Оборудование для резки пластин

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, до­статочно точно ориентированных в заданной плоскости, определя­ют, насколько и как ось слитка отклонена от кристаллографиче­ской оси. При этом используют два способа ориентации монокри­сталлических слитков: рентгеновский и оптический. Рентгеновский способ основан на изменении интенсивности от­ражения рентгеновских лучей от поверхности полупроводниково­го материала в зависимости от плотности упаковки атомов в дан­ной плоскости. Чем больше эта плотность, тем интенсивнее отра­жение рентгеновских лучей. Так как плоскость (111) наиболее плотно упакована атомами, то ей и соответствует наибольшая ин­тенсивность отраженных лучей. В практике для ориентации слитков большее применение на­ходит оптический метод. Он заключается в том, что если торец слитка предварительно отполировать и обработать в селективном травителе, то вследствие различной скорости травления по раз­ным 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 пуч­ком света по характеру фигуры, образуемой отраженным лучом, и положения ее центра на экране прибора судят об ориентации слитка.
Рис. 1 Схема установки ориентации слитков оптическим методом Схема установки ориентации слитков оптическим методом по­казана на рис. 1. Все узлы смонтированы в светозащитном кор­пусе 6. Осветительная система расположена в нижней части уста­новки, отделенной перегородкой 5, и состоит из осветителя 1, кон­денсора 2 и диафрагмы 3. Зеркало 4 через фокусирующий объ­ектив 9 и зеркала 10 и 11 направляет пучок света на торец слит­ка, укрепленного в кристаллодержателе 13. Фокусирующий объектив имеет зубчатые пары 7 и 8 для юстировки фокусного расстояния и подбора размера диафрагмы, руч­ки 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 ста­новится зеркало 15 и длина пути отраженного луча, падающего на матовый экран 17, увеличивается. Это сделано с целью повы­шения точности ориентации кремниевого слитка. В положении, изображенном на рис. 1, расстояние между ориентируемым слитком и экраном равно 114,5 мм. При этом од­но 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 расстоя­ние между слитком и экраном увеличивается до 572 мм, а одно деление шкалы отсчета угломерной головки соответствует откло­нению кристаллографической оси слитка на угол, равный 3'. По­ложение экрана 17 можно регулировать путем поворота его во­круг оси, перпендикулярной плоскости рисунка, и закрепления в нужном положении цанговым зажимом. Кроме того, экран вме­сте с ползуном 18 с помощью винта 19, соединенного гибким ва­лом с наружной рукояткой, можно перемещать вдоль направления хода луча. Зеркало 20 с приводом 21 позволяет визуально наблюдать све­товую фигуру отражения, получаемую на экране. Отсек 22 служит для размещения электрического блока. Выверенное положение кристаллографических осей слитка фик­сируют 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.

Рис 2 Крепление слитков к оправке торцовой (а), цилиндрической (б) и одновременно торцовой и цилиндрической (в) поверхностями. 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.
Рис 3 Форма режущей кромки алмазных дисков: а- непрерывная, б, г- волнообразная, в- прерывистая (Вид сбоку) д- однослойная е- двухслойная ж- в виде спички (В разрезе) 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
Рис 3a Схема метода резки. 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 ( sв³1,0 ¸ 1,7 ГПа ), на внутреннем контуре которого закреплены алмазные зерна, образующие режущую кромку. В качестве материала корпуса используется высококачественная хромоникелевая нержавеющая сталь с присадками молибдена, ванадия или титана. Алмазный слой на кругах АКВР формируется закреплением алмазных зерен электрохимическим осаждением металла. В качестве металла-связки могут применяться никель, кобальт, хром, медь, олово, железо. Учитывая физико-механические свойства разрезаемых полупроводниковых материалов, в каждом конкретном случае следует выбирать металл или сплав матрицы определенной твердости и износостойкости. Как правило, для оснащения кругов АКВР, предназначенных для резки кремния, используют натуральный или синтетический алмаз высокой прочности с величиной зерна основной фракции 60-80 мкм. Правильный выбор зернистости влияет на производительность и качество поверхности пластин – глубину нарушенного слоя и шероховатость поверхности. Так, при резке кремния увеличение размера зерен алмаза от 60/40 до 125/100 вызывает увеличение глубины нарушенного слоя с 16 мкм до 28 мкм. Для резки германия и кремния используют алмазные зерна размером 80/63, 60/40, 50/40, для резки полупроводниковых соединений А3В5 – 40/28, 28/20, для резки сапфира и кварца – 125/100, 100/80. На рис.4 представлены основные типы конструкций режущей кромки кругов АКВР.
