半導(dǎo)體業(yè)用高效精密磨具的國產(chǎn)化進(jìn)程

1、1半導(dǎo)體業(yè)用高效精密磨具的國產(chǎn)化進(jìn)程劉明耀1 , 2 陳 峰1 , 2 邱麗花1 , 2（1、鄭州磨料磨具磨削研究所 2、國家超硬材料及制品工程技術(shù)研究中心 河南 鄭州 450013）摘 要 本文介紹了“十五”以來半導(dǎo)體行業(yè)高效精密加工用金剛石磨具以及相關(guān)配套產(chǎn)品的國產(chǎn)化情況，包括產(chǎn)品品種、型號規(guī)格、應(yīng)用實(shí)例等。 關(guān)鍵詞 半導(dǎo)體；集成電路；分立器件；砂輪；超?。粶p??；吸盤；修整板隨著我國半導(dǎo)體行業(yè)的快速發(fā)展，金剛石磨具的應(yīng)用越來越多，其中包括：硅片制造過程中硅棒外圓磨砂輪、切片用內(nèi)圓切割片、硅片倒角砂輪；集成電路、分立器件制造過程中背面或正面硅片減薄砂輪、封裝前分割用劃片砂輪、封裝后分割用超薄

2、切割砂輪、CMP 拋光墊修整盤等。這些產(chǎn)品不但制造精度高，而且內(nèi)在質(zhì)量、使用性能（加工效率、加工質(zhì)量、使用壽命等）要求也遠(yuǎn)高于一般機(jī)械加工。我國磨料磨具行業(yè)的整體技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家相比，存在著相當(dāng)大的差距，半導(dǎo)體行業(yè)用高效精密金剛石砂輪基本依賴進(jìn)口。由于進(jìn)口砂輪不但價格高，而且訂貨周期長，售后服務(wù)不便，在一定程度上影響了我國半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。鄭州磨料磨具磨削研究所是我國磨料磨具行業(yè)唯一的綜合性研究開發(fā)機(jī)構(gòu)，建于1958年，長期以來，承擔(dān)著我國磨料磨具行業(yè)技術(shù)與新產(chǎn)品的研究開發(fā)、磨削理論的研究、專用設(shè)備儀器的研究開發(fā)、3B ）兩類，其中，金屬結(jié)合劑對磨粒的把持強(qiáng)度高，耐磨、形狀保持性好、使用壽命

3、長，適用于高速、窄切縫、粗加工以及加工型面精度要求高的場合（如開槽）。樹脂結(jié)合劑對磨粒的把持強(qiáng)度較低、耐熱性較差，但其自銳性好，且彈性好，具有一定的拋光性能，適用于低速、切縫較寬及加工表面質(zhì)量要求高的場合（如精加工）。按結(jié)構(gòu)形式來分，有整體型（1A8）和基體型兩類，整體型厚度較薄，適用于窄切縫、小切深的加工?；w型剛性好，適用于大切深、尺寸精度要求高的加工。另外，按工作層有無水槽，又可分帶水槽型和不帶水槽型。帶水槽型有利于排屑、冷卻，適用于走刀速度快、切深大、易發(fā)熱的加工。 圖1、1A8整體型超薄切割砂輪 圖2、1A1基體型超薄切割砂輪 4圖3、1A1R 基體型超薄切割砂輪 圖4、1A8/2整

4、體水槽型超薄切割砂輪 圖5、1A1/5基體水槽型超薄切割砂輪 圖6、1A1/6基體水槽型超薄切割砂輪 5圖7、1B1基體型超薄切割砂輪 根據(jù)結(jié)合劑種類與結(jié)構(gòu)形式的不同，產(chǎn)品規(guī)格范圍有所差別（D 外經(jīng)，T 厚度）：金屬整體型：D4.5-152.4mm ， T 0.08mm ；樹脂整體型：D4.5-152.4mm ， T 0.08mm ；金屬基體型：D30.0-203.2mm ，T 0.25mm ；樹脂基體型：D30.0-305.0 mm，T 0.20mm 。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，厚度尺寸公差：整體片可達(dá)±0.002 mm，基體片可達(dá)±0.005 mm；孔徑均為H6、H7。該系列

