Способ полирования полупроводниковых пластин
Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для полирования полупроводниковых частиц. Целью изобретения является повышение точности обработки. Указанная цель достигается тем, что на каждый спутник наклеивают три пластины, размещают спутники в гнездах кассеты, действуют на пластины вращающимся полировальным и абразивной композицией, причем линейная скорость точки полировальника, совпадающей с центром кассеты, равна 1,4-2,4 м/с, и давление полировальника 5-7 КМа, а динамическая вязкость абразивной композиции 4- 8 сП.
Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в производстве полировальных пластин кремния, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов. Известен способ полирования пластин арсенида галлия [1] Пластины обрабатывают при воздействии на них полировальника и абразивного состава, содержащего цеолит типа А, перманганат калия и воду. Количественный состав компонентов подбирают из условия обеспечения высокого качества поверхности, отсутствия травления поверхности, рисок, ямок. Скорость съема 0,8- 0,9 мкм/мин. После химико-механического полирования (ХМП) на поверхности пластин арсенида галлия образуется сероватая пленка, состоящая в основном из диоксида марганца, не удаляемая моющим составом. Для ее удаления необходимо проводить суперфинишное ХМП в течение 8 -10 мин. Данный способ полирования и другие, описанные в указанной книге, для многих полупроводниковых материалов не решают вопрос о повышении точности обработки по геометрии пластин (плоскостность, разброс толщины по пластине) и не устанавливают взаимодействия режимов ХМП, композиции абразивного состава с геометрическими параметрами получаемых пластин. Пластины в процессе ХМП наклеивают на планшайбу диаметром 180 мм и более. Разброс толщины по пластине не превышает 20 мкм. Известен способ обработки полупроводниковых пластин, в том числе способ химико-механического полирования [2] При односторонней обработке пластины (одну или несколько) наклеивают на спутники, последние размещают в гнездах кассеты. Пластины нагружают давлением путем прижима спутников диском, соосно установленным с кассетой. ХМП осуществляют при подаче абразивного состава и вращении полировальника. Способ выгодно отличается от предыдущего повышенной точностью обработанных пластин за счет наличия дополнительной степени свободы спутников, имеющих возможность вращения в гнездах кассеты вокруг собственной оси. Это усложняет траекторию перемещения пластин по полировальнику и результатом является уменьшение разброса толщины по пластине до 10-12 мкм. Известный способ не рассматривает возможности улучшения плоскостности и плоскопараллельности сторон пластин за счет создания оптимальных взаимосвязей режимов обработки и свойств полирующих составов при ХМП. Практика показывает, что ХМП пластин с использованием различных полирующих составов и режимов обработки не позволяет получить однозначные результаты по указанным выше геометрическим параметрам. Например, после алмазного полирования пластин арсенида галлия, наклеенных по три штуки на каждый спутник, удается достичь отклонения от плоскостности в наклеенном состоянии не более 1,5 мкм. После же ХМП часто наблюдается "уход" плоскостности до 3-4 мкм. Прототипом предлагаемого изобретения является способ полирования полупроводниковых пластин [3] в котором каждые три пластины наклеивают на спутники, спутники размещают на полировальнике и ведут полирование при воздействии полировальника, абразивного состава и нагружении пластин давлением. Использование способа полирования и применяемого устройства не позволяет обеспечить высокой точности обработки пластин в процессе химико-механического полирования без учета динамических и кинематических характеристик процесса. Проведенные авторами исследования показали значительное влияние на плоскостность пластин вязкости абразивного состава, относительной скорости перемещения пластин по полировальнику и давления на пластины. Причем широкий диапазон полирующих составов, режимов ХМП в известных технических решениях позволяет обеспечить высокое