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    半導體學報影響硅片倒角加工效率的工藝

    所屬分類:電子論文 閱讀次 時間:2016-07-15 16:10

    本文摘要:我們在實際加工中應根據晶圓的實際情況作合理的程序設定。此外,在我們實際工作中最重要的根本因素是人。我們研究設備最優的加工效率,歸根結底是要解放人的雙手,充分調動人的積極性,改變人的精神狀態,只有同事們的熱情得到了充分的發揮,我們的事業才會

      我們在實際加工中應根據晶圓的實際情況作合理的程序設定。此外,在我們實際工作中最重要的根本因素是人。我們研究設備最優的加工效率,歸根結底是要解放人的雙手,充分調動人的積極性,改變人的精神狀態,只有同事們的熱情得到了充分的發揮,我們的事業才會生機勃勃,大有可為。 倒角工藝的制定需要考慮各個方面的因素,需要根據設備能達到的狀態和客戶需求來選擇出最佳的工藝參數,也要根據設備狀態選用合適的磨輪,以達到最佳的倒角效果。

    半導體技術

      《半導體技術》以嚴謹風格,權威著述,在業內深孚眾望,享譽中外,對我國半導體事業的發展發揮了積極的作用。"向讀者提供更好資訊,為客戶開拓更大市場,提供技術成果展示、轉化和技術交流的平臺,達到了促進我國半導體技術不斷發展的目的"是《半導體技術》的追求,本刊一如既往地堅持客戶至上,服務第一,竭誠向讀者提供多元化的信息。

      摘 要:本文通過分析倒角邊緣磨削原理,利用不同尺寸的晶圓,不同的倒角吸盤轉速,不同甩干程序對晶片進行倒角程序加工并統計其加工時間,進而分析不同加工條件對倒角邊緣磨削加工效率的影響,從而進行最大的改善、優化和提升。

      關鍵詞:倒角邊緣磨削;晶圓尺寸;吸盤轉速;甩干;磨削效率

      一、引言

      在半導體晶圓的加工工藝中,對晶圓邊緣磨削是非常重要的一環。晶錠材料被切割成晶圓后會形成銳利邊緣,有棱角、毛刺、崩邊,甚至有小的裂縫或其它缺陷,邊緣的表面也比較粗糙。而晶圓的構成材料如Si、Ge、InP、GaAs、SiC等均有脆性。通過對晶圓邊緣進行倒角處理可將切割成的晶圓銳利邊修整成圓弧形,防止晶圓邊緣破裂及晶格缺陷產生,增加晶圓邊緣表面的機械強度,減少顆粒污染。同時也可以避免和減少后面的工序在加工、運輸、檢驗等等工序時產生的崩邊。倒角后的晶圓由于有了一個比較圓滑的邊緣,不易再產生崩邊,使后面工序加工的合格率大幅提高。在拋光工藝中,如果晶圓不被倒角,晶圓鋒利的邊緣將會給拋光布帶來劃傷,影響拋光布的使用壽命,同時也影響到產品的加工質量(如晶圓的劃道)。如硅晶圓除用于太陽能電池制造還常用于制造集成電路。晶圓在制造集成電路的多個工序中,需要多次在 1000多度的高溫中進行氧化、擴散和光刻。如果晶圓邊緣不好,如有崩邊、或邊緣沒有被倒角,升溫和降溫的過程中,晶圓的內應力得不到均勻的釋放。在高溫中晶圓非常容易碎裂或變形,最終使產品報廢,造成較大的損失。由于晶圓邊緣不好,掉下來的晶渣,如果粘在硅晶圓的表面,將會給光刻工藝的光刻版造成損壞,同時造成器件的表面有針孔和曝光不好,影響產品的成品率。同時,通過邊緣倒角可以規范晶圓直徑。通常晶圓的直徑是由滾圓工序來控制的,由于滾圓設備的精度所限,表面的粗糙度和直徑均無法達到客戶的要求,倒角工序能很好的控制晶圓直徑和邊緣粗糙度。晶棒滾磨后,其表面十分粗糙,在后續的傳遞和切割過程中,邊緣損傷會因為機械撞擊向內延伸,晶圓切割成型后,邊緣存在一圈微觀的損傷區域。

      在今年的目標責任書中,今年產量比去年增加30%,此外,在今年的生產加工中,多次由于倒角設備故障及檢修影響整個生產線的進度,在不增加設備的情況下,如何挖掘現有設備及人員的潛力,提高倒角加工效率,是個重要的研究課題。

      二、實驗原理

      目前國內半導體材料加工廠家,大多使用的設備是日本東精精密產的W-GM系列倒角機和大途株式會社的WBM系列倒角機,普遍采用八英寸倒角砂輪。當前國內倒角機設備使用的磨輪從制造方法上分主要有兩種類型:一種是電鍍法的磨輪;一種是燒結法的磨輪。電鍍法的磨輪主要是美國生產的 Diamotec和Nifec等,燒結法的磨輪主要有日本的 Asahi(SUN)、KGW 等。

