Yarı iletken plaka üretiminde öğütme temel ancak kritik bir işlemdir. Silikon külçelerin dilimlenmesinden sonra arka tarafın inceltilmesinden alt tabaka malzemelerinden yüzey hasarı katmanlarının kaldırılmasına kadar, malzeme çıkarma ve kalınlık kontrolünün her örneği, kolayca gözden kaçan ancak temel olan bir sınıf seramik bileşen-seramik taşlama plakalarına dayanır. Litografi makineleri gibi ön plana çıkmayabilirler ve gravür makineleri kadar-tanınmayabilirler, ancak taşlama sırasında levhaları taşıyan çekirdek platform görevi görürler. Hassasiyetleri, sağlamlıkları ve temizlikleri, levhaların işleme kalitesini ve nihai verimini doğrudan belirler.
I. Taşlama Plakalarının Neden "Seramikleştirilmesi" Gerekir?
Taşlama işleminin temel görevleri şunlardır: dilimlenmiş levha yüzeyinden testere izlerini ve hasar katmanlarını kaldırmak, levha kalınlığının tekdüzeliğini kontrol etmek ve kesmenin neden olduğu deformasyonu onarmak. Çip proses düğümleri küçülmeye devam ettikçe, levha yüzeyinin düzlüğüne yönelik gereksinimler nanometre aralığına girmiştir; aynı zamanda,-sektör çapında 8 inçlik plakalardan 12 inçlik plakalara geçiş, işleme zorluğunu önemli ölçüde artırdı.
Geleneksel öğütme plakaları çoğunlukla dökme demir veya metalik malzemelerden yapılır. Öğütme işlemi sırasında, serbest metal iyonlarını serbest bırakmaya eğilimlidirler ve bu da levhaların yüzeyinin kirlenmesine neden olur. Üstelik metal plakalar yüksek aşınma oranlarına ve zayıf hassasiyet tutma özelliğine sahiptir, bu da onları büyük-çaplı plakaların ultra-hassas işleme gereksinimlerini karşılayamaz hale getirir. Metalik taşlama plakalarıyla karşılaştırıldığında seramik taşlama plakaları önemli avantajlar sunar:
01 Ultra-Yüksek Sertlik ve Aşınma Direnci
Seramiğin sertliği geleneksel metalik malzemelerinkini çok aşıyor. Bu yüksek sertlik, uzun süreli çalışma sırasında son derece düşük plaka yüzey kaybı sağlayarak plakanın yüzey durumunu ve işleme hassasiyetini istikrarlı bir şekilde korumasına olanak tanır ve sarf malzemelerinin değiştirme döngüsünü etkili bir şekilde uzatır.
02 Serbest Metal İyonu Kirliliği Yok
Yüksek-saflıkta alümina, silikon nitrür ve diğer seramikler oksit veya nitrit matrislerine dayanır. Öğütme işlemi sırasında serbest metal iyonlarını serbest bırakmazlar ve metal plakalarla ilişkili levha kirlenmesi sorunlarından etkili bir şekilde kaçınırlar. Bu sadece sonraki temizleme adımlarını basitleştirmekle kalmaz, aynı zamanda ürün veriminin artmasına da katkıda bulunur.
03 Mükemmel Termal Boyutsal Kararlılık
Taşlama işlemleri önemli miktarda sürtünme ısısı üretir. Seramik malzemeler düşük termal genleşme katsayılarına ve yüksek elastik modüllere sahiptir, bu da onları yüksek-hızlı taşlama koşulları altında termal deformasyona karşı dirençli kılar. Uzun süreler boyunca yüksek plaka düzlüğünü koruyarak, levha kalınlığının tek biçimli olmasını sağlayabilirler.
04 Son Derece Yüksek İşleme Düzlüğü Sağlar
Seramik malzemelerin yüksek sertliğinden ve gelişmiş hassas işleme teknolojilerinden yararlanan üst düzey seramik taşlama plakalarının düzlüğü, mikron ve hatta mikron altı düzeyde-kontrol edilebilir-; levha inceltmeden sonra mükemmel yüzey düzlemselliği elde etmek için çok önemli bir garantidir.
II. Taşlama Plakaları için Ana Seramik Malzemeler ve Uygulama Senaryoları
Farklı taşlama koşulları (levha boyutu, alt tabaka malzemesi, işleme hassasiyeti vb.), taşlama plakası malzemelerine farklı gereksinimler getirir. Şu anda yarı iletken alanında ağırlıklı olarak dört tip seramik malzeme kullanılmaktadır:
01 Alümina Seramik
Dengeli genel performans ve kontrol edilebilir maliyet sunan alümina, en yaygın olarak kullanılan öğütme plakası malzemesidir ve çoğunlukla 8 inç ve daha küçük silikon plakaların çoğunda kaba ve ince öğütme işlemleri için uygundur. Vickers sertliği yaklaşık 15–18 GPa, bükülme mukavemeti 300–450 MPa ve termal genleşme katsayısı yaklaşık 7×10⁻⁶/K'dır.
