автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Обоснование и разработка способа прецизионного химико-механического полирования пластин кремния большого диаметра для СБИС субмикронного уровня

Московский государственный институт электронной техники (технический университет)

Для служебного пользования На правах рукописи Зкг № п УДК [621 315 592 2 546 281621 К)

Чуканов Сергей Владимирович

Обоснование и разработка способа прецизионного химико-механического полирования пластин кремния большого диаметра для СБИС субмикронного уровня

Специальность 05.27.06-технология полупроводников и материалов электронной техники

А втореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11с У , <ог

//

Москва - 1998г.

/О \

1

д

l'aóoia нынолнена на кафедре специальных материалов микроыектронпки Московского [осударственного института пектронной icxnnKH (технического университета).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Научным консультант - кандидат технических наук, доцент

ШУЛЬГА Владимир Григорьевич Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

СОРОКИН Игорь Николаевич кандидат технических наук 11ИКИФОЮВА-ДГНИСОВЛ Светлана Николаевна Вслушая организация - ОАО "Ангстрем", г. Москва

Защита диссертации состоится "_"_1998 г.

в__часом на заседании диссертационного совета Д 053.02.03 при

Московском институте -электронной техники по адресу: 103498, т. Москва, МГИЭТ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭТ. Лнюрефераг раюелан "_"_1998 г.

Ученый секрекфь

диесерганноншно concia,

доктор фтико-матемашчески.х наук.

ХАШИМОВ Фарух 1'ахимович

профессор

Ь.Г.ЬУДАГЯН

3

д

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В современном полупроводниковом производстве тенденция увеличения диаметра кремниевых пластин, используемых для изготовления СБИС и ССИС, продолжает оставаться одним из наиболее существенных элементов увеличения производительности и снижения цены изделия, приведенной к одному квадратному сантиметру кристалла. Это достигается за счет увеличения числа кристаллов на пластине с увеличением ее диаметра, снижения минимального топологического размера элементов памяти и, соответственно, за счет увеличения емкости динамической оперативной памяти запоминающего устройства (ДОЗУ).

Сведения, содержащиеся в информационных источниках, показывают, что в производстве интегральных схем основным материалом ближайшего десятилетия будет оставаться кремний. Увеличение объема выпуска кремниевых пластин будет обеспечиваться в основном за счет выпуска пластин кремния диаметром 150 мм, 200 мм и 300 мм. Требования к качеству пластин кремния большого диаметра определяются в основном применением проекционных методов прецизионной микролитографии субмикронных размеров, используемой для создания СБИС и ССИС.

Ужестрчение требований к геометрическим параметрам пластин, вызванное этими причинами, касается в первую очередь таких параметров, как разнотолщинность на пластине и локальная неплоскостность, Задача изготовления кремниевых пластин большого диаметра с высокой точностью геометрической формы поверхности требует специального рассмотрения и решения.

Настоящая работа посвящена совершенствованию технологам полирования пластин большого диаметра с целью обеспечения требуемых параметров точности геометрической формы поверхности пластин и минимизации влияния погрешности формы на электрические параметры полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Ведущие мировые производители пластин кремния для решения этих задач создают собственное оборудование, являющееся одним из основных секретов, обеспечивающих достижение уровня современных жесточайших технических требований, в первую очередь к геометрическим параметрам пластин кремния большого диаметра, используемых в производстве СБИС и ССИС.

Цель и задачи исследования. Цель дайной диссертационной работы состояла в обеспечении точности формы и качества поверхности пластин кремния большого диаметра для СБИС субмикронного уровня путем разработки способа и технологии химико-механического полирования.

Для достижения поставленной цели необходимо было последовательно решить следующие задачи:

- разработать математическую модель съема кремния в процессе химико-механического полирования;

- разработать математическую модель поведения детали при односторонней обработке;

- провести экспериментальные исследования по определению зависимости коэффициента сопротивления движению в паре кремний - полировальное полотно от давления и скорости относительно движения;

- разработать способы обработки, обеспечивающие снижение рашотолщшшостн пластины путем ее вращения вокруг собственной оси;

- провести экспериментальные исследования по обработке пластин с применением разработанных способов.

