Способ доводки пластин из твердых материалов на основе 2al2o3

,алнулйаа2 22) 24,05.91 здел зле нои хники пр Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(54) СПОСОБ ДОВОДКИ ПЛАСТИН ИЗ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ а -А 203(51) б В 24 В 37/04 иаготовлении властии иа сапфира, рваина, керамики. Способ тонкой доводки твердых материалов на основе а -А 120 з включает наклейку пластин на планшайбу, вращение планшайбы, воздействие на пластины вращающимся инструментом и алмазным пол- СВ ирующим составом, замену инструмента и воздействие на пластины вращающимся вторым инструментом и полирующим составом. Алмазным полирующим составом МР обработку ведут на глубину не менее 20 мкм, в качестве второго инструмента используют диск из полимерного материала, а на пластины воздействуют полирующиье составом, содержащим 8 - 12 О золя кремниевой кислоты, при давлении на инструмент 10 - 30 кПа, Кроме того, в качестве полимерного материала для второго инструмента используют фторопласт, 1 з. п. флы, 1 табл.Изобретение относится к механической обработке изделий полупроводниковой техники и может быть использовано, например, при изготовлении пластин иэ сапфира, рубина, керамики в производстве гибридных интегральных схем (ГИС) и КНС-структур.Целью изобретения является повышение качества обработки поверхности при сохранении высокой точности обработки,Важной особенностью предлагаемого 510 В качестве инструмента используютдиск из полимерного материала (нами опробованы материалы; фторопласт, пенополиуретан и текстолит) диаметром 90 - 120 мм,Пластины закрепляют на планшайбе диаметром 180-250 мм. Обработку пластин напервом и втором этапе выполняли при частоте вращения планшайбы 5-12 об/с, инструмента - 15-50 об/с,Для второго этапа полирования в качестве полирующего состава используют 812 -ный водный раствор золя кремниевойкислоты. При концентрации золя менее 80резко падает скорость съема материала,Увеличение концентрации золя более 12045 50 55 нецелесообразно, так как скорость съема икачество обработки не изменяются,При давлениях на инструмент менее 10 кПа падает скорость съема, что, по-видимому, легко обьяснить снижением температуспособа является необходимость двухэтапной обработки с обязательным удалением на первом этапе алмазным полирующим составом для материала на глубину не менее 15 20 мкм. В результате этого гарантируется высокая точность обработки пластин по таким параметрам, как отклонение от плоскости, отклонение от параллельности сторон пластин, В этом случае первый этап доводки 20 следует считать подготовительным этапом для осуществления высокой прецизионной точности установки пластин для выполнения второго этапа доводки - химико-механического полирования, Т,е, обработку 25 пластин выполняют на одном и том же станке, не меняя закрепления планшайбы на рабочем столе,Для второго этапа доводки заданы вполне определенные режимы обработки, 30 позволяющие осуществить чисто химико- механическое полирование золем кремниевой кислоты, Для этого необходимо создать в зоне контакта инструмента с пластинами темпеоатуру на уровне 60 С, что обеспечи вается выбором материала инструмента и диапазоном давлений на инструмент и известными по способу-прототипу частотами. вращения планшайбы с пластинами и инструмента. 40 ры в зоне контакта пластин с инструментом, Увеличение давления на инструмент более 30 кПа приводит, с одной стороны, к высоким температурам в зоне контакта пластин с инструментом и возможному отклонению пластин при обработке; с другой стороны, из-за особенностей применяемого станка за счетгравитационного нагружения инструмента с помощью грузов возрастают вибрации самого инструмента при обработке.Таким образом. выполняя обработку пластин в два этапа, удается достичь минимального нагруженного слоя на поверхности пластин и обеспечить высокую точность обработки по плоскостности, параллельности сторон, исключить или свести к минимуму образование завалов по краям пластин, применяя жесткий инструмент при ХМП.