Зелёный карбид кремния для резки полупроводников
. 1. Основные свойства зелёного карбида кремния.
Зелёный карбид кремния (химическая формула SiC) — это высокочистый (обычно ≥99%) вариант карбида кремния. По сравнению с чёрным карбидом кремния он твёрже, более хрупкий и более чистый.
• Чрезвычайно высокая твёрдость: твёрдость по шкале Мооса составляет около 9,5, что уступает только алмазу и кубическому нитриду бора (КНБ). Это делает его эффективным при резке и шлифовке твёрдых и хрупких материалов.
• Высокая хрупкость: микроскопические частицы имеют острые края и легко ломаются под воздействием нагрузки. Это обеспечивает непрерывное образование новых острых режущих кромок в процессе резки (так называемое «самозатачивание»), сохраняя высокую эффективность резки.
• Высокая теплопроводность: помогает рассеивать тепло в процессе резки, снижая воздействие термического напряжения на кремниевую пластину.
•Химическая стабильность: при комнатной температуре не вступает в реакцию с кислотами и щелочами, обеспечивая чистый процесс резки и предотвращая загрязнение кремниевого материала.
2. Почему выбирают зелёный карбид кремния для резки полупроводников?
Резка полупроводников, особенно кремниевых слитков, предъявляет чрезвычайно жёсткие требования к материалу:
1. Чрезвычайно твёрдый режущий материал: монокристаллические слитки кремния, несмотря на свою хрупкость, обладают высокой твёрдостью (примерно 6,5 по шкале Мооса). Для эффективной резки требуется более твёрдый абразив.
2. Чрезвычайно высокие требования к точности и качеству поверхности: нарезанные кремниевые пластины должны быть очень тонкими (например, 100–200 мкм), с минимальным короблением и прогибом, а также с контролируемым уровнем повреждения поверхности. Острая режущая кромка зелёного карбида кремния обеспечивает относительно тонкую резку.
3. Экономическая эффективность: Несмотря на то, что алмаз является более твёрдым материалом, его стоимость значительно выше, чем у зелёного карбида кремния. Для резки кремниевых материалов зелёный карбид кремния обеспечивает наилучшее сочетание твёрдости, эффективности и стоимости.
Таким образом, зеленый карбид кремния стал незаменимым абразивом в традиционной технологии резки шламом.
3. Конкретное применение: резка шламом с использованием свободного абразива.
Наиболее классическое и некогда широко распространённое применение зелёного карбида кремния в резке полупроводников — использование свободного абразива в процессе резки проволокой. Этот метод известен как «резка шламом с использованием проволоки».
Принцип работы:
1. Очень тонкая, движущаяся с высокой скоростью металлическая проволока (обычно рояльная проволока) наматывается на направляющее колесо, образуя плотную проволочную паутину.
2. Зеленый микропорошок карбида кремния (размер частиц обычно составляет 5–20 мкм) смешивают с смазочно-охлаждающей жидкостью, например полиэтиленгликолем (ПЭГ), для создания вязкой суспензии.
3. Суспензия непрерывно подается на движущееся сеточное полотно.
4. Проволочная сетка переносит суспензию в питающий слиток кремния.
5. Под огромным давлением зеленые частицы порошка карбида кремния, прикрепленные к стальной проволоке, царапают и режут слиток кремния, действуя как бесчисленные крошечные «зубцы», постепенно откалывая часть кремниевого материала, в конечном итоге разрезая весь слиток на сотни тонких ломтиков одновременно.
4. Текущее развитие технологий: развитие резки алмазным канатом и проблемы, связанные с экологически чистым карбидом кремния
В последние годы в полупроводниковой и фотоэлектрической промышленности произошли значительные технологические изменения: резка алмазным канатом (DWS) стремительно вытесняет традиционную резку шламом.
•Преимущества:
• Чрезвычайно высокая скорость резки: в 3–5 раз выше, чем при резке пульпой, что значительно повышает эффективность производства.
• Более экологично: устраняет необходимость в больших объемах смазочно-охлаждающей жидкости ПЭГ и порошка SiC, что приводит к уменьшению отходов.