Научная новизна работы:

Разработана математическая модель процесса одностороннего химико-механического полирования кремниевых пластин с учетом параметров плоского силового взаимодействия в условиях вршцения пластины векрут собственной оси.

Предложен и научно обоснован способ прецизионного химико-механического полирования пластин кремния большого диаметра, предусматривающий монтаж пластин на индивидуальных блоках-носителях, которые имеют возможность

самоустанавливаться на сферической опоре по поверхности полировалышка с нулевой жесткостью и вращаться вокруг собственной оси под действием сил сопротивления движению, действующих на пластину со стороны полироватьника.

Практическая ценность работы:

На основании предложенного способа впервые создан комплект отечественного оборудования для химико-механического полирования, способный обеспечить серийный выпуск пластин кремшм диаметром 150 мм для СБИС с топологической нормой 0.8 мкм. ■

Проведены экспериментальные и технологические исследования по оптимизации режимов обработки, на основании

которых разработаны технологические режимы монтажа и полирования пластин кремния диаметром 150 мм.

Внедрение и использование результатов. Результаты научно-исследовательской работы по разработке способов и оборудования для одностороннего химико-механического полирования пластин кремния большого диаметра для производства СБИС субмикронного уровня внедрены на ОАО "Элма", г. Москва.

Внедрение результатов исследований позволило создать производственную линию по выпуску пластин кремния диаметром 150 мм мощностью до 10000 пл/мес и получить пластины со следующими геометрическими параметрами:

- разиотолщшшость (TTV) < 4 мкм;

- доля модулей размером (10x10) мм с локальным отклонением от плоскостности менее 1 мкм ä 95%.

Выход годных пластин диаметром 150 мм на операции химико-механического полирования повысился до 85%.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на 111 Международной конференции "Микроэлектроника и информатика" (Москва, НИИНЦ, 1997 г.); на ежегодных Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях "Электроника и информатика" (Москва, МГИЭТ, 1997,1998 гг.); а также на научном семинаре ОАО "Элма", Зеленоград, 1997 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 4 тезисов докладов. Результаты исследований использовались в научно-технических отчетах по НИР и ОКР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложений и содержит 94 страницы машинописного текста, 52 рисунка, 12 таблиц, а также библиографический список литературы из 146 наименований на 15 страницах.

Содержание работы.

Главы диссертации посвящены последовательному решению перечисленных выше задач для достижения основной цели работы.

В первой главе определен технический уровень и тенденции развития в области технологии полирования кремниевых подложек, используемых в производстве интегральных схем.

Анализ существующих отечественных и зарубежных технологических процессов изготовления подложек показывает, что количество и последовательность выполнения операций, позволяющих получать требуемые параметры качества изделий, почти у всех изготовителей одинаковы. В качестве основной формообразующей операции применяется двухстороннее шлифование (доводка) свободным абразивом. Заключительной операцией, оказывающей основное влияние на точность формы рабочей пог.ерхностн пластины, является операция полирования, которая необходима в первую очередь для улучшения качества поверхности.

Анализ влияния состава фаз некоторых коллоиднодисперсшлх систем, применяемых з полировании (и частности, суспензию сс-АЬОз, суспензию окислоз гю2 и БЮ;, золей и гелей БЮД на механизм изнашивания полируемого материала показал, что

наиболее технологичным способом получения качества рабочей поверхности, отвечающего современным техническим требованиям к пластинам кремния большого диаметра, применяемым в производстве СБИС субмикронного уровня, в настоящее время является химико-механическое полирование составами на основе коллоидной поликремнекислоты (золей БЮг).

