Способ полирования полупроводниковых пластин

1)6 ВИВ З 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННО ВЦ(ОМСТВО СССР ТЕНТНОЕСПАТЕНТ СССР)(1 г) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ к патен овании полу(21) 4775768/08 (22 29,12.89 (46 10.01.95 Бюл. Йя 1 (71 Научно-исследовательский институт "Пульсар" (72 Тюнькова З.В,; Смычникова И.В.; Башевская О.С. Беглов Н.И.; Рогов В.В. (73) Тюнькова Зоя Васильевна; Смычникова Ирина Вафвтьевна; Башевская Ольга Сергеевна; Белов Николай Иванович; Рогов Владимир Викторович (56) Бочкин О.И. и др. Механическая обработка полупроводниковых материалов, М.:Высшая школа, 1983, с 46 - 48,Авторское свидетельство СССР М 1034541, кл. Н 011 21/304,1982,Авторское свидетельство СССР И 1573691, кл. В 24 В 37/04, 1987. (54 СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИ ОВЫХ ПЛАСТИН (5 Использование: при алмазном лапир пластин кремния, арсенида галлия и других(19) Я) (11) 179255 проводниковых материалов. Сущность изобретения: прижимают пластины к полировапьнику и придают им относительное вращение пластинам и полировальнику. При этом берут попировапьник из тканевого безворсового материала. Масло наносят на полировальник по крайней мере в два этапа, на2первом из которых на 1 м поверхности наносят 110 - 180 мл масла, а на последующих - при периодическом контроле отклонения от плоскости дополнительно наносят масло в количестве, которое выбирают по формуле Ч=(5 - 8) 5 Ь, где 5 - площадь обрабатываемых пластин; и - 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/см, а2 контроль отклонения от плоскостности осуществляют через 20 - 50 мин. 1 з.п. ф-лы.Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при алмазчом полировании пластин кремния; арсенида галлия и других полупроводниковых материалов. 5Известен способ алмазного полирования пластин, Пластины наклеивают на головку, которую устанавливают на полировальник. Полировальник предварительно готовят следующим образом: смачивают спиртом и с помощью стеклянного диска наносяталмаэную 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, Работосг;особность полировальника и расход алмазной пасты устанавливается по величине съема, т.е. по производительности процесса или же поочности 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 35 внешнему виду, клину.Вращение спутников вокруг своей оси определяется в известном техническом решении размерами отверстий в кассете и диаметром спутника в зависимости от частоты 40 вращения полировальника. Как показывают исследования, дл достижения высокой плоскостности обрабатываемых пластин данной зависимости недостаточно, так как движение спутников с пластинами по пол ировальнику определяется также силами трения пластин а полировальник. Данные о плоскостности пластин, получаемые при обработке пластин по указанному способу, не приведены и не исследовались. 50Прототипом изобретения является способ полирования пластин с целью контроля состояния полировальника и определения его работоспособности, Алмазное полирование пластин в виде пробного осуществля ют при тех же режимах, что и Серийную обработку пластин. На полировальник наносят алмазную пас у и масло, Пластины наклеивают на спутники, которые размещают на полировальнике в отверстиях кассеты. С помощью прижима соосно установленного с кассетой, пластины нагружаютдавлением, а полировальник вращают. Состояние полировальника оценивают по плоскостности наклеенных пластин, причемдля объективности результатов ведут периодический контроль плоскостности, а приобработке необходимо снять припуск не менее 35 мкм.Данный способ несет чисто информативный характер состояния полировальникапо плоскостности. При серийной обработкепластины на спутниках можно установитьгодность к работе также тканевого или синтетического полировальника. Однако, способ не дает рекомендаций по обеспечениюработоспособности полировальника дляполучения пластин с высокими геометрическими параметрами, оптимизации расходаалмазных пасти достижения высокой производительности.Целью изобретения является повыше-.ние точности и производительности обработки,Это достигается тем, что в способе полирования полупроводниковых пластин, прикотором прижимают пластины к полировальнику, придают относительное вращен, пластинам и полировальнику, наносятна полировальник алмазную пасту и маслои периодически контролируют отклонениеот плоскостности, берут полировальник иэтканевого безворсового материала, маслонаносят, по крайней мере, в два этапа, напервом из которых на 1 м поверхности на 2носят масло в количестве 110 - 180 мл, а напоследующих - при отклонении от плоскостности. полируемых пластин более минимально допустимого значениядополнительно наносят масло в количестве,оторое выбирают по формуле/=(5 - 8) ЯЬгде Я - площадь обрабатываемых пластин;Ь - толщина удаляемого слоя с поверхности пластин.