隨著半導體產業(yè)尤其是集成電路制造技術的快速發(fā)展,單晶硅晶圓的尺寸越來越大,目前應用最為主流的是12英寸的大口徑晶圓。隨著晶圓尺寸的增長,傳統(tǒng)加工工藝所面臨的挑戰(zhàn)日益增加,由于磨削、研磨以及化學機械拋光等工藝均需要對晶圓施加一定的壓力,在壓力的作用下,晶圓非常容易發(fā)生應力集中從而產生亞表面損傷甚至出現(xiàn)晶圓破裂,這對于晶圓的加工十分不利。此外,化學機械拋光具有較低的材料去除率,這使得拋光工藝的時間成本較高。基于上述背景,我們提出一種名為大氣壓等離子體橫向刻蝕拋光的單晶硅晶圓超精密加工技術。基于大氣壓等離子體橫向刻蝕拋光技術,有望在無應力作用前提下實現(xiàn)大尺寸單晶硅晶圓的高效超精密拋光。本論文對大氣壓等離子體橫向刻蝕拋光單晶硅晶圓的工藝與機理研究進行了總結,主要包括工藝參數(shù)對材料去除率的影響、加工過程中樣品表面粗糙度與表面形貌的變化、加工后亞表面狀況與表面成分分析以及工藝的拋光機理。第一章介紹了課題背景與研究目的,對國內外在超精密加工以及大氣壓等離子體加工方向的研究現(xiàn)狀進行了介紹。第二章介紹了電感耦合等離子體的產生,并對大氣壓等離子體橫向刻蝕拋光工藝所需的實驗設備與結構構成進行了介紹。最后,詳... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

單晶硅的金剛石結構

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-6-一樣對材料進行拋磨加工，隨著摩擦的進行，冰會不斷的進行熔化，并在工件與樣品之間形成一層穩(wěn)定的水膜，在這層水膜的作用下，接觸式拋光工藝變?yōu)闇式佑|式拋光。在此基礎上，王立江教授等人提出了一種名為無磨料低溫拋光的方法[28,29]。此種方法也是利用冰制拋光盤進行加工，但是冰中無磨料，而是利用摩擦熔化產生的水與玻璃表面發(fā)生水解作用，并利用冰面對其進行去除與“熨平”。圖1-2接觸式拋光工藝示意圖a）化學機械拋光示意圖[2]b）化學機械磨削裝置圖與加工結果圖[20]c）浴法拋光示意圖[23]1.2.3非接觸式拋光工藝（1）浮法拋光（FloatPolishing）1977年，Y.Namba首次提出該種拋光方法。該技術使用具有很高平面度的由金屬錫制成的拋光盤，拋光液含有多種氧化物磨料，包括SiO2，Al2O3以及GeO2等。在拋光過程中，待加工表面與錫盤都浸沒在拋光液中，工件按照一定速度進行自轉，自轉過程會形成動壓，使得工件浮于拋光盤之上，并且在待加工表面與拋光盤之間形成一層拋光液組成的薄膜。細微磨粒隨著拋光液進行運動，并與被加工樣品表面不斷作用，從而實現(xiàn)材料的去除[30-32]。此外，在加工過程中，拋光液中的較大顆粒的磨粒與被去除的材料會由于離心力的作用，逐漸被甩出加工區(qū)域，從而保證被加工樣品表

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-7-面不會產生明顯的劃痕與二次破壞，留下的更加均勻細微的磨粒可明顯改善表面粗糙度。其裝置結構如圖1-3所示。根據(jù)相關研究報道，此加工方法最終可以達到0.1nm的表面粗糙度，并且無亞表面損傷。圖1-3浮法拋光示意圖[32]（2）水面滑行拋光（HydroplanePolishing）該種方法與浮法拋光具有類似之處，此種方法同樣是利用流體動壓，使得樣品浮于被特制材料保護的拋光墊之上。然而其實現(xiàn)材料去除的方法是通過化學腐蝕，而非機械作用。在拋光盤與樣品之間的流體動壓區(qū)域，樣品會與具有化學腐蝕性的拋光液進行反應，并使得反應產物溶于液體，這樣反應產物便可以隨著拋光液及時的排出，從而實現(xiàn)對于材料的去除。此種加工方法最早于上世紀八十年代，由J.V.Gormley提出，該方法具有無機械損傷以及高去除率等優(yōu)點[33]。（3）離子束拋光（IonBeamFiguring，IBF）離子束拋光是一種純物理加工方法。在這種加工方法進行過程中，會先將惰性氣體原子進行離子化，然后利用高壓對惰性氣體離子進行加速，使其具有很高的能量并形成離子束。利用這種離子束對樣品表面進行轟擊，則可以將惰性氣體離子視為“磨粒”，通過碰撞過程將能量傳遞給樣品表面原子，并使得一部分原子可以從樣品表面“剝離”，從而達到材料去除的目的[34,35]。其加工過程如圖1-4所示。該種方法最早于二十世紀七十年代被發(fā)展起來。由于其去除過程都是在原子層面進行操作，因此這種加工方法可以達到非常低的粗糙度，并可進行非常精準的區(qū)域修整與加工從而提高形狀精度，但是這也帶來了其材料去除率非常低這一問題。與此技術相類似的還有氣體團簇離子束技術（GasClusterIonBeam，GCIB），與離子束拋光不同的是，這一技術可以利用原子團簇對樣品表面進行加工。?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]硅基材料的電感耦合等離子體射流加工技術研究[D]. 金江.哈爾濱工業(yè)大學 2013



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