陶術(shù)鶴

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所 天津300220)

倒角砂輪使用壽命研究

陶術(shù)鶴

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所 天津300220)

在硅片倒角過(guò)程中，影響到硅片邊緣質(zhì)量的因素很多，主要是主軸精度、Y軸端跳、砂輪金剛石密度等。設(shè)備參數(shù)中切入量對(duì)倒角邊緣質(zhì)量影響也很大，切入量越小，邊緣質(zhì)量越好，硅片邊緣出現(xiàn)崩邊、亮點(diǎn)的幾率也越小。設(shè)備本身的冷卻水也很重要，當(dāng)冷卻水流量達(dá)到一定量時(shí)，降低砂輪與硅片接觸位置的表面溫度，進(jìn)而提高硅片邊緣的倒角質(zhì)量，同時(shí)延長(zhǎng)砂輪使用壽命。通過(guò)倒角砂輪使用實(shí)驗(yàn)，來(lái)確定影響砂輪使用壽命的因素有哪些，并對(duì)砂輪的選用給出建議。

砂輪倒角 轉(zhuǎn)速 去除量 切入量

0 引 言

硅片倒角的主要消耗品是砂輪，砂輪使用壽命的長(zhǎng)短又影響著成本的高低。因此如何選用砂輪是倒角加工的重要工作。選用一種合適的砂輪，在滿足客戶要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。本文對(duì)影響砂輪使用壽命的因素進(jìn)行了研究。

1 硅片倒角加工原理

硅片倒角是指把硅片切割后的銳利邊緣通過(guò)磨削修整成圓弧形，其目的是消除邊緣切割應(yīng)力，防止邊緣破裂及顆粒脫落。硅片邊緣鋒利的棱角、崩邊、裂縫等會(huì)給以后的表面加工和集成電路工藝帶來(lái)以下危害：硅片在加工和夾持過(guò)程中易產(chǎn)生碎屑，損傷硅片表面，損壞光刻掩膜，或滯留在光刻膠膜中，使圖形產(chǎn)生針孔等缺陷；在硅片熱加工(如高溫氧化、擴(kuò)散等)過(guò)程中，棱角、崩邊、裂縫處的損傷可能在硅片中產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)會(huì)通過(guò)滑移或增殖過(guò)程向晶體內(nèi)部傳播；棱角、崩邊、裂縫的存在還會(huì)影響勻膠質(zhì)量，容易造成光刻膠在硅片邊緣堆積；在外延工藝中，硅片邊緣的棱角、崩邊、裂縫的存在還會(huì)導(dǎo)致外延冠(硅片邊緣外延層厚度增大)的產(chǎn)生。因此，對(duì)特殊硅片進(jìn)行倒角是非常必要的。[1]本文對(duì)硅片倒角加工工藝進(jìn)行了研究和分析。

倒角作業(yè)時(shí)，硅片被固定在可旋轉(zhuǎn)的真空吸盤(pán)上，在其邊緣方向有一高速旋轉(zhuǎn)的金剛石砂輪。硅片邊緣與磨輪接觸并做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而被磨削達(dá)到預(yù)計(jì)的邊緣輪廓。[1]

隨著砂輪的連續(xù)使用，砂輪槽會(huì)有一定的磨損，繼而發(fā)生形變或者損壞，都會(huì)對(duì)硅片質(zhì)量產(chǎn)生影響。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)幾個(gè)可能會(huì)影響砂輪使用壽命的因素進(jìn)行確認(rèn)，并對(duì)砂輪的使用給出建議，包括選用合適的砂輪、砂輪轉(zhuǎn)速的高低、冷卻水流量、切入量多少、去除量。

2 影響砂輪使用壽命的因素

目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體材料加工廠家使用的設(shè)備大多是日本東京精密WGM-4200和大途株式會(huì)社的WBM-2200倒角機(jī)，普遍采用8英寸倒角砂輪。

