单晶硅线锯切片亚表层损伤层厚度预测与测量高玉飞暋葛培琪暋李绍杰暋侯志坚山东大学,济南,250061摘要:将线锯加工中磨粒的切削作用过程近似为受法向力与切向力作用的压头移动过程,基于压痕断裂力学理论,综合考虑磨粒下方弹性应力场与残余应力场对中位裂纹扩展的影响,给出了中位裂纹扩展长度的计算公式。将中位裂纹扩展层深度视为亚表层损伤层厚度dSSD,将磨粒下方横向裂纹产生深度视为锯切后表面的表面粗糙度值Rz,从而建立了亚表层损伤层厚度与表面粗糙度值之间的理论模型,用于预测损伤层厚度;使用扫描电子显微镜(SEM),采用截面显微法对硅片的亚表层裂纹层厚度进行了实验检测。结果表明,实验检测结果与理论预测结果较为接近,采用该理论模型能够快速、简便和准确地预测亚表面损伤层厚度。关键词:线锯;单晶硅;亚表面损伤;表面粗糙度;裂缝中图分类号:TQ164;TG74暋暋暋文章编号:1004—132X(2009)14—1731—05PredictionandMeasurementofSubsurfaceDamageThicknessofSiliconWaferinWireSawSlicingGaoYufei暋GePeiqi暋LiShaojie暋HouZhijianShandongUniversity,Jinan,250061Abstract:Anabrasivemachininginwiresawingprocesswasconsideredasmovingindentionsub灢jectedtonormalforceandtangentialforce.Basedonindentationfracturemechanicstheory,thecalcula灢tionformulaofmediancrackpropagationlengthwasanalyzedbysyntheticallyconsideringthecontri灢butionsofelasticstressfieldandresidualstressfieldbeneaththeabrasive.Thedepthofmediancrackpropagationlayerwaspostulatedasequalastothesubsurfacedamagelayerthickness(dSSD),andthelateralcrackdepthwasequaltothesurfaceroughnessRz,therebyatheoreticalmodelofrelationshipbetweendSSDandRzwasfoundedforpredictingthedSSD.Moreover,abondedinterfacesectioningtech灢niquewithscanningelectronmicroscope(SEM)wasemployedtomeasurethesilicondSSD.Theresultsindicatethattheexperimentalmeasurementvaluescoincidewiththetheoreticalpredictiononescom灢paratively.ThetheoreticalmodelcanbeusedforpredictingdSSDrapidly,expedientlyandaccurately.Keywords:wiresaw;monocrystallinesilicon;subsurfacedamage;surfaceroughness;crack收稿日期:2008—05—06暋暋暋修回日期:2009—01—09基金项目:国家自然科学基金资助项目(50475132)0暋引言半导体材料已广泛应用于各种微电子领域,如计算机系统、电子通信设备、汽车、消费电子系统和工业自动控制系统等,而绝大多数的半导体材料是采用硅晶片。目前,集成电路制造中普遍采用的芯片制造工艺流程为:单晶生长曻磨外圆曻硅晶体切片曻平坦化曻腐蚀曻抛光曻清洗曻图案制造曻背磨曻划片曻封装。切片是把单晶硅由硅棒变成硅片的一个重要工序,获得切片过程中产生的亚表层损伤裂纹的深度值对后续加工具有非常大的指导作用,直接影响着后续工序的工作量和成本。樊瑞新等[1]用X射线双晶衍射的方法检测了切割硅片的亚表层损伤层厚度,其检测结果表明,与内圆切片机切割硅片相比,线切割硅片的损伤层深度要浅一些。孟剑峰等[2]采用有限元分析的方法研究了线锯切割硅片的亚表层损伤厚度。在不考虑锯丝振动情况下,损伤层厚度随磨粒的减小、锯丝速度vs的增大和进给速度vw的减小而减小。许多学者对光学晶体材料进行了加工实验,结果表明,加工后晶体的表面粗糙度Rz与亚表层损伤层厚度dSSD之间存在着某种特定的关系[3飊4]。但是与此相关的理论研究都是把加工过程近似为受法向载荷作用的磨粒的压痕过程,没有考虑切向载荷作用,并且没有考虑加工过程对材料断裂韧性的影响。本文把线锯加工中磨粒的切削作用过程近似·1371·单晶硅线锯切片亚表层损伤层厚度预测与测量———高玉飞暋葛培琪暋李绍杰等为受法向载荷与切向载荷作用的压头移动过程。基于压痕断裂力学理论,综合考虑磨粒下方弹性应力场与残余应力场对中位裂纹扩展的影响,分析了中位裂纹长度与横向裂纹深度的关系,从而建立了dSSD与Rz之间的关系,建立了预测亚表层损伤层厚度的理论模型,并采用截面显微法对硅片的亚表层损伤层厚度进行了实验研究。1暋线...
