【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 偏離時(shí)，這個(gè)回路能自動(dòng)糾正路徑偏離。在這個(gè)系統(tǒng)中，有一力量能糾正刀片偏差。這個(gè)系統(tǒng)使硅片切片時(shí)，有更少的翹曲度。在內(nèi)圓切片時(shí)，刀片偏離的主要原因是對(duì)于刀片的切片速率而言，刀片的進(jìn)給太快了。一般內(nèi)圓刀片的進(jìn)給速度是5cm/min。另一原因可能是鉆石變臟了或者脫離了鎳的涂層。當(dāng)?shù)镀驗(yàn)榕K而開始出現(xiàn)偏差時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行修刀了。修刀過程是使刀片的涂層暴露出新的、銳利的鉆石。修刀通常是將碳化硅或氧化鋁的研磨棒切片來完成。研磨棒能將鎳鉆涂層的外層磨去從而顯露出新的尖銳的鉆石。要檢查修刀是否成功，唯一的方法就是再進(jìn)行硅棒的切割。盡管修刀能生產(chǎn)新的尖利的表面，但除非必須，否則不大進(jìn)行，因?yàn)槊恳淮涡薜抖紩?huì)減少刀片的壽命并增加機(jī)器待工時(shí)間。問題在切片過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些問題：硅片晶向錯(cuò)誤，過分的切片損傷，刀片偏離，刀片失靈和碎片。刀片失靈有幾種：刀片變形、鎳鉆涂層崩潰、刀片斷裂。經(jīng)常發(fā)生的問題是刀片變形。內(nèi)圓刀片的變形可能因在張緊時(shí)的錯(cuò)誤方式或在試圖快速通過晶棒時(shí)的刀片進(jìn)給速度太快。其它刀片變形的發(fā)生可能因不銹鋼刀片承受的力太大造成刀片延展。刀片如果過度變形后，就不能保持筆直通過晶棒。這是因?yàn)榈镀谇衅瑫r(shí)會(huì)發(fā)生抖動(dòng)。刀片失靈造成的最主要的問題是引起硅片斷裂和大量的表面損傷。碎片（刀片退出時(shí)）無論任何方式，當(dāng)?shù)镀懈钅撤N材料即將完成時(shí)，刀片在材料底部時(shí)，可能會(huì)引起材料碎裂，這種現(xiàn)象稱為exit chip。碎片的發(fā)生是由于在切割的最后階段，在材料的小區(qū)域中存在高的局部應(yīng)力。當(dāng)持續(xù)施加相同大小的壓力在越來越薄的材料上，材料就無法再承受這樣的壓力。這片材料就開始斷裂，材料的碎片就會(huì)松散。這些碎片尺寸相對(duì)較大，使硅片缺損，這樣的硅片就不能使用了。最小限度（碎片）有兩種方法防止碎片的發(fā)生，一種方法是在最后階段，減小刀片施加在硅片上的壓力。在最后，可以通過降低刀片進(jìn)給速率來減小壓力。另一個(gè)方法是在晶棒外側(cè)位置貼上幾片材料，使切割完成。外表面額外材料的增加提供載體有利于切片的完成。這樣就減少了硅片較薄邊緣的壓力，硅片也不會(huì)碎裂了。有一防止碎片的系統(tǒng)可供選擇，可以消除任何碎片的發(fā)生。就是使晶棒直徑生長(zhǎng)的稍大一點(diǎn)，那么在切片時(shí)，即使發(fā)生碎片，滾磨去碎裂處，仍有足夠的材料。切片之后，多余的材料就會(huì)被磨去。有了足夠的材料，那么所有碎片的發(fā)生幾乎都能包含在內(nèi)了。應(yīng)指出的是，碎片大多發(fā)生在(100)晶向的硅片上，原因是（100）的硅片，切割垂直于（110）和其它（100）晶面。沿著（110）晶面切割很容易引起硅片碎裂。因此，在切割（100）向的硅片時(shí)，硅片有沿（110）晶面發(fā)生碎裂的趨向。在（111）向的硅片上，（111）面是與硅片的面相平行的。單晶硅的裂紋大多沿著（111）面。因此，任何裂紋的發(fā)生平行于切片方向而不會(huì)引起碎片。