学习《金刚石多线切割工艺对高纯4H-SIC晶片翘曲度的影响》笔记总结
在碳化硅的金刚石线切割中,通过加工测试分析得到BOW的大小主要为晶体自身应力所导致,TTV的大小以及WARP的大小主要与切割工艺相关。
金刚石多线切割中WARP的约束是加工难点,WARP值和BOW值的产生主要认为:WARP主要源于切割产生,BOW来自于晶体本身应力造成,对于不同晶体生长工艺方式获得的晶体也略有不同,晶片的翘曲会导致在后续的加工中使晶片轴线与晶轴偏离。
由于WARP值、BOW值大无法通过后道工序有效降低,并且后续加工时间很长,所以在切割工艺过程中需严格控制WARP。通过工艺实验观察,工作台受力的变化同WARP值的变化有很大相关性,变化最大部分造成的WARP值占到整个WARP值的60%~80%,对于mm(4英寸)晶体来说,通常发生在切入晶体的80mm左右。
该文章通过改变进给速度,张力值,金刚石线速度这三个参数进行实验,得出结果线速越大,张力值越大,进给速度减小可以有效较小warp值的大小。
并且通过理论分析,在理想线切割条件下,金刚石线无横向振动,SiC晶体在切割缝底部被金刚石颗粒以二体磨削的形式,通过金刚石线锯上的金刚石磨粒对SiC晶体进行挤压与滑擦,将SiC晶体以脆性方式去除掉。
在实际切割中,由于金刚石线截面是圆形的,在切割缝底部最底处材料的去除厚度hmax最高,在切割过程中,切割缝底部边界处材料的去除厚度趋于0。当单位长度的线切割材料去除率低于某一临界值时,脆性材料去除可转变为塑性材料去除。在切割缝边界处,具备SiC晶体的塑性材料去除方式的条件。在切割缝底部是通过材料的脆性去除产生的裂纹,在切割缝侧面的过程中,侧壁材料大部分将以塑性材料去除方式被去除掉。还有一部分切割裂纹由于横向长度大于金刚石线半径,在形成切割缝侧面的过程中被保留下来。然而在线切割过程中很多情况下存在金刚石线的横向振动,造成侧壁SiC晶体的二次去除,在切割缝表面产生新的裂纹,将原有裂纹扩展,使得以脆性材料去除方式将侧壁SiC晶体去除,造成最终切割缝宽度略大于金刚石线线径。切割时切割工艺线速度越大,进给速度越小将造成材料去除厚度hmax越小,使得在切割缝底部边界附近,以塑性材料去除方式的区域越大。金刚石线速度的增大,工件进给速度的减小同时降低了锯切力,在切割缝底部形成的表面裂纹长度降低。在切割缝侧面通过原有裂纹扩展而去除的SiC晶体减少,在切割缝侧面造成的延性区越大。并且在实际金刚石线锯切割SiC晶体的工艺过程中,线张力的增大,导致金刚石线承受的刚度增大,线刚度增大导致金刚石颗粒对于SiC晶体的避让减小,实际切痕变大,材料去除率增高,切割后晶片翘曲度得到很好改善。
通过学习以及实际测试得到结论:
①线速加大,张力加大,进给速度减小可以有效减小碳化硅切割中的warp值。
②张力值的变大会使得切痕加重。
③warp值的影响直接因素为工作台的在切割过程中的受力,实际上通过进给速度去调整。
④warp值主要在80mm处产生较大偏差(针对4inch碳化硅),即出刀位置。
⑤warp,TTV为切割工艺影响,bow为晶体自身应力影响。