглобыть использовано оборудование родственных производств (в основномэлектровакуумного), то в настоящее время появилась относительно новая отрасль –полупроводниковое машиностроение.Полупроводниковое машиностроение отличается спецификойконструкций, способствующих поддержанию производственной гигиены, прецизионнойточностью и большим разнообразием (полупроводниковая техника использует рядпроцессов из других областей техники), высоким уровнем механизации иавтоматизации, а также значительным насыщением оборудования электроннымиустройствами. Весь комплекс технологического оборудования, предназначенный дляпроизводства полупроводниковых приборов, можно разделить на десять основныхгрупп: оборудование для входного контроля исходных материалов, обработкиполупроводников, создания электронно-дырочных переходов и полученияневыпрямляющих контактов, изготовление корпусов, сборки приборов, измерения изпараметров, испытания и выполнения заключительных операций, а такжевспомогательное оборудование для получения чистых газов, воды, химическихреактивов и изготовления фотошаблонов. Итак, высокая точность, малые размеры и массовостьпроизводства полупроводниковых приборов привели к механизации и автоматизациинаиболее трудоёмких процессов и созданию высокопроизводительныхполуавтоматических и автоматических установок и агрегатов. 

Используемыематериалы при работе на оборудовании для ориентации полупроводниковых пластин.Область использования и общая характеристика оборудования для ориентацииполупроводниковых пластин.

Основнымиполупроводниковыми материалами, применяемыми для изготовления полупроводниковыхприборов, являются германий и кремний. Эти материалы имеют кристаллическуюструктуру, но для изготовления полупроводниковых приборов используютмонокристаллы германия и кремния, т.е. полупроводники с правильнойкристаллической структурой, превращенные в единый кристалл. Для характеристики внутренней структуры кристал­лов обычно пользуются понятием кристаллическая решетка,которая представляет собой пространственную сетку; в узлах ее располагаютсячастицы (атомы, ионы или молекулы),образующие кристалл. Формы кристал­лических решеток разнообразны Монокристаллыгермания и кремния – вещества анизотропные, т.е. их свойства в различныхнаправлениях неодинаковы и зависят от ориентирования относительнокристаллографических плоскостей, обозначаемых индексами Миллера, например(100), (110), (111). Погрешности при выращивании слитков приводят к тому, что торцы слитков не всегда перпендикулярнык их оси (т. е. заданному кристаллографическому направлению), поэтомуперед резкой на пластины следует вы­полнитьориентацию слитка: выявить расположение ос­новных кристаллографических плоскостей. Кроме того, иногда необходимо проверить ориентацию плоскостей пластин после резки, шлифовки или полировки. Монокристаллы германия и кремния имеюткристаллическую решетку типа ал­маза, которую можно представить, как двевставленные друг в друга кубическиерешетки, имеющие в узлах иден­тичные атомы. Арсенид галлия имеет решеткуцинковой обманки, которая отличается отрешетки алмаза тем, что в ее узлах атомы мышьякачередуются с атомами галлия. Таким образом, решетки этих полупроводниковых мате­риалов относятся к кубической кристаллическойсистеме. Монокристаллическиевещества обладают анизотро­пиейсвойств, т. е. зависимостью физических свойств (модуля упругости, коэффициента теплопроводности, показателя преломления и др.)   от направления,   вдоль которогоих измеряют. Присущая кристаллам анизотро­пия требует измерения физико-механических   свойств   в определенных  кристаллографических  плоскостях   и   на­правлениях.В соответствии  с индексами   Миллера   обозначения плоскостей записывают в круглых скобках. Три главные плоскости в кубическом />кристалле будут иметь обозначе­ния (100),(110) и (111) (рис. 1 —заштрихованные плос­кости).Вследствие симметричности   в   кубическом   кри­сталле  имеются   семейства  эквивалентных    плоскостей, которые обозначают индексами, заключенными в фигур­ные скобки.  Например, три   грани   куба  (001), (010) и (100) можнообозначить {100}. Направления в кристалле обозначают    индексами,   заключенными   в    квадратные скобки, например [111]. Совокупность эквивалентныхна­/>правлений  обозначают  ломаными  скобками,   например <110>, <111>и т. д. (на рис. 1 не показаны). Вкуби­ческой системе одноименные  направления   и   плоскости перпендикулярны.Каждая плоскостьсодержит определенное количество атомов,плотность упаковки которых влияет на отдель­ныесвойства приборов. В зависимости от назначения для полупроводниковых приборов используются подлож­ки, ориентированные в различных кристаллографичес­ких плоскостях. Обычно слитки полупроводниковыхма­териалов выращивают так, что их ось совпадает с на­правлением [111].Как видно из рис. 2, из слитка с такой ориентациейможно вырезать пластину, имеющую любую плоскостьориентации. Пластины, ориентированные в плоскости (111), имеют почти правильную круглую фор­му (рис.2, а). Рассматривая взаимное расположение плоскостейв кристалле (см. рис. 1), нетрудно подсчи­тать, что одна из плоскостей {110} будет перпендику­лярнаплоскости (111), а другая будетрасположена к ней под углом около 35°,поэтому пластины с ориентаци­ей {110}, вырезанныеиз слитка, выращенного в направ­лении [111], имеют форму прямоугольника илиэллипса (рис. 2,6). Плоскости{100} располагаются по отноше­нию кплоскости (111) под углом около 55°, и пластины с ориентацией (100) также имеют эллипсообразную фор­му (рис. 2, в).

