Основы наноелектроники / Основы наноэлектроники / ИДЗ / Книги и монографии / Проблемы нанотехнологии деталей машин, 1990, c.132

---------_._---,

ряд двокрезныхлоследоваеельнвхсостояний поверхности, .харак- терезуя процесс ее формирования~ Подо6вая схема в овяичае от

традиционного поэтапного подхода отражает реа.пьную эво.1llOЦИl) ПО-: верхности при вв обработке с ПОЛНЬ1М учетом ЯВJIеНИЙ васаедствев-'

НОСТИt поавоаяее раосматривать поверхность не только на грани­

цах этапов, во и внутри них.

на этапе предваритеJIЬНОГО пшифоВ8НИВ: примеМJIИ алмазный круг АСМ 40/28 на связке MI. При доводке ево60Д!ШМ абразивом ИСПОЛЬЗОвали медв.ьtй притир и водные суопензии МИRропороП1RОВ карсада кремния фракций М63, М20 и ШО. ПOJIИPовавие осущео'l'ВJU!~ лв СМOJJЯВЫМ инструментом и суспензиями на освове михрonорошков синтетичеехоrо апмаза марох АСМ 3/2 I 1/0 гост 920б-80Е. на фи­

нишном этапе вопояьвовада суспензию, содержащуюАСМ 1/0 и YJ1Ъ­

традисперовblЙпоровов двовсяда ЦИРКОНИЯ Zr02[ 7]. Общее машии­

ное времв: обра60ТКИ (без учета пре;ава,ритеJIЬВОГОШJIИфoвания) составило 27 ч, из них ПШИФовавие сво60ДНЫМ абразивом М63 -

Состояние поверхносеи на всех этапах оценвваяв по фак1'ору

шероховатости, структуре поверхвост:вых сдоев, концентрации и глубине поверхностных примесеЙ. Анализ, IфИСmJIJIИЧеСRОЙ струк­ туры поверхностннх сдоев осущесТВJJЯЛИ методом дифpaIЩИИ быст­ рых электронов (ДБЭ) на отражение на ЭJ1еХ'1'ровоrрафе ЭМР-I<JG при уекорmoщем напряжении 75 КВ. ХимичесКИЙ состав яоверявсс­

ти исследовался меТОДОМ вторичной иовной масс-епвхтрометрии

(БИМС) на микроаваявваторе !МЗ41 фирмы· -·САМЕСА' • В качестве

перввчных ИСПOJIЬЗОвaJIИ вовн Ar+ С эиерrией 8 хаВ. Н86JIlutaJIИ

BъtXOД ИОНОВ С масоами 12,16,I8.30,41,42.63 и 90.

Измерение шероховатости производи.nи методом ltонт8К'l'ВОЙ ПРОфиJlометрии на прoфИJIографах 1'orm Тalueurf - . с радИУООМ

во поверхность иэуча.лась на оптичесхом и М8Х'l'РОВНОМ МИRро­

скопах при подеэвом увеJIИЧевии до 1000 крат. ИзмеренИе кОЭФ­

фициента ди@Jyзноrо рассеяния ПРОИЗВОДИJIИ методом ИН'1'еrриру.. щей сферы с диаметром выходной диа.фрarw- 6 мм при ддинеf , I -волвн излучения 0,63 МRМ.

20

8

частицы алмаза 00 средним размером 20-30 А.Иrvlеются СJlе.цн непроиндитиq~ованнойфазы.

Анализ результатов показывает, что вероятнее Bcero по­

верхностный слой на этапе полврованвя СОСТОИТ из RриетSJJJIИТОВ

S, О, размером около 100 А и меJПCИX хриетSJIJIИItов алмаза разме-

полирования И снижается ПО мере оораооткв, что МО.жет быть объяснено внедрением ?сколков зерен алмазного микропорошка.

Хm~есКИЙ состав поверхнооти по глубине по результа-

там БИМС для HeKOTOpЪtX этапов обработки преДС'1'авлен на рис.I,2;

По оси аоцисс отвладываееся время пояного травявная иссяешв­

мого пятна поверхности пучком Ar+B минутах. По оценкам, при­

веденным в литературе, при ИСПOJIЪЗУQМКХ режимах aaa.nиза одна

минута соответствует глубине о.се-о.г мкм. В поверхностнвх слоях на втапах ПШИфовашш .на6Jnoдае'l'СЯ повнmеннd по отноше­

