CN104162830A - 一种晶圆的研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆的研磨方法，采用连续的复数的研磨步骤，从研磨开始阶段到研磨结束阶段，逐步降低研磨压力的方法，包括高压研磨阶段过渡到低压研磨阶段两个步骤；亦即首先使用高压力研磨，在同一研磨装置上，持续地逐步地降低研磨压力的方法。通过这样的设定，能够在研磨初始阶段快速地获得光滑的研磨面，由于高压而产生的划痕，通过接下来持续阶段性的低压研磨除去，如此，可以在短时间内获得高镜面、且没有划痕的研磨面。

Description

一种晶圆的研磨方法

技术领域

本发明涉及一种晶圆研磨方法，具体的说是一种提高晶圆镜面研磨效率与研磨精度的研磨方法。 

背景技术

在以硅片、蓝宝石等为代表的晶圆的镜面研磨时，一般采用以下两种研磨方法： 

1、以调整平整度为目的的粗研磨

2、以改善表面粗糙度为目的的精研磨

粗研磨，通常称之为一次研磨，是在研削工序后为提高晶圆平整度而进行的研磨。粗研磨一般使用硬度在60～80的硬质聚酯纤维类抛光布作为研磨布，研磨布贴在可以回转的研磨盘上，使用添加了SiO2胶体的碱基抛光液，晶圆在研磨布上回转的同时在两者之间供给抛光液，进行研磨。由于粗研磨使用硬质研磨布，所以在晶圆表面会造成划痕。

精研磨，是研磨工序的最终阶段，用来除去晶圆表面的微细凹凸并除去粗研磨阶段产生的划痕，最终获得镜面。精磨一般使用发泡类氨基甲酸乙酯类软质抛光布，通过添加了SiO2胶体的碱基抛光液进行抛光研磨。由于精磨使用的研磨布比粗磨使用的研磨布软，不易发生划痕。但是当研磨压力较高时，还是较易产生划痕，因此，精磨时通常使用比较低的研磨压力，需要延长研磨时间。 

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种晶圆的研磨方法，解决了粗研磨时容易产生划痕、精磨时研磨速度低下的问题；可以使晶圆在研磨过程中有效降低划痕发生率，同时缩短研磨时间，高效获得高平整度、高镜面的晶圆的研磨方法。 

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种晶圆的研磨方法，从研磨开始阶段到研磨结束阶段，逐步降低研磨压力，调整研磨时间，即：晶圆首先在高压研磨压力P₀条件下经过研磨时间T₀的研磨后，再在同一装置上，在研磨压力P₁条件下，经过研磨时间T₁的研磨过程，得到成品；具体研磨压力与研磨时间取值如下： 

第一步，高压研磨阶段：

研磨压力为P₀，20kPa≤P₀≤50kPa；研磨时间为T₀，5min≤T₀≤30min，

第二步，低压研磨阶段：

研磨压力为P₁，5 kPa≤P₁≤15kPa；研磨时间为T₁，1min≤T₁≤15min。

上述的晶圆的研磨方法，研磨过程中，具体研磨压力与研磨时间取值如下： 

第一步，高压研磨阶段：

研磨压力为P₀，20kPa≤P₀≤30kPa；研磨时间为T₀，5min≤T₀≤30min，

第二步，低压研磨阶段：

研磨压力为P₁，5 kPa≤P₁≤10kPa；研磨时间为T₁，1min≤T₁≤15min。

上述的晶圆研磨方法，研磨过程中，研磨布的使用限度H的取值范围为H＜6000min。 

上述的晶圆研磨方法，研磨过程中，使用软绒毛表面的研磨布。 

上述的晶圆研磨方法，研磨过程中，使用积层构造研磨布，具体积层构造为：表层为软绒毛表面层，底层为发泡丁腈橡胶片层，表层与底层之间使用3M制造的PET基材双面胶黏结固定。 

研磨布的使用限度H是指一块研磨布能够连续使用的最长时间限度；研磨布的使用限度H的取值范围为H＜6000min，即：该种研磨布在连续使用超过6000分钟后，无法继续使用。 

本发明具有如下优点及有益技术效果： 

本发明采用的晶圆研磨方法，采用连续的复数的研磨步骤，从研磨开始阶段到研磨结束阶段，逐步降低研磨压力的方法；亦即在精磨时段，首先使用高压力研磨，在同一研磨装置上，持续地逐步地降低研磨压力的方法。通过这样的设定，可以在研磨初始阶段快速地获得光滑的研磨面，由于高压而产生的划痕，通过接下来持续阶段性的低压研磨除去，如此，可以在短时间内获得高镜面、且没有划痕的研磨面。

在上述精研磨过程中，使用软绒面的研磨布或者选用更为优质的积层构造研磨布，研磨效果更为理想，同时延长研磨布的使用寿命，能够在不降低生产效率的情况下快速获得镜面研磨表面，同时抑制晶圆表面划痕的产生。 

