Моделирование нагрева кремниевых пластин при быстрой термической обработке на установке «УБТО 1801»

Настоящая работа посвящена установлению зависимости температуры нагрева кремниевой пластины при быстрой термической обработке на установке «УБТО 1801» облучением обратной стороны некогерентным потоком света постоянной плотности от мощности ламп и времени нагрева. В результате разработана математическая модель изменения температуры пластины на базе уравнения нестационарной теплопроводности и известных температурных зависимостей теплофизических свойств кремния и степени черноты алюминия и серебра, нанесенных на рабочую поверхность кремниевой пластины. Для экспериментального определения значений численных параметров математической модели кремниевые пластины нагревали единичным импульсом света постоянной мощности до температуры одного из трех фазовых переходов формирования эвтектики алюминий-кремний, плавления алюминия и плавления серебра. Время формирования фазового перехода на поверхности пластин в процессе быстрой термообработки фиксировали пирометрическим методом. В соответствии с разработанной математической моделью определен коэффициент преобразования электрической мощности ламп в плотность мощности светового потока, численное значение которого составило 5,16∙10-3 см-2 . Изменение мощности ламп от 690 до 2740 Вт приводит к изменению температуры кремниевой пластины в процессе быстрой термической обработки от 550 до 930°К соответственно. При этом погрешность прогнозирования температуры пластины в соответствии с разработанной математической моделью составляет менее 2,3 %. Результаты работы могут быть использованы при разработке новых процессов быстрой термообработки кремниевых пластин.

быстрая термическая обработка, температура нагрева, математическое моделирование, фазовый переход

1. Doering R., Nishi Y. Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology. 2nd edition. New York: CRC Press; 2008.

2. Пилипенко В.А. Быстрые термообработки в технологии СБИС. Минск: Изд. Центр БГУ; 2004.

3. Nesmelova I.M., Astaf’ev N.I., Kulakova N.A. The optical properties of single-crystal silicon in the 3–5-µm region. Journal of Optical technology. 2012;79(3):191-193. DOI:10.1364/jot.79.00019.

4. Достанко А.П., Аваков С.М., Голосов Д.А. Емельянов В.В., Завадский С.М., Колос В.В., Ланин В.Л., Мадвейко С.И., Мельников С.Н., Никитюк Ю.В., Петлицкий А.Н., Петухов И.Б., Пилипенко В.А., Плебанович В.И., Солодуха В.А., Соколов С.И., Телеш Е.В., Шершнев Е.Б. Инновационные технологии и оборудование микроэлектронного производства. Минск: Беларуская навука; 2020.

5. Солодуха В.А., Пилипенко В.А., Яковлев В.П. Робототизированная установка быстрой термической обработки для создания изделий электронной техники. Доклады БГУИР. 2019;17(4):92-97.

6. Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. С.-Петербург: Лань, 2016.

7. Rozenboom F. Advavced in Rapid Thermal and Integrated Processing. Springer Netherlands; 1996.

8. Шелудяк Ю.Е. Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. Москва: НПО «Информ ТЭИ»; 1992.

9. Avallone E.A., Baumeister T., Sadegh A.M. Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers. 11th edition. New York: McGraw-Hill; 2007.