Modul_2_3_Mekhanicheskaya_i_khimiko-mekhanicheskaya_o (Лекции Цветкова), страница 2

Однако при увеличении скорости резания выше 22 м/с, что соответствует5000 об/мин шпинделя, возникают вибрации станка и температура в зоне резания, чтоухудшает качество обработки.С ростом подачи качество обработки снижается, так как при этом силы резаниярезко возрастают, в результате чего круг изгибается. Рекомендуются следующие режимырезания: окружная скорость 17-22 м/с, подача 30-40 мм/мин при резке кремния.Современные установки позволяют довернуть слиток на требуемый угол для обеспечения резки пластин максимально параллельно заданной кристаллографической плоскости.Резка проволокой начиная с 1980-х годов все более широко применяется для резки слитков на пластины.В этом методе используется проволока из нержавеющей стали диаметром110…140 мкм и длиной до 100 км, которая перематывается со скоростью 10…20 м/с сподающей катушки на приемную.

Современные установки для резки проволокой позволяют обрабатывать одновременно несколько слитков, как круглого так и прямоугольногосечения (рис. 9).Рис. 9. Резка слитков проволокойа – схема резки нескольких слитков, б - слиток после резки проволокойНаправляющие ролики, на которых нарезано несколько сотен канавок с заданнымшагом, формируют проволочное полотно, ширина которого может доходить до 2 м.

Усилие натяжения проволоки составляет 10…20 Н.Слитки кремния прижимаются к сеточному полотну, при этом в зону контактакремния со стальной проволокой через распределенные сопла подается абразивная суспензия. Как правило, это смесь частиц карбида кремния зернистостью 10…15 (до 46) мкмс гликолем или маслом.Рис.

10. Параметры процесса резания слитка проволокойШаг сеточного полотна определяет толщину отрезаемой пластины, диаметр проволоки – ширину реза (рис. 10).Абразивные частицы вдавливаются проволокой в зону реза, перекатываются иперемещаются вдоль нее. В зоне контакта формируются микротрещины и отделяютсямикровыколки кремния. Происходит, по сути локальное вышлифовывание кремния свободным абразивом (рис.

11, а ), поверхность кремниевой пластины после резки выглядитшлифованной (рис. 11, б ).баРис. 11. Резка проволокой с абразивной суспензиейа – зона резания, б – поверхность пластиныПомимо карбида кремния в качестве абразива может использоваться также алмазный порошок. Оба материала весьма дороги, их стоимость составляет 25…35% от общейстоимости операции резки слитка. Объемное содержание SiC в суспензии - от 20 до 60%.Основная задача суспензии – перемещать частицы абразива в зону резания, а такжепредотвращать их агломерацию. При этом в процессе протягивания проволоки лишь малая часть суспензии попадает в зону резания.Сравнение методов резки пластин дисками и проволокой приведено в таблице 1.Таблица 1.Параметры метода резкиПроволокойДискамиРезкаСвободным абразивом Связанным абразивомГлубина нарушенного слоя10…15 мкм20…30 мкмПроизводительность1900…13000 см2/час1300…2600 см2/часЧисло пластин за проходДо 1000 пластин1 пластина за резШирина реза200…300 мкм300…500 мкмМинимальная толщина отрезаемой пластиныВыход пластин толщиной 635 мкм сослитка длиной 1 дюйм (25,4 мм)Максимальный диаметр слитка200 мкм300 мкм30 пластин27 пластин300 мм и более200 ммКак следует из таблицы, метод резки проволокой по большинству параметров существенно превосходит метод резки дисками.Дальнейшим развитием метода является применение проволоки с нанесенным нанее абразивом.

Основным преимуществом здесь является резкое, в 3…5 раз, повышениескорости резания. Кроме того, повышается чистота и экологичность процесса за счетустранения жидкой суспензии.Диаметр применяемой проволоки – от 180 мкм, размер зерен абразива – от 20 мкми более. Зерна абразива равномерно распределены по диаметру и вдоль проволоки инадежно зафиксированы на ней в слое электролитического никеля (рис.

12).а6вРис. 12. Проволока с нанесенным абразивомРаспределение абразива вдоль проволоки (а) и по контуру сечения (б), в – крепление абразива в связующем материалеЖесткие требования к стабильности диаметра проволоки с нанесенным абразивным покрытием ограничивают пока широкое применение этого метода в промышленно-сти. Однако уже применяется его разновидность на основе закрепленного на раме проволочного полотна, совершающего возвратно-поступательное движение (рис. 13).Рис. 13. Резка проволочным полотномСнятие фасок по периферии кремниевых пластин выполняется с помощью профилированных абразивных инструментов (рис. 14).Рис.