02 Silisyum Nitrür Seramikleri
700–1000 MPa'ya ulaşan bükülme mukavemeti ve 6–8 MPa·m¹/² kırılma dayanıklılığıyla silikon nitrür, gerilim altında çatlak yayılmasına karşı dirençlidir ve mükemmel aşınma direnci sergiler. Yaklaşık 3,5×10⁻⁶/K olan termal genleşme katsayısı, silikon levhalarınkiyle yakından eşleşir; bu da onu özellikle 12-inç büyük- çaplı silikon levhaların hassas şekilde inceltilmesinin yanı sıra silisyum karbür ve galyum nitrür gibi üçüncü nesil yarı iletken alt tabakalar için sert taşlama işlemleri için uygun kılar.
03 Zirkonya Seramikleri
7–10 MPa·m¹/²'ye ulaşan kırılma dayanıklılığı ve mükemmel kimyasal stabilitesi ile zirkonya, alümina ve silisyum karbürden biraz daha düşük sertliğe sahiptir. Öğütme ekipmanlarındaki tespit halkaları ve basınç halkaları gibi yardımcı bileşenlerde yaygın olarak kullanılır. Bu bileşenler öğütme çamuruyla uzun süre temas halindedir ve darbeye maruz kalabilir; zirkonyanın yüksek dayanıklılığı ve kimyasal stabilitesi, kırılmayı etkili bir şekilde önler ve levha kirlenmesini önler.
04 Silisyum Karbür Seramikler
Dört malzeme arasında silisyum karbür, 23-28 GPa'lık Vickers sertliği ve olağanüstü aşınma direnciyle en yüksek sertliğe sahiptir. Termal genleşme katsayısı yaklaşık 4×10⁻⁶/K'dir ve esasen silikon plakalarınkiyle eşleşir, yüksek-hızlı öğütme sırasında termal uyumsuzluk stresi olmamasını sağlar, bu da onu yüksek-hızlı öğütme uygulamaları için tercih edilen malzeme haline getirir. Silisyum karbür alt tabakalar için kendi kendine-taşlama işlemlerinde, aynı malzemeden taşlama plakaları, benzersiz işlem uyumluluğu sağlayarak, farklı malzemelerin yol açabileceği potansiyel kirlenme risklerini ortadan kaldıran sertlik uyumu ve kimyasal uyumluluk sunar.
III. Temel Teknik Zorluklar
Pratik uygulamalarda seramik taşlama plakaları sıklıkla vakum emme delikleri, oluklar ve konumlandırma adımları gibi son derece yüksek işleme hassasiyeti gerektiren yapılara sahiptir. Üretimleri birden fazla temel teknik darboğaz içeriyor:
01 Büyük Çaplar için Tekdüzelik Kontrolü
12-inçlik levhalara yönelik öğütme plakalarının çapı genellikle 300 mm'yi aşar, bazı spesifikasyonlarda bu çap 800 mm'ye ulaşır. Şekillendirme ve yüksek-sıcaklıkta sinterleme sırasında, seramik tozu kompaktları, farklı-bölgelerde eşit olmayan bir büzülme yaşar ve bu da çarpıklığa, deformasyona ve hatta çatlamaya yol açar. Mevcut ana çözümler şunları içerir: yüksek-yoğunlukta tekdüze kompaktlar elde etmek için soğuk izostatik preslemenin kullanılması (diferansiyel büzülmeye neden olan yoğunluk gradyanlarını önlemek için her yönden eşit şekilde basınç uygular), bölümlü sıcaklık kontrollü sinterleme ve tekdüze tane büyümesini teşvik etmek için sinterleme yardımcılarının eklenmesiyle birleştirilir.
02 Ultra-Hassas İşleme
Taşlama plakalarının düzlüğü, paralelliği ve yüzey pürüzlülüğü doğrudan gofret işleme kalitesini belirler. Seramiğin yüksek sertliği göz önüne alındığında, düzlüğü mikron veya mikron altı düzeyde kontrol etmek için özel süper-aşındırıcı aletler ve hassas takım tezgahları gerekir. Genel işleme akışı şu şekildedir: kaba taşlama → ince taşlama → alıştırma → yüksek-hassas yüzey taşlama makineleri ve çift-yan alıştırma/parlatma makinelerini içeren temel ekipmanlarla parlatma.
03 Malzeme Saflık Kontrolü
Eser miktardaki metalik yabancı maddeler öğütme sırasında levha yüzeyine aktarılarak kusurlara neden olabilir. Toz saflığının genellikle %99,99'un üzerinde olması gerekir. Sinterleme işleminde yüksek-saflıkta potalar kullanılır, işleme aşamasında elmas aletler ve deiyonize su soğutucu kullanılır ve plaka yüzeyindeki metal kalıntıları düzenli olarak incelenir.
Üretim süreçlerine ek olarak, seramik öğütme plakalarının fiili kullanımı sırasında uygun bakım da aynı derecede kritiktir. Uzun süreli çalışmadan sonra plakalar yüzeyin parlamasına ve olukların tıkanmasına eğilimlidir. Endüstri deneyimine göre, plaka yüzeyinin elmas düzelticilerle düzenli olarak işlenmesi, yüksek-basınçlı deiyonize su veya olukların ultrasonik temizliği ile birlikte seramik plakaların servis ömrünü %30 ila %50 oranında uzatabilir.