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半导体知识专题

2022.12.26
半导体知识专题(7):晶圆的倒角

上一期我们为大家详细介绍了晶棒的多线切割。晶棒经过多线切割之后形成的圆形薄片便是晶圆最初的样子啦。此时晶圆的厚度一般是微米级的,接近于一张纸。在这张纸上做各种各样的加工便是接下来的工序啦。

那么,这一期我们就接着为大家介绍下一步工序,晶圆的倒角!


什么是晶棒的倒角?


首先大家知不知道倒角是什么意思?大家先看一下下面的动图~




   如图所示,将物体的尖角或有棱角的部分变成匀称的平面或圆角便是倒角啦!

 所以,晶圆的倒角也是同样的道理。如上文所述,晶棒经过多线切割之后变得非常薄,薄得像一张纸。但是不管再薄,始终是有厚度的,在微观之下依旧非常"厚"。而厚度面与横截面连接的地方从截面图来看其实就是一个规则四边形,既然是四边形,就一定有尖角。晶圆的倒角就是消除这些尖角棱角,如下图。


  去除这些尖角或棱角,需要用到专门的磨轮,也叫砂轮。这些砂轮一般有特定的形状。


晶圆为什么需要倒角

 这里牵扯到一些力学的知识。我们简单一点以硅片为例,对硅片倒角可使硅片边缘获得平滑的半径周线,这一步一般在磨片之前或之后进行。在硅片边缘的裂痕和小裂缝会在硅片上产生机械应力并会产生位错,尤其是在硅片制备的高温过程中。小裂缝会在生产过程中成为有害沾污物的聚集地并产生颗粒脱落。平滑的边缘半径可以将这些影响降到最小。根据需求的不同,倒角分为T型倒角(大倒角)和R型倒角(小倒角)。


晶圆倒角的目的主要有三个:

 (1)防止晶圆边缘碎裂。晶圆在制造与使用的过程中,常会受到机械手等的撞击而导致晶圆边缘破裂,形成应力集中的区域。这些应力集中的区域会使得晶圆在使用中不断地释放污染粒子,进而影响产品的成品率。


 (2)防止热应力的集中。晶圆在使用时,会经历无数的高温工艺,如氧化、扩散等,当这些工艺中产生的热应力大小超过硅晶格的强度时,即会产生位错与层错缺陷,晶边磨圆可以避免该类缺陷在晶边产生。


 (3)增加外延层和光刻胶层在晶圆边缘的平坦度。在外延工艺中,锐角区域的生长速度会比平面高,因此,用没有磨圆的晶圆容易在边缘产生突起。同样,在利用旋转涂布机涂光刻胶时,光刻胶溶液也会在晶圆边缘发生堆积现象,这些不平整的边缘会影响掩模板对焦的精确性。


晶圆倒角的市场情况



 晶圆基板制造方面,设备逐步趋向标准化,随着目前国内的半导体市场的不断壮大,设备的需求也是愈发激烈,而其中晶圆倒角这一工艺上设备也一样是比较难入手的,交期从之前的数月至今已预约到了2025年。

 目前日中半导体协会主要会员中从事晶圆倒角机生产制造的是雄飞电子株式会社。大约40多年以前雄飞电子与当时以倒角设备著名的第一精机是合作关系,负责给设备提供电装部件。之后第一精机的倒角机事业一分为三分别由现在的株式会社东京精密,Daitron株式会社,株式会社雄飞电子所掌控。早在三十年前雄飞便开始了倒角机的事业,分别在日本信越,SAMCO,小池,山壽等多家晶圆厂著有实绩,迄今为止信越旗下的直江津工厂等多地仍在使用雄飞的设备。


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