Механическая обработка полупроводниковых слитков и пластин. Резка, шлифовка, полировка

МЕХАНИЧЕСКАЯОБРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХСЛИТКОВИПЛАСТИН

Резка. Полупроводниковые материалы обладают высоко твердостью и хрупкостью, поэтому при резке слитков и плаcтин не используют традиционные применяемые при металлообработке методы. Кроме того, большое значение имеет выбор рациональных методов резки, предусматривающих минимальные отходы дорогостоящего полупроводникового материала так как его потери являются одним из основных факторов, определяющих стоимость готовых приборов и интегральных микросхем.

В производстве полупроводниковых приборов и ИМС резку осуществляют дважды: слитки режут на пластины и пластины - на кристаллы. Наибольшее распространение получили следующие способы резки:

дисками с наружной алмазной режущей кромкой (слитков и пластин);

дисками с внутренней алмазной режущей кромкой (слитков на пластины);

полотнами и проволокой с применением абразива (слитков и пластин);                                                                           скрайбирование — нанесение рисок на пластины с последующим разламыванием их на кристаллы.                                                                  |

Резка диском с наружной режущей кромкой (рис. 1) является наиболее простым и легко осуществимым в производственных условиях способом разделения слитков и пластин. Алмазная кромка диска обладает высокой режущей способностью, так как алмазные зерна размером 20-60 мкм, закрепленные на металлической основе диска, представляют собой микрорезцы, снимающие мельчайшие стружки с обрабатываемой поверхности. При частоте вращения до 10 000 об/мин диска с большим количеством алмазных зерен (микрорезцов) производительность обработки высока. Так как при резке из-за трения выделяется значительное количество теплоты, на алмазный диск необходимо непрерывно подавать охлаждающую жидкость. Для получения нескольких параллельных с достаточно высокой точностью прорезей, а также повышения производительности резки применяют установки, на шпиндель которых устанавливают несколько дисков.

Рис.1. Резка полупроводниковой пластины диском с наружной режущей кромкой:

1 – алмазный диск; 2 – фланец для крепления диска; 3, 5 – полупроводниковая и металлическая пластины; 4 – клеящая мастика; 6 – шпиндель станка.

При использовании дисков большого диаметра возникает проблема их стойкости, связанная с недостаточной жесткостью. Для уменьшения потерь полупроводникового материала необходимы тонкие диски. Однако под действием сил резания и вибрации неоптимальное соотношение между толщиной и диаметром дисков (1:300 и более) приводит к их деформации (изгибу), увеличению ширины реза, уменьшению точности обработки, образованию дефектов (сколов, трещин и др.)- Обычно резку полупроводниковых слитков выполняют дисками диаметром 80—125 мм и толщиной 0,3—0,7 мм. При этом минимальная ширина прорези составляет 0,45 мм.

Диски с наружной режущей кромкой наиболее часто используют для разделения пластин на кристаллы. В этом случае глубина прорези составляет 0,5—1 мм. Так как диаметр диска при этом относительно невелик, его толщина может быть около 0,1 мм, что обеспечивает ширину прорези 0,15 мм.

Резку полупроводниковых пластин на кристаллы выполняют также металлическими дисками с подачей в зону резания абразивной суспензии, состоящей из порошков карбида бора В4С, карбида кремния SiC или электрокорунда А1₂0з и воды, взятых в соотношении 1:3 или 1:4. При вращении диск захварывает суспензию, которая, ускоряясь, с силой