Рис 4 Виды конструкций режущей кромки Перспективными являются круги ( типа г ), у которых на торце рабочей части режущей кромки закреплены алмазы оптимальной зернистости, а на боковых сторонах – в 2-3 раза более мелкие, что обеспечивает снижение шероховатости обработанной поверхности. Режущая кромка кругов может иметь сплошной или прерывистый алмазоносный слой. Прерывистая режущая кромка позволяет улучшить подвод смазочно-охлаждаемой жидкости ( СОЖ ) и вывод шлама из зоны резания. Этот метод позволяет получить: Допуск на толщину Dd ( наилучшие показания для слитков диаметром 76 мм: 90% Пластин - Dd± 10 мкм; 99% - Dd± 25 мкм ). Прогиб f : 90% пластин с f£ 25 мкм; 100% - с f£ 50 мкм. Не параллельность Q: 80% пластин с Q£ 10 мкм; 97% с Q£ 20 мкм.
Шероховатость для зернистости 60 / 40: Rz = ( 2 , 0-3 , 0 ) мкм; Rq = ( 0 , 25-0 , 50 ) мкм , Глубина нарушенного слоя: на новом оборудовании – ( 15-20 ) мкм, на старом – ( 40-60 ) мкм. Величина стойкости G алмазных дисков связана с основными технологическими факторами соотношением
G = Km × Vnрез/ Sm Km – коэффициент, характеризующий материал; Vрез – скорость резания; S – скорость подачи; m,n – постоянные величины. Важным фактором обеспечения работоспособности кругов АКВР является жесткость полотна корпуса, которая влияет на точность и качество поверхности пластин, а также ширину пропила. Под жесткостью I понимают отношение нормальной нагрузки P, приложенной в точке внутреннего контура, к осевому перемещению F, под действием этой силы: I= P/F. Жесткость инструмента пропорциональна натяжению и толщине полотна. Реальные значения жесткости кругов АКВР лежат в пределах ( 3-5 )×10 Н/м. Однако чрезмерное увеличение напряжения вызывает интенсивный износ круга и ухудшение точности отрезаемых пластин. На практике натяжение кругов осуществляется различными конструктивными устройствами (гидравлическими, механическими и др.). Натянутый алмазный круг не является идеально плоским инструментом и имеет ряд погрешностей геометрической формы: неплоскостность корпуса (прогиб до 30 мкм), осевое биение режущей кромки, эллипсообразную форму режущей кромки и др. Эти погрешности становятся особенно заметными при увеличении габаритов полотна круга в связи с переходом на пластины большого диаметра и являются причиной возникновения не точностей и ухудшения качества отрезаемых пластин. Инструмент крепят винтами на конце шпинделя вращающего­ся с частотой 3—5 тыс. об/мин, к барабану (рис. 5) с помощью колец, имеющих сферический выступ на одном и соответствующую впадину на другом, чем обеспечивается необходимый предвари­тельный натяг диска. Окончательное натяжение диска обеспечива­ется при установке его на барабан 1. Стягивающими винтами 7 уменьшают зазор между буртиком 2 барабана 1 и зажимными кольцами 5. Режущий диск 6 при этом упирается в опорный вы­ступ 4 барабана и растягивается в радиальном направлении. Между зажимными кольцами и буртиком барабана устанавлива­ют регулирующие прокладки 3, которые ограничивают перемеще­ние колец 5 и предохраняют диск от разрыва из-за чрезмерного натяжения. Равномерного натяжения диска достигают последова­тельным постепенным затягиванием диаметрально расположен­ных винтов 7
Рис. 5. Барабан для закреп­ления диска с внутренней ал­мазной режущей кромкой На некоторых моделях машин, например «Ал­маз-бМ», натяг диска обеспечивается закачкой жидкости (напри­мер глицерина) в полость между зажимными кольцами (рис. 6). Натяжение алмазных дисков увеличивает их стойкость. Недостаточное натяжение приводит к искажению формы отрезаемых пластин, их поломке, отклонению от плоскости ориентации пластин и т.д. Чрезмерное натяжение увеличивает износ диска.