Методы ориентации полупроводниковых пластин

Поиск заданнойкристаллографической плоскости, определение угла разориентации поверхноститорца слитка относительно неё и выведение поверхности отрезаемых от слиткапластин в заданную плоскость с точностью, как правило, не более 1° (для некоторых типов приборов 30¢) производится на специальномоборудовании оптическим или рентгеновским методами, а также для некоторыхслучаев будут рассмотрены ещё два метода: метод изломов и метод Лауэ.

Оптический метод ориентации является наиболее простым, не требует дорогостоящего, сложногооборудования. Он заключаетсяв следующем. При травлении монокристалла вследствие неодинаковой ско­рости растворения полупроводникового материала по различным кристаллографическим направлениям образуются фигу­ры травления, которые имеют вид углублений с правильными гранями.Поэтому отраженный от образца слабо расходящийся пучок света образует на экранесветовую фигуру, по положению которой можно оценить ве­личину отклонения кристалло­графической плоскости от плоскости торца слитка, при этом отражающая плоскостьвсегда совпадает с кристаллографической плоскостью (111). Отклонение реальнойповерхности торца слитка от кристаллографической плоскости (111) приводит котклонению отраженного луча на экране на некоторое расстояние d (рис. 3, а) характеризующеесянекоторым углом a реальнойповерхности шлифа от плоскости (111).

/>Типичной световой фигурой для слитка, выращенного внаправлении [111], является трех лепестковая, а для слитка [100] – четырехлепестковая звезда (рис. 3, б). Перед началом ориентации выводят световое пятно в центр экрана в место пересечения вертикальной и горизонталь­ной осей. Для этого вместо слиткаставят эталон, который имеетзеркальную полирован­нуюповерхность. Затем уста­навливаютслиток. Если торец слиткасовпадает с кристалло­графическойплоскостью, на­пример сплоскостью (111), то световое пятно будет находить­ся на экране в месте пересечения. Поворотомслитка вручную вокруг оси устанавливают световую фигуру так, чтобы еёлепестки-лучики занимали симметричное положение относительно вертикальной оси.В этом положении слиток закрепляется прижимным винтом кристаллодержателя.

/>До процесса ориентации вы­являют микроструктуру слит­ка. Это осуществляют путем травления шлифованного тор­ца Ge (или Si)слитка селек­тивными травителями, состав, которых приведен в табл.1.  Точностьориентации этим методом зависит от составатравителя и режима травления; от диаметра, расходимостии яркости светового пучка и других факторов.

Установка ориентировки слитков световым методом настольного типа  ЖК78.08 представлена на рис.4. В светозащитном корпусе 8 смонтированы все узлы идетали установки: оптическая система, состоящая из осветителя 1, отделённогоплитой 6, конденсатора 2, диаграммы 3, отражающих зеркал 4, 5, 10, объектива 7с зубчатыми парами 9 и 11 для установки фокуса и размера диаграммысоответственно; кристаллодержатель 12, служащий для установки и крепления слитка или эталона,по­мещается на верхнююплиту до упоров и прижимается зажимом, стол кристаллодержателя, имеющий детальс базировочной плос­костью,с помощью цангового зажима соединен с угломерной голов­кой 20, которая обеспечивает поворотстола с ориентируемым слитком на необходимый угол; подвижная плита 18, движущаяся в шариковых направляющих; фиксаторподвижной плиты 19; угломерная головка 20, предназначена для изме­рения углов поворота ориентируемого слитка с точностью до1¢, кон­струкция ее представляет собой червячную пару с выборомлюфта за счет упругойсистемы (более подробная конструкция угломерной головки приведена ниже нарис.5); отражающиезеркала 10 и 13; экран 15, состоящий из рамы, матового стекла, листаорганического стекла с нанесенной на нем шкалой и двух электролампочек, подсвечивающихстекло со шкалой с торцов; электрический блок 22. Ось экрана проходит  черезползун 14, который вместе с экраном может перемещаться  в направленииоптической оси. Перемещение экрана  в этом направлении возможно на 36мм иосуществляется от ручки управления при помощи гибкого вала и ходового винтамеханизма  подъёма 17. Экран, кроме того, может поворачиваться  вокругсобственной оси с фиксированием положения цанговым зажимом. Зеркало 16позволяет визуально наблюдать световую фигуру отражения, получаемую на экране.При помощи рукоятки 21 зеркало устанавливается в положение, удобное длянаблюдения.

