張 弛

(中國電子科技集團公司第四十六研究所，天津300220)

倒角加工是SiC 單晶片加工的主要工序。受SiC 材料性質(zhì)的限制(莫氏硬度為9．2，僅次于金剛石)，選用金剛石砂輪進行倒角，根據(jù)晶片所需的形狀，可以將SiC 單晶片的倒角方法分為如圖1所示的兩種。因此，如何高精度、高質(zhì)量、低損傷地對SiC 晶體進行倒角，使之減少對后續(xù)加工的影響。

目前國內(nèi)使用的倒角設(shè)備主要有日本東京精密（TSK）的W-GM 系列倒角機和日本大圖電子（Daitron）的WBM 系列倒角機。倒角機設(shè)備使用的砂輪從制造方法上分主要有兩種類型：一種是電鍍法的砂輪；一種是燒結(jié)法的砂輪。電鍍法的砂輪主要是美國生產(chǎn)的Diamotec 和Nifec 等，燒結(jié)法的砂輪主要有日本的Asahi(SUN)、KGW 等。

圖1 R 形和T 形晶片邊緣輪廓

1 SiC 的邊緣倒角工藝

1.1 晶片倒角目的

SiC 晶片倒角是把切割好的晶片邊緣磨削成指定的形狀，防止在后續(xù)加工過程中晶片邊緣出現(xiàn)裂紋、崩邊及晶格缺陷的產(chǎn)生等[1]，提高晶片的機械強度和可加工性[2]。在后續(xù)工藝中，如果晶片不被倒角，在研磨和清洗工藝中，通過游輪和超聲波振動的作用會使晶片邊緣的裂紋向內(nèi)延伸容易使晶片破碎，在拋光工藝中，鋒利的晶片邊緣會給拋光布帶來劃傷，影響壽命[3]，也會影響拋光片的表面質(zhì)量，同時晶片倒角也是把晶錠外周滾圓產(chǎn)生的參考邊弧面去除控制參考邊長度和晶片直徑。

1.2 倒角過程中，影響邊緣質(zhì)量的因素

在晶片邊緣倒角時，影響到晶片邊緣質(zhì)量的因素很多，主要有主軸精度，Y 軸端跳，砂輪質(zhì)量等，當然一些加工工藝參數(shù)也會對晶片邊緣產(chǎn)生很大的影響，如切入量，接觸速度，砂輪轉(zhuǎn)速，吸盤轉(zhuǎn)速等。這些工藝參數(shù)以不同的方式影響著晶片邊緣倒角過程。晶片邊緣倒角后的崩邊情況是一個衡量晶片在后續(xù)工藝使用中可能產(chǎn)生破損的重要參數(shù)，很大程度上決定了磨削后的晶片能否在后續(xù)工藝中使用。崩邊程度常用在顯微鏡下檢測晶片邊緣磨削后形成不規(guī)則亮點的大小來衡量[4]。

1.3 SiC 倒角原理

倒角機用于對晶片邊緣進行磨削，晶片被真空吸附在吸盤上旋轉(zhuǎn)，其附近水平方向上有一高速旋轉(zhuǎn)砂輪，倒角時，吸盤帶動晶片緩慢靠近高速旋轉(zhuǎn)的砂輪，晶片和砂輪都圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)進行邊緣研磨如圖2所示，冷卻液噴射在磨削區(qū)域，從而實現(xiàn)邊緣倒角的目的。

圖2 晶片倒角示意圖

2 實驗

2.1 實驗裝置

實驗采用的機器為日本Daitron 公司生產(chǎn)的WBM-2200 倒角機，BX51M 微分干涉顯微鏡。

2.2 原材料

碳化硅單晶切割片，500#金剛石倒角砂輪。

2.3 實驗過程

整個實驗采用1 圈一次倒角的方式進行倒角，通過改變砂輪轉(zhuǎn)速、晶片切入量、吸盤轉(zhuǎn)速的工藝參數(shù)，觀察倒角后晶片邊緣狀況。實驗結(jié)果列于表1、表2及3。

