超薄硅片倒角工藝研究

孫　潔

(中國電子科技集團公司第四十六研究所，天津300220)

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超薄硅片倒角工藝研究

孫潔

(中國電子科技集團公司第四十六研究所，天津300220)

摘要：在硅片加工的前期工程中,由于切割成型的硅片存在著邊緣崩口、裂紋、應(yīng)力集中等物理特性差的現(xiàn)象,需用倒角機來對硅片進行邊緣磨削加工,以改善硅片的物理性能，隨著硅片厚度的減小，硅片邊緣越來越容易出現(xiàn)崩邊，碎片率也逐漸提升，砂輪壽命也在逐漸降低，硅片的倒角技術(shù)逐漸變?yōu)橐粋€難題。本文通過對砂輪轉(zhuǎn)速、吸盤轉(zhuǎn)速的改變來開展工藝試驗，當加工超薄硅片時適當減小砂輪轉(zhuǎn)速，可明顯提高硅片邊緣倒角質(zhì)量；吸盤轉(zhuǎn)速一般穩(wěn)定在15 mm/s左右時，加工速率相對比較高，邊緣質(zhì)量也會得到最大程度的保證。

關(guān)鍵詞：倒角；硅片；砂輪；成品率

硅片倒角（Edge Grinding）加工的目的是要消除硅片邊緣由于經(jīng)切割加工后所產(chǎn)生的棱角、毛刺、崩邊、裂縫、或其他的缺陷和各種邊緣表面污染，從而降低硅片邊緣的機械強度、減少顆粒的表面沾污[1]。

隨著市場競爭的逐日激烈，各大廠商紛紛采用更薄更大的硅片。由于厚度的減小，硅片的機械強度也隨之較小。超薄硅片一般是指厚度不大于300 μm的硅片，為了適應(yīng)市場變化，一種新的超薄片的倒角技術(shù)應(yīng)運而生。

1　硅片加工原理

待邊緣表面倒角加工的硅片被固定在一個可以旋轉(zhuǎn)的真空吸盤上，在其邊緣方向有一個高速旋轉(zhuǎn)的金剛石倒角砂輪，兩者間作相對的旋轉(zhuǎn)運動，同時加入相宜的磨削液，經(jīng)磨削加工以達到所要求的直徑尺寸和邊緣輪廓形狀，完成硅片邊緣表面的磨削加工。

硅片邊緣表面形狀可根據(jù)IC技術(shù)要求、參照SEMI標準或按照用戶要求進行倒角磨削加工。一般講，用R形磨輪比用T形磨輪加工效率高約30%，所以大部分采用R形砂輪倒角。

2　實　驗

2.1倒角機及砂輪

目前國內(nèi)半導體材料生產(chǎn)廠家，大多使用的是日本東精精密生產(chǎn)的W-GM系列倒角機和大途株式會社的WBM系列倒角機[2]，普遍采用200 mm （8英寸）倒角砂輪。當前國內(nèi)倒角機設(shè)備使用的砂輪從制造方法上主要有兩種類型：一種是電鍍法的磨輪；一種是燒結(jié)法的磨輪。電鍍法的磨輪主要是美國生產(chǎn)的Diamotec和Nifec等,燒結(jié)法的磨輪主要有日本的Asahi(SUN)、KGW等。倒角工藝主要是根據(jù)倒角設(shè)備的情況和所使用的磨輪磨削材料的粒度選定合適的磨輪轉(zhuǎn)速、硅片轉(zhuǎn)速、硅片去除量、倒角圈數(shù)、砂輪型號、切削液類型、切削液流量等來生產(chǎn)出滿足客戶需求的產(chǎn)品[3]。本實驗采用的是日本東京精密WGM4200E倒角機（見圖1所示），砂輪選用的是一對KGW砂輪（811-10-20-1000）。標準形狀磨削輪如圖2所示。

圖1　WGM4200E倒角機

圖2　倒角示意圖

2.2實驗過程

為了實驗方便，我們只選用帶一個參考面的硅片進行分析。硅片信息如表1（均為N〈111〉晶向，電阻率40 Ω·cm±5 Ω·cm）。

表1　實驗材料參數(shù)

實驗中分別對吸盤轉(zhuǎn)速、砂輪轉(zhuǎn)速進行了研究，其他因素均相同。

實驗結(jié)果見表2、表3。

表2　改變砂輪轉(zhuǎn)速實驗結(jié)果

表3　改變吸盤轉(zhuǎn)速實驗結(jié)果

2.3實驗結(jié)果分析

根據(jù)表2可以得出，當其他加工條件相同時，隨著砂輪轉(zhuǎn)速的提高，在低速階段（1 500～2 500 r/min）對成品率并沒有很大的影響，當砂輪轉(zhuǎn)速超過2 500 r/min以后，成品率隨轉(zhuǎn)速提高而降低。

根據(jù)表3可以得出，當其他加工條件相同時，隨著吸盤轉(zhuǎn)速的提高，在5～15 mm/s范圍內(nèi)時，吸盤轉(zhuǎn)速對成品率并沒有很大影響，但超過15 mm/s以后，成品率隨轉(zhuǎn)速提高而降低。

綜合表2和表3，得出在相同條件下尺寸越大，成品率相對就比較低，因為隨著尺寸的增加，硅片周長越長，出現(xiàn)邊緣不良的幾率就會越大。

3　結(jié)　論

當加工超薄硅片時適當減小砂輪轉(zhuǎn)速，可明顯提高硅片邊緣倒角質(zhì)量；吸盤轉(zhuǎn)速一般穩(wěn)定在15 mm/s左右時，加工速率相對比較高，邊緣質(zhì)量也會得到最大程度的保證。

參考文獻：

[1]張厥宗.硅片加工技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

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

[3]楊樹文.倒角機磨削系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：華中科技大學，2006.

孫潔（1969-），女，天津市人，工程師，現(xiàn)從事半導體加工工作。

Study on Grinding Technology of Ultrathin Silicon Wafer

SUN Jie
(The 46thResearch Institute of CETC，Tianjin 300220，China)

Abstract:In the early stage of silicon wafer processing, cutting silicon wafer existed the phenomenon of chip, crack, stress concentration and other physical difference. Grinding the edge of silicon wafer by chamfering machine is beneficial to improve the physical characteristics. With decreasing the thickness of the silicon wafer, wafer edges were very easy to chipping, fragment rate has gradually increased and grinding wheel life has also gradually reduced. Therefore, chamfering technology of silicon wafer gradually became a problem. This article describes how to change of rotating speed of grinding wheel and speed of the sucker to do process test. In order to improve the quality of chamfer, it is better to reduce speed of grinding wheel during manufacturing ultra-thin silicon wafer. The sucker speed is generally stable at about 15 mm / s. The processing rate is relatively high and edge quality will also be guaranteed to the maximum extent.

Keywords:Chamfer；Silicon；Grinding wheel；Yield rate

作者簡介：

收稿日期：2016-03-22

中圖分類號：TN305

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4507(2016)04-0017-03