/>

 

 

 

Техническая характеристика установки ЖК 78.08:

Размеры слитков, мм:

максимальный диаметр… 60

длина… 80

Минимальный размер пластин (кристаллов),

мм… 1,5х1,5

Точность ориентации:

кремния… ±3´

германия… ±15´

Цена деления шкалы экрана:

для кремния… 3´

для германия… 15´

угломерной головки… 1´

Источник света (лампа накаливания),

Вт… 30

Применяемая энергетика (сеть переменного тока):

напряжение, В… 220

частота, Гц… 50

Габаритные размеры, мм… 575х288х550

Масса, кг… 35

Угломерная головка (рис. 5) состоит из червячного редуктора, у которогона червяке 8 имеется ручка 12 с указателем 4, а на червячном колесе 7 – лимб 5.Указатель на ручке, закрепленной на червяке, указывает угол поворота образца(угол отклонения кристаллографической плоскости) по шкале 11, закрепленной наподвижном диске 10. Лимб, посаженный на вал червячного колеса, можно вращатьнезависимо от вращения червячного колеса или совместно с червячным колесом,если застопорить лимб специальным винтом 6, ввернутым в торец вала.

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, имеющейбезировочную плоскость, с угломерной головкой. Для подсветки шкалы и лимбаимеются две электрические лампочки 9. Шкала предназначена для отсчета угловотклонения кристаллографических плоскостей, не превышающих двух градусов, а лимб – свыше двух градусов. Крепится угломерная головка к подвижной плитекронштейном 1.

Оптическая система установки (рис. 6) состоит из источника света,конденсатора, зеркал, объектива, диаграммы и экрана. Луч света в оптическойсистеме 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 объектив5 (типа «Юпитер 11» с фокусным расстоянием 135 мм), а затем, последовательно отразившисьот зеркал 6 и 7 и образца 8 попадает на матовый экран 9. Изображение световой фигуры, ко­торое образуется на матовомэкране, рассматривают через смотро­вое окно с помощью зеркала 11. Зеркала 6и 10 укреплены на по­движной плите.

На рис. 6 показано положение зеркал 6 и 10, когда подвижная плита находится в крайнем переднем положении.При таком поло­жении подвижной плиты пользуютсязеркалом 6; расстояние от образца доэкрана по ходу луча равно 114,5 мм. Одноделение шка­лы экрана в этом случаесоответствует отклонению кристаллогра­фическойплоскости на 15´. При крайнем заднем положении под­вижной плиты место зеркала 6 занимает образец, а место образ­ца—зеркало 10. Расстояние от образца доэкрана по ходу луча при этом равно 572мм, а одно деление шкалы экранасоответству­ет отклонению кристаллографической плоскости на 3´. То есть цена деленияэкрана для германиевых образцов(подвижная плита на­ходится в крайнем переднем положении) равна 15´, ацена деления шкалы экрана для кремниевых образцов (подвижная плита нахо­дится вкрайнем заднем положении) равна 3´.

Элементы оптической системы установки можно  регулировать. Лампа накаливания, являющаясяисточником луча света, установлена на подвижной каретке и может передвигатьсяпо направляю­щим, занимая инициальноеположение относительно конденсора. Кроме того,изменяя положение лампы, можно регулировать направленность светового луча. Положениеконденсора относительно лампы идиафрагмы также можно регулировать.Нижнее зеркало 4 и верхнее зеркало 7 можноповорачивать вокруг осей, устанавливая требуемое положениесоответствующими 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 состоитиз жесткой   рамки, поворачивающейся на оси, матового стекла и органического стекла,на которое нанесена шкала. Для созданияхорошей видимости шкала подсвечиваетсядвумя электрическими лампочками. Экран закреплен на оси в подвижнойкаретке; ручкой каретку, а, следовательно, и экран можно перемещать по шариковым опорам в направлении  хода   светового  луча. Перемещается экран механизмом подъема, вкотором имеется самотормозящая    червячная     пара,    сохраняющаяустановленное положение экрана. Фокусируют экран при повороте, вращаяручку, воздействующую на цанговый зажим.

