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1、晶圆减薄机的研发及应用现状鼍电字工业芎用设吝半导体材料加工与设备晶圆减薄机的研发及应用现状张文斌(北京中电科电子装备有限公司,北京100176)摘要:介绍了硅片超精密磨削加工工艺的原理和特点,报告了国内外硅片超精密磨削技术与装备的研究与应用现状.强调了我国开展大直径硅片超精密磨削技术和装备研究的必要性.关键词:硅片;磨削;减薄机中图分类号:TN305文献标识码:B文章编号:1004-4507(2011)09.0025—03TheDevelopmentandStatusofBackThinningMach
2、ineZHANGWenbin(CETCBeijingElectronicEquipmentCo.,LTD,Beijing100176)Abstract:Inthispaper,theprincipleandcharacteristicsofultraprecisiongrindingtechnologiesusedinICmanufacturingprocessareintroduced,thepresentstatusandperspectivesoftheadvancedgrindingtechno
3、logiesandequipmentsappliedwaferprocessingandbacksidethinningarereported,andthenecessityandimportanceofresearchinganddevelopingadvancedgrindingtechnologyandequipmentforlargediameterwafersinourcountryisemphasized.Keywords:Siliconwafer;Grinding;Grindingmach
4、ine早在20世纪70年代,开始采用旋转工作台磨削法进行直径100mm以下硅片的背面减薄.随着硅片直径的增大,对硅片背面减薄的要求越来越高,但是旋转工作台磨削技术具有一定的局限性.1984年S.Matsui提出了硅片自旋转磨削(waferrotatinggrinding)法,并开始逐渐取代旋转工作台磨削(见图1).硅片自旋转磨削法采用略大于硅片的工件转台,硅片通过真空吸盘夹持在工件转台的中心,杯形金刚石砂轮工作面的内外圆周中线调整到硅片收稿日期:2011-08—16的中心位置,硅片和砂轮绕各自的轴线回转
5、,进行切入磨削.磨削深度t与砂轮轴向进给速度f,l硅片转速凡的关系为:tw=HtZ(1)图1In—feed磨削示意图屯斗半导体材料加工与设备电子工业专用设菁-1硅片自旋转磨削法的特点(1)可实现延性域磨削.在加工脆性材料时,当磨削深度小于某一临界值时,可以实现延性域磨削.通过大量试验表明,Si材料的脆性一塑性转换临界值约为0.06m.进给速度厂控制在10~m/min,承片台转速取200r/min,则每转切割深度可达到0.05m.对于自旋转磨削,由公式(1)可知,对给定的轴向进给速度,如果工作台的转速足够
6、高,就可以实现极微小磨削深度.(2)可实现高效磨削.由公式(1)可知,通过同时提高硅片转速和砂轮轴向进给速度,可以在保持与普通磨削同样的磨削深度情况下,达到较高的材料去除率,适用于大余量磨削.(3)砂轮与硅片的接触长度,接触面积,切入角不变,磨削力恒定,加工状态稳定,可以避免硅片出现中凸和塌边现象.由r上述优点,现在直径200mm以上的大尺寸硅片背面磨削(backgrinding)大都采用基于硅片白旋转磨削原理的超精密磨削技术.2硅片背面磨削的工艺过程硅片背面磨削一般分为两步:粗磨和精磨.在粗磨阶段,采
7、用粒度46#～500#的金刚石砂轮,轴向进给速度为100～500mm/min,磨削深度较大,般为0.5～l1TII'fl.目的是迅速去除硅片背面绝大部分的多余材料(加工余量的90%).精磨时,加工余量几微米直至十几微米,采用粒度2000#～4000#的金刚石砂轮,轴向进给速度为0.5～10mm/min.主要是消除粗磨时形成的损伤层,达到所要求的厚度,在精磨阶段,材料以延性域模式去除,硅片表面损伤明显减小.3硅片磨削技术的原理当前主流晶圆减薄机的整体技术采用了In.feed磨削原理设计.为了实现晶圆的延性
8、域磨削,提高减薄质量,通过减小砂轮轴向进给速度实现微小磨削深度,因此,要求设备的进给运动分辨率小于0.1Ixm,进给速度1ixrn/min.另外,为了提高减薄工艺的效率,进给系统在满足低速进给的前提下,要尽可能实现高速返回(见图2).晶圆多孔陶瓷承片台空气轴图2进给系统原理示意图4国内外减薄机现状国外硅片超精密磨床制造起步较早,发展迅速,技术先进.其中美国,德国,日本等发达国家生产的硅片超精密磨床技术成熟,代表着减薄机较高水平.国外知名公司