除了內(nèi)圓切割外，還有線切割。盡管線切割已使用了幾個(gè)世紀(jì)，但被應(yīng)用到半導(dǎo)體廠家僅僅在最近20年內(nèi)。它們最初需要昂貴的投資，但因在切片損失上的減少能使其很快收回成本。線切割使用研磨砂漿來切割晶棒，砂漿貼附在接觸并進(jìn)入晶棒的鋼線上，鋼線會(huì)產(chǎn)生壓力壓迫研磨劑與晶棒接觸，這樣在砂漿和晶棒間的壓力接觸使材料被磨去。線切割的基本結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，一根小直徑的鋼線繞在幾個(gè)導(dǎo)輪上使鋼線形成梯形的形狀。導(dǎo)輪上有凹槽能確保鋼線以一定距離分隔開。一根連續(xù)的鋼線集中繞導(dǎo)輪的一個(gè)個(gè)凹槽上，形成許多相同間隔的切割表面。線之間的空間決定了想要的硅片厚度。鋼線的移動(dòng)由線軸控制，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)只有一根鋼線。線的兩端分別繞在線軸上，晶棒慢慢向上（或向下）移動(dòng)，穿過鋼線，鋼線能從晶棒上同時(shí)切割下許多硅片。如150mm硅片，整根晶棒的切割完成只需約58小時(shí)。單根線通常有100km長(zhǎng)，繞在兩個(gè)線軸上。如此長(zhǎng)的鋼線的應(yīng)用使線的單個(gè)區(qū)域每次都不會(huì)與砂漿及晶棒接觸很長(zhǎng)時(shí)間。這種與砂漿接觸時(shí)間的減少有利于延長(zhǎng)鋼線的壽命。而且，長(zhǎng)的鋼線意味著在一個(gè)方向上的進(jìn)給能維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間而不需要轉(zhuǎn)換方向通過反向的繞線回來。在一些系統(tǒng)中，鋼線的進(jìn)給在這次是一個(gè)方向，然后方向可翻轉(zhuǎn)，然后再翻轉(zhuǎn)。？舉例來說，鋼線向前走了約30秒，然后反向走25秒，然后再向前，如此反復(fù)。這樣就使鋼線通過系統(tǒng)的時(shí)間延長(zhǎng)，或者剛在一個(gè)方向經(jīng)過系統(tǒng)，反過來又要經(jīng)過了。典型的鋼線進(jìn)給速度在10m/s（22mph），即一根100km長(zhǎng)的鋼線經(jīng)過一個(gè)方向需10。其中一個(gè)線導(dǎo)輪由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，控制整個(gè)鋼線系統(tǒng)。鋼線必須保持一定的張力能壓迫砂漿中的磨砂研磨晶棒，并防止導(dǎo)輪上的鋼線進(jìn)給錯(cuò)誤。這都由一個(gè)線張緊裝置來自己控制并調(diào)整系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)保持鋼線在一定張力下，并控制鋼線的進(jìn)給速度。線切割機(jī)的鋼線與晶棒接觸，而砂漿沉積在鋼線上。砂漿由碳化硅與油混合而成，或其他一些類似的堅(jiān)硬材料與液體的混合物。通過鋼線的帶動(dòng)，砂漿會(huì)對(duì)晶棒緩慢研磨，帶走晶棒表面少許材料，形成凹槽。鋼線的不斷移動(dòng)將凹槽中的材料不斷帶走，在鋼線完全通過晶棒后，砂漿仍隨鋼線移動(dòng)。隨著硅片直徑的增加，線切割機(jī)在硅片切割中將扮演更主要的角色。當(dāng)硅片達(dá)到300mm或更大時(shí)，內(nèi)圓刀片的直徑也必須增大，而且刀片的厚度必須增加才能充分維持其剛直性，這樣就會(huì)造成更多的刀片損失。另一方面，線切割機(jī)對(duì)于更大直徑的硅片，不需要改變線的粗細(xì)。因此，線切割的切片損失仍保持不變，同一根晶棒就能得到比內(nèi)圓切片更多的硅片。