Рис. 6. Барабан с натяжением режущего диска гидравлическим способом: 1— корпус 2— кольцо 3— обратный и спускной клапаны 4— съемное кольцо 5— режущий круг 6— уплотнительное кольцо 7— винт 8— зажимное кольцо 9— полость для деформации круга Максимальная скорость вращения ограничена вибрацией алмазного диска, температурой зоны резания и снижением его службы. Режим резки выбирают в зависимости от вида полупроводникового материала, диаметра слитка, толщины отрезаемых пластин. Процесс резки характеризуется абразивным съемом материала связанным зерном и характеризуется прерывистым контактом между инструментом и изделием ( вследствие погрешности геометрии инструмента ), что приводит к ударному взаимодействию. Схема сил, действующих при резке, показана на рис.7. Отношение составляющих Pz/Py для кремния лежит в пределах 0,3-0,5.
Рис. 7 Силы, действующие при резке слитка 1- режущая кромка 2- слиток Зависимость сил Py и Pz при резке слитков кремния от окружной скорости V круга и подачи S слитка показана на рис.8.
Рис 8 Зависимость сил Py и Pz от а- окружной скорости круга V б- подачи S С увеличением скорости резания качество поверхности пластин улучшается и увеличивается точность обработки, что объясняется уменьшением силы резания и, следовательно, снижением местных деформаций круга и не параллельности плоскостей отрезаемых пластин. Однако при увеличении скорости резания выше 22 м/с, что соответствует 5000 об/мин шпинделя, возникают вибрации станка и температура в зоне резания, что ухудшает качество обработки. С ростом подачи качество обработки снижается, так как при слишком большой подаче силы резания резко возрастают, в результате чего круг изгибается. Рекомендуются следующие режимы резания: окружная скорость 17-22 м/с, подача не более 40-50 мм/мин при резке германия и арсенида галлия и 30-40 мм/мин при резке кремния. СОЖ удаляет отходы полупроводникового материала из зоны резания и отводит тепло от инструмента и обрабатываемого материала. В качестве СОЖ используют воду с небольшими добавками поверхностно-активных веществ. Наилучшим способом подачи СОЖ в зону резания является подача сверху вниз непосредственно на режущую кромку. Расход СОЖ – 2,5-4 л/мин. При качественном натяжении алмазного круга и правильном подборе режимов резания пластина полупроводникового материала должна иметь поверхность без сколов, царапин и грубых рисок. Разброс по толщине для партии пластин, нарезанных из одного слитка, не должен превышать ±0,03 мм, не параллельность плоскостей ±0,02 мм, а сферичность (прогиб) – не более 0,015-0,020 мм.
