影响硅片倒角加工效率的工艺研究

康洪亮 陶术鹤 张伟才
一、引言
在半导体晶圆的加工工艺中,对晶圆边缘磨削是非常重要的一环。晶锭材料被切割成晶圆后会形成锐利边缘,有棱角、毛刺、崩边,甚至有小的裂缝或其它缺陷,边缘的表面也比较粗糙。而晶圆的构成材料如Si、Ge、InP、GaAs、SiC等均有脆性。通过对晶圆边缘进行倒角处理可将切割成的晶圆锐利边修整成圆弧形,防止晶圆边缘破裂及晶格缺陷产生,,增加晶圆边缘表面的机械强度,减少颗粒污染。同时也可以避免和减少后面的工序在加工、运输、检验等等工序时产生的崩边。倒角后的晶圆由于有了一个比较圆滑的边缘,不易再产生崩边,使后面工序加工的合格率大幅提高。在抛光工艺中,如果晶圆不被倒角,晶圆锋利的边缘将会给抛光布带来划伤,影响抛光布的使用寿命,同时也影响到产品的加工质量(如晶圆的划道)。如硅晶圆除用于太阳能电池制造还常用于制造集成电路。晶圆在制造集成电路的多个工序中,需要多次在 1000多度的高温中进行氧化、扩散和光刻。如果晶圆边缘不好,如有崩边、或边缘没有被倒角,升温和降温的过程中,晶圆的内应力得不到均匀的释放。在高温中晶圆非常容易碎裂或变形,最终使产品报废,造成较大的损失。由于晶圆边缘不好,掉下来的晶渣,如果粘在硅晶圆的表面,将会给光刻工艺的光刻版造成损坏,同时造成器件的表面有针孔和曝光不好,影响产品的成品率。同时,通过边缘倒角可以规范晶圆直径。通常晶圆的直径是由滚圆工序来控制的,由于滚圆设备的精度所限,表面的粗糙度和直径均无法达到客户的要求,倒角工序能很好的控制晶圆直径和边缘粗糙度。晶棒滚磨后,其表面十分粗糙,在后续的传递和切割过程中,边缘损伤会因为机械撞击向内延伸,晶圆切割成型后,边缘存在一圈微观的损伤区域[1]。
在今年的目标责任书中,今年产量比去年增加30%,此外,在今年的生产加工中,多次由于倒角设备故障及检修影响整个生产线的进度,在不增加设备的情况下,如何挖掘现有设备及人员的潜力,提高倒角加工效率,是个重要的研究课题。
二、实验原理
目前国内半导体材料加工厂家,大多使用的设备是日本东精精密产的W-GM系列倒角机和大途株式会社的WBM系列倒角机[2],普遍采用八英寸倒角砂轮。当前国内倒角机设备使用的磨轮从制造方法上分主要有两种类型:一种是电镀法的磨轮;一种是烧结法的磨轮。电镀法的磨轮主要是美国生产的Diamotec和Nifec等,烧结法的磨轮主要有日本的 Asahi(SUN)、KGW 等。
倒角工艺主要是根据倒角设备的情况和所使用的磨轮磨削材料的粒度选定合适的磨轮转速、硅片转速、硅片去除量、倒角圈数、磨轮型号、切削液类型、切削液流量等来生产出满足客户需求的产品。倒角机用于对晶圆边缘进行磨削,晶圆通常被真空吸附在承片台上旋转,通过控制晶圆运动,由带V型槽的砂轮高速旋转对晶圆边缘进行磨削[3]。
我们单位自动倒角机最多的是大途株式会社的WBM-2200倒角机,其加工步骤是:取片→测厚→对中→移载到倒角吸盘→倒角→移载到甩干吸盘→甩干→测直径对位→放回花栏。其中取片 测厚 对中 移载 等加工步骤时间是比较固定的,只有 倒角和甩干时间是可以进一步挖掘潜力的。所以我们从这两方面进行分析。为了实验方便 我们只选用带一个参考面的晶圆进行分析
三、实验部分
3.1 设备和仪器
WBM-2200倒角机,秒表。
3.2 原材料
2、3、4、5英寸硅切割片,2寸晶圆主参16mm,3寸晶圆主参22mm,4寸晶圆主参32.5mm,5寸晶圆主参42mm,厚度260~620um,晶片TTV值不大于10um,Warp值不大于30um。
槽半径127um~228.6um(22。、11。)的金刚石倒角砂轮。
3.3 实验过程
利用不同尺寸的晶圆,不同的倒角吸盘转速,不同甩干程序对晶片进行倒角,并记录加工100片的总时间。
四、结果与讨论
4.1 在相同的倒角清洗甩干程序(即图2 所设程序)时,加工100片晶圆的实验数据为:
硅片尺寸(英寸)
吸盘转速(mm/s) 12 15 18
2寸(50.8) 3461 3458 3457
3寸(76.2) 3473 3464 3475
4寸(100) 3480 3476 3472
5寸(125) 4230 3492 3482
5寸精倒(11。) 9275 7820 6860
分析表一数据可知,在相同的清洗甩干程序下,2寸、3寸、4寸、5寸吸盘转速在15mm/s和18mm/s时,每百片加工时间基本一样。在5寸吸盘转速12mm/s时和加工5寸(11。)时才需较长时间。我们做了一下统计:
步骤1:机械手从甩干台取片→测直径→放回花栏→取下一片→测厚、对中 时间为21.6秒;
步骤2:机械手从对中取片到放到倒角吸盘时间 32.3秒;
步骤3:机械手从倒角吸盘取片放到清洗甩干台上 时间 28.6秒。
因此 只有在5寸吸盘转速12mm/s时和加工5寸(11。)时 平均每片倒角加工时间为42.3s 、92.75s、 78.2s、68.6s,此时均大于步骤1、2、3所需时间 此时提高吸盘转速,可提高加工效率。其他加工情况均不能提高加工效率
此外选用合适的磨轮转速,还需要全方面的考虑。在相同磨削量的情况下,提高磨轮转速,可以降低硅片在磨削时的受力,所以不仅提高了磨轮的使用寿命,也降低了磨削后在硅片上残余的机械应力和硅片磨削表面的粗糙度,但磨轮转速的提高,同样也增加了磨削时产生的热量,使磨削区的温度升高,而温度的升高,使硅材料的抗拉强度显著下降,也影响了单晶硅的组织结构,增加了磨削区域残余的热应力,且温度的升高,降低了磨轮金刚砂粒的硬度,也使磨粒与磨削材料之间产生扩散磨损和粘接磨损,使磨粒迅速钝化,降低了磨轮的使用寿命,也使磨削时磨削表面出现浅坑或沟痕,增加了表面粗糙度。同时磨轮转速的提高也降低了磨轮轴的使用寿命,且提高磨轮转速时若磨轮安装动平衡不好时磨轮轴在磨削时的轴向和径向跳动量也会增加,不利于加工出光滑的表面。所以,磨轮转速的选择原则是在保证磨削区域温度不影响硅片和磨粒性能和磨轮轴寿命的情况下尽可能选择高的转速。磨轮在一定转速下磨削区域的温度又与磨粒粒径、磨削量、磨削液流量有关系。
4.2 在相同的倒角吸盘转速时
从图二所示的倒角清洗程序中,清洗部吸盘干燥时间和加载晶圆后甩干(下面干燥 干燥时间)分别为9s和10s,再结合上面分析,若适当调整我们得到下面数据(以2寸晶圆加工)

