Алмазоносный режущий слой на металлический диск наносится с помощью

специальной связки. Из всех видов связок (органическая, керамическая,

металлическая) только металлическая связка полностью обеспечивает прочность

сцепления алмазосодержащего слоя с металлическим диском и хорошую

самозатачиваемость в процессе резания. Рекомендуемые режимы резки для

слитков кремния: частота вращения диска – 5000 ( 8000 об/мин, скорость

продольной подачи слитка – 30 ( 60 мм/мин, расход СОЖ около 3 л/мин.

Натяжение диска периодически контролируется с помощью электронного прибора

и регулируется не менее одного раза за рабочую смену. Перед началом каждой

резки диск проверяют на степень выработанности алмазной кромки, отсутствие

трещин, задиров. Для точности размеров отрезаемых пластин, качества их

поверхности и ширины реза важна правильная установка диска на барабан

режущего станка. В процессе резки диск не должен вибрировать и отклоняться

от плоскости. Охлаждение при резке осуществляется путем подачи СОЖ.

2.3 Резка диском с внутренней алмазной кромкой

В настоящее время способ резания диском с внутренней режущей алмазной

кромкой является наиболее перспективным и прогрессивным из всех

существующих. Этим способом можно производить самые универсальные процессы

резания слитков на пластины до резания пластин на отдельные кристаллы.

Основой диска служит стальная фольга толщиной 0,1 ( 0,2 мм.

Алмазосодержащую режущую кромку на металлическую основу наносят

гальваническим способом, применяя в качестве связки никель.

Механизм резки состоит в хрупком разрушении обрабатываемой поверхности

под действием нормальных усилий и в срезании микровыступов закрепленными в

режущей кромке алмазными зернами (тангенциальные усилия). Нормальные

усилия, передаваемые от диска через зерна алмаза на слиток, вызывают

появление микротрещин, которые, увеличиваясь в процессе отрезания пластины,

распространяются вглубь, смыкаются, образуя выколки. Затем эти выколки

выкрашиваются и удаляются из зоны обработки. Помимо прочего, СОЖ, проникая

в микротрещины обрабатываемой поверхности и оказывая капиллярное

расклинивающее действие, интенсифицирует процесс резки. С увеличением

частоты вращения диска нормальные и тангенциальные усилия уменьшаются, что

повышает качество обработки поверхности и за счет уменьшения деформаций

диска улучшает параллельность сторон пластин. Вместе с тем увеличение

частоты вращения диска повышает производительность процесса. Однако,

увеличение частоты вращения диска свыше 5000 об/мин вызывает возрастание

вибрации станка и температуры в зоне резания. Схема процесса резки

представлена на рис 5. К преимуществам резки диском с внутренней алмазной

кромкой относятся высокая скорость резания (до 40 мм/мин), хорошее качество

обработки поверхности (8 класс шероховатости), малый разброс по толщине

пластин ((20 мкм), небольшие отходы материала.

Недостатки резки: сложность установки алмазного диска, его натяжения и

центровки, зависимость качества и точности обработки от точности и качества

инструмента.

2.4 Резка при помощи ультразвука

Одной из новейших технологий является резание при помощи ультразвуковых

колебаний частиц абразива. Ультразвуковая резка применяется при обработке

полупроводниковых пластин в тех случаях, когда необходимо получить

кристаллы сложной конфигурации и заданного профиля.

На рис 6 показана схема процесса. Под режущую кромку инструмента подается

абразивная суспензия. Торец инструмента помещается на небольшом расстоянии

от обрабатываемой поверхности, что необходимо для достижения акустического

контакта. Частицы абразивного вещества под влиянием ультразвуковой энергии,

приобретаемой с инструмента, приобретают колебательное движение. Это

движение вызывается способностью ультразвуковых волн при распространении в

упругих средах (а абразивная суспензия есть упругая среда) вызывать

разрежение и сгущение этих сред. В результате разрежения в абразивной

суспензии образуются кавитационные пузырьки, которые в момент исчезновения

создают большие давления.