нию к другим этапам выход ионов с маосами 12.!6,4I.6З. ЧТО

соответотвует С, О, К и (или) Si и сц . Присутетвие этИх при­

месей может 06условJIИВa'l'ЪСЯ maржируемоеТЫD поверхности приме": няемым абразивом, окислением, пвреносом материала свявкв кру­

га ИЛИ притира•

. Поверхнссзь на этапе полИроВ8НИfI характвриэуетм цсввеев-

НЮ~ содержанием'ионов с маосами I2, I6, 4! на глу~ине до

О,1IЛКМ (ем.рис.!,2). Концентрация меди ('iC.... ) не превваа­

от фоновое значение. Не60JIЬшое увеJIИЧевив коВцеu'1'paI.tИИ :кис­ лорода в6JIИЗИ поверхности может обменяться частичвоЙ·ФРar.. ментацией оквсяа Si 02.8 С учетом даннЫх ДБЭ поверхностное' .

увеличение концентрации yrJIерода объясняется вне.црвнием час­ ТИЦ алиавното порошка на глубину до О,! МJCМ. Raи60JIЪШSЯ шар­

жируемость поверхности ОТllечаетOJI в первые часы ПолирО~НИЯ.

Примепвние суопензии, содержащей ДиОRСЦ1tе,~КОНИЯf приводит

к реЗItому (ДО З-х ПОРЯДКОВ) увеличеНИlO RовцеSтра.ции ионов цир­ КОНИЯ (90Z,.) на r лу6ине до 0.2 мкм (ем.рис.2) •

Оdо6пtеННьtе данные 06 относите.льном изменении ЭJIементного состава поверхности (на глуБИне до О,О!' МRМ) для всех этапов

сорасотки привеченн на рис.з. l1нтеноивноети сигнадов прииесей

пронорвированв по внзвнсавноств RPменвя(.30 Si ) принятой за

~ ~

22

2з

24

Рпс.з. ОТносительная концентрация примесей на поверхности на различных этапах обработки

N

.:л

единицу. Анализ показывает, что в целом цроцесс формирования

поверхности характеризуется ПО~J1едоватеJlЬНШI .снижением ховцвlf.­

траций примесей, что говорит о действенности вы6ранв6й техв04­

догии. Однаво ва6Jnoдaются невоюрве осооенвссея, Тах, повер­ хность после обработки ПОРОШКОМ фракций МБЗ имеет аномально высокий сигнал примесейf максималь!ШЙ Д)IЯ всего процесса.: ilри полировании последовательное снижение поверхност~нхКОН­ центраций насшшается только Д)IЯ масон 4! (Х~'1'Я rJIY6ива ЗaJlе­ гания при этом уменьшается). НаиБОJ1ее "чистой" по да.нным БИМС ЯВJIЯетCJI поверхность на этапе полирования суопензией ЛОМ 1/0.

Параметры шероховатостиповерхности на РВЗJIИЧНВХ этапах обработки приведенв в 'l'а6л.2. Статистические характериотихи распределения ОТRJlовевиI микроПрофИJIЯ аВЕ И R1al рассчитНВ8JIИ

по выражениям

где'рlJ}Аs ,.fИ" - моменты распределения вероязвостей СОО!В8.,..

етвующего порадка•

. ТвIOltе опредеJIJШИ автокоррeлsщионвне функции ДmI ICOBXpe'1'BКXJ.

реализаций (профиJIОГрамм) [!oJ.

ТеоретичесКИЙ Rоэфрициент диф.tJyзноrо рассеявва R~ рас­

считнвs.пи по выражению

где D - среднеквадратичная шехоховатость, Rq

2 - длина водив ИЗJIYЧения (~= оf 63 ~).

На поверхности после 5 ч палцрования суспензией АСМ 1/0 рассматривалидва учаотка, из которых первый - наиболее типич­ H~, второй - наилучШИЙ на всей измеренной трассе. Все расчеты ПРОИЗВОДИJШСЬ на стандартной базовой длине, веJIИЧИНа RОТОрОЙ цля шлифования сосеавяяяа 0,8 ММ, для полввованвя - 0.08 мм.

26

Та6JIшIа 2

flараметри шероховатости поверхности ,на рааявчявх этапах обработки

I

Примвчавие: ДJUI этапа пшифоВ8JШJ! .параме. '1'рН шероховатоети даны в МКМ. дяя, этапа ПOJIИpо:saв.ии - JJ А.