吸盘干燥\加载晶圆后甩干(秒) 9\10 8\9 7\8 6\7 5\6 4\5
每百片加工(秒) 3458 3263 3085 3065 3081 3075
从表2可知 在清洗部吸盘干燥时间和加载晶圆后甩干(下面干燥 干燥时间)分别为7s和8s时(24h为2805片),6s和7s,5s和6s,4s和5s百片加工时间为3080秒左右(此时步骤1、2、3为限制加工效率的因素,均不可调,影响机器和轴承寿命),比清洗部吸盘干燥时间和加载晶圆后甩干时间分别为9s和10s(24h为2498片)时,缩短400秒,在一天(24小时)的加工中可提高300片,每月(30天)产量可提高7200片。此外在清洗部吸盘干燥时间和加载晶圆后甩干时间分别为4s和5s时,晶圆开始有机械手把晶圆放入花栏中失败和甩不干现象,不利于加工和检查。故应根据晶圆尺寸的大小和冷却水的情况适当调节清洗部吸盘干燥时间和加载晶圆后甩干时间,比如在加工4寸晶圆时可以把清洗部吸盘干燥时间和加载晶圆后甩干时间设为7s和8s。
五、总结

由以上分期可知,我们在实际加工中应根据晶圆的实际情况作合理的程序设定。此外,在我们实际工作中最最最重要的根本因素是人。我们研究设备最优的加工效率,归根结底是要解放人的双手,充分调动人的积极性,改变人的精神状态,只有同事们的热情得到了充分的发挥,我们的事业才会生机勃勃,大有可为。 
倒角工艺的制定需要考虑各个方面的因素,需要根据设备能达到的状态和客户需求来选择出最佳的工艺参数,也要根据设备状态选用合适的磨轮,以达到最佳的倒角效果。