Рис 9 Схема резки диска с внутренней режущей кромкой: 1- головка шпинделя 2- диск 3- слиток 4- державка 5- пластина 6- сборник Резку диском с внутренней алмазной режущей кромкой осуществляют следующим образом (рис.9). Диск 2 закрепляют в шпинделе и растягивают в радиальном направлении для придания ему большей жесткости. Слиток 3, закрепленный в державке 4, разрезают алмазоносной кромкой вращающегося диска при перемещении слитка или диска в направлении, перпендикулярном оси барабана. Отрезанные пластины 5 попадают в сборник, заполненный водой, остаются на оправке в случае приклейки по способу (б) и (в) (см. рис.2) или удаляются вакуумным съемником.
В процессе резки выделяется большое количество тепла. Обычные скорости вращения диска 1600 – 2500 об/мин. Поэтому алмазный диск непрерывно охлаждают водой или специальной охлаждающей жидкостью. Для резки слитков диаметром до 60 мм используют станок 2405Т, диаметром до 76 мм – станок “Алмаз-4”. Станки “Алмаз-6Н”, “Алмаз-11”. Позволяют разрезать слитки диаметром до 102 мм, а “Алмаз-12Н” – до 175 мм. Все виды конструктивных компоновок выпускаемых в настоя­щее время станков для резки слитков полупроводниковых мате­риалов можно разделить на три группы: с горизонтальным расположением шпинделя и суппортом, осу­ществляющим как дискретное перемещение слитка на толщину отрезаемой пластины, так и подачу резания (рис. 10, а); с вертикальным расположением шпинделя и суппортом, также осуществляющим и дискретное перемещение слитка на толщину отрезаемой пластины, и подачу резания (рис. 10,б); с горизонтальным расположением шпинделя, осуществляющим подачу резания за счет качания его вокруг некоторой оси, и суп­портом, осуществляющим только дискретное перемещение слитка на толщину отрезаемой пластины (рис. 10, в). Станки первого типа (рис. 10, а), к которым относятся модели 2405, «Алмаз-4», TS-21 и TS-23, появились в промышленности раньше других и являются наиболее распространенными. При та­кой компоновке горизонтально расположенный шпиндель враща­ется в подшипниках относительно малого диаметра, что позволяет сравнительно легко обеспечить необходимую частоту вращения, прецизионность и виброустойчивость узла. Недостатком такого ти­па компоновки станков является достаточно интенсивный износ направляющих суппорта и, как следствие этого, — потеря точ­ности.
Рис. 10. Схемы конструктивных компоновок станков для резки слитков алмаз­ными кругами с внутренней режущей кромкой: 1 — клиноременная передача 2 — вал шпинделя 3 — подшипники
4 — барабан 5 — алмаз­ный диск с внутренней режущей кромкой 6 — слиток 7 — державка 8 — поворотный рычаг 9 — неподвижная ось Примером станков второго типа компоновки (рис. 53, б) явля­ется модель ASM10A фирмы «Окамото» (Япония). Вертикальное расположение шпинделя позволяет увеличить длину разрезаемого слитка и производить автоматическое снятие пластин через полый шпиндель. Диаметр шпинделя выбирают таким, чтобы внутри не­го свободно проходил слиток. Но большой диаметр шпинделя тре­бует применения прецизионных подшипников соответствующего диаметра, а это связано с увеличением линейной скорости, а сле­довательно, и с усиленным их износом. На станках типа ASM10A можно разрезать слитки диаметром до 95 мм и длиной до 350 мм. Они имеют частоту вращения до 5*103 об/мин и пределы про­дольных дискретных перемещений слитков в интервале 0,2— 2,5 мм. Для этих станков также характерным является износ на­правляющих суппорта, что приводит к сравнительно быстрой по­тере им точности. Станки, скомпонованные по третьему типу (рис. 53, в), являются лучшими по точности. Они имеют подачу резания за счет качания узла шпинделя вместе с патроном и ре­жущим диском вокруг оси на роликовых подшипниках. У суппор­та остается только одно движение — перемещение слитка на тол­щину отрезаемой пластины. При этом точность и долговечность суппорта повышаются. К станкам этого типа относится «Ал­маз-6М». Станок «Алмаз-6М», предназначенный для резки слитка на пластины полупроводниковых материалов диаметром до 102 мм и длиной до 500 мм отрезными алмазными кругами с внутренней режущей кромкой, показан на рис. 11. В отличие от станка «Алмаз-4», на «Алмаз-6М» можно обра­батывать слитки большего диаметра и длины. Отрезаемые на станке пластины имеют более высокую чистоту поверхности реза, большую точность по толщине и параллельности. Это дает воз­можность исключить промежуточную технологическую опера­цию - шлифовку пластин, а также увеличить выход пластин из того же объема исходного материала.