П р и м е р 1, Для напыления слоев 1/и М при изготовлении гибридных интегральных схем проводят тонкую доводку пластин сапфира 60 х 48 мм, с ориентацией поверхности в пл, (1012), предварительно отшлифованных алмазным кругом с зернистостью 60 мкм. Пластины в количестве пяти штук наклеивают на планшайбу диаметром 200 мм высокотемпературным клеем, обеспечивающим надежное крепление пластин при 60 - 70 С, Планшайбу с пластинами закрепляют на рабочем столе станка СПШ,Первый этап доводки. На инструментальном шпинделе станка СПШзакрепляют медный инструмент диаметром 0-120 мм с осевым углублением Р 1=40 мм на рабочей поверхности.Площадь инструмента Я= к/4(02- Р 1 )=3,14/4(0,12 -0,04 )=0,01 м . На рабочей поверхности инструмента выполнена спиральная канавка с треугольным сечением под углом 60 глубиной 0,6 мм с шагом 1,5 мм (спираль Архимеда с направлением нарезки, обратным вращению инструмента на станке).Для обработки пластин готовят алмазный полирующий состав, для чего берут смесь глицерина и смачивателя СВП в соотношении объемов 6,1 соответственно и вводят в эту смесь навеску алмазного порошка АСМ 3/2 из расчета 7 г на 1 л смеси.Планшайбу с пластинами приводят во вращение с частотой 10 об/с, а инструмент - 40 об/с, Инструмент с помощью грузов прижимают к пластинам с усилием РН, что соответствует давлению р=Р/5=100/0,01=10000 Па=10 кПа.В зону полирования дозируют полирующий состав и осуществляют капельную подачу разбавителч (воды, силиказоля и т.п,). Планшайбу с пластинами охлаждают про 182795755 точной водой, подаваемой на боковую поверхность планшайбы.Обработку пластин ведут на глубину 30 -35 мкм, добиваясь одновременно удаления нарушенного слоя после предварительной обработки-шлифования и формируя обрабатываемую поверхность пластин как базовую для второго этапа доводки - ХМ К.Второй этап доводки. Заменяют медный инструмент на инструмент из полимерного материала, в данном случае, на диск диаметром 0=120 мм с осевым углублением 01=40 мм иэ фтоопласта(площадь инструмента 3=0,01 м ), На рабочей поверхности выполнена спиральная канавка тех же размеров, что и у медного инструмента.Готовят полирующий состав, для чего берут силиказоль с 307 ь-ным содержанием РО 2 (плотность силиказоля 1,18 г/смз) и смешивают с деионизованной водой в соотношении объемов 1:3 соответственно. При данном соотношении полирующий состав содержит 8; золя кремниевой соли.Инструмент прижимают к пластинам с усилием Р=100 Н, что соответствует р=Р/8=100/0,01=10000 Па=10 кПа, и приводят его во вращение с частотой 15 об/с.Планшайбу с пластинами вращают с частотой 5 об/с. На пластины каплями подают полирующий состав (расход 3-10 мл/с).Процесс ХМП проводят в течение 3 ч.Съем составил 10 - 15 мкм. Алмазный фон на поверхности отсутствует. Шероховатосгь поверхности В0,01 мкм. Контроль плоскости наложением на пластины пробного стекла, соответствующего ГОСТ 2923, показал, что на поверхности наблюдается интерференционная картина в виде 2-3 колец Ньютона (менее 1,0 мкм). "Завалы" по краям пластин отсутствуют. Отклонение от параллельности сторон, определенное путем измерения с помощью микронного индикатора толщины пластин в пяти точках и рассчитанное как разность между максимальным и минимальным значениями толщины не превышает 12 - 15 мкм.П р и м е р 2. Для производства ГИСизготавливают пластины из керамики ВК 100-1 (поликора) размером 30 х 24 х 0,5 мм с размерами пор не более 80 мкм. Пластины предварительно прошли алмазную полировку с двух сторон по стандартной технологии, При этом у партии пластин отклонение от параллельности сторон составляет 20 - 30 мкм, отклонение от плоскостности, измеренное пробным стеклом, равно 3-5 мкм.Пластины, отсортированные по толщине с допуском 10 мкм, в количестве 20 штук наклеивают на планшайбу диаметром 200 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 мм высокотемпературным клеем. Планшайбу закрепляют на рабочем столе станка СПШ,Первый этап доводки выполняют аналогично гримеру 1, при этом алмазное полирование ведут на глубину 20 мкм.Затем проводят замену медного инструмента на инструмент из пенополиуретана диаметром 120 мм. Для этого на медный диск клеем 88 Н наклеивают кольцо из пористого пенополиуретана площадью 5=0,01 м и толщиной 2,5 мм.Второй этап доводки (ХМП) проводят водным полирующим составом, содержащим 12 золя кремниевой кислоты, в течение 3 ч.