      倒角工藝主要是根據倒角設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速、硅片轉速、硅片去除量、倒角圈數、磨輪型號、切削液類型、切削液流量等來生產出滿足客戶需求的產品。倒角機用于對晶圓邊緣進行磨削,晶圓通常被真空吸附在承片臺上旋轉,通過控制晶圓運動,由帶V型槽的砂輪高速旋轉對晶圓邊緣進行磨削。

      我們單位自動倒角機最多的是大途株式會社的WBM-2200倒角機,其加工步驟是:取片→測厚→對中→移載到倒角吸盤→倒角→移載到甩干吸盤 →甩干→測直徑對位→放回花欄。其中取片、測厚、對中、移載、等加工步驟時間是比較固定的,只有倒角和甩干時間是可以進一步挖掘潛力的。所以我們從這兩方面進行分析。為了實驗方便,我們只選用帶一個參考面的晶圓進行分析。

      三、實驗部分

      1 設備和儀器

      WBM-2200倒角機,秒表。

      2 原材料

      2、3、4、5英寸硅切割片,2寸晶圓主參16mm,3寸晶圓主參22mm,4寸晶圓主參32.5mm,5寸晶圓主參42mm,厚度260um~620um,晶片TTV值不大于10um,Warp值不大于30um。

      槽半徑127um~228.6um(22°、11°)的金剛石倒角砂輪。

      3 實驗過程

      利用不同尺寸的晶圓,不同的倒角吸盤轉速,不同甩干程序對晶片進行倒角,并記錄加工100片的總時間。

      四、結果與討論

      1 在相同的倒角清洗甩干程序(即圖2 所設程序)時,加工100片晶圓的實驗數據為:

      分析表1數據可知,在相同的清洗甩干程序下,2寸、3寸、4寸、5寸吸盤轉速在15mm/s和18mm/s時,每百片加工時間基本一樣。在5寸吸盤轉速12mm/s時和加工5寸(11°)時才需較長時間。我們做了一下統計:

      步驟1:機械手從甩干臺取片→測直徑→放回花欄→取下一片→測厚、對中 時間為21.6s;

      步驟2:機械手從對中取片到放到倒角吸盤時間 32.3s;

      步驟3:機械手從倒角吸盤取片放到清洗甩干臺上時間 28.6s。

      因此只有在5寸吸盤轉速12mm/s時和加工5寸(11°)時平均每片倒角加工時間為42.3s 、92.75s、 78.2s、68.6s,此時均大于步驟1、2、3所需時間。此時提高吸盤轉速,可提高加工效率。其他加工情況均不能提高加工效率。

      此外選用合適的磨輪轉速,還需要全方面的考慮。在相同磨削量的情況下,提高磨輪轉速,可以降低硅片在磨削時的受力,所以不僅提高了磨輪的使用壽命,也降低了磨削后在硅片上殘余的機械應力和硅片磨削表面的粗糙度,但磨輪轉速的提高,同樣也增加了磨削時產生的熱量,使磨削區的溫度升高,而溫度的升高,使硅材料的抗拉強度顯著下降,也影響了單晶硅的組織結構,增加了磨削區域殘余的熱應力,且溫度的升高,降低了磨輪金剛砂粒的硬度,也使磨粒與磨削材料之間產生擴散磨損和粘接磨損,使磨粒迅速鈍化,降低了磨輪的使用壽命,也使磨削時磨削表面出現淺坑或溝痕,增加了表面粗糙度。同時磨輪轉速的提高也降低了磨輪軸的使用壽命,且提高磨輪轉速時若磨輪安裝動平衡不好時磨輪軸在磨削時的軸向和徑向跳動量也會增加,不利于加工出光滑的表面。所以,磨輪轉速的選擇原則是在保證磨削區域溫度不影響硅片和磨粒性能和磨輪軸壽命的情況下盡可能選擇高的轉速。磨輪在一定轉速下磨削區域的溫度又與磨粒粒徑、磨削量、磨削液流量有關系。

      2 在相同的倒角吸盤轉速時

      從圖2所示的倒角清洗程序中,清洗部吸盤干燥時間和加載晶圓后甩干(下面干燥 干燥時間)分別為9s和10s,再結合上面分析,若適當調整我們得到下面數據(以2寸晶圓加工),見表2。

      從表2可知,在清洗部吸盤干燥時間和加載晶圓后甩干(下面干燥 干燥時間)分別為7s和8s時(24h為2805片),6s和7s,5s和6s,4s和5s百片加工時間為3080s左右(此時步驟1、2、3為限制加工效率的因素,均不可調,影響機器和軸承壽命),比清洗部吸盤干燥時間和加載晶圓后甩干時間分別為9s和10s(24h為2498片)時,縮短400s,在一天(24小時)的加工中可提高300片,每月(30天)產量可提高7200片。此外在清洗部吸盤干燥時間和加載晶圓后甩干時間分別為4s和5s時,晶圓開始有機械手把晶圓放入花欄中失敗和甩不干現象,不利于加工和檢查。故應根據晶圓尺寸的大小和冷卻水的情況適當調節清洗部吸盤干燥時間和加載晶圓后甩干時間,比如在加工4寸晶圓時可以把清洗部吸盤干燥時間和加載晶圓后甩干時間設為7s和8s。

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