Благодаря кавитационным явлениям частицы абразива с силой ударяются в

обрабатываемый материал и выбивают из него микрочастицы. Поскольку в этом

участвует большое количество частиц абразива, а частота ударов равна

частоте ультразвука, то, не смотря на незначительные размеры откалываемых

частиц, процесс резки происходит быстро (около 1 мм/мин). Так как

инструменту можно придать любую форму, то при помощи этого метода можно

вырезать детали любой конфигурации.

Станки для ультразвуковой резки обычно выполняют в виде двух отдельных

частей: магнитостриктора и усилителя ультразвуковых колебаний.

2.4 Лазерное разделение пластин

Разделение с помощью лазерного излучения относится к бесконтактным

способам, при которых отсутствуем механическое воздействие на

обрабатываемый материал. Разделение можно выполнить либо с предварительным

получением рисок (лазерное скрайбирование), либо путем сквозного прохода

всей толщи материала (лазерная резка). Образование рисок происходит в

результате испарения материала сфокусированным лазерным лучом большой

мощности. При сквозной резке имеет место также и плавление.

С помощью лазерного луча можно производить резку сквозь слой оксида или

металла. Благодаря отсутствию механического воздействия отсутствуют

микросколы и микротрещины. Оплавление материала по краям риски уменьшает

вероятность отслаивания пленочных покрытий. Кристаллографическая ориентация

не оказывает влияния на качество разделения и форму кристаллов. Получаемые

кристаллы имеют практически вертикальные боковые поверхности, что весьма

облегчает автоматическую сборку.

К недостаткам лазерного разделения относятся: высокая стоимость и

сложность оборудования, необходимость защиты поверхности специальной

пленкой от загрязнений продуктами испарения и расплавления, возникновение

зон со структурными нарушениями кремния.

Лазерное скрайбирование применяется в крупносерийном производстве для

разделения пластин кремния диаметром до 76 мм. Арсенид галлия нельзя

скрайбировать лазерным лучом из-за выделения токсичных соединений мышьяка.

3 Обработка поверхности пластин

Полученные полупроводниковые пластины нельзя сразу использовать для

производства интегральных микросхем. Сначала они должны пройти

предварительную обработку.

Поверхность пластин после резки весьма неровная: размеры царапин,

выступов и ямок иногда намного превышают размеры будущих структурных

элементов. Поэтому перед началом основных технологических операций пластины

многократно шлифуют, а затем полируют. Цель шлифовки помимо удаления

механических дефектов состоит также в том, чтобы обеспечить необходимую

толщину пластины (200 ( 300 мкм), недостижимую при резке и параллельность

плоскостей.

3.1 Шлифовка

Под шлифованием понимают процесс обработки поверхностей заготовок на

твердых дисках – шлифовальниках из чугуна, стали, латуни, стекла и других

материалов с помощью инструментов – шлифовальников и абразивной суспензии

(обработка свободным абразивом) или с помощью алмазных шлифовальных кругов

(обработка связанным абразивом).

Раньше в большинстве случаев шлифовка была односторонней, т.е. каждая из

двух плоскостей пластины шлифовалась отдельно. Однако современная

технология промышленного производства предусматривает двусторонню шлифовку

пластин кремния свободным абразивом (рис 7). По сравнению с другими

методами такое шлифование более производительно, обеспечивает высокую

точность обработки поверхностей, не требует наклейки пластин. Остаточные

механические напряжения распределены более равномерно, что позволяет

получать пластины с меньшим изгибом.

Подаваемая через верхний шлифовальник суспензия равномерно окружает все

пластины, образуя прослойку между шлифовальниками и обрабатываемыми

поверхностями. При работе станка движение верхнего шлифовальника и кассет

для пластин-сепараторов передается зернам абразива. Свободно перемещаясь и

переворачиваясь они создают определенное давление на обрабатываемые

поверхности. Это приводит к появлению микротрещин и микровыколок, которые

отрываются от поверхности и уносятся в сборник с отработанной суспензией.

