CN108723972B - 基于伯努利原理的边缘研磨基座、边缘研磨系统及方法 - Google Patents

基于伯努利原理的边缘研磨基座、边缘研磨系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于伯努利原理的边缘研磨基座、边缘研磨系统及方法，所述基于伯努利原理的边缘研磨基座包括：吸盘主体，所述吸盘主体内设有空腔，所述吸盘主体上表面设有若干个与所述空腔相连通的出气口，所述吸盘主体底部设有与所述空腔相连通的供气管路。本发明的基于伯努利原理的边缘研磨基座在对待研磨晶圆进行边缘研磨时，可以实现伯努利效应以吸附固定待研磨晶圆，由于所述基于伯努利原理的边缘研磨基座与所述待研磨晶圆之间有一层气体作为缓冲，所述带研磨晶圆与所述基于伯努利原理的边缘研磨基座不直接接触，可以有效避免对所述待研磨晶圆背面造成损伤。

Description

基于伯努利原理的边缘研磨基座、边缘研磨系统及方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种基于伯努利原理的边缘研磨基座、边缘研磨系统及方法。
背景技术
由于晶圆的背面不是抛光面而是磨砂面，为了确保颗粒(particle)性能，晶圆需要进行双面抛光工艺。如果不对晶圆进行双面抛光工艺，在多晶硅背封等处理之后，由于颗粒容易在粗糙面吸附，而常规的晶圆清洗工艺不易去除这类吸附的颗粒缺陷，颗粒会在晶圆的背面滞留。这些残留的颗粒会对后续工艺造成影响，进而影响芯片的良率。因此，晶圆的背面需要形成无损伤的抛光面。
目前主流的晶圆制作工艺是先做边缘研磨(edge grinding，EG)，再通过双面研磨(double side grind，DDG)将晶圆减薄至一定厚度，最后通过双面抛光、最终正面抛光等工艺实现光滑表面。然而，由于边缘研磨后的晶圆边缘过于尖锐，在双面研磨时，由于晶圆处于竖直状态，夹具对晶圆边缘夹持较为困难，进而影响双面研磨质量，甚至造成双面研磨时发生碎片。
为了克服上述缺陷，现有的改进工艺为先进行双面研磨，再进行边缘研磨工艺。然而，对晶圆进行边缘研磨时常有真空吸盘(vacuum chuck)的方式对晶圆进行夹持，即通过真空吸盘将晶圆背面紧紧吸附在真空吸盘表面，再旋转晶圆使之与砂轮形成转动进而实现研磨。由于在DDG之后的晶圆表面粗糙，且在研磨过程中极易有碎屑产生，这些碎屑在晶圆与真空吸盘接触过程中，不可避免的晶圆背表面造成损伤(grind pit)，损伤深度甚至可达50μm以上，由于后续抛光工艺的损伤层去除量一般为15μm～20μm，无法完全将grind pit完全移除，最终导致最终的双面抛光晶圆有较多的grind pit。这些grind pit不仅是颗粒寄生的源头，更可能由于应力集中导致后续的高温制程时发生碎片。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于伯努利原理的边缘研磨基座、边缘研磨系统及方法，用于解决现有技术中的对晶圆双面研磨之后再进行边缘研磨时，由于晶圆与真空吸盘直接接触而导致的对晶圆背面造成损伤的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于伯努利原理的边缘研磨基座，所述基于伯努利原理的边缘研磨基座包括：
吸盘主体，所述吸盘主体内设有空腔，所述吸盘主体上表面设有若干个与所述空腔相连通的出气口，所述吸盘主体底部设有与所述空腔相连通的供气管路。
作为本发明的基于伯努利原理的边缘研磨基座的一种优选方案，所述出气口在所述吸盘主体表面均匀分布。
作为本发明的基于伯努利原理的边缘研磨基座的一种优选方案，所述基于伯努利原理的边缘研磨基座还包括旋转固定轴，所述旋转固定轴与所述吸盘主体的下表面相连接，所述供气管路位于所述旋转固定轴内。
作为本发明的基于伯努利原理的边缘研磨基座的一种优选方案，所述吸盘主体与所述旋转固定轴为一体成型结构。
