CN101934492A - 高平整度区熔硅抛光片的抛光工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高平整度区熔硅抛光片的抛光工艺，通过对4英寸、5英寸、6英寸区熔硅片进行有蜡抛光来生产高平整度硅抛光片，硅片经有蜡抛光工艺获得的高平整度区熔硅抛光片达到：厚度公差：±3μm，TTV：≤2μm，TIR：≤1μm，STIR 15*15：≤1μm，洁净度：＞0.3μm颗粒数：≤5个，采用包括上述工艺步骤的方法使4英寸、5英寸、6英寸区熔硅片经有蜡抛光工艺获得的高平整度区熔硅抛光片高于行业标准的产品，满足了半导体工业的电路集成度高、光刻线宽度细的需求，提高了基底硅抛光片质量，对器件与集成电路的电学性能和成品率有着极其重要的影响，降低了生产高平整度的区熔硅抛光片的难度，其技术对满足和适应大规模集成电路集成度提高的要求具有重大意义和实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及有蜡抛光新工艺，特别涉及高平整度区熔硅抛光片的抛光工艺，该工艺方法适用于生产大规模集成电路制造所需的硅抛光片的加工。
背景技术
硅片抛光是利用化学和机械作用最后消除硅片表面的损伤与变形层的操作，化学机械抛光综合了化学抛光无损伤和机械抛光易获平整、光亮表面的特点。在抛光过程中，化学腐蚀和机械摩擦两种作用就这样交替、循环地进行，达到去除硅片表面因前工序残余的机械损伤，从而获得一个平整、光亮、无损伤、几何精度高的镜面。
根据对IC工艺的要求，尤其是对直径小于200mm的硅片的表面抛光采用有蜡贴片或无蜡贴片的单面抛光技术。碱性二氧化硅抛光技术采用化学抛光和机械抛光，两者作用在抛光过程中，硅片表面与碱性抛光液的化学腐蚀反应生成可溶性的硅酸盐，通过细而柔软、带有负电荷的SiO2胶粒的吸附作用、硅片的表面与抛光布间的机械摩擦作用，使其反应物硅酸盐及时被除去。在抛光过程中，连续地对硅片表面进行化学、机械抛光，同时靠SiO2的吸附和碱性化学清洗作用，达到去除硅片表面应力损伤层及杂质沾污的抛光目的。
早在50年代，就开始使用传统的有蜡装片抛光方法，采用高、中、低温蜡，涂一层薄的、厚的和中等厚度的蜡膜装片，直到今天，有蜡抛光方法仍然是一种广泛使用的抛光工艺，多年来广泛使用过的最基础的蜡工艺是薄膜高温蜡，载体被加热到高温并涂上一层具有一定粘度的固态蜡，在蜡膜上安装硅片，再用平头棒压下，通常伴随着旋转或挤压运动，这一运动使蜡膜从硅片的下方移出，并使制作的蜡膜厚度均匀，装有硅片的载体可以通过压缩制冷系统在冷的板上冷却。
平整度是硅抛光片最关键的指标，每一道工序都要按技术条件要求进行，在正常抛光条件下抛光。平整度值都可以达到小于5μm的水平，高平整度硅抛光片的几何参数水平要比上述要求高很多，所以在抛光过程中，要很好的控制化学反应与机械磨削作用的平衡，保证贴片质量和抛光垫的质量才能生产出高平整度的硅抛光片。因此采用不同的工艺方法对于硅抛光片的平整度有着很大影响，所以高平整度硅抛光片的有蜡抛光工艺有着不断改进和完善的空间。
发明内容
本发明的目的就是针对现有工艺的情况，采用不同的技术对硅片的表面抛光，使抛光片几何参数水平高于现有技术的水平，获得高平整度硅抛光片；
本发明是通过这样的技术方案实现的，高平整度区熔硅抛光片的抛光工艺，通过对4英寸、5英寸、6英寸区熔硅片进行有蜡抛光来生产高平整度硅抛光片，其特征在于，所述工艺包括以下次序的工艺步骤：
(1)提高有蜡抛光系统中贴蜡机内的洁净级别，将有蜡抛光系统置于1000级大洁净室之内后，再将蜡抛光系统中的贴蜡机的贴蜡操作空间单独构成一个封闭的1级洁净空间，在此空间内对抛光前的硅片进行冲洗、贴蜡；
(2)使用具有去除大于0.1μm颗粒去除力的兆声清洗机来清洗硅片，使硅片的清洁度达到：＞0.3μm颗粒数≤5个；
