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硅晶圆加工用金刚石工具 □文/ 王光祖 郑州磨料磨具磨削研究所、本刊高级顾问 1、引言 电子信息产业已发展成为我国国民经济与社会发展的第一大支柱产业，而电子信息产业的基础产业是集成电路(IC)产业。目前95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路是用硅材料做成的。因此，硅材料生产及其加工在半导体和集成电路生产中具有重大作用和地位。 规划到2010年我国集成电路产量要达到500亿块，销售额超过2000亿元，占世界市场的份额为5%，满足国内市场需求达50%。这一形势促使我国半导体集成电路行业必须以两位数增长，这给硅材料加工、金刚石工具发展提供了极大的市场与前景。 为满足芯片微型化、高密度化、高数字化和系统集成化的要求，对芯片直径、平坦化线宽和金属互连层数提出了更高要求，这也对晶片精密加工提出了更高要求，见表1、表2。 2、线切割 单晶硅晶锭拉出后，根据一定要求去头截尾，按一定长度截切并加工好外圆后，单晶硅棒必须切割成一定厚度的晶圆片。所应用的工具在早期为 HYPERLINK / 金刚石内圆切割片，其切割表面平整且细致，但由于速度慢使得产能有限。近年来为求产能提升，多用金刚石锯带及金刚石线所取代。 线切割的原理有两种：一种是往复式摇摆式切割，一种为单向式连续切割。 往复式线切割时，金属线和工件间近似点接触状态，成圆弧状进行切割。 单向式连续线切割过程可以是自由研磨加工，使用直径为0.15~0.3 mm的不锈钢丝或钼丝，并在切割液中加入SiC或金刚石粉。也可以是固结磨料研磨加工，采用0.15～0.5mm镀覆金刚石磨料线进行切割。 美国DWT公司生产使用“Superlok”金刚石线。其生产的金刚石线尺寸如表3所列。 3、晶圆倒角与圆边 由线切割或内圆切割锯片切下的晶圆片其外边缘非常锋利，为避免边角崩裂影响晶圆强度，破坏表面光洁和对后道工序带来污染，必须用专用数控设备自动修整晶圆边棱、外形与外径尺寸。 4、晶圆背面减薄 背面减薄磨削分粗磨与精磨。粗磨时砂轮的金刚石较粗，轴向进给速度为100~500μm/min，精磨时用细颗粒金刚石，轴向进给速度为0.5~10μm。韩国EHWA公司生产的背面减薄金刚石砂轮有关技术数据见表4 本节简要介绍集成电路晶圆背面减薄磨削用金刚石砂轮产品的应用特点、特征与主要关键技术。 4.1应用特点 这类砂轮包括陶瓷结合剂和树脂结合剂两大类，主要用于集成电路、分立器件制造过程中晶圆背面或正面硅片的减薄磨削加工，其中陶瓷结合剂主要用于粗磨加工，树脂结合剂用于半精磨、精磨加工。 加工的特点是： （1）超精密：如采用2000#金刚石砂轮精磨加工8英寸硅片，表面粗糙度Ra达到8nm；应用特殊树脂结合剂制作的金刚石磨抛砂轮，表面粗糙度Ra≤2nm；平行度(TTV)≤0.005mm；弯曲度≤0.5mm。 (2) 高效：精磨砂轮进给速率达到0.8μm/s、0.5μm/s(机床转速3600~4850rpm)。 4.2 产品特征 (1)杯形砂轮，直径114~444mm; (2)磨料工作层特点：窄环高厚度，环宽一般为2.5~3.5mm，厚度为8~10mm; (3)制造精度要求高：动平衡精度≤G2.5；平行度≤0.015mm；外圆跳动≤0.05mm； (4)超细粒度：最细为2000#(8/6μm、3000#(5/4μm); (5)根据砂轮形状分为整杯形、带水槽形和三椭圆带水槽形。 4.3 主要关键技术 (1)适合于金刚石砂轮的低温烧成、高性能陶瓷结合剂。 (2)高气孔率树脂结合剂微粉级金刚石砂轮的制造技术。 4.4 应用效果 试验表明，用郑州磨料磨具磨削研究所开发的上述砂轮，与日本进口砂轮术相比，材料除去率高85%，砂轮磨损低60%，其它指标极其接近。 5、晶圆划片 划片工作使用电铸(电镀)型精密超薄锯片，在结构上有两种：一种是电铸轮毂式切割片；另一种是圆环形无轮毂式切割片。台湾Hongia工业公司是台湾主要电镀金刚石工具供应商，生产Ф55~58mm镍基电镀切割片，根据所划芯片规格不同，划片用切割片厚度为0.03~0.1mm。台湾ASE公司通常使用2~4μm或4~6μm高浓度单层金刚石电镀切割片。工作转数为30000~35000rpm，进给速度为90~100mm/s。为保证精密切割的精度，在切割30~50m后，要对 HYPERLINK /supply/list_153_353.html 切割片进行修整与调节。 本节扼要地介绍集成电路（IC）晶圆划片与分割用电镀结合剂高精度超薄金刚石切割砂轮的应用特点、产品特征以及主要关键技术。 5.1 应用特点： 该产品简称电镀薄片，俗称划片刀，主要用于半导体集成电路（IC）和分立器（TR）晶圆封装前、后道加工中晶圆的划片、分割或开槽等微细加工。其加工