本发明还提供一种边缘研磨系统，所述边缘研磨系统包括：
如上述任一方案中所述的基于伯努利原理的边缘研磨基座；
气体源，与所述供气管路相连通，适于向所述基于伯努利原理的边缘研磨基座内通入吸附气体，以吸附待研磨晶圆；
研磨装置，位于所述待研磨晶圆外围；
驱动装置，与所述研磨装置相连接，适于驱动所述研磨装置对所述待研磨晶圆的边缘进行研磨。
作为本发明的边缘研磨系统的一种优选方案，所述研磨装置为研磨轮。
作为本发明的边缘研磨系统的一种优选方案，所述边缘研磨系统还包括侦测装置，所述侦测装置位于所述待研磨晶圆的上方，适于在所述待研磨晶圆进行边缘研磨时实时侦测所述待研磨晶圆的倾斜角度。
作为本发明的边缘研磨系统的一种优选方案，所述侦测装置包括：红外测距传感器及旋转固定架；其中，
所述红外测距传感器固定于所述旋转固定架下方，适于在所述待研磨晶圆进行边缘研磨时实时侦测所述待研磨晶圆的倾斜角度；
所述旋转固定架适于在外力作用下带动所述红外测距传感器与所述基于伯努利原理的边缘研磨基座同步旋转。
作为本发明的边缘研磨系统的一种优选方案，所述红外测距传感器的数量为两个，两个所述红外测距传感器以所述待研磨晶圆的中心呈中心对称分布。
作为本发明的边缘研磨系统的一种优选方案，所述边缘研磨系统还包括控制装置，所述控制装置与所述侦测装置及所述驱动装置相连接，适于在所述侦测装置侦测到所述待研磨晶圆倾斜时控制所述驱动装置停止工作。
本发明还提供一种边缘研磨方法，所述边缘研磨方法包括如下步骤：
1)提供待研磨晶圆及如上述任一方案中所述的边缘研磨系统；
2)将所述待研磨晶圆传送至所述边缘研磨系统内，并使用所述研磨装置卡住所述待研磨晶圆；
3)使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方吸附固定；
4)使用所述研磨装置对所述待研磨晶圆的边缘进行研磨。
作为本发明的边缘研磨方法的一种优选方案，步骤3)中，使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方吸附固定包括如下步骤：
3-1)使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方；此时，所述吸附气体的气体流量为1slm～5slm；
3-2)将所述吸附气体的气体流量由1slm～5slm逐步增加至50slm～200slm。
作为本发明的边缘研磨方法的一种优选方案，步骤3-2)中，将所述吸附气体的气体流量由1slm～5slm逐步增加至50slm～200slm的时间为1min～50min。
作为本发明的边缘研磨方法的一种优选方案，步骤4)中还包括实时侦测所述待研磨晶圆的倾斜角度的步骤。
作为本发明的边缘研磨方法的一种优选方案，步骤4)中还包括当侦测到所述待研磨晶圆倾斜时停止对所述待研磨晶圆进行边缘研磨的步骤。
本发明还提供一种晶圆加工方法，所述晶圆加工方法包括采用如上述任一方案中所述的边缘研磨方法对所述待研磨晶圆进行边缘研磨的步骤。
如上所述，本发明的基于伯努利原理的边缘研磨基座、边缘研磨系统及方法，具有以下有益效果：本发明的基于伯努利原理的边缘研磨基座在对待研磨晶圆进行边缘研磨时，可以实现伯努利效应以吸附固定待研磨晶圆，由于所述基于伯努利原理的边缘研磨基座与所述待研磨晶圆之间有一层气体作为缓冲，所述带研磨晶圆与所述基于伯努利原理的边缘研磨基座不直接接触，可以有效避免对所述待研磨晶圆背面造成损伤。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的基于伯努利原理的边缘研磨基座的截面结构示意图。
图2及图3显示为本发明实施例二中提供的边缘研磨系统的截面结构示意图。
图4显示为本发明实施例三中提供的边缘研磨方法的流程图。
元件标号说明
1 基于伯努利原理的边缘研磨基座
11 吸盘主体
111 空腔
112 出气口
12 旋转固定轴
13 供气管路
2 待研磨晶圆
3 研磨装置
4 侦测装置
41 红外测距传感器