(3)将刷洗干净的区熔硅片放置到贴蜡部，贴蜡部位的滴蜡量控制在每片贴蜡部的滴蜡量控制在每片2-3ml范围；
(4)将贴蜡后的超薄区熔硅片放到已预热的陶瓷板上进行贴片，陶瓷板温度控制范围为120-150℃；
(5)使用硅片压头对带有蜡膜的超薄区熔硅片进行加压，硅片压头的压力在10-15psi之间进行调整；
(6)粗抛光工艺，使用有蜡抛光系统进行两次粗抛光，粗抛光的压力为2.5-4bar，每次粗抛光的时间控制在12-15min，依次用粗抛光机-1和粗抛光机-2进行粗抛光，粗抛光机-1和粗抛光机-2的粗抛光加工的区熔硅片去除量分别为8μm抛光过程中，抛光垫温度控制在38℃以内；
(7)中抛光工艺使用中抛机，中抛光压力在1.5-2.5bar，时间8-10min，其加工的区熔硅片去除量为3-4μm；
(8)最终抛光工艺使用精抛机，精抛光的压力为0.5-1.5bar，时间控制在8-10min，最终抛光加工的区熔硅片去除量为1μm；
采用包括上述工艺步骤，使4、5、6英寸的区熔硅片经有蜡抛光工艺获得的高平整度硅抛光片达到：
厚度公差：±3μm；
TTV：≤2μm，TTV为总厚度偏差；
STIR 15*15：≤1μm，TIR为局部平整度；
TIR：≤1μm，TIR为平整度；
清洁度：＞0.3μm颗粒数：≤5个。
本发明的有益效果是，采用包括上述工艺步骤的方法使4英寸、5英寸、6英寸区熔硅片经有蜡抛光工艺获得的区熔硅抛光片达到高于行业标准的产品，满足了半导体工业的电路集成度高、光刻线宽度细的需求，提高了基底硅抛光片的质量，对器件与集成电路的电学性能和成品率有着极其重要的影响，降低了生产高平整度的区熔硅抛光片的难度，其技术对满足和适应大规模集成电路集成度提高的要求具有重大意义和实用价值。
具体实施方式
下面结合6英寸525μm厚区熔硅抛光片的有蜡抛光工艺实施例进行详细描述：
实验硅片：6英寸区熔硅化腐片，电阻率：＞5000Ω.cm，厚度：545μm，数量：200片。
加工设备：有蜡单面抛光系统，倒片机，理片机。
辅助材料：陶瓷盘，粗抛光液，精抛光液，去离子水，酒精，无尘纸；
工艺参数：滴蜡量：2ml，抛光液温度：30-35℃。陶瓷盘贴片温度：120℃；
加工过程：
①将干净的硅化腐片装入贴片机内，贴片机自动为硅化腐片贴蜡，陶瓷盘贴片结束进入待抛状态；
②对抛光机进行陶瓷盘的上载，进行抛光；
③硅化腐片抛光后，需要手动对硅抛光片进行剥离，硅抛光片从陶瓷盘铲下后进行去蜡清洗，再送入检验。
6英寸高平整度区熔硅抛光片需要达到的各种参数指标为：
采用包括上述工艺步骤的方法使6英寸的区熔硅化腐片经有蜡抛光工艺获得的抛光片达到的实际数据为：
贴片环境是影响平整度的重要因素之一，首先，本实施例中，将有蜡抛光系统中的贴蜡机内部与1000级大洁净室隔离开，贴蜡机内部单独构成一个封闭的1级洁净空间；在此空间内对抛光前的硅片进行冲洗、贴蜡；配备专门的兆声清洗机，从而保证了硅片的清洁度；
其次是对陶瓷盘清洁，陶瓷盘长期循环使用中由于和抛光液接触，表面逐渐积累一些反应产物，这些产物是严重的颗粒污染源，在陶瓷盘进入贴片机前该系统使用陶瓷盘清洗机对陶瓷盘进行清洗，从而消除了颗粒源。
压片器是在涂蜡后的硅片背面施加压力，是硅片与陶瓷板紧密结合在一起的一种装置。贴片机原装压片器是一块圆形中心微凸的硅橡胶，贴片质量与硅橡胶的材料和加工工艺密切相关，本公司抛光系统贴蜡机内的压片器硅橡胶层很薄，加压十分均匀，从而保证了蜡膜的均匀性。
通过对这些参数进行详细研究、试验、对比，最终确定了一套比较科学合理的涂蜡工艺，使用该工艺，蜡膜厚度为2μm左右，均匀性非常好。
抛光垫质量，为了保证硅抛光片的技术指标要求，在抛光垫的使用寿命已经达到时同行的做法是要更换抛光垫，而我们用一种特殊的高压刷洗头在硅片抛光完成后刷洗抛光垫，可以使抛光垫满足抛光的使用要求，继续使用一段时间，节约成本；在重新抛光硅片时，在贴蜡前先将区熔硅片使用纯水进行刷洗，以去除硅片表面的颗粒。
