СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН Советский патент 1995 года по МПК B24B31/00 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при алмазном полировании пластин кремния, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов.

Известен способ алмазного полирования пластин. Пластины наклеивают на головку, которую устанавливают на полировальник. Полировальник предварительно готовят следующим образом: смачивают спиртом и с помощью стеклянного диска наносят алмазную пасту АСМ с зернистостью от 1 до 3 мкм. При обработке пластины нагружают грузами, а полировальник приводят во вращение. Качество обработки оценивают по внешнему виду на наличие сколов, выколов, грубых рисок. Работоспособность полировальника и расход алмазной пасты устанавливается по величине съема, т.е. по производительности процесса или же прочности материала полировальника.

Известен способ обработки полупроводниковых и диэлектрических пластин, в частности, способ алмазной полировки. Пластины наклеивают на подложки-спутники, последние размещают в отверстиях кассеты на полировальнике, на который наносят алмазную пасту и масло. Пластины обрабатывают при вращении полировальника и нагружении пластин. В процессе обработки создается вращение спутников с пластинами вокруг своей оси, что позволяет обеспечить высокое качество обработки по внешнему виду, клину.

Вращение спутников вокруг своей оси определяется в известном техническом решении размерами отверстий в кассете и диаметром спутника в зависимости от частоты вращения полировальника. Как показывают исследования, для достижения высокой плоскостности обрабатываемых пластин данной зависимости недостаточно, так как движение спутников с пластинами по полировальнику определяется также силами трения пластин о полировальник. Данные о плоскостности пластин, получаемые при обработке пластин по указанному способу, не приведены и не исследовались.

Прототипом изобретения является способ полирования пластин с целью контроля состояния полировальника и определения его работоспособности. Алмазное полирование пластин в виде пробного осуществляют при тех же режимах, что и серийную обработку пластин. На полировальник наносят алмазную пасту и масло. Пластины наклеивают на спутники, которые размещают на полировальнике в отверстиях кассеты. С помощью прижима соосно установленного с кассетой, пластины нагружают давлением, а полировальник вращают. Состояние полировальника оценивают по плоскостности наклеенных пластин, причем для объективности результатов ведут периодический контроль плоскостности, а при обработке необходимо снять припуск не менее 35 мкм.

Данный способ несет чисто информативный характер состояния полировальника по плоскостности. При серийной обработке пластины на спутниках можно установить годность к работе также тканевого или синтетического полировальника. Однако, способ не дает рекомендаций по обеспечению работоспособности полировальника для получения пластин с высокими геометрическими параметрами, оптимизации расхода алмазных паст и достижения высокой производительности.

Целью изобретения является повышение точности и производительности обработки.

Это достигается тем, что в способе полирования полупроводниковых пластин, при котором прижимают пластины к полировальнику, придают относительное вращение пластинам и полировальнику, наносят на полировальник алмазную пасту и масло и периодически контролируют отклонение от плоскостности, берут полировальник из тканевого безворсового материала, масло наносят, по крайней мере, в два этапа, на первом из которых на 1 м² поверхности наносят масло в количестве 110-180 мл, а на последующих - при отклонении от плоскостности полируемых пластин более минимально допустимого значения дополнительно наносят масло в количестве, которое выбирают по формуле
V = (5 - 8) S ˙ h где S - площадь обрабатываемых пластин;
h - толщина удаляемого слоя с поверхности пластин.

При обработке пластин арсенида галлия частоту вращения полировальника выбирают в пределах 30 - 50 об/мин, давление прижатия пластин 55 - 80 г/см², а контроль отклонения от плоскостности осуществляют через 20 - 50 мин.