42 旋转固定架
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种基于伯努利原理的边缘研磨基座1，所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1用于待研磨晶圆的边缘研磨，具体的，用于在对所述待研磨晶圆进行边缘研磨时吸附固定所述待研磨晶圆；所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1包括：吸盘主体11，所述吸盘主体11内设有空腔111，所述吸盘主体11上表面设有若干个与所述空腔111相连通的出气口112，所述吸盘主体11底部设有与所述空腔111相连通的供气管路13。伯努利原理也称边界层表面效应，具体是指包含气体在内的一切流体，当流体速度变快时，物体与流体接触的边界上的压力会减小；因此，通过在所述供气管路13内通入高速流动的吸附气体，吸附气体经由所述空腔111后从所述出气口112排出，当待研磨晶圆置于所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1上方时，高速流动的气体流经所述待研磨晶圆的背面，可以利用伯努利原理将所述待研磨晶圆固定吸附在所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1的上方。由于所述待研磨晶圆与所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1之间具有一层气体作为缓冲，所述待研磨晶圆与所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1之间不直接接触，所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1表面的碎屑不会对所述待研磨晶圆的背面造成挤压，不会在所述待研磨晶圆的背面造成损伤。
作为示例，所述出气口112在所述吸盘主体11表面均匀分布。
作为示例，所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1还包括旋转固定轴12，所述旋转固定轴12与所述吸盘主体11的下表面相连接，所述供气管路13位于所述旋转固定轴12内。所述旋转固定轴12适于在外力的作用下带动所述吸盘主体11旋转；具体的，所述旋转固定轴12可以在马达等驱动装置的驱动下带动所述吸盘主体11旋转。
作为示例，所述吸盘主体11与所述旋转固定轴12为一体成型结构。
实施例二
请参阅图2，本发明还提供一种边缘研磨系统，所述边缘研磨系统包括：如实施例一中所述的基于伯努利原理的边缘研磨基座1，所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1的具体结构请参阅实施例一，此处不再累述；气体源(未示出)，所述气体源与所述供气管路13相连通，适于向所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1内通入吸附气体，以吸附待研磨晶圆2；研磨装置3，所述研磨装置3位于所述待研磨晶圆2外围；驱动装置(未示出)，所述驱动装置与所述研磨装置3相连接，适于驱动所述研磨装置3对所述待研磨晶圆2的边缘进行研磨。
作为示例，所述研磨装置3可以为但不仅限于研磨轮。
作为示例，所述气体源为清洁干燥空气(CDA)源，所述吸附气体为清洁干燥空气。当然，在其他示例中，所述吸附气体还可以为任意不对所述待研磨晶圆2造成不良影响的气体，譬如，惰性气体等等。
请参阅图3，在另一示例中，所述边缘研磨系统还包括侦测装置4，所述侦测装置4位于所述待研磨晶圆2的上方，适于在所述待研磨晶圆2进行边缘研磨时实时侦测所述待研磨晶圆2的倾斜角度。