5、產(chǎn)品的用途較廣，以下僅舉幾例：1）金屬結(jié)合劑1A8型切割砂輪砂輪規(guī)格：M1A8：58D ×0.26T ×40H切割對象：BGA ，工件厚度1.1mm ，切深1.21.3mm使用效果：砂輪耐用度：3500m ，切縫崩口<0.02mm2）樹脂結(jié)合劑1A8型切割砂輪砂輪規(guī)格：B1A8：56D ×0.08T ×25.4H切割對象：石英晶體，工件厚度0.5mm ，切深0.3mm使用效果：砂輪耐用度：1000m ，切縫崩口<0.015mm3）金屬結(jié)合劑1A1型切割砂輪（組合刀具，每組40片）砂輪規(guī)格：M1A1：106D ×0.4T ×

6、52H ×0.4E ×3X切割對象：激光傳輸鏡頭，工件厚度3mm ，切深3.5mm使用效果：砂輪壽命：5000m ，切縫崩口<0.03mm，尺寸誤差<0.015 mm4）樹脂1A1R 型切割砂輪（組合刀具，每組1530片）砂輪規(guī)格：B1A1R ：125D ×0.5T ×40H ×0.4E ×3.5X切割對象：DVD 激光頭、光學(xué)元件，工件厚度57mm，切深48mm使用效果：砂輪壽命：10000刀，切縫崩口<0.02mm，尺寸誤差<0.015mm5）金屬1A8型切割砂輪（組合刀，每組47片）砂輪規(guī)格：114.3D

7、 ×0.243T ×69.875H切割工件：計算機(jī)軟盤，硬盤磁頭，工件厚度2.2mm ，切深3mm使用效果：砂輪壽命：6000刀，切縫崩口<0.01mm，尺寸誤差<0.01mm以上加工均滿足用戶加工效率、加工質(zhì)量等要求。二、硅片減薄砂輪該系列產(chǎn)品主要應(yīng)用于集成電路、分立器件制造過程中晶圓背面或正面硅片的減薄磨削加工，具有磨削效率高，使用壽命長，加工表面質(zhì)量好的特點(diǎn)。我所于2004年開展產(chǎn)品開發(fā)，2005年開發(fā)成功，并批量投放市場，目前已在近二十家企業(yè)38英寸（1英寸=25.4毫米）生產(chǎn)線上得到應(yīng)用。該系列產(chǎn)品分為陶瓷結(jié)合劑（代號V）和樹脂結(jié)合劑兩類。 陶瓷結(jié)合劑

8、對金剛石磨粒的把持力較強(qiáng)，耐磨性較好，具有多氣孔結(jié)構(gòu)，有利于冷卻和容屑，因此陶瓷結(jié)合劑砂輪切削鋒利，磨削效率高，磨削過程中不易發(fā)熱和堵塞，熱膨脹量小，易控制加工精度，使用壽命較長，且容易修整，非常適合于硅片減薄的粗磨、半精磨加工工序。樹脂結(jié)合劑由于具有如前所述的特點(diǎn)，非常適合于加工余量很少、但表面質(zhì)量要求很高的硅片的精磨、拋光等工序。我所生產(chǎn)的硅片減薄砂輪主要型號有：整環(huán)型、帶水槽型、三橢圓帶水槽型等，外徑為175350mm 圖8整環(huán)型減薄砂輪 圖9帶水槽型減薄砂輪 圖10 三橢圓帶水槽型減薄砂輪我所研制的陶瓷砂輪粗磨4英寸分立器件使用壽命達(dá)到55000件，粗磨6英寸集成電路使用壽命達(dá)到120

