基金项目：国家 863 十五重大专项支持(2002AA3Z1110)砂轮粒径对300mm Si 片双面磨削影响的研究 葛钟，闫志瑞，库黎明，陈海滨，冯泉林，张国栋，盛方毓，索思卓
(有研半导体材料股份有限公司，北京100088)
摘要：在直径300mm Si 片制备过程中，利用双面磨削技术能获得高精度的表面参数，但同时却会在Si 片表面留下明显的磨削印痕，这会影响Si 片表面平整度。通过选择#2000和#3000砂轮对Si 片进行磨削实验，获得两种型号砂轮磨削出Si 片的形貌图、磨削印痕和局部平整度，并分别进行了比较。结果表明，选择粒度更细的#3000砂轮能够有效地弱化Si 片表面的磨削印痕，同时改善边缘局部平整度差的问题，从而提高Si 磨削片表面的局部平整度。 关键词：硅片；双面磨削；磨削印痕；局部平整度中图分类号:TN304 12;TG58 文献标识码:A 文章编号:1003-353X (2008)04-0289-03
Effect of the Grain S ize of Grinding Wheel on 300mm S i Wafer Grinding
Ge Zhong,Yan Zhirui,Ku Liming,Chen Haibin,Feng Quanlin,
Zhang Guodong,Sheng Fangyu,Suo Sizhuo
自由交易
(GR INM Semiconductor Mate rials Co.Ltd.,Bei j ing 100088,China)
Abstract:Using double -side grinding technology in 300mm Si wafer manufacturing process,the Si wafer can obtain high accuracy surface parameters,and generate obvious grinding marks,which can affect the surface flatness.Comparing the experiments between #2000and #3000wheels,the surface morphology,grinding marks and SFQR (site front least square range )were obtained.The results show that the e xperiments,using the #3000wheels,can fine the grinding marks of Si wafer surface,and simultaneously reduce the SFQR on the edge of ground wafer.
Key words:Si wafer;double -side grinding;grinding marks;SFQR EEAC C:2550E
耐万古霉素肠球菌0 引言
随着IC 制造技术的飞速发展和IC 芯片的需求量增大，为了增大产量和降低制造成本,Si 片趋向大直径化。目前,IC 技术已经迈进特征线宽小于0 1 m 的纳米电子时代，从综合成本考虑，线宽0 1 m 以下的集成电路制作将主要使用300mm 的Si 片。这对Si 单晶抛光片的制备提出更高的工艺和技术要求，目前对300mm Si 片的制备加工采用了许多新的设备和工艺。
1 加工方法
与传统Si 片双面研磨技术相比，磨削技术由
于加工效率高、加工后Si 片表面参数精度高、成
本低、产生的表面损伤小等优点[1]，在300mm Si 抛光片制备工艺中取代传统双面研磨并得到广泛应用。目前根据不同应用范围,300mm 的Si 片磨削加工有两种方式，一种是单面磨削，另一种是双面磨削，本文采用双面磨削方式。在对Si 片的双面磨削加工过程中，根据Si 片与磨削砂轮的相对位置可分为卧式和立式加工方式。其中卧式加工是Si 片置于垂直状态,Si 片两侧砂轮齿呈水平状态，而立式加工时Si 片置于水平状态,Si 片两侧砂轮齿
楚雄师范学院学报呈垂直状态[2]
。
本实验所用磨削机采用卧式加工方式，其加工部示意图如图1所示[3]，卧式加工方式的优点是Si 片在加工过程中处于垂直状态,Si 片可有效地避免因自重而引起的形变，同时更容易控制Si 片两面
技术专栏
Technology Column
April 2008
Semiconductor Technolog y Vol 33No 4
289
处于基本相同的磨削工艺条件，使得两面获得基本相同的磨削表面形貌。这对300mm 以及更大直径尺寸Si 片表面的加工精度影响非常重要。但Si 片经过双面磨削后，尽管加工精度高，但却在Si 片表面留下明显的、有规律的磨削印痕，会影响到Si 抛光片的表面粗糙度。因此对Si 片表面磨削印痕的研究不仅可以改善双面磨削工艺，还能为后序抛
光工艺提供有用的参考。
图1 双面磨削机砂轮加工部示意图Fig 1 Configuration of grinding part
视在功率2 实验
实验Si 片为300mm p 型<100>切片，磨削机为DXSG320型磨削机，主要技术参数如表1所示。磨削砂轮采用 160mm 杯形树脂结合剂金刚砂轮，型号规格为#2000，磨砂粒径为4~4 5 m;#3000，磨砂粒径为3 m 。测试仪器为Olympus 公司生产的MX61L 型光学显微镜,ADE 公司的AFS3220表面几何参数检测仪，厚度形貌检测仪。
表1 DXSG320型磨削机主要技术参数
Tab 1 Parameters of DXSG320grinding machine
