СПОСОБ ХИМИКО-ДИНАМИЧЕСКОЙ ПОЛИРОВКИ

Область техники

Изобретение относится к проблемам химико-динамической полировки материала. Для достижения цели изобретения можно использовать в качестве материала металлы, диэлектрики, полупроводники и их соединения. В частности, предложен способ химико-динамической полировки кремниевой пластины, пленки диоксида кремния или слоя вольфрама, нанесенного на кремниевую пластину, которая прикрепляется к вращаемому держателю нерабочей стороной, опускается в химический раствор рабочей стороной и вращается с определенными скоростями в химическом растворе, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины относительно химического раствора и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала.

Уровень техники

Химико-динамическая полировка материала (металла, диэлектрика, полупроводника и их соединений), который прикрепляется к вращаемому держателю нерабочей стороной, опускается в химический раствор рабочей стороной и вращается с определенными скоростями в химическом растворе, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины в химическом растворе и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала.

Известен способ проведения химико-динамической полировки, который является традиционным при обработке рабочей стороны кремниевых пластин [Родионов Ю.А. Базовые технологические процессы в микроэлектронике. Минск: 2006]. Данный способ осуществляется путем вращения химического раствора относительно неподвижной кремниевой пластины со скоростью 60-80 об/мин за счет вращения наклоненного под углом 30-45° стакана с химическим раствором с помещенной внутрь него кремниевой пластиной. Обычно используется химический раствор, содержащий азотную, плавиковую и уксусную кислоты с соотношением компонентов HNO₃:HF:CH₃COOH=8:5:5, 14:3:3 и 40:1:1. Скорость травления зависит от типа материала, ориентации его кристаллографических осей и температуры химического раствора. Недостатками данного метода являются неподвижность кремниевой пластины в процессе обработки, что не позволяет обеспечить равномерное трение между кремниевой пластиной и химическим раствором, а такое расположение пластины позволяет продуктам химической реакции осаждаться на поверхности пластины и вызывать дополнительное загрязнение и, соответственно, дефектность.

Известен также способ химико-динамической полировки, в котором пластина помещается на вращающийся держатель соосно с осью вращения, а химический реагент подается струей, тангенциально к обрабатываемой поверхности [Гарипов В.Г., Шмелев Н.И., Гаранин В.П. Патент РФ №2045108 // Способ химико-динамичекой обработки пластин арсенида галлия. - №5008191/25; дата подачи 01.07.1991; опубликован 27.09.1995]. Недостатками данного способа являются невозможность обеспечить равномерное воздействие химического раствора на поверхность обрабатываемой пластины, необходимое для планарного полирования, и вероятность появления дополнительной дефектности, связанной с воздействием струи химического реактива.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ химико-динамической полировки, в котором пластина устанавливается в среде химического раствора на специальном держателе (диске), который вращается с определенной скоростью [Томашик З.Ф., Окрепка Г.М., Томашик В.Н., Моравец П., Гешл П. Химическое взаимодействие монокристаллов Zn_xCd_1-xTe с водными растворами HNO₃-HBr-молочная кислота // Конденсированные среды и межфазные границы, 2008. Т.10, №2. С.166-171]. Данный способ позволяет достичь шероховатости поверхности (R_z) на отдельных участках на уровне 0,05 мкм, однако не позволяет обеспечить равномерное полирование по всей рабочей поверхности пластины из-за разных средних скоростей движения каждой точки пластины, а также вносит дополнительную дефектность из-за расположения пластины на диске рабочей стороной вверх.

Предлагаемый способ проведения химико-динамической полировки позволяет устранить эти недостатки, поскольку кремниевая пластина прикрепляется к вращаемому держателю нерабочей стороной, опускается в химический раствор рабочей стороной и вращается с определенными скоростями в химическом растворе, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины в химическом растворе и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала. Такое расположение пластины позволяет обеспечить чистоту поверхности полируемого материала в процессе удаления продуктов реакции. Это связано с тем, что после реакции удаленные продукты сразу переходят от рабочей поверхности вниз в раствор, и поверхность остается чистой, что приводит к снижению уровня дефектности в процессе химико-динамической полировки.

Управление процессом осуществляется за счет контроля скорости вращения кремниевой пластины в химическом растворе по окружности и вокруг своей оси, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины в химическом растворе и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала.

Для удержания и вращения кремниевой пластины в химическом растворе не требуются сложные приспособления, и данный способ легко осуществим.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении равномерности химико-динамической полировки кремниевых пластин, диэлектрических и металлических пленок и снижения дефектности этих материалов во время химико-динамической полировки за счет прикрепления к вращаемому держателю нерабочей стороной, опускания в химический раствор рабочей стороной и вращения с определенными скоростями в химическом растворе, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины в химическом растворе и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала. Такое расположение материала позволяет обеспечить чистоту поверхности полируемого материала в процессе удаления продуктов реакции. Это связано с тем, что после реакции удаленные продукты сразу переходят от рабочей поверхности вниз в раствор, и поверхность остается чистой, что приводит к снижению уровня дефектности в процессе химико-динамической полировки. Данная технология не требует разработки сложного по конструкции оборудования.

