Pooljuhtplaatide valmistamisel on lihvimine põhiline, kuid kriitiline protsess. Alates silikoonplokkide viilutamise järgsest tagumise külje hõrenemisest kuni alusmaterjalide pinnakahjustuste kihtide eemaldamiseni sõltub iga materjali eemaldamise ja paksuse reguleerimise juhtum kergesti tähelepanuta jäetud, kuid oluliste keraamiliste komponentide-keraamiliste lihvplaatide klassist. Need ei pruugi olla tähelepanu keskpunktis nagu litograafiamasinad ega ka -tuntud söövitajatena, kuid need on põhiplatvorm, mis lihvimise ajal vahvleid kannab. Nende täpsus, stabiilsus ja puhtus määravad otseselt vahvlite töötlemise kvaliteedi ja lõpliku saagise.
I. Miks peavad lihvimisplaadid olema "tserifitseeritud"?
Lihvimisprotsessi põhiülesanded on: saejälgede ja kahjustuskihtide eemaldamine viilutatud vahvli pinnalt, vahvli paksuse ühtluse kontrollimine ja lõikamisest põhjustatud deformatsioonide parandamine. Kuna kiibi protsessi sõlmed kahanevad jätkuvalt, on vahvli pinna tasasuse nõuded jõudnud nanomeetri vahemikku; samal ajal on tööstusharu{1}}üleminek 8-tollistelt plaatidelt 12-tollistele vahvlitele oluliselt suurendanud töötlemise raskusi.
Traditsioonilised lihvplaadid on enamasti valmistatud malmist või metallmaterjalidest. Lihvimisprotsessi ajal võivad need vabastada vabu metalliioone, põhjustades vahvlite pinna saastumist. Lisaks on metallplaatidel kõrge kulumiskiirus ja halb täpsus, mistõttu need ei suuda täita suure-läbimõõduga vahvlite ülitäpse töötlemise nõudeid. Võrreldes metallist lihvplaatidega on keraamilistel lihvplaatidel olulisi eeliseid:
01 Ultra-kõrge kõvadus ja kulumiskindlus
Keraamika kõvadus ületab tunduvalt traditsiooniliste metallmaterjalide oma. See kõrge kõvadus tagab äärmiselt väikese plaadi pinnakao pikaajalise töötamise ajal, võimaldades plaadil stabiilselt säilitada oma pinna seisundit ja töötlemise täpsust, pikendades tõhusalt kulumaterjalide vahetustsüklit.
02 Vaba metalliioonide saastumine puudub
Kõrge puhtusastmega alumiiniumoksiid, räninitriid ja muu keraamika põhinevad oksiid- või nitriidmaatriksitel. Lihvimisprotsessi ajal ei vabasta need vabu metalliioone, vältides tõhusalt metallplaatidega seotud vahvlite saastumist. See mitte ainult ei lihtsusta järgnevaid puhastamisetappe, vaid aitab kaasa ka toote saagise paranemisele.
03 Suurepärane termiline mõõtmete stabiilsus
Lihvimistoimingud tekitavad märkimisväärset hõõrdesoojust. Keraamilistel materjalidel on madal soojuspaisumistegur ja kõrge elastsusmoodul, mis muudab need vastupidavaks termilisele deformatsioonile suurel -kiiretel lihvimistingimustel. Need suudavad säilitada plaadi kõrge tasasuse pikema aja jooksul, tagades vahvli paksuse ühtluse.
04 Võimaldab väga kõrget töötlustasasust
Kasutades keraamiliste materjalide suurt jäikust ja täiustatud täppistöötlustehnoloogiaid, saab tipptasemel-keraamiliste lihvplaatide tasasust kontrollida mikroni või isegi alla{1}}mikroni tasemel-, mis on ülioluline garantii suurepärase pinna tasasuse saavutamiseks pärast vahvlite hõrenemist.
II. Peamised keraamilised materjalid plaatide lihvimiseks ja nende kasutamise stsenaariumid
Erinevad lihvimistingimused (vahvli suurus, substraadi materjal, töötlemise täpsus jne) seavad lihvimisplaatide materjalidele erinevad nõuded. Praegu kasutatakse pooljuhtide valdkonnas peamiselt nelja tüüpi keraamilisi materjale:
01 Alumiiniumoksiidi keraamika
Tasakaalustatud üldist jõudlust ja kontrollitavaid kulusid pakkuv alumiiniumoksiid on kõige laialdasemalt kasutatav lihvplaadimaterjal, mis sobib peamiselt töötlemata ja peeneks lihvimisprotsessideks enamikel 8-tollistel ja väiksematel räniplaatidel. Selle Vickersi kõvadus on umbes 15–18 GPa, paindetugevus 300–450 MPa ja soojuspaisumistegur umbes 7 × 10⁻⁶/K.