以 WGM-4200為例，該設(shè)備主軸精度高，硅片加工過(guò)程中磨削損傷較低，采用了非接觸測(cè)量系統(tǒng)，平穩(wěn)擺正硅片；加工前后分別進(jìn)行厚度和缺口深度及直徑的測(cè)量；自動(dòng)化程度高、精度高、效率高，較適合批量生產(chǎn)加工。磨輪是硅片倒角加工中的一種主要材料，因此如何選用磨輪是倒角加工的一項(xiàng)重要工作。選用合適的磨輪，在滿足客戶要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。倒角作業(yè)時(shí)，磨輪旋轉(zhuǎn)速度通常為 3,500～6,000,r/min或更高。影響砂輪使用壽命的因素可能有很多，除上文介紹的因素還包括：主軸精度、Y軸端跳、砂輪金剛石密度。[2]

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 設(shè)備和儀器

WBM-2200倒角機(jī)，XY-1510影像測(cè)量?jī)x。

3.2 原材料及砂輪

4英寸硅切割片，厚度為 300±20,μm，槽半徑為 127,μm金剛石鋼制砂輪。

3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

通過(guò)不同加工條件下的硅片進(jìn)行倒角，分別在3,000,m/min (4,702,r/min)、3,500,r/min(5,485)的砂輪轉(zhuǎn)速下進(jìn)行倒角，做出比較數(shù)據(jù)，觀察邊緣質(zhì)量進(jìn)行比較，確認(rèn)影響砂輪使用壽命的因素。

4 結(jié)果與討論

4.1 不同條件下進(jìn)行倒角

分別在 3,000,m/min(4,702,r/min)、3,500,m/min(5,485)的砂輪轉(zhuǎn)速下進(jìn)行倒角，做出比較數(shù)據(jù)。通過(guò)觀察倒后硅片邊緣質(zhì)量，判斷槽是否損壞，如果損壞即做換槽處理。通過(guò)不完全統(tǒng)計(jì)，提高轉(zhuǎn)速之前，即 3,000,m/min時(shí)，每槽平均倒片數(shù)為5,000片左右，提高轉(zhuǎn)速后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 轉(zhuǎn)速提高后的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Tab.1 Statistical resuts after the increasing of rotation speed

由表1數(shù)據(jù)可知，提高轉(zhuǎn)速后，即3,500,m/min時(shí)，每槽平均倒片數(shù)為7,513片，倒片數(shù)有顯著提高。

設(shè)備參數(shù)中切入量對(duì)倒角邊緣質(zhì)量影響也很大，切入量越小，邊緣質(zhì)量越好，硅片邊緣出現(xiàn)崩邊、亮點(diǎn)的幾率也越小。設(shè)備本身的冷卻水也很重要，降低砂輪與硅片接觸位置的表面溫度，進(jìn)而提高硅片邊緣的倒角質(zhì)量，同時(shí)延長(zhǎng)砂輪使用壽命。通過(guò)一段時(shí)間的觀察，冷卻水流量達(dá)到一定程度時(shí)才能取得較好的邊緣質(zhì)量，即冷卻水流量不小于 3,L/min。由此可知，加大冷卻水流量，能把因磨削而產(chǎn)生的熱量降低，降低砂輪槽表面溫度，同時(shí)將槽內(nèi)的硅粉也及時(shí)沖掉，進(jìn)而增加砂輪的使用壽命。同時(shí)，減少切入量也能實(shí)現(xiàn)增加砂輪使用壽命的作用。

4.2 主軸端跳

砂輪在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，不銹鋼制砂輪與主軸產(chǎn)生的共振較鋁制砂輪大，因而產(chǎn)生軸和端跳。主軸端跳既影響硅片倒角邊緣質(zhì)量，又影響砂輪使用壽命。在加工過(guò)程中，考慮到鋁制砂輪離心力較小，產(chǎn)生共振時(shí)主軸端跳也小。所以，鋁制砂輪在全自動(dòng)倒角設(shè)備上應(yīng)用較多。

