Диссертация (1091353), страница 14
Текст из файла (страница 14)
38).Этоисследовательскаяустановка, котораяпредлагаетширокиевозможности использования в научных целях. Отличительной особенностьюиспользования научно-исследовательских установок компании Logitech Ltdявляется базовый рекомендательных характер прилагаемых инструкций,которые охватывают спектр общих вопросов эксплуатации оборудования вцелом. Обучение возможностям таких машин и их эффективного применениядля решения научных задач осуществляется на базе Logitech Ltd в рамкахкурсапоабразивомвысокопрецизионнойприборныхнаноэлектронике.одностороннейпластин,обработкеиспользующихсявсвободныммикро-и99Рисунок 38.
Установка прецизионного шлифования и полированияприборных пластин PM 5.Обработка приборных пластин на данной установке производитсясвободным абразивом, что в отличие от обработки связанным абразивомналагает ограничения на скорость утонения, но при этом позволяет болеегибко выстроить процесс в части нагрузки на пластину.
В случае с такимитрудно поддающимися обработке материалами как сапфир и карбид кремнияпоследнееобстоятельствотруднопереоценитьввидухрупкостиобрабатываемого материала.В отличие от двустороннего шлифования при одностороннемшлифованииформаповерхностишлифовальнойплитыопределяетплоскопараллельность обрабатываемой приборной пластины. Однако, из-заразницы угловых скоростей на краях и в центре вращающейся приборнойпластины удаление материала происходит более интенсивно на краяхпластины.
При плоскопараллельной форме шлифовальной плиты обратнаясторона обрабатываемой пластины будет иметь форму выпуклой линзы.Чтобы избежать этого, перед обработкой приборной пластины формашлифовальной плиты корректируется и приводится к форме выпуклойлинзы, что при нагрузке на обрабатываемую пластину приводит в результатек интенсификации обработки центральной части пластины, что в своюочередь в конечном итоге уравнивает съем материала по краям и в центре и100приводиткплоскопараллельностипластинынавыходеоперациишлифования.
Величина выпуклой линзы на шлифовальной плите зависит отсвойств обрабатываемого материала, подбирается опытным путем исоставляет для, например, арсенида галлия +1...+2 мкм. Для более твердыхматериалов, таких как сапфир и карбид кремния эта цифра, как правило,выше и составляет +4...+6 мкм. Кроме того, форма шлифовальной плиты неостается постоянной в течение операции шлифования, но, если для такихматериалов, как арсенид галлия и ему подобных, изменения формышлифовальной плиты в течение полного цикла шлифования приборнойпластины незначительны, и ими можно пренебречь, то для сапфира икарбида кремния изменение формы плиты требует постоянного контроля, впротивномслучаеплоскопараллельностьобрабатываемойприборнойпластины постепенно утрачивается, и пластина приобретает форму линзы.Это является следствием твердости обрабатываемых материалов сапфира икарбидакремния,которые,сопротивляясьобработке,оказываютпротиводействие шлифовальной плите, и, таким образом, абразивныечастицы практически одинаково воздействуют как на обрабатываемуюприборную пластину, так и на шлифовальную плиту, истирая последнюю именяя ее заданную геометрическую форму.Основная сложность при обработке сапфира и карбида кремниязаключается в том, что сапфир и карбид кремня являются твердымиматериалами.
Кроме того, данные материалы химически стойкие к щелочами кислотам при комнатной температуре, что делает весьма затруднительнымхимико-динамическое полирование.Шлифование приборных пластин сапфира и карбида кремнияосуществлялось суспензиями на основе карбида бора (B4C) с добавлениемэтиленгликоля для обеспечения взвеси абразива, оставшуюся часть объемасуспензии составляла деионизованная вода (10% B4C + 10% этиленгликоль +80% деионизованная вода).101Применялась чугунная шлифовальная плита, скорость вращения плитына всех этапах 70 об/мин.Экспериментальным путем при обработке тестовых пластин былиопределены скорости съема материала (см.
таб. 4).Таблица 4. Усредненная зависимость скорости съема материала отразмера абразива при шлифовании тестовых пластин сапфира и карбидакремния.МатериалСкоростьНагрузка навращенияпластинушлифовальной2[г/см ]плиты[об/мин]Размерзернаабразива[мкм]СапфирКарбидкремния50155015100Скоростьсъемаматериала[мкм/мин]2,860,671,360,3470При одинаковых условиях карбид кремния обрабатывается вдвоемедленнее, что неизбежно приводит к увеличению расхода абразива итрудозатрат. Это связано с тем, что твердость по Моосу у карбида кремния(9+ баллов) выше, чем у сапфира (9 баллов) и практически не уступаеттвердости по Моосу карбида бора (9,32 балла), который выступает в качествеобрабатывающего материала.Постепенноеуменьшениеразмеразернаабразивасвязаносуменьшением нарушенного слоя, который для таких твердых материалов каксапфир и карбид кремния составляет величину приблизительно равнуюразмеру зерна абразива [95, 96].Экспресс-методопределениявеличин,характеризующихгеометрическое совершенство формы приборных пластин в течениешлифования и полирования, состоит в измерении их толщины в пяти точках,которые расположены на линиях, параллельных и перпендикулярныхбазовому срезу (рис.
39).102ADEBCРисунок 39. Расположение контрольных точек измерения толщины.Измерения пластины осуществлялись при помощи контактногоизмерителя толщины CG-10 компании Logitech Ltd (Великобритания). Этотприбор обладает погрешностью измерений 0,1 мкм при диапазоне 0-10 мм исиле давления контактной иглы 0,6-0,9 Н (см.
