CN104551961A - 一种12英寸硅片的双面抛光方法 - Google Patents

一种12英寸硅片的双面抛光方法 Download PDF

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库黎明
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Abstract

本发明提供一种12英寸硅片的双面抛光方法，包括以下步骤：(1)将硅片置于抛光机的游轮片内，在太阳轮和外齿圈的带动下，相对于上、下抛光垫运动，交替改变游轮片的自转方向，对硅片表面进行抛光加工；(2)每抛光1～3小时，使用刷盘对上、下抛光垫进行刷洗，刷洗过程中，向抛光垫喷撒纯水；(3)每抛光12～24小时，使用金刚石修整器对上、下抛光垫进行修整，修整过程中，向抛光垫喷撒纯水。本发明通过改变游轮片的自转方向，可以有效地改善抛光垫中心和边缘磨损量不同的现象，同时通过刷盘，有效清除抛光垫表面的杂质残留，减缓抛光垫釉化速度，从而可以降低硅片的片内及片间非均匀性，减少抛光垫修整次数，提升抛光过程的稳定性，并降低生产成本。

Description

一种12英寸硅片的双面抛光方法
技术领域
本发明涉及一种12英寸硅片的双面抛光方法，具体涉及一种提高抛光稳定性，降低片内及片间非均匀性，并延长抛光布使用寿命的抛光方法。
背景技术
目前，在半导体工业中，12英寸硅片已成为主流，直径为18英寸的硅片尚处于开发阶段。
双面抛光由于具有较低的经济成本，生产的产品具有更高的平整度，成为大直径硅片的主要抛光加工工艺。如图1所示为双面抛光机的截面图，双面抛光机主要包括下抛光垫1、上抛光垫2、太阳轮3、外齿圈4、游轮片5设在太阳轮3与外齿圈4之间，硅片6置于游轮片内，双面抛光机还设有抛光液管道7，用于向抛光垫输送湿润剂。在双面抛光过程中，硅片被放在游轮片内，并在太阳轮和外齿圈的带动下，相对于贴有抛光垫的上下抛光盘运动，从而达到抛光去除的目的。
作为抛光过程中关键部件之一的抛光垫对抛光质量有着重要影响，其组织特征、力学性能、表面状态等对实现超精密抛光具有重要意义。但在抛光过程中抛光垫使用一段时间后，表面变的光滑，甚至形成釉面，同时由于游轮片与抛光垫的相对运动造成抛光垫中心和边缘磨损量不同，最终导致抛光垫表面平整度变差，材料去除速率降低，硅片片内和片间非均匀性增大。如图2所示，当游轮片与抛光垫的相对运动如图2a所示时，抛光垫中心部位与游轮片相对速度较大，造成抛光垫中心较边缘磨损严重，从而形成如图2b所示的内凹的形状；相反，当游轮片与抛光垫的相对运动如图2c所示时，造成抛光垫边缘较中心磨损严重，从而形成如图2d所示的内凸的形状。
因此需要使用金刚石修整器对抛光垫进行修整，使抛光垫达到所需的平整度和粗糙度，恢复其使用性能。但抛光垫的修整无疑会降低抛光垫的使用寿命，增加更换抛光垫的次数，造成生产成本的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种12英寸硅片的双面抛光方法，以改善抛光垫的不均匀磨损现象，从而降低硅片的片内及片间非均匀性，并增加抛光垫的使用寿命，提升抛光过程的稳定性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种12英寸硅片的双面抛光方法，该方法包括以下步骤：
(1)将硅片置于抛光机的游轮片内，在太阳轮和外齿圈的带动下，相对于上、下抛光垫运动，交替改变游轮片的自转方向，对硅片表面进行抛光加工；
(2)每抛光1～3小时，使用刷盘对上、下抛光垫进行刷洗，刷洗过程中，通过抛光液管道向抛光垫喷撒纯水；
(3)每抛光12～24小时，使用金刚石修整器对上、下抛光垫进行修整，修整过程中，通过抛光液管道向抛光垫喷撒纯水。
优选地，在所述步骤(1)中，每抛光完一盘硅片后，改变太阳轮和外齿圈的转速，使游轮片向反方向自转。
所述步骤(2)中，纯水的流量不低于4L/min，刷洗时间为1～10min。
所述步骤(3)中纯水的流量不低于4L/min，修整时间为1～20min。
在抛光机停止工作期间，使用水循环保持抛光垫湿润。可以在抛光液桶加入纯水，纯水通过抛光液管道循环，保持抛光垫表面的湿润，纯水的流量不低于3L/min。
本发明的优点在于：
本发明通过改变游轮片的自转方向，可以有效地改善抛光垫中心和边缘磨损量不同的现象，同时通过刷盘，有效清除抛光垫表面的杂质残留，减缓抛光垫釉化速度，从而可以降低硅片的片内及片间非均匀性，减少抛光垫修整次数，提升抛光过程的稳定性，并降低生产成本。本发明具有硅片加工特别是大直径硅片加工的商业价值。
附图说明
图1为双面抛光机示意图。
图2(a)～(d)为游轮片与抛光垫相对运动示意图及抛光垫的磨损示意图。
图3为本发明的双面抛光方法的流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明做进一步说明。
如图3所示为本发明12英寸硅片的双面抛光方法的流程图，具体流程为：利用游轮片夹持硅片在抛光垫上进行抛光；每抛光完一盘硅片，改变游轮片的自转方向，使其向反方向自转，继续进行抛光，如此交替改变游轮片的自转方向；每抛光1～3小时，使用刷盘对抛光垫进行刷洗；每抛光12～24小时，使用修整器对抛光垫进行修整；抛光机停止运行期间，使用水循环保持抛光垫湿润。
实施例1
选择直拉法生长的12英寸P(100)硅片400片，分为A、B、C、D四组，每组各100片，经过单面磨削后，厚度约为800μm，均在SPEEDFAM20B双面抛光机上进行抛光，每盘抛光硅片5片，抛光垫为SUBA800，抛光去除量为25μm(抛光时间约50分钟)。
对于A组，抛光时采用常规方法，即游轮片与抛光垫的相对运动方向一直保持不变，连续进行抛光，盘间不刷盘，不修盘；对于B组，抛光时采用常规方法，每抛光完一盘硅片后，使用刷盘刷洗抛光垫，不修盘；对于C组，抛光时采用常规方法，每抛光完一盘硅片后，使用刷盘刷洗抛光垫，每抛光完四盘硅片后，使用修整器对抛光垫进行修整；对于D组，采用本发明的双面抛光方法，通过改变太阳轮和外齿圈的转速，交替改变游轮片的自转方向，每抛光完一盘硅片后，使游轮片向反方向自转，每抛光完一盘硅片后，使用刷盘刷洗抛光垫，不修盘，连续进行抛光。
将四组硅片抛光后清洗干燥，几何参数测试设备为ADE AFS3220。随着抛光的进行，A组中硅片抛光后的厚度逐渐增大(由774.472μm到778.782μm)，去除量逐渐减小，全局平整度(GBIR)也逐渐增大(由0.332μm到1.287μm)，可见抛光垫表面釉化严重，造成抛光去除能力下降；B组中硅片抛光后的厚度逐渐增大(由774.748μm到777.637μm)，去除量逐渐减小，全局平整度(GBIR)也逐渐增大(由0.374μm到0.948μm)，但对比A组结果，通过刷盘刷洗抛光垫，可减缓表面釉化现象；C组中硅片抛光后的厚度变化不大，基本维持在775μm左右，全局平整度(GBIR)也在0.3～0.5μm之间，可见通过定时的刷盘和修盘，可有效保持抛光垫表面性能，抛光稳定性较好；D组中硅片抛光后的厚度变化不大，基本维持在775μm左右，全局平整度(GBIR)也在0.3～0.5μm之间，可见通过改变游轮片自转方向，同样可以保持抛光垫表面性能良好，抛光稳定性较好。
这四组对比试验表明了通过定时刷盘和修盘可以有效保持抛光垫表面性能良好，保持抛光效果的稳定性，但较多的修盘无疑会降低抛光垫的使用寿命。通过使用本发明的双面抛光方法可有效减少修盘次数，提高抛光垫的使用寿命，同时保持抛光效果的稳定性。
实施例2
两张抛光布E和F，均使用实施例1中D组的方案正常进行双面抛光加工。抛光机停止运行期间，对抛光布E，不向表面喷水，使其自然干燥；对抛光布F，使用水循环，保持抛光布表面湿润状态。最终，抛光布E使用寿命为60小时，抛光布F使用寿命为80小时。可见，在抛光机停止运行期间，纯水通过抛光液管道进行循环，保持抛光布表面湿润，可延长抛光布使用寿命。