具体实施方式

实施例1

本例中的晶圆的研磨方法，从研磨开始阶段到研磨结束阶段，逐步降低研磨压力，调整研磨时间，即：晶圆首先在高压研磨压力P₀条件下经过研磨时间T₀的研磨后，再在同一装置上，在研磨压力P₁条件下，经过研磨时间T₁的研磨过程，得到成品；具体研磨压力与研磨时间取值如下：

第一步，高压研磨阶段：

研磨压力为P₀=20kPa，研磨时间为T₀=30min，

第二步，低压研磨阶段：

研磨压力为P₁=5 kPa；研磨时间为T₁=15min。

研磨过程中，使用软绒毛表面的研磨布，研磨布的使用限度H<3000min；当研磨布连续使用0-3000min时，研磨效果最佳；当研磨布连续使用超过3000min时，无法继续使用，需要更换新的研磨布。 

研磨后各条件取200枚进行表面状况确认并评价： 

评价内容为，表面划痕发生状况及表面粗糙度状况。

评价方法是，晶圆表面粗糙度平均值以0.35nm为基准值，小于此值是认为表面状态良好；且当面内粗糙度(MAX-MIN)＞0.2nm时，亦认定为表面状况不良。 

200枚样品均获得了理想的精磨平面，表面粗糙度0.26-0.30nm，面内粗糙度(MAX-MIN)＜0.2nm，划痕发生率均在2-4%之间，效果较好。 

实施例2

本例中的晶圆的研磨方法，从研磨开始阶段到研磨结束阶段，逐步降低研磨压力，调整研磨时间，即：晶圆首先在高压研磨压力P₀条件下经过研磨时间T₀的研磨后，再在同一装置上，在研磨压力P₁条件下，经过研磨时间T₁的研磨过程，得到成品；具体研磨压力与研磨时间取值如下：

第一步，高压研磨阶段：

研磨压力为P₀=50kPa，研磨时间为T₀=5min，

第二步，低压研磨阶段：

研磨压力为P₁=15 kPa；研磨时间为T₁=1min。

研磨过程中，使用软绒毛表面的研磨布，研磨布的使用限度H<3000min；当研磨布连续使用0-3000min时，研磨效果最佳；当研磨布连续使用超过3000min时，无法继续使用，需要更换新的研磨布。 

研磨后各条件取200枚进行表面状况确认并评价： 

评价内容为，表面划痕发生状况及表面粗糙度状况。

评价方法是，晶圆表面粗糙度平均值以0.35nm为基准值，小于此值是认为表面状态良好；且当面内粗糙度(MAX-MIN)＞0.2nm时，亦认定为表面状况不良。 

200枚样品均获得了理想的精磨平面，表面粗糙度0.26-0.30nm，面内粗糙度(MAX-MIN)＜0.2nm，划痕发生率均在2-4%之间，效果较好。 

实施例3

本例中的晶圆的研磨方法，从研磨开始阶段到研磨结束阶段，逐步降低研磨压力，调整研磨时间，即：晶圆首先在高压研磨压力P₀条件下经过研磨时间T₀的研磨后，再在同一装置上，在研磨压力P₁条件下，经过研磨时间T₁的研磨过程，得到成品；具体研磨压力与研磨时间取值如下：

第一步，高压研磨阶段：

研磨压力为P₀=30kPa，研磨时间为T₀=10min，

第二步，低压研磨阶段：

研磨压力为P₁=8 kPa；研磨时间为T₁=8min。

研磨过程中，使用积层构造的研磨布，表层为软绒毛表面层，底层为发泡丁腈橡胶片层，表层与底层之间使用3M制造的PET基材双面胶黏结固定；研磨布的使用限度H<6000min；当研磨布连续使用0-3000min时，研磨效果最佳；当研磨布连续使用3000-6000min时，研磨效果较好，当研磨布连续使用超过6000min时，无法继续使用，需要更换新的研磨布。 

研磨后各条件取200枚进行表面状况确认并评价： 

评价内容为，表面划痕发生状况及表面粗糙度状况。

评价方法是，晶圆表面粗糙度平均值以0.35nm为基准值，小于此值是认为表面状态良好；且当面内粗糙度(MAX-MIN)＞0.2nm时，亦认定为表面状况不良。 

200枚样品均获得了理想的精磨平面，表面粗糙度均小于0.26nm，面内粗糙度(MAX-MIN)＜0.2nm，划痕发生率均在2-4%之间，效果较好。 

由此就可知，使用积层构造的研磨布，通过先高压后低压的研磨方法，可以快速获得精研磨平面，提高了生产效率；通过使用积层构造的研磨布，可以延长研磨布的使用限度，同时提高产品精度水平，长时间持续地维持稳定的品质。 

实施例4

本例中的晶圆的研磨方法，从研磨开始阶段到研磨结束阶段，逐步降低研磨压力，调整研磨时间，即：晶圆首先在高压研磨压力P₀条件下经过研磨时间T₀的研磨后，再在同一装置上，在研磨压力P₁条件下，经过研磨时间T₁的研磨过程，得到成品；具体研磨压力与研磨时间取值如下：