При обработке пластин на спутниках требуется создать строго определенные условия воздействия пластин с полировальником из тканевого безворсового материала. Применение же полировальника из мягких искусственных материалов типа поливел, замша, как правило, не дает возможности достичь высокой плоскостности и исключить "завалы" на периферии пластин. При нанесении масла в количестве менее 110 мл на 1 м²полировальника плоскостность пластин ухудшается. При нанесении масла в количестве более 180 мл наблюдается проскальзывание пластин относительно полировальника, что также ведет к ухудшению точности обработки: отклонение от плоскостности возрастает, увеличивается также разброс толщины по пластине.

В процессе обработки пластин шлам полупроводникового материала остается на полировальнике. Масло постепенно улетучивается с полировальника, особенно, если проводится обработка материалов группы A^IIIB^V (Станки снабжены вытяжной вентиляцией). Экспериментально установлено, что при продолжительности обработки 20-50 мин стабильно поддерживается требуемая плоскостность пластин арсенида галлия. При продолжительности менее 20 мин измерение плоскостности носит необъективный характер, т.к. количество снятого с пластин припуска мало. Однако при этом вполне понятно, что масла на полировальнике вполне достаточно, и его количество практически не влияет на точность обработки пластин. Если продолжительность обработки пластин превышает 50 мин, то резко ухудшается геометрия пластин, что можно объяснить нарушением оптимальных условий взаимодействия пластин с полировальником. Смачиваемость полировальника резко ухудшается за счет летучести масла и увеличения содержания твердой фракции (шлама) на полировальнике.

В связи с указанными выше причинами при увеличении отклонения от плоскостности более минимально допустимого значения предлагается на полировальник дозировать определенное количество масла в зависимости от количества шлама сполированного с пластин. Экспериментально было установлено, что количество масла пропорционально объему снятого припуска, т.е. Sh, где S - площадь одновременно обрабатываемых пластин, см²; h - средняя толщина удаленного припуска в см, установленная путем измерения толщины пластин до и после полирования как разность этих измерений.

Коэффициент пропорциональности принят равным К = 5,0 - 8,0. При К < 5,0 количество масла недостаточно для создания оптимальных режимов обработки пластин на спутниках: при К > 8,0 избыток масла приводит к проскальзыванию пластин относительно полировальника, что не гарантирует высокую точность обработки пластин по плоскостности, клину.

Если не вводить при алмазном полировании пластин строгой дозировки масла, то срок службы полировальника будет низким (2 - 3 цикла обработки пластин с общей продолжительностью 140 - 150 мин), когда плоскостность пластин резко ухудшается (в 3 раза).

Следовательно, расход алмазной пасты для поддержания высокой плоскостности пластин чрезмерно высок. Принятые в изобретении режимы позволяют увеличить срок службы полировальника до 8 - 10 циклов обработки, одновременно можно резко сократить употребление алмазной пасты на единицу обрабатываемых пластин. При этом срок службы полировальника будет определяться только условиями производительности на операции.

П р и м е р. Проводят алмазное полирование пластин арсенида галлия диаметром 40 мм марки АГЧП-4 ориентации (100) толщиной 500 мкм. Пластины имеют основной и вспомогательный срез: предварительно их шлифовали инструментом со связанным алмазом зернистостью 40/24 мкм.

Полирование пластин выполняют на станке BIM3 на бязевом полировальнике диаметром 540 мм, на который наносят алмазную пасту АСМ 3/2 НОМ в количестве 10 - 12 г и вазелиновое масло марки ПВ в количестве V_o = 28 - 30 мл, что в пересчете на 1 м² полировальника составляет
= = 131 мл Пластины арсенида галлия наклеивают на стальные спутники диаметром 90 мм по три штуки на каждый. На полировальник устанавливают винипластовую кассету с шестью отверстиями диаметром 92 мм. В отверстиях кассеты устанавливают спутники с пластинами, пластины нагружают общим прижимом, соосно установленным с кассетой, создавая удельное давление 55 - 80 г/см². Включают привод вращения полировальника (N = 30 - 50 об/мин) и обрабатывают пластины общей площадью S = 226 см² в течение 40 мин.