Зеркало 11 может бытьустановлено в удобное для наблюдения положениевращением ручки и  зафиксировано цанговым зажимом. Вэлектрический блок, расположенный в передней стенке корпуса  установки, входят понижающий трансформатор, лампы ипотенциометры длярегулирования   подаваемого   напряжения, а   также тумблер, сигнальнаялампа и плата, к которой подводится питание от сети.

/>При наладке установки  необходимо   привести   световой  луч в центр шкалы экрана, т. е. в перекрестие вертикальной  игоризонтальной 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 лампыпо центру конденсора и перемещая лампунакаливания. Закончив  вывод светового лучана вертикальную ось шкалы экрана, выполняютрегулировки, связанные свыводом луча на горизонтальную ось   шкалы   экрана. Для чего регулируют положение    отражающих    поверхностей оптической системы с последующим их фиксированием. При этомнаблюдают за положением светового пятна на экране   установки.

При крайнем заднемположении подвижной плиты на базировочную плоскость кладут лист тонкой бумагитак, 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 ручкой21 (см. рис. 4), закрепляют положение зеркала отражения. При крайнем переднемположении   подвижной   плиты   производят наладку верхнего зеркаларучкой 15так, чтобы совместить световое пятно с горизонтальной осью экрана.   Выполнив  совмещение,за­крепляют положение зеркала.

При наладке пользуются входящим в комплект установки эта­лоном (далее см. рис.4), который должен иметь зеркальную поверхность и устанав­ливаться в паз кристаллодержателя.Базировочную поверхность детали устанавливают по эталону в горизонтальномположении, её вал цанговым зажимом соединяют с угломерной головкой. Экран ручкой 14устанавливают перпендикулярноходу луча (перпендику­лярно направлению перемещения экрана по пазу в корпусе) ифик­сируют в этом положениизажимом, управляемым ручкой 17. Руч­кой21регулируют освещение шкалы экрана.

Яркостьсветового луча регулируют, вращая ручку 9,фоку­сируя диафрагмуобъектива, а ручкой 11 изменяют диа­фрагмуот 2 до 0,2 мм. На этом наладкуустановки заканчивают.

При ориентировании монокристаллов германииподвижную пли­ту ставят в крайнее переднее положение, а при ориентированиимо­нокристаллов кремния — в крайнее заднееположение.

Слитки германия и кремния устанавливают в специальныесмен­ные зажимные устройства, которыезакрепляют в пазу кристаллодержателя. В одно зажимное устройство вставляютслиток полу­проводника и легко его прижимают. Световую фигуру на верти­кальную ось шкалы экрана выводят поворотом легко прижатого рукой слиткавокруг оси. Затем слиток окончательнозакрепляют, прижимая к базировочнойплоскости. Световую фигуру в перекрес­тиеосей шкалы экрана выводят, вращая ручки угломерной головки. Указатель,закрепленный на ручке, показывает на шкале (лимбе) отклонение кристаллографической плоскости слитка от его геомет­рическойплоскости. Определив отклонение, зажимное устройство освобождают от связей сугломерной головкой, слиток вынимают из пазакристаллодержателя и приклеивают к столику зажимного устройства.

Приориентировании слитков германия и кремния без приклей­ки наносят риски на торецслитка. Процесс ориентирования не от­личается от описанного, но только нетнеобходимости пользоваться смен­нымизажимными устройствами. Окончательнойоперацией процесса ориентированияявляется нанесение карандашом через паз базировочной детали на торце слитка стрелки,указывающей, в ка­ком направлении надоповернуть слиток при ориентированной резке, чтобы получить искомое положениекристаллографической плоскости. Уголотклонения кристаллографической плоскости отсчитывают по шкале во времяориентирования.

