CC BY
23
УДК 621.315.592: 621.9
О.Г.КРУПЕННИКОВ, А.Е. ДОРМУШЕВ
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИИ РАЗРЕЗАНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА КАЧЕСТВО ГОТОВЫХ ПОДЛОЖЕК
Известны и используются разнообразные технологические процессы механической обработки кремниевых пластин [1-3]. Это разнообразие обусловлено различными требованиями к точности формы и качеству поверхности пластин, используемых для изготовления элементной базы электронной промышленности. Технологический процесс может включать операции разрезания исходного слитка на пластины, шлифования пластин свободным или связанным абразивом, а также алмазное или химико-механическое полирование. При этом операция разрезания слитка на пластины присутствует в любом варианте технологического процесса и определяет дальнейшее построение последнего: количество и последовательность следующих за разрезанием операций; средства технологического оснащения; элементы режима резания и припуски на механическую обработку на этих операциях; выходные характеристики приборов, зависящие от качества выполнения операций окончательной обработки пластин.
При разрезании заготовок (слитков) теряется до одной трети исходного дорогостоящего материала - кремния [3]. Наиболее эффективным способом разрезания кремниевых монокристаллов на пластины считается разрезание с помощью алмазных отрезных кругов с внутренней режущей кромкой (АКВР). Конечным звеном, на котором суммируются погрешности технологической системы, переносимые затем на отрезаемую пластину, является режущая кромка АКВР. Ее устойчивость к уводу и вибрациям определяется сочетанием элементов режима резания. Однако, пока неизвестно как дефекты, сформировавшиеся в пластине в процессе разрезания, переносятся на готовые подложки и влияют на выход годных пластин.
© О.Г. Круиснников, А.Е. Дормуцюв, 1998
Поэтому целью проведенных исследований являлась он влияния технологических параметров операций разрезания на"** чество кремниевых пластин, прошедших все стадии механической обработки.
Эксперименты проводили в производственных условиях АО "Искра", разрезая на отрезном станке "Алмаз-бМ" монокристаллические кремниевые слитки диаметром 76 мм марки ЭКЭС-0 01-11бк1 ГОСТ 19658-81 на пластины толщиной 0,49 мм кругом АКВР АС6 50/40 типоразмера 422x152x0,32 мм ГОСТ 26004-83. Этот круг подавали на неподвижный слиток со скоростью Vs = (20 - 60) мм/мин. Окружная скорость круга VK = 20 м/с. (0,5 - 2) %-ную полусинтетическую СОЖ "Аквол-1 Г' подавали поливом с расходом Q- 2 дм3/мин. Отрезной круг правили путем отрезания от абразивного бруска 24А6-8ПС1-СТ19К 16x16x150 мм 2-3 пластин.
Последующую механическую обработку кремниевых пластин выполняли на станке СДП-100 для двухстороннего полирования и станке Ю1МЗ.105.004 для химико-механического полирования.
Алмазное двухстороннее полирование на станке СДП-100 осуществляли путем обкатки сепараторов с пластинами между двух полировальников, вращающихся с частотой (60-90) об/мин и оказывающих на пластины давление 10 кПа, в течение (10-30) мин. При этом в качестве материала полировальника использовали синтетическую замшу "Поливел" ТУ 17-21-310-85, нанося на нее абразивную суспензию на основе микропорошка АСМ 2/1 Г ОС 25593-83.
Химико-механическое одностороннее полирование кремни свых пластин проводили на станке Ю1М3.105.004 путем прижима последних под давлением 40 кПа к полировальнику, вращающемуся с частотой (60-100) об/мин. Полировальник был изготовлен из синтетического материала СП-1 ТУ 17-21-432-82, а абразивную суспензию приготавливали на основе алюмосиликатного наполнителя зернистостью 0,1 мкм ТУ 38102-67-73 в щелочной среде рН = 10,5-11,5. Время полирования составляло (20-30) мин.
Эффективность технологического процесса изготовлена кремниевых пластин оценивали по результатам измерения прогиба пластин f, отклонения от параллельности сторон пластины № среднего арифметического отклонения профиля Ra и расчета механической прочности аР по формуле Гриффитса [4].
Установлено, что с увеличением врезной подачи V, с 20 до 60 мм/мин прогиб Г уменьшился в 2,3 раза (рис.. а), а отклонение от параллельности Дп снизилось на 24 % (рис., б). Это можно объяснить тем, что при малых значениях V* режущая кромка имеет возможность колебаться в осевом направлении, вызывая увеличение разности толщин нарушенного слоя (а значит, и прогиба) за счет неравномерности распределения нарушенных слоев по площади пластины под влиянием стохастических факторов процесса разрезания (неравномерность подачи СОЖ, скачки врезной подачи и т.п.). С увеличением врезной подачи амплитуда осевых колебаний режущей кромки снижается и прогиб уменьшается до тех пор, пока доминирующее влияние на прогиб не начнет оказывать деформация корпуса круга под действием силы резания.
Однако увеличение V* вызывает интенсификацию процесса хрупкого разрушения поверхности отрезаемых пластин, в результате чего в опытах возросло в (1,7-1,9) раза (рис., в), а механическая прочность пластин аР уменьшилась на (20-28) % (рис., г).
Таким образом, с увеличением врезной подачи круга АКВР точность формы отрезанных пластин повышается, а качество поверхностного слоя и механическая прочность снижаются, что может привести к появлению брака на операциях окончательной обработки.