第一步，高压研磨阶段：

研磨压力为P₀=25kPa，研磨时间为T₀=8min，

第二步，低压研磨阶段：

研磨压力为P₁=10 kPa；研磨时间为T₁=6min。

研磨过程中，使用积层构造的研磨布，表层为软绒毛表面层，底层为发泡丁腈橡胶片层，表层与底层之间使用3M制造的PET基材双面胶黏结固定；研磨布的使用限度H<6000min；当研磨布连续使用0-3000min时，研磨效果最佳；当研磨布连续使用3000-6000min时，研磨效果较好，当研磨布连续使用超过6000min时，无法继续使用，需要更换新的研磨布。 

研磨后各条件取200枚进行表面状况确认并评价： 

评价内容为，表面划痕发生状况及表面粗糙度状况。

评价方法是，晶圆表面粗糙度平均值以0.35nm为基准值，小于此值是认为表面状态良好；且当面内粗糙度(MAX-MIN)＞0.2nm时，亦认定为表面状况不良。 

200枚样品均获得了理想的精磨平面，表面粗糙度均小于0.26nm，面内粗糙度(MAX-MIN)＜0.2nm，划痕发生率均在2-4%之间，效果较好,而且，本条件获得精磨面的时间更短。 

由此就可知，使用积层构造的研磨布，通过先高压后低压的研磨方法，可以快速获得精研磨平面，提高了生产效率；通过使用积层构造的研磨布，可以相应延长研磨布的使用寿命，提高产品精度水平，长时间持续地维持稳定的品质。 

对比例1

本例中的晶圆的研磨方法，从研磨开始阶段到研磨结束阶段，仅在低压状态下研磨，研磨过程中，使用与实施例1相同的，研磨布，该研磨布的使用限度H<3000min，为软绒毛表面的研磨布，研磨压力P=10kPa，研磨时间T=50min，

研磨后各条件取200枚进行表面状况确认并评价：

评价内容为表面划痕发生状况及表面粗糙度状况。

评价方法是，晶圆表面粗糙度平均值以0.35nm为基准值，小于此值是认为表面状态良好；且当面内粗糙度(MAX-MIN)＞0.2nm时，亦认定为表面状况不良。 

200枚样品在研磨后的平面粗糙度值为0.38-0.52nm，面内粗糙度(MAX-MIN)＞0.2nm，划痕发生率均大于8%，没有得到良好的研磨表面。 

对比例2

本例中的晶圆的研磨方法，从研磨开始阶段到研磨结束阶段，仅在高压状态下研磨，研磨过程中，使用与实施例3相同的研磨布，表层为软绒毛表面层，底层为发泡丁腈橡胶片层，表层与底层之间使用3M制造的PET基材双面胶黏结固定，该研磨布的使用限度H<6000min，研磨压力P=25kPa，研磨时间T=35min。

研磨后各条件取200枚进行表面状况确认并评价： 

评价内容为表面划痕发生状况及表面粗糙度状况。

评价方法是，晶圆表面粗糙度平均值以0.35nm为基准值，小于此值是认为表面状态良好；且当面内粗糙度(MAX-MIN)＞0.2nm时，亦认定为表面状况不良。 

200枚样品在研磨后的平面粗糙度值为0.32-0.45nm，面内粗糙度(MAX-MIN)＞0.2nm，划痕发生率大于10%,没有得到良好的研磨表面。 

以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种晶圆的研磨方法，其特征在于：从研磨开始阶段到研磨结束阶段，逐步降低研磨压力，调整研磨时间，即：晶圆首先在高压研磨压力P₀条件下经过研磨时间T₀的研磨后，再在同一装置上，在研磨压力P₁条件下，经过研磨时间T₁的研磨过程，得到成品；具体研磨压力与研磨时间取值如下：

第一步，高压研磨阶段：

研磨压力为P₀，20kPa≤P₀≤50kPa；研磨时间为T₀，5min≤T₀≤30min，

第二步，低压研磨阶段：

研磨压力为P₁，5 kPa≤P₁≤15kPa；研磨时间为T₁，1min≤T₁≤15min。

2.根据权利要求1所述的晶圆的研磨方法，其特征在于：研磨过程中，具体研磨压力与研磨时间取值如下：

第一步，高压研磨阶段：

研磨压力为P₀，20kPa≤P₀≤30kPa；研磨时间为T₀，5min≤T₀≤30min，

第二步，低压研磨阶段：

研磨压力为P₁，5 kPa≤P₁≤10kPa；研磨时间为T₁，1min≤T₁≤15min。

3.根据权利要求1所述的晶圆研磨方法，其特征在于：研磨过程中，研磨布的使用限度H的取值范围为H＜6000min。

4.根据权利要求1-3所述的晶圆研磨方法，其特征在于：研磨过程中，使用软绒毛表面的研磨布。

5.根据权利要求1-3所述的晶圆研磨方法，其特征在于：研磨过程中，使用积层构造研磨布，具体积层构造为：表层为软绒毛表面层，底层为发泡丁腈橡胶片层，表层与底层之间使用3M制造的PET基材双面胶黏结固定。