【文章內(nèi)容簡介】 偏離時，這個回路能自動糾正路徑偏離。在這個系統(tǒng)中，有一力量能糾正刀片偏差。這個系統(tǒng)使硅片切片時，有更少的翹曲度。在內(nèi)圓切片時，刀片偏離的主要原因是對于刀片的切片速率而言，刀片的進給太快了。一般內(nèi)圓刀片的進給速度是5cm/min。另一原因可能是鉆石變臟了或者脫離了鎳的涂層。當?shù)镀驗榕K而開始出現(xiàn)偏差時，就應進行修刀了。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，否則不大進行，因為每一次修刀都會減少刀片的壽命并增加機器待工時間。問題在切片過程中，經(jīng)常會發(fā)生一些問題：硅片晶向錯誤，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的錯誤方式或在試圖快速通過晶棒時的刀片進給速度太快。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。這是因為刀片在切片時會發(fā)生抖動。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）無論任何方式，當?shù)镀懈钅撤N材料即將完成時，刀片在材料底部時，可能會引起材料碎裂，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力。當持續(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，材料的碎片就會松散。這些碎片尺寸相對較大，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給速率來減小壓力。另一個方法是在晶棒外側(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的稍大一點，那么在切片時，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，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世紀，但被應用到半導體廠家僅僅在最近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入晶棒的鋼線上，鋼線會產(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)很簡單，一根小直徑的鋼線繞在幾個導輪上使鋼線形成梯形的形狀。導輪上有凹槽能確保鋼線以一定距離分隔開。一根連續(xù)的鋼線集中繞導輪的一個個凹槽上，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。鋼線的移動由線軸控制，因為整個系統(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，穿過鋼線，鋼線能從晶棒上同時切割下許多硅片。如150mm硅片，整根晶棒的切割完成只需約58小時。單根線通常有100km長，繞在兩個線軸上。如此長的鋼線的應用使線的單個區(qū)域每次都不會與砂漿及晶棒接觸很長時間。這種與砂漿接觸時間的減少有利于延長鋼線的壽命。而且，長的鋼線意味著在一個方向上的進給能維持相當長的時間而不需要轉(zhuǎn)換方向通過反向的繞線回來。在一些系統(tǒng)中，鋼線的進給在這次是一個方向，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。這樣就使鋼線通過系統(tǒng)的時間延長，或者剛在一個方向經(jīng)過系統(tǒng)，反過來又要經(jīng)過了。典型的鋼線進給速度在10m/s（22mph），即一根100km長的鋼線經(jīng)過一個方向需10。其中一個線導輪由馬達驅(qū)動，控制整個鋼線系統(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，并防止導輪上的鋼線進給錯誤。這都由一個線張緊裝置來自己控制并調(diào)整系統(tǒng)。這個系統(tǒng)保持鋼線在一定張力下，并控制鋼線的進給速度。線切割機的鋼線與晶棒接觸，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硬材料與液體的混合物。通過鋼線的帶動，砂漿會對晶棒緩慢研磨，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。隨著硅片直徑的增加，線切割機在硅片切割中將扮演更主要的角色。當硅片達到300mm或更大時，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，這樣就會造成更多的刀片損失。另一方面，線切割機對于更大直徑的硅片，不需要改變線的粗細。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。線切割的問題對于線切割，有兩種主要的失效模式：鋼線張力的錯誤改變和鋼線斷裂。如果鋼線的張力錯誤，線切割機就不能有效進行切割了。鋼線有任何一點的松動，都會使其在對晶棒進行切割時發(fā)生搖擺，引起切割損失，并對硅片造成損傷。低的張力還會發(fā)生另一問題，會使鋼線導輪發(fā)生錯誤進給。這一錯誤可能造成對晶棒的錯誤切割或者使鋼線斷裂。在切割過程中，鋼線可能會從一個凹槽跳到另一個凹槽中，使硅片切割進行到一半。鋼線也可能因張力太大，達到它所能承受的極限，導致鋼線斷裂。如果鋼線斷裂，可能對硅片造成損傷，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，和電氣光化學。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，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。晶向當進行切片時，必須按客戶要求沿一個方向切割。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。一個與正確方向的小小偏離都會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確。硅片晶向發(fā)生任何問題都會引起器件制造問題。因此，必須在切片開始時就檢查硅片晶向的正確性。