Физико-технологические методы подготовки поверхности монокристаллического антимонида индия для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоев тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Улькаров Вадим Айратович

• Улькаров Вадим Айратович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Улькаров Вадим Айратович

Введение

Глава 1. Анализ научно-технической литературы по направлению

исследования

1.1 Антимонид индия: свойства, характеристики, применение

1.2 Метод молекулярно-лучевой эпитаксии. Требования метода к подготовке подложек

1.3 Методы подготовки поверхности полупроводниковых пластин для молекулярно-лучевых процессов синтеза

1.3.1. Шлифование полупроводниковых пластин

1.3.2. Химико-механическое полирование

1.3.3. Очистка и отмывка поверхности пластин-подложек

1.3.4. Предэпитаксиальная очистка поверхности пластин-подложек

1.3.5. Подготовка пластин 1пБЬ для производства ИК приборов

1.4 Методы исследования геометрических параметров и характеристик поверхности полупроводниковых пластин

Выводы и основные результаты по главе

Глава 2. Разработка схемы процесса подготовки поверхности монокристаллического антимонида индия и методики измерения основных

характеристик пластин на различных этапах подготовки

2.1 Расчет степени деформации пластины монокристаллического антимонида индия диаметром 50,8 мм в ходе механической обработки

2.2 Приклеивание пластин на стеклянный диск-носитель

2.3 Шлифование пластин

2.4 Отклеивание пластины со стеклянного диска-носителя и отмывка

2.5 Предфинишное механическое полирование пластин

2.6 Химико-механическое полирование пластин

2.7 Определение основных геометрических параметров обрабатываемых пластин

2.8 Исследование морфологии поверхности обрабатываемых пластин

2.9 Измерение шероховатости поверхности обрабатываемых пластин

Выводы и основные результаты по главе

Глава 3. Модификация оборудования

3.1 Прецизионный вакуумный держатель пластин

3.2 Разработка конструкторской документации химически инертного опорного кольца

3.3 Формирование прецизионной конструкции вакуумного держателя пластин в сборе для обеспечения требуемых геометрических параметров полированных пластин

Выводы и основные результаты по главе

Глава 4. Экспериментальная часть

4.1 Шлифование пластин и контроль геометрических параметров

4.2 Предфинишное механическое полирование пластин

4.3 Химико-механическое полирование пластин с применением модифицированного оборудования

4.4 Исследование основных характеристик полученных экспериментальных подложек

4.5 Технологическая апробация

Выводы и основные результаты по главе

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Методика измерения основных характеристик пластин

на различных этапах подготовки

Приложение Б. Конструкторская документация химически инертного

опорного кольца

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-технологические методы подготовки поверхности монокристаллического антимонида индия для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоев»

Актуальность темы исследования

Антимонид индия (1^Ь) занимает особое место в группе полупроводниковых соединений А3В5, отличаясь уникальными свойствами: самой низкой температурой плавления, малой шириной запрещенной зоны, высокой подвижностью носителей заряда, совершенством кристаллической структуры. Благодаря этим свойствам, представляет значительный интерес для изготовления на его основе полупроводниковых приборов, широко используется в качестве элементной базы для создания фотоэлектронных устройств и приемников ИК-излучения, работающих в спектральном диапазоне 35 мкм, и является наиболее востребованным для производства матричных односпектральных фотоприемников, предназначенных для применения в инфракрасных головках самонаведения 3-го поколения с мгновенным способом пеленгования источников излучения двигателей летательных аппаратов с длиной волны 4-5 мкм (Т=500-900 К) и надежной селекцией при постановке помех пиротехническими генераторами ИК-излучения тепловых ложных целей [1-4]. Матрицы на основе отличаются высокой однородностью свойств по

площади, большим количеством работоспособных элементов, более низкой ценой в сравнении с аналогичными устройствами на основе теллурида кадмия-ртути (HgCdTe). Все это делает лидирующим материалом для производства

крупноформатных матричных фотоприемных устройств (МФПУ) средневолнового ИК-диапазона [5, 6].

Развитие методов выращивания кристаллов в начале 1950-х годов привело к появлению детекторов на основе объемных монокристаллов 1^Ь. В настоящее время улучшилось качество таких монокристаллов. В промышленности использовались два метода получения этих кристаллов: метод Чохральского и горизонтальный метод Бриджмена [7]. Именно благодаря таким методам кристаллы имеют высокую чистоту и низкую плотность дислокаций. [8-11]. В

настоящее время становится актуальной задача улучшения характеристик оптико-электронной аппаратуры слежения за целями.

Антимонид индия (1^Ь) - один из наиболее востребованных материалов для изготовления МФПУ ИК диапазона, что обуславливает его стратегическую важность и придает актуальность научно-техническим разработкам, направленным на повышение качества как самого материала 1^Ь, так и эксплуатационных характеристик приборов на его основе. Одним из путей улучшения характеристик ИК приборов на основе является переход от

объемного материала к эпитаксиальному, для чего требуются подложки с высоким качеством подготовки поверхности.

Развитие новых методов выращивания 1^Ь, особенно метода молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), позволило решить несколько технологических проблем и создать крупноформатные матрицы фотодиодов. Эпитаксиальные слои менее дефектные, более однородные, имеют меньшую концентрацию фоновых примесей, в отличие от пластин монокристаллического объемного материала Следствием данного процесса стал значительный рост и улучшение основных характеристик МФПУ, в частности:

- уменьшение количества дефектных элементов

- увеличение числа элементов в матрице

- снижение фотоэлектрической и динамической взаимосвязи элементов

- повышение рабочей температуры

- уменьшение общего веса

В дополнение к этому, нужно отметить, что широкое применение МЛЭ улучшило основные характеристики фотодетекторов. Этот эффект был достигнут за счет появления многослойных гетероструктур с заданным распределением профиля легирования и состава по толщине. В перспективе можно ожидать появление новых возможностей для повышения основных параметров МФПУ.

Также в настоящее время повышенный интерес отмечается к короткопериодным сверхрешеткам II рода (T2SL) на основе InAs/InSb (InAs/GaSb), как к фоточувствительному материалу, который в перспективе

может составить конкуренцию в том числе и потому, что приборы на основе T2SL не требуют такого глубокого охлаждения, как приборы на основе антимонида индия. Такие сверхрешетки создаются методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и наиболее оптимальными подложками являются пластины и GaSb. Применение метода МЛЭ предполагает использование согласованных подложек, подготовленных специальным образом и предназначенных для проведения эпитаксиальных процессов.

Процессы эпитаксиального роста требуют атомарно высокую чистоту подложки. Такое условие обусловлено тем, что примесные атомы из атмосферы или других источников легко взаимодействуют с подложкой, и в конечном счете, либо образуют дефекты кристаллической структуры, либо ухудшают оптические и электрические параметры эпитаксиального слоя.

Полированные пластины используются также в качестве подложек для эпитаксиального роста фоточувствительных слоев [9, 12] и короткопериодных сверхрешеток для создания приборов и устройств микро-, нано-, оптоэлектроники, как народнохозяйственного, так и оборонного значения [9, 10, 13, 14].

В последние годы в результате санкционного давления в России резко сократились возможности приобретения фоточувствительного материала зарубежного производства, а изготовление полированных пластин с качеством обработки поверхности, пригодным для проведения синтеза фоточувствительных слоев методом МЛЭ, в нашей стране не освоено. Таким образом, разработка и исследование физико-технологических методов и процессов, а также маршрутов изготовления полированных пластин 1пБЬ с достижением шероховатости поверхности Ra < 0,5 нм и методов измерения характеристик является актуальной задачей, призванной укрепить технологический суверенитет Российской Федерации, создать условия для импортозамещения в области стратегических материалов, а также повысить обороноспособность страны.

Целью работы является разработка физико-технологических методов подготовки поверхности монокристаллического антимонида индия для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоев.

Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:

1. Проанализировано современное состояние развития технологии изготовления полупроводниковых подложек для МЛЭ с учетом свойств монокристаллического антимонида индия и требований эпитаксиальных методов к подложкам, а также методов оценки геометрических параметров плоскостности, морфологии и шероховатости поверхности подложек.

2. Разработана схема процесса подготовки поверхности монокристаллического антимонида индия с параметрами, удовлетворяющими требованиям метода МЛЭ.

3. Разработана методика расчета степени деформации пластины монокристаллического антимонида индия диаметром 50,8 мм в ходе механической обработки методом одностороннего шлифования и полирования свободным абразивом.

4. Разработана экспериментальная методика контроля качества и морфологии поверхности пластин монокристаллического антимонида индия на всех этапах разработанной схемы процесса подготовки поверхности.

5. Модифицировано оборудование для финального химико-механического полирования.

6. Проведена серия экспериментальных работ согласно разработанной схеме обработки поверхности монокристаллического антимонида индия, в результате выполнения которых на пластинах 1пБЬ диаметром 50,8 мм достигнуты морфология поверхности и субнаношероховатый рельеф, удовлетворяющие требованиям МЛЭ.

7. Выполнена технологическая апробация по выращиванию на подготовленных в рамках настоящей работы полированных пластинах гетероэпитаксиального слоя In(As)Sb методом МЛЭ.

Объектами исследования являлись:

Пластины монокристаллического антимонида индия диаметром 50,8 мм, изготовленные из монокристаллических слитков, выращенных в АО «Гиредмет» методом Чохральского из особочистых материалов отечественного производства, а также комплекс решений для подготовки поверхности пластин монокристаллического антимонида индия для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоев и изучение влияния этих решений на морфологию и шероховатость подготовленной поверхности.

Предмет диссертации — разработка физико-технологических методов подготовки поверхности пластин монокристаллического антимонида индия для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоев с достижением морфологии и шероховатости поверхности, не уступающим существующим показателям для пластин монокристаллического антимонида индия, изготавливаемыми ведущими мировыми производителями такой продукции.

Методы исследования.

В ходе выполнения диссертационной работы использовался комплексный подход. В качестве общенаучных методов исследования применялись обобщение, сравнение и анализ. Экспериментальные методы представлены математическими расчетами, конструированием специального оборудования для прецизионной обработки по оригинальным разработанным чертежам, экспериментальными исследованиями. Применялись известные методы обработки полупроводниковых пластин — шлифование, полирование и химико-механическое полирование. Измерения проводились с применением современных приборов контроля.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: 1. Предложена методика расчета, впервые позволяющая с точностью до 1 мкм оценить степень деформации пластины монокристаллического антимонида индия

в ходе одностороннего шлифования свободным абразивом в зависимости от количества удаленного материала, основанная на математических расчетах.

2. Впервые в России разработан лабораторный технологический маршрут подготовки поверхности пластин монокристаллического антимонида индия диаметром 50,8 мм для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоев с достижением среднеарифметической шероховатости поверхности на уровне Ra < 0.5 нм.

3. Разработана методика контроля качества подготовки пластин монокристаллического антимонида индия, включающая исследование основных геометрических параметров пластин (разнотолщинность, прогиб, коробление), а также морфологии и шероховатости поверхности.

4. Разработана конструкторская документация химически инертного опорного кольца прецизионного вакуумного держателя пластин и произведена модификация двух базовых узлов оборудования для обработки пластин, что позволяет осуществлять операции финишного химико-механического полирования в условиях агрессивных полирующих травителей с достижением среднеарифметической шероховатости поверхности на уровне Ra < 0.5 нм и морфологии с отсутствием протяженных микроуглублений, являющихся результатами механического воздействия и определяющихся методом темнопольной оптической микроскопии.

Практическая значимость работы заключается в применении результатов настоящей работы в серийном производстве МФПУ на основе объёмного антимонида индия в АО «НПО «Орион» с целью улучшения качества подготовки поверхности пластин монокристаллического 1пБЬ для изготовления приборов средневолнового ИК-диапазона.

Полученные в результате настоящей работы результаты могут быть использованы при получении фоточувствительных слоёв эпитаксиального 1пБЬ, а также для эпитаксиального роста методом МЛЭ короткопериодных сверхрешёток II типа для ИК диапазона, что подтверждено в ходе проведённого роста

гетероэпитаксиального слоя In(As)Sb методом МЛЭ в рамках технологической апробации в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН.

Результаты диссертационной работы при необходимости могут быть использованы для эффективного мелкосерийного выпуска полированных пластин антимонида индия диаметром 50,8 мм с качеством и морфологией поверхности, удовлетворяющей методу МЛЭ, а также могут быть рекомендованы к сведению при разработке промышленной технологии получения полированных пластин монокристаллического антимонида индия.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Лабораторный технологический маршрут подготовки поверхности пластин монокристаллического антимонида индия 0 50,8 мм для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоев позволяет достичь морфологии поверхности с параметрами на уровне мировых аналогов (TTV < 5 мкм, Bow < 5 мкм, Warp < 8 мкм) и субнаношероховатым рельефом на уровне Ra < 0,5 нм, удовлетворяющими требованиям МЛЭ.

2. Методика контроля качества подготовки поверхности пластин монокристаллического антимонида индия позволяет осуществлять комплексный контроль на всех этапах обработки с оценкой параметров разнотолщинности, прогиба и коробления, а также исследование морфологии и шероховатости поверхности.

3. Методика расчета степени деформации пластины монокристаллического антимонида индия в ходе одностороннего шлифования свободным абразивом в зависимости от количества удаленного материала позволяет прогнозировать достижение параметров разнотолщинности, прогиба и коробления на уровне, не уступающих таковым у продукции ведущих мировых производителей.

4. Модификация двух базовых узлов оборудования для обработки пластин на основе разработанной оригинальной конструкторской документации обеспечивает возможность финишного химико-механического полирования в

условиях агрессивных полирующих травителей с достижением субнаношероховатого рельефа поверхности полированной пластины монокристаллического антимонида индия на уровне Ra < 0,5 нм и сохранением геометрических характеристик обрабатываемой пластины.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов работы базируется на анализе литературных источников по теме диссертации и подтверждается применением широкого ряда современного контрольно-измерительного оборудования, зарегистрированного в государственном реестре средств измерений, сравнением достигнутых результатов с лучшими мировыми аналогами, а также успешной технологической апробацией по выращиванию гетероэпитаксиального слоя In(As)Sb методом МЛЭ на подготовленных в рамках настоящей работы полированных пластинах InSb.

Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих российских и международных конференциях:

- 11-я научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов АО "НПО "Орион" (2022 Москва);

- Национальная научно-техническая конференция с международным участием «Перспективные материалы и технологии» (2024 Москва);

- 15-я Международная Научно-практическая конференция по физике и технологии наногетероструктурной СВЧ электроники «МОКЕРОВСКИЕ ЧТЕНИЯ» (2024 Москва);

- XXVII Международная Научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения (2024 Москва).

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них:

- 7 статей в российских журналах, включенных в текущий перечень ВАК;

- 1 статья в зарубежном журнале, входящем в Web of Science и/или Scopus;

- 4 работы в материалах основных всероссийских и международных конференций.