02 Räninitriidkeraamika
Räninitriid, mille paindetugevus ulatub 700–1000 MPa ja purunemiskindlus 6–8 MPa·m¹/², on vastupidav pragude levimisele pinge all ja sellel on suurepärane kulumiskindlus. Selle soojuspaisumise koefitsient, ligikaudu 3,5 × 10⁻⁶/K, ühtib täpselt räniplaatide omaga, muutes selle eriti sobivaks 12{8}}tollise läbimõõduga -läbimõõduga räniplaatide täppispehmendamiseks, samuti kolmanda põlvkonna pooljuht-galliumniid- ja räni-karniidsubstraatide kõvaks lihvimiseks.
03 Tsirkooniumoksiidi keraamika
Tänu murdumiskindlusele 7–10 MPa·m¹/² ja suurepärasele keemilisele stabiilsusele on tsirkooniumoksiidi kõvadus veidi madalam kui alumiiniumoksiidil ja ränikarbiidil. Seda kasutatakse tavaliselt abikomponentides, nagu kinnitusrõngad ja surverõngad lihvimisseadmetes. Need komponendid on pikaajaliselt kokkupuutes jahvatusmassiga ja võivad kokku puutuda löökidega; Tsirkooniumoksiidi kõrge sitkus ja keemiline stabiilsus takistavad tõhusalt purunemist ja väldivad vahvlite saastumist.
04 ränikarbiidist keraamika
Neljast materjalist on ränikarbiidil kõrgeim kõvadus, Vickersi kõvadus on 23–28 GPa ja suurepärane kulumiskindlus. Selle soojuspaisumise koefitsient on ligikaudu 4 × 10⁻⁶/K, mis vastab sisuliselt räniplaatide omale, tagades, et suurel -kiirusel jahvatamisel ei tekiks termilist ebakõla pinget, mistõttu on see materjal kiirete{6}}lihvimisrakenduste jaoks valitud. Ränikarbiidsubstraatide iselihvimisprotsessides pakuvad samast materjalist lihvimisplaadid kõvadust ja keemilist ühilduvust, mis väldib erinevate materjalidega kaasnevat saastumise ohtu, tagades protsesside ainulaadse ühilduvuse.
III. Peamised tehnilised väljakutsed
Praktilistes rakendustes on keraamilistel lihvplaatidel sageli sellised struktuurid nagu vaakum-imemisavad, -sooned ja positsioneerimisastmed, mis nõuavad väga suurt töötlemistäpsust. Nende tootmine hõlmab mitmeid peamisi tehnilisi kitsaskohti:
01 Ühtsuse kontroll suurte läbimõõtude jaoks
12{4}}-tolliste vahvlite lihvplaatide läbimõõt ületab tavaliselt 300 mm, mõnede spetsifikatsioonide puhul ulatub see 800 mm-ni. Vormimise ja kõrgel temperatuuril{5}}paagutamise ajal kogevad keraamilised pulberpressid erinevates piirkondades ebaühtlast kokkutõmbumist, mis põhjustab kõverdumist, deformatsiooni või isegi pragunemist. Praegused peamised lahendused hõlmavad järgmist: külmisostaatilise pressimise kasutamine suure-tihedusega ühtlaste tihendite saamiseks (mis avaldab rõhku kõikidest suundadest ühtlaselt, et vältida tiheduse gradiente, mis põhjustavad diferentsiaalset kokkutõmbumist), kombineerituna segmenteeritud temperatuuriga juhitava paagutamisega ja paagutamise abivahendite kasutuselevõtuga, et soodustada tera ühtlast kasvu.
02 Ultra-Täppistöötlus
Lihvimisplaatide tasapinnalisus, paralleelsus ja pinna karedus määravad otseselt vahvlite töötlemise kvaliteedi. Arvestades keraamika suurt kõvadust, on mikroni või sub{2}}mikroni tasemel tasapinna reguleerimiseks vaja spetsiaalseid üli-abrasiivseid tööriistu ja täppispinke. Üldine töötlemisvoog on järgmine: töötlemata lihvimine → peenlihvimine → lihvimine → poleerimine koos põhiseadmetega, sealhulgas ülitäpsed-pinnalihvimismasinad ja kahepoolsed-lihvimis-/poleerimismasinad.
03 Materjali puhtuse kontroll
Metallilised lisandid võivad jahvatamise ajal kanduda vahvli pinnale, põhjustades defekte. Pulbri puhtus peab üldiselt olema üle 99,99%. Paagutamisprotsessis kasutatakse kõrge -puhtusastmega tiigleid, töötlemisetapis kasutatakse teemanttööriistu ja deioniseeritud vesijahutusvedelikku ning metallijääke plaadi pinnal kontrollitakse regulaarselt.
Lisaks tootmisprotsessidele on keraamiliste lihvplaatide õige hooldus samavõrra kriitiline. Pärast pikaajalist töötamist on plaadid altid pinnaklaasidele ja soonte ummistumisele. Tööstusharu kogemuste kohaselt võib plaadipinna korrapärane töötlemine teemantpuhastitega kombineerituna kõrgsurvedeioniseeritud vee või soonte ultrahelipuhastusega pikendada keraamiliste plaatide kasutusiga 30–50%.