1.2 Анализ технологических особенностей одностороннего хмп пластин кремния.

Существует множество факторов влияющих на операцию полирования. В табл.2 приведены основные факторы процесса полирования.

Существуют различные гипотезы и теории, которые с разных позиций описывают влияние всего многообразия факторов обработки на выходные параметры пластин, а именно на точность формы и взаимного расположения поверхностей, на качество обрабатываемой поверхности и на производительность обработки. Так анализ влияния

факторов показал, что производительность полирования прямо пропорциональна рабочему давлению, но до определенного предела, за которым наблюдается ее уменьшение. Исследования влияния относительной скорости перемещения пластины по полировальнику на производительность операции полирования показали, что в целом съем материала подложки увеличивается с увеличением скорости относительного движения. Таким образом, особенностью процесса полирования является тесная взаимосвязь между приведенными в таблице 2 группами факторов и выходными параметрами обработанных пластин. Например, при изменении таких кинематических факторов операции полирования как скорости относительного движения и вида траектории, определяющего перепады скоростей и ускорений, изменяется точность формы и качество обработанной поверхности.

Химико-механическое полирование представляет собой процесс удаления материала с поверхности пластины при относительном движении полировальника и пластины, в промежутке между которыми находится жидкая полирующая дисперсная среда. Съем материала в процессе химико-механического полирования происходит, как чисто механически в результате непосредственного контакта множества точек на поверхности пластины с частицами полирующей дисперсной среды, так и в результате химических реакций, активируемых благодаря повышению давления и температуры в процессе полирования[1]. Несмотря на то, что в процессе химико-механического полирования съем материала не сопровождается хрупким разрушением, механические свойства, как обрабатываемой пластины, так и полировальника, равно как и вязкость жидкой полирующей дисперсной среды играют важную роль в скорости съема при химико-механическом полировании[1]. В целом поверхность обрабатываемой пластины Si твердая и хрупкая, тогда как полировальник, изготавливаемый обычно из материала на основе полиуретана, существенно более мягок. Поверхность полировальника выполняет 2 основные функции:

1. Поры в полировальнике способствуют перемещению частиц полирующей дисперсной среды по поверхности обрабатываемой пластины.

2. Полимерная пенистая структура стенок ячеек полировальника ответственна за удаление продуктов реакции с поверхности пластины.

Таким образом, полировальник оказывает влияние, как на механическую, так и на химическую составляющую процесса химико-механического полирования.

Цель химико-механического полирования – это достижение требуемых геометрических параметров и качества поверхности, удовлетворяющих требованиям.

При этом преследуется также цель удаления всех остаточных механических повреждений поверхности, которые привнесены на предыдущих операциях механической обработки (резки, двухсторонней шлифовки) и не удалены при глубоком щелочном травлении. Процесс химико-механического полирования обычно проводится в 3 стадии. В табл.3 приведены режимы полировки для

трехстадийного процесса ХМП, предлагаемые одним из производителей станков для ХМП - фирмы SPEEDFAM (США).

На первой стадии ХМП, задачей которой является обеспечение определенной величины съема материала (15-25 мкм), обеспечение требуемых геометрических параметров (толщины, неплоскостности и др.) на уровне не худшем, чем после двухстороннего шлифования, используются плотные полировальники из нетканого материала, поддерживают в процессе полирования повышенное давление, скорость вращения полировальника и температуру полирования, что обеспечивает высокую скорость съема (0.8-1 мкм/мин). Недостатками этой стадии процесса являются большая шероховатость поверхности (0.55 нм), наличие матовости и царапин.

Задачей второй стадии ХМП является удаление царапин, оставшихся после первой стадии ХМП. Для этих целей в качестве полировальника используют мягкие полотна с пористым полиуретановым покрытием. Давление на полировальник снижается, температура несколько ниже.

В результате скорость съема уменьшается до 0.4-0.5 мкм/мин, величина съема составляет 3-5 мкм. При этом полирующий состав используется однократно и не подвергается рециклу.

Задачей третьей стадии ХМП является удаление частиц полирующего состава, продуктов полирования и снижение микрошероховатости поверхности. Как и на второй стадии ХМП, в качестве полировальника используют мягкие полотна с пористым полиуретановым покрытием. Давление на полировальник и температура полирования еще больше снижаются, полирующий состав используется одноразово, скорость съема составляет 0.1-0.2 мкм/мин, съем 0.2-0.3 мкм. Важно отметить, что скорость съема на третьей стадии ХМП очень чувствительна к рН дисперсной среды. Скорость съема имеет ярко выраженный максимум при рН=11,5 (рис.1). В этой же области максимален и контактный угол смачивания (рис.2), что говорит о гидрофобном характере поверхности пластин кремния, формируемой на третьей стадии ХМП[2].