Личный вклад

Личный вклад автора в диссертационную работу заключается в определении цели, постановке задач и их формулировке, исследовании современного состояния развития технологии по отечественным и зарубежным научно-техническим публикациям, участие в подготовке чертежей для модификации оборудования, проведение операций разработанной лабораторной технологии, в том числе операций контроля качества. Соискатель лично экспериментально определил режимы одностороннего шлифования и полирования пластин монокристаллического антимонида индия, обеспечивающие достижение необходимых требований к геометрическим параметрам и морфологии поверхности, проводил измерения методами контактной и оптической профилометрии, а также оптической микроскопии. В рамках подготовки диссертационной работы для обмена опытом соискатель был командирован в лабораторию А3В5 АО «Гиредмет», где разрабатывается промышленно-ориентированная технология двусторонней подготовки полированных пластин монокристаллического 1пБЬ. В работах, выполненных в соавторстве, соискатель принимал активное участие в постановке задач, выборе и обосновании методов их решения и интерпретации полученных результатов.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 83 наименования, и двух приложений. Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста и содержит 43 рисунка и 10 таблиц.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулирована цель, объект, предмет диссертации, ставятся задачи. Изложены научная новизна и практическая значимость диссертационной работы, а также положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится обзор свойств, характеристик, применений антимонида индия в современных фотоприёмных устройствах, влияние на характеристики фотоприёмных устройств применения эпитаксиального антимонида индия, а также современного состояния технологии подготовки пластин-подложек для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоёв. В завершение первой главы, в результате проведенного анализа формулируются задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена разработке схемы процесса подготовки поверхности монокристаллического антимонида индия и методики измерения основных характеристик пластин на различных этапах подготовки. При помощи, предложенной автором методики расчёта степени деформации пластин монокристаллического антимонида индия 0 50,8 мм в ходе механической обработки, разработана схема процесса подготовки пластин-подложек для проведения процессов молекулярно-лучевой эпитаксии. Также в ходе разработки схемы учитывались начальные характеристики пластин после многопроволочной резки калиброванных монокристаллических слитков МБЬ и конечные требования к пластинам подложкам для проведения процессов эпитаксиального роста методом МЛЭ.

При уменьшении толщины пластины МБЬ в ходе обработки возрастает роль упругих напряжений, что выражается в увеличении радиуса кривизны пластины, который наблюдается после отклеивания пластины с диска-носителя после проведенной механической обработки. При помощи математических расчетов разрабатывается методика прогнозирования степени деформации обработанной пластины ЛпБЬ, чтобы не выйти за рамки характеристик прогиба и коробления, допустимых для метода МЛЭ.

Разрабатывается схема процесса обработки на основе предложенной методики прогнозирования деформации пластины, а также методика контроля основных характеристик качества подготовки поверхности пластины монокристаллического антимонида индия на всех этапах обработки.

В третьей главе представлена разработка конструкторской документации химически инертного опорного кольца, изготовление такого разработанного кольца, а также формирование прецизионной конструкции вакуумного держателя пластин в сборе с изготовленным химически инертным опорным кольцом для обеспечения требуемых геометрических параметров полированных пластин на уровне оригинального узла зарубежного производства.

С целью исключения возможного влияния возникновения дефектов морфологии поверхности пластин полированного монокристаллического антимонида индия в рамках настоящей работы разработано решение по замене оригинального опорного кольца из нержавеющей стали на опорное кольцо из инертного материала, устойчивого к агрессивной кислотной среде химического полирующего травителя. Проведен анализ технико-экономических характеристик возможных к применению материалов на основе свойств износостойкости, пределов стойкости и устойчивости к агрессивным средам. Обоснован выбор материала для модификации вакуумного держателя пластин, а также проведен комплекс дополнительных подготовительных операций для обеспечения высокой точности прецизионного вакуумного держателя пластин на уровне оригинального узла зарубежного производства.

В четвертой главе экспериментально определялись технологические условия приклеивания пластин на диск-носитель, шлифования/полирования свободным абразивом, финишного химико-механического полирования по разработанной схеме обработки пластин монокристаллического антимонида индия для проведения процессов эпитаксиального роста методом МЛЭ, представленной в гл. 2. Осуществлялся контроль основных параметров по разработанной в гл. 2 методике контроля.

Показано совпадение прогнозируемой степени деформации по разработанной на основе математических расчетов методике с реально полученным в ходе обработки прогибом пластины, что подтверждает работоспособность предложенной методики и правильность выбранного решения по разработке всей схемы технологического процесса.

Приведены результаты проведенной технологической апробации подготовленных полированных пластин монокристаллического антимонида индия в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН в ходе роста методом МЛЭ гетероэпитаксиального слоя In(As)Sb. Анализ полученных результатов методами атомно-силовой микроскопии и рентгеновской дифрактометрии подтверждает высокое качество подготовки поверхности полированных пластин монокристаллического антимонида индия.

В заключении изложены основные результаты диссертационной работы, которые включают в себя разработанные технологические операции подготовки подложек InSb на основе методики расчёта степени деформации пластины диаметром 0 50,8 мм в ходе механической обработки с достижением морфологии поверхности и субнаношероховатого рельефа на уровне Ra=0,28 нм, которая при необходимости может быть эффективно применена для мелкосерийного выпуска такой продукции.

Проведена успешная модификация одного из важнейших высокопрецизионых узлов зарубежной установки шлифования-полирования РМ5 Logitech, с целью возможности работы в условиях агрессивных химических полирующих травителей и недопущения появления дефектов на поверхности экспериментальных пластин-подложек InSb.

Разработана экспериментальная методика контроля качества и морфологии поверхности полупроводниковых подложек InSb в зависимости от изменения основных параметров процесса обработки поверхности.

Перечисленные преимущества разработанных в диссертации решений могут значительно расширить возможности технологических систем производства и повысить качество продукции в области оптоэлектроники и фотоники на основе полупроводниковых соединений А3В5 как для средневолнового ИК диапазона на основе эпитаксиального InSb, полученного методом МЛЭ на подготовленных полированных подложках монокристаллического антимонида индия, так и для длинноволнового ИК диапазона путем создания короткопериодных сверхрешеток 2 рода методом МЛЭ с применением подготовленных подложек InSb.

Вместе с тем автор осознает, что выполненная работа не является исчерпывающей относительно всех проблем, охватывающих необходимость подготовки пластин полупроводниковых соединений А3В5 для различных применений в микроэлектронике, поскольку технологии постоянно совершенствуются, появляются новые особенности, которые неизбежно влекут за собой дополнительные трудности связанные с технологическими возможностями подготовки поверхности полупроводниковых пластин с применением различных методов обработки.

Глава 1. АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Антимонид индия: свойства, характеристики, применение

Антимонид индия является одним из наиболее востребованных материалов для создания линейных и матричных фотоприемников, работающих в спектральном диапазоне длин волн 3-5 мкм, несмотря на низкие рабочие температуры Т~80 К [1]. обладает уникальными свойствами, такими как

высокая подвижность электронов и большая чувствительность к инфракрасному излучению.

Антимонид индия занимает особое место в группе полупроводниковых соединений А3В5. Он отличается уникальными характеристиками, такими как низкая температура плавления (Тпл = 798 К), малая ширина запрещенной зоны ^ = 0.17 эВ при Т = 300 K и Еg = 0,22 эВ при Т = 80 К), высокая подвижность носителей заряда и совершенство кристаллической структуры. Также стоит отметить, антимонид индия устойчив к химическим воздействиям, и как следствие, это обеспечивает его термическую стабильность. Эффективная масса электронов проводимости в составляет щ = 0,013m0, дырок тр = 0,42щ (где щ - масса свободного электрона; при Т = 77 К), подвижность электронов -1,1 х106 см2/(В с), дырок - 9,1 х103 см2/(В с) [15].

имеет кубическую кристаллическую структуру сфалерита с постоянной решётки а = 0,647877 нм (рисунок 1).

Рисунок 1. Кристаллическая структура антимонида индия

Высокие значения подвижности носителей заряда определяют возможность эффективного применения антимонида индия в создании устройств с высокой скоростью передачи сигнала, что особенно ценно для фотоприёмных устройств, где необходима быстрая реакция на внешние воздействия.

