倒角砂轮使用寿命研究

第 42 卷 第 9 期2015 年 9 月天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE TECHNOLOGY Vol.42 No.9Sep. 2015收稿日期 2015-08-09 应用技术 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摘 要 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。关键词 砂轮倒角 转速 去除量 切入量 中图分类号 TH162 .0 文献标志码 A 文章编号 1006-8945 2015 09-0039-02On Service Life of Chamfering Wheel TAO Shuhe China Electronics Technology Group Corporation No.46 Research Institute ， Tianjin 300220 ， ChinaAbstract In the process of wafer chamfer ， there are many factors affecting the quality of wafer edges ， mainly includingspindle 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.Key words grinding wheel ； chamfering rotate speed； removal amount； cut in quantity0 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DOI10.14099/j.cnki.tjkj.2015.09.017 40 天 津 科 技 第 42 卷 第 9 期上文 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,μ m， 槽 半径为 127,μ m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 1 槽 2 槽 3 槽 4 槽 5 槽 6 槽 7 槽 8 槽 9 槽 10 槽 11 槽2,286 5 ,012 3 ,580 16 ,860 1 ,879 7 ,890 8 ,503 11 ,097 16 ,476 5 ,124 4 ,615 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。 ■参考文献 ［ 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.