線切割的問題對(duì)于線切割，有兩種主要的失效模式：鋼線張力的錯(cuò)誤改變和鋼線斷裂。如果鋼線的張力錯(cuò)誤，線切割機(jī)就不能有效進(jìn)行切割了。鋼線有任何一點(diǎn)的松動(dòng)，都會(huì)使其在對(duì)晶棒進(jìn)行切割時(shí)發(fā)生搖擺，引起切割損失，并對(duì)硅片造成損傷。低的張力還會(huì)發(fā)生另一問題，會(huì)使鋼線導(dǎo)輪發(fā)生錯(cuò)誤進(jìn)給。這一錯(cuò)誤可能造成對(duì)晶棒的錯(cuò)誤切割或者使鋼線斷裂。在切割過程中，鋼線可能會(huì)從一個(gè)凹槽跳到另一個(gè)凹槽中，使硅片切割進(jìn)行到一半。鋼線也可能因張力太大，達(dá)到它所能承受的極限，導(dǎo)致鋼線斷裂。如果鋼線斷裂，可能對(duì)硅片造成損傷，并使切割過程停止。斷裂的鋼線還可能造成眾多硅片的斷裂。其它切割方式近幾年來，還有許多切割工藝被建議用在硅片切割上。如線性電氣加工EDM，配置研磨線，電氣化學(xué)，和電氣光化學(xué)。比起現(xiàn)在的切割工藝，所有的這些方法都有其潛在的優(yōu)勢(shì)，然而，比起已解決的問題，它們?nèi)源嬖诟嗟膯栴}而不能被商業(yè)上應(yīng)用。最可能的方法是EDM，又稱火花腐蝕加工，它有非常低的切片損失。晶向當(dāng)進(jìn)行切片時(shí)，必須按客戶要求沿一個(gè)方向切割。所有的客戶都希望硅片有一特定的晶向，無論是在一單晶平面還是如果特定的，與平面有特定數(shù)值的方向。在這樣的情況下，就要盡可能使硅片的切割接近這一方向。一個(gè)與正確方向的小小偏離都會(huì)影響到以后器件的構(gòu)成。一些制作過程要依靠晶向蝕刻，其它則需要基層的晶向準(zhǔn)確。硅片晶向發(fā)生任何問題都會(huì)引起器件制造問題。因此，必須在切片開始時(shí)就檢查硅片晶向的正確性。當(dāng)晶棒粘在切片機(jī)上時(shí)，以參考面為基礎(chǔ)，將晶棒排好。然而，也不能保證切出來的硅片晶向正確，除非先切兩片硅片，用Xray機(jī)檢查晶向是否正確。，這個(gè)過程類似于單晶生長(zhǎng)模式中的描述，除了衍射是針對(duì)硅片表面而不是邊緣。如果硅片的晶向錯(cuò)誤，那么就要調(diào)整切片機(jī)上晶棒的位置。切片機(jī)有調(diào)整晶向的功能。在正確的晶向定好之后，硅片的切割就可以進(jìn)行下去了。 Xray衍射碳板清除切片完成之后，粘在硅片上的碳板需要清除。使硅片與碳板粘合在一起的環(huán)氧劑能被輕易地清除。例如，一些環(huán)氧能通過乙酸、水或加熱來去除。操作時(shí)應(yīng)小心，使硅片邊緣不會(huì)碎裂，并且保持硅片仍在同一順序。硅片的原始順序必須被保持直至激光刻字。這樣就能保證知道硅片在原晶棒中的位置。硅片的正確順序是很重要的，因?yàn)殡S著單晶硅晶棒上的位置點(diǎn)的改變，硅的特性會(huì)改變。來自于晶棒底部的硅片與來自頂部的硅片相比，有不同的電阻率、摻雜劑濃度和氧含量。因此硅片的特性也就不同，確定硅片在晶棒中的位置是很必要的。碳板從硅片上移走之后，硅片就能清洗了。因?yàn)檫@時(shí)候，經(jīng)過了切片加工，正如所知道的，切片是很臟的過程，硅片上有大量有害物、環(huán)氧劑殘留。殘留在硅片上的物質(zhì)、環(huán)氧劑相對(duì)較難清除，因此，應(yīng)經(jīng)過一個(gè)？清洗工藝。激光刻字經(jīng)切片及清洗之后，硅片需用激光刻上標(biāo)識(shí)。這一標(biāo)識(shí)能提供硅片多方面的信息，并能追溯硅片的來源。硅片以從晶棒上切割下的相同順序進(jìn)行刻字，以保持硅片的順序。