/>Рентгеновский метод. В технологии производстваполупроводниковых при­боров рентгеновские методы применяютсяв первую оче­редь дляориентировки монокристаллов — германия, кремния,арсенида галлия, сапфира и др., а также для анализа дефектов указанныхматериалов и полупровод­никовых структур. В меньшей степени используется фа­зовыйанализ металлов и сплавов, флуоресцентная спектрометрия,просвечивание материалов и полупро­водниковыхструктур или приборов, а также методы рентгеновскогомикроанализа. Характеристика основных рентгеновских методов приведена втабл. 2

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

2dh,k,l sin θ = nλ ,

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

/>Зная dh,k,l рассчитывают значение угла θ длясоответствующей системы плоскостей. При этом учитывают, что вследствиеособенностей структуры типа алмаза для некоторых плоскостей отражение низкихпорядков (n = 1, 2 и т.д.) могут гаситься. Значениеуглов θ для ряда материалов, наиболее широко применяющихся при разработкахи производстве приборов, приведены в таблице 3 (обычно используют излучениемеди – линия CuKα, где λ = 1,539 ангстрем). 

Дляориентации рентгеновским способом используют установки УРС-50И, УРС-60, УРС-70К1. Универсальная установка УРС-50И с приставкойЖК 78.04 предназначена для определения ориентации в кристалло­графической плоскости (111). Максимальныйугол отклонения кристаллографическойплоскости (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 ориентации10—15 мин.

На рис. 7 представлена схема рентгеновского методаориентации. При ориентации слитка кремния для нахождения, например,кристаллографической плоскости (111) рентгеновскую трубку располагают под углом17˚56΄ к плоскости торца слитка. Если торец слитка совпадает сзаданной кристаллографической плоскостью (111), то счетчик Гейгера, расположенныйпод углом 2θ к падающему рентгеновскому пучку в плоскости падения,зафиксирует максимум отраженных лучей. Если торец слитка не совпадает скристаллографической плоскостью, то для получения максимальной интенсивностиотраженных лучей слиток поворачивают вокруг вертикальной оси по отношению кплоскости рисунка на определенный угол α, одновременно вращая егоотносительно оси, нормальной к плоскости торца. Угол отклонения αплоскости торца слитка от кристаллографической плоскости (111) определяют пошкале гониометра установки и записывают в паспорт слитка. На торце слиткапроводят стрелку, направление которой указывает, в какую сторону от торцаслитка отклонена кристаллографическая плоскость (111). 

/>Общий вид рентгеновской установки для ориентированиямонокристаллов с приставкой показан на рис. 8 (см. приложение 1). Аппаратсостоит из стола 2, гониометрического устройства 5 (ГУР-3, а для модификацииУРС-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 стабилизатортипа   СН-1. Анод рентгеновской трубки защищен массивным металлическим кожухоми охлаждается водой. Все части установки, кроме измерительного шкафа 1, которыйвыполнен отдельно, расположены на столе 2. Внутри стола размещеныпускорегулирующая аппаратура и высоковольтное генераторное устройство, питающеерентгеновскую трубку. Измерительный шкаф включает стабилизатор напряжения СН-1,блок РЕ-1 (интегрирующую схему), схему питания счетчика квантов и самопишущийпотенциометр ЭПП-09. Для обеспечения высокой стабильности излучениярентгеновской трубки в аппарате, кроме стабилизатора напряжения, предусмотренстабилизатор анодного тока. Регулировка напряжения на трубке ступенчатая (см.рис. 9. на приложении 2).

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

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

При работе аппарата рентгеновские лучи, выходящие изокна рентгеновской трубки, попадают на исследуемый образец, находящийся вместесо счетчиком рентгеновских квантов МСТР-4 (РМ-4) на гониометрическом устройствеГУР-3. Лучи, отраженные под некоторым углом от образца, попадают на счетчикрентгеновских квантов, представляющий собой газовый конденсатор в стекляннойоболочке с тонким слюдяным оконцем в торце, наполненный смесью аргона иметилаля.

Счетчик представляет собой цилиндрический газовыйконденсатор, состоящий из металлической тонкостенной трубки, вдоль оси которойпротянута металлическая нить. Между центральной нитью и обкладкой счетчикаприкладывается напряжение 1300-1500 В от высоковольтного выпрямителя (ВВ) блокаРЕ-1, и достаточно появления в счетчике в результате ионизационного действиярентгеновских лучей одной пары ионов (электрона и положительного иона), чтобысчетчик сработал, т.е. чтобы через него прошел единичный импульс токадлительностью 200мс. Количество импульсов тока, возникающих в счетчике вединицу времени, пропорционально интенсивности отраженного рентгеновскогопучка.