Шероховатооть поверхности на этапе предваРИтeJ1Ьноrо tПJIИ­ фованИJI имеет ВЫСО:КИ8 зваЧ8ВИJ!Ьах и вв, МикропрoфиJIъ пред­ CT8ВJUI8T с060Й ОТНОСИТ8JIЪНО rJIaДXyl) поверхнооть с rлу60КИМИ :впадинами прв.МС8 :коафРициевт ассиме'1'РИИ отрицателен. Пове­ дение шероховатости при ШJIИфoвавии свободв.нм абразивом в вна­ чи-rеJJЪвоl степени яеодвсввачвс. В целом с!рухтура аероковаюс­ '1'и на 8'!ОМ этапе.бoJIее раввовесна по сраваению с исходной, ЧТО o6'ыIвя8тcJI раз.пичиеll механизма дисперrиpовавия обрабаты­ ваемого материала.. Внзквае'1' Шl'l'ерес сравнение поверхнооти на

этапе ШJIИфoвавия ПОрООЕОМ фpaIщии М!О•. Хотя шероховатость 06ра­ 60таввоl поверзвосзв определяется ГJIaВННМ образом размером зер­ на примевя:емorо абразива, увеличение продоJD1tИ'l'еJIЪНООТИ обработ­ ки с 2 до 6 ч привело к снижению Rz И увеличению Rq.

Через час ПOJIИpовaвиs михропороl!ПtОМ АСМ 3/2 ловерхаостъ внешне имеет ВП0JIН8 обработанm вц. Пар&vетрн шероховатости

2"

с~ненИё-RоэФInщиентов дифРузноrо расоеяния,пол.учSВВ:ЫХ экспериментально и расчитавнш по дaнНЬJМ профиломеТРИИ-,ПОRa"

'знвает УДОВJ1етворитеJIЪнов совпадение (40-60%) в диапазоне

1)

Rq'= 25-20 А. При меньших звачениях Rq равдичие воерастает.

Большие значения иl ооъясяявюя как применением упрощенной

зависимости при расчете RI. не учитьmaIOщей структуру шерохо­ ватости , так и рассеянием излучения на выорооах микропрофИЛЯ и отруктурных веоднородностях окан-ояоя. Посдецнее подгверзда-

вания.

Рассмотренвнй. процесо в целом отвечает требованиям после­ довательного улучшения свойств обрабатываемой поверхности ВПЛОТЬ ДО параметров, предъявляемьri к оптическим поверхностям. В ре­ зультате 06ра60ТJCИ поверхность ПOJIИКРИСТaJIJIИЧвОRоrо кремния от исходвоrо СОСТОЯНИЯ (Rz = 2,726 МRМ• Rg = 0,402 МКМ, глу6ина

проваквовенаяпримесей более 3 мим) приведена к ООСТОЯНИЮ, ха­

рактеризуемому Rz = 60 1, Rq = 17 1, rJJY6ea примесей 0,05 М1СМ.

Полученные реЗУJIЬтатн ПОЗВОJUШТ уотановить СВЯЗЬ Между УCJIоВИf.t­ ми воздействия и свойствами ПOJFчаемой поверхности. Повааано, что пооаеднвв зависят ие TOJIЬXO O'r характера воздействия, но и

0'1' ПРО,1ХOJJD'Т8JIЪаости'И состоянИJI поверхности ка предндущем эта­ пе. В связи с ЭТИМ актуа.пъна задача вомаяексаой оптимизации

процессов оптической обработки•

.В поверхноотиsx: слоях оораоаэнваемой поверхности оёваруке­ ин примеси практвческа всех веществ, прИменяемш: в составе 10УС­ пенаий, аоравива, инстрр.~ента и т.п, (медь, карбид кремния, уг­ лерод. ларконий). Глубина их прониввзвенвй зависит от вида обра­ ботки и составяяее для првдварвтельвого шлифования около 3 :..1F'..Mt для тонхого ШJIИфова.ния 0,2-0,5 мкм, для полирования r.1eHee O,I M1a~ При полировании поликрасзаваичеекого кремния алмаавыма микро­ пороUПtaЮI на6JПoдается: внедрение частиц aJ.IМаза в o6pa6aTывaeмyro поверхность, наиболее интенсивное в начале обработки.

Процесс изменения шероховатости при рассмотренных условиях 06ра60Т1Ш не явяявгоя СТРОГО моноювввм, наодвцаютоя докаяьные э!Сстремумы. АШкроnpофиJIЬ появровавных поверхностей характеризу­ ется отрицательной асимметрией и положительным коэqфициентом 'авспесса. д,wl поверхностей с мивималышй уровнем шероховатости

29