Í framleiðslu á hálfleiðara oblátum er mala grundvallaratriði en samt mikilvægt ferli. Allt frá þynningu á bakhlið eftir að kísilhleifar hafa verið skornar í sneiðar til að fjarlægja yfirborðsskemmdalög úr undirlagsefnum, hvert tilvik um að fjarlægja efni og þykktarstýringu byggist á flokki af keramikslípplötum sem auðvelt er að gleymast en samt sem áður nauðsynlegum keramikhlutum. Þær ráða kannski ekki sviðsljósinu eins og steinþrykkvélar, né eru þær jafn-þekktar sem ætarar, en samt þjóna þær sem kjarnapallur sem ber oblátur við slípun. Nákvæmni þeirra, stöðugleiki og hreinleiki ákvarðar beint vinnslugæði og endanlega afrakstur flísanna.
I. Hvers vegna þarf að "keramfesta" malaplötur?
Kjarnaverkefni malaferlisins eru: að fjarlægja sagarmerki og skemmdalög af sneiða flötinni, stjórna einsleitni oblátþykktar og gera við aflögun af völdum skurðar. Eins og flís ferli hnúður halda áfram að skreppa saman, hafa kröfur um flatneskju yfirborðs fleti farið inn á nanómetra sviðið; samtímis hefur iðnaður-breiður umskipti úr 8 tommu í 12 tommu diska aukið verulega vinnsluerfiðleika.
Hefðbundnar malaplötur eru að mestu gerðar úr steypujárni eða málmefnum. Meðan á malaferlinu stendur er þeim hætt við að losa frjálsar málmjónir, sem valda yfirborðsmengun á skífunum. Þar að auki hafa málmplötur mikla slithraða og lélega nákvæmni varðveislu, sem gerir þær óhæfar til að uppfylla kröfur um ofur-nákvæmni vinnslu stórra-þvermálsdiska. Í samanburði við málmslípuplötur bjóða keramikmalaplötur upp á umtalsverða kosti:
01 Ofur-há hörku og slitþol
Hörku keramik er mun meiri en hefðbundinna málmefna. Þessi mikla hörku tryggir afar lágt yfirborðsmissi plötunnar við langvarandi notkun, sem gerir plötunni kleift að viðhalda yfirborðsástandi sínu og vinnslu nákvæmni og lengja í raun skiptiferli rekstrarvara.
02 Engin ókeypis málmjónamengun
Hár-súrál, kísilnítríð og önnur keramik eru byggð á oxíð- eða nítríðfylki. Meðan á malaferlinu stendur losa þeir ekki frjálsar málmjónir, og forðast í raun oblátamengunarvandamál sem tengjast málmplötum. Þetta einfaldar ekki aðeins síðari hreinsunarskref heldur stuðlar það einnig að bættri vöruuppskeru.
03 Framúrskarandi hitafræðilegur víddarstöðugleiki
Slípunaraðgerðir mynda töluverðan núningshita. Keramikefni hafa lága varmaþenslustuðla og mikla teygjanleika, sem gerir þau ónæm fyrir hitauppstreymi við mikinn-slípunaraðstæður. Þeir geta viðhaldið mikilli flatneskju yfir langan tíma, sem tryggir einsleitni oblátþykktar.
04 Gerir mjög mikla vinnslusléttleika
Með því að nýta mikla stífni keramikefna og háþróaðrar nákvæmni vinnslutækni, er hægt að stjórna flatleika hágæða keramikslípplatna á míkron eða jafnvel undir-míkron stigi- sem er afgerandi trygging fyrir því að ná framúrskarandi flatarmáli yfirborðs eftir þynningu obláta.
II. Helstu keramikefni til að mala plötur og notkunarsviðsmyndir þeirra
Mismunandi mölunaraðstæður (stærð obláta, undirlagsefni, vinnslunákvæmni o.s.frv.) setja mismunandi kröfur um malaplötuefni. Eins og er eru fjórar tegundir af keramikefnum aðallega notaðar á hálfleiðara sviði:
01 Súrál keramik
Það býður upp á jafna heildarafköst og stjórnanlegan kostnað, súrál er mest notaða malaplötuefnið, aðallega hentugt fyrir gróft og fínt malaferli á flestum 8 tommu og smærri kísilskífum. Vickers hörku þess er um það bil 15–18 GPa, beygjustyrkur 300–450 MPa og varmaþenslustuðull um 7×10⁻⁶/K.