Фотоэлектронные приборы, созданные на основе антимонида индия, отличаются высоким коэффициентом поглощения и чувствительностью, что позволяет им эффективно преобразовывать инфракрасное излучение в электрический сигнал. Эти характеристики доказывают преимущества использования антимонида индия при производстве фотоэлектронных устройств и приёмников средневолнового инфракрасного диапазона. Кроме того, матрицы на базе антимонида индия обладают высокой однородностью свойств по всей площади и содержат большое количество рабочих элементов. Благодаря этим свойствам является предпочтительным материалом для создания

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Улькаров Вадим Айратович, 2024 год

Список использованных источников:

1. Rogalski A. Progress in Quantum Electronics / A. Rogalski. — 2012. P. 342.

2. [Электронный ресурс] / URL:http://www.scd.co.il; (SCD Semiconductor Devices. Israel).

3. Douglas P., McDaniel L., Lee R. Integrated Focal Plane Array Programs by DARPA (англ.). // Arlington, VA: System Planning Corporation. — 1980. — 33 Р.

4. Петров В. Совершенствование противотанковых средств / В. Петров. // Зарубежное военное обозрение: ежемесячный военно-практический журнал Министерства обороны Союза ССР. — М.: «Красная звезда», 5 января 1984. — №1 — С.36-41.

5. [Электронный ресурс] / URL:http://www.sbfp.com; (Lockheed Martin Corporation, Santa Barbara Focalplane. USA).

6. Бурлаков И.Д., Болтарь К.О., Мирофянченко А.Е., Власов П.В., Лопухин А.А., Пряникова Е.В., Соловьев В.А., Семенов А.Н., Мельцер Б.Я., Комиссарова Т., Львова Т.В., Иванов С.В. Исследование структур InSb, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Успехи прикладной физики. — 2015; —№3(6). — С. 559-565.

7. Рогальский А. Инфракрасные детекторы // Пер. с англ. под ред. А.В. Войцеховского. — Новосибирск: Наука. — 2003.

8. Hulme K.F, Mullin J.B. Indium antimonide - A review of its preparation, properties and device applications // Solid-State Electronics. — 1962. — №5. — P.211-247.

9. Hulme K.F. Indium Antimonide / K.F. Hulme // Materials Used in Semiconductor Devices, edited by C. A. Hogarth, Wiley-Interscience. — 1965. — P. 115-162.

10. Liang S. Preparation of indium antimonide / S. Liang // Compound Semiconductors, edited by R.K Willardson and H.L. Georing, Reinhold. — 1966 — P. 227-237.

11. Mullin J.B. Melt-growth of 11I- V compounds by the liquid encapsulation and horizontal growth techniques / J.B. Mullin // III-V Semiconductor Materials and Devices, edited by R.J. Malik. — 1989. —P. 1-72.

12. Krier A., Huang X.L., Hammiche А. Liquid phase epitaxial growth and morphology of InSb quantum dots // Journal of Physics D: Applied Physics. — 2001. — Vol. 34. № 6. — Р. 874.

13. Сысоев И.А., Катаев В.Ф., Ермолаева Н.В. Технология получения многослойной эпитаксиальной структуры для термоэлектрического генератора на основе полупроводниковых соединений А3В5 // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. — 2010. — № 2 (10). — С. 90-96.

14. Ковшов В.С., Никонов А.В., Пашкеев Д.А., Лопатина Е.А. Современное состояние разработок и исследований сверхрешеток II типа для приборов ИК-фотоэлектроники (обзор) // Прикладная физика. — 2021. — № 2. —С. 97-111.

15. Болтарь К. О., Лопухин А. А., Власов П. В., Яковлева Н. И. Мезаструктуры и фотоприемные устройства на основе эпитаксиальных слоев InSb // Успехи прикладной физики. — 2021. — № 9(6). № С. 513—522.

16. Козлов Р.Ю., Кормилицина С.С., Молодцова Е.В., Журавлев Е.О. Выращивание монокристаллов антимонида индия диаметром 100 мм модифицированным методом Чохральского // Известия вузов. Материалы электронной техники. — 2021. — Т.24, №3. — С. 190-198.

17. Комаровский Н.Ю., Молодцова Е.В., Белов А.Г., Гришечкин М.Б., Козлов Р.Ю., Кормилицина С.С., Журавлев Е.О., Нестюркин М.С. Исследование монокристаллов антимонида индия, полученных модернизированным методом Чохральского в различных кристаллографических направлениях. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2023. — Т.89. №8. — С.38-46.

18. Абрамова Е. Н., Козлов Р. Ю., Сыров Ю. В., Хохлов А. И., Пархоменко Ю. Н. Современные научные и практические решения в технологии изготовления подложек полупроводниковых соединений А3В5. Обзор // Конденсированные среды и межфазные границы. — 2024. — № 26 (1). — С. 3-24.

19. Ежлов В. С., Мильвидская А. Г., Молодцова Е. В., Колчина Г. П., Меженный М. В., Резник В. Я. Исследование свойств крупногабаритных монокристаллов антимонида индия, выращенных методом Чохральского в кристаллографическом

направлении [100] // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. — 2012. — № 2 (58). — С. 13-17.

20. Новое оборудование для молекулярно-лучевой эпитаксии [Электронный ресурс]. URL: http://lib.isp.nsc.ru/16/ Renew/pgs/Laboratory/K-100.html.

21. Силин А. П., Успехи физических наук / А. П. Силин. — 1985. — С. 485.

22. Marian A. Herman, Semiconductor superlattices (Akademie-Verlag, Berlin, 1986; Mir, Moscow, 1989).

23. Пономаренко В.П., Квантовая фотосенсорика (АО «НПО «Орион», Москва, 2018).

24. L. Esaki and R. Tsu, IBM Journal of Research and Development. — 1970. — № 14(1). — P.61.

25. Бакаров А. К., Гутаковский А. К., Журавлев, К. С., Ковчавцев А. П., Торопов А. И., Бурлаков И. Д., Болтарь К. О., Власов П. В., Лопухин А. А. // Журнал технической физики. — 2017. — Т. 87. Вып. 6. — С. 900.

26. Бурлаков И. Д., Болтарь К. О., Власов П. В., Лопухин А. А., Торопов А. И., Журавлев К. С., Фадеев В. В. // Прикладная физика. — 2016. — № 3. — С. 58.

27. Болтарь К. О., Власов П. В., Лазарев П. С., Лопухин А. А., Чишко В. Ф. // Прикладная физика. — 2020. — № 1. — С. 18.

28. Klipstein P., Klin O., Grossman S. et al. // Optical Engineering. 2011. Vol. 50 (6).

29. Валиев К. А., Орликовский А. А. Технологии СБИС: основные тенденции развития // Электроника: Наука, технология, бизнес. — 1996. — № 5. — С. 3-11.

30. Hueser J. E., Brock F. J. Theoretical analysis of the density within an orbiting molecular shield // J. Vac. Sci. Technol. — 1976. — vol. 13. — №. 3. — P. 702-710.

31. Щербакова Е. Н. Технологии нано- и микросистемной электроники / Е. Н. Щербакова. — 2018.

32. Melfi L. T., Outlaw R. A., Hueser J. E, Brock F. J. Molecular shield: An orbiting low-density materials laboratory // J. Vac. Sci. Thechnol. — 1976. — vol. 13. — №. 3. — P. 698.

33. Ignatiev A. The Wake Shield Facility and Space-Based Thin Film Science and Technology // Earth Space Review. — 1995. — №.. 4. — P. 10.

34. News Briefs // Compound semiconductors. —. 1997. — №. 1. — P. 11.

35. Блинов В.В., Машанов В.И., Никифоров А.И., Придачин Д.Н., Пчеляков Д.О., Пчеляков О.П., Соколов Л.В., Титов В.П. Установка для молекулярно-лучевой эпитаксии "Катунь-100" // Космические аппараты и технологии. — 2018. — Т. 2. № 3. — С. 170-174

36. Neu G., Teisserire M., Freundlich A., Horton C., Ignatiev A. // Appl. Phys. Lett. — 1999. — vol. 74, №. 22. — P. 3341-3343.

