半导体业用高效精密磨具的国产化进程

1、1半导体业用高效精密磨具的国产化进程刘明耀1 , 2 陈 峰1 , 2 邱丽花1 , 2（1、郑州磨料磨具磨削研究所 2、国家超硬材料及制品工程技术研究中心 河南 郑州 450013）摘 要 本文介绍了“十五”以来半导体行业高效精密加工用金刚石磨具以及相关配套产品的国产化情况，包括产品品种、型号规格、应用实例等。 关键词 半导体；集成电路；分立器件；砂轮；超薄；减薄；吸盘；修整板随着我国半导体行业的快速发展，金刚石磨具的应用越来越多，其中包括：硅片制造过程中硅棒外圆磨砂轮、切片用内圆切割片、硅片倒角砂轮；集成电路、分立器件制造过程中背面或正面硅片减薄砂轮、封装前分割用划片砂轮、封装后分割用超薄

2、切割砂轮、CMP 抛光垫修整盘等。这些产品不但制造精度高，而且内在质量、使用性能（加工效率、加工质量、使用寿命等）要求也远高于一般机械加工。我国磨料磨具行业的整体技术与国外发达国家相比，存在着相当大的差距，半导体行业用高效精密金刚石砂轮基本依赖进口。由于进口砂轮不但价格高，而且订货周期长，售后服务不便，在一定程度上影响了我国半导体行业的发展。郑州磨料磨具磨削研究所是我国磨料磨具行业唯一的综合性研究开发机构，建于1958年，长期以来，承担着我国磨料磨具行业技术与新产品的研究开发、磨削理论的研究、专用设备仪器的研究开发、3B ）两类，其中，金属结合剂对磨粒的把持强度高，耐磨、形状保持性好、使用寿命

3、长，适用于高速、窄切缝、粗加工以及加工型面精度要求高的场合（如开槽）。树脂结合剂对磨粒的把持强度较低、耐热性较差，但其自锐性好，且弹性好，具有一定的抛光性能，适用于低速、切缝较宽及加工表面质量要求高的场合（如精加工）。按结构形式来分，有整体型（1A8）和基体型两类，整体型厚度较薄，适用于窄切缝、小切深的加工。基体型刚性好，适用于大切深、尺寸精度要求高的加工。另外，按工作层有无水槽，又可分带水槽型和不带水槽型。带水槽型有利于排屑、冷却，适用于走刀速度快、切深大、易发热的加工。 图1、1A8整体型超薄切割砂轮 图2、1A1基体型超薄切割砂轮 4图3、1A1R 基体型超薄切割砂轮 图4、1A8/2整

4、体水槽型超薄切割砂轮 图5、1A1/5基体水槽型超薄切割砂轮 图6、1A1/6基体水槽型超薄切割砂轮 5图7、1B1基体型超薄切割砂轮 根据结合剂种类与结构形式的不同，产品规格范围有所差别（D 外经，T 厚度）：金属整体型：D4.5-152.4mm ， T 0.08mm ；树脂整体型：D4.5-152.4mm ， T 0.08mm ；金属基体型：D30.0-203.2mm ，T 0.25mm ；树脂基体型：D30.0-305.0 mm，T 0.20mm 。根据结构形式的不同，厚度尺寸公差：整体片可达0.002 mm，基体片可达0.005 mm；孔径均为H6、H7。该系列产品的用途较广，以下仅举

5、几例：1）金属结合剂1A8型切割砂轮砂轮规格：M1A8：58D 0.26T 40H2）树脂结合剂1A8型切割砂轮3）金属结合剂1A1型切割砂轮（组合刀具，每组40片）砂轮规格：M1A1：106D 0.4T 52H 0.4E 3X使用效果：砂轮寿命：5000m ，切缝崩口0.03mm，尺寸误差0.015 mm4）树脂1A1R 型切割砂轮（组合刀具，每组1530片）切割对象：DVD 激光头、光学元件，工件厚度57mm，切深48mm使用效果：砂轮寿命：10000刀，切缝崩口0.02mm，尺寸误差5）金属1A8型切割砂轮（组合刀，每组47片）切割工件：计算机软盘，硬盘磁头，工件厚度2.2mm ，切深3

