硅片不对称倒角工艺研究
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作者: 陶术鹤 张伟才
摘要：硅单晶经切割而成为硅片后，其边缘棱角部位容易产生崩边缺口以及裂纹等损伤，对后续工艺过程造成不同程度的影响。进而引入硅片倒角工艺，消除了硅片边缘应力集中区域，减少了后续工艺过程中硅片的破损。
关键词：倒角，面幅，边缘，不对称倒角
分类号：TG233
引言
随着半导体技术的不断发展，客户对衬底片质量的要求也越来越高，晶片倒角作为消除边缘损伤、降低边缘应力的重要工序，越来越被人所重视。
对边缘缺陷的零容忍、对边缘面积的最大化追求促使人们对晶片倒角有了全新的认识。面对各种各样的倒角需求，必须从倒角原理出发，开展有针对性的研究工作。
1硅片倒角简介及加工原理
硅片倒角是指把切割后硅片的锐利边缘通过磨削修整成圆弧形，其目的是消除边缘切割应力，防止边缘破裂及颗粒脱落[1]。
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-GM4200和大途株式会社的WBM-2200倒角机，普遍采用八英寸倒角砂轮。
倒角作业时，硅片被固定在可旋转的真空吸盘上，在其边缘方向有一高速旋转的金刚石磨轮，磨轮旋转速度通常为6000～8000r/min或更高。硅片边缘与磨轮接触并作相对旋转运动而被磨削达到预计的边缘轮廓。[2]
2不对称倒角工艺分析
在半导体工艺中，很多步骤涉及到单面减薄，减薄后会造成晶片正反边缘面幅不一致，产生较大的加工应力，为防止这种现象，通常要求衬底晶片在使用前边缘面幅为不对称结构，在减薄后则成为对称结构，以达到降低边缘应力的目的。
为实现衬底晶片的边缘面幅的不对称结构，必须对晶片进行不对称倒角。不对称倒角的实现方式有两种，一种是砂轮槽形状为不对称结构，靠槽形状与晶片边缘形状几何互补的原理实现，另一种是砂轮槽形状为对称结构，靠移动晶片的上下位置获得不对称效果。无论是哪一种方式，都要涉及两个问题：
1、 砂轮尺寸符合选择；
2、 倒角面幅宽度如何控制。
针对上述两个问题，我们开展了一系列有针对性的研究，并对结果进行分析。
3.实验部分
3.1 设备和仪器
W-GM4200倒角机，XY-1510影像测量仪。
3.2 原材料
4英寸硅切割片，厚度500～540?m，晶片TTV值不大于10?m，Warp值不大于30?m。
槽半径127?m～228.6?m的金刚石倒角砂轮。
3.3 实验过程
利用不同槽半径的砂轮对晶片进行倒角，测试面幅宽度和边缘轮廓。
4.结果与讨论
4.1 砂轮槽半径的选择
槽半径对边缘面幅宽度的影响是很大的，在晶片厚度基本相同的条件下，槽半径越小，晶片边缘面幅宽度越大，拟合值与实际值的变化充分说明了这一点。
从表1中还可以发现，随着槽半径的减小，晶片边缘面幅拟合值与实际值的差异在逐渐加大，原因可能是砂轮切削量增大引起了晶片/砂轮界面的变化，面幅可控性减弱，这说明槽半径的减小是有限度的。另外，倒角边缘一般由圆弧和斜边组成，斜边由于晶向的原因，在后续加工中有着十分重要的作用，槽半径过大的砂轮，会造成晶片边缘的斜边过短，在研磨中非常容易消失，形成正表面与圆弧生硬接触的形态，对后续加工极为不利。
实际工艺中，晶片倒角后还要经过研磨、抛光等工序，在选择砂轮槽半径的时候，还要考虑后续加工的影响。
4.2 面幅一致性的控制
由于晶片边缘存在弧度，所以晶片标称的直径，往往比表面实际可用直径要大，而实际可用的直径（或面积）才是应用者真正关心的。边缘面幅的均匀性，影响着可用面积的形状，对后续的器件制作有着很大影响。翘曲度不同的两种晶片倒角后的面幅测试结果，测试区域是相隔90°的晶片边缘。从结果中可以看出，当晶片翘曲度较小时，四周面幅宽度较为一致，没有明显的差异，而当晶片翘曲较大时，四周面幅宽度差异较大，从4片晶片的测试结果来看，面幅较大区域的位置是固定的，这说明同一批次的切割片，在翘曲形态上是相似的，而晶片翘曲会造成倒角后边缘面幅的差异。
从上述结果看，面幅差异很大程度上取决于晶片的原始状态。当晶片翘曲度较大时，应进行研磨、腐蚀等工艺，最大程度地去除表面损伤层，释放应力，改善晶片翘曲度，再进行倒角，才有助于提高边缘面幅的均匀性。
4结束语
本文从原理上讨论了晶片的倒角过程，并针对不对称倒角开展了研究。研究中发现，砂轮槽半径对边缘面幅有着十分重要的影响，砂轮槽半径越小，边缘面幅越大，但是槽半径过小的砂轮，更容易造成边缘面幅宽度的差异。另外，晶片翘曲度对倒角面幅一致性有着很重要的影响。
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.杨树文 《硅片倒角机磨削系统关键技术研究》 2006
作者简介：
陶术鹤，男，1987年6月至今，天津宁河人，助理工程师，从事半导体材料加工研究工作。
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