Алмазосодержащее корпусное устройство для резки полупроводниковых пластин

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕЕ КОРПУСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН(71) Заявителиь Учреждение Белоруского государственного университета Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Научно-производственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-СО(72) Авторы Антипов Михаил Николаевич Васильев Валерий Лукич Гаевская Татьяна Васильевна Гайдук Илья Леонидович Ковальчук Геннадий Филиппович Цыбульская Людмила Сергеевна(73) Патентообладатели Учреждение Белорусского государственного университета Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Научнопроизводственное республиканское унитарное предприятие КБТЭМ-СО(57) Алмазосодержащее устройство для резки полупроводниковых пластин из кремния или материалов группы А 3 В 5 на кристаллы, включающее корпус и сформированное на нем по периферии методом электрохимического осаждения многослойное алмазосодержащее режущее лезвие, состоящее из внешних слоев с алмазными зернами размера 4/2 мкм в никельсодержащей матрице и внутреннего слоя с алмазными зернами в никелевой матрице,12211 1 2009.08.30 отличающееся тем, что никельсодержащая матрица внешних слоев выполнена из сплава никель-железо, внутренний слой содержит алмазные зерна размера 6/4 мкм, а его никелевая матрица дополнительно содержит ультрадисперсные алмазы с размерами зерен 4-10 нм,при этом толщина каждого внешнего слоя составляет не более двух размеров содержащегося в нем алмазного зерна, а толщина внутреннего слоя - не менее двух размеров содержащегося в нем алмазного зерна. Изобретение относится к изготовлению корпусного алмазного инструмента для прецизионной резки полупроводниковых пластин из кремния и материалов группы А 3 В 5 и может быть использовано для получения сверхтонких алмазосодержащих лезвий, обеспечивающих симметричный, с минимальной шириной и сколами рез, для высокопроизводительного и качественного разделения полупроводниковых пластин на кристаллы. Известно, что методом электрохимического осаждения могут быть изготовлены тонкие алмазосодержащие лезвия (толщиной, равной толщине алмазоносного слоя) на корпусе из металлизированного диэлектрика посредством последовательного нанесения компенсационного слоя меди, алмазосодержащего слоя никеля, удаления части корпуса металлизированного диэлектрика по его периферии и удаления слоя меди 1. Такие устройства представляют собой корпусные тонкие лезвия дисков, состоящие из одного алмазосодержащего никелевого слоя. В настоящее время они не удовлетворяют современным требованиям к алмазному инструменту. При разделении полупроводниковых пластин такими дисками ширина реза составляет величину более (20) мкм (где- толщина лезвия диска),а величина сколов - более 10 мкм, при требуемых ширине реза - не более (10) мкм и величине сколов - не более 5 мкм. Наиболее близким по сути к заявляемому объекту является алмазный инструмент, состоящий из наружного слоя с более мелким алмазным зерном (2-4 мкм) максимальной толщиной 0,3-0,5 мм и внутреннего слоя с размерами алмазных зерен 4-8 мкм и максимальной толщиной слоя 1-1,2 мм (минимальная толщина не указана) 2. Такая конструкция режущего инструмента позволяет несколько улучшить качество реза и увеличить производительность разделения, но получаемые при этом величины ширины реза и сколов не достигают значений, обеспечивающих современные требования к резке полупроводниковых материалов. Задачей изобретения является создание корпусного алмазосодержащего устройства,которое при сверхтонкой толщине лезвия (не более 30 мкм) обеспечивало бы высококачественное и производительное разделение полупроводниковых пластин из кремния и материалов группы А 3 В 5 на кристаллы при ширине реза не более (10) мкм и обладало бы повышенной износостойкостью. Поставленная