Рис. 11. Станок для резки слитков "Алмаз-6М" «Алмаз-6М» - высокоточный станок, принцип работы которо­го основан на разрезании слитка диском с внутренней алмазной режущей кромкой при обильном охлаждении места резания смазывающе-охлаждающей жидкостью, непрерывно циркулирующей и очищаемой в замкнутой системе. Станок имеет два режима управления — ручной (наладочный) и программный. Программное управление станком обеспечивает резку по одной пластине и резку пакетов. При поштучной резке съем пластин осуществляется автоматически с помощью присоски. Резка слитков пилами. В качестве режущего инструмента используются пилы в виде ленты ( рис.12), проволоки ( рис.13).
Рис 12 Схема резки алмазной бесконечной ленточной пилой
Рис 13 Схема резки проволокой
Проволочная пила представляет собой проволоку толщиной 0,08-0,15 мм. Резка может осуществляться набором проволочных пил, как показано на рис.13. В процессе резки на слиток подается абразивная суспензия, которая и осуществляет резку. Более высокую производительность обеспечивает проволока, на которую гальваническим способом нанесен алмазосодержащий слой с размерами зерна (1-20) мкм. Однако сложность обеспечения однородных механических и геометрических характеристик на значительной длине такого инструмента препятствует его широкому применению.
Проволочная пила позволяет выполнять одновременно разрезку слитка на большое количество пластин, при этом за счет наименее возможной из всех существующих инструментов толщины отрезаемых пластин и ширина пропила достигается большая экономия обрабатываемых материалов. Но основное достоинство проволочной резки заключается в том, что этот метод позволяет получить обработанные детали с минимальными нарушениями структуры кристалла ввиду малых термодинамических напряжений, возникающих в зоне контакта инструмента с обрабатываемой деталью. При обработке хрупких материалов усилие составляет всего 0,15-2,00 Н. Однако этому методу присущи и ограничения, которые не позволяют широко и эффективно использовать проволочный инструмент на операции резки крупных кристаллов кремния на пластины. К ним в первую очередь относится очень малая устойчивость проволоки, причем сопротивляемость проволоки во всех направлениях одинакова, что в значительной степени сказывается на макро профиле обрабатываемых поверхностей. Этот метод малопроизводителен, и стоимость его достаточно велика по сравнению с методом резки с внутренней режущей кромкой. Поэтому рассмотренный способ применяется лишь для резки пластин на кристаллы, т.е. при резке на небольшую глубину или в лабораторных условиях, где эффективность не играет большой роли. Процесс резки алмазной ленточной пилой аналогичен процессам резки с помощью диска. Эффективно используют этот инструмент при резке заготовок больших размеров, диаметр которых превышает 150 мм. На ленто резных станках можно выполнять резку кристаллов на мерные заготовки, пластины, делать пропилы пазов и т.д. Большими достоинствами, определяющими перспективность совершенствования и использования этого инструмента, являются возможность направленной обработки по определенным кристаллографическим направлениям, отсутствие ограничений в размерах обрабатываемых деталей, хорошие условия работы алмазного слоя ( так как длина контакта инструмента с деталью в 10-20 раз меньше длины пилы ), что положительно сказывается па стойкости режущей кромки, равномерное ( без ударное ) взаимодействие с обрабатываемым материалом и т.