2.2 Методы и оборудование для монтажа пластин кремния.

Технологическая операция монтажа пластин, предшествующая операции полирования, относится к числу так называемых вспомогательных операций[6]. Вспомогательными в технологическом процессе изготовления пластин кремния именуются операции, проводимые с материалами и реактивами без использования основного материала (монокристаллического кремния), либо операции с монокристаллическими пластинами, не являющиеся причиной необратимых изменений формы или приповерхностного слоя пластин. Определение “вспомогательные” и отодвигало разработку операций на второй план. Однако, изготовление пластин большого диаметра для СБИС с топологической нормой 0.5 мкм требует радикального пересмотра традиционных принципов подхода к разработке вспомогательных операций. Их влияние на выход годной продукции в связи с повышением уровня технологических требований к пластинам может оказаться решающим.

На рис. 8 схематически отражен один из недостатков при монтаже пластины, являющийся причиной увеличения разнотолщинности в процессе полирования. Плоскопараллельная до полирования пластина (Рис 8а) деформируется, если при монтаже между ее нерабочей поверхностью и поверхностью плана (блока) находятся

инородные частицы (Рис 8,б). В процессе полирования удаляются выступы, образовавшиеся при деформации пластины в момент закрепления (Рис 8,в). Полирование пластины приводит к большому ее утонению в точках над инородными частицами (Рис 8,г) и, соответственно, к увеличению TTV (разность между максимальным и минимальным значениями при измерении полного изменения толщины пластины). Чем больше толщина удаленного слоя, тем большим будет увеличение TTV и увеличение отклонения рабочей поверхности от плоскостности.

Согласно современным техническим требованиям полная разность между максимальным и минимальным отклонениями от фокальной плоскости на пластине (TIR) в модуле размером (15х15) мм² не должна превышать 1 мкм. На снижение процента полезной площади по полной разности показаний в модуле влияет не только загрязнение инородными частицами зоны размещения пластины на поверхности плана, но и отклонение этой поверхности от плоскостности.

Существенное и отрицательное влияние на этот показатель могут оказывать любые факторы, приводящие к деформации пластины в результате закрепления, сравнимой с доступным отклонением от плоскостности. Например, наличие воздушных пузырей, неравномерность толщины адгезивного слоя, нагрева и распределения нагрузки в процессе прижима пластины при монтаже приводят к образованию волнистого профиля пластины в результате полирования (Рис 9) и снижению полезной

площади по полной разности показаний в модуле. Следовательно, несовершенство монтажа может оказаться причиной значительного снижения выхода годных пластин, вплоть до полного забракования всей продукции.

В процессе разработки технологической операции монтажа пластин были исследованы различные способы закрепления пластин на поверхности плана. При одностороннем полировании обычно используются вакуумные и адгезионные способы закрепления пластин на планах, именуемых чаще всего носителями или блоками. Преимуществом способов, основанных на вакуумном закреплении, является относительная простота выполнения операции. При этом не используются материалы, являющиеся источником органических загрязнений, что упрощает процесс послеоперационной очистки. Тем не менее эти способы не получили распространения при обработке пластин полупроводников. Основным недостатком при вакуумном закреплении является деформация пластины в области прилегания к вакуумным отверстиям (рис 10,б) и локальное снижение силы, прижимающей в процессе полирования пластину к полотну. Как следствие, наблюдается повышение разнотолщинности (TTV) и отклонения от плоскостности (TIR). Замена блоков с отверстиями блоками с иной конфигурацией вакуумных углублений или блоками из пористой керамики снижает деформацию пластины. Однако, в процессе полирования закрепляемой таким способом пластины, происходит подтекание полирующего состава под пластину. При этом на нерабочей поверхности

пластины образуются пятна вследствие локального травления, локального окисления и адгезии частиц полирующего состава к поверхности.

Другой способ[6] – адгезивное закрепление без применения термопластичных адгезивов с использованием специально изготовленного фирмой “RODEL” комплекта материалов для монтажа пластин на носителях (блоках) станков “Яхонт”. Подготовка блока к монтажу пластин этим способом сводится к наклеиванию на блок материала с пористым полиуретановым покрытием и закрепленным на нем сепаратором из текстолита или прессованного полиуретана, ограничивающего сдвиг при полировании. Размер ячеек сепараторов превышает диаметр пластины на 1 мм. Перед установлением пластины полимерный материал смачивают деионизованной водой и промывают щеткой, после чего оставляют на 3-5 мин. Для равномерной пропитки водой (набухания) пористого слоя. Далее предварительно смоченную деионизованной водой пластину устанавливают в ячейку сепаратора и прижимают с помощью специального приспособления. После прижатия высота выдающейся над сепаратором части пластины не должна превышать 30% толщины исходной пластины (Рис 11).