задача достигается тем, что алмазосодержащее устройство для резки полупроводниковых пластин на кристаллы включает корпус и сформированное на нем по периферии методом электрохимического осаждения многослойное алмазосодержащее режущее лезвие, состоящее из внешних слоев с алмазными зернами размера 4/2 мкм в никельсодержащей матрице и внутреннего слоя с алмазными зернами в никелевой матрице. Никельсодержащая матрица внешних слоев выполнена из сплава никель-железо, внутренний слой содержит алмазные зерна размера 6/4 мкм, а его никелевая матрица дополнительно содержит ультрадисперсные алмазы с размерами зерен 4-10 нм. Толщина внешнего слоя составляет не более двух размеров содержащегося в нем алмазного зерна, толщина внутреннего слоя - не менее двух размеров содержащегося в нем алмазного зерна. Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид алмазосодержащего корпусного устройства для резки полупроводниковых пластин (корпус 1) и поперечное сечение режущего слоя (А), содержащего внешний слой 2 и внутренний слой 3. 2 12211 1 2009.08.30 Внешняя никельсодержащая матрица представляет собой композиционное покрытие никель-железо-алмаз (15-25) толщиной, не превышающей двух размеров алмазного зерна, используемого при его осаждении ( 4-8 мкм), нанесенное методом электрохимического осаждения из водного раствора-суспензии при температуре 25-30 С, катодной плотности тока 2,0-2,5 А/дм 2. Внутренний слой никельсодержащей матрицы представляет собой композиционное покрытие никель-алмаз-ультрадисперсный алмаз (0,4-0,6 УДА) толщиной не менее двух размеров алмазного зерна, используемого при его осаждении ( 8-12 мкм), нанесенное методом электрохимического осаждения из водного раствора-суспензии при температуре 40-50 С и катодной плотности тока 2,0-3,0 А/дм 2 (фигура). Изготовление алмазосодержащего устройства для резки полупроводниковых пластин из кремния и материалов группы А 3 В 5 по данному изобретению включает следующие операции изготовление корпуса из сплава алюминия Д 16 электрохимическое осаждение тонкого слоя меди для обеспечения хорошего качества сцепления последующих нанесенных алмазосодержащих слоев электрохимическое осаждение внешнего алмазосодержащего слоя на металлической связке из сплава никель-железо с размерами алмазных зерен 4/2 мкм электрохимическое осаждение внутреннего алмазосодержащего слоя на металлической связке из никеля и УДА с размерами алмазных зерен 6/4 мкм электрохимическое осаждение внешнего алмазосодержащего слоя на металлической связке из сплава никель-железо с размерами алмазных зерен 4/2 мкм удаление части корпуса из алюминия по его периферии травление (вскрытие) лезвия режущего инструмента. Предложенное нами алмазосодержащее корпусное устройство для прецизионной резки полупроводниковых пластин из кремния и материалов группы А 3 В 5 обеспечивает разделение пластин с уменьшенной шириной дорожек разделения, позволяет получить минимальную ширину дефектной зоны разделения (ширину реза и сколы) полупроводниковых пластин, уменьшает износ инструмента, увеличивает производительность резки(таблица). Получение металлической связки внешнего слоя режущего инструмента достигается посредством электрохимического осаждения композиционного покрытия из сплава никель-железо (15-25) и алмазного микропорошка дисперсности 4/2 мкм. Микротвердость связки составляет 3500-4000 МПа, износостойкость - 0,3-0,4 мг/м в условиях сухого трения. Максимальная толщина внешнего слоя не должна превышать двух размеров зерен алмазного порошка, т.е.4-8 мкм. Получение связки из никеля и УДА - внутреннего слоя режущего инструмента - достигается посредством электрохимического осаждения композиционного покрытия на основе никеля, алмазного микропорошка дисперсности 6/4 мкм и ультрадисперсного алмаза с размерами зерен 4-10 нм. Внутренняя никелевая связка содержит 0,4-0,6 УДА, ее микротвердость составляет 4000-5000 МПа, износостойкость - 0,1-0,2 мг/м в условиях сухого трения. Толщина внутреннего слоя должна быть не менее двукратного размера зерен, используемого алмазного микропорошка, т.