多线切割工艺中切割速度对晶片翘曲度的影响

半导体材料加工与设备　电子工业毫用设苗　－　多线切割工艺中切割速度对晶片　翘曲度的影响　赵文华，马玉通，杨士超　（中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津３００２２０）　摘　要：目前，半导体单晶材料的加工多采用多线切割机进行切割。切割工艺直接影响着切割过　后晶片的参数。在这些参数ｑ－，翘曲度是鉴别晶片几何参数好坏的重要指标之一　影响翘曲度的　因素很多，如切割速度、砂浆密度、晶片内部应力等，在切割工序中，通过调整多线切割的工艺条　件，来控制和改善晶片的翘曲度　关键词：多线切割；翘曲度；切割速度　中图分类号：ＴＮ３０５．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４．４５０７（２０１　１）０９．００２８—０３　Ａ　Ｂａｓｉｃ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｃｕｔｔｉｎｇ　Ｓｐｅｅｄｓ　ａｎｄ　Ｗａｆｅｒ　ｗａｒｐ　Ｚｈａｏ　Ｗｅｎｈｕａ，Ｍａ　Ｙｕｔｏｎｇ，Ｙａｎｇ　Ｓｈｉｃｈａｏ　（Ｔｈｅ　４６ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００２２０，ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ—ｗｉｒｅ　ｓａｗ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｔａｋｅ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏ￣ａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ，Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｍａｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｆｅｒ．Ａｎｄ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｍａｙ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｆｅｒ　ｗａｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｕｃｈ　ｗｉｒｅ　ｃｕｔｔｅｒｓ；Ｗａｒｐ　Ｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄｓ　多线切割机是近年来发展非常迅速的一种高　浅，晶片表面粗糙度小等诸多优点ｌ】］。它的原理是　通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切　效率切割设备，在半导体领域应用广泛。多线切　割技术是硅加工行业、太阳能光伏行业内的标志　性革新，它替代了原有的内圆切割设备，所切晶片　与内圆切片工艺相比具有弯曲度（ＢＯＷ）、翘曲度　割刃料对硅棒进行摩擦，从而达到切割效果。在整　个切割过程中，钢线通过十几个导线轮的引导，在　主线辊上形成一张线网，而待加工工件通过工作　（ＷＡＲＰ）小，平行度（ＴＡＰＥＲ）好，总厚度公差　（ＴＴＡ）离散性小，刃口切割损耗小，表面损伤层　收稿Ｅｔ期：２０１１．０８．１８　台的下降实现工件的进给。硅片多线切割技术具　有：效率高，产能高，精度高等优点。是目前采用最　－　电子工业董用设备　半导体材料加工与设备　广泛的硅片切割技术［２］。　１实验研究　１．１线切割机的加工原理　实验设备是中国电子科技集团公司第四十五　研究所生产的ＤＸＱ一６０１Ａ型多线切割机，线切割　系统的磨削原理是使用自由研磨剂而非固定的研　磨剂，因此往复式切削系统比传统的单向切削系　统具有一定的优势。对于同种材料来说，系统可以　有更大的行程和线的移动速度，只有通过线的往　复运动，才能达到理想的研磨效果。连续的供线系　统和旧线回收系统，可以避免线的破损，还可促使　线的张紧以保证切削线的刚性，这有利于保持切　片精度，同时，最大限度地利用切削线可以有效降　低消耗。（如图１）金属线和工件间近似点接触状　态，成圆弧状进行切割，由于拉力都集中加在接触　部，可以进行高精度、高速度切割。金属线从供线　轮通过伺服电动机控制张力，经过多个导向轮转　到摇动头。在槽轮上卷上设定好圈数后，经过多个　导向轮，再通过伺服电动机控制回收侧张力，由回　收拉杆将金属线整齐排在回收轮上。实际转动时，　供线轮、槽轮、回收轮一起高速运转＿３Ｊ。　图１多线切割原理图　１．