本工艺将刷洗干净的硅片放置到贴蜡部，贴蜡部的滴蜡量控制在每片2-3ml范围根据不同的硅片尺寸进行调整，将贴蜡后的硅片置放到陶瓷盘上，控制陶瓷盘的预热温度，陶瓷盘温度范围为120℃-150℃；
使用贴蜡压头对硅片进行加压，加压是需要控制压头的压力，保证加压后硅片与陶瓷板完全接触，硅片与陶瓷板之间不能有气泡，根据不同尺寸的硅片，压头的压力需要在10-15psi范围进行调整。
化学机械抛光是硅片加工的关键工序，其中抛光压力、抛光时间、抛光温度是主要影响抛光质量的因素，都将会对硅抛光片平整度产生影响。
粗抛光：对硅片进行粗抛光的目的是要去除硅片表面由前加工工序残留下的表面机械损伤应力层和表面存在的各种金属离子等杂质污染，使其达到标准要求的几何尺寸加工精度。本工艺使用的粗抛光机-1和粗抛光机-2中的压力设定为2.5-4bar，每次粗抛光的时间控制在12-15min，进行粗抛光前首先用清洁刷将抛光布刷洗干净，然后将完成贴蜡工艺的硅片转入到单面抛光系统进行抛光，粗抛-1和粗抛-2的加工量均为7-8μm，抛光过程中抛光布温度不得高于38℃。
中抛光：为确保硅片表面有极低的局部平整度，需要进行中抛光，中抛光压力在1.5-2.5bar，时间8-10min，其加工去除量为3-4μm，将完成粗抛光的硅片转置到中抛光机上，对其进行加工以保证硅晶片表面具有较高的机械加工精度。
最终抛光：为了得到良好光洁度、表面粗糙度并有极高的表面纳米形貌特征的表面，需要对硅片进行最终抛光。精抛光的压力为0.5-1.5bar，时间控制在8-10min，最终抛光几乎不去除硅片厚度，加工去除量为1μm。
采用包括上述工艺步骤的方法可以满足6寸高平整度区熔硅抛光片所需的参数要求。
根据上述说明，结合本领域公知技术即可再现本发明的方案。
Claims (1)
1.高平整度区熔硅抛光片的抛光工艺，通过对4英寸、5英寸、6英寸区熔硅片进行有蜡抛光来生产高平整度硅抛光片，其特征在于，所述工艺包括以下次序的工艺步骤：
(1)提高有蜡抛光系统中贴蜡机内的洁净级别，将有蜡抛光系统置于1000级大洁净室之内后，再将蜡抛光系统中的贴蜡机的贴蜡操作空间单独构成一个封闭的1级洁净空间，在此空间内对抛光前的硅片进行冲洗、贴蜡；
(2)使用具有去除大于0.1μm颗粒去除力的兆声清洗机来清洗硅片，使硅片的清洁度达到：＞0.3μm颗粒数≤5个；
(3)将刷洗干净的区熔硅片放置到贴蜡部，贴蜡部位的滴蜡量控制在每片贴蜡部的滴蜡量控制在每片2-3ml范围；
(4)将贴蜡后的超薄区熔硅片放到已预热的陶瓷板上进行贴片，陶瓷板温度控制范围为120-150℃：
(5)使用硅片压头对带有蜡膜的超薄区熔硅片进行加压，硅片压头的压力在10-15psi之间进行调整；
(6)粗抛光工艺，使用有蜡抛光系统进行两次粗抛光，粗抛光的压力为2.5-4bar，每次粗抛光的时间控制在12-15min，依次用粗抛光机-1和粗抛光机-2进行粗抛光，粗抛光机-1和粗抛光机-2的粗抛光加工的区熔硅片去除量分别为8μm抛光过程中，抛光垫温度控制在38℃以内；
(7)中抛光工艺使用中抛机，中抛光压力在1.5-2.5bar，时间8-10min，其加工的区熔硅片去除量为3-4μm；
(8)最终抛光工艺使用精抛机，精抛光的压力为0.5-1.5bar，时间控制在8-10min，最终抛光加工的区熔硅片去除量为1μm；
采用包括上述工艺步骤，使4、5、6英寸的区熔硅片经有蜡抛光工艺获得的高平整度硅抛光片达到：
厚度公差：±3μm；
TTV：≤2μm，TTV为总厚度偏差；
STIR 15*15：≤1μm，TIR为局部平整度；
TIR：≤1μm，TIR为平整度；
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