Процесс химико-механического полирования кремния этими составами можно представить как серию последовательных процессов образования и удаления пассивирующего слоя БЮг. Первое - следствие возникновения химических связей в процессе адсорбции на ювенилыюй поверхности, второе - можно рассматривать, например, как каталитическую гетерогенную реакцию растворения двуокиси кремния в воде с гидроксил-ионом в качестве катализатора:

О

\

: - О -/

О

О

ч

Е — О - Э! /

О

О

ч

: - О — /

О

О

ч

: - О — /

О

О

ч

ОН ЕЕ^-О-^ /

О

О

ч

ОН н51-0-514-0Н

у у

О

+ ОН"

О

ч

ОН =51-0-51 /

О

о

ч

ОН =51-0-51 /

О

О

ч

ОН =81-0-51

/

О

О

ч

е 51 - О - 51 /

О

о1г+зн2о-

- ОН

н51

-он -он

+351(0Н)~5

ОН

о

ч

ОН =51-0-51

/

О

ОН

Однако механизм съема полируемого кремния при химико-механическом полировании не вписывается и рамки существующих концепций, положенных в основу расчетов ожидаемой формы обработанной поверхности и требует разработки нового математического аппарата, который мог бы служить основой для расчетов по формообразованию при полировании кремниевых пластин большого диаметра

Несмотря на менее жесткие требования к точности формы подложек в отечественных технических условиях по сравнению с зарубежными стандартами качества (SEM1), серийные технологии и парк оборудования, применяемые для обработки, не могут обеспечить выполнение этих требований. Так средняя величина разнотолщинности на пластинах диаметром 150 мм, изготавливаемых в нашей стране, составляет около 10 мкм, что снижает процент выхода годных пластин до 8-10%. Сравнивая требования к отечественным пластинам и характеристики зарубежных пластин, можно сделать вывод об актуальности и возможности дальнейшего совершенствования формообразующих операций.

Проведен анализ кинематических особенностей оборудования для одностороннего полирования кремниевых пластин. Сделан вывод о том, что при одностороннем химико-механическом полировании, наиболее часто используемом в производстве пластин кремния большого диаметра, уменьшение разнотолщинности на деталях достигается при программированном перемещении детали, а именно - при вращении вокруг собственной оси.

Результаты выполненного в первой главе анализа используются как базовые для выбора направлений исследования.

Во второй главе приведены результаты разработки математической модели процесса одностороннего химико-механического полирования кремниевых пластин с учетом парамстро» плоского силового взаимодействия в условиях вращения пластины вокруг собственной оси.

Для определения скорости съема кремния во время процесса химнко-механического полирования чаще всего используется хорошо известное уравнение Престона. Это уравнение объединяет давление и скорость, как две основные компоненты, вносящие наибольший вклад в скорость съема. Необходимо заметить, что это уравнение было получено еще в начале века для полирования стекла и является исключительно эмпирическим по своей сути. Как в отечественной, так и в зарубежной печати практически не было опубликовано аналитических работ по его проверке и исследованию.

Предложена модель удаления материала, разработанная на основе формул локальных поверхностных напряжений, где процесс эрозии поверхности представляется как последовательность бесконечно малых изменений, а процесс трещинообразования усредняется до нескольких межатомных расстояний. Эта модель объединяет теорию упругого контактного взаимодействия полиров&тьных частиц с подложкой и механику взаимодействия потока суспензии с поверхностью подложки и вносит значительные поправки в уравнение Престона.

При разработке математической модели кинематики движения пластины в процессе полирования был определен критерий наличия вращения детали вокруг собственной оси и проведен анализ возможных сочетаний крутящего момента и момента сопротивления двюкению, действующих на любую элементарную площадку поверхности пластины. Установлено, что из множества возможных

способов управления величиной крутящего момента (по давлению, по коэффициенту сопротивления движению, по относительной скорости перемещения и длине пути относительного перемещения элементарной площадки по инструменту, по положению мгновенного центра скоростей и т.д.) наиболее эффективным является управление по положению мгновенного центра скоростей. Исследовано влияние положения мгновенного центра скоростей на поведение пластины в условиях возможности вращения пластины вокруг собственной осн. В результате проведенных расчетов на ЭВМ параметров взаимодействия детали с инструментом получены зависимости, анализ которых показал, что при создании определенных условий существует возможность вращения пластины вокруг собственной осн.