作为示例，所述侦测装置3包括：红外测距传感器41及旋转固定架42；其中，所述红外测距传感器41固定于所述旋转固定架42下方，适于在所述待研磨晶圆2进行边缘研磨时实时侦测所述待研磨晶圆2的倾斜角度；所述旋转固定架42适于在外力作用下带动所述红外测距传感器41与所述基于伯努利原理的边缘研磨基座1同步旋转。
作为示例，所述红外测距传感器41的数量为两个，两个所述红外测距传感器41以所述待研磨晶圆2的中心呈中心对称分布。
作为示例，所述边缘研磨系统还包括控制装置(未示出)，所述控制装置与所述侦测装置4及所述驱动装置相连接，适于在所述侦测装置4侦测到所述待研磨晶圆2倾斜时控制所述驱动装置停止工作，即在所述侦测装置4侦测到所述待研磨晶圆2倾斜时停止对所述待研磨晶圆2的边缘研磨。通过设置所述红外测距传感器41在所述待研磨晶圆2进行边缘研磨时实时监测所述待研磨晶圆2的倾斜角度，一旦由于气压不稳等原因造成所述待研磨晶圆2倾斜，可以及时停止对所述待研磨晶圆2的边缘研磨，以确保研磨精度。
实施例三
请参阅图4，本发明还提供一种边缘研磨方法，所述边缘研磨方法包括如下步骤：
1)提供待研磨晶圆及如实施例二中所述的边缘研磨系统；
2)将所述待研磨晶圆传送至所述边缘研磨系统内，并使用所述研磨装置卡住所述待研磨晶圆；
3)使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方吸附固定；
4)使用所述研磨装置对所述待研磨晶圆的边缘进行研磨。
在步骤1)中，请参阅图4中的S1步骤，提供待研磨晶圆及如实施例二中所述的边缘研磨系统，所述边缘研磨系统的具体结构请参阅实施例二，此处不再累述。
在步骤2)中，请参阅图4中的S2步骤，将所述待研磨晶圆传送至所述边缘研磨系统内，并使用所述研磨装置卡住所述待研磨晶圆。
作为示例，为了防止所述待研磨晶圆传送至所述边缘研磨系统内后偏离中心点，本实施例中，使用机械手臂将所述待研磨晶圆传送至所述边缘研磨系统内，而后使用所述研磨装置卡住所述带研磨晶圆。
在步骤3)中，请参阅图4中的S3步骤，使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方吸附固定。
作为示例，使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方吸附固定包括如下步骤：
3-1)使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方；此时，为了防止初始气体流量过大而导致所述待研磨晶圆无法形成伯努利效应，所述吸附气体的气体流量为1slm～5slm；
3-2)将所述吸附气体的气体流量由1slm～5slm逐步增加至50slm～200slm。将所述吸附气体的气体流量逐渐增大至50slm～200slm，较大的气体流量可以保证所述待研磨晶圆克服摩擦力旋转。
作为示例，步骤3-2)中，将所述吸附气体的气体流量由1slm～5slm逐步增加至50slm～200slm的时间为1min～50min。在本实施例中，所述吸附气体的气体流量可以均匀的递增速度由1slm～5slm逐步增加至50slm～200slm，也可以以任意所需的递增速度由1slm～5slm逐步增加至50slm～200slm。当然，在其他示例中，还可以根据实际需要设定所述气体流量由1slm～5slm逐步增加至50slm～200slm的时间。
在步骤4)中，请参阅图4中的S4步骤，使用所述研磨装置对所述待研磨晶圆的边缘进行研磨。
作为示例，步骤4)中，还包括在使用所述研磨装置对所述待研磨晶圆的边缘进行研磨的同时，实时侦测所述待研磨晶圆的倾斜角度的步骤。具体的，本实施例中，参阅实施例二中所述的侦测装置实时侦测所述待研磨晶圆的倾斜角度。
作为示例，步骤4)中，还包括当侦测到所述待研磨晶圆倾斜时停止对所述待研磨晶圆进行边缘研磨的步骤。
实施例四
本实施例还提供一种晶圆的加工方法，所述晶圆加工方法包括采用如实施例三中所述的边缘研磨方法对所述待研磨晶圆进行边缘研磨的步骤。
综上所述，本发明提供一种基于伯努