倒角砂轮使用寿命研究

陶术鹤

(中国电子科技集团公司第四十六研究所 天津300220)

倒角砂轮使用寿命研究

陶术鹤

(中国电子科技集团公司第四十六研究所 天津300220)

在硅片倒角过程中，影响到硅片边缘质量的因素很多，主要是主轴精度、Y轴端跳、砂轮金刚石密度等。设备参数中切入量对倒角边缘质量影响也很大，切入量越小，边缘质量越好，硅片边缘出现崩边、亮点的几率也越小。设备本身的冷却水也很重要，当冷却水流量达到一定量时，降低砂轮与硅片接触位置的表面温度，进而提高硅片边缘的倒角质量，同时延长砂轮使用寿命。通过倒角砂轮使用实验，来确定影响砂轮使用寿命的因素有哪些，并对砂轮的选用给出建议。

砂轮倒角 转速 去除量 切入量

0 引 言

硅片倒角的主要消耗品是砂轮，砂轮使用寿命的长短又影响着成本的高低。因此如何选用砂轮是倒角加工的重要工作。选用一种合适的砂轮，在满足客户要求的同时，保证产品质量的稳定性。本文对影响砂轮使用寿命的因素进行了研究。

1 硅片倒角加工原理

硅片倒角是指把硅片切割后的锐利边缘通过磨削修整成圆弧形，其目的是消除边缘切割应力，防止边缘破裂及颗粒脱落。硅片边缘锋利的棱角、崩边、裂缝等会给以后的表面加工和集成电路工艺带来以下危害：硅片在加工和夹持过程中易产生碎屑，损伤硅片表面，损坏光刻掩膜，或滞留在光刻胶膜中，使图形产生针孔等缺陷；在硅片热加工(如高温氧化、扩散等)过程中，棱角、崩边、裂缝处的损伤可能在硅片中产生位错，这些位错会通过滑移或增殖过程向晶体内部传播；棱角、崩边、裂缝的存在还会影响匀胶质量，容易造成光刻胶在硅片边缘堆积；在外延工艺中，硅片边缘的棱角、崩边、裂缝的存在还会导致外延冠(硅片边缘外延层厚度增大)的产生。因此，对特殊硅片进行倒角是非常必要的。[1]本文对硅片倒角加工工艺进行了研究和分析。

倒角作业时，硅片被固定在可旋转的真空吸盘上，在其边缘方向有一高速旋转的金刚石砂轮。硅片边缘与磨轮接触并做相对旋转运动而被磨削达到预计的边缘轮廓。[1]

随着砂轮的连续使用，砂轮槽会有一定的磨损，继而发生形变或者损坏，都会对硅片质量产生影响。本文通过实验对几个可能会影响砂轮使用寿命的因素进行确认，并对砂轮的使用给出建议，包括选用合适的砂轮、砂轮转速的高低、冷却水流量、切入量多少、去除量。

2 影响砂轮使用寿命的因素

目前国内半导体材料加工厂家使用的设备大多是日本东京精密WGM-4200和大途株式会社的WBM-2200倒角机，普遍采用8英寸倒角砂轮。

以 WGM-4200为例，该设备主轴精度高，硅片加工过程中磨削损伤较低，采用了非接触测量系统，平稳摆正硅片；加工前后分别进行厚度和缺口深度及直径的测量；自动化程度高、精度高、效率高，较适合批量生产加工。磨轮是硅片倒角加工中的一种主要材料，因此如何选用磨轮是倒角加工的一项重要工作。选用合适的磨轮，在满足客户要求的同时，保证产品质量的稳定性。倒角作业时，磨轮旋转速度通常为 3,500～6,000,r/min或更高。影响砂轮使用寿命的因素可能有很多，除上文介绍的因素还包括：主轴精度、Y轴端跳、砂轮金刚石密度。[2]

3 实验部分

3.1 设备和仪器

WBM-2200倒角机，XY-1510影像测量仪。

3.2 原材料及砂轮

4英寸硅切割片，厚度为 300±20,μm，槽半径为 127,μm金刚石钢制砂轮。

3.3 实验过程

通过不同加工条件下的硅片进行倒角，分别在3,000,m/min (4,702,r/min)、3,500,r/min(5,485)的砂轮转速下进行倒角，做出比较数据，观察边缘质量进行比较，确认影响砂轮使用寿命的因素。

