CN102092002A - 单晶硅片液体抛光方法 - Google Patents

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Abstract

一种单晶硅片液体抛光方法，包括改性金刚石磨料的制备和磨削液的制备；抛光方法是，将干燥后的硅片平置吸附在真空吸盘上，调节吸盘高度，使吸盘上硅片距离涡轮顶端的距离为3-4厘米，使硅片处于磨削液液面以下2-3厘米；开启涡轮电机和吸盘电机，进行液体抛光，磨削加工1小时后，卸掉吸盘中的真空取下硅片，将单晶硅片清洗干燥后真空封装，完成单晶硅片抛光加工。该方法利用高速运动的磨削液中的金刚石磨料对单晶硅片进行磨削抛光。单晶硅片的表面仅存在细小的磨料划痕，单晶硅片应力层厚度可控制在5nm以下。

Description

单晶硅片液体抛光方法
技术领域
本发明涉及一种单晶硅片两端面低应力液体抛光技术，采用该工艺对精磨后的单晶硅片进行液体抛光，可以获得高光洁度低残余应力的单晶硅加工面。
背景技术
目前，单晶硅片的表面抛光主要采用化学机械抛光法，基本原理是将待抛光工件在一定的压力下及有抛光液(由超细SiO2磨粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)存在的情况下，相对于一个抛光垫作旋转运动，借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用，完成对工件表面的材料去除，获得光洁表面。使用该加工方法，要获得品质好的抛光片，必须使抛光过程中的化学腐蚀作用与机械磨削作用达到一种平衡。如果化学腐蚀作用大于机械抛光作用，则会在抛光片表面产生腐蚀坑、桔皮状波纹；反之，机械抛光作用大于化学腐蚀作用则表面产生高损伤层，磨削加工工艺复杂。同时，由于磨削液中含有大量的强氧化物和电解质，对晶片表面有一定的污染作用，需要增加清洁工艺，磨削液对环境也有一定的污染。
发明内容
本发明解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种单晶硅片液体抛光方法，所使用的抛光液为无机溶胶，无毒无害对环境无任何污染；该方法加工的单晶硅表面的粗糙度Ra≤1nm～2nm；单晶硅表面平整度≤0.1μm/(300～400)mm；变质层厚度≤10nm，可实现对单晶硅片的低应力磨削加工。
该工艺以加入了一定量的金刚石微粉的硅溶胶为磨削液，将待加工硅片浸入磨削液中，在高速涡轮的带动下磨削液相对硅片做高速运动，磨削液中的金刚石磨料在液力带动下对单晶硅片表面进行低应力磨削(参见图1)。
本发明的技术方案是，所述单晶硅片液体抛光方法包括：
a.制备改性金刚石磨料：将金刚石磨料(粒径5-20μm)浸泡于无水乙醇溶液中，用超声波清洗0.8小时-1.2小时，再将磨料滤出后在70℃-90℃烘箱中干燥1.8小时-2.2小时；干燥后的金刚石磨料浸渍于体积比为1∶4.5-5.5的KH550硅烷偶联剂与无水乙醇混合液中，密闭加热至55℃-65℃，保温0.8小时-1.2小时；然后用滤纸滤出金刚石磨料，在140℃-160℃烘箱中干燥1.8小时-2.2小时，获得改性金刚石磨料；
b.制备磨削液：将所述改性金刚石磨料与固相含量为4.5％-5.5％的硅溶胶按质量比1∶98-102的比例混合，在转速为900r/分-1100r/分的条件下，搅拌混合0.8小时-1.2小时，获得磨削液；
c.单晶硅液体抛光方法：将干燥后的硅片平置吸附在真空吸盘上，真空吸盘下方设有涡轮；调节吸盘高度，使吸盘上硅片距离涡轮顶端的距离为3厘米-4厘米，并使硅片处于磨削液液面以下2厘米-3厘米；开启涡轮电机和吸盘电机，涡轮转速为1.8万转/分钟-2.2万转/分钟，吸盘转速为1800转/分钟-2000转/分钟，吸盘旋转方向与涡轮旋转方向相反，对硅片进行液体磨削抛光；该抛光进行0.8小时-1.2小时；然后，卸掉吸盘中的真空，取下单晶硅片，将该单晶硅片浸泡于无水乙醇溶液中用超声波清洗0.8小时-1.2小时，再将硅片在室温下干燥5小时-7小时，即得完成抛光加工的单晶硅片。
可对完成抛光加工的单晶硅片进行真空封装。
本发明采用混合了细粒度金刚石磨料的硅溶胶做为液体磨削介质，在高速转动的涡轮带动下，磨削液相对于单晶硅加工表面做高速运动，磨削液中的金刚石液力推动下对单晶硅片产生一定碰撞和刮擦作用，实现对单晶硅片的低应力磨削。
由以上可知，本发明为单晶硅片的液体低应力磨削抛光方法，它利用高速运动的磨削液中的金刚石磨料对单晶硅片进行磨削抛光。利用该工艺对单晶硅片进行表面加工，单晶硅片的表面仅存在细小的磨料划痕(参见图2)，不会象化学机械抛光法加工的硅片那样在表面留下腐蚀坑(参见图3)同时液体抛光后单晶硅片应力层厚度可控制在5nm以下(参见图4)。
附图说明
图1是本发明一种实施例的液体抛光系统示意图；
图2是本发明液体抛光后的单晶硅表面图像；
图3是传统化学-机械抛光后单晶硅表面；
图4是本发明液体抛光后单晶硅表面应力层图像。
在图中：
1-电机主轴，    2-漏液孔，    3-涡轮，
4-硅片，        5-缸体，      6-真空吸盘，
7-磨削液液面。
具体实施方式
采用图1所示液体抛光系统，单晶硅片液体抛光方法包括：
a.制备改性金刚石磨料：步骤为，将粒度为0.5μm的金刚石磨料浸泡于无水乙醇溶液中用超声波清洗1小时，超声波频率为2000Hz，功率200W，再将磨料滤出后在80℃烘箱中干燥2小时，得干燥后的金刚石磨；将KH550硅烷偶联剂与无水乙醇溶液按体积比1∶5混合，在转速为1000r/分的条件下，搅拌混合1小时，得混合溶液，装入密闭容器待用；将干燥后的金刚石磨料浸渍于所述混合溶液，密闭加热至60℃保温1h，用滤纸滤出金刚石磨料在150℃烘箱中干燥2小时，得改性金刚石磨料；
b.制备磨削液：将改性金刚石磨料与固相含量为5％的硅溶胶按质量比1∶100混合，在转速为1000r/分的条件下，搅拌混合1小时，得磨削液；将磨削液加入到图1所示水力抛光系统的缸体中；
c.单晶硅液体抛光方法：
单晶硅片干燥：将精磨后的单晶硅片浸泡于无水乙醇溶液中中用超声波清洗一小时，超声波频率为2000Hz，功率200W，再将硅片在室温下干燥6小时待用；
抛光：
首先，将干燥后的硅片平置吸附在真空吸盘上，吸盘的真空度为1-2×103Pa，调节吸盘高度，使吸盘上硅片距离涡轮顶端的距离为3厘米-4厘米，通过漏液孔调整液体抛光系统中磨削液的高度，使硅片处于磨削液液面以下2厘米-3厘米；
然后，开启涡轮电机和吸盘电机，涡轮转速为2万转/分钟，吸盘转速为1880转/分钟，吸盘旋转方向与涡轮旋转方向相反；磨削液在涡轮带动下，快速通过单晶硅表面，实现单晶硅表面液体磨削抛光；
液体磨削抛光1小时后，卸掉吸盘中的真空取下硅片，将单晶硅片浸泡于无水乙醇溶液中用超声波清洗一小时，超声波频率为2000Hz，功率200W，再将硅片在室温下干燥6小时真空封装，完成单晶硅片抛光加工。