6、mm使用效果：砂轮寿命：6000刀，切缝崩口0.01mm，尺寸误差以上加工均满足用户加工效率、加工质量等要求。二、硅片减薄砂轮该系列产品主要应用于集成电路、分立器件制造过程中晶圆背面或正面硅片的减薄磨削加工，具有磨削效率高，使用寿命长，加工表面质量好的特点。我所于2004年开展产品开发，2005年开发成功，并批量投放市场，目前已在近二十家企业38英寸（1英寸=25.4毫米）生产线上得到应用。该系列产品分为陶瓷结合剂（代号V）和树脂结合剂两类。 陶瓷结合剂对金刚石磨粒的把持力较强，耐磨性较好，具有多气孔结构，有利于冷却和容屑，因此陶瓷结合剂砂轮切削锋利，磨削效率高，磨削过程中不易发热和堵塞，热膨

7、胀量小，易控制加工精度，使用寿命较长，且容易修整，非常适合于硅片减薄的粗磨、半精磨加工工序。树脂结合剂由于具有如前所述的特点，非常适合于加工余量很少、但表面质量要求很高的硅片的精磨、抛光等工序。我所生产的硅片减薄砂轮主要型号有：整环型、带水槽型、三椭圆带水槽型等，外径为175350mm 图8整环型减薄砂轮 图9带水槽型减薄砂轮 图10 三椭圆带水槽型减薄砂轮我所研制的陶瓷砂轮粗磨4英寸分立器件使用寿命达到55000件，粗磨6英寸集成电路使用寿命达到12000件，树脂砂轮精磨4英寸分立器件使用寿命达到60000多件，精磨6英寸集成电路使用寿命达到近10000件，加工效率、加工质量均满足用户生产工

8、艺要求。三、微孔陶瓷吸盘该系列产品与减薄机、划片机配套使用，用作晶圆加工的吸附承载体。该产品具有组织结构均匀、强度高、寿命长、易于修整、环保等特点。我所于2005年组织该系列产品的开发，并于当年获得成功，现已投入批量生产。该系列产品根据用途的不同分为两类，其中应用于减薄加工的为 D 型、G 型，分别应用于不同厂家的加工设备；应用于划片加工的为H 型。 图11、D 型陶瓷吸盘 图12、G型陶瓷吸盘 图13、H 型陶瓷吸盘根据用户加工的晶圆尺寸不同（38英寸）以及所使用的加工设备不同，微孔陶瓷吸盘的尺寸规格分别与之对应。我所研制的微孔陶瓷吸盘，已批量应用于国内十余家企业的38英寸生产线上。使用结果

9、表明，该系列产品性能良好，质量稳定，完全可替代进口产品。四、砂轮修整板砂轮修整板主要用于磨硅片砂轮初装时的整形及使用过程中的开刃，以消除砂轮装配精度误差及砂轮表面的堵塞，在保持砂轮与吸盘平行精度的同时，使砂轮表面磨粒具有合适的出刃高度，提高硅片的去除效率，减少被磨硅片的表面磨削应力及损伤层厚度。我所于2005年下半年开发该系列产品，现已小批量生产。目前我所生产的磨硅片砂轮修整板主要有两种：固定式修整板（D I、D II型）及手持式修整板（D III型），适用于不同厂家的48英寸减薄机。 图14 D I 型修整板 图15 D II 型修整板 图16 D III 型修整板固定式修整板既可用于砂轮整

10、形，也可用于砂轮开刃。使用时将该类修整板吸附在陶瓷吸盘上，采用与硅片背面减薄相似的工艺对修整板进行磨削，从而达到修整砂轮的目的。其优点是修整后砂轮的端面与吸盘表面的平行度高，因而砂轮的磨削效果好；缺点是需要对机台进行重新设置，影响生产，而且修整量不好把握。手持式修整板主要用于砂轮工作表面开刃。其优点是，砂轮的去除量少，不用改变机台的设定；缺点是由于手持工具用力不易控制，可能会造成砂轮的平面度及其与吸盘的平行度超差。 通常， 对于磨削精度要求高的加工， 初次修整及中间修整都采用 吸附式修整块。 我所生产的修整板主要规格为 75150，适用于 48 英寸，粒 度为 300#4000#、D46、D15。 经用户使用表明，我所生产的修整板具有修形效率高、开刃效果 好等特点，所修砂轮能够满足硅片减薄加工要求。 五、结束语 高效精密金刚石磨具的国产化工作是一项重要而艰巨的工作， 目 前已取得了很大的进展，我们相信，在半导体行业更多企业以及新老 朋友的继续支持与配合下， 我们一定能够在较短的时间内实现半导体 行业用磨具品种全部国产化的最终目标。 作者简介： 刘明耀，男，教授级高工，享受国务院政府特殊津贴专家，郑州磨料磨具磨 削研究所副所长，国家超硬材料及制品工程技术研究中心副主任