37. Бержатый В. И., Зворыкин Л. Л., Иванов А. И., Пчеляков О. П., Соколов Л. В. Перспективы реализации вакуумных технологий в условиях орбитального полета // Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтральные исследования. — 2001.

— № 9. — С. 63-73.

38. Ignatiev A., Freundlich A., Pchelyakov O., Nikiforov A., Sokolov L., Pridachin D., Blinov V. Molecular Beam Epitaxy in the Ultravacuum of Space: Present and Near Future // From Research to Mass Production. — 2018. — P. 741-749.

39. Pchelyakov O. P., Dvurechensky A. V., Latyshev A. V., Aseev A. L. Ge/Si heterostructures with coherent Ge quantum dots in silicon for applications in nanoelectronics // Semiconductor Science and Technology. — 2011. — vol. 26, №.1.

— P. 14-27.

40. Суханов М. А., Бакаров А. К., Протасов Д. Ю., Журавлёв К. С. AlInSb/InSb гетероструктуры для ИК-фотоприемников, выращенные методом молекулярнолучевой эпитаксии // Письма в ЖТФ. — 2020. — том 46, выпуск 4. — С. 3-6.

41. Богатырев, А. Е. Новые методы контроля чистоты и дефектности поверхности деталей / А. Е. Богатырев Л. И. Шушунова, Г. М. Цыганов // Обзоры по электронной технике. - 1980. - № 3 (707). - С. 19-27.

42. Коньшин, А. С. Поверхностная обработка твердых минералов и кристаллов для микроэлектроники / А. С. Коньшин, В. В. Соловьев, Т. Б. Теплова // Научный вестник Московского Государственного Горного Университета. - 2010. - № 8. -C. 41-50.

43. Kaya K., Shibata Y. and etc. // Jpn.J. Appl. Phys. —1997. — № 36 — P. 2837.

44. Петрушков М. О., Абрамкин Д. С., Емельянов Е. А., Путято М. А., Васев А. В., Лошкарев И. Д., Есин М. Ю., Комков О. С., Фирсов Д. Д., Преображенский В. В. Влияние кристаллографической ориентации пленок GaSb на их структурные свойства при гетероэпитаксии на вицинальных подложках Si(001) методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Физика и техника полупроводников. — 2020.

— том 54, выпуск 12. — С. 1289-1295.

45. Кривоносов, Ю. С. Определение шероховатости подложек и тонких пленок по рассеянию рентгеновских лучей в условиях внешнего отражения: дисс. канд. физ-.мат. наук / Ю. С. Кривоносов. - М., 2003. - С. 126.

46. Табенкин, А. Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт / А. Н. Табенкин, С. Б. Тарасов, С. Н. Степанов. - СПб. : Изд-во Политехн. ун-та.

— 2007. - С. 136.

47. Бирюлин П.В.,Туринов В.И., Якимов Е.Б., ФТП. — 2004. — С. 498.

48. Эминов Ш.О., Тезисы докладов XII Нац. Конф. по росту кристаллов, Москва.

— 2006. — С. 187.

49. Sievert W. New standards improve chemistry between device makers, suppliers // Semiconductor magazine. — 2000. — V. 1. Iss. 3. —P.30 - 34.

50. Югова Т.Г., Белов А.Г., Каневский В.Е., Кладова Е.И., Князев С.Н. Сравнение результатов оптических и электрофизических измерений концентрации свободных электронов в образцах n-GaAs, легированных теллуром // Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. — 2020. — № 1. — С. 27-33.

51. Комаровский Н.Ю., Белов А.Г., Кладова Е.И., Князев С.Н., Молодцова Е.В., Парфентьева И.Б., Трофимов А.А. Определение концентрации электронов по спектрам ИК отражения в образцах n GaAs, легированных теллуром и кремнием // Прикладная физика. — 2023. — №6. — С. 54-59.

52. Югова Т.Г., Белов А.Г., Каневский В.Е., Кладова Е.И., Князев С.Н., Парфентьева И.Б. Сравнение результатов оптических и электрофизических измерений концентрации свободных электронов в образцах n-InAs // Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. — 2021. — Т. 24. № 3. — С. 153-161.

53. Князев С.Н., Кудря А.В., Комаровский Н.Ю. Пархоменко Ю.Н., Молодцова Е.В., Ющук В.В. Методы исследования дислокационной структуры полупроводниковых монокристаллов группы АШВУ // Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. — 2022. — Т. 25, № 4. — С. 323-336.

54. Белов А.Г., Молодцова Е.В., Кормилицина С.С., Козлов Р.Ю., Журавлёв Е.О., Климин С.А., Новикова Н.Н., Яковлев В.А. Определение концентрации электронов проводимости в монокристаллических образцах n-GaSb, по спектрам отражения в дальней инфракрасной области при Т=295К // Оптика и спектроскопия. — 2023. — Т.131. №7. — С. 919-925.

55. Белов А.Г., Каневский В.Е., Кладова Е.И., Князев С.Н., Комаровский Н.Ю., Парфентьева И.Б., Чернышова Е.В. Сравнение результатов оптических и электрофизических измерений концентрации дырок в образцах р-ОаЛБ, легированных цинком // Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. 2023.

— Т.26, №3. — С. 171-180.

56. Белов А.Г., Денисов И.А., Каневский В.Е., Андрусов Ю.Б. Определение концентрации свободных носителей заряда в сильно легированных полупроводниках по спектрам отражения // Сборник тезисов 3-ей Международной научно-практической конференции «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение» (РЕДМЕТ 2024), Москва, АО «Гиредмет» им. Н П. Сажина. — 2024. — С. 227-228.

57. Комаровский Н.Ю., Молодцова Е.В., Трофимов А.А., Кормилицина С.С., Улькаров В.А., Нестюркин М.С., Зареченская А.А., Царегородцев Д.О. Исследование зависимости прочностных характеристик монокристаллического

от кристаллографической ориентации и условий роста // Прикладная физика.

— 2023. — №3. — С. 63-72.

58. Журавлев Е.О., Молодцова Е.В., Козлов Р.Ю., Князев С.Н., Нестюркин М.С., Комаровский Н.Ю. Закономерности формирования канальной неоднородности в монокристаллах (Те), выращенных в различных кристаллографических направлениях // Сборник тезисов 3-ей Международной научно-практической конференции «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и

применение» (РЕДМЕТ 2024), Москва, АО «Гиредмет» им. Н П. Сажина. — 2024.

— С. 302-303.

59. Рост, кристаллизация и резка слитков // Радиоэлектронная промышленность и приборостроение. Отраслевой обзорный каталог технологического оборудования.

— 2023. — №1. — С. 61.

60. Трофимов А.А. Технология разделения на кристаллы сверхвысокочастотных монолитных интегральных схем на гетероструктурах AlGaN/GaN: дис. ... канд. техн. наук 05.27.06 / Трофимов А.А. — Москва. 2017.

61. [Электронный ресурс] / URL:https://studizba.com/lectures/inzhenerija/obrabotka-i-poluchenie monokristallicheskogo-kremnija/38109-mehanicheskaja-i-himiko-mehanicheskaja-obrabotka-kremnievyh-slitkov-i-plastin.html

62. Chao C.L., Ma K.J., Sheu S.C., Lin H.Y., Chang F.Y. Investigation of the surface integrity of precision machined single crystal silicon // Proceedings of the 15th Annual Meeting of The American Society for Precision Engineering. — 2000. — P. 82-85

63. R. Vandamme, Y. Xin, Z.J. Pei. Method of processing semiconductor wafers, US Patent 6,114,245, 2000.

64. Carlisle K., Stocker M.A. Cost-effective machining of brittle materials (glasses and ceramics) eliminating/minimizing the polishing process // Proceedings of The International Society for Optical Engineering. — 1997. — P. 46-58.