Монокристаллические слитки кремния и германияориентируются с помощью специальной приставки (см. рис. 10 на приложении),состоящей из блока вращения и электрического блока управления. Блок вращенияустанавливается на гониометре. С его помощью слиток прижимается к базовойповерхности и вращается в ручную или от электродвигателя относительногоризонтальной оси. Гониометрическое устройство позволяет вращать счетчик илиобразец независимо друг от друга или вместе. Вращение можно осуществлять сразной скоростью. Гониометрическое устройство дает возможность производитьточный отсчет углов относительно первичного пучка лучей, производящих ионизациюв счетчике квантов.

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

Пересчетное устройство состоит их шести каскадов, каждыйиз которых пропускает один импульс из двух, поступающих на его вход. Импульс отсоответствующего пересчетного каскада, подключенного к застопоренному выходномумультивибратору, запускает данный мультивибратор, назначением которого являетсяформирование импульсов напряжения длительностью порядка 5 мс. На выходепересчетного устройства, изменяя количество подключенных каскадовмультивибраторов, можно получить один импульс от 2, 4, 8, 16, 32 или 64импульсов, подающихся на вход. Эти импульсы запускают усилитель тока, на выходекоторого получаются импульсы тока 30 мА длительностью 5 мс, воздействующие наэлектромеханический счетчик. Уменьшение количества импульсов в пересчетномустройстве необходимо вследствие того, что счетчик квантов может считатьпримерно до 5000 квантов в секунду, а электромеханический счетчик до 100импульсов в секунду.

Измеритель скорости счета блока РЕ-1 представляетсобой радиотехническое устройство, состоящее из нормализатора, ограничителяимпульсов, интегрирующей схемы и лампового вольтметра. Нормализатор подвергаетприходящие к нему от блока ПС-64М-1 импульсы строгой нормализации подлительности и амплитуде и передает их на интегрирующую схему, представляющуюсобой реостатно-емкостный контур.

Среднее значение разности потенциалов на конденсатореконтура служит мерой частоты поступления импульсов. Эта разность потенциаловизмеряется ламповым вольтметром, шкала которого отградуирована в импульсах всекунду.

Кроме лампового вольтметра к выходу измерителя скоростисчета подключен электронный  самопишущий потенциометр ЭПП-09. Отклонениезаписывающей системы самопишущего прибора также пропорционально среднемуколичеству импульсов. Таким образом, интенсивность рентгеновских лучей,воздействующих на счетчик квантов, может измеряться следующими приборами:электрическим счетчиком; ламповым вольтметром и самопишущим прибором.

  Принцип определенияотклонения положения кристаллографической плоскости (111) от торца слитка нарентгеновской установке состоит в нахождении угла положения торца слитка поотношению к исходному, при котором фиксируется максимальная интенсивностьрентгеновских лучей, отраженных от торца слитка (пластины) и воздействующих на счетчик квантов. Такое положение слитканаходят, вращая его в вертикальной и горизонтальной плоскостях и наблюдаязамаксимальным отклонением стрелки прибора электромеханического счетчика.Найденное положение слитка, соответствующеемаксимальной интенсивности отраженныхрентгеновских лучей, отсчитывают на проекторегониометрическогоустройства ГУР-3и фиксируют на торце слитка прочерчиванием рисок с пометкойстороны слитка, от которой следует отсчитывать определенные отклонения вградусах кристаллографической плоскости(111) от торца слитка.

Приставкак установке УРС-50И (рис. 10, а на приложении 3) состоит из головки и электрического блока.

Головка предназначенадля закрепления слитка (пластины) трехкулачковым патроном и вращения его ввертикальной плоско­сти впроцессе ориентировки. Головка состоит изоснования 4, угольника 6, червячного редуктора 3, трехкулачковогопатрона 5, обоймы 2и сельсина-приемника 1. В угольнике имеетсяпрорезь, по которой после окончанияориентирования наносят карандашом стрелку, указывающую направлениеотклонения искомой плоскости ориентировки.Вращение образца в вертикальнойплоскости осуществляется при помощисельсина-приемника и червячногоре­дуктора.Обойма и поджимной цилиндр предназначены для пол­ного поджатия образца кплоскости угольника перед его закрепле­ниемв трехкулачковом патроне.

Электрическийблок приставки (рис. 10, б на приложении 3) выполнен отдельно от головки, предназначен для дистанционногоуправления головкой и состоит из электродвигателя постоянного тока М,сельсина-дат­чика СД и регулятора напряжения РН. Изменяявыходное напря­жение на автотрансформаторе, можно изменять угловую скоростьвращения образца. При этом изменяется скорость вращения валов электродвигателя и сельсина-датчика, которыесоединены между собой. Изменение скорости вращения сельсина-датчикавызывает, в свою очередь, изменениескорости вращения сельсина-приемника СП и в конечномитоге изменяется скорость вращения ориентируе­могообразца. Вращать образец можно вручную, для чего на другом конце валаэлектродвигателя имеется маховичок. Сельсины между собой соединены проводами с разъемами ШР.