Для эффективного применения вращения пластины вокруг собственной оси была поставлена задача определения эффективного диапазона изменения скорости вращения пластины, в котором проявляется эффект повышения точности обработки. На основании анализа исследований, проведенного в первой главе, был сделан вывод о том, что обработка на станках с определенным сочетанием геометрических, кинематических и технологических параметров характеризуется соответствующими значениями погрешностей формы, в частности разнотолщинностыо на пластине. Причем, в каждом отдельном случае разнотолщинность на пластине не изменяегся после некоторого времени обработки, называемого временем приработки (Ц). Разрешающая способность проекционной фотолитографии (минимальная ширина линий) определяется именно разнотолщинностью на пластине, а доминирующей погрешностью является классический "клин" вдоль ее диаметра.

Причиной образования установившейся клинообразной формы пластины в процессе обработки является неодинаковость величин интенсивностей изнашивания для различных точек ее поверхности, обусловленная различием путей трения, видов траекторий относительного движения и соотношением размеров детали н инструмента. Другими словами, выравнивая значения интенсивностей изнашивания точек поверхности пластины, следует ожидать приближения ее установившейся формы к форме инструмента. Исходя из этих выводов, был установлен диапазон изменения скорости вращения детали, обеспечивающий уменьшение разноголщннности пластины до допустимого значения.

Проведенный строгий математический анализ модели вращения пластины при помощи ЭВМ потребовал большого количества времени и не удобен при проведении практических инженерных расчетов по выбору параметров полирования. Однако, ограничения по диапазонам изменения параметров, определяющих условия вращения пластины, позволили существенно упростить алгоритм расчета. С точностью, приемлемой для проведения инженерных расчетов возможна оптимизация кинематических и геометрических параметров обработки по косвенному критерию минимизации разности длин путей трения для различных участков поверхности пластины, пропорциональных величине съема материала пластины. Таким образом, была разработана методика расчета режимов односторонней обработки пластин.

В третьей главе проведены экспериментальные исследования влияния параметров взаимодействия детали с инструментом при одностороннем химико-механическом полировании на выходные характеристики деталей.

Интенсивность изнашивания обрабатываемой поверхности кремниевой подложки (скорость съема) зависит от целого ряда параметров. Для процесса химико-механического полирования имеет большое значение и материал полировальника, и величина расхода полировальной суспензии, и pH суспензии, и температура в зоне полирования, однако все эти параметры обычно подбираются при отработке технологического процесса в зависимости от имеющихся материалов и требуемых выходных характеристик деталей. Основными же наиболее просто определяемыми параметрами, влияющими на интенсивность изнашивания кремния на поверхности подложки в процессе химико-механического полирования, являются давление и скорость относительного движения.

Для • проверки соответствия математической модели, представленной во второй главе, было целесообразно провести экспериментальные исследования по определению зависимости скорости съема кремния от величины рабочего давления и скорости относительного движения деталь - инструмент.

Эксперименты проводились на модернизированном станке односторонней обработки планетарного типа Ю1М3.105.004 ("Ладья"). Модернизация заключалась в замене головки шпинделя специальным блоком-держателем, обеспечивающим возможность самоустановки штстины по поверхности полировальника и имеющим возможность вращения вокруг собственной оси. Пластина приклеивалась соосно к плану из титанового сплава ВТ-Ю, рабочая поверхность которого доводилась с точностью 2 мкм. На полировальный стол наклеивалось пщотио SUPA-fy (производства ф!грмы "Rodel"). Полировальная рус^вдда М РРНОТе коллоидного растрорз (силиказоля) оксида jcpPMÜW jjy 6-09-4989-83),

разбавленного в водном растворе гндрокснда калия (рН » 10.6) распределялась по поверхности полировальника со скоростью подачи 50 мл/мин. Поверхность полировальника регенерировалась между экспериментами с целью обеспечения одинаковых условий полирования для каждой последующей пластины. Угловая скорость полировального стола устанавливалась постоянной <о4 и 60 об/мин, давление и скорость вращения блока-носителя изменялись для проверки их соответственного влияния на скорость съема.

