Оборудование для резки пластин

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КУРСОВАЯ РАБОТА

По теме:

Оборудование для резки полупроводниковых пластин

на отдельные элементы

Гр. П4-01-3 (ППЭ-01-1)

Ст. Елисеева К.А.

Москва 2003

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 3

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ СЛИТКОВ 4

КЛЕЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СЛИТКОВ. 6

РЕЗКА СЛИТКОВ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. 7

РЕЗКА КРУГАМИ ( ДИСКАМИ ). 8

РЕЗКА СЛИТКОВ ПИЛАМИ. 17

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА: 21

Введение

Полупроводниковые материалы, обладающие высокой твердостью и хрупкостью, не поддаются механической обработке с применением большинства обычных методов, таких, как точение, фрезерование, сверление, штамповка и т.п. Практически единственным методом, применимым для механической обработки полупроводниковых материалов, является обработка с применением связанных или свободных абразивов.

Слитки полупроводниковых материалов режутся на пластины проволочными пилами, бесконечными ленточными алмазными пилами, кругами с наружной режущей кромкой, кругами с внутренней режущей кромкой АКВР. Наиболее эффективным инструментом являются алмазные круги с внутренней режущей кромкой, которые позволяют с высокой производительностью, точностью и значительной экономией материала разрезать слитки на пластины минимальной толщины.

Перед резанием слитков полупроводникового материала на пластины нужно определить расположение в нем основных кристаллографических плоскостей. Это необходимо для последующей точной ориентации слитков перед резанием. Несоблюдение этого условия приведет к невоспроизводимости электрофизических параметров полупроводниковых приборов и микросхем в процессе последующей обработки на операциях диффузии, эпитаксии и некоторых других.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ СЛИТКОВ

Для получения пластин, до¬статочно точно ориентированных в заданной плоскости, определя¬ют, насколько и как ось слитка отклонена от кристаллографиче¬ской оси. При этом используют два способа ориентации монокри¬сталлических слитков: рентгеновский и оптический.

Рентгеновский способ основан на изменении интенсивности от¬ражения рентгеновских лучей от поверхности полупроводниково¬го материала в зависимости от плотности упаковки атомов в дан¬ной плоскости. Чем больше эта плотность, тем интенсивнее отра¬жение рентгеновских лучей. Так как плоскость (111) наиболее плотно упакована атомами, то ей и соответствует наибольшая ин¬тенсивность отраженных лучей.

В практике для ориентации слитков большее применение на¬ходит оптический метод. Он заключается в том, что если торец слитка предварительно отполировать и обработать в селективном травителе, то вследствие различной скорости травления по раз¬ным кристаллографическим направлениям на поверхности торца будут выявлены в зависимости от ориентации затравки наиболее развитые грани плоскостей (100), (110), (111).

При последующем освещении торца слитка параллельным пуч¬ком света по характеру фигуры, образуемой отраженным лучом, и положения ее центра на экране прибора судят об ориентации слитка.

Схема установки ориентации слитков оптическим методом по¬казана на рис. 1. Все узлы смонтированы в светозащитном кор¬пусе 6. Осветительная система расположена в нижней части уста¬новки, отделенной перегородкой 5, и состоит из осветителя 1, кон¬денсора 2 и диафрагмы 3. Зеркало 4 через фокусирующий объ¬ектив 9 и зеркала 10 и 11 направляет пучок света на торец слит¬ка, укрепленного в кристаллодержателе 13.

Фокусирующий объектив имеет зубчатые пары 7 и 8 для юстировки фокусного расстояния и подбора размера диафрагмы, руч¬ки управления которыми выведены наружу. Подвижная плита 16 может перемещаться в шариковых направляющих влево до тех пор, пока слиток не встанет в положение, занимаемое зеркалом 10, и фиксироваться стопором 12. При этом на место слитка ста¬новится зеркало 15 и длина пути отраженного луча, падающего на матовый экран 17, увеличивается. Это сделано с целью повы¬шения точности ориентации кремниевого слитка.

В положении, изображенном на рис. 1, расстояние между ориентируемым слитком и экраном равно 114,5 мм. При этом од¬но деление шкалы отсчета угломерной головки 14, равное 1 мм, соответствует отклонению кристаллографической оси слитка на угол, равный 15'.

При крайнем левом положении подвижной плиты 16 расстоя¬ние между слитком и экраном увеличивается до 572 мм, а одно деление шкалы отсчета угломерной головки соответствует откло¬нению кристаллографической оси слитка на угол, равный 3'. По¬ложение экрана 17 можно регулировать путем поворота его во¬круг оси, перпендикулярной плоскости рисунка, и закрепления в нужном положении цанговым зажимом. Кроме того, экран вме¬сте с ползуном 18 с помощью винта 19, соединенного гибким ва¬лом с наружной рукояткой, можно перемещать вдоль направления хода луча.