参考文献
[1] 康自卫,王丽 《硅片加工技术》化学工业出版社2010;
[2] 张厥宗. 硅单晶抛光片的加工技术 [M]. 北京: 化学工业出版社,2005;
[3] 杨树文.倒角机磨削系统关键技术研究[D].华中科技大学,2006.
作者简介
康洪亮(1987-)毕业于河北工业大学,在中国电子科技集团公司第四十六研究所工作,主要研究硅、锗等半导体材料的加工。

我想了一下 五四是个好日子
青年节+优瓦夏生日+何洛洛生日+新一生日

然后我又仔细一想
三份生贺和五四活动投稿我一个都没giao

然后突然发现
上个月立好的优散情头flag半途鸽了

又突然想起
上上个月信心满满的all散文预告也没有在四月码完(其实是一点没码

又又又想起今年年初说好的“我为什么喜欢逍遥散人”系列一百条也只更到二十三

不愧是满嘴flag负债累累冷酷无情咕咕咕的我鸭( ´﹀` )

#八字# 八字论命知识之千里马,什么样的人命运比较好?格局组合#算命摆渡人##算命#

荣枯得失,尽在生克之中,富贵荣华,不越中和之外。

繁荣枯萎与得失,尽在五行相生相克之中,富贵荣华,也不超越中和的道理之外。

太过无克制者,贫贱;不及失生扶者,夭折。

八字日元太旺而没有克制者,贫贱之命。日元太弱而欠相生扶持者,夭折之命。宜向而运背,决之贫贱;宜背而运向,断之困穷。

宜相生的八字行相克泄之运,可断为贫贱之命。宜相克泄之命行相生之运,可断为困穷之命。

喜生而逢生,贵而堪断;爱克而值克,吉亦可言。

喜行相生之运而逢相生之运,可以断为富贵之命。喜爱受克之命而行相克之运,亦可说是吉利之命。

逢官而看财,见财而富贵;逢杀而看印,遇印以荣华。

八字中若逢有官星,便要看有没有财星来生官星,如有财星的话,必然富贵可期。若逢杀星便要看有没有印星来化杀生助日元,遇有印星的话,便有荣华之望。

  逢印看官而遇官,十有八贵,逢财忌杀而有杀,十有九贫。

若逢有印星,再看官星而遇有官星,十个人中便有八个会贵,逢财星而忌杀星又偏有杀星,十个人之中便有九个是贫穷。

盖因木盛逢金,造作栋梁之器,水多遇土,修为提岸之功。

假使甲乙木旺而逢庚辛申酉金者,便可成为栋梁之材。壬癸水旺而遇戊己辰戍丑未者,可修筑为堤坝之用。

火炼坚金,铸作剑锋之刃;木疏旺土,培成稼穑之禾。

庚辛金旺而遇丙丁巳午之火煅炼,可铸成锋利之宝剑。戊己土旺而有甲乙寅卯之木疏通,可培成稼穑之禾。

  火炎有水,名为既济之文;水浅金多,号曰体全之象。

丙丁火旺而有壬癸亥子水调济,名为既济之文。壬癸水少而逢庚辛申酉金多,称为体全之象。

甲乙运入西方,身旺功名可许;壬癸路经南域,主健财贵堪图。

甲乙木行庚辛申酉之西方金运,身旺者可成就功名。壬癸水行丙丁巳午的南方火运,日主健旺者可得到富贵。

 劫杀不须逢旺地,食神最喜劫财乡。亥卯未逢于甲乙,富贵无疑。

劫财七杀相遇无须身旺,食神最喜有劫财之帮助。支成亥卯未木局再逢甲乙日元,富贵之命而无须疑惑。

寅午戍位遇丙丁,荣华有准;庚辛局全巳酉丑,位重权高。

寅午戍火局遇丙丁日元,荣华便有所凭借。庚辛日元有巳酉丑金局,能居重位并握有实权。

壬癸格得申子辰,福优财足;戊己全四季,荣冠诸曹,更值德秀三奇,名扬四海。

壬癸日元得申子辰水局配合,便有好的福气和财库丰足。戊己日元具有辰戍丑未之助,比所有人优胜。更有天月二德之秀和甲戊庚或乙丙丁齐备,可扬名四海。

木全寅卯辰方,功名自有;金备申酉戍之地,富贵无亏。

甲乙木日元兼具寅卯辰木之方,自然有功名之望。庚辛金日元具备申酉戍金之地支,富贵而没有亏损。

水居亥子丑之源,荣华之客;火临巳午未之域,显达之人。

壬癸水日元居于亥子丑地支之源,是荣华之客。丙丁火临巳午未地之领域,显赫发达之人。

