多線切割工藝中切割速度對晶片翹曲度的影響

趙文華，馬玉通，楊士超

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津 300220)

多線切割機(jī)是近年來發(fā)展非常迅速的一種高效率切割設(shè)備，在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。多線切割技術(shù)是硅加工行業(yè)、太陽能光伏行業(yè)內(nèi)的標(biāo)志性革新，它替代了原有的內(nèi)圓切割設(shè)備，所切晶片與內(nèi)圓切片工藝相比具有彎曲度（BOW）、翹曲度（WARP）小，平行度（TAPER）好，總厚度公差（TTA）離散性小，刃口切割損耗小，表面損傷層淺，晶片表面粗糙度小等諸多優(yōu)點[1]。它的原理是通過一根高速運動的鋼線帶動附著在鋼絲上的切割刃料對硅棒進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到切割效果。在整個切割過程中，鋼線通過十幾個導(dǎo)線輪的引導(dǎo)，在主線輥上形成一張線網(wǎng)，而待加工工件通過工作臺的下降實現(xiàn)工件的進(jìn)給。硅片多線切割技術(shù)具有：效率高，產(chǎn)能高，精度高等優(yōu)點。是目前采用最廣泛的硅片切割技術(shù)[2]。

1 實驗研究

1.1 線切割機(jī)的加工原理

實驗設(shè)備是中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所生產(chǎn)的DXQ-601A型多線切割機(jī)，線切割系統(tǒng)的磨削原理是使用自由研磨劑而非固定的研磨劑，因此往復(fù)式切削系統(tǒng)比傳統(tǒng)的單向切削系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢。對于同種材料來說，系統(tǒng)可以有更大的行程和線的移動速度，只有通過線的往復(fù)運動，才能達(dá)到理想的研磨效果。連續(xù)的供線系統(tǒng)和舊線回收系統(tǒng)，可以避免線的破損，還可促使線的張緊以保證切削線的剛性，這有利于保持切片精度，同時，最大限度地利用切削線可以有效降低消耗。（如圖1）金屬線和工件間近似點接觸狀態(tài)，成圓弧狀進(jìn)行切割，由于拉力都集中加在接觸部，可以進(jìn)行高精度、高速度切割。金屬線從供線輪通過伺服電動機(jī)控制張力，經(jīng)過多個導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)到搖動頭。在槽輪上卷上設(shè)定好圈數(shù)后，經(jīng)過多個導(dǎo)向輪，再通過伺服電動機(jī)控制回收側(cè)張力，由回收拉桿將金屬線整齊排在回收輪上。實際轉(zhuǎn)動時，供線輪、槽輪、回收輪一起高速運轉(zhuǎn)[3]。

圖1 多線切割原理圖

1.2 實驗設(shè)計

我們以N型、晶向<111>、覫100 mm的Si單晶為實驗樣品制作620μm厚度硅片，用MS-103型多功能幾何參數(shù)測試儀測量切割后硅片warp參數(shù)，對這些參數(shù)進(jìn)行比較，最終得到進(jìn)給速度與warp參數(shù)之間的關(guān)系。

線切割機(jī)在平均送線速度、砂漿密度、溫度、流量等參數(shù)不變，以3種進(jìn)給速度（如表1）切割，每次切割兩顆單晶為例（如圖1），分別對切割后的硅片以每顆隨機(jī)抽取15片進(jìn)行幾何參數(shù)測試。并記錄數(shù)據(jù)做比較。

表1 各方案工藝

1.3 工藝操作步驟

把粘接好的工件固定到機(jī)器的工作臺上；檢查機(jī)器各部位運轉(zhuǎn)狀況；測量加工長度；檢查工藝無誤后，按開始鍵切割；切割完成后，按停止鍵停機(jī)。

1.4 測量設(shè)備及方法

用MS-103型多功能幾何參數(shù)測試儀測量；

測量方法及原理：硅片置于測試儀基準(zhǔn)環(huán)的3個支點上，3個支點形成一個基準(zhǔn)平面。硅片上、下表面相對于測量儀的一對探頭，安規(guī)定路徑同時進(jìn)行掃描，成對的給出上、下探頭與硅片最近表面之間的距離，求其一系列差值，差值中最大值與最小值相減除以2，所得數(shù)值表示硅片翹曲度。

1.5 實驗結(jié)果

按照方案一對切割的晶片進(jìn)行幾何參數(shù)測試，并記錄結(jié)果（見圖2）。

圖2 方案一翹曲度分布圖

按照方案二對切割的晶片進(jìn)行幾何參數(shù)測試，并記錄結(jié)果（見圖3）。

圖3 方案二翹曲度分布圖

按照方案三對切割的晶片進(jìn)行幾何參數(shù)測試，并記錄結(jié)果（見圖4）。

圖4 方案三翹曲度分布圖

1.6 結(jié)果分析

通過對方案一方式切割完的單晶片測試結(jié)果可以看出WARP≥30μm，翹曲度超標(biāo)，不能滿足技術(shù)指標(biāo)；方案二、三方式切割玩的單晶片測試結(jié)果WARP≤30μm，翹曲度良好，能滿足技術(shù)指標(biāo)。

2 結(jié) 論

綜上所訴，進(jìn)給速度對硅片翹曲度（Warp參數(shù)）影響巨大。進(jìn)給速度過大，翹曲度就會變得不穩(wěn)定。在切割過程中，對進(jìn)給速度的控制尤為重要。只有不斷的改變進(jìn)給速度，找到合適的數(shù)值，才能使硅片的參數(shù)穩(wěn)定，切割片質(zhì)量合格。

[1]K.ISHIKAWA，H.SUWABE et al，J.Japan Soc.Prec，engg[Z].66(6)，912(2000).(in japanese).

[2]高偉，劉迎，劉鎮(zhèn)昌，環(huán)形電鍍金剛石線鋸鋸切工藝參數(shù)的實驗研究[J].工具技術(shù)，2004（38）；37-39.

[3]李保軍，多線切割中的切割線振動作用研究[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2008，161(6)；39-42.