После монтажа описанным выше способом пластины удерживаются на блоке при полировании под давлением 100-200 кПа. Однако при снижении давления до 50 кПа в процессе заключительного полирования наблюдались случаи отрыва пластины от пористого слоя на блоке. По аналогии с описанным выше различием сил адгезии при

закреплении пластин с различной шероховатостью по поливинилхлоридной пленке можно предположить, что сила сцепления полированной рабочей поверхности с пористым полиуретановым слоем полирующего материала значительно превышает силу сцепления шлифованной нерабочей поверхности с пористым слоем удерживающей пластину на блоке подкладки. При отрыве пластины и выходе края пластины за пределы ограничивающего ее движение сепаратора возможно повреждение, вплоть до разрушения одной или нескольких одновременно обрабатываемых пластин.

Наблюдение до и после полирования за расположением базового среза пластины по отношению к метке на блоке свидетельствует о неконтролируемом вращении пластины в процессе полирования. Это способствует неравномерному удалению материала в процессе полирования и приводит к увеличению TTV на 1-2 мкм при удалении слоя толщиной 15 мкм. Повышение давления в процессе монтажа пластины до 3 МПа позволяет зафиксировать пластину при “вдавливании” ее в пористый слой и способствует удерживанию пластины на блоке до полного отрыва ее от полирующего полотна. Однако при таком способе монтажа пористая подкладка, наклеенная на блок, необратимо деформируется, соответственно деформируется при монтаже каждая последующая пластина, расположение которой не совпадает с отпечатком, оставленным предыдущей пластиной.

Повышение TTV пластин кремния как без усиленного прижатия (на 1-2 мкм), так и после усиленного прижатия (на 2.5 мкм) при монтаже на пористый материал свидетельствует о том, что этот способ не может быть применен в настоящее время в производстве пластин с топологической нормой 0.5 мкм.

Сравнение результатов, полученных при различных способах монтажа пластин на блоке (носителе) позволило заключить, что вариант с ипользованием термопластичного адгезива при закреплении является наиболее технологичным в настоящее время. Технологическая проверка данного варианта включала:

• специальную подготовку сред (фильтрация клеящей мастики);

• вариацию режимов нагрева и охлаждения пластины с нанесенной мастикой и блока в прижатом состоянии (температура нагрева 100-150^ОС, температура охлаждения 20-40 ^ОС);

• вариацию давления на пластину (1-5 МПа);

• применение различных приспособлений для центрирования пластин с отличающимися маркировочными срезами (матрицы, кольца);

• дополнительную очистку пластин перед нанесением мастики (ацетон, обдув воздухом);

• дополнительную очистку блоков перед наклеиванием пластин (ацетон, обдув воздухом);

Необходимым условием успешного проведения монтажа пластин является размещение установки для нанесения мастики и установки для монтажа пластин в помещении класса 100.

Разработанная в ОАО “Элма” установка для монтажа пластин “Виолет” представляет собой 4-х позиционный станок, смонтированный на станине станка “Ладья-2” (Рис 12)[1]. Каждая из 4-х позиций включает в свой состав транспортное устройство 1, устройство нагружения 2, устройство нагрева-охлаждения 3 и устройство контроля температуры. Конструкция реализует разработанный способ монтажа пластин, который заключается в выборе определенной жесткости прижимного элемента и создании одинакового давления в каждой точке поверхности пластины. Величина рабочего давления зависит от вязкости клеевого вещества под пластиной в рабочем диапазоне температур. Установка позволяет обеспечить разброс толщины клеевого слоя не более 1 мкм, что необходимо для выравнивания величины съема при полировании в разных точках поверхности пластины (при условии, что на шлифованно-травленной пластине локальная неплоскостность не превышает 1 мкм на длине участка 15 мм).

Установка “Виолет” оборудована автоматической системой управления циклом работы каждой позиции. Чувствительным элементом системы является термопара хромель-алюмель, исполнительными элементами – реле времени выдержки рабочей температуры, электромагнитные пневмо- и гидроклапаны. Проведенные испытания установки “Виолет” в составе комплекта оборудования для полирования пластин кремния большого

диаметра подтвердили возможность сохранения макрогеометрических параметров пластин, что является основным техническим требованием на данном этапе.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что в настоящее время наиболее технологичным способом монтажа пластины на поверхности плана является закрепление с использованием термопластичных адгезивов (мастик). Оптимальный результат получается подбором состава клеящей мастики, физических параметров процесса монтажа (температура нагрева 130^ОС, температура охлаждения 40 ^ОС, давление 3 МПа, время выдержки 1 мин), а также проведением технологической операции монтажа пластин в помещении класса 100.