Полученные экспериментальные зависимости скорости съема кремния от величины рабочего давления и скорости относительного движения деталь - инструмент достаточно хорошо согласуются с теоретическими кривыми, построенными на основе расчетов с использованием разработанной математической модели. Оценивая результаты экспериментов, можно сделать вывод, что модель удаления материала, разработанная на основе формул локальных поверхностных напряжений, точнее описывает зависимость скорости съема от механических параметров процесса (давления и скорости относительного движения), чем уравнение Престона.

Для определения зависимостей коэффициента трения в паре кремнии - полировальное полотно в условиях полива полировального состава от давления и скорости отноаггелыюго движения на операции химико-механического полирования с тем, чтобы использовать эти зависимости в математической модели движения пластины, были проведены соответствующие исследования с использованием в качестве вращающегося инструмента нижнего диска малогабаритного плоскодонодочного станка КЗЛ914. Ныло установлено, чю зависимости коэффициентов трения от обоих параметров при скольжении образца по полировальник), как при малом, так и при большом расходе

суспензии незначительны и составляют не более 10% в рабочих диапазонах. Поэтому в расчетах по определению характера движения пластины было принято f = const, а численные значения -равными коэффициенту трения в середине диапазона изменения давления, так как 6f (Р) > 5f (v), где 5f - относительное отклонение коэффициента трения. Следовательно, коэффициент трения в паре кремний - полировальное полотно в условиях полива полировальной суспензии равен f = 0.36.

Для подтверждения установленного диапазона изменения скорости вращения детали, обеспечивающего уменьшение разнотолщшшости пластины до допустимого значения, были проведены экспериментальные исследования по определению зависимости интенсивности изнашивания различных участков поверхности кремниевой пластины от скорости ее вращения вокруг собственной оси при химико-механическом полировании. Эксперименты проводились на модернизированном станке односторонней обработки планетарного типа "Ладья", описанном выше.

Результаты исследований показали, что, во-первых, интенсивности изнашивания neinpa и периферии пластины неодинаковы на всех режимах обработки. Это означает, что величина съема материала детали зависит не только от длин траекторий относительного движения, но и от видов этих траекторий, которые, в свою очередь, зависят и от соотношения размеров детали и инструмента. Этот результата объясняет, в частности, тот факт, что на идеально плоских инструментах невозможно получить столь же плоскую поверхность Летали при существовании различий в видах траекторий отдельных ее участков. Эксперименты показали также, что форма обработанной

поверхности пластины не изменяется, начиная с некоторого момента времени Ц - времени приработки, которое зависит как от исходной формы детали, так и от режимов обработки. Однако главным результатом экспериментов является выявление существенной зависимости интенсивности изнашивания, определяющей форму обработанной пластины, от скорости ее вращения вокруг собственной оси.

Воспроизводимость результатов экспериментов была оценена по критерию Кохрена. Для этого был вычислен О-критерий, после сравнения которого с табличным значением, было получено О^ОтаСд, что означает однородность ряда дисперсий и воспроизводимость результатов.

Адекватность теоретического и экспериментального распределения была оценена, используя критерий Фишера, предусматривающий сравнение дисперсий опытных данных и дисперсии адекватности, которая показывает относительный разброс расчетной и экспериментальной зависимостей. В результате расчета Р-критерия было получено Р = 2.9. Сравнение вычисленных значений с табличными показало, что расчетные кривые адекватны экспериментальным при 5%-ном уровне значимости. Были проведены экспериментальные исследования влияния параметров ХМП на точность формы кремниевых пластин диаметром 150мм при использовании различного оборудования. Установлено, что увеличение отклонения толщины по пластине в процессе ХМП на немодернизированных шпинделях станка Ю1МЗ. 105.004 делает практически полностью неэффективным применение этого станка для удаления нарушенного слоя с пластин, предназначенных для СБИС и ССИС. В приемлемом диапазоне значений разнотолщинности (<5мкм) остается после полирования не

более 8-10% пластин. Сохранение исходных макрогеометрических параметров обеспечивается при двустороннем ХМП на станках AL-2Р (фирмы "Peter Wolters"), на которых реально выпускаются пластины, отвечающие уровню требований для СБИС и ССИС.