標(biāo)識(shí)主要用來識(shí)別硅片的，以保證每一硅片的所有過程的信息都能被保持并作為參考。如果硅片中發(fā)現(xiàn)一問題，知道硅片經(jīng)過了哪些過程，在晶棒的哪一位置是很重要的。如果所有這些信息都能知道，問題的來源就能被隔離，在更多的硅片經(jīng)過相同次序而發(fā)生同一問題前就能被糾正。所以，在硅片表面的標(biāo)識(shí)是很必要的，至少至拋光結(jié)束。激光標(biāo)識(shí)一般刻在硅片正面的邊緣處，用激光蒸發(fā)硅而形成標(biāo)識(shí)。？標(biāo)識(shí)可以是希臘字母或條形碼。條形碼有一好處，因?yàn)闄C(jī)器能快速而方便地讀取它，但不幸的是，人們很難讀出。因?yàn)榧す鈽?biāo)識(shí)在硅片的正面，它們可能會(huì)在硅片生產(chǎn)過程中被擦去，除非刻的足夠深。但如果刻的太深，很可能在后面的過程中受到沾污。因此，保持標(biāo)識(shí)有最小的深度但能通過最后的過程是很值得的。一般激光刻字的深度在175μm左右。這樣深度的標(biāo)刻稱為硬刻字；標(biāo)識(shí)很淺并容易清除的稱為軟刻字。通常在激光刻字區(qū)域做的是另一任務(wù)是根據(jù)硅片的物理性能進(jìn)行分類，通常以厚度進(jìn)行分類。將與標(biāo)準(zhǔn)不一致的硅片從中分離出來。不符合標(biāo)準(zhǔn)的原因通常有崩邊、破損、翹曲度太大或厚度超差太大。邊緣倒角經(jīng)過標(biāo)識(shí)和分類后，進(jìn)行邊緣倒角使硅片邊緣有圓滑的輪廓。這樣操作的主要目的是消除切片過程中在硅片邊緣尖利處的應(yīng)力。邊緣倒角另外的好處是能清除切片過程中一些淺小的碎片。邊緣倒角形態(tài)硅片邊緣的形狀由磨輪形狀決定。？因此，倒角磨輪有一個(gè)子彈頭式的研磨凹槽。（）硅片邊緣的輪廓首先是由真空吸頭將硅片吸住后旋轉(zhuǎn)而完成的。硅片緩慢旋轉(zhuǎn)，磨輪則以高速旋轉(zhuǎn)并以一定力量壓在硅片邊緣。通過倒角磨輪沿著硅片邊緣形狀移動(dòng)這樣的系統(tǒng)來保持磨輪與硅片邊緣的接觸。這使得參考面也能通過磨輪進(jìn)行倒角（）。在硅片旋轉(zhuǎn)幾次之后，硅片邊緣就能得到磨輪凹槽的形狀了。既然硅片的參考面也同時(shí)倒角，就有一些問題發(fā)生。一個(gè)問題是當(dāng)參考面進(jìn)行倒角時(shí)，可能會(huì)被磨去一點(diǎn)。因?yàn)閰⒖济媸窃谀承┻^程中用來進(jìn)行硅片對(duì)齊，這個(gè)參考需要被保持。當(dāng)前大多邊緣倒角設(shè)備是凸輪驅(qū)動(dòng)并有特定的路徑，來替代硅片的？，這樣，整個(gè)硅片邊緣倒角時(shí)就不會(huì)發(fā)生任何問題了。倒角磨輪倒角磨輪是用來進(jìn)行邊緣倒角的一個(gè)金屬圓盤，直徑約為24英寸左右。，有一子彈頭式凹槽在圓盤邊緣。磨輪的研磨表面是一層鎳鉆涂層。為了檢查并保證倒角形狀的正確，硅片邊緣輪廓可以從高放大倍率的投影儀上看到。當(dāng)從屏幕上查看倒角輪廓時(shí)，需啟用一控制模板，重疊在硅片圖象上。模板的放置使它與硅片圖象相同比例。模板的放置顯示了一個(gè)允許的區(qū)域，硅片必須與其一致。倒角原因硅片邊緣進(jìn)行倒角有幾個(gè)原因。一個(gè)普遍的因素是，與所有的改進(jìn)一樣，這樣的邊緣能使硅片生產(chǎn)和器件制造階段都有更高的產(chǎn)率。在接下來的章節(jié)中，將討論碎片和斷裂的減少、邊緣皇冠頂附生的消除、？崩邊和斷裂當(dāng)進(jìn)行硅片邊緣倒角時(shí)，硅片邊緣高應(yīng)力點(diǎn)被清除。硅片邊緣應(yīng)力的下降使硅片有更高的機(jī)械強(qiáng)度。