参 数数值
12306验证码识别金刚砂轮型号#2000,#3000冷却纯水温度/ 21
砂轮转速/(r min -1)5500~6000
Si 片Carrier 转速/(r min
-1
)
25~35砂轮Spindle 进给速率/( m min -1)
25~80
为确保磨削效率和精度，磨削机磨削过程分为：粗磨削、第一次中磨削、第二次中磨削、精磨削、无火花磨削。分别用#2000和#3000砂轮将Si 片在相同磨削条件下磨削至目标厚度。用厚度形貌检测仪获得Si 片的表面形貌图，用Olympus 公司的MX61L 型光学显微镜获得Si 片的表面磨削印痕图；用ADE 公司的AFS3220表面几何参数检测仪对磨削出的Si 片进行表面检测，得到不同粒度的砂轮对Si 片表面局部平整度的影响结果。
3 结果与分析
采用#2000和#3000砂轮将Si 片磨削到目标厚度，用厚度检测仪分别检测磨削出的Si 片表面，获得整个Si 片表面形貌图，如图2
所示。
图2 两种砂轮磨削出Si 片表面形貌图
Fig 2 Surface morphology of Si wafer ground by #2000and
#3000wheel
在MX61L 型光学显微镜下放大200倍分别得磨削出的Si 片表面磨削印痕，如图3
所示。
图3 两种砂轮磨削出Si 片表面的光学显微图Fig 3 Optical microscopic photos of Si surfaces grinded by two
kinds of wheels
用ADE 公司的AFS3220表面几何参数检测仪对#2000和#3000砂轮在相同磨削条件下磨削出的Si 片进行表面检测，结果如图4
所示。
(a)#2000
葛钟 等：砂轮粒径对300mm Si 片双面磨削影响的研究
290 半导体技术第33卷第4期
2008年4月
(b)#3000
图4 两种砂轮磨削出Si 片的平整度
Fi g 4 SFQR of the ground wafer
由图2可知,#2000砂轮磨削出的Si 片表面粗糙，而#3000砂轮磨削片表面光滑细腻,Si 片表面质量更好，从图3实验结果中可得到解释，两种砂轮磨削的Si 片，表面都有呈交叉状的磨削印痕，但图3(a)磨削印痕非常明显，而图3(b)印痕较浅。因为#3000砂轮的粒度比#2000砂轮的粒度更小，砂轮与Si 片磨削接触过程中，在单位面积下粒度更小的砂粒与Si 片表面接触更多，在Si 片表面留下的磨削印痕更微弱，得到的磨削Si 片表面质量更好。
Si 片直径增大以及特征线宽的减小给半导体加工带来许多突出的技术问题，也对Si 片平整度的要求更高。由于集成电路工艺中的光刻工艺对Si 片表面的基本要求是其表面的高度差在光刻机的光学系统的景深范围内，而光刻机的光学系统的景深范围随着放大倍数的增大而减小，这就意味着越小的特征线宽要求越小的平整度。从图4中得到,#2000砂轮磨削出的Si 片局部平整度为0 359 m,#3000砂轮磨削出的Si 片的局部平整度为0 277 m，图4(a)的数据中共有14个区域的局部平整度 0 1 m (见灰部分)，图4(b)的数据中共有5个区域局部平整度 0 1 m 。由此可见，图4(b)显示的#3000砂轮磨削出Si 片表面的局部平整度比图4(a)#2000砂轮磨削出Si 片表面局部平整度有明显的改进。在#2000砂轮磨削出的Si
片边缘处局部平整度差于中间部分，这是因为在砂轮磨削过程中，对Si 片不同部位磨削的程度不同，整个Si 片表面磨削印痕由中心向边缘变稀疏，见图5。
磨削印痕间距从Si 片中心处沿着径向逐渐增大，越靠近Si 片的边缘，磨削印痕间距越大,
表
图5 Si 片表面磨削印痕示意图Fig 5 Illustration of grinding marks
面参数越差；反之，越靠近Si 片的中心，磨削印痕间距越小，表面参数越好[4]。最终提高整个Si 片的局部平整度。抛光过程作为磨削的后道工序，是个长时间的过程，可分为粗抛、中抛和精抛。从加工效率和成本方面考虑，粗抛阶段需要一定时间才能去除掉磨削后Si 片表面的磨削印痕，选用粒度更小的#3000砂轮，一方面可以弱化磨削后Si 片表面的磨削印痕，另一方面可以在磨削阶段加大Si 片去除量，从而能够在这两方面缩短粗抛过程时间，减少粗抛成本。抛光过程的中抛步骤目的是确保Si 片表面有极低的局部平整度等表面参数。选用粒度更小的#3000砂轮，能够为后序抛光过程提供平整度更高的Si 磨削片，这样Si 抛光片平整度可以更快地达到要求，从而减少抛光过程时间。
4 结论
双面磨削技术加工Si 片能获得更高的表面加工精度，但Si 片表面同时产生磨削印痕，会影响Si 片的表面平整度。通过使用#2000和#3000砂轮实验结果比较，选用粒度更小的#3000砂轮可弱化Si 片表面磨削印痕。选用粒度更小的#3000砂轮能改善Si 片边缘局部平整度差的问题。参考文献:
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[4]陈海滨.300m m 双面磨削Si 片损伤层厚度检测及表面
纹路模拟[D].北京有金属研究总院硕士论文,
2007.
(收稿日期:2007-10-10)
作者简介:
葛钟(1984 )，男，江苏连云港人，工学学
士，研究方向为半导体硅材料。
葛钟 等：砂轮粒径对300mm Si 片双面磨削影响的研究
April 2008
Semiconductor Technolog y Vol 33No 4
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