Поставленная задача решается с использованием фторопластового резервуара (ванны) для травления, в который погружена кремниевая пластина, закрепленная при помощи вакуумного держателя таким образом, чтобы пластина была полностью помещена в раствор и располагалась нерабочей стороной к держателю, а рабочей стороной к раствору. При этом держатель с пластиной опускается в раствор. Кремниевая пластина равномерно вращается в химическом растворе за счет равномерного движения по окружности и одновременно вокруг своей оси (фиг.1). Такой способ позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины в химическом растворе и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала.

Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что полируемый материал прикрепляется к вращаемому держателю нерабочей стороной, опускается в химический раствор рабочей стороной, вращается с определенными скоростями в химическом растворе по окружности и одновременно вокруг своей оси, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала. Такое расположение пластины позволяет обеспечить чистоту поверхности полируемого материала в процессе удаления продуктов реакции. Это связано с тем, что после реакции удаленные продукты сразу переходят от рабочей поверхности вниз в раствор, и поверхность остается чистой, что приводит к снижению уровня дефектности в процессе химико-динамической полировки.

Управление процессом осуществляется за счет контроля скорости вращения кремниевой пластины в химическом растворе по окружности и вокруг своей оси, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины в химическом растворе и приводит к равномерному механическому трению между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала.

Для удержания и вращения кремниевой пластины в химическом растворе не требуются сложные приспособления, и данный способ легко осуществим.

Краткое описание чертежей

Фиг.1, Фиг.2:

Скорость движения пластины по окружности радиусом R обозначена на рисунке V_окр. Скорость вращения вокруг своей оси V_вр. Средняя скорость движения каждой точки пластины V_cp.

Для точки A: V_cp.=(V₁+V₂+V₃+V₄)/4

Для точки В: V_cp.=(V₁+V₂+V₃+V₄)/4

Для точки С: V_cp.=(V₁+V₂+V₃+V₄)/4

Для точки D: V_cp.=(V₁+V₂+V₃+V₄)/4

Если R=2D_пл., тогда V_окр.=4V_вр., где D_пл. - диаметр полируемой пластины.

Фиг.3. - общий вид предлагаемого способа химико-динамической полировки: 1 - резервуар (ванна) из фторопласта; 2 - фторопластовый вакуумный держатель; 3 - кремниевая пластина, диэлектрический слой или слой вольфрама, нанесенный на кремниевую пластину; 4 - химический раствор для полировки.

Скорость вращения по окружности V_окр. Скорость вращения вокруг своей оси V_вр.

Фиг.4. - Неравномерность по всей поверхности кремниевой пластины до проведения химико-динамической полировки по указанной методике.

Фиг.5. - Неравномерность по всей поверхности кремниевой пластины после проведения химико-динамической полировки по указанной методике.

Пример осуществления изобретения

Разработан способ химико-динамической полировки кремниевых пластин в среде химического раствора. В данном методе осуществляется равномерное вращение кремниевой пластины в химическом растворе в резервуаре из фторопласта, заполненном химическим раствором, в который целиком помещена кремниевая пластина, закрепленная при помощи фторопластового вакуумного держателя, опускаемого в раствор, нерабочей поверхностью к держателю, рабочей - к раствору, приводимого во вращение при помощи электроприводов (фиг.3).

Пример 1. Кремниевая пластина вращается в среде химического раствора по окружности со скоростью 400 об/мин, вокруг своей оси - 100 об/мин, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины в химическом растворе и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала. Полировка происходит в смеси азотной, плавиковой и уксусной кислот с соотношением HNO₃:HF:CH₃COOH=14:3:3 или 40:1:1 для кремния. Процесс производится при комнатной температуре (20°C). Неравномерность по всей поверхности кремниевой пластины диаметром 100 мм до полировки составляет 0.9 мкм (фиг.4), после полировки - 0.2 мкм (фиг.5).

Пример 2. Кремниевая пластина с пленкой оксида кремния вращается в среде химического раствора по окружности со скоростью 400 об/мин, вокруг своей оси - 100 об/мин, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины в химическом растворе и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала. Для оксида кремния состав травителя HF:H₂O=1:50. Процесс производится при комнатной температуре (20°С). Время полировки зависит от толщины пленки оксида кремния. Неравномерность по всей поверхности кремниевой пластины диаметром 100 мм с пленкой оксида кремния до полировки составляет 1 мкм, после полировки - 0.25 мкм.

Пример 3. Кремниевая пластина с пленкой вольфрама вращается в среде химического раствора по окружности со скоростью 400 об/мин, вокруг своей оси - 100 об/мин, что позволяет обеспечить одинаковую среднюю скорость движения всех точек полируемой поверхности пластины в химическом растворе и приводит к равномерному взаимодействию между кремниевой пластиной и химическим раствором, что обеспечивает равномерный полирующий эффект и, соответственно, обеспечивает равномерность полируемого материала. Для вольфрама состав травителя NaOH:K₃[Fe(CN)₆]:H₂O=1:3,5:25. Процесс производится при комнатной температуре (20°C). Время полировки зависит от толщины пленки вольфрама. Неравномерность по всей поверхности кремниевой пластины диаметром 100 мм с пленкой вольфрама до полировки составляет 0.5 мкм, после полировки - 0.15 мкм.