Режимы полирования;Частота вращенияинструмента, об/с 50 Частота вращенияпланшайбы, об/с 12. Усилиеприжима инструмента, Н (давлениена инструмент 30 Па) 300 На поверхности пластин отсутствуют риски, сколы, рябь. Шероховатость Ва менее 0,01 мкм. При наблюдении поверхности пластинв поле микроскопа при увеличении 200" видны ямки размером на более 80 мкм с четким переходом впадин на плоскую поверхность (ямки на поверхности являются следствием наличия объемных пар в материале пластин), что показывает отсутствие вцполирования ямок так же как при алмазном полировании.При контроле пластин пробным стеклом установлено, что отклонение от плоскости наклеенных пластин не превышает 1 мкм. Завалы по краям пластин отсутствуют. Отклонение от параллельности сторон не превышает 10 мкм. Параметры 3-11 сведены в таблицу.Во всех примерах проводили регенерацию пластин сапфира диаметром 60 мм, В примере 3, отвечающем заявленным режимам, второй инструмент выполнен из текстолита со спиральной канавкой (спираль Лагранжа) с прямоугольным сечением глубиной 0,2 мм и шириной 0,2 мм с шагом 0,8 мм. В остальных примерах (4-8, 11) использован фторопластовый диск, конструкция которого аналогична инструменту примера 1,Пример 9 соответствует способу-прототипу, в котором на втором этапе доводки применяли оловянный инструмент и алмазный полирующий состав на основе микропорошка АСМ 1/О.В примере 10 реализован процесс регенерации пластин сапфира в два этапа до1827957 Режимы ово ки вто ого этапа Рез льтаты ово ки пластин Толщина слоя, снятого на первом этапе до-.бавки,мкм Номер прмера Отклонение от плоскостности, менее мкм Отклонение от паДавление на инструмент р,кПа Концентрация3102, мас. Внешний Продол- жительвид поверхностираллельности не более мкм ность этапа, чЗавалы по краям 17 Недополировка отдельныхастков 20 Наблюдаются отдельные риски, алмазныйон 10-12 1,0 То же, что в примее 3 10 32 0,6 30 10 10-12 1,0 10 13 10 20-25 6,0 10 13 1,0 10-12 водки согласно первому аналогу, когда ХМК выполняют на станке Ю 1 МЗ на инструменте из синтотической кожи.В примере 11 на первом этапе доводки применен алмазный полирующий состав на основе микропорошка АСМ 5/3, глицерина и смачивателя СВП.Не указанные в таблице режимы доводки соответствуют примеру 1,Из таблицы следует, что при режимах, выходящих эа пределы заявленных признаков, поставленная цель изобретения не достигается (см, примеры 4-8, 11),Заявленный способ прошел "апробацию при использовании на первом этапе доводки алмазного полирующего состава на основе микропорошка с зернистостью не более 3 мкм, поэтому трехчасовой доводки пластин на втором этапе в соответствии с заявленными режимами вполне достаточно. При 5 увеличении размера зерна микропорошкана первом этапе соответственно увеличивается продолжительность второго этапа обработки.Исходя из изложенного (см, пример 11), 10 наиболее приемлемый процесс доводки попроизводительности в том случае, когда на первом этапе доводки применяют алмазный полирующий состав на основе микропорошка с зернистостью не более 3 мкм жо уточ нение может быть внесено при необходимости экспертизой в формулу изобретения). Наблюдаются отдельные риски,алмазный фон На поверхности выколы, срыв пластин с планшайбыАлмазный фон йа 0,012 мин Завалы по краям а. 0,01 мкм Алмазный фон, недополи овка1827957 10 Составитель В, РоговТехред М.Моргентал КоРРектоР Е. Папп Редактор Т. СоколоваЗаказ 1663 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушскад наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101Формула изобретения1. СПОСОБ ДОВОДКИ ПЛАСТИН ИЗ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ а-А 120 з, при котором планшайбе с наклеенными пластинами сообщают вращение, а процесс ведут в два этапа вращающимися инструментами с подачей на первом этапе алмазного полирующего состава, а на втором - полирую- щего состава. отличающийся тем, что, с . целью повышения качества доводки,глубину обработки на первом этапе выбирают не менее 20 мкм, а на втором 5 этапе в качестве инструмента берутдиск из полимерного материала, при этом полирующий состав содержит 8 12 золя кремниевой кислоты, а давление на инструмент выбирают равным 10 10 - 30 кПа.2, Способ по п,1, отличающийсятем, что диск для второго этапа обработки выполнен из фторопласта,