У производњи полупроводничких плочица, млевење је фундаменталан, али критичан процес. Од стањивања на задњој страни након сечења силицијумских ингота до уклањања слојева оштећења површине са материјала подлоге, сваки случај уклањања материјала и контроле дебљине ослања се на класу лако занемарених, али битних керамичких компоненти-керамичких плоча за млевење. Они можда не управљају рефлекторима као машине за литографију, нити су тако-познати као графичари, али служе као основна платформа која носи плочице током брушења. Њихова прецизност, стабилност и чистоћа директно одређују квалитет обраде и коначни принос облатни.
И. Зашто је потребно да се брусне плоче „керамификују”?
Основни задаци процеса брушења су: уклањање трагова тестере и оштећених слојева са површине исечене плочице, контрола уједначености дебљине плочице и поправка деформација изазваних сечењем. Како чворови процеса чипа настављају да се смањују, захтеви за равност површине плочице су ушли у нанометарски опсег; истовремено,-широки прелазак са плочица од 8 инча на 12 инча значајно је повећао потешкоће у обрађивању.
Традиционалне брусне плоче су углавном направљене од ливеног гвожђа или металних материјала. Током процеса млевења, они су склони ослобађању слободних јона метала, узрокујући површинску контаминацију плочица. Штавише, металне плоче имају високу стопу хабања и слабо задржавање прецизности, што их чини неспособним да испуне захтеве ултра-прецизне обраде плоча великог-пречника. У поређењу са металним брусним плочама, керамичке брусне плоче нуде значајне предности:
01 Ултра-висока тврдоћа и отпорност на хабање
Тврдоћа керамике је далеко већа од тврдоће традиционалних металних материјала. Ова висока тврдоћа обезбеђује изузетно мали губитак површине плоче током дужег рада, омогућавајући плочи да стабилно одржи стање површине и прецизност обраде, ефикасно продужавајући циклус замене потрошног материјала.
02 Нема контаминације слободним металним јонима
Алуминијум, силицијум нитрид и друга керамика високе{0}} чистоће се заснивају на оксидним или нитридним матрицама. Током процеса млевења, они не ослобађају слободне металне јоне, ефикасно избегавајући проблеме контаминације плочице повезане са металним плочама. Ово не само да поједностављује наредне кораке чишћења већ и доприноси побољшаном приносу производа.
03 Одлична термичка стабилност димензија
Операције млевења стварају значајну топлоту трења. Керамички материјали имају ниске коефицијенте топлотног ширења и високе модуле еластичности, што их чини отпорним на топлотну деформацију у условима велике{1}}брзине брушења. Они могу да одржавају високу равност плоче током дужег периода, обезбеђујући уједначеност дебљине плочице.
04 Омогућава изузетно високу равност обраде
Користећи високу крутост керамичких материјала и напредне технологије прецизне обраде, равност врхунских-керамичких брусних плоча може се контролисати на микронском или чак испод{1}}микронском нивоу-што је кључна гаранција за постизање одличне равнине површине након стањивања плочице.
ИИ. Главни керамички материјали за брусне плоче и сценарији њихове примене
Различити услови брушења (величина плочице, материјал подлоге, прецизност обраде, итд.) намећу различите захтеве за материјале плоча за млевење. Тренутно се у области полупроводника претежно користе четири врсте керамичких материјала:
01 Алумина керамика
Нудећи уравнотежене укупне перформансе и контролисане трошкове, глиница је најчешће коришћени материјал за брусне плоче, углавном погодан за грубо и фино млевење на већини 8-инчних и мањих силиконских плочица. Његова тврдоћа по Викерсу је приближно 15–18 ГПа, чврстоћа на савијање 300–450 МПа, а коефицијент топлотног ширења око 7×10⁻⁶/К.
