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。

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恒毅心 崇德梦——崇德中学九十华诞各界友人、校友贺诗(词、赋、联)1
2018-01-11 福建省安溪崇德中学

各届友人贺诗·绝句第一篇:

沁园春·崇德中学九十周年校庆
高中74届 王建春

寥廓风光,桃李芬芳,载誉域中。看崇楼矗立,流光溢彩,芳华竞秀,引凤藏龙。捧读晨霞,囊萤映雪,年少韶光逐远鸿。勤奋勉,善知行合一,恒毅乘风。

名园叶茂枝繁,新时代.累累硕果丰。校史纪春秋,煌煌旧址,先师风范,尽瘁鞠躬。细雨无声,润花有意,兢发千帆学海中。天高远,望青山迢递,雏燕凌空。

(作者简介:王建春,安溪县委党校高级讲师。)

母校崇德中学九十华诞偶得
高中75届 陈泰山

崇文尚义毓英才,德耀乾坤播仁爱,九十春秋披锦绣,先贤兴学桃李栽。光厚祝三诗景愿,
慧眼独具巧安排,厦门置产永久业,崇德崇阿两学开。春去秋来路漫漫,恒毅如磐志不改,
学子孜孜不倦殆,明德至善抒情怀!前程似锦花千树,樱桃好吃树难栽,但愿诸君齐努力,
共为母校添风采!注,两学指崇德中学和崇阿小学。

沁园春·母校崇德中学九秩华诞(四章)高中83届学生 詹金才

瓞衍九秩,戮力同心,桃李芬芳。恰母校华诞,欢歌百里;八方学子,济济一堂。历尽沧桑,青春犹在,浓厚师生情难忘。忆往昔,幸基业辉煌,无尽风光。

恰同学少年郎。迸热血青春谱乐章。仰先贤草创,文章翘楚;后昆高鹜,术业辉光。学者莘莘,崇德尚义,赤县神州挑大梁。瞻前路,秉德才精育,大道康庄。

母校崇德,知识殿堂,誉驰黉门。忆达摩山麓,挑灯读夜;榴桉阴里,论议绘春。书院传承,泽被桑梓,万千学子竞追寻。薄暮际,看窗前座上,奋勉辛勤。

恩师教诲铭心。历九秩桃李竟芳芬。赞清荣校友,法学巨栋;金通耆宿,四海名闻。才俊缤纷,扬威各行,建勋文史农哲林。看今日,有莘莘学子,砥励耕耘。

理工者何?穷究至理,成就天工。看教科书里,春波荡漾;芳名榜上,巨木葱茏。犹记当年,煤油灯伴,诵读声声破晓空。百里外,忆达摩夜色,意绪重重。

时光流水匆匆。忽半世沧桑似梦中。欲上达仙界,须劳青鸟;抒恩母校,还累征鸿。桃李无言,落红有意,薪火恰逢时代风。飘泊处,问何时归去,共醉千钟。

碧树擎天,岁月峥嵘,桃李绽香。忆拓宽操场,挥锄掘土;修葺校舍,驮石砌墙。谆谆师意,莘莘学子,昼夜辛勤谱丽章。谁能忘,那激情年月,勤勉课堂。

母校盛誉芬芳。九十载英才立四方。有学术骄子,报登绩业;政商高手,榜列荣光。行业有异,同歌共咏,崇德声名日月长。喜今日,恰关山新越,斗志昂扬。

咏崇德中学九十周年庆
黄作影
侨亲慷慨学堂开,恒毅传承为育才。
叹往沧桑兴教路,雄风再展待君来。

咏崇德中学九十周年庆
苏清泉
昔时崇德新桃李,最老今朝九十年。
风妒奈何根底好,春来且比哪枝妍。

崇德中学90周年庆
张桂月
三千桃李竞芬芳,九十春秋回首望。
恒毅一朝成座右,书山万仞不彷徨。

贺崇德中学九十华诞
姜雅婧
狮子峰前立学堂,传承恒毅绽华章。
适迎九十生辰至,喜看英才来四方。

贺崇德中学九十周年庆
张爱环(陕西省)
崇德风华九十年,漂萍又雪压双肩。
丹心恒毅如明镜,只为朝朝紫燕翩。

贺崇德中学九十周年
黄春霞(四川省)
千秋大业育为先,琢玉扬帆继圣贤。
崇德经霜九十载,满山桃李竞翩翩。

崇德中学九十周年庆赞侨贤
李娅丽
年年雨露不曾停,一滴甘霖一片情。
不负贤仁崇德意,达摩岩下水丰盈。

庆崇德中学九十周年
谢巧玲
崇德初心兴教化,杏坛桃李竞鲜妍。
纵然几度风兼雨,君看芬芳九十年。

感恩崇德
蔡逸声
崇德培英九十春,杏坛桃李洗红尘。
师从名校承恩露,难忘开蒙续问津。

贺崇德中学九十年庆
赵秀萍(山东省)
倾心九秩育英贤,崇德墨香薪火传。
汗水催芽滋嫩绿,精培桃李谱新篇。

安溪崇德中学
王云(广西省)
书声安得达摩山,总伴溪风共畅言。
鹄志崇高开眼界,仍需德道解俗闲。

贺崇德中学九秩
林娴娟
九秩书园溢墨香,八千学子聚华堂。
往来皆是鸿儒客,恒毅为舟载德航。

贺崇德中学九十华诞
李东立(陕西省)
传道沧桑九十年,杏坛懋绩喜连连。
培桃植李擎天下,德技双馨慰圣贤。

崇德中学九十周年校庆
黄种喆
长卿立学数乡贤,虽屡风霜志更坚。
但得三千桃李笑,丰收足以慰流年。

贺崇德中学九十周年庆
林培文
崇德书香有异哉?深山偏更出英才。
但看恒毅蚕推雁,茅塞随钟刹那开。

贺崇德中学九十周年庆
杨艺强
披荆斩棘九十霜,学海躬耕桃李芳。
崇尚文明兴教化,德尊望重续华章。

贺崇德中学九十周年庆
王成枝
墨海行舟九十年,梓桑崇德慰先贤。
但将恒毅心间记,长使书香代代传。

贺崇德中学九十华诞
马秀芳
新老崇德续锦篇,琅琅岁月九十年。
秉持恒毅八方赞,美誉声声万代传。
(中华新韵)

崇德九十年校庆
吴彩虹(陕西省)
崇德勤耕九十年,几经风雨志弥坚。
谨承恒毅朝朝续,桃李春风共聚贤。

贺崇德中学九十年庆
吕婧(吉林省)
九十春秋风雨行,秉承恒毅育精英。
喜看岁岁春归后,满圃芳馨桃李荣。

安溪实景,拍摄陈泰山


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