рис. 40).Рисунок 40. Контактный измеритель толщины приборной пластины CG-10.Обработка приборной пластины сапфира с изготовленными на нейСВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaN производилась в несколькоэтапов. В таблице 5 показаны режимы нагрузки, применяемые абразивы, атакже измерения толщины пластины до, в течение и после обработки.Этап № 1 характеризует измерения толщины пластины по контактнымплощадкам на ее "лицевой" части до приклеивания пластины на дискноситель. Этап № 13 — это измерения толщины пластины по контактным103площадкам на "лицевой" части после отклеивания обработанной пластины сдиска-носителя.Таблица 5.
Обработка приборной пластины сапфира.№этапа12345678910111213АбразивВремяобработкиТолщина пластины послеобработки [мкм]ABCDE449,2448,9470,9 469,5 469,8 470,2 470,0447,1 448,6 446,7 445,3 446,0404,9 404,5 406,5 405,7 411,0362,5 364,4 361,7 360,5 365,0318,5 319,0 318,7 316,0 317,0252,3 254,6 253,2 250,3 257,0237,7 235,1 234,8 237,6 240,0221,6 224,1 223,4 222,4 224,0201,2 201,9 201,8 202,1 204,0183,2 185,4 183,7 183,5 184,0161,1 162,3 161,8 161,2 160,0140,8141,4Нагрузканапластину150 г/см2B4C 50 мкмB4C 15 мкмSF1Вне60 мин125 г/см230 мин60 мин100 г/см230 мин200 г/см260 мин300 г/см2зависимостиотдлительностиобработкиболеекрупнымабразивом, при котором сложнее обеспечить высокую однородностьтолщины по пластине, при переходе на более мелкий абразив не трудноустранитьвозникшуюразнотолщинностьприусловиисоблюдениянеобходимой геометрии шлифовальной плиты.Полирование, преследуя цель снятия нарушенного слоя на подложке,неизбежновозникающегов процессешлифования,выполнялосьнанейлоновом полировальном сукне марки Chemcloth при помощи суспензииSF1.
Данная суспензия предназначена для полировки сапфира. В ее составвходит мелкодисперсный аморфный оксид кремния, который при высыханиисуспензии образует кристаллы, работающие как абразивный материал приполировке.Приполировкесапфираонспособенхимическивзаимодействовать с материалом подложки, образуя алюмосиликаты:104Al2O3+2SiO2+2H2O→Al2Si2O7∙2H2O(6)что делает полировку сапфира химико-механическим процессом и позволяетдобиться лучшего качества поверхности.Измерение шероховатости поверхности (параметр Ra) обработаннойобратной стороны приборной пластины сапфира производилось при помощизондового профилометра DektakXT компании Bruker (США), который имеетвоспроизводимость менее 5 Å (рис.
41).Рисунок 41. Зондовый профилометр DektakXT.Результат измерений в центре пластины на длине 45 мкм представленна рис. 42 и составил Ra=1.86 нм.Рисунок 42. Измерение шероховатости обработанной приборной пластинысапфира на длине 45 мкм. Ra=1.86 нм.105Обработка приборной пластины карбида кремния с изготовленными наней СВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaN также производилась внесколько этапов. В таблице 6 показаны режимы нагрузки, применяемыеабразивы, а также измерения толщины пластины до, в течение и послеобработки.Этап № 1 характеризует измерения толщины пластины по контактнымплощадкам на ее "лицевой" части до приклеивания пластины на дискноситель. Этап № 20 — это измерения толщины пластины по контактнымплощадкам на "лицевой" части после отклеивания обработанной пластины сдиска-носителя.Таблица 6. Обработка приборной пластины карбида кремния.№этапа1234567891011121314151617181920АбразивВремяобработкиНагрузканапластину30 мин60 минB4C 15 мкмSF1+АСМ1/030 мин60 мин30 мин90 мин100 г/см2150 г/см2Толщина пластины послеобработки [мкм]ABCDE364,5364,5403,2 403,9 402,2 403,6 403,5392,0 392,5 390,4 390,0 400,6374,2 376,9 376,0 373,8 386,0358,6 361,8 362,8 362,8 364,0337,0 339,9 336,7 339,0 345,4309,3 313,4 314,4 311,7 308,6304,4 304,0 302,8 303,0 308,8295,1 293,0 292,6 292,2 294,4278,0 278,2 278,1 277,2 277,3265,7 265,0 265,7 265,8 265,1255,1 254,6 255,1 251,7 252,2244,2 241,2 243,4 242,7 244,0232,5 231,0 232,3 230,0 230,7215,0 216,0 217,5 217,0 216,0201,2 202,1 205,7 203,5 203,6159,7 155,0 159,5 158,8 158,1147,2 146,2 148,0 147,7 147,0142,3 142,6 144,4 143,8 143,3133,6134,3106При шлифовании приборной пластины карбида кремния отказались отиспользования грубого абразива с размером зерна 50 мкм.
Это связано с тем,что после проведения обработки тестовой пластины при обработке грубымабразивом было выявлено появление глубоких (около 20-30 мкм) царапин напластине, что может быть объяснено повышенной по сравнению с сапфиромхрупкостью материала карбида кремния. Вследствие недостаточностиданных по обработке приборных пластин карбида кремния было решеноотказаться от грубого абразива с целью снижения возможных рисковповреждения пластины.Отличительной особенностью полирования карбида кремния являетсятот факт, что карбид кремния не взаимодействует с полировальнойсуспензией SF1, как это было в случае с сапфиром. Вследствие этогополировка карбида кремния идет медленно, приблизительно 1,5 мкм/час.Изучив опыт зарубежных исследователей, которые успешно применяютсмеси абразивных суспензий с целью улучшения качества обрабатываемойповерхности [97], в полирующую суспензию SF1 для увеличения скоростиполировки был добавлен синтетический алмазный порошок марки АСМфракции 1/0.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