4.3 雙槽多次倒角

采用雙槽多次倒角，粗倒時(shí)可用金剛石顆粒密度較小的槽，金剛石顆粒密度越小，槽越耐用；而精倒時(shí)可用金剛石顆粒密度較大的槽，減小去除量?？蛇M(jìn)行多次倒角以減小每圈的去除量。硅片倒角過(guò)程形成的不平滑邊緣現(xiàn)象，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)分析，可推測(cè)出是砂輪的磨損對(duì)邊緣造成不平滑現(xiàn)象。在倒角加工工藝中，硅片進(jìn)行多次倒角，而每次倒角去除量不同，邊緣形成的圓弧也不同。

在堿腐蝕后，硅片倒角邊緣出現(xiàn)黑點(diǎn)和黑邊，參考面下肉眼可見(jiàn)的“條狀反光紋”就是藏污納垢的地方。硅片研磨后，殘留的研磨液未被清洗干凈，研磨液中的懸浮劑殘留在粗糙的條狀紋中，遇高溫膠狀體會(huì)吸收臟污而形成黑點(diǎn)。也有可能是從腐蝕槽中出來(lái)后，長(zhǎng)時(shí)間未被水稀釋?zhuān)蛘吖杵ɑ@的支撐處含有高濃度的堿液造成的。經(jīng)試驗(yàn)分析，選擇降低倒角邊緣粗糙度，即選用砂輪金剛石顆粒密度較大的砂輪，進(jìn)而形成質(zhì)量較好的平滑邊緣。有人認(rèn)為，砂輪粗倒槽的槽半徑應(yīng)大于細(xì)倒槽的槽半徑。[3]這就要設(shè)計(jì)砂輪圖紙來(lái)提高砂輪使用壽命，并保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文從原理上討論了硅片倒角的砂輪使用過(guò)程，并對(duì)影響砂輪使用壽命的因素進(jìn)行了分析。通過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)砂輪轉(zhuǎn)速及冷卻水流量、切入量對(duì)砂輪的使用壽命有很大影響，采用雙槽多次倒角，粗倒時(shí)可用金剛石顆粒密度較小的槽，金剛石顆粒密度越小，槽越耐用，而精倒時(shí)可用金剛石顆粒密度較大的槽，減小去除量?？蛇M(jìn)行多次倒角以減小每圈的去除量。此外，砂輪的選用及設(shè)計(jì)對(duì)提高砂輪使用壽命也有很大作用?！?/p>

［1］ 康自衛(wèi)，王麗. 硅片加工技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［2］ 楊樹(shù)文. 硅片倒角機(jī)磨削系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué)，2006.

［3］ 李戰(zhàn)國(guó)，苗利剛，周濤. 硅片倒角磨輪的研究[J]. 科協(xié)論壇，2012(5)：54-55.

On Service Life of Chamfering Wheel

TAO Shuhe
(China Electronics Technology Group Corporation No.46 Research Institute，Tianjin 300220，China)

In the process of wafer chamfer，there are many factors affecting the quality of wafer edges，mainly including spindle precision，Y axis end jump and diamond grinding wheel density．For equipment parameters，entry amount also affects the quality of edge chamfering．The less the entry amount is，the better the quality of small edge will be and the less wafer edge chipping and bright spot will appear．Cooling water of the device itself is also very important．When the flow rate of cooling water reaches a certain value，reduce the surface temperature of the contact position between grinding wheel and wafer to improve the quality of wafer edge and prolong service life of the grinding wheel．Through an application experiment of chamfering wheel，factors affecting the use life of the wheel were determined and suggestions on wheel selection were proposed.

grinding wheel；chamfering rotate speed；removal amount；cut in quantity

TH162+.0

A

1006-8945(2015)09-0039-02

2015-08-09