качество полировальной поверхности по шероховатости и нарушенному слою, но не решает вопросов повышения точности обработки пластин по плоскостности и разбросу толщины по пластине. Цель изобретения повышение точности обработки при химико-механическом полировании пластин. Поставленная цель достигается тем, что в способе полирования полупроводниковых пластин, включающем наклейку на каждый спутник трех пластин, размещение спутников в гнездах кассеты на полировальнике, воздействие на пластины вращающегося полировальника и абразивного состава при нагружении пластин, воздействуют на пластины при линейной скорости точки полировальника, совпадающей с положением центра кассеты, 1,4-2,4 м/с и давлении 5-7 кПа абразивным составом с динамической вязкостью 4-8 сП. Совокупность признаков изобретения: линейной скорости точки полировальника, совпадающей с положением центра кассеты, 1,4-2,4 м/с, давления 5-7 кПа и динамической вязкости абразивного состава 4-8 сП, позволяет создать оптимальные условия взаимодействия пластин с инструментом. В данном случае, когда на спутник наклеивают по три пластины, в процессе ХМП достигается надежное вращение самих спутников вокруг собственной оси в гнездах кассеты с частотой 0,136-0,188 с-1 (1,3-1,8 об/мин). Итогом создания указанных выше условий процесса ХМП являются наилучшие результаты при измерении плоскостности пластин в наклеенном на спутники состоянии не более 1,3 мкм. Выбранные режимы обработки гарантируют стабильное получение пластин с идентично обработанными по данному способу рабочей и нерабочей сторонами с отклонением от плоскости менее 5 мкм и разброс толщины по пластине диаметром 40-60 мм не более 5 мкм. Выбор диапазона величин существенных признаков осуществлен при использовании абразивного состава, содержащего, мас. Натриевый цеолит 10,0-25,0 Сульфаминовая кислота 1,3-3,2 Перекись водорода (30%-ный раствор) 15,0-28,0 Вода Остальное При ХМП пластин арсенида галлия указанным абразивным составом достигается требуемое качество поверхности: шероховатость около 0, 0,5 мм, на поверхности наблюдается оксидная пленка, легко удаляемая при суперфинишном ХМП. Динамическая же вязкость абразивного состава, измеренная на реовискозиметре Хепплера, 2,0-9,0 сП. Только при использовании абразивного состава с вязкостью 4-8 сП достигаются наилучшие результаты при ХМП: отклонение от плоскостности пластин в наклеенном состоянии не более 1,3 мкм, разброс толщины по пластине не более 5 мкм. Динамическую вязкость 4-8 сП имеет абразивный состав, который содержит, мас. Цеолит типа А 18,0-22,0 Сульфаминовая кислота 2,6-3,0 30%-ный раствор перекиси водорода 22,0-27,0 Вода Остальное При давлении на пластины менее 5 кПа падает скорость съема полупроводникового материала и уменьшается частота вращения спутников вокруг своей оси до величины менее 1,3 об/мин. В результате не выполняется соответствие между скоростью химического взаимодействия полирующего состава с поверхностью обрабатываемых пластин и скоростью механического удаления продуктов реакции, что приводит к травлению поверхности в виде "апельсиновой корки", а также к сильному ухудшению плоскостности вследствие локального располирования поверхности пластин, необеспечению равномерного съема материала и, как следствие, к ухудшению плоскопараллельности сторон пластин. При давлении более 7 кПа происходит "заклинивание" спутников в гнездах кассеты, т.е. частота вращения спутников вокруг своей оси значительно меньше 1,3 об/мин. Это ведет к ухудшению плоскостности до 3-4 мкм; кроме того, возможно ухудшение качества полированной поверхности. При линейной скорости точки полировальника, совпадающей с положением центра кассеты, менее 1,4 м/с, не обеспечиваются условия вращения спутника вокруг своей оси с частотой 1,3-1,8 об/мин и плоскостность пластин ухудшается (так, для полировальника диаметром 520 мм при расположении оси кассеты на расстоянии 130 мм от его оси полировальник должен иметь частоту вращения 102-176 об/мин. При скорости свыше 2,4 м/с увеличивается сброс абразивного состава с полировальника, что нарушает условия оптимального взаимодействия