Полируя пластины во времени, оценивают отклонение от плоскостности. Характер изменения этого параметра приведен на фиг. 1. Очевидным является тот факт, что при увеличении продолжительности полирования более 50 мин плоскостность пластин ухудшается.

После обработки удаляют с поверхности спутника и пластин остатки масла и алмазной пасты. Оценивают качество обработки и определяют величину съема, измеряя толщину пластин с помощью микронного индикатора
h = 45 мкм = 45˙10^-4 см
Отклонение от плоскостности пластин оценивают с помощью интерферометра ИТ-200 в наклеенном на спутнике виде. Отклонение от плоскостности не превышает 1,0 мкм. Качество поверхности пластин отвечает установленным требованиям.

После первого цикла обработки определяют количество масла, которое необходимо нанести дополнительно на полировальник
V = (5,0-8,0) Sh = (5,0-8,0)˙226˙45˙10^-4 = 5-8 мл
На полировальник наносят V = 6 мл вазелинового масла, равномерно распределяя его на ткани. Берут вторую партию пластин на шести спутниках и обрабатывают их в аналогичных условиях, что и первую партию. Через 40 мин съем на пластинах равен h = 38 - 40 мкм. Исходя из принятых условий, на полировальник перед следующим циклом обработки наносят дополнительно масло в количестве V = 5 мл и ведут обработку следующей партии пластин. На фиг. 2 показано изменение плоскостности пластин после 8 циклов обработки (1 цикл равен по продолжительности 40 мин), т.е. после 320 мин непрерывной работы полировальника. Скорость съема при этом упала до 0,65 мкм/мин, т.е. уменьшилась в 1,7 раза по сравнению со скоростью съема первого цикла.

Однако при этом поддерживается высокая плоскостность пластин на уровне ≈ 1,0 мкм. По прототипу эту же плоскостность удается сохранить не более двух циклов обработки, причем только при условии первоначального насыщения полировальника маслом в количестве 110 - 180 мл/м² (это условие в прототипе не выполнялось). Таким образом, по крайней мере, срок службы полировальника при поддержании высокой плоскостности пластин увеличивается в 4 раза, расход алмазной пасты снижается в 4 раза.

Использование: при алмазном полировании пластин кремния, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов. Сущность изобретения: прижимают пластины к полировальнику и придают им относительное вращение пластинам и полировальнику. При этом берут полировальник из тканевого безворсового материала. Масло наносят на полировальник, по крайней мере в два этапа, на первом из которых на 1 м² поверхности наносят 110 - 180 мл масла, а на последующих - при периодическом контроле отклонения от плоскости дополнительно наносят масло в количестве, которое выбирают по формуле V = (5 - 8) S h, где S - площадь обрабатываемых пластин; h - толщина удаляемого слоя с поверхности пластин. При обработке пластин из арсенида галлия частоту вращения полировальника выбирают в пределах 30 - 50 об/мин, давление прижатия пластин 55-80 г/см², а контроль отклонения от плоскостности осуществляют через 20 - 50 мин. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, при котором прижимают пластины к полировальнику, придают относительное вращение пластинам и полировальнику, наносят на полировальник алмазную пасту и масло и периодически контролируют отклонение от плоскостности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности обработки, берут полировальник из тканевого безворсового материала, масло наносят по крайней мере в два этапа, на первом из которых на 1 м² поверхности наносят масло в количестве 110-180 мл, а на последующих - при отклонении от плоскостности полируемых пластин более минимально допустимого значения дополнительно наносят масло в количестве, которое выбирают по формуле
V=(5-8)S · h,
где S - площадь обрабатываемых пластин;
h - толщина удаляемого слоя с поверхности пластин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности при обработке пластин арсенида галлия, частоту вращения полировальника выбирают в пределах 30-50 об./мин, давление прижатия пластин 55-80 г/см², а контроль отклонения от плоскостности осуществляют через 20-50 мин.