Зеркало 20 с приводом 21 позволяет визуально наблюдать све¬товую фигуру отражения, получаемую на экране. Отсек 22 служит для размещения электрического блока.

Выверенное положение кристаллографических осей слитка фик¬сируют и в дальнейшем учитывают и сохраняют при разрезке слитков на пластины.

Клеящие материалы для крепления слитков.

Для крепления слитков при шлифовании и резке используют нижеприведенные клеящие материалы.

Клеящие смеси на основе эпоксидных смол. В их состав входят отвердители, пластификаторы, наполнители и разбавители. Например, используют состав, содержащий 36% эпоксидной смолы ЭД-5 или ЭД-6, 53% карбоната кальция, 2% коллоидного кремнезема и 9% алифатических аминов. Процесс склеивания происходит при 293 К в течение 4 ч. Клеящая пленка легко смывается водой при комнатной температуре.

Глифталевый лак – синтетическая алкидная смола, модифицированная канифолью и растительным маслом, представляющая собой прозрачную жидкость, обладающей высокой клеящей способностью. Температура размягчения (373 – 383) К.

Полистирол – порошок белого и желтого цветов, растворимый в толуоле с образованием однородной вязкой жидкости. При температуре (353 – 383) К полистирол размягчается, а при (413 – 433) К плавится. При приклеивании слитка его обмазывают эмульсионным полистиролом и сушат при 358 К в течение нескольких часов.

Клей БФ используют с абразивным микро порошком М20 или М14 в соотношении 30% клея и 70% микро порошка.

Клей акриловый изготовлен на основе акрилового связующего с добавкой пластификатора, наполнителя и растворителя. Клей имеет вязкость.

Резка слитков монокристаллических полупроводниковых материалов.

Перед разрезанием слитка на пластины (подложки) производят его ориентированное наклеивание с помощью клеящих материалов. Монокристаллический слиток 1 приклеивают клеящим материалом 2 торцовой или цилиндрической поверхностью к основанию 3 или вкладышу 6 специальной оправки (рис2а,б) и вместе с ней устанавливают на держатель, расположенный на станке. При резке слитков больших диаметров их наклеивают торцовой и цилиндрической поверхностями одновременно (рис2в). Перед наклейкой стрелку 5, показывающую направление разориентации слитка, переносят на противоположный торец и следят, чтобы при наклейке она была перпендикулярна корпусу оправки 4, либо ориентируют соответствующим образом базовый срез относительно оправки.

Держатель для ориентированной резки позволяет повернуть оправку со слитком в горизонтальной и вертикальной плоскостях на угол разориентации.

Резка кругами ( дисками ).

Режущим инструментом являются металлические диски с внутренней или внешней режущей кромкой, армированные искусственными или природными алмазами. Формы режущих кромок представлены на рис.3.

Алмазный диск крепят к патрону ( барабану ), помещая его между кольцами со сферическим поверхностями, скрепляя эти кольца болтами. Для предотвращения возможного разрыва диска при регулировке его натяжения между патроном и кольцами устанавливают прокладки из текстолита. Сравнительные характеристики алмазных кругов с внутренней и внешней режущей кромкой представлены в таблице.

Характеристики для сравнения Метод резки слитков диском с внешней режущей кромкой Метод резки слитков диском с внутренней режущей кромкой

Марка алмаза Синтетический:

АСВ (АС6),АСК (АС15) Синтетический и натуральный:

АСВ, АСН

Зернистость 50/40 – 125/100 60/40; 60/40

Основа диска Термообработанная сталь Высококачественная хромоникелевая нержавеющая сталь

Диаметр диска От 50 до 400 мм До 690 мм

Толщина диска 1/200 диаметра (50 – 120) мкм

Способ образования режущего слоя Горячее прессование алмаза в металлическую матрицу Электрохимическое осаждение металла связки с алмазным порошком

Из таблицы видно, что при резке слитков кругом ( диском ) с наружной режущей кромкой из-за его большой толщины получается большая ширина пропила. Поэтому область применения данного метода ограничена резкой слитков на мерные заготовки. Наибольшее распространение при резке слитков на пластины получил метод с внутренней режущей кромкой. В настоящее время способ резки кругами АКВР применяется для резки слитков диаметром до 152 мм. Алмазный круг АКВР представляет собой тонкое ( 50-120 мкм ) металлическое кольцеобразное полотно, имеющее большой предел прочности при растяжении ( в