02 Silicon Nitride Keramik
Með beygjustyrk sem nær 700–1000 MPa og brotseigu upp á 6–8 MPa·m¹/², er kísilnítríð ónæmt fyrir sprunguútbreiðslu undir álagi og sýnir framúrskarandi slitþol. Hitaþenslustuðull hans, um það bil 3,5×10⁻⁶/K, passar mjög vel við kísilþynningarstuðul, sem gerir það sérstaklega hentugur fyrir nákvæmni þynningu á 12-tommu stórum-þvermáls kísilþvermáli, sem og hörðum slípunarferlum fyrir þriðju kynslóðar hálfleiðarakartríde og kísilkartríde.
03 Zirconia keramik
Með brotseigu sem nær 7–10 MPa·m¹/² og framúrskarandi efnafræðilegan stöðugleika, hefur sirkonið aðeins lægri hörku en súrál og kísilkarbíð. Það er almennt notað í aukahlutum eins og festihringjum og þrýstihringjum í malabúnaði. Þessir íhlutir eru í langvarandi snertingu við malandi slurry og geta orðið fyrir höggi; Hár hörku og efnafræðilegur stöðugleiki zirconia kemur í veg fyrir brot á áhrifaríkan hátt og forðast oblátamengun.
04 Kísilkarbíð keramik
Meðal fjögurra efna er kísilkarbíð með hæstu hörku, með Vickers hörku 23–28 GPa og framúrskarandi slitþol. Varmaþenslustuðull þess er um það bil 4×10⁻⁶/K, sem samsvarar í meginatriðum kísildiskum, sem tryggir ekki hitauppstreymi við há-slípun, sem gerir það að valiefni fyrir há-slípun. Í sjálfsmölunarferlum fyrir hvarfefni kísilkarbíðs, bjóða slípiplötur af sama efni upp á hörkusamhæfni og efnasamhæfi sem forðast mengun sem hugsanlega stafar af ólíkum efnum og veita einstaka ferlisamhæfni.
III. Tæknilegar áskoranir
Í hagnýtum forritum eru keramikslípplötur oft með mannvirki eins og lofttæmandi soghol, rifur og staðsetningarþrep, sem krefjast mjög mikillar vinnslu nákvæmni. Framleiðsla þeirra felur í sér marga tæknilega flöskuhálsa:
01 Samræmisstýring fyrir stóra þvermál
Malaplötur fyrir 12-tommu oblátur eru venjulega yfir 300 mm í þvermál, en sumar forskriftir ná 800 mm. Við mótun og há-hitunarhrun verða keramikduftþjöppur fyrir ó-jafnri rýrnun á mismunandi svæðum, sem leiðir til skekkju, aflögunar eða jafnvel sprungna. Núverandi almennar lausnir fela í sér: að nota kalda ísóstatíska pressun til að ná háum-þéttleika samræmdum þjöppum (sem beita þrýstingi jafnt úr öllum áttum til að forðast þéttleikahalla sem valda mismunasamdrætti), ásamt sundri hitastýrðri sintun og kynningu á sintunarhjálpum til að stuðla að jöfnum kornavexti.
02 Ofur-nákvæm vinnsla
Sléttleiki, samsíða og yfirborðsgrófleiki slípiplatna ákvarða beint gæði oblátsvinnslu. Vegna mikillar hörku keramik, þarf sérhæfð ofur-slípiverkfæri og nákvæmar vélar til að stjórna flatneskju á míkron eða undir-míkron stigi. Almennt vinnsluflæði er: grófslípa → fínslípun → slípa → fægja, með kjarnabúnaði þar á meðal há-nákvæmni yfirborðsslípun og tvöfalda-hliða slípu/fægja vélar.
03 Efnishreinleikaeftirlit
Snefilóhreinindi úr málmi geta borist yfir á yfirborðið við slípun og valdið göllum. Almennt þarf að hreinleika dufts sé yfir 99,99%. Hertuferlið notar há-deiglur, vinnslustigið notar demantverkfæri og afjónað vatnskælivökva og málmleifar á yfirborði plötunnar eru skoðaðar reglulega.
Auk framleiðsluferla er rétt viðhald við raunverulega notkun á keramik mala plötum jafn mikilvægt. Eftir langvarandi notkun er hætt við að plötur verði fyrir yfirborðsglerjun og gróp stífla. Samkvæmt reynslu iðnaðarins getur regluleg klæðning á yfirborði plötunnar með demantskómum, ásamt háþrýsti-afjónuðu vatni eða úthljóðshreinsun á rifum, lengt endingartíma keramikplata um 30%–50%.