При обработке пластин арсенида галлиячастоту вращения полировальника выбирают ь пределах 30 - 50 об/мин, давлениеприжатия пластин 55 - 80 г/см, а контрольотклонения от плоскостности осуществляютчерез 20 - 50 мин.При обработке пластин на спутникахтребуется создать строго определенные условия воздействия пластин с полировальником иэ тканевого беэворсового материала.,Применение же полировальника из мягкихискусственных материалов типа поливел,замша, как правило, не дает воэможностидОстичь высокой плоскостности и исключить "завалы" на периферии пластин, Принанесении масла в количестве менее 110 млна 1 м полировальника плоскостность пла2стин ухудшается. При нанесении масла вколичестве более 180 мл наблюдается просКальзывание пластин относительно полировальника, что также ведет к ухудшениюточности обработки: отклонение от плоскостности возрастает. увеличивается такжеразброс толщины по пластине.1 В процессе обработки пластин шламполупроводникового материала остается наполировальнике. Масло постепенно улету 15чивается с полировальника, особенно, еслипроводится обработка материалов группыА В (Станки снабжены вытяжной вентиляЧцией), Экспериментально установлено, чтопри продолжительности обработки 20-50мин стабильно поддерживается требуемаяплоскостность пластин арсенида галлия,При продолжительности менее 20 мип измерение плоскостности носит необъективный характер, т.к, количество снятого спластин припуска мало. Однако при этомвполне понятно, что масла на полировальнике вполне достаточно, и его количествопрактически не влияет на точность обработки пластин, Если продолжительность обработки пластин превышает 50 мин, то резкоухудшается геометрия пластин, что можнообъяснить нарушением оптимальных условий взаимодействия пластин с полировальниКом. Смачиваемость полировальникарезко ухудшается эа счет летучести масла иувеличения содержания твердой фракции(шлама) на полировальнике,В связи с указанными выше причинами 40при увеличении отклонения от плоскостности более минимально допустимого значения предлагается на полировальникдозировать определенное количество маслав зависимости от количества шлама спалироманного с пластин. Экспериментальнобыдло установлено, что количество маслапропорционально обьему снятого припуска, т.е, Я, где Я - площадь огдновременнообрабатываемых пластин, см; и - средняя 50толщина удаленного припуска в см, установленная путем измерения толщины пластин до и после полирования как разностьэтих измерений.Коэффициент пропорциональностипринят равным К = 5,0 - 8,0, При К5,0количество масла недостаточно для создания оптимальных режимов обработки пластин на спутниках: при К8,0 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 иэс бретении 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 полировал ьника 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 ВМЗ 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 Ч 0 = 28 - 30 мл, что в пересчете на 1 м полировальника составляетг4 Ч0 430-- 131 млдй 3, 14О, 54Пластины 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 - 802г/см, Включают привод вращения полировальника(И =30-50 об/мин) и обрабатывают пластины общей площадью 3 = 226 см в течение 40 мин.Полируя пластины во времени, оценивают отклонение от плоскостности, Характер изменения этого параметра приведен1792557 Составитель Г.РотницкийТехред М.Моргентал Корректор М,Куль Редактор Л,ПилипенкоЗаказ 1155 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 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 индикатораЬ -45 мкм -45 10 смОтклонение от плоскостности пластин оценивают с помощью интерферометра ИТв 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 Ч =(5,0-8,0) ЯЬ =- (5,0 - 8,0) 226 45 10 -5 - 8 млНа полирозальник наносят Ч = 6 мл вазелинового масла, равномерно распределяя его на ткани, Берут вторую партию пластин на шести спутниках и обрабатываФормула изобретения1. 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 м пог верхности наносят масло в количестве 110-180 мл, а на последующих - при отклонении от плоскостности полируеют их в аналогичных условиях, что и первую партию. Через 40 мин съем на пластинах равен й - 38 - 40 мкм. Исходя из принятых условий, на полировальник перед следую 5 щим циклом обработки наносят дополнительно масло в количестве Ч = 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/м (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,30мых пластин более минимально допустимого значения дополнительно нано сят масло в количестве, котороевыбирают по формуле35 Ч=(5-8)5 егде Я - площадь обрабатываемыхпластин;й - толщина удаляемого слоя с по верхности пластин.2. Способ по п.1, отличающийсятем, что, с целью повышения точности и производительности при обработке пластин арсенида галлия, частоту вра щения полировальника выбирают в пределах 30-50 об./мин, давление прижатия пластин 55-80 г/см, а контроль отклонения от плоскостности осуществляют через 20-50 мин.