14. Принципиальная схема формирования фаски на кремниевой пластинеВ реальной производственной практике применяют многосекционные алмазныекруги, позволяющие выполнить как предварительную, так и окончательную шлифовкуфаски, а также ее полировку (рис. ). Секции 1…3 обеспечивают предварительное, получистовое и чистовое шлифование фаски, секции 4…5 – ее полировку.абРис.

15. Многосекционный инструмент для обработки фасок кремниевых пластина – компоновка инструмента, б – этапы процесса шлифовки и полировки фаскиАналогичным многосекционным инструментом выполняется шлифовка и полировка базирующего выреза на пластинах большого диаметра (рис. 16).Рис. 16 Инструмент для шлифовки и полировки базирующего вырезаШлифовка и полировка пластин.Шлифовка пластин является обязательной технологической операцией после резкислитков, поскольку она способствует уменьшению нарушенного слоя, неплоскостности ,изгиба пластин и их разброса по толщине.По технологическим признакам шлифовку подразделяют на предварительную иокончательную, по конструктивным признакам — на одностороннюю и двустороннюю,по виду используемого материала — на шлифовку свободным и связанным абразивом.В современной технологии применяют методы обработки пластин, объединяющиевсе эти признаки.Так, предварительная шлифовка для быстрого выравнивания плоскостей пластин– это обычно последовательная односторонняя шлифовка связанным абразивом(grinding).Окончательная шлифовка, одно- или двухсторонняя, выполняется с применениемсвободного абразива (lapping).Завершается процесс полировкой пластин (polishing) – это, как правило, односторонняя обработка свободным абразивом.Шлифовка связанным абразивом выполняется на станках с эксцентрично расположенными осями вращения шлифовальника и обрабатываемых пластин.

Главной особенностью этого процесса является конструкция шлифовального круга, который представляет собой металлический диск с закрепленными на его поверхности абразивнымивставками.абвРис. 17. Шлифовка связанным абразивома – схема процесса; б, в – виды шлифовальных круговОбрабатываемые пластины закрепляются на подложкодержателе, который в процессе шлифовки вращается вокруг своей оси. Шпиндель шлифовального круга, вращаясь счастотой 15000— 18 000 об/мин, приходит в контакт с поверхностью пластин. Алмазныезерна шлифовальника, ударяясь с высокой скоростью о пластины, снимают с поверхностикремния микростружку. Обработанная этим способом пластина имеет специфический рисунок поверхности, который представляет собой сетку из множества рисок.

В процессешлифовки связанным абразивом выделяется много теплоты, поэтому для охлажденияшлифовальника и обрабатываемых пластин в зону обработки подают охлаждающуюжидкость.Шлифовку свободным абразивом выполняют на станках односторонней и двусторонней обработки пластин с использованием абразивных суспензий и паст. В процессеобработки абразивная суспензия создает тонкую прослойку между шлифовальником и обрабатываемой пластиной, в которой абразивные зерна свободно перекатываются, находясьв свободном состоянии.При двусторонней шлифовке обрабатываемые пластины располагаются в гнездахсепараторов и размещаются между двумя шлифовальниками.Рис.

18. Шлифование свободным абразивомПластины, загруженные в гнезда сепаратора, совершают сложное движение, которое складывается из вращения шлифовального круга, вращения сепаратора и вращениясамой пластины внутри гнезда сепаратора. Такое движение дает возможность сниматьслой материала равномерно со всей поверхности пластины с высокой точностью.Абразивная суспензия подается через верхний шлифовальник и равномерно обволакивает полупроводниковую пластину со всех сторон. При работе станка абразивныезерна перекатываются по верхней и нижней поверхностям пластины, создавая определенное давление, которое приводит к выкалыванию микрочастиц кремния.Шлифованная поверхность обрабатываемых пластин имеет матовую фактуру и состоит из большого числа кратерообразных микровыколок.

Размеры выколок находятся впрямой зависимости от размера зерен абразива, давления на них шлифовальника и скорости шлифовки.Для предварительной шлифовки выбирают абразивные порошки с размерами зерен 10…14 мкм, для окончательной, тонкой шлифовки - 5…7 мкм.Полировка полупроводниковых пластинСхема процесса полировки аналогична шлифовке свободным абразивом. Однакопри этом используют полировальники в виде жестких дисков, обтянутых мягким материалом: фланелью, замшей, батистом, фетром, велюром, сукном, шелком и др. В качествеабразива используют микропорошки с зернистостью не выше 3 мкм из синтетическогоалмаза, оксида алюминия, оксида хрома, диоксида кремния или диоксида циркония.Предварительно алмазный порошок зернистостью 3 мкм втирают в приготовленный батистовый полировальник.