65. Polishing and material characteristics of plasma-enhanced chemically vapor deposited fluorinated oxide thin film / W.-T. Tseng [et al.] // Journal of Electrochemical Society. — 1997. — Vol. 144, №. 3. — P. 1100-1106.

66. Yasseen A.A., Mourlas N.J., Mehregany M. Chemical-mechanical polishing for polysilicon surface micromachining // Journal of Electrochemical Society. — 1997. — Vol. 144, No. 1. — P. 237-242.

67. Worthington E. New CMP arhitecture address key process issues // Solid State Technology. — 1996. — №. 1. — P. 61-62.

68. Bhushan M., Rouse R., Lukens J.E. Chemical-mechanical polishing in semidirect contact mode // Journal of Electrochemical Society. — 1995. — Vol. 142, №. 11. — P. 3845-3851.

69. Маскаева Л. Н., Марков В. Ф., Туленин С. С., Форостяная Н. А. Гидрохимическое осаждение тонких пленок халькогенидов металлов. М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. — Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та. — 2017.

70. Мирофянченко Е. В., Мирофянченко А. Е., Попов В. С. Способ утонения обратной стороны матричного модуля InSb (100) и его влияние на кристаллическую структуру приповерхностных слоев // Прикладная физика. — 2020. — № 2. С. 46-52.

71. Нестюркин М.С., Комаровский Н.Ю., Тихонов Д.А., Молодцова Е.В., Козлов Р.Ю. Исследование влияния ориентации пластин InSb на их поверхностные характеристики // Сборник тезисов 3-ей Международной научно-практической конференции «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение» (РЕДМЕТ 2024), Москва, АО «Гиредмет» им. Н П. Сажина. — 2024. — С. 273-274.

72. Сертификат АО «Гиредмет». Пластины по ТУ 1775-330/0-0198396-11, монокристалла по ТУ1775-329Ю-0198396-11. Номер слитка 1008. Диаметр пластин 50,8 ± 0,5 мм, толщина - 930 ± 20 мкм кристаллографическая ориентация [100]±0,5. Дата выпуска 25.11.2022.

73. Y. Yiqing, H. Zhongwei, W. Wenshan, Z. Huan, L. Jing, X. Xipeng «The doubleside lapping of SiC wafers with semifixed abrasivesand resin-combined plates» // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2020) 108:997-1006, D0I:10.1007/s00170-019-04592-3

74. A. C. Diebold and R. K. Goodall, "Interconnect metrology roadmap: status and future," Proceedings of the IEEE 1999 International Interconnect Technology Conference (Cat. No.99EX247), San Francisco, CA, USA, 1999, pp. 77-79, doi: 10.1109/IITC.1999.787083.

75. Wang Bin, Qu Yu-xuan, Hu Shi-gang, Tang Zhi-jun, Li Jin, Hu Ying-lu «Simulation and Analysis of GaN wafer bowing on Sapphire substrate» // Hindawi Publishing Corporation, Advances in Condensed Matter Physics. —2013. —Article ID 465498. — P. 5.

76. Tom Dunn, Chris Lee, Mark Tronolone, Aric Shorey «Metrology for characterization of wafer thickness uniformity during 3DS-IC procesing» // Electronic Components and Technology Conference (ECTC). — 2012. — IEEE 62nd.

77. Thomas Bristow "Wafer thickness TTV bow and warp for thin wafer application" // SEMANTECH Workshop on 3D Intercorrect Metrology, San Francisco, USA. — 2012. — P. 22.

78. Janssen G.C.A.M., Abdalla M.M., van Keulen F., Pujada B.R., van Venrooy B., Celebrating the 100th anniversary of the Stoney equation for film stress: Developments from polycrystalline steel strips to single crystal silicon wafers // Thin Solid Films. — 2009. — vol. 517, № 6. — P. 1858-1867.

79. Громовик А.И. "Расчет круглых пластин" // Методические указания. Изд-во СибАДИ, Омск. — 2011. — С. 33.

80. DeSain J., Brady B., Metzler K., Curtiss T., Albright T. Tensile Tests of Paraffin Wax for Hybrid Rocket Fuel Grains // 45th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2009, Denver, Colorado. Published Online:14 Jun 2012. https://doi.org/10.2514/6.2009-5115.

81. Indium antimonide: Mechanical properties, elastic constants, lattice vibrations. [Электронный ресурс] / URL:https://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/InSb/ mechanic.html.

82. Ramm P., Lu J., Taklo M. "Handbook of wafer bonding" // Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA. Germany. —2012. — P. 416.

83. Трофимов А.А., Козлов Р.Ю., Кривобок В.С., Улькаров В.А., Молодцова Е.В., Павлов П.В., Павлова О.С., Косякова А.М., Комаровский Н.Ю., Нестюркин М.С., Клековкин А.В., Минаев И.И., Ерошенков В.В., Атрашков А.С., Ковин Я.А. «Базовая технология полирования пластин InSb для эпитаксиального роста фоточувствительных материалов методом МЛЭ» Материалы XXVII Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. - М.: АО «НПО «Орион», 2024 г. С. 197-200

Приложение А. Методика измерения основных характеристик пластин

на различных этапах подготовки

Содержание

1 Требования к средствам измерений, вспомогательным устройствам и

материалам...................................................................................................................140

2 Требования безопасности, охраны окружающей среды...................................145

3 Требования к квалификации операторов...........................................................145

4 Требования к условиям измерений.....................................................................146

5 Порядок выполнения измерений.........................................................................146

6 Контроль точности результатов измерений.......................................................155

7 Оформление результатов измерений..................................................................155

Форма протокола измерений......................................................................................156

Настоящий документ устанавливает методику измерений основных характеристик пластин на различных этапах подготовки. Методика применима к пластинам с параметрами:

- пластины МБЬ ориентации (100) + 0,5°;

- диаметр пластин 50,8 + 0,5 мм.

1 Требования к средствам измерений, вспомогательным устройствам и материалам.

1.1 При выполнении измерений применяют следующие средства измерений утвержденного типа:

1.1.1 Неконтактный измеритель толщины компании «Logitech» «Non Contact Gauge». Измерительная система проста в эксплуатации на основе бесконтактной пневматической измерительной головки, состоящей из линейного преобразователя дифференциального напряжения (LVDT) и пневматического сервопривода. Это обеспечивает постоянный воздушный зазор между зондом и любой измеряемой поверхностью. Во время измерений зонд не соприкасается с поверхностью образца. После формирования сигнала и калибровки светодиод показывает смещение датчика (эквивалентное рельефу поверхности, высоте ступеней, толщине материала и т.д.) в микронах.

- Диапазон измерений: ±1,25 мм (0,05")

- Разрешение дисплея: 0,1 мкм

- Разрешение датчика: 2,5 мкм

- Воздушный зазор: 75 мкм

1.1.2 Контактный профилометр «DektakXT Bruker». Профилометр «DektakXT Bruker» широко признан в качестве превосходного решения для измерения толщины тонких пленок, напряжений, шероховатости и формы поверхности в приложениях, начиная от верификации образовательных исследований и заканчивая управлением полупроводниковыми процессами.

- Максимальная высота ступеньки: 1 мм.

- Разрешение по вертикали: 0,1 нм.

- Длина сканирования: от 50 мкм до 50 мм.

- 120 000 точек данных за сканирование.

- Сканы можно сшивать встык на расстоянии до 150 мм.

- Усилие стилуса: от 0,098 до 147 мН (от 0,01 до 15 мг/сут).

- Моторизованный X-Y-тета-каскад.

- Отображение пластин толщиной до 150 мм.

- Трехмерная топологическая визуализация.

1.1.3 Оптический профилометр Sensofar S №ох. Светодиоды позволяют избежать интерференционных картин и рассеяния, типичных для лазерных источников света. Светодиоды освещают всю область, а не отдельный участок, что обеспечивает более быстрое измерение. Расчетный срок службы светодиодов составляет около 50.000 часов (в 25 раз больше, чем у лазера). Светодиоды обладают большой универсальностью, позволяя использовать различные длины волн в зависимости от требований к образцу.

