倒角砂輪使用壽命研究

陶術鶴

(中國電子科技集團公司第四十六研究所 天津300220)

倒角砂輪使用壽命研究

陶術鶴

(中國電子科技集團公司第四十六研究所 天津300220)

在硅片倒角過程中，影響到硅片邊緣質量的因素很多，主要是主軸精度、Y軸端跳、砂輪金剛石密度等。設備參數中切入量對倒角邊緣質量影響也很大，切入量越小，邊緣質量越好，硅片邊緣出現崩邊、亮點的幾率也越小。設備本身的冷卻水也很重要，當冷卻水流量達到一定量時，降低砂輪與硅片接觸位置的表面溫度，進而提高硅片邊緣的倒角質量，同時延長砂輪使用壽命。通過倒角砂輪使用實驗，來確定影響砂輪使用壽命的因素有哪些，并對砂輪的選用給出建議。

砂輪倒角 轉速 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，保證產品質量的穩定性。本文對影響砂輪使用壽命的因素進行了研究。

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磨削修整成圓弧形，其目的是消除邊緣切割應力，防止邊緣破裂及顆粒脫落。硅片邊緣鋒利的棱角、崩邊、裂縫等會給以后的表面加工和集成電路工藝帶來以下危害：硅片在加工和夾持過程中易產生碎屑，損傷硅片表面，損壞光刻掩膜，或滯留在光刻膠膜中，使圖形產生針孔等缺陷；在硅片熱加工(如高溫氧化、擴散等)過程中，棱角、崩邊、裂縫處的損傷可能在硅片中產生位錯，這些位錯會通過滑移或增殖過程向晶體內部傳播；棱角、崩邊、裂縫的存在還會影響勻膠質量，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、裂縫的存在還會導致外延冠(硅片邊緣外延層厚度增大)的產生。因此，對特殊硅片進行倒角是非常必要的。[1]本文對硅片倒角加工工藝進行了研究和分析。

倒角作業時，硅片被固定在可旋轉的真空吸盤上，在其邊緣方向有一高速旋轉的金剛石砂輪。硅片邊緣與磨輪接觸并做相對旋轉運動而被磨削達到預計的邊緣輪廓。[1]

隨著砂輪的連續使用，砂輪槽會有一定的磨損，繼而發生形變或者損壞，都會對硅片質量產生影響。本文通過實驗對幾個可能會影響砂輪使用壽命的因素進行確認，并對砂輪的使用給出建議，包括選用合適的砂輪、砂輪轉速的高低、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

目前國內半導體材料加工廠家使用的設備大多是日本東京精密WGM-4200和大途株式會社的WBM-2200倒角機，普遍采用8英寸倒角砂輪。

以 WGM-4200為例，該設備主軸精度高，硅片加工過程中磨削損傷較低，采用了非接觸測量系統，平穩擺正硅片；加工前后分別進行厚度和缺口深度及直徑的測量；自動化程度高、精度高、效率高，較適合批量生產加工。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重要工作。選用合適的磨輪，在滿足客戶要求的同時，保證產品質量的穩定性。倒角作業時，磨輪旋轉速度通常為 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 實驗部分

3.1 設備和儀器

WBM-2200倒角機，XY-1510影像測量儀。

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 實驗過程

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

4 結果與討論

4.1 不同條件下進行倒角

分別在 3,000,m/min(4,702,r/min)、3,500,m/min(5,485)的砂輪轉速下進行倒角，做出比較數據。通過觀察倒后硅片邊緣質量，判斷槽是否損壞，如果損壞即做換槽處理。通過不完全統計，提高轉速之前，即 3,000,m/min時，每槽平均倒片數為5,000片左右，提高轉速后統計數據如表1所示：

表1 轉速提高后的統計數據Tab.1 Statistical resuts after the increasing of rotation speed

由表1數據可知，提高轉速后，即3,500,m/min時，每槽平均倒片數為7,513片，倒片數有顯著提高。

設備參數中切入量對倒角邊緣質量影響也很大，切入量越小，邊緣質量越好，硅片邊緣出現崩邊、亮點的幾率也越小。設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，進而提高硅片邊緣的倒角質量，同時延長砂輪使用壽命。通過一段時間的觀察，冷卻水流量達到一定程度時才能取得較好的邊緣質量，即冷卻水流量不小于 3,L/min。由此可知，加大冷卻水流量，能把因磨削而產生的熱量降低，降低砂輪槽表面溫度，同時將槽內的硅粉也及時沖掉，進而增加砂輪的使用壽命。同時，減少切入量也能實現增加砂輪使用壽命的作用。

4.2 主軸端跳

砂輪在高速旋轉過程中，不銹鋼制砂輪與主軸產生的共振較鋁制砂輪大，因而產生軸和端跳。主軸端跳既影響硅片倒角邊緣質量，又影響砂輪使用壽命。在加工過程中，考慮到鋁制砂輪離心力較小，產生共振時主軸端跳也小。所以，鋁制砂輪在全自動倒角設備上應用較多。

4.3 雙槽多次倒角

采用雙槽多次倒角，粗倒時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；而精倒時可用金剛石顆粒密度較大的槽，減小去除量。可進行多次倒角以減小每圈的去除量。硅片倒角過程形成的不平滑邊緣現象，經反復試驗分析，可推測出是砂輪的磨損對邊緣造成不平滑現象。在倒角加工工藝中，硅片進行多次倒角，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，硅片倒角邊緣出現黑點和黑邊，參考面下肉眼可見的“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，遇高溫膠狀體會吸收臟污而形成黑點。也有可能是從腐蝕槽中出來后，長時間未被水稀釋，或者硅片花籃的支撐處含有高濃度的堿液造成的。經試驗分析，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，進而形成質量較好的平滑邊緣。有人認為，砂輪粗倒槽的槽半徑應大于細倒槽的槽半徑。[3]這就要設計砂輪圖紙來提高砂輪使用壽命，并保證產品的穩定性。

5 結 語

本文從原理上討論了硅片倒角的砂輪使用過程，并對影響砂輪使用壽命的因素進行了分析。通過研究，發現砂輪轉速及冷卻水流量、切入量對砂輪的使用壽命有很大影響，采用雙槽多次倒角，粗倒時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，而精倒時可用金剛石顆粒密度較大的槽，減小去除量。可進行多次倒角以減小每圈的去除量。此外，砂輪的選用及設計對提高砂輪使用壽命也有很大作用。■

［1］ 康自衛，王麗. 硅片加工技術[M]. 北京：化學工業出版社，2010.

［2］ 楊樹文. 硅片倒角機磨削系統關鍵技術研究[D]. 武漢：華中科技大學，2006.

［3］ 李戰國，苗利剛，周濤. 硅片倒角磨輪的研究[J]. 科協論壇，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