4.4. Контроль размерных параметров при травлении
влияет ряд дополнительных, например разброс геометрических разме¬ров ЧЭ
преобразователя. Этот разброс определяется точностью не процесса
фо¬толитографии, а процессов локального травления при формировании ЧЭ.
Разра¬ботаны различные способы контроля и обеспечения воспроизводимости длины,
ширины или диаметра ЧЭ. Погрешность воспроизводимости толщины может дос¬тигать
нескольких десятков процентов. Отсюда становится очевидной важность контроля и
воспроизводимости толщины для уменьшения разброса характеристик
преобразователей.
Следует отметить, однако, что в от¬личие от обычных интегральных схем в
преобразователях повышение точности контроля толщины и ее воспроизводимо¬сти
меньше влияет на выход годных структур по двум причинам: во-первых, из-за всегда
существующей необходимо¬сти индивидуальной настройки и градуи¬ровки
преобразователей и, во-вторых, из-за того, что разбраковка по толщине
про¬исходит не по принципу "годен — него¬ден", а по принципу "в какой класс
го¬ден?".
К настоящему моменту разработано несколько способов контроля обеспечения
воспроизводимости размеров. Наиболее важные из них:
- контроль по времени травления;
- оптический способ;
- контрольное подтравливание;
- использование самотормозящихся видов травления;
- контроль жесткости упругого эле¬мента.
Контроль по времени травления.
Прямым способом контроля толщины ЧЭ преобразователя является контроль ис¬ходной
толщины кремниевой пластины и глубины травления по времени травления. Факторами,
определяющими точность этого способа, являются следующие: по¬грешность
определения длительности процесса травления т.е. интервал вре¬мени, в течение
которого пластина поме¬щается в травитель и извлекается из него; непостоянство
скорости травления ; неравномерность исходной толщины пла¬стины . Если толщина
исходной пла¬стины равна Н, желаемая толщина ЧЭ h, то погрешность получения
толщины ЧЭ при рассматриваемом способе контро¬ля выражается следующим
образом:
Оптический способ контроля. Из¬вестно, что у кремния коэффициент по¬глощения
оптического излучения сравни¬тельно плавно увеличивается при возрас¬тании
энергии поглощаемых фотонов. Поэтому цвет кремниевой пластины на
Рис. 2.25. Схема установки контроля процесса травления оптическим способом:
1 - источник света; 2 - нагреватель;
3 - зеркало; 4 - сосуд с подогретой водой;
5 - емкость с травителем; 6 - прозрачная
пластина; 7 - кремниевая пластина;
5 - стеклянная крышка
просвет будет изменяться при изменении толщины пластины. Окраска меняется с
темно-красной при толщине порядка 22 мкм на оранжево-красную при толщи¬не -10
мкм и меньше. Практически ока¬зывается возможным с достаточной
вос¬производимостью контролировать толщи¬ну кремниевой пластины с погрешностью
2,5 мкм. На этом свойстве и основан оп¬тический метод контроля толщины
крем¬ниевых пластин в процессе их травления.
Схема установки для контроля тол¬щины пластины приведена на рис. 2.25.
Наблюдатель через стеклянную крышку может следить за изменением окраски
отраженного пучка света в про¬цессе травления.
Достоинством этого способа являет¬ся сравнительно высокая точность незави¬симо
от глубины травления, недостатком -его ограниченность: толщина кремниевых ЧЭ <
25 мкм.
Контрольное подтравливание. Этот способ заключается в том, что по периметру
кристалла с лицевой стороны, на которой изготовляются активные
(пре¬образовательные) элементы, производят контрольное подтравливание в виде
коль¬цевой канавки на глубину, равную желае¬мой толщине элемента преобразователя
(рис. 2.26, а). В процессе выполнения глу¬бокого травления в зоне
предварительно¬го травления образуется сквозное окно (рис. 2.26, б) и происходит
отделение час¬тицы кристалла, что является сигналом о прекращении дальнейшего
травления.
К недостаткам рассмотренного спо¬соба относятся следующие. Поскольку
формирование элемента и отделение кри¬сталла от пластины - заключительная
технологическая операция, необходимо использовать специальные виды металли¬зации
для токоведущих дорожек и кон¬тактных площадок, не стравливаемых в процессе
травления кремния. Другой не¬достаток - требуется специальное обо¬рудование для
автоматического удаления