2.Полирование пластин. Механическое и химико-механическое полирование.

Обработка металлических поверхностей для придания им высокой гладкости (малой шероховатости), а в ряде случаев блеска (шлифование, глянцевание, полирование) — весьма распространенная группа технологических операции в машиностроении и ряде других областей промышленности. Следует помнить, что химическое шлифование и полирование, в отличие от химико-механического, проводится без приложения тока от внешнего источника и без механического прикосновения к обрабатываемой поверхности. Детали изделия погружаются в раствор определенного состава и выдерживаются в нем заданное время при заданной температуре Затем быстро извлекаются к интенсивно промываются водой. Аналогичный характер носит техника электрохимического шлифования и электрополирования, но проводятся эти операции при пропускании электрического тока через поверхность обрабатываемого изделия и раствор (электролит).

Пластины после резки имеют различные типы дефектов (неплоскостность, изгиб, глубокий нарушенный слой, разброс по толщине). Поэтому необходима дальнейшая обработка подложек шлифовкой и полировкой, которые являются важным процессом для технологии изготовления любой ИС.

Шлифовка – вторая по важности операция обработки ИС, позволяющая достичь минимальных шероховатостей и неровностей подложек. Обработка осуществляется на специальных установках при помощи шлифующих материалов, обладающих большей или соизмеримой твердостью по сравнению с материалом самих подложек. Шлифовка бывает предварительной и окончательной.

В промышленности применяют два вида шлифовки:

• высокоскоростная обработка кругами с закрепленным абразивом (частота вращения круга доставляет 1000 вращений в минуту, при этом происходит значительное повышение температуры образца);

• малоскоростная обработка с помощью свободного абразива (влияние нагрева незначительно).

Полировка пластин. Основная цель процесса – обеспечить высокую чистоту обрабатываемой поверхности и оставить минимально нарушенный слой. Так же как и шлифовка, полировка может быть предварительной и окончательной (тонкой).

Предварительную полировку выполняют специзделиями и пастами зернистостью от 3 мкм до 1 мкм, а окончательную – субмикронными мягкими полирующими составами, при этом полированные поверхности пластин имеют 13-14 класс шероховатости.

По характеру воздействия на обрабатываемую поверхность полировка может быть:

• механической (используют абразивные пасты и суспензии). Осуществляется за счет микрорезания, пластических деформаций и сглаживания. Недостатком механической полировки является остаточный «фон»;

• химической (осуществляется травителями – спецрастворами).

Выполняется за счет растворения материала пластины и удаления загрязнений физической и химической природы. Обычно при такой обработке стравливается от 10 мкм до 20 мкм материала пластины. Недостатком химической полировки является необходимость использования промывки и сушки;

Химико-механическое полирование производят полировальным кругом, на который вместе с абразивом наносят химические вещества, способствующие более быстрой обработке. Для полирования черных металлов применяют тонкие шлифовальные пасты, а для полирования цветных и некоторых редких металлов — травящие химически активные реактивы (например, раствор желтой кровяной соли), ускоряющие процесс полирования, а в некоторых случаях также выявляющие микроструктуру без специального последующего травления.

В случае химико-механической полировки пластины не имеют сетчатого ″фона″, а нарушенный слой не превышает 2-3 мкм. Особенно выгодна ионообменная полировка, т.к. в этом случае мы вообще получаем бездефектную поверхность, поскольку механический абразив отсутствует. Данный метод заключается в реакции восстановления меди до металла и окислении кремния согласно реакции: 2Cu2++Si0→Si4++2Cu0. Медь осаждается на поверхности пластины, а потом удаляется полировальным полотном. Одновременно окисленный кремний взаимодействует с ионами фтора: Si4++6F→SiF62-, образуя фторосиликат. Данный процесс идет непрерывно и в кислой среде с pH<5. После процесса ионно-обменной полировки пластины тщательно промывают и сушат. Несмотря на возможность получения бездефектной поверхности, этот метод не получил широкого распространения вследствие большой сложности управления реакцией ионного замещения, а также необходимости особо тщательной промывки обработанной пластины для удаления реагентов, оставшихся после реакции замещения. Тем не менее, когда к поверхности ИС предъявляются особые требования, то альтернативы методу ионной полировки пока не существует.

В этих процессах химически активная среда, в которой происходит обработка, образует при взаимодействии с металлом твёрдые продукты реакции, покрывающие обрабатываемую поверхность тонким слоем и защищающие её от дальнейшего химического разрушения. Защитный слой затем снимается инструментом и вновь возобновляется на обнажённой металлической поверхности под воздействием электролита. Таким образом химико-механическая обработка заключается в непрерывном чередовании процессов образования защитного слоя и его удаления. Поскольку при этом методе обработки роль инструмента заключается не в резании металла, а в удалении с обрабатываемой поверхности продуктов взаимодействия металла с химически активным веществом, твёрдость инструмента не имеет большого значения. Обработку можно производить инструментами, твёрдость которых ниже твёрдости обрабатываемых металлов. Например, твёрдый сплав победит шлифуют сравнительно мягкими абразивами — наждаком и кварцевым песком. Химически воздействующей средой в процессе могут являться как составные компоненты электролитов, так и газовая атмосфера вокруг обрабатываемого металла. Почти все полировальные составы являются окисями металлов, поэтому можно предположить, что способность металла растворяться в своей окиси может играть важную роль в процессе полирования.