Каждая головкадолжна быть подогнана и выверена под данную рентгеновскуюустановку. После изготовления головки при уста­новке ее на гониометрическое устройство необходимо точно выдер­жать размер от плоскости базирования головки приставки до сере­дины щелей в рентгеновской трубке,угольнике и счетчике квантов. Наладку приставки лучше выполнять одновременно сналадкой рентгеновской установки.

Длянадежной работы необходимо два раза в год проводить профилактический осмотрприставки и смазку трущихся деталей. Редуктор смазывают машинным маслом,которое заливают через крышку. Особое внимание следует обращать на состояниерабочей поверхности угольника, так как отдлительной эксплуатации по­верхность угольника, к которой прижимаюториентируемые слитки (пластины), со временем теряет первоначальную чистотуобработ­ки, изнашивается. От точностиизготовления угольника зависит точностьориентации, поэтому при профилактическом осмотре необ­ходимо осматривать угольник и контролировать егобазовые раз­меры. При отклоненииразмеров и чистоты поверхности от заданных угольник необходимо отремонтировать или заменить новым.

  Рентгеновскийаппарат представляет собой сложное устройство; работа на нем связана сопасностью облучения значительными дозамирентгеновских лучей, которые вредны для здоровья, поэтому, выполняя работу на рентгеновскихустановках, ими управляют дистанционно. Рабо­чееместо рентгенолога должно находиться в специальном помеще­нии, экранированномсвинцовым экраном. В момент ориентации рентгенологдолжен быть защищен опускающимся свинцовым стек­лом определенной толщины.Рентгенологи должны периодически проходить инструктаж по безопасным приемамработы и медицин­ский осмотр.

Метод изломов. В практике измерений иногда возникает задачаориентировки плоскостей системы (100) для слитков, выращенных по направлению[111], или определения заданных кристаллографических направлений, лежащих вплоскости торца слитка. В частности, представляет интерес определить одно изнаправлений системы [110] в плоскости (111) или в плоскости (100) дляпоследующего ориентированного скрайбирования. В этом случае целесообразносочетать метод ориентировки по отраже­нию с методом изломов, который былопробован одним Ю.А. Концевым и В.Д. Кудиным.

/>Суть метода заключается в следующем. После ориен­тировкислитка по плоскости (111) отрезают «горбушку», а затем параллельно плоскости(111) надрезают слиток примерно до середины диаметра. В надрез вставляютметаллическую пласти­ну и, нажимая острием из  твердого сплава   в точку,отстоящую на расстоянии, равном по­ловине радиуса слитка от      начала надреза,производят скол надре­занной   пластины.  Направление   скола    для такихматериалов, как германий    и    кремний, в точности   совпадает с одним изнаправлений [110], а плоскостью скола является одна из боковых плоскостейсистемы (111). Плоскость скола составляет угол, равный углу 70°32´ сторцом слитка. Далее определяют положение плоскости скола (рис. 11). Длявыведения плоскостей системы (100) разворачивают слиток относительно оси,совпадающей с линией скола на угол 54°44', в направ­лении, показанном стрелкамина рис. 11. Отрезав «гор­бушку», определяют правильность ориентировки, изме­ряяотклонение от угла θ для плоскости (100) методом, рассмотренным выше.

/>Для того чтобы зафиксировать направление [110] напластинах, предназначенных для эпитаксиального нара­щивания, на боковой поверхности слитка срезают фаску, плоскостькоторой должна быть параллельной указан­ному направлению. Если плоскость фаски,кроме того, составляет с плоскостью торца прямой угол, то она бу­дет совпадатьс одной из плоскостей системы (112). В этом случае по срезанной «горбушке»также можно проверить правильность ориентировки, измеряя отклоне­ние от углаθ для плоскости (112). Точность ориенти­ровки может быть доведена до10´, что значительно выше точности, достигаемой по методу Лауэ.