當晶棒粘在切片機上時，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機檢查晶向是否正確。，這個過程類似于單晶生長模式中的描述，除了衍射是針對硅片表面而不是邊緣。如果硅片的晶向錯誤，那么就要調(diào)整切片機上晶棒的位置。切片機有調(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。操作時應小心，使硅片邊緣不會碎裂，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，因為隨著單晶硅晶棒上的位置點的改變，硅的特性會改變。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。因為這時候，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)氧劑相對較難清除，因此，應經(jīng)過一個？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識。這一標識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行刻字，以保持硅片的順序。標識主要用來識別硅片的，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，在硅片表面的標識是很必要的，至少至拋光結(jié)束。激光標識一般刻在硅片正面的邊緣處，用激光蒸發(fā)硅而形成標識。？標識可以是希臘字母或條形碼。條形碼有一好處，因為機器能快速而方便地讀取它，但不幸的是，人們很難讀出。因為激光標識在硅片的正面，它們可能會在硅片生產(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，保持標識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。這樣深度的標刻稱為硬刻字；標識很淺并容易清除的稱為軟刻字。通常在激光刻字區(qū)域做的是另一任務是根據(jù)硅片的物理性能進行分類，通常以厚度進行分類。將與標準不一致的硅片從中分離出來。不符合標準的原因通常有崩邊、破損、翹曲度太大或厚度超差太大。邊緣倒角經(jīng)過標識和分類后，進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倒角，就有一些問題發(fā)生。一個問題是當參考面進行倒角時，可能會被磨去一點。因為參考面是在某些過程中用來進行硅片對齊，這個參考需要被保持。當前大多邊緣倒角設(shè)備是凸輪驅(qū)動并有特定的路徑，來替代硅片的？，這樣，整個硅片邊緣倒角時就不會發(fā)生任何問題了。倒角磨輪倒角磨輪是用來進行邊緣倒角的一個金屬圓盤，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。當從屏幕上查看倒角輪廓時，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允許的區(qū)域，硅片必須與其一致。倒角原因硅片邊緣進行倒角有幾個原因。一個普遍的因素是，與所有的改進一樣，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、？崩邊和斷裂當進行硅片邊緣倒角時，硅片邊緣高應力點被清除。硅片邊緣應力的下降使硅片有更高的機械強度。這有利于在處理硅片時對崩邊有更強的抵抗力。已經(jīng)證明在進行硅片處理時，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的步驟中，如磨片和拋光時，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斐杀肋叀６鴮τ谝训菇堑墓杵?，即使有撞擊等，也不會引起崩邊。外延邊緣皇冠頂當在硅片上生長外延時，外延層會在有微粒突出和高應力區(qū)域生長的更快些。因為在未進行倒角之前，這兩種情況存在于硅片邊緣，外延層就會趨向于在邊緣生長的更快。這就導致在硅片邊緣有小的隆起（）。這個隆起稱為外延邊緣皇冠頂并且會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，就不會再有高應力點或微粒突起在邊緣使外延層得以生長，這就有利于防止外延邊緣皇冠頂?shù)男纬?。然而，即使是這樣仍然會在邊緣有很小的生長，只是不會在硅片正面的外延層上形成皇冠頂，因為邊緣是錐形的。邊緣光刻膠小珠子當光刻膠應用到硅片時，是應用在旋轉(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在硅片尖利的邊緣形成小珠。如果硅片沒有進行倒角，小珠子就會粘在硅片表面；如果已經(jīng)倒角了，小珠子就不會在硅片表面形成。在以前，邊緣小珠子在接觸印刷時是一個問題，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性能，因此，它仍是極重要的。現(xiàn)對硅片生產(chǎn)過程中的切片、激光刻字和邊緣倒角部分提出幾個關(guān)聯(lián)的安全問題。切片區(qū)域涉及到幾個不同類的問題：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，可能會傷害到眼睛。在硅片晶向檢查時，要用到xray，因為有射線的，特別是大部分的射線會降低操作者的機能再生能力。在激光刻字區(qū)域，當設(shè)備運行時，激光的射線有可能射入眼睛。而在倒角區(qū)域，有可能被機器夾痛。術(shù)語表切片微損傷切片微損傷（切片痕跡）是由刀片的振動引起的。在切片過程中，由于刀片的小小振動產(chǎn)生了這樣的損傷，在沿著切口的方向留下小的脊狀痕跡。切片損失切片損失是在切片過程中，因刀片會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載下的伸展能力。從算術(shù)定義來講，就是與原始長度相比，在長度上的變化程度。應力應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，削去的材料。可以認為是切片垃圾?？箯垙姸瓤箯垙姸仁侵覆牧显谖赐耆闆r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：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