Анализ данных по пластинам, полированным на модернизированных шпинделях, свидетельствует о значительном повышении возможностей одностороннего полирования. Практически сохраняемость геометрических параметров находится на таком же уровне, как после двустороннего полирования на AL-2P.

В четвертой главе проведены технологические исследования процесса химико-механического полирования на

модернизированном оборудовании в условиях серийного производства.

Было предложено новое техническое решение в конструкции станка одностороннего химико-механического полирования, предусматривающее монтаж пластин на индивидуальных блоках-носителях, которые имеют возможность самоустанавливаться на сферической опоре по поверхности полировальника с нулевой жесткостью и вращаться вокруг собственной оси под действием сил сопротивления движению, действующих на пластину со стороны полировальника. В конструкции план-шайбы, передающей рабочую нагрузку на блок-носитель предусмотрено выравнивание давления по поверхности контакта, передаваемого сферической опорой за счет распределения рабочей нагрузки по кольцевой зоне через кольцевой опорный подшипник. Система нагружешш станка выполнена на основе диафрагменной однокамерной пневмоснстемы с компенсацией давления посадки пластин на полиров&чьник, осуществляемой пружиной.

11а основании этого технического решения были разработаны станок предварительной полировки "Яхонт-1" и станок окончательной полировки "Яхонт-2", представляющие собой модернизированный вариант станка Ю1МЗ. 105.004 ("Ладья").

Модернизированный станок "Яхонт-1" предназначен для одновременной обработки рабочей поверхности 24-х пластин. Тем не менее, ХМП на этом станке нельзя назвать групповой обработкой в привычном применении этой характеристики к процессу полирования, поскольку на каждую несущую план-шайбу монтируется только одна пластина. В процессе полирования каждая пластина обрабатывается индивидуально, вращаясь вокруг собственной оси и самоустанавливаясь по поверхности инструмента (полировального стола с наклеенным на него нетканым полировальным материалом). По сути, группа из 24-х пластин одновременно подвергается индивидуальной обработке. Таким образом, в данном случае процесс ХМП на модернизированном станке с точки зрения размещения пластин на носителе (планшайбе) является индивидуальной обработкой, а с точки зрения использования инструмента - групповой.

В отличие от описанных выше процессов, на станке Ю1МЗ. 105.004 ("Ладья") до его модернизации осуществлялось ХМП, для которого характерно как групповое размещение пластин на носителях (план-шайбах), так и использование инструмента для одновременной групповой обработки нескольких носителей с группами закрепленных на них пластин. Несмотря на то, что это позволяет существенно повышать производительность станка, особенно при больших размерах полировального стола (01200 мм) и план-шайбы носителя (0484 мм), эффективность полирования пластин большого диаметра (0150 мм и более) на станке

Ю1М3.105.004 ("Ладья") близка к нулю (при опенке пластин по геометрическим параметрам ПВГ = 8 - 10%).

Для обеспечения требуемого уровня качества пластин, с целью определения наиболее эффективных средств в производственных условиях, применительно к станкам "Яхонт" новой конструкции, испытывались различные технологические приемы и средства:

- полировальные составы: при испытаниях уточнялись величина расхода суспензии, концентрация и эффективный диаметр частиц дисперсной фазы, химический состав дисперсионной среды; воздействие ноногенных и нсионогенных ПЛВ, как в процессе полирования, так и в процессе очистки на станке;