表1 在不同切入量下進行邊緣倒角時晶片邊緣質(zhì)量

從表1可知，在微分干涉顯微鏡下觀察隨著切入量的增加崩邊和亮點數(shù)目增多（見圖3、圖4），說明切入量越大，機械作用越強，對倒角邊緣作用力越大，容易產(chǎn)生裂片和崩邊，所以在選用500#的砂輪時切入量在100 μm 左右比較合適。

圖3 切入量100 μm

圖4 切入量500 μm

表2 在不同砂輪轉(zhuǎn)速下進行邊緣倒角時晶片邊緣質(zhì)量

從表2可知，在微分干涉顯微鏡下觀察，隨著砂輪轉(zhuǎn)速的增大，邊緣質(zhì)量越好（見圖5、圖6）。這是因為，提高砂輪轉(zhuǎn)速，可以降低晶片在磨削時的受力，所以不僅提高了砂輪的使用壽命，也降低了磨削后在硅片上殘余的機械應(yīng)力和晶片磨削表面的粗糙度[2]，但砂輪轉(zhuǎn)速的提高，同樣也增加了磨削時產(chǎn)生的熱量，使磨削區(qū)的溫度升高，而溫度的升高，增加了磨削區(qū)域殘余的熱應(yīng)力，且溫度的升高，降低了砂輪金剛砂粒的硬度，也使磨粒與磨削材料之間產(chǎn)生擴散磨損和粘接磨損，使磨粒迅速鈍化，降低了砂輪的使用壽命，也使磨削時磨削表面出現(xiàn)淺坑或溝痕，增加了表面粗糙度。所以砂輪轉(zhuǎn)速既不能太高，也不能太低，在選用500# 砂輪時砂輪轉(zhuǎn)速在2 500 m/min 左右比較合適。

圖5 砂輪轉(zhuǎn)速1 000 m/min

圖6 砂輪轉(zhuǎn)速3 000 m/min

表3 在不同吸盤轉(zhuǎn)速下進行邊緣倒角時晶片邊緣質(zhì)量

從表3可知，在微分干涉顯微鏡下觀察，吸盤轉(zhuǎn)速越大，邊緣質(zhì)量越不好（見圖7、圖8）。說明吸盤轉(zhuǎn)速越大，磨削的去除率越高，但速度太高崩邊程度會越大。崩邊常出現(xiàn)在晶片表面與倒角邊緣交界處。經(jīng)過試驗，在選用500#的砂輪時，吸盤轉(zhuǎn)速在4 mm/s 左右比較合適。

圖7 吸盤轉(zhuǎn)速5 mm/s

圖8 吸盤轉(zhuǎn)速11 mm/s

3 結(jié) 論

SiC 邊緣倒角質(zhì)量需要考慮各方面因素，通過以上實驗我們得出，晶片邊緣質(zhì)量受到砂輪轉(zhuǎn)速影響，砂輪轉(zhuǎn)速越高，磨削效果越好，但砂輪的磨損也會越嚴重;吸盤轉(zhuǎn)速越高，磨削的去除率越高，但速度太高崩邊程度會越大。同樣，切入量大小也會影響晶片邊緣磨削后的崩邊情況，切入量越小晶片質(zhì)量越好。在選用500# 的砂輪時切入量在100 μm 左右比較合適，砂輪轉(zhuǎn)速在2 500 m/min 左右比較合適，吸盤轉(zhuǎn)速在4 mm/s左右比較合適。

[1]周永溶.半導(dǎo)體材料[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1992.

[2]苗利剛.硅片倒角工藝研究[J].科學(xué)論壇，2012(2)：49-50.

[3]張厥宗.硅單晶拋光片的加工技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4]黨蘭煥.基于DOE 優(yōu)化光學(xué)玻璃晶片邊緣磨削工藝[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2010(3)：228-232.