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硅晶圆加工用金刚石工具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 22、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特点： （1）精密：切缝宽度误差不超过±5μm，切缝崩口小于 5μm； （2）高速：使用速度 30000~45000rpm 5.2 产品特征 (1)在铝合金基体上直接电镀磨料层形成带轮毂式切割砂轮； (2)超薄：磨料工作层厚度为 0.015~0.06mm，是目前国际上工作层最薄的砂轮； (3)高精度：厚度精度为±0.002~±0.004mm；孔径(H)19.05+0.008+0.003；外径(D)55.60±0.05mm； (4)超细粒度：最细为 0.5~2μm。

5.3 主要关键技术 （1）超细微粉磨料的均匀分散技术； （2）低应力、高刚性、高硬度、高平整度工作层的电镀液配方技术； （3）提高镀层与基体结合强度的技术； （4）镀后工作层承托基体精密除去技术； （5）工作层外圆和端面的精密修整技术； （6）工作层厚度的非接触式检测技术； （7）专用设备、装置的开发，包括，高效精密电镀装置以及高精度智能化电镀稳流电源6、化学机械抛光（CMP）垫修整器 由于超大规模集成电路（ULSI）向高度集成和多层布线结构发展，化学机械抛光/平坦化已 成为集成电路不可缺少的关键工艺它不仅是硅晶圆加工中最终获得纳米超级光滑，无损 伤表面的最有效方法，也是 ULSI 芯片多层布线中不可替代的层间局域平坦化方法在晶 圆（芯片）制作过程中多次使用 CMP 工艺目前，国外各种类型修整器有：(1) 镍电镀型 修整器；(2) 高温真空钎焊修整器；(3)陶瓷基体陶瓷结合剂修整器；(4) PCD 修整器 台湾 KINIK 公司研发了新型 PCD 修整器将 PCD 在 6GPa 和 1350℃的条件下烧结成为修 整器胎体，然后用电火花加工成特定尺寸与形状的角锥体按预定模式排列的角锥体称之 为 ADD—Advanced Diamond Disks。

试验表明，ADD 可使抛光垫以高密度粗糙度，高效均 匀抛光晶圆，寿命提高一倍(如表 5)7、结语与展望 7.1 电子信息产业是国民经济发展的龙头，而集成电路则是电子信息产业的核心和基础， 对国家的经济发展有着重要的战略意义新一代 IC 制造将采用大直径 300mm 以上硅片， 片厚也减小到 100~200nm硅片直径的增大和芯片厚度的减小，给半导体加工制造技术带 来了新的挑战专家预言，2000~2015 年将是电子材料的时代，电子材料将成为各种数字 化器材的核心因此，加工电子材料的主要工具之一 —— 金刚石工具前景看好，商机无 限 7.2 由于集成电路（IC）的发展又离不开基础材料硅片，全球 90%以上的 IC 都要采用硅片 硅晶体切片处于整个工艺流程的较前端，是芯片制造中的一道重要工艺，对基片的加工质 量和成本有着重要影响，而切片质量的好坏势必会影响到后续各道工序的加工 7.3 集成电路（Integrated Circuit，即 IC）为最精密的电子组件，其生产芯片(Chip)的技术 可衡量一个国家尖端产品的制造能力2010 年最先进的水平仍在 300mm 晶圆上制造 32nm 的线路。

美、台、日、韩都有这样的技术，但中国仍停留在 90nm 阶段(如大连的 Intel 工厂 及深圳中芯接受 IBM 移转的技术)然而世界最大的半导体公司：美国的 Intel、台湾的 TSMC 及韩国的 Samsung 都已宣布在 2012 年进军 450mm 晶圆，其电路初期将使用 32nm，但在同年就会细化成 22nm因此，2012 年不会是玛雅人预告的地球末日，而实为 人类文明更上层楼的启始，其开幕的重头戏就是半导体的大决战(Armageddon) 7.4 在硅基半导体器件制造过程中，砂轮磨削主要有两方面用途：一方面可以用于刻蚀硅 片的精磨，目的是提高输送到抛光工序的硅片库中硅片的平坦度，减少抛光工序的硅片去 除量；另一个用途是在划片工序前将硅片厚度整体减薄随着智能卡和智能标签等市场需 求日益增长，对薄的可弯曲的硅芯片的需求也日益增长，因此需要更多的背面磨削过程 7.5 内圆切割时晶片表面损伤层大，给 CMP 带来很大磨削抛光工作量；刀口宽，材料损失 大，晶片出率低，成本高，生产率低，每次只能切割一片当晶圆直径达到 300mm 时，内 圆刀片的外径将达到 1.18m，内径为 410mm，在制造、安装与调试上带来很多困难。

故后 期主要发展线切割为主的晶圆片切割技术本文转载于《磨料磨具》杂志第 15 期，参考磨商网链接： 。