Движение шлифовальника через цевочные колеса передается сеператорам.

Пластины, увлекаемые сепараторами, совершают сложные перемещения между

шлифовальниками, чем достигается равномерность их обработки и износа

шлифовальников. Шлифование проводят в несколько этапов, постепенно уменьшая

зернистость абразива.

По окончании шлифовки на поверхности все же остается механически

нарушенный слой толщиной до нескольких микрон и выше, под которым

расположен еще более тонкий, так называемый "физически нарушенный" слой.

Последний характерен наличием "незримых" искажений кристаллической решетки

и механических напряжений, возникающих в процессе шлифовки.

Удаление обоих нарушенных слоев и снижение неровностей поверхности до

уровня, свойственного оптическим системам и составляющего сотни, а иногда

десятки ангстрем осуществляется обезжириванием и полировкой.

3.2 Обезжиривание поверхности

Как уже было сказано, поверхность отшлифованной пластины не удовлетворяет

качеством. Для ее доводки необходимо удалить молекулярные органические и

химически связанные с поверхностью загрязнения, а затем – остаточные ионные

и атомарные. Для этого применяют обезжиривание поверхности.

Обезжиривание (отмывка) в органических растворителях (толуоле,

дихлорэтане, спиртах: этиловом, метиловом и др) применяется для удаления с

поверхности пластин жиров животного и растительного происхождения,

минеральных масел, смазок, воска, парафина и других органических и

механических загрязнений и наиболее часто выполняется погружением, в парах,

с помощью ультразвука, струйной обработкой.

Обезжиривание погружением (рис 8) выполняют в специальных герметичных

установках с двумя-четырьмя сваренными в единый блок ваннами с повышающимся

уровнем жидкости. Полупроводниковые пластины в химически инертных кассетах,

например из фторопласта, погружают в ванну с наименьшим уровнем и по мере

очистки последовательно переносят в ванны с большим уровнем растворителя. В

ванну с наивысшим уровнем из перегонного куба поступает чистый

растворитель, а из нее избыток растворителя стекает в ванну с меньшим

уровнем и т.д. Из ванны с наименьшим уровнем загрязненный растворитель

сливается в отстойник, из которого поступает для очистки дисцилляцией в

перегонный куб. Процесс обезжиривания интенсифицируют подогревом и

перемешиванием растворителя.

Ультразвуковое обезжиривание выполняют в специальных ваннах, дно и стенки

которых совершают механические колебания с УЗ-частотой (рис 9).

В жидкости возникают вихревые акустические потоки с высокими скоростями,

которые интенсивно перемешивают жидкость, а также упругие волны (сгустки и

разрежения за счет смещения частиц жидкости). В местах разрежения жидкости

появляются кавитационные пузырьки. Под действием сил, которые стремятся

вернуть смещенные частицы в исходное положение, эти пузырьки после

кратковременного существования захлопываются. При интенсивных колебаниях и

захлопывании кавитационных пузырьков возникают ударные волны, сообщающие

большие ускорения молекулам жидкости, которые с силой ударяются о

поверхность обрабатываемых пластин и сбивают с них частицы загрязнений.

Благодаря кавитации жидкость способна проникать в глубокие поры, каналы,

углубления, которые при обычных методах остаются неочищенными.

3.3 Полировка

Обезжиренные пластины подвергаются окончательной обработке – полировке.

Чаще всего используется химическая полировка (травление), т.е. по существу

растворение поверхностного слоя полупроводника в тех или иных реактивах.

Обязательными компонентами таких реактивов являются окислитель (обычно

азотная кислота) и растворитель образующегося окисла (обычно плавиковая

кислота. Кроме этих компонентов в состав травителей входят ускорители и

замедлители реакции. Выступы и трещины на поверхности стравливаются

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5