3 Механическая обработка полупроводниковых и диэлектрических материалов

Полупроводниковые материалы и монокристаллический диэлектрик сапфир поступают на механический производственный участок в виде слитков; аморфные и другие диэлектрические материалы (стекло, ситалл, поликор, керамика) в виде листовых заготовок. Как уже отмечалось, механическая обработка при изготовлении пластин и подложек выполняется с помощью абразивов. Термин абразив от латинского abrasio - соскабливание - появился в 40-х годах нашего столетия.

Синтетические абразивные материалы, используемые в производстве микросхем: алмазы, карбид кремния, электрокорунд, окислы кремния, хрома, циркония, цеолиты.

Алмазы синтетические по механическим свойствам не уступают природным. Алмаз - самый твердый из всех известных материалов. Твердость алмаза по шкале Мооса равна 10. Среди абразивных материалов алмаз выделяют в особый класс.

Карбид кремния (карборунд SiC) в зависимости от количества примесей имеет различный цвет - от светло-зеленого до черного. В производстве наиболее часто применяется карбид кремния зеленый. Твердость карбида кремния по шкале Мооса равна 9,5...9,7.

Электрокорунд белый - кристаллический оксид алюминия Al₂0₃ с различными примесями (0,5...1,5%). По твердости электрокорунд уступает карбиду кремния, но прочность электрокорунда выше. Твердость по шкале Мооса равна 9...9,2.

Абразивные материалы используются в виде порошков.

В зависимости от размеров зерен абразивные порошки делятся на четыре группы: шлифзерно, шлифпорошки, микропорошки и тонкие порошки. В производстве ИС применяются порошки трех последних групп.

Алмазные порошки по размеру зерен делятся на шлифзерно и микропорошки, в производстве ИС применяются микропорошки.

В обозначение абразивного или алмазного порошка входит марка материала и номер зернистости. Например, ЭБМ14 электрокорунд белый, микропорошок с размером зерна основной фракции от 14 до 10 мкм; АСМ10/7 - алмаз синтетический, микропорошок с размером зерна основной фракции от 10 до 7 мкм.

Сущность абразивной обработки заключается в механическом воздействии более твердого и менее хрупкого абразива на менее твердый и более хрупкий материал. Абразивные порошки используются в свободном и связанном виде.

Обработка свободным абразивом, то есть абразивным порошком в составе суспензии или пасты, выполняется с помощью режущих дисков, полотен, шлифовальных кругов, которые при движении с большой скоростью сообщают зернам абразива энергию. Последние, ударяясь о поверхность обрабатываемого материала, производят локальные микроразрушения. Выкрошившиеся частицы удаляются из зоны обработки жидкой частью суспензии.

Обработка связанным абразивом производится инструментом (диском, кругом) с закрепленными на его рабочей части с помощью специальной связки зернами абразива, главным образом алмаза. Стойкость дисков и кругов зависит от их габаритных размеров, типа алмазного порошка, его концентрации и режимов обработки. Связка, закрепляющая алмазные зерна на режущей части, должна обеспечивать самозатачивание инструментов, т. е. она должна удерживать алмазные зерна и в то же время не мешать удалению из алмазосодержащего слоя затупившихся зерен. Для удаления частиц разрушенного материала при обработке связанным абразивом применяют специальные смазывающе-охлаждающие жидкости, состоящие из воды, поверхностно-активного вещества, смазывающего вещества и замедлителя коррозии металлических деталей оборудования.