Claims (8)

1.一种12英寸硅片的双面抛光方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 
(1)将硅片置于抛光机的游轮片内，在太阳轮和外齿圈的带动下，相对于上、下抛光垫运动，交替改变游轮片的自转方向，对硅片表面进行抛光加工； 
(2)每抛光1～3小时，使用刷盘对上、下抛光垫进行刷洗，刷洗过程中，通过抛光液管道向抛光垫喷撒纯水； 
(3)每抛光12～24小时，使用金刚石修整器对上、下抛光垫进行修整，修整过程中，通过抛光液管道向抛光垫喷撒纯水。 
2.根据权利要求1所述的12英寸硅片的双面抛光方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，每抛光完一盘硅片后，改变太阳轮和外齿圈的转速，使游轮片向反方向自转。 
3.根据权利要求1所述的12英寸硅片的双面抛光方法，其特征在于，所述步骤(2)中纯水的流量不低于4L/min。 
4.根据权利要求3所述的12英寸硅片的双面抛光方法，其特征在于，所述步骤(2)中的刷洗时间为1～10min。 
5.根据权利要求1所述的12英寸硅片的双面抛光方法，其特征在于，所述步骤(3)中纯水的流量不低于4L/min 。
6.根据权利要求5所述的12英寸硅片的双面抛光方法，其特征在于，所述步骤(3)中的修整时间为1～20min。 
7.根据权利要求1～6中任一项所述的12英寸硅片的双面抛光方法，其特征在于，在抛光机停止工作期间，纯水通过抛光液管道循环，保持抛光垫表面湿润。 
8.根据权利要求7所述的12英寸硅片的双面抛光方法，其特征在于，所述纯水的流量不低于3L/min。 
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