9、00件，樹脂砂輪精磨4英寸分立器件使用壽命達(dá)到60000多件，精磨6英寸集成電路使用壽命達(dá)到近10000件，加工效率、加工質(zhì)量均滿足用戶生產(chǎn)工藝要求。三、微孔陶瓷吸盤該系列產(chǎn)品與減薄機(jī)、劃片機(jī)配套使用，用作晶圓加工的吸附承載體。該產(chǎn)品具有組織結(jié)構(gòu)均勻、強(qiáng)度高、壽命長、易于修整、環(huán)保等特點(diǎn)。我所于2005年組織該系列產(chǎn)品的開發(fā)，并于當(dāng)年獲得成功，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn)。該系列產(chǎn)品根據(jù)用途的不同分為兩類，其中應(yīng)用于減薄加工的為 D 型、G 型，分別應(yīng)用于不同廠家的加工設(shè)備；應(yīng)用于劃片加工的為H 型。 圖11、D 型陶瓷吸盤 圖12、G型陶瓷吸盤 圖13、H 型陶瓷吸盤根據(jù)用戶加工的晶圓尺寸不同（38英寸

10、）以及所使用的加工設(shè)備不同，微孔陶瓷吸盤的尺寸規(guī)格分別與之對應(yīng)。我所研制的微孔陶瓷吸盤，已批量應(yīng)用于國內(nèi)十余家企業(yè)的38英寸生產(chǎn)線上。使用結(jié)果表明，該系列產(chǎn)品性能良好，質(zhì)量穩(wěn)定，完全可替代進(jìn)口產(chǎn)品。四、砂輪修整板砂輪修整板主要用于磨硅片砂輪初裝時的整形及使用過程中的開刃，以消除砂輪裝配精度誤差及砂輪表面的堵塞，在保持砂輪與吸盤平行精度的同時，使砂輪表面磨粒具有合適的出刃高度，提高硅片的去除效率，減少被磨硅片的表面磨削應(yīng)力及損傷層厚度。我所于2005年下半年開發(fā)該系列產(chǎn)品，現(xiàn)已小批量生產(chǎn)。目前我所生產(chǎn)的磨硅片砂輪修整板主要有兩種：固定式修整板（D I、D II型）及手持式修整板（D III型），

11、適用于不同廠家的48英寸減薄機(jī)。 圖14 D I 型修整板 圖15 D II 型修整板 圖16 D III 型修整板固定式修整板既可用于砂輪整形，也可用于砂輪開刃。使用時將該類修整板吸附在陶瓷吸盤上，采用與硅片背面減薄相似的工藝對修整板進(jìn)行磨削，從而達(dá)到修整砂輪的目的。其優(yōu)點(diǎn)是修整后砂輪的端面與吸盤表面的平行度高，因而砂輪的磨削效果好；缺點(diǎn)是需要對機(jī)臺進(jìn)行重新設(shè)置，影響生產(chǎn)，而且修整量不好把握。手持式修整板主要用于砂輪工作表面開刃。其優(yōu)點(diǎn)是，砂輪的去除量少，不用改變機(jī)臺的設(shè)定；缺點(diǎn)是由于手持工具用力不易控制，可能會造成砂輪的平面度及其與吸盤的平行度超差。 通常， 對于磨削精度要求高的加工， 初次修整及中間修整都采用 吸附式修整塊。 我所生產(chǎn)的修整板主要規(guī)格為 75150，適用于 48 英寸，粒 度為 300#4000#、D46、D15。 經(jīng)用戶使用表明，我所生產(chǎn)的修整板具有修形效率高、開刃效果 好等特點(diǎn)，所修砂輪能夠滿足硅片減薄加工要求。 五、結(jié)束語 高效精密金剛石磨具的國產(chǎn)化工作是一項(xiàng)重要而艱巨的工作， 目 前已取得了很大的進(jìn)展，我們相信，在半導(dǎo)體行業(yè)更多企業(yè)以及新老 朋友的繼續(xù)支持與配合下， 我們一定能夠在較短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體 行業(yè)用磨具品種全部國產(chǎn)化的最終目標(biāo)。 作者簡介： 劉明耀，男，教授級高工，享受國務(wù)院政府特殊津貼專家，鄭州磨料磨具磨 削研究所副所長，國