02 Керамика од силицијум нитрида
Са чврстоћом на савијање која достиже 700–1000 МПа и жилавошћу на лом од 6–8 МПа·м¹/², силицијум нитрид је отпоран на ширење прслине под напрезањем и показује одличну отпорност на хабање. Његов коефицијент термичке експанзије, приближно 3,5×10⁻⁶/К, блиско се поклапа са коефицијентом силицијумских плочица, што га чини посебно погодним за прецизно стањивање силицијумских плочица пречника 12-инча великог-пречника, као и за процесе тврдог млевења за трећу генерацију карабинских полупроводника и силицијумских полупроводника.
03 Цирконијум керамика
Са жилавошћу на лом која достиже 7–10 МПа·м¹/² и одличном хемијском стабилношћу, цирконијум има нешто нижу тврдоћу од глинице и силицијум карбида. Обично се користи у помоћним компонентама као што су причврсни прстенови и прстенови за притисак унутар опреме за млевење. Ове компоненте су у дужем контакту са кашом за млевење и могу бити подвргнуте удару; Висока жилавост и хемијска стабилност цирконија ефикасно спречавају ломљење и избегавају контаминацију плочица.
04 Керамика од силицијум карбида
Међу четири материјала, силицијум карбид има највећу тврдоћу, са тврдоћом по Викерсу од 23–28 ГПа и изузетном отпорношћу на хабање. Његов коефицијент термичког ширења је приближно 4×10⁻⁶/К, што се у суштини поклапа са коефицијентом силицијумских плочица, обезбеђујући да нема напрезања термичке неусклађености током брушења великом{5}}брзином, што га чини изборним материјалом за апликације велике{6}}брзине. У процесима самобрушења за супстрате од силицијум карбида, брусне плоче од истог материјала нуде подударност тврдоће и хемијску компатибилност чиме се избегавају ризици од контаминације потенцијално изазване различитим материјалима, обезбеђујући јединствену компатибилност процеса.
ИИИ. Основни технички изазови
У практичним применама, керамичке брусне плоче често имају структуре као што су рупе за вакуум усисавање, жлебови и кораци за позиционирање, који захтевају изузетно високу прецизност обраде. Њихова производња укључује више основних техничких уских грла:
01 Контрола униформности за велике пречнике
Плоче за млевење за плочице од 12- инча обично прелазе 300 мм у пречнику, а неке спецификације достижу 800 мм. Током формирања и-синтеровања на високој температури, компакти керамичког праха доживљавају не-неуједначено скупљање у различитим регионима, што доводи до савијања, деформације или чак пуцања. Тренутна главна решења обухватају: коришћење хладног изостатичког пресовања за добијање униформних компактова високе-(који равномерно примењују притисак из свих праваца да би се избегли градијенти густине који изазивају диференцијално скупљање), комбиновано са сегментираним температуром контролисаним синтеровањем и увођењем помоћних средстава за синтеровање за промовисање равномерног раста зрна.
02 Ултра{1}}Прецизна обрада
Равност, паралелизам и храпавост површине брусних плоча директно одређују квалитет обраде плочица. С обзиром на високу тврдоћу керамике, потребни су специјализовани супер{1}}абразивни алати и прецизне машине алатке за контролу равности на микронском или суб{2}}микронском нивоу. Општи ток обраде је: грубо брушење → фино брушење → лапирање → полирање, са основном опремом укључујући-брусилице високе прецизности и машине за двоструко-бачење/полирање.
03 Контрола чистоће материјала
Трагови металних нечистоћа могу се пренети на површину плочице током млевења, узрокујући дефекте. Чистоћа праха је генерално потребна да буде изнад 99,99%. Процес синтеровања користи лончиће високе{3}}чистоће, фаза обраде користи дијамантске алате и дејонизовану воду за хлађење, а остаци метала на површини плоче се редовно контролишу.
Поред производних процеса, правилно одржавање током стварне употребе керамичких брусних плоча је једнако критично. Након дужег рада, плоче су склоне површинском застакљивању и зачепљењу жљебова. Према искуству у индустрији, редовно облагање површине плоче дијамантима, у комбинацији са дејонизованом водом под високим-притиском или ултразвучним чишћењем жлебова, може продужити век трајања керамичких плоча за 30%–50%.