Закономерности изменения контролируемых параметров после операций разрезания и последующего алмазного полирования одинаковы, т.е. дефекты макро- и микрогеометрии, образовавшиеся на заготовительной операции, наследуются последующими операциями механической обработки (см. рис., а-г). Так, например, увеличение V, с 20 до 50 мм/мин приводит к уменьшению прогиба Г полированных пластин с 4 до 1,5 мкм и отклонения от параллельности сторон Ал на 63 %. При этом Я. повышается на 58 %.
После химико-механического одностороннего полирования прогиб Г практически не зависит от того, с какой врезной подачей V, были отрезаны пластины (см. рис., а). Это можно объяснить большим коэффициентом уточнения погрешностей и незначительной толщиной нарушенного слоя после алмазного полирования. Однако при этом отклонение от параллельности сторон плас-гины Дп уменьшилось в 2.1 раза, а К« увеличилось в 4 раза (см. рис., б. В).
Уз---7Й--
в) г)
Рис. Влияние врезной подачи V* круга АКВР на прогиб пластин ( (а), отклонение от параллельности Дп (б), среднее арифметическое отклонение профиля Яа (в), механическую прочность пластин стр (г): 1 - разрезание; 2- алмазное полирование; 3- химико-механическое полирование
У,-— а)
Кроме того, установлено, что погрешности формы (прогиб 1 и отклонение от параллельности сторон Дп), образовавшиеся на операции разрезания, не устраняются полностью на последующих операциях технологического процесса механической обработки
(см. рис., а, б). Исключение составляет лишь изменение прогиба пластин после химико-механического полирования, которое можно объяснить тем, что на этой операции обрабатывается только одна сторона пластины. В результате химико-механического полирования снимается остаточный нарушенный слой, образовавшийся на операции алмазного полирования данной стороны пластины, и она "разгибается".
Операции окончательной обработки (полирования) улучшают только характеристики микрогеометрии пластин. Так, напри мер, при переходе от операции разрезания к химико-механичес-кому полированию шероховатость пластин по параметру уменьшается с 0,31-0,6 до (0,007-0,028) мкм в зависимости от врезной подачи круга АКВР (см. рис., в). При этом механическая прочность пластин аР после ХМП увеличивается в 6,8-9,7 раза в зависимости от V* (см. рис., г).
Пластины, отрезанные с врезной подачей, превышающей определенную величину имеют такую низкую меха!шческую прочность, что на операциях полирования не выдерживают давления полировальников и ломаются (или расгрескиваются). В результате этого растет процент брака на этих операциях. Пони-женная механическая прочность пластин после разрезания является основным лимитирующим фактором увеличения производительности операции разрезания.
Установлено, что при увеличении врезной подачи с 20 до 60 мм/мин выход годных пластин после алмазного полирования уменьшился с 95 до 73 % . Поэтому при разработке технологических мероприятий по повышению производительности операции разрезания следует, задавшись требуемым процентом выхода годных подложек на последующих операциях, определить предельно допустимую врезную подачу У»10** и не превышать се величины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Обработка полупроводниковых материалов / В.И. Кар-бань, П.Кой, В.В.Рогов и др.; Под ред. Н.В.Новикова, В.Бертоль-ди. Киев: Наукова думка, 1982. 256 с.
2. Карбань В.И., Борзаков Ю.И. Обработка монокристаллов
в микроэлектронике. М.: Радио и связь, 1988. 104 с.
3. Дьяков Ю.Н., Федоров В.А. Резервы экономии мои сталлического кремния в производстве эпитаксиальны, Ри' для БИС и СБИС II Электронная промышленность 1оо?УКТур С. 54-58. ' Щ №3.
4. Концевой Ю.А., Литвинов Ю.М., Фаггахов Э А П ность и прочность полупроводниковых материалов и ст!!^™4 М.: Радио и связь, 1982. 240 с. ФУктур.
УДК 621.9.048.4 Д.В.КРАВЧЕНКО
ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ НА ТОЧНОСТЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ИЗДЕЛИЙ С НАРУЖНЫМИ ЗУБЧАТЫМИ ВЕНЦАМИ, ПОЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫМ ВЫРЕЗАНИЕМ НА СТ АНКАХ С ЧПУ
Анализ современных тенденций развития технологии машиностроения свидетельствует о взрастающей роли электроэрозион-ной обработки (ЭЭО) зубчатых изделий (ЗИ) проволочным электродом-инструментом (ЭИ) и ее конкурентоспособности по отношению к традиционным способам нарезания зубьев лезвийными инструментами по методу обката (зубофрезерованию, зубо-долблению) на предприятиях автомобилестроения, приборостроения, машиностроения для текстильной промышленности и других отраслей машиностроения [1-5].
Между тем, пока еще отсутствуют научно обоснованные рекомендации но проектированию технологических процессов ЭЭО ЗИ - по выбору технологического оборудования, электрических режимов обработки, а также разработке управляющих программ (УП) ддя станков с ЧПУ, обеспечивающих получение ЗИ требуемой точности. Все это сдерживает использование в отечественной
промышленности этого перспективного способа зубоформообра-зования.
Для реализации процесса электроэрозионного зубовыреза-Z.Z тЫ° выРаб°™ь такую последовательность улрав-ЩИХ действий системы ЧПУ на исполнительные органы
© Д.В. Кравченко,
