1.3 Аналитическое исследование погрешности формы пластины при хмп.

ХМП поверхности полупроводниковых пластин включает ряд технологических операций, направленных на окончательное удаление нарушенного слоя и на снижение шероховатости рабочей поверхности практически до атомарно-молекулярного уровня [4].

Особенностью этой обработки является то, что в процессе удаления нарушенного слоя и улучшения субмикрогеометрических параметров рабочей стороны происходит ухудшение макрогеометрических параметров: увеличение разнотолщинности и отклонение рабочей поверхности от плоскостности. Следует заметить, что при ХМП эти параметры ухудшаются меньше, чем, к примеру, при химическом полировании. При этом справедливо отмечается, что чем больше площадь обрабатываемой поверхности, тем сложнее избежать увеличения разнотолщинности и отклонения от плоскостности, обусловленного неравномерностью удаления (съема) материала при предварительном полировании.

На равномерность съема оказывают влияние:

• свойства полируемого материала (его однородность, равномерность, распределение примесей);

• исходные геометрические параметры пластин (разнотолщинность, коробление);

• свойства и технологические приемы использования вспомогательных материалов:

-полировальные материалы(плотность, истираемость, способы закрепления);

-полирующие смеси (химический состав, градиенты концентрации компонентов, скорость подачи полирующего состава);

-адгезионные материалы (способ нанесения на поверхность, физико-химические свойства, КТР, температура плавления);

-блоки-носители (план-шайба)(физико-химические свойства материалов, твердость, КТР, геометрические параметры);

• технологические приемы, применяемые при закреплении, полировании и удалении обрабатываемых пластин из зоны полирования.

Влияние различных факторов на равномерность съема кремния с обрабатываемой поверхности обуславливает[3]:

1. Неравенство величин давлений в различных точках поверхности контакта.

2. Неравенство величин путей трения различных точек поверхности пластины в ее движении относительно поверхности полировальника.

3. Неравномерность распределения полирующей жидкости и концентрации химических компонентов в ней относительно различных участков обрабатываемой поверхности.

Частными случаями неравенства давлений по поверхности пластины, могут быть:

• исходная разнотолщинность пластин (Т), полученная при шлифовании;

• остаточное коробление носителя пластин (В) в результате многократного нагревания и охлаждения в процессе приклейки

• неравномерности толщины слоя клея (К) между нерабочей поверхностью пластины и ее носителем;

• отклонение от плоскостности полировального стола (n), которое существенно влияет на распределение давления в случае равенства диаметра блока-носителя пластин и рабочей дорожки полировальника при отсутствии достаточной степени самоустановки блока-носителя по поверхности полировального стола.

Давление вi-той точке поверхности пластины можно представить следующим образом[5]:

с - модуль упругости материала полировальника;

_i – величина упругой деформации полировальника.

Всвою очередь:

Очевидно, величина _i носит вероятностный характер.

Величина путей трения различных участков поверхности пластины в случае равенства скоростей вращения полировального стола (₄) и блока-носителя (₂),

одинаковы, так как их траекториями являются окружности одинакового диаметра (рис 3). Однако, как видно из рисунка, плотность заполнения полировальника сеткой траекторий относительного движения в случае равенства ₂=₄ неодинакова, что является причиной

неравномерности распределения полирующей жидкости по полировальнику. В следствии такого распределения съем кремния в точках 2,4,6 меньше, чем в точках 1,3,5 при прочих равных условиях. Кроме того, по той же причине в середине рабочей дорожки полировальника концентрация химических реактивов всегда меньше, чем по ее краям, что также способствует увеличенному съему кремния по периферии блока-носителя. Экспериментальные исследования подтвердили наличие такой закономерности в съеме[5].

Для выравнивания условий взаимодействия оппозитно расположенных точек пластины с полировальником через полирующий состав, необходимо обеспечить вращение пластины вокруг собственной оси с тем, чтобы точки 1 и 2 (рис 3) периодически менялись местами. Вопрос о требуемой скорости вращения пластин вокруг собственной оси должен решаться исходя из зависимостей k(L) и k(_g2), где k представляет собой разность интенсивностей изнашивания периферии пластины и ее центра в условиях дополнительного вращения пластины; L – разность путей трения центра и периферии пластины; _g2 – скорость вращения пластины вокруг ее центра. Указанные зависимости определяются методом физического моделирования для конкретных условий обработки. На рис.4 приведены качественные зависимости k(L) и k(_g2), которые характерны для любых условий обработки по рассматриваемой схеме и дают представление о том, что в некотором диапазоне _g2

разность интенсивностей изнашивания близка к нулю и можно ожидать равномерный съем в точках 1 и 2, а следовательно по всей поверхности.

Отдельно необходимо решать вопрос об установлении требуемой скорости _g2.