Современные методы механической обработки и контроля пластин
Д.Ю.Астрейко
Научный руководитель- И.Ф.Мучак, к.т.н.,доцент
Качество поверхности полупроводниковых пластин
Полученные после разрезания слитка полупроводниковые пластины обладают рядом нарушений, к которым относятся наличие механически нарушенного слоя, неплоскостность и неплоскопараллельность сторон, изгиб и большой разброс по толщине. Глубина механически нарушенного слоя является основной характеристикой качества обработки полупроводниковых пластин. Этот слой распространяется от обработанной поверхности в глубь объема полупроводникового материала. Качество поверхности полупроводниковых пластин оценивается с геометрической и физической точек зрения. С геометрической точки зрения качество определяется неровностями, выступами и впадинами реальной поверхности, с физической – отклонением свойств верхних слоев материала от свойств материала сердцевины. Если рассматривать реальную необработанную подложку в разрезе, то можно выделить рельефный слой, который определяет геометрические отклонения от идеального поверхностного слоя; трещиноватый слой, в котором нарушена целостность поверхности; пластически деформированный слой; напряженный, упругодеформированный слой.
К причинам появления дефектного слоя следует отнести упругие, пластические деформации и деформации разрушения, которые имеют место в процессе обработки, нагрев поверхностного слоя, химические явления, которые имеют место в зоне обработки: окисление, образование других химических соединений. Слой материала, подлежащий удалению в процессе последующей обработки пластины, называется припуском. Минимальное значение припуска должно обеспечивать удаление микронеровностей и дефектного слоя, получаемого при предшествующей обработке. В процессе обработки полупроводниковой подложки для получения нужного качества поверхности припуск удаляется не сразу, а постепенно – в несколько этапов, так как при предварительной обработки появляется новый дефектный слой, только меньшего размера.
Класс точности
Шероховатость поверхности представляет собой совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помощью базовой длины. Согласно стандарту для оценки шероховатости поверхности предусмотрены следующие параметры:
1. Ra - среднее арифметическое отклонение профиля;
2. Rz - высота неровностей профиля по десяти точкам;
- Rmax - наибольшая высота профиля;
- Sm - средний шаг неровностей;
- S - средний шаг местных выступов профиля;
6. TP - относительная опорная длина профиля, где «Р» - значение уровня профиля.
Согласно стандарту различают 14 классов шероховатости поверхности, из которых 1-й класс означает наиболее шероховатую поверхность. Для поверхности 1-го класса чистоты Ra = 80 мкм, Rz = 320 мкм при базовой длине 8 мм; для 14-го класса шероховатости Ra = 0,01 мкм, Rz = 0,05 мкм при 0,08 мм.
3. Механическая обработка полупроводниковых пластин Механическая обработка полупроводниковых пластин -обработка пластины полупроводника при помощи механического воздействия с целью создания строго заданной геометрии, нужной кристаллографической ориентации (не хуже ±5 %) и классом чистоты поверхности.
Шлифовка полупроводниковых пластин
Для получения хороших результатов шлифовку проводят в чистых, свободных от пыли помещениях и под защитными кожухами с избыточным давлением воздуха, все установки для проведения процессов шлифовки разделены по виду обработки и типу используемого абразива, а все материалы (шлифовальники, абразивные порошки) рассортированы и хранятся в отдельных герметичных скафандрах.
Под процессом шлифовки понимают обработку полупроводниковых пластин на твердых доводочных дисках-шлифовальниках абразивными микропорошками. Шлифовальники обычно изготовляют из чугуна, стекла, стали, меди или латуни. Зернистость микропорошков для шлифования пластин выбирают от нескольких микрон до менее 0.1 микрона.
По технологическим признакам шлифовку подразделяют на предварительную (с более крупным порошком) и окончательную (с более мелким порошком), по конструктивным признакам – на одностороннюю и двустороннюю, по виду используемого материала – на шлифовку свободным и связанным абразивом.
При шлифовке связанным абразивом полупроводниковые пластины располагают так, чтобы они соприкасались с поверхностью шлифовальника. При вращении шлифовальника поверхность шлифовальника и пластин плотно прилегают друг к другу. В зону шлифования подают абразивную суспензию, что создает определенное давление, которое приводит к выкалыванию микрочастиц полупроводникового материала. Шлифованная поверхность обрабатываемых пластин имеет матовую фактуру и состоит из большого числа кратерообразных выколок. Размеры этих выколок находятся в прямой зависимости от размера зерен абразива, давления на них шлифовальника и скорости шлифовки.
При шлифовке с свободным абразивом шпиндель шлифовального круга, вращаясь с частотой 15000 – 18000 об/мин, приходит в контакт с поверхностью пластин. Алмазные зерна шлифовальника, ударяясь с высокой скоростью о пластины, снимают с поверхности полупроводникового материала микростружку. Обработанная этим способом полупроводниковая пластина имеет специфический рисунок поверхности, который представляет собой сетку из множества пересекающихся рисок. Процесс шлифовки связанным абразивом характеризуется выделением большого количества теплоты. Поэтому для предотвращения перегрева шлифовальника и пластин в зону шлифования подают охлаждающую жидкость. Точность обработки связанным абразивом зависит в первую очередь от настройки станка и жесткости крепления его элементов.