□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2。
2、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、晶圆倒角与圆边多功能烧烤车
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。
水培鱼缸
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。 粉尘收集
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；
系泊系统
（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；
透水混凝土施工
（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。
铣床飞刀
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：
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