Введение к работе
Актуальность. Различные полупроводниковые электронные изделия широко распространены в настоящее время. Из-за небольших размеров электронных изделий для повышения технологичности их производства используются методы групповой технологии, которые позволяют создавать на одной заготовке (пластине) одновременно множество одинаковых полупроводниковых структур. После завершения формирования структур заготовка должна быть разделена на отдельные кристаллы. К моменту разделения затраты на изготовления прибора составляют уже от 60 до 85% полной трудоёмкости. Это требует высокой надёжности разделения пластины и высокого качества получаемых поверхностей.
Разделение осуществляется различными, способами, основными из которых в промышленности являются резка алмазным диском, скрайбнрование алмазным резцом, скрайбирование лучом лазера, химической травление. Практически все перечисленные способы реализуются в два этапа. Первым этапом является образование канавки на поверхности заготовки. Характеристики образовавшейся канавки (царапины, риски) и прилегающего к ней слоя материала при этом зависит от вида обработки. Собственно разделение пластины происходит на втором этапе - ломке пластины вдоль нанесённых рисок под действием внешней изгибающей нагрузки.
Для уменьшения дефектного слоя и получения поверхности высокого качества стандартный технологический процесс обработки полупроводниковых пластин включает последовательные операции лезвийной обработки, шлифования и полирования. В операция разделения пластины иа кристаллы этот многоступенчатый процесс использован быть не может. Возможны только альтернативные варианты нанесения риски, например, либо лезвийным, либо абразивным инструментом без дальнейшей обработки, повышающей её качество.
Процесс нанесения рисок на пластине алмазным резцом удобен с точки зрения технологичности и широко распространён, но даёт менее качественную поверхность по сравнению с другими способами формирования риски. Низкое качество поверхности может неблагоприятно влиять на работу приборов при различных воздействиях - температурных перепадах, ударных и вибрационных нагрузках.
Совершенствование технологий получения качественной риски скралби-рования должно обеспечить значительный экономический эффект и повысить качество и надёжность полупроводниковых изделий.
Цель работы. Повышение качества поверхности риски при лезвийной обработке полупроводникового кремния с помощью дополнительного деформирования срезаемого слоя.
Научная новпзаа. Использование дополнительной деформации срезаемого слоя для повышения качества обработанной поверхности, разработка на базе физической модели процесса резания компьютерной модели и проведение компьютерного эксперимента с целью оптимизации параметров процесса.
Практическая ценность. Результаты физического эксперимента совпадают с результатами компьютерного эксперимента. Компьютерный эксперимент позволил выполнить минимальную оптимизацию параметров процесса резания. По результатам экспериментов разработано приспособление, реализующее предложенные управляющие воздействия на качество получаемой поверхности. Это позволяет увеличить долю выхода годных кристаллов на этапе разделения пластины и повысить надёжность их работы. Одновременно увеличивается стойкость инструмента в два раза (возможна работа инструмента в течение всего срока службы без переточки).
Результаты исследования приняты для внедрения на ПО «Октябрь».
Обсуждение работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международной и зональной конференциях в Москве и Екатеринбурге.
Публикации. По результатам теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 9 статей и сообщений в межвузовских сборниках и центральной печати, одна в отлете по НИР.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов и приложения, содержит иллюстративный материал, таблицы и список литературы.
Предмет защиты. Автором разработаны компьютерные модели напряжённого состояния в зоне деформации для случая свободного и несвободного резания, а также компьютерная модель напряжённого состояния в зоне деформации при использовании дополнительного деформирования срезаемого слоя. Произведена минимальная оптимизация параметров*управляющих воздействий на основе компьютерного эксперимента. Разработана конструкция приспособления для реализации управляющего воздействия на качество получаемой поверхности.