這有利于在處理硅片時(shí)對(duì)崩邊有更強(qiáng)的抵抗力。已經(jīng)證明在進(jìn)行硅片處理時(shí)，經(jīng)過倒角的硅片與未經(jīng)過倒角的硅片相比，順利通過流程而沒有崩邊的要多的多。而且，在有襯墊或圓盤在硅片表面移動(dòng)的步驟中，如磨片和拋光時(shí)，沒有經(jīng)過倒角的，有尖利、粗糙邊緣的硅片因?qū)ζ溥吘壍淖矒魰?huì)造成崩邊。而對(duì)于已倒角的硅片，即使有撞擊等，也不會(huì)引起崩邊。外延邊緣皇冠頂當(dāng)在硅片上生長(zhǎng)外延時(shí)，外延層會(huì)在有微粒突出和高應(yīng)力區(qū)域生長(zhǎng)的更快些。因?yàn)樵谖催M(jìn)行倒角之前，這兩種情況存在于硅片邊緣，外延層就會(huì)趨向于在邊緣生長(zhǎng)的更快。這就導(dǎo)致在硅片邊緣有小的隆起（）。這個(gè)隆起稱為外延邊緣皇冠頂并且會(huì)在以后的器件制作過程引起一些問題。如果硅片的邊緣已經(jīng)倒角，就不會(huì)再有高應(yīng)力點(diǎn)或微粒突起在邊緣使外延層得以生長(zhǎng)，這就有利于防止外延邊緣皇冠頂?shù)男纬?。然而，即使是這樣仍然會(huì)在邊緣有很小的生長(zhǎng)，只是不會(huì)在硅片正面的外延層上形成皇冠頂，因?yàn)檫吘壥清F形的。邊緣光刻膠小珠子當(dāng)光刻膠應(yīng)用到硅片時(shí)，是應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)的硅片上，？在硅片上的涂抗蝕劑后，旋轉(zhuǎn)速度會(huì)上升，這樣使得在硅片上的抗蝕劑甩出，形成均勻一致的薄膜。問題是由于光刻膠表面的張力作用會(huì)在硅片尖利的邊緣形成小珠。如果硅片沒有進(jìn)行倒角，小珠子就會(huì)粘在硅片表面；如果已經(jīng)倒角了，小珠子就不會(huì)在硅片表面形成。在以前，邊緣小珠子在接觸印刷時(shí)是一個(gè)問題，但現(xiàn)在的工藝已使其不再成為麻煩。另外，防止硅片邊緣產(chǎn)生這樣的小珠子有利于得到更好的流動(dòng)性能，因此，它仍是極重要的?，F(xiàn)對(duì)硅片生產(chǎn)過程中的切片、激光刻字和邊緣倒角部分提出幾個(gè)關(guān)聯(lián)的安全問題。切片區(qū)域涉及到幾個(gè)不同類的問題：有可能被暴露的刀片割傷；如果刀片失靈或者以某種方式彈出一些粒子，可能會(huì)傷害到眼睛。在硅片晶向檢查時(shí)，要用到xray，因?yàn)橛猩渚€的，特別是大部分的射線會(huì)降低操作者的機(jī)能再生能力。在激光刻字區(qū)域，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，激光的射線有可能射入眼睛。而在倒角區(qū)域，有可能被機(jī)器夾痛。術(shù)語表切片微損傷切片微損傷（切片痕跡）是由刀片的振動(dòng)引起的。在切片過程中，由于刀片的小小振動(dòng)產(chǎn)生了這樣的損傷，在沿著切口的方向留下小的脊?fàn)詈圹E。切片損失切片損失是在切片過程中，因刀片會(huì)切去的材料損失的總量。張力張力是用來描述一種材料在負(fù)載下的伸展能力。從算術(shù)定義來講，就是與原始長(zhǎng)度相比，在長(zhǎng)度上的變化程度。應(yīng)力應(yīng)力是指材料單位面積承受的力量。swarf切屑是指在切片開槽時(shí)，削去的材料?？梢哉J(rèn)為是切片垃圾?？箯垙?qiáng)度抗張強(qiáng)度是指材料在未完全失效情況下，所能承受的最大壓力。yield point？指材料在沒有永久變形情況下，能承受的最大壓力。練習(xí)：21．切片方式的選擇必須考慮晶棒的（ ）a. 材料損失，損傷引入，平整度