木旺宜火之光辉,秋闱可试,金坚爱水相涵,文学堪夸。

甲乙木日元而当旺宜有丙丁巳午之火增辉,公开考试可获成功。庚辛金日元当旺有壬癸亥子水之相涵。文学可堪夸奖。

用火愁水,用木愁金,春木重重,休为太旺而无依;夏火炎炎,莫作至刚有厌。

用神属水最愁有水克来制,用神属木最愁有金来克制。甲乙木生于春天而身旺,千万不要缺乏财官食伤之神。丙丁火生于夏天,切莫过旺而没有财官食伤之神相济。

秋金锐锐最为奇,冬水旺旺真可美。削之剥之为奇,生我扶我为忌。

庚辛金生于秋天最佳,壬癸水生于冬天身旺为美,两者皆需财官食伤之神剥削,最忌遇上生扶我之印比之神。

丙丁生于冬月,贵乎戊己当头,庚辛产于夏大,妙乎壬癸得所。

丙丁火生于冬天之月,最好有戊己透出天干。庚辛金生于夏天,最妙有壬癸配合。

甲乙秋生妙玄武,庚辛夏长贵勾陈。丙丁水多憎北地,逢戊己反作贵推。

甲乙木生于秋天妙有玄武之水,庚辛金生于夏天贵乎有勾陈之土来护。丙丁火日元而四柱多壬癸亥之水,则憎行北方水运,但若逢有戊己之土制水,反而显贵。

庚辛火旺怕南方,遇戊己翻为荣断。秋生甲乙透丙丁,莫作伤看。

庚辛金日元而四柱多丙丁巳午之火,怕再行南方火运,若遇戊己土来护反而荣兴。秋天出生之甲乙木日元透丙丁火,不可作为伤官之命来看。

夏荣戊己露庚辛,当为贵论。火带水多,贵行木运。

夏天得生之戊己土日元露出庚辛金,可当为显贵之命来论。丙丁火日元而四柱壬癸亥子之水多,最好能够行甲乙寅卯之木运。

土逢木旺,荣入火乡。庚逢水重,水冷金寒喜炎热,戊遇酉多,身衰气锐爱荧煌。

戊己土日元遇四柱多甲乙寅卯木,发荣要行丙丁巳午之运。庚金日元而四柱多壬癸亥子水,形成水冷金寒喜行丙丁巳午之运。戊土日元遇四柱酉多而身弱喜行丙丁巳午之运。

不及喜生扶,不过宜剥削。官杀混杂,身弱则贫,官杀相停,合杀为贵。

身弱不及的八字喜印比生扶,身旺太过者宜用财官食伤去剥削它。官杀同时出现于八字里,日元身弱则贫穷。官杀的力量与日元平均,合去杀星留下官星便为贵命。

年月官星,早年出仕,日时正贵,晚岁成名。胞胎逢印绶,禄享千锺。

年月柱有官星,少年可以出仕,日时柱才有官星,晚年才可以成名。甲申、庚寅或癸巳、丁亥日元为胞胎格,若遇上印绶,为杀印相生,故可禄享千种。

财气遇长生,良田万顷。秋冬官星逢刃伤,存金去火贵无疑。

财星临于长生之位(即滴天髓中之财气通门户),有万顷之良田。秋冬天官星被刃(甲刃卯、乙刃寅、丙戊刃午、丁己刃巳、庚刃酉、辛刃申、壬刃子、癸刃亥)所伤,存留着庚辛巳酉金而冲去或合去丙丁巳午之火自然发贵无疑。

腊月伤官喜见官,破印重伤祸而死。

十二月的金水伤官喜见官,财星破印因祸重伤而死。

财旺生官者,乃贵少而富多,伤官见官者,又官高而财足。

八字中财星生官星,是代表一生中贵气少而富气多。八字中伤官又见官星,代表了有高的官位而财气足够。

无伤不贵,有病为奇,理明于斯,何必他求。

没有伤官的八字不会有贵气,八字中缺乏某元素而为病者,遇运得该元素为药者之为奇,若明白这个道理,何须再寻求其它之方法去论命呢?

虽始用之为奇,宜终去之为美。审其轻重,毋取一途。

虽然始得病神为奇而断,但宜终于得药来治此病为美运。审察整体八字轻重来取决用神所在,切莫只用一个方法来取用神。

如木逢火炎遇庚辛,休作身旺官轻而取,或木绝而坐金,重逢杀印,难为身弱气旺之断。

例如甲乙木日元而四柱有丙丁巳午火再遇庚辛金透出天干的八字,不要当作身旺官轻的八字而取决用 神。或者又如甲乙木临于申酉绝地,再重逢七杀印绶二星出现,难以当作身弱气旺的八字来判断。


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