Моделирование процессов механической обработки пластин полупроводниковых и диэлектрических материалов свободным абразивом

• Автор: Бритвин, Альберт Александрович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с. : ил.

Введение
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ И МЕХАНИЗМОВ УДАЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА С ПОВЕРХНОСТИ ПЛАСТИН ПРИ ИХ ОБРАБОТКЕ СВОБОДНЫМ АБРАЗИВОМ. i x i
1.1. Абразивный износ, связанный с процессами хрупкого разрушения при многопроволочной резке и двухстороннем шлифовании свободным абразивом.
1.2. Абразивный износ, связанный с упругопластической деформацией поверхности, при химикомеханическом полировании.
1.3 Обзор моделей процессов механической обработки пластин ХМП полупроводниковых и диэлектрических материалов.
1.4 Выводы.
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ НАРУШЕННЫХ СЛОЕВ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1 Рентгеновские методы исследования структуры приповерхностных слоев обрабатываемых материалов

2.1.1 Двукристальная дифракгометрия

2.1.2 Секционная рентгеновская топография СРТ

2.1.3 Рентгеновская топография в скользящей геометрии дифракции.

2.1.4 Исследования на синхротрошнлх источниках рештеновского
излучения
2.2 Разработка метода рентгеновской диагностики подложек сапфира на синхротронном излучении
2.3 Метод непрерывного вдавливания индентора. Основы метода и возможности применения в микроэлектронике
2.4 Определение механических свойств арсенида галлия 1 В и сапфира с
ориентацией и методом непрерывного вдавливания индентора.
2.5 Определение трещиностойкости в пластинах сапфира различной ориентации и и кремния на сапфире КНС.
2.6 Определение изменений твердости и модуля Юнга верхнего пористого слоя используемых полировальников в процессе их износа при химикомеханическом полировании
2.7 Определение изменений структуры полировальников в процессе их износа при химикомеханическом полировании методом сканирующей электронной микроскопии СЭМ
2.8 Выводы
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТИН ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СВОБОДНЫМ АБРАЗИВОМ
3.1 Моделирование процессов удаления материала с поверхности пластин при их многопроволочной резке и двухстороннем шлифовании свободным
абразивом
3.2 Моделирование процесса удаления материала с поверхности пластин при химикомеханическом полировании на мягком полировальнике. .
3.2.1 Контактная модель в ХМП
3.2.2 Полировальник и его поры.
3.2.3 Деформация в системе пластиначастица и полировальникчастица .
3.2.4 Нормальное распределение размеров абразивных частиц
3.2.5. Скорость удаления материала с поверхности пластины
3.3 Выводы.
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.
4.1 Расчеты глубины повреждений для наиболее значимых материалов электронной техники при многопроволочной резке и шлифовании свободным абразивом и их экспериментальная проверка
4.2 Экспериментальная проверка применимости модели съема при химикомеханическом полировании на примерах сапфира и арсенида галлия
4.3 Исследование подложек сапфира и арсенида галлия методом рентгеновской диагностики.
4.3.1 Исследование подложек сапфира и структур кремния на сапфире
4.3.2. Исследование подложек арсенида галлия 1 В на двухкристальном дифрактометре.
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА


Для чисто упругого материала НЕ 0,, для совершенно пластичного материала НЕ 0 4. Таким образом, чем меньше НЕ, тем более пластичен материал. Материал пластины Езз эВ п 6 Е, ГПа Н, ГПа Кь МПам,2 нк,С мкм,2 НЕ отк. А1Р 2. А1А 2. В табл. Ез. А и В по Пирсону ппА пв 2 6. В пределах групп полупроводниковых материалов IV группы и группы соединений АШВУ существует корреляция между механическими свойствами и шириной запрещенной зоны и степенью металлизации сил связи. Корреляция со степенью ионности в силах связи существует лишь в пределах изокатионных баР, ваАз, ваБЬ и 1пР, 1пАз, МЬ рядов. В то же время модуль Юнга, микротвердость уменьшаются, а скорость съема увеличивается с увеличением степени металлизации сил связи. В табл. Vотн. Такое сравнение позволяет подобрать соответствующие абразивы и условия обработки для любых материалов элеюронной техники. Так как модуль Юнга, твердость, коэффициент интенсивности концентрации напряжения в вершине трещины, Кс, у алмаза, карбида кремния, оксида алюминия, оксида циркония больше, чем у кремния, то эти материалы служат основой для абразивного инструмента, предназначенного для калибрования, формирования срезов, резки монокристалла, шлифования пластин и создания фаски на краях пластины. Диоксид кремния по твердости, коэффициенту интенсивности напряжений и скорости съема близок к кремнию, а модуль упругости его достаточно высок, поэтому он широко используется для создания коллоиднодисперсных сред для окончательного химикомеханического полирования поверхности пластин кремния. Абразивный материал Е, ГПа Н, ГПа Кс, МПамш нк1с, мкм НЕ ОТН. ИЗН. Эти параметры обеспечивают на окончательных стадиях полирования, проводимых уже в условиях чистых помещений, качество поверхности пластин в соответствии с требованиями к пластинам кремния, предназначенным для изготовления ДОЗУ. Если на начальных этапах механической обработки монокристаллов и пластин можно пользоваться моделями абразивного износа для описания процессов, происходящих в приповерхностных слоях обрабатываемого материала, то для описания явлений, происходящих при химикомеханическом полировании требуется другой подход. Химикомеханическое полирование представляет собой процесс удаления материала с поверхности пластины при относительном движении полировальника и пластины, в промежутке между которыми находится жидкая полирующая дисперсная среда приближение взаимодействия трех тел. Съем материала в процессе ХМП 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 путем повышения давления и температуры в процессе полирования. Несмотря на то, что в процессе ХМП съем материала не сопровождается хрупким разрушением, механические свойства как обрабатываемой пластины, так и полировальника модуль Юнга, твердость, равно как и вязкость жидкой полирующей дисперсной среды играют важную роль в скорости съема при ХМП 7 8 9 . ГПа, плотность 0,,7 гсм3. Таким образом, полировальник оказывает влияние как на механическую, так и на химическую составляющую процесса ХМП. Относительное движение пластины и полировальника в комбинации с приложенным давлением и химической активностью полирующей дисперсной среды ведет к абразивному износу за счет упругопластической деформации поверхностного слоя обрабатываемой пластины. В этом процессе необходимо знание величины площади контакта абразивной частицы с поверхностью пластины, поверхностных механических свойств пластины, полировальника и частиц полирующей дисперсной среды и других параметров для предсказания скорости съема. Процесс абразивного износа, связанный с упругопластической деформацией поверхности при ХМП, описан в работе . Авторы рассмотрели процесс прокатывания сферической частицы диаметром 2Я по поверхности плоской пластины, которая под давлением Р прижимается к полировальнику, а частицы полирующей дисперсной среды движутся в зазоре между пластиной и полировальником и оказывают сдвиговое воздействие на обрабатываемый материал.