д. К ленточным пилам предъявляются достаточно высокие требования. Материал корпусов пил должен иметь предел прочности на разрыве не менее 150 Мпа. Высокие физико-химические свойства материала должны сочетаться с достаточной точностью геометрических параметров лент. Так, желобчатость ленты не должна превышать 0,05% ширины, ребровая кривизна – не более 0,1 мм на 1 м длины пилы, а разнотолщность в одном поперечном сечении не должна превышать 5 мкм. Для эффективности процесса разрезки большое значение имеет правильный выбор толщины и ширины ленты по отношению к размеру разрезаемого материала и параметрам процесса. Наиболее часто используются пилы с толщиной корпуса 0,1-0,3 мм и шириной 20-70 мм. Режущая кромка пилы может быть сплошной либо прерывистой сегментной. В ленточных пилах на гальванической ( никель или никель-кобальт ) связке находят применение как природные, так и синтетические алмазы, обладающие наиболее низкими электропроводными и магнитными свойствами. Интервал зернистостей применяемых алмазов лежит в пределах от 60/40 до 125/100. Для обработки особо прочных материалов алмазоносный слой может быть получен методом порошковой металлургии. С помощью точных ленточных пил можно выполнять разрезку заготовок диаметром до 300 мм с шириной пропила не более 0,4 мм. Точность резки ( не параллельность ) составляет ±5 мкм, ±20 мкм, ±35 мкм соответственно для диаметров 100, 200, 300 мм, а шероховатость обработанных поверхностей Ra не превышает 1 мкм. Многолезвийная резка позволяет одновременно разрезать слиток на небольшое количество пластин ( до 250 шт. и более), рис.14.
Рис 14 Схема резки набором лезвий Конструктивно алмазные лезвия практически не отличаются от ленточных пил. Они состоят из стальной ленты-корпуса конечной длины, на котором методом гальваностегии закреплен алмазоносный слой. Обычно используют алмазные порошки марок А, АСВ, АСР зернистостью 50/40 или микро порошки АМ, АСМ зернистостью 60/40, 40/28. Принципиальным отличием многолезвийной резки от резки бесконечной ленточной пилой ( рис.12) является то, что инструмент совершает возвратно-поступательное колебательное движение. Это не позволяет выполнять процесс резки со скоростями, оптимальными для обработки полупроводников. Максимальная скорость, достигаемая многолезвийным инструментом, приблизительно 1 м/с. Переменное колебательное движение рамы с закрепленным инструментом является источником сильных колебательных процессов всего станка, особенно в случае резки слитков больших размеров при большом количестве лезвий. Ограничивает использование данного способа и то, что очень сложно однозначно задать напряжения во всех лезвиях. Кроме того, практически невозможно достичь равномерно точной установки лезвий на заданную толщину отрезаемых пластин. К тому же преждевременная потеря работоспособности одного из лезвий ведет к снижению производительности и уменьшению выхода годных пластин. Качество резки может снижаться из-за ослабления натяжения отдельных лезвий. Стойкость лезвий при резке полупроводниковых материалов сравнительно небольшая – 40-60 ч. Указанные недостатки ограничивают применение этого способа при обработке кремния, хотя при обработке оптического стекла, кварца, распиловка лезвиями может обеспечивать хорошие результаты. Используемая литература: А. А. Захаров, В. А. Юзова «Физико-химические основы размерной обработки полупроводников. Механическая обработка». Красноярск. 1997. А. Б. Камнев, Б. А. Лапшинов «Механическая обработка полупроводниковых материалов». Москва. 1990. И. Г. Блинов, Л. В. Кожитов «Оборудование полупроводникового производства». Москва. 1986. П. Н. Масленников, К. А. Лаврентьев, А. Д.Гингис «Оборудование полупроводникового производства». Москва. 1981.
l>