МетодЛауэ. Ориентировку монокристалловполупроводниковых материалов по методу Лауэ производят на установках УРС-60 прииспользовании немонохроматического излу­чения. Так как в производствеприменяются монокристаллы больших размеров, то используется съемка наотражение, т. е. метод эпиграмм. Принцип метода заключается в следующем. Припадении рентгеновского излучения на торец слитка от­раженные лучи возникаюттолько от тех систем плоско­стей hkl, для которых выполняется условие Вульфа-Брегга. Обычноиспользуют от­ражения под большими углами θ, близкими к 90°. Используякамеру РКСО, устанавливают при помощи специального осветителя камерыотполированный торец слитка нормально падающему пучку рентгеновских лу­чей, т.е. параллельно поверхности рентгеновской плен­ки. Пучок рентгеновских лучей приэтом проходит через специальное отверстие вкассете с пленкой.

/> Съемкупроизводят в течение 0,5—1 ч. После про­явления пленки на эпиграммевыявляется система пятен, симметриякоторых характеризует симметрию соответ­ствующей кристаллографической оси слитка. Пример такой эпиграммы, соответствующей симметрии оси третьего порядка, показан на рис. 12. На эпиграммеотмечено также направление вертикальной оси (след проволоки, натянутойна кассету с пленкой) и имеется метка, позволяющая определить верх пленки и еерас­положение в кассете. Далее по эпиграмме строят сте­реографическую проекцию (рис. 13).Измерив расстояние от пятна наэпиграмме до центра эпиграм­мы— BC, определяют угол θ из соотношения tg(180— 2θ)=а/r (рис. 13). Представимсебе, что точка Kяв­ляетсяцентром радиуса R. Нормаль к системеплоско­стей hkl, проведенная из точки K,пересечет сферу в точке S. Если теперьточку O – полюс сферы — соеди­нить с точкой S, то пересечениелинии OS с диаметраль­ной плоскостьюсферы AА', т. е. точка Mи будет являться стереографической проекциейточки S. Легко видеть, что расстояние KM= m = R tg(45°—θ/2). Итак,каждому пятну Bможет бытьсопоставлена точка Mнастереографической проекции. На практике расстояние rвыбирают постоянным (обычно равным30 мм). Радиус сферы выбирают равным 100 мм, чтосоответствует радиусу стандартныхсеток Вульфа, представляющих собойномограмму стереографических проекций парал­лелей и меридианов сферы. Обычно для построения стереографической проекции изготовляют специальнуювспомогательную линейку, одна из шкал которой равна r tg( 180°—2θ)= r tg2θ, а другая m=R tg(45°—θ/2). Из­мерив по одной шкале расстояние отцентра эпиграммы до пятен и определив угол θ, откладывают на кальке припомощи другой шкалы расстояние m. Полученную стереографическуюпроекцию накладывают на стандартнуюстереографическую проекцию, построенную для «решетки алмаза (такназываемую сетку Закса), таким образом,чтобы пятна на обоих проекциях совпадали. Затем при помощи сетки Вульфаопределяют два угла, на которые необходимо повернуть слиток (вокруг оси,проходящей нормально к торцу слитка и вокруг верти­кальной оси), чтобы вывестиискомую кристаллографи­ческую плоскость и произвести резку слитка по задан­ной кристаллографической плоскости.

Используя метод Лауэ, производят ориентацию и резку по плоскостям (100)слитков германия или крем­ния, выращенных внаправлении [111]. Слитки арсенида галлия или других соединений AIIIВv, выращенные, на­пример,по направлениям [112], ориентируют для резки по плоскостям (111) и др. МетодЛауэ используют так­же для ориентированной резки сапфира и других мате­риалов.

Выводы и перспективы

У всех перечисленных выше методов есть свои недостатки.Рентгеновский метод – сложность оборудования и опасность для человеческогоздоровья, а также быстрая снашиваемость некоторых узлов оборудования – делаетэтот метод пригодным в основном для лабораторных исследований. Хотя следуетподчеркнуть высокую скорость и точность ориентирования слитков (пластин) в пространстве.Метод изломов используется как дополнительный метод после ориентации слитков(пластин) на рентгеновском оборудовании, следовательно, имеет те же недостаткии как достоинство наибольшую точность. Метод Лауэ требует много времени и имеетне большую точность, но позволяет ориентировать кристаллы большого размера.Оптический метод самый простой в применении, но уступает по точностирентгеновскому.

Широкое развитие ЭВМ и компьютерной индустрии в целомпредопределяет перспективу развития оборудования для ориентацииполупроводниковых пластин. Создание новых установок, в управлении которыхучаствуют мощные компьютерные комплексы и задействованы новые методы ориентациимонокристаллов, (таких как германская ЭУОС-3) позволят значительно увеличитьскорость и точность ориентации слитков (пластин). Также развитие производстваэлектроники и увеличение спроса на этот товар должно сказаться насовершенствовании производства полупроводниковых пластин в целом.