Конфокальные объективы Поле обзора (мкм) Оптическое разрешение (мкм)

5Х 3378х2826 0.94

10Х 1689х1413 0.47

20Х 845х707 0.31

50Х 338х283 0.18

100Х 169х141 0.16

150Х 113 х 94 0.16

Интерференционные объективы Поле обзора (мкм) Оптическое разрешение (мкм)

2,5Х 6756х5652 1.87

5Х 3378х2826 1.08

10Х 1689х1413 0.47

20Х 845х707 0.35

50Х 338х283 0.26

100Х 169х141 0.20

1.1.4 Атомно-силовой микроскоп «Ме^а Махтш» предназначен для измерений трехмерной топологии и параметров микрорельефа поверхности конденсированных сред с атомарным разрешением.

«Ntegra Махтш» обеспечивает работу как в режиме сканирующего

туннельного микроскопа (СТМ), так и атомно-силового микроскопа (ACM) с использованием различных методик зондовой микроскопии. Принцип действия СТМ основан на квантовом эффекте туннелирования электронов через узкий потенциальный барьер между исследуемой проводящей поверхностью образца и острием микрозонда. Детектируя туннельный ток, протекающий при постоянном электрическом смещении между микрозондом и образцом, получают информацию о топографии проводящей поверхности в атомном масштабе. ACM реализует принцип измерений силы, действующей на острие микрозонда со стороны исследуемой поверхности, как проводящих, так и диэлектрических сред. Поддерживая с помощью обратной связи постоянной силу взаимодействия между микрозондом и поверхностью образца, регистрируют положение острия микрозонда, что позволяет получить трехмерное изображение топографии поверхности.

Параметр Значение

Диапазон измерений линейных размеров в плоскости XY не менее, мкм 0-90

Диапазон измерений линейных размеров по оси Ъ не менее, мкм 0-10

Пределы допускаемой относительной погрешности измерений линейных размеров в плоскости XY не более, % ±1

Пределы допускаемой относительной погрешности измерений линейных размеров по оси Ъ не более, % ±5

Пределы допускаемой абсолютной погрешности сличения геометрических размеров в режиме компаратора (при номинальных размерах более 10 нм), нм ±(1+0,001Ь)

Угол между осями сканирования X и Y, градус 90,0±1,5

Угол между осью Ъ и нормалью к плоскости XY не более, градус 5

Нелинейность сканирования в плоскости XY не более, % 0,5

Неплоскостность сканирования в плоскости XY не более, нм 100

Разрешение в плоскости XY не более, нм 0,15

Разрешение по оси Ъ не более, нм 0,1

1.1.5 Система оптической метрологии FRT МюгаР!^ 200. FRT MicroProf 200 — это высокопроизводительный, широко и успешно применяемый измерительный прибор для бесконтактного неразрушающего определения параметров поверхности и слоёв всех видов. Базируется на надёжной мульти-сенсорной технике FRT и предназначен для решения многочисленных измерительных задач в одной системе. С датчиком высокого разрешения CWL можно легко и надёжно измерять топографию, шероховатость и контур. С модулем двустороннего контроля образцов (ТТУ) или модулем автоматической обработки образцов (МНЦ) возможна работа с двусторонними образцами и проведение измерений на верхней и нижней стороне в рамках одной процедуры с

одновременным определением общей толщины образца. Также возможно определение общего разброса по толщине и других параметров поверхности, например, шероховатости, микронеровностей, плоскостности или параллельного расположения обеих сторон.

Параметр Значение

Область измерений ху 250 мм х 200 мм

Область измерений z 600 мкм

Шаговое разрешение 50 нм

Вертикальное перемещение 50 мм (100 мм опционально)

Продольное разрешение 2 мкм

Вертикальное разрешение 6 нм

1.2 Все средства измерения должны быть поверены в установленном порядке.

1.3 Эксплуатация и хранение средств измерений должны осуществляться в соответствии с эксплуатационной документацией.

1.4 При выполнении измерений используется следующее вспомогательное оборудование, материалы и реактивы:

1.4.1 Пинцет (ГОСТ 21241-89).

1.4.2 Перчатки нитрильные или нейлоновые (ТУ 38.106243-83).

1.4.3 Медицинская маска (ГОСТ Р 58396-2019).

1.4.4 Бумага фильтровальная (ГОСТ 1202-66).

1.4.5 Спирт этиловый ректификованный технический, высший сорт (ГОСТ 18300-87).

1.4.6 Посуда кислотоустойчивая (ГОСТ 4.321-85).

1.4.7 Вода деионизованная (ОСТ 11.029.003-80).

2 Требования безопасности, охраны окружающей среды

2.1 При выполнении измерений соблюдают следующие требования:

2.1.2 При работе с оборудованием необходимо соблюдать правила электробезопасности по ГОСТ Р 12.1.019.

2.1.3 Обучение сотрудников безопасности труда должно быть организовано в соответствии с ГОСТ 12.0.004.

2.1.4 Помещение лаборатории должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009.

2.1.5 Требования охраны окружающей среды должны соответствовать ГОСТ 12.0.230.

2.1.6 Устройство и техническая эксплуатация оптического оборудования, применяемого в соответствии с настоящей методикой, должны отвечать требованиям «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей». По условиям электробезопасности приборы относятся к электроустановкам с напряжением до 220 В.

2.1.7 Приборы следует подвергать регулярному техническому осмотру и планово-предупредительному ремонту под руководством инженерно-технического персонала, ответственного за ремонт.

3 Требования к квалификации операторов

3.1 К выполнению измерений и (или) обработке их результатов допускают лиц не моложе 18 лет, прошедших обучение, инструктаж на рабочем месте с записью в журнал по технике безопасности и (при необходимости) аттестацию, подготовленных в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», утвержденных

Госэнергонадзором, имеющих степень аттестации по электробезопасности не ниже второй группы и ознакомившихся с настоящей методикой.

3.2 Основным требованием при подготовке, проведении и завершении измерений является защита от статического электричества. Меры защиты от воздействия статического электричества должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 53734.5.1-2009 «Электростатика. Защита электронных устройств от электростатических явлений. Общие требования».

4 Требования к условиям измерений

4.1 При выполнении измерений соблюдают следующие условия:

4.1.1 Измерения проводятся в помещениях лабораторного типа с климатическими условиями, соответствующими ГОСТ 12997-76.

4.1.2 Относительная влажность воздуха в помещении не должна превышать

80%.

5 Порядок выполнения измерений

5.1 При выполнении измерений используется следующее оборудование: 5.1.1 Неконтактный измеритель толщины NCG-2 Non Contact Gauge представлен на рисунке 1. Контроль толщины пластин NCG-2 Non Contact Gauge позволяет корректировать условия процессов на всех этапах (после операций приклеивания пластины на диск-носитель, шлифования, полирования и отклеивания пластины с диска-носителя), получая данные толщины пластины после обработки, что обеспечивает накопление статистических показателей для формирования аналитических моделей поведения пластин разного диаметра и разных полупроводниковых материалов.

Рисунок 1. NCG-2 Non Contact Gauge

5.1.1.1 Измерения проводятся бесконтактной пневматической измерительной головкой в 5 точках пластины согласно рисунку 2.

Рисунок 2. Расположение точек измерений на пластине

5.1.1.2 Перед началом измерений необходимо расположить бесконтактную пневматическую измерительную головку над диском-носителем, затем обнулить значения на цифровом дисплее.

5.1.1.3 Далее расположить бесконтактную пневматическую измерительную головку над точкой А согласно рисунку 2.

5.1.1.4 Записать значения толщины пластины с цифрового дисплея в таблицу измерений (Таблица 1).

