Способ шлифования сапфировой вафли Советский патент 1984 года по МПК B24B7/22 

Изобретение относится к способам шлифования монокристаллических сапфировых вафель, используемых в полупроводниковых приборах. Монокристаллические сапфиры имеют гексагональную кристаллическую струк туру. Поверхность сапфировой вафли обычно шлифуют, закрепляя вафли в вафеледержателе, сообщая последнему прямолинейное возвратно-поступательное движение вращающимся шлифовальным кругом. Ориентация вафли выбирается так, чтобы ориентирующая лыска была параллельна направлению шлифования П Используется также произвольная ориентация среза относительно направ ления шлифования. Однако сапфировые вафли, шлифованные этими способами, часто оказываются в целом заметно искривленными что приводит к различным затруднениям при установке на них полупроводни ковых приборов, возникает, в частнос ти, смещение маски. Целью изобретения является уменьшение искривления отшлифованной ваф ли. Для достижения поставленной цели обработку установленной на столе станка вафли периферией шлифовального кр га ведут таким образом, что частицы инструмента перемещаются в направлении наклона слоей сапфировой вафли с отклонением i 35 . На фиг. 1 показана структура сапфировой вафли; на фиг. 2-4 - характер и величины искривления вафли при шлифовании ее в различных направлениях; на фиг. 5 - направления шлифования вафли при выполнении экспериментов; на фиг. 6 - соотношение между направлением шлифования и величиной искривления-, на фиг. 7-9 варианты шлифования сапфировой вафли Сапфировые вафли для полупроводни ковых приборов изготовляются таХ, что ряд плоскостей 1 (фиг. 1) атомной решетки ориентирован параллельно и поперек вафли под углом наклона к плоской поверхности 2, равным 57,6°. Границы одной из этих плоскостей 1 обозначены позицией 3. Если считать плоскости 1 слоями, то направление., обозначенное на фиг. Г стрелкой А, указывает направление , в котором слои обычно наклонены к плоскости 2. В дальнейшем это направление будет называться нормальным направлением наклона слоев, под которым подразумевают и направления, отклоненные от стрелки А под углами 135°. Для удобства направления, отклоненные от стрелки А под больщим углом, будут называться противоположными наклону слоев . При обработке, если частицы вращающегося шлифовального круга перемещаются в направлении нормального наклона слоев, то искривление вафли минимально. Для подтверждения этого образцы сапфировых вафель шлифовались в обычном направлении, параллельном ориентирующей лыске, т.е. в направлении, ориентированном под углом 45 к направлению нормального наклона слоев;в направлении наклона слоев и в направлении, противоположном направлению наклона слоев. Величина искривления отшлифованных образцов вафли измерялась с обратной стороны вафли. В .тех случаях, когда вафля шлифовалась в обычном направлении -(фиг. 2), ее искривление достигало 75 мкм. Кроме того, вафля приобретала неправильную форму. Этот недостаток, по-видимому, связан с тем, что шлифование выполнялось в направлении, противоположном наклону слоев, что приводило к заметному повреждению вафли и появлению микротрещин большой глубины и плотности, а также к значительным остаточным напряжениям. В тех случаях, когда образцы шлифовались в направлении, противоположном направлению нормального наклона слоев (фиг. 3), прогиб вафли достигал 80 мкм, хотя форма искривления не была неправильной, как в предащущем варианте. Если образцы сапфировых вафель шлифовались в направлении нормального наклона слоев (фиг. 4)., прогиб отшлифованной сапфировой вафли составлял гораздо меньшую величину (40 мкм), чем в двух предыдущих случаях. Кроме того, вафля Не имела неправильной формы. Образцы сапфировых вафель шлифовались также в девяти направлениях, обозначенных буквами латинского алфавита от е до m (фиг. 5). Проводилось сравнение величин искривлений отшлифованных сапфировых вафель. На фиг. 5 стрелка А показьгоает направ- . ление нормального наклона слоев. Шли31фовались девять образцов сапфировых вафель толщиной 235 мкм и девять обРазцов толщиной 350 мкм. Результаты приведены на фиг. 6. Видно, что при выполнении шлифования в направлении нормального наклона слоев (в направлениях е и f) прогиб вафель оказывается заметно меньше, чем при шлифовании в направлении, противоположном наклону слоев. Соответственно вафли с наименьшим прогибом получают при шлифовании в направлении нормального наклона слоев. ,Для решшэации способа держатель саяфировс вафли 5 устанавливается на рабочий стол 6 и приводится в прямолинейное возвратно-поступательное движение в направлении, указанном стрелкой. Е. Са11фировая вафля 5 прижимается к поверхности вафледержателя 4 таким образом; чтобы частицы вращающегося шлифовального кам- ня перемещались под определенньм углом к нормальному наклону слоев сапфировой вафли 5. Шлифовальный круг 7 вращающийся в направлении стрелки F, вводится в контакт с поверхностью вафли 5. Поскольку круг 7 вращается с гораздо более высокой скоростью, чем скорость линейного возвратно-пос тупательного движения вафпедергасателя 4, частиЩ) круга 7 всегда двикутся в направлении нормального наклона слоев сапфировой вафли 5, независимо от того, смещается ли вафля в направлении от круга или к нему. Сапфировая вафля 5 может крепиться к держателю 4 вакуумом. 64 На фиг. 8 показан другой вариант осуществления данного способа, в котором могут одновременно шлифоваться несколько вафель 5. И в этом слу- чае все сапфировые вафли укрепляются на рабочем столе 8 так, что частицы вращающегося шлифовального круга движутся в направлении нормального наклона слоев. При этом ориентировочная лыска 9 каждой сапфировой вафли 5 расположена под углом 45° к направленш) шлифования. На фиг. 9 показан пример обработки сапфировой вафпи 5 двумя кругами. Верхняя плоскость вафли обрабатьгоается коническим шлифовальным кругом 10, а нижняя - плоским шлифовальным кругом 11. При этом конический круг должен иметь достаточно длинную образующую, а сапфировая вафля устанавливается в точке, удаленной от вершины круга. Тогда можно считать, что образующая круга tO перемещается параллельно поверхности сапфировой вафли 5. Образующая конического круга 10 должна двигаться в направлении нормального наклона слоев сапфировой вафли 5. Тогда нижняя плоскость 5 будет Шлифоваться в направлении нормального накльна слоев при встречном вращении плоского круга. Третий вариант осуществления предлагаемого способа позволяет шлифовать одновременно обе плоскости сапфиророй вафли в направлении нормального наклона слоев.

аЮСОБ ШЛИФОВАНИЯ САПФИРОВОЙ ВАФЛИ, при котором изделие устанавливают на стол станка, a обработку ведут периферией шлифовального круга, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искривления отшлифованной вафли, абразивные частицы инструмента перемещают в направлении наклона слоев сапфировой вафли с отклонением не более i 35 . П & е

WOO fpOHUt HO я fftint/ft Ориентация/.s . tS 4 Нормали Угол I нвемаI нов МО/r0ef/ffw/e ftaMKtwr ISOfi 235Mj(fL 90 (pui.S HcHffpHCfffbwe значение Mffгруженаягранитная WMU H(rtjpaefff i90 Hue про- I ти$оположноё наклону