- полировальные полотна: испытывались импортные и отечественные полотна без полиуретанового покрытия с плотностью 0.18-0.27 г/см3 (ТУ 17-21-432-82, ТУ 17-21-604-87) с плотностью 0.35-0.43 г/см3 (SUBA и SUBA 500 фирмы "Rodel"); полотна с пористым полиуретгновым покрытием, различающимися по толщине, структуре, размерам н количеству пор (Politex и UR 100 фирмы "Rodel");

- способы закрепления полировальных полотен;

- способы размещения пластин на блоках;

- способы 'закрепления пластин н подготовки план-шайб при одностороннем полировании (наклеивание, вакуумные держатели, электроадгезия);

- величина скорости подачи полировального состава;

- температура в зоне полирования.

На основании результатов, полученных при разработке технологических режимов монтажа и полирования пластин, были составлены соответствующие технологические карты (ТК).

Пятая глава посвящена практической реализации результатов работы.

Теоретические, экспериментальные и технологические исследования процесса химико-механического полирования пластин кремния 0150 мм позволили выработать практические рекомендации по созданию комплекта оборудования. Испытания изготовленного комплекта оборудования показали, что эффективность его использования (при оценке геометрических параметров пластин) достигает ~ 100%.

Исходя из результатов испытаний изготовленного комплекта оборудования, сделан вывод, что для обеспечения нормальных условий проведения процесса ХМП станки "Яхонт-1" и "Яхонт-2" могут быть размещены в помещении класса 1000. Установку монтажа пластин "Виолет" и оборудование для вспомогательных операций при монтаже необходимо размещать в отдельном помещении с меньшей запыленностью (класс 100). Передача подготовленных к полированию план-шайб с пластинами должна осуществляться через шлюз с водным затвором.

Была разработана планировка помещений для монтажа и полирования пластин, разработанная с учетом выполнения необходимых требований к размещению оборудования: обеспечения приточно-вытяжиой вентиляции; использования агрессивных сред и ЛВЖ; обеспечеш!я соответствующего класса чистоты помещений.

Пропускная способность комплекта оборудования, включающая два станка предварительного полирования "Яхоцг-Г' (с загрузкой 24-х пластин), станок заключительного полирования "Яхонт-2" н установку монтажа пластин "Виолет" при двухсменной работе обеспечивает ежесуточный выпуск 400 годных пластин кремния диаметром 150 мм п- или р-типа. Выход годных (11ВГ) при

оценке после ХМП по совокупности всех параметров составляет около 85%.

Дальнейшим шагом по использованию результатов данной работы является разработка способа одностороннего полирования пластин кремния диаметром 150 мм без приклейки их к блокам-носителям и конструкции блока-носителя. Отсутствие адгезивного слоя между поверхностью блока и пластины, который может иметь неравномерную толщину, позволяет существенно снизить погрешность установки пластины по отношению к поверхности инструмента, что положительно сказывается на равномерности съема материала детали по ее поверхности. Таким образом, снижение погрешности установки в сочетании с самоустановкой пластины по инструменту и вращением вокруг собственной оси позволяет повысить выход годных пластин на операции ХМП при выполнении более жестких требований к геометрическим параметрам пластин, а также снизить вспомогательное время.

Так как технологические исследования изготовленного комплекта оборудования показали достаточный технологический запас разработанного способа препизиошюго химико-механического полирования, то в дальнейшем результаты работы могут быть использованы при разработке аналогичного комплекта оборудования для ХМП пластин кремния диаметром 200 мм для СБИС субмикронного уровня.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТЛ ТЫ РАБОТЫ и выводы

В результате проведенных теоретических, экспериментальных и технологических исследований решена проблема обеспечения точности формы и качества поверхности пластин кремния большого

диаметра для СБИС субмикронного уровня в условиях серийного производства.

1. Установлено, что при одностороннем химико-механическом полировании пластин на станках с дисковым инструментом планетарного типа разпотолщинность деталей стремится к определенному установившемуся значению, отличному от нуля, благодаря неодинаковым условиям взаимодействия различных участков поверхности пластины с полировальным полотном.