е. составлять 8-12 мкм. Пример конкретного выполнения. Для изготовления корпуса использовали сплав алюминия Д 16 с наружным диаметром 56 мм, посадочным диаметром 19,05 мм. На плоской поверхности корпуса выделяли участок поверхности, ограниченный наружным диаметром корпуса и внутренним диаметром 48 мм. На эту ограниченную поверхность наносили методом электрохимического осаждения слой меди толщиной 2-3 мкм из электролита состава 1, г/л медь сернокислая пятиводная 80-90 калий фосфорнокислый пиро 350-370 3 рН 8,5. Режим осаждения температура 50-55 С катодная плотность тока 2,5 А/дм 2 время осаждения 5-7 мин. Далее осаждали внешний слой композиционного покрытия никель-железо-алмаз толщиной 4-8 мкм из электролита состава 2, г/л никель сернокислый семиводный 100-110 никель хлористый шестиводный 70-80 железосернокислое семиводное 10-20 борная кислота 30-40 натрий лимоннокислый 3-замещенный 3-5 сахарин 1,5-2,0 алмазный порошок дисперсности 4/2 мкм 20 вода до 1 л. рН 2,5-3,0. Режим осаждения температура 25-30 С катодная плотность тока 2,0-2,5 А/дм 2 время осаждения 15-25 мин. Композиционное покрытие внутреннего слоя никель-алмаз-ультрадисперный алмаз толщиной 8-12 мкм наносили из электролита состава 3, г/л никель сернокислый семиводный 200-400 никель хлористый шестиводный 15-80 борная кислота 25-40 сахарин 0,5-2,0 ультрадисперсный алмаз (размер 4-10 нм) 0,1-0,3 алмазный порошок дисперсности 6/4 мкм 20 вода до 1 л. рН 4,0-4,5. Режим осаждения температура 40-50 С катодная плотность тока 2,0-3,0 А/дм 2 скорость осаждения 0,6-1,0 мкм/мин время осаждения 20-30 мин. Композиционное покрытие внешнего слоя никель-железо-алмаз толщиной 4-8 мкм наносили из электролита состава 2 и при приведенных для него режимах осаждения. После нанесения многослойного покрытия методом электрохимического осаждения механическим путем удаляли материал алюминиевого корпуса на глубину 600 мкм по радиусу. Полученное лезвие инструмента сначала обрабатывали в растворе состава 4(снимали остатки алюминиевого корпуса), г/л натрия гидроксид 150 вода до 1 л. Температура 60 С. Время 9-10 мин. Затем лезвие диска обрабатывали в растворе состава 5 (снимали медное покрытие),г/л трехокись хрома 750-800 серная кислота 7-9 4 Режим травления температура 20 С время 4-5 мин. И, наконец, вскрытие алмазных зерен лезвия диска осуществляли в растворе состава 6, мл/л серная кислота 75 фосфорная кислота 200 вода до 1 л Температура 60 С. Время 6-7 мин. Изготовленное алмазосодержащее устройство для резки полупроводниковых пластин из кремния и материалов группы А 3 В 5 эксплуатировалось на установке ЭМ-225 при скорости вращения 30000 об./мин, глубине резки полупроводниковых пластин 450 мкм. Полученные результаты по техническим характеристикам устройства, качеству разделения полупроводниковых пластин на кристаллы, его производительности приведены в таблице. Из данных таблицы видно, что предложенное нами алмазосодержащее устройство позволяет уменьшить ширину реза при разделении полупроводниковых пластин до (10) мкм,уменьшить величину сколов с планарной стороны полупроводниковых пластин до 5 мкм,увеличить износостойкость инструмента на 10-15 , увеличить производительность резки на 10 . Технические характеристики корпусного алмазосодержащего устройства для резки полупроводниковых пластин из кремния и материалов группы А 3 В 5 Технические характеристики Ширина реза при разделении полупроводниковых пластин, мкм Величина сколов с планарной стороны полупроводниковой пластины, мкм Износостойкость устройства (совокупная длина реза до полного износа лезвия), м Величина рабочей подачи, мм/с Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5