Claims (1)

1.一种单晶硅片液体抛光方法，其特征是，该方法包括：
a.制备改性金刚石磨料：将粒径为5μm-20μm的金刚石磨料浸泡于无水乙醇溶液中，用超声波清洗0.8小时-1.2小时，再将磨料滤出后在70℃-90℃烘箱中干燥1.8小时-2.2小时；干燥后的金刚石磨料浸渍于体积比为1∶4.5-5.5的KH550硅烷偶联剂与无水乙醇混合液中，密闭加热至55℃-65℃，保温0.8小时-1.2小时；然后用滤纸滤出金刚石磨料，在140℃-160℃烘箱中干燥1.8小时-2.2小时，获得改性金刚石磨料；
b.制备磨削液：将所述改性金刚石磨料与固相含量为4.5％-5.5％的硅溶胶按质量比1∶98-102的比例混合，在转速为900r/分-1100r/分的条件下，搅拌混合0.8小时-1.2小时，获得磨削液；
c.单晶硅液体抛光方法：将干燥后的硅片平置吸附在真空吸盘上，真空吸盘下方设有涡轮；调节吸盘高度，使吸盘上硅片距离涡轮顶端的距离为3厘米-4厘米，并使硅片处于磨削液液面以下2厘米-3厘米；开启涡轮电机和吸盘电机，涡轮转速为1.8万转/分钟-2.2万转/分钟，吸盘转速为1800转/分钟-2000转/分钟，吸盘旋转方向与涡轮旋转方向相反，对硅片进行液体磨削抛光；该抛光进行0.8小时-1.2小时；然后，卸掉吸盘中的真空，取下单晶硅片，将该单晶硅片浸泡于无水乙醇溶液中用超声波清洗0.8小时-1.2小时，再将硅片在室温下干燥5小时-7小时，即完成抛光加工。
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