2. Предложена модель съема кремния в процессе ХМП, объединяющая теорию упругого контактного взаимодействия полировальных частиц с подложкой и механику взаимодействия потока суспензии с поверхностью подложки.

3. Предложена модель взаимодействия пластины с инструментом, анализ которой позволил установить, что при создании определенных условий возникает регулярное вращение детали вокруг собственной оси.

4. Разработан способ обработки, обеспечивающий выравнивание условий взаимодействия отдельных участков поверхности пластины с инструментом за счет вращения пластины вокруг собственной оси.

5. Разработана методика расчета режимов обработки и параметров 1шструмента, реализующих разработанный способ.

6. Экспериментально установлены зависимости скорости съема кремния с поверхности обрабатываемой пластины гфн ХМП от основных параметров обработки, подтверждающие полученные математическим моделированием теоретические данные.

7. Установлено, что интенсивности изнашивания центра и периферии пластины большого диаметра существенно зависят от скорости сращения вокруг собственной оси.

8. На основании выявленной зависимости интенсивностей изнашивания разлугчных участков пластины большого диаметра от их положения относительно центра инструмента при одностороннем ХМП разработаны принципиальная схема и конструкторская документация на устройство полирования.

9. Разработаны станок предварительного полирования "Яхонт-1" и станок окончательного полирования '.'Яхонт-2", представляющие собой модернизированный вариант станка Ю1МЗ. 105.004 ("Ладья"), ревизующий возможность самоустановки пластин по поверхности инструмента и их вращения вокруг собственной оси.

10.Разработана установка "Виолет", предназначенная для монтажа пластин на план-шайбы с использованием термопластичных адгезивов.

11 .Разработаны технологические режимы монтажа и полирования пластин кремния диаметром 150 мм на данном оборудовании и составлены соответствующие технологические карты.

12. Разработана планировка помещений для монтажа и полирования пластин.

13.Внедрение результатов исследований позволило создать производственную линию по выпуску пластин кремния диаметром 150 мм мощностью до 10000 пл/мес и получить пластины со следующими геометрическими параметрами:

- разнотолщшшость (TTV) < 4 мкм;

- доля модулей размером (10x10) мм с локальным отклонением от плоскостности менее 1 мкм > 95%.

Выход годных пластин диаметром 150 мм на операции химико-механического полирования повысился до 85%.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Козлов Ю.Ф., Хохлов А.И., Чуканов C.B., Шульга В.Г. Технология и оборудование для прецизионного полирования пластин кремния большого диаметра // Тезисы докладов III Международной конференции "Микроэлектроника и информатика". Москва-Зеленоград, 1997, с. 157-158.

2. Лебедев C.B., Литвинов Ю.М., Макаров A.C., Назаров Ю.А„ Павлов В.Ф., Хохлов А.И., Чуканов C.B. Обнаружение повреждений поверхности в химико-механическн полированных пластунах кремния методами рентгеновской топографии при скользящих углах падения и просвечивающей электронной микроскопии // Тезисы докладов III Международной конференции "Микроэлектроника и информатика". Москва-Зеленоград, 1997, с.171-172.

3. Чуканов C.B., Сушков Э.И. Эффективность и надежность способов закрепления пластин кремния при одностороннем полировании // Микроэлектроника и информатика - 98. Тезисы докладов. 4.1. -М.: МИЭТ, 1998, с. 150.

4. Чуканов C.B., Перфильев А.Н. Моделирование механизма съема кремния при химико-механическом полировании // Микроэлектронику и информатика - 98. Тезисы докладов. 4.1. - М.: МИЭТ, 1998, с. 141.

5. Хохлов А.И., Чуканов C.B., Шульга В.Г. Методы и оборудование

для мотажа пластин кремния, большого диаметра на

технологическом этапе химико-механического полирования //

Известия ВУЗов: Электроника, 1998, №4, с.37-41.

Заказ 4 Тираж 70 Объем 1,0 уч.иэц-л

3-н * 5" ДСП Отпечатано в типографии МИЭТ