4 结果与讨论

4.1 不同条件下进行倒角

分别在 3,000,m/min(4,702,r/min)、3,500,m/min(5,485)的砂轮转速下进行倒角，做出比较数据。通过观察倒后硅片边缘质量，判断槽是否损坏，如果损坏即做换槽处理。通过不完全统计，提高转速之前，即 3,000,m/min时，每槽平均倒片数为5,000片左右，提高转速后统计数据如表1所示：

表1 转速提高后的统计数据Tab.1 Statistical resuts after the increasing of rotation speed

由表1数据可知，提高转速后，即3,500,m/min时，每槽平均倒片数为7,513片，倒片数有显著提高。

设备参数中切入量对倒角边缘质量影响也很大，切入量越小，边缘质量越好，硅片边缘出现崩边、亮点的几率也越小。设备本身的冷却水也很重要，降低砂轮与硅片接触位置的表面温度，进而提高硅片边缘的倒角质量，同时延长砂轮使用寿命。通过一段时间的观察，冷却水流量达到一定程度时才能取得较好的边缘质量，即冷却水流量不小于 3,L/min。由此可知，加大冷却水流量，能把因磨削而产生的热量降低，降低砂轮槽表面温度，同时将槽内的硅粉也及时冲掉，进而增加砂轮的使用寿命。同时，减少切入量也能实现增加砂轮使用寿命的作用。

4.2 主轴端跳

砂轮在高速旋转过程中，不锈钢制砂轮与主轴产生的共振较铝制砂轮大，因而产生轴和端跳。主轴端跳既影响硅片倒角边缘质量，又影响砂轮使用寿命。在加工过程中，考虑到铝制砂轮离心力较小，产生共振时主轴端跳也小。所以，铝制砂轮在全自动倒角设备上应用较多。

4.3 双槽多次倒角

采用双槽多次倒角，粗倒时可用金刚石颗粒密度较小的槽，金刚石颗粒密度越小，槽越耐用；而精倒时可用金刚石颗粒密度较大的槽，减小去除量。可进行多次倒角以减小每圈的去除量。硅片倒角过程形成的不平滑边缘现象，经反复试验分析，可推测出是砂轮的磨损对边缘造成不平滑现象。在倒角加工工艺中，硅片进行多次倒角，而每次倒角去除量不同，边缘形成的圆弧也不同。

在碱腐蚀后，硅片倒角边缘出现黑点和黑边，参考面下肉眼可见的“条状反光纹”就是藏污纳垢的地方。硅片研磨后，残留的研磨液未被清洗干净，研磨液中的悬浮剂残留在粗糙的条状纹中，遇高温胶状体会吸收脏污而形成黑点。也有可能是从腐蚀槽中出来后，长时间未被水稀释，或者硅片花篮的支撑处含有高浓度的碱液造成的。经试验分析，选择降低倒角边缘粗糙度，即选用砂轮金刚石颗粒密度较大的砂轮，进而形成质量较好的平滑边缘。有人认为，砂轮粗倒槽的槽半径应大于细倒槽的槽半径。[3]这就要设计砂轮图纸来提高砂轮使用寿命，并保证产品的稳定性。

5 结 语

本文从原理上讨论了硅片倒角的砂轮使用过程，并对影响砂轮使用寿命的因素进行了分析。通过研究，发现砂轮转速及冷却水流量、切入量对砂轮的使用寿命有很大影响，采用双槽多次倒角，粗倒时可用金刚石颗粒密度较小的槽，金刚石颗粒密度越小，槽越耐用，而精倒时可用金刚石颗粒密度较大的槽，减小去除量。可进行多次倒角以减小每圈的去除量。此外，砂轮的选用及设计对提高砂轮使用寿命也有很大作用。■

［1］ 康自卫，王丽. 硅片加工技术[M]. 北京：化学工业出版社，2010.

［2］ 杨树文. 硅片倒角机磨削系统关键技术研究[D]. 武汉：华中科技大学，2006.

［3］ 李战国，苗利刚，周涛. 硅片倒角磨轮的研究[J]. 科协论坛，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