内圆-切片机设计.pdf

内圆切片机设计 第 1 章 前 言 1.1 内圆切片机的发展和现状 为了提高  IC 生产线的生产效率，降低生产成本，IC 生产线所需硅圆片直径 不断增大。为了满足硅圆片加工的需要，硅片切割设备一方面向大片径化方向发 展，另一方面向高精度、高自动化及高智能化方向发展。 从世界半导体工业的发展来看，八十年代中期普遍使用 150m 圆片，该生产 线于  1996  年发展到鼎盛时期，当时  150mm  硅片消耗量为世界圆片消耗量的  50％。1990 年开始应用 200mm 圆片，该生产线将于 2003 年达到高峰。于此同 时，300mm 圆片生产线已于 1995 年建成试验性生产线。从世界范围来看，目前 已有相当一些 IC 制造商、 设备供应商和半导体供应商完成了向 300mm 圆片工艺 水平的过渡。但是，硅圆片切割设备技术的发展在  IC  生产线建线技术中走在时 间的前列。纵观世界  IC  生产线的发展，发展速度之快，技术更新日新月异，给 [1]  人耳目一新的感觉  。 由于集成电路制造工业的重要性，世界各国都比较重视，都积极大力发展各 自盼  IC 制造工业。IC 器件的基础性材料是半导体硅单晶材料，因此，世界各国 对硅单晶材料的消耗量反映了一个国家的  IC  制造业的规模和工艺水平，同时各 国硅材料生产及硅圆片生产水平也代表了一个国家 IC 工业的材料基础的实力。 由于国家的高度重视和积极扶持，我国半导体产业正在快速发展。2001  年 在国际电子制造业的不景气情形下，我国电子制造业是同期 GDP  的 3 倍。我国 电子市场在全球市场中所占的份额由 1996 年的 2．3％上升到 2000 年的 6．996； 同时世界集成电路的平均单价为2．6 美元，我国集成电路平均单价由0．4 美元 升至 0．5 美元。我国 IC 工业具有发展数量的空间和具有发展技术的空间，这两 大空间，决定了我国在今后一段时期内 IC 产业保持快速发展。当前，我国拥有 8  家集成电路芯片制造企业，其中 2 家采用 200mm 生产线。正在建设和计划建设 的生产线包括：北京信创(150mm)、首钢华夏(200mm)、上海先进(200mm)、上 海贝岭(200mm)和杭州士兰(150m)等，这些生产线  2～3  年内可望建成投产。拿 深圳、上海两地为例：深圳计划在 3～5 年内建成 8～15 条前工艺生产线。上海 计划于 2005 年前，先行完成 4 条 8～12 英寸晶圆生产线，以实现年产240 万片， 产能 1．1 亿平方英寸的生产目标。 以上项 目的建设，为硅材料加工行业提供了广阔的市场。以上海规划年产  240 万片为例，240 万片折合 200mlCZ 法单晶硅片 240  吨(这一数据为日本 2001  年晶圆单晶硅产量的十分之一，2001 年日本晶圆单晶硅产量为 2153 吨)。从目前 国内硅圆片加工行业来看，在我国具有相当规模的半导体材料生产及加工企业 中，其单晶硅年产量徘徊在 50 吨的水平，并且其生产的硅圆片的数量，较多集 中在 125mn 圆片的加工范围。 硅圆片的加工方法一直延用以下工艺过程： 晶棒成长——晶棒裁切与检测——外径滚磨——切片——圆边(倒角)——表 层研磨 ——蚀刻一去疵——抛光——清洗——检验——包装 硅圆片切片工艺过程中多应用内圆切割技术， 该技术于二十世纪七十年代末 发展成 熟。 随着硅圆片直径的增大，内圆切割工艺中所需内圆刀片尺寸增大，刀片张紧 力也相应增大。同时刀片刃口的加厚增加了切割损耗，高速切割使硅片表面的损 伤层及刀具损耗加大。这些缺点使内圆切割技术在大片径化方向中提高效率，降 低生产成本受到制约。加之当时内圆刀具制作上的困难，基于这种情况，国际上 又发展了一种多线切割(后简称线切割)技术工艺方法。 1.1.1 内圆切割技术与线切割技术分析  200mm  以上规格硅单晶圆片切割加工可采用内圆切割技术或线切割技术两 种切割方式。在硅圆片规模化生产中，线切割技术作为主流加工方式，逐步取代 传统的内圆切割技术方式。但在所有硅材料切片加工中，内圆切割技术与线切割 技术在实际应用中互为补充而存在。 众所周知，随着硅圆片直径的增大，内圆切割技术的缺点使