２实验设计　我们以Ｎ型、晶向＜１　１　１＞、０１００　ｍｍ的Ｓｉ单　晶为实验样品制作６２０　Ｉｘｍ厚度硅片，用ＭＳ．１０３　型多功能几何参数测试仪测量切割后硅片ｗａｒｐ　参数，对这些参数进行比较，最终得到进给速度与　ｗａｒｐ参数之间的关系。　线切割机在平均送线速度、砂浆密度、温度、　流量等参数不变，以３种进给速度（如表１）切割，　每次切割两颗单晶为例（如图１），分别对切割后　的硅片以每颗随机抽取１５片进行几何参数测试。　并记录数据做比较。　表１各方案工艺　方案一　方案二　方案　工作台平均速度／Ｉｘｍ・ｍｉｎ。　３６０　３００　２６０　平均送线速度／ｍ・ｍｉｎ　６５０　砂浆密度　・ｃｍ　．６４～１．６５　砂浆温度／￣Ｃ　２５　砂浆流量／Ｌ・ｍｉｎ　６５　新线供给量／ｒｎ・ｍｉｎ。　１００　１００　１００　１．３工艺操作步骤　把粘接好的工件固定到机器的工作台上；检查　机器各部位运转状况；测量加工长度；检查工艺无　误后，按开始键切割；切割完成后，按停止键停机。　１．４测量设备及方法　用ＭＳ一１０３型多功能几何参数测试仪测量；　测量方法及原理：硅片置于测试仪基准环的　３个支点上，３个支点形成一个基准平面。硅片上、　下表面相对于测量仪的一对探头，安规定路径同　时进行扫描，成对的给出上、下探头与硅片最近表　面之间的距离，求其一系列差值，差值中最大值与　最小值相减除以２，所得数值表示硅片翘曲度。　１．５实验结果　按照方案一对切割的晶片进行几何参数测　试，并记录结果（见图２）。　ｗａｒｐ参数　７０　６０　５０　Ｏ　１　３　５　７　９　ｌ１　１３　１５　１７　１９　２１　２３　２５　２７　２９　图２方案一翘曲度分布图　按照方案二对切割的晶片进行几何参数测　试，并记录结果（见图３）。　曼签　ｇ　ｉ　鱼　ｗａｒｐ参数　蚕　耋　团　技术指标；方案二、三方式切割玩的单晶片测试结　果ＷＡＲＰ≤３０　ｍ，翘曲度良好，能满足技术指标。　埋　２结论　０　５　１０　１５　２０　２５　３０　３５　综上所诉，进给速度对硅片翘曲度（Ｗａｒｐ参　数）影响巨大。进给速度过大，翘曲度就会变得不　图３方案二翘曲度分布图　稳定。在切割过程中，对进给速度的控制尤为重　按照方案三对切割的晶片进行几何参数测　试，并记录结果（见图４）。　ｗａｒｐ参数　３０　要。只有不断的改变进给速度，找到合适的数值，　才能使硅片的参数稳定，切割片质量合格。　参考文献：　［１］　Ｋ．ＩＳＨＩＫＡＷＡ，Ｈ．ＳＵＷＡＢＥ　ｅｔ　ａｌ，Ｊ．Ｊａｐａｎ　Ｓｏｃ．Ｐｒｅｃ，　ｅｎｇｇ［Ｚ］．６６（６），９１２（２０００）．（ｉｎ　ｊａｐａｎｅｓｅ）．　蛊２５　２Ｏ　１５　蚕１０　０　１　３　５　７　９　１１　１３　１５　１７　１９　２１　２３　２５　２７　２９　［２］　高伟，刘迎，刘镇昌，环形电镀金刚石线锯锯切工艺参　数的实验研究［Ｊ］．工具技术，２００４（３８）；３７—３９．　［３］　李保军，多线切割中的切割线振动作用研究［Ｊ］．电　ｒ　图４方案三翘曲度分布图　姐　工业专用设备，２００８，１６１（６１；３９—４２．　Ｊ止　龇姐　—止龇　—止—止　止　止—址　１．６结果分析　作者简介：　通过埘方案一方式切割完的单晶片测试结果　可以看出ＷＡＲＰ≥３０　ｍ，翘曲度超标，不能满足　—赵文华（１９８３一）男，天津巾人，工程师，主要研究办　向为半导体材料加工。　—　．Ｓ　Ｓｌ上—喜ｔ—Ｓｔ—　—Ｓｌ上—址—Ｓ屯—；也—　止　—　—　—喜也　—喜　．驰．址—　Ｊ－．址　—　Ｌ　址．　．址ｊ　Ｌ　Ｌ．址—　Ｌ—　Ｌ　止—　．　．Ｌ　（上接第１０页）　口检测采用差分发、定向采用质心法最终可达到以　上精度要求并且预对准时间≤１５　Ｓ提高了产率。　参考文献：　　Ｉｌ　［１］　（美）莱（Ｌａｙ，Ｄ．Ｃ．）著，刘深泉译．线性代数及其应用　［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５．　ｌ　ｌｊＩ．１　Ｉｌ　Ｉ｝　：　『　。１　　！　Ｉ　ｌＩ　．　ｉ－＿　　１　ｌ［２］　张韵华．数值计算方法与算法［Ｍ］．北京：科学出版社，　２００６．　【３］　周杰，韩龙．采用线阵光学传感器的晶圆预对准方法　［Ｊ］．黑龙江科技学院报，２００９．６．　．００　址．占　—喜ｔ—５　Ｌ　业．Ｓ止．址．Ｓｌ上“　—Ｓ止—善屯．址．Ｓ止．址龇　Ｓ　—５止—喜　图９最小二乘法（采样１０次取平均值），仿真１　０００次　作者简介：　张鹏远（１９８２一），男，辽宁人，助理工程师，　海微高　５结论　精密机械工程有限公司，从事设备驱动，现主要承担扫描　光刻机研究任务。　杨林（１９８０一），男，黑龙江，助理工程师，上海微高精密　机械工程有限公司，从事设备驱动，现主要承担扫描光刻　机研究任务。　因为预对准精度要求为：上片偏心：５００　ｍ；　定心窗Ｎ：最小为±２０　ｍ；定向精度：±３０　ｉｘｒａｄ：　完成预对准所需的时间：≤２０　Ｓ。对比以上算法，缺