пластин с полировальником и абразивным составом, ухудшает плоскостность пластин и увеличивает разброс толщины по пластине. Таким образом, выбранная совокупность существенных признаков данного способа позволяет достичь высокой точности обработки по плоскостности пластин и уменьшает разброс толщины по пластине. Способ полирования может быть реализован для пластин различных полупроводниковых материалов. Для указанных диапазонов v и p концентрацию компонентов абразивного состава подбирают таким образом, чтобы обеспечивались установленные требования по качеству поверхности, а динамическая вязкость состава была равна 4-8 сП. Способ реализуют следующим образом. Проводят химико-механическое полирование пластин арсенида галлия марки АГЧП-4 диаметром 40 мм ориентации (100) после их алмазного полирования. Пластины со срезами после алмазного полирования наклеивают на спутники 
90 мм по три штуки на каждый. Отклонение от плоскостности исходных пластин в наклеенном виде менее 1,0 мкм. Для ХМП готовят абpазивный состав, для чего в 1 л деионизованной воды растворяют 52
1 г сульфаминовой кислоты. Затем в раствор добавляют 39010 г порошкообразного натриевого цеолита, тщательно размешивая суспензию. После выдержки состава в течение 12-18 с и фильтрации через капроновое сито непосредственно перед обработкой пластин в него вводят 
450 мл 30%-ного раствора перекиси водорода. Приготовленный абразивный состав содержит компоненты в следующих соотношениях, мас. цеолит 20,1; сульфаминовая кислота 2,7; перекись водорода 25,6, вода 51,6. Динамическая вязкость абразивного состава, измеренная на реовискозиметре Хепплера, 6 сП. Водородный показатель состава рН 5. Шесть спутников с пластинами располагают в гнездах кассеты o 92 мм (гнезда выполнены в 100 мм от центра кассеты) на рабочем столе диаметром 520 мм станка типа В1МЗ. В качестве полировальника на рабочем столе закрепляют поливел. Ось вращения кассеты располагают в 120 мм от оси вращения полировальника. Кассету свободно располагают на поверхности полировальника. На спутниках соосно с кассетой располагают прижимной диск, посредством которого и грузов создают давление 5,0 кПа. С помощью мешалки на полировальник дозируют абразивную суспензию, поддерживая расход 20-40 мл/мин. Устанавливают частоту вращения полировальника 150 об/мин и обрабатывают пластины 20 мин. При этом линейная скорость точки полировальника, совпадающей с положением центра кассеты, 
где N частота вращения полировальника;
R расстояние от оси вращения полировальника до оси вращения кассеты. После обработки пластины на спутниках отмывают 2-3%-ным раствором смачивателя СВ-104П, губкой из пенополиуретана смывают раствор деионизованной водой и сушат пластины. Путем измерения толщины пластин по центру до и после ХМП и известного времени обработки определяют скорость съема. Она равна 1,22-1,5 мкм/мин. Визуальный контроль качества поверхности показал соответствие установленным требованиям: выколы, грубые и исчезающие риски отсутствуют. Матовость поверхности легко убирается путем суперфинишного ХМП в течение 10-15 мин. На интерферометре оценивают плоскостность пластин. Отклонение от плоскостности не превышает 1,3 мкм. Измерением толщины пластин, наклеенных в пяти точках (четырех на расстоянии 3 мм от края пластин на двух взаимоперпендикулярных диаметрах, одной по центру), по разности между максимальной и минимальной толщиной определяют разброс толщины по пластине. В данном примере разброс толщины по пластине не превышает 4 мкм. Технико-экономическая эффективность описанного способа по сравнению с прототипом заключается в следующем: повышаются геометрические параметры полупроводниковых пластин (плоскостность, разброс толщины по пластине). Режимы обработки пластин согласно данному способу гарантируют стабильное получение пластин диаметром 40-60 мм с отклонением от плоскостности не более 5 мкм при условии идентичности обработок рабочей и нерабочей сторон пластин. Разброс толщины по пластине не превышает 5 мкм.
Формула изобретения
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002
Извещение опубликовано: 10.04.2002