Таблица 1. Измерения толщины пластины на неконтактный измеритель NCG-2 Logitech в 5 точках на операции шлифования 9-микронным абразивом Al2O3

шлифование 9-микронным абразивом лицевой стороны

Время обработки 5 мин 10 мин 15 мин 20 мин 22 мин

A 767 754 735 712 702

B 765 754 734 712 702

C 766 753 735 712 702

D 766 755 735 712 702

E 766 754 735 712 703

5.1.1.5 Повторить пункты 5.1.1.3, 5.1.1.4 для каждой точки измерения согласно рисунку 2.

5.1.2 Контактный профилометр <Юек!акХТ Вгикег» представлен на рисунке 3. Профилометр <Юек!акХТ Вгикег» позволяет косвенно оценить геометрические характеристики пластины, а именно профиль пластины, и, тем самым, измерить прогиб пластины на различных этапах обработки. Измерения контактным профилометром <Юек!акХТ Вгикег» в рамках данной работы производились после операций приклеивания пластины на диск-носитель, шлифования, предфинишного полирования и отклеивания пластины с диска-носителя.

Рисунок 3. Контактный профилометр <ЮеЙ:акХТ Вгикег»

5.1.2.1 Перед началом измерений необходимо поднять измерительный стилус на максимальную высоту относительно столика профилометра.

5.1.2.2 Поместить пластину или приклеенную пластину на лейкосапфировый диск на измерительный столик.

5.1.2.3 Опустить измерительный стилус на пластину.

5.1.2.4 Расположить стилус на краю пластины.

5.1.2.5 Внести в программу профилометра длину прохода стилуса 50000 мкм.

5.1.2.6 Внести в программу профилометра время прохода стилуса 20 сек.

5.1.2.7 Провести измерение прогиба пластины.

5.1.2.8 В окне обработки результатов измерений расположить маркеры в самой верхней точке измеренного профиля пластины и в самой низкой точке (рисунок 4).

Рисунок 4. Профиль пластины после шлифования абразивной суспензией с

размером частиц 3 мкм

5.1.2.9 Записать значение А в журнал измерений.

5.1.3 Оптический профилометр Sensofar S Neox представлен на рисунке 5. Профилометр Sensofar S Neox позволяет оценить морфологию и шероховатость поверхности полированных пластин с применением интерферометрического объектива х50 DI с разрешением 0,01 нм.

Рисунок 5. Оптический профилометр Sensofar S Neox

5.1.3.1 Перед началом измерений необходимо поднять интерферометрический объектив х50 DI на максимальную высоту относительно столика профилометра.

5.1.3.2 Поместить пластину или приклеенную пластину на лейкосапфировый диск на измерительный столик.

5.1.3.3 Опустить объектив к пластине на расстоянии 5 мм над поверхностью пластины.

5.1.3.4 Нажатием кнопки «AUTOFOCUS» в программе профилометра запустить автоматическую фокусировку объектива на поверхности пластины.

5.1.3.5 Вручную винтами регулировки наклона измерительного столика настроить расположение плоскости пластины относительно объектива для проведения корректных измерений показателей шероховатости.

5.1.3.6 Нажатием кнопки «MEASUREMENT» в программе профилометра провести измерение.

5.1.3.7 В программе обработки результатов измерений произвольно выбрать линию на измеренном участке для получения показателей шероховатости Ra, RMS по данному профилю.

5.1.3.8 Сохранить изображения с качественной информацией о профиле поверхности (рисунок 6).

Ra = 0,32 нм RMS = 0,40 нм

Рисунок 6. Морфология, профиль и показатели шероховатости экспериментальной пластины

5.1.3.9 Полученные показатели шероховатости записать в журнал измерений.

5.1.3.10 Поднять интерферометрический объектив х50 DI на максимальную высоту относительно пластины.

5.1.3.11 Поместить пластину в индивидуальную тару.

5.1.4 Система оптической метрологии FRT MicroProf представлена на рисунке 7. Система оптической метрологии FRT MicroProf позволяет измерять геометрические характеристики (разнотолщинность (TTV), прогиб (Bow) и коробление (Warp)) пластин бесконтактным способом, что обеспечивает отсутствие внесения изменений в полированную поверхность пластины.

гЯТ

S а

Рисунок 7. Система оптической метрологии FRT MicroProf

5.1.4.1 При помощи вакуумного пинцета в держатель для пластины поместить пластину.

5.1.4.2 Выбрать в программе необходимый рецепт измерений в зависимости от диаметра пластины.

5.1.4.3 Запустить измерение.

5.1.4.4 Обработка результатов измерений производится автоматически: в соответствии с заложенной рабочей программой установки.

Сохранить результаты и записать в журнал измерений основные параметры пластины (TTV, Bow, Warp).

5.1.5 Атомно-силовой микроскоп Ntegra Maximus представлен на рисунках 8, 9. Атомно-силовой микроскоп Ntegra Maximus применяется для окончательных измерений параметров поверхности пластин после финишного полирования и отмывки.

Рисунок 8. Атомно-силовой микроскоп Maximus

Рисунок 9. Схема атомно-силового и сканирующего туннельного микроскопа

5.1.5.1 Установить в измерительную головку (кантилевер) для измерений в полуконтактном режиме. Маркировка такого кантилевера имеет в начале символы NSG, далее следуют цифры, определяющие его жесткость.

5.1.5.2 Предварительно убрав в сторону измерительную головку, вращением винта регулировки вертикального положения образца по часовой стрелке

опустить подставку в крайнее нижнее положение.

5.1.5.3 Закрепить пластину на подставке, используя специальный магнит и двухсторонний скотч.

5.1.5.4 Установить на место измерительную головку; включить компьютер; запустить программу; включить прибор тумблером на передней панели. После включения прибора программа управления проводит инициализацию прибора.

5.1.5.5 Для проведения сканирования пластины перейти на вкладку Scan (кнопка на панели основных операций).

5.1.5.6 Получить изображение топографии участков поверхности пластины размером 5^5 мкм.

5.1.5.7 По окончании сканирования каждого участка вся информация автоматически записывается в один файл с расширением *.mdt. Сохранить полученные данные.

5.1.5.8 В программе обработки результатов измерений произвольно выбрать линию на измеренном участке для получения показателей шероховатости Ra, RMS по данному профилю.

5.1.5.9 Полученные показатели шероховатости записать в журнал измерений.

5.1.5.10 По завершении измерений отвести пластину от зонда. Опустить пластину ниже и поместить её в индивидуальную тару. После этого закрыть окно программы. Выключить контроллер.

6 Контроль точности измерений

10.1 Контроль точности осуществляется регулярной поверкой средств измерений и вспомогательных устройств.

7 Оформление результатов измерений

11.1 Требования к объему сведений и результатам измерений приводятся в протоколе.

Форма протокола измерений

ПРОТОКОЛ № __ измерений /наименование изделия(ий)/ разработанного(ых) при выполнении ОКР «шифр»

1 Место проведения измерений Начало измерений: Окончание измерений:

2 Цель измерений

Количественное определение характеристики

3 Объем измерений

/указывают количество образцов, место и время их изготовления/

4 Методы измерений

/указывают методы, установленные в стандартах, ОТУ, проекте ТУ, аттестаты разработанных методов, или излагается новый метод/

5 Оборудование, приборы, использованные при измерениях

/указывают наименование, тип, сведения о поверке/

6 Режимы измерений

/указывают электрические, температурные, виды и величины воздействующих факторов/

7 Результаты измерений

7.1 Результаты измерений параметров приведены в таблице 1. Пример:

Таблица 1

Наименование параметра, ед. изм. Условное обозначение параметра Результаты измерения

Измерения проводил

Председатель комиссии

Члены комиссии:

/И.О. Фамилия/ « » 202 г.

/И.О. Фамилия/ « » 202 г.

/И.О. Фамилия/ «_»_202_г.

/И.О. Фамилия/ «_»_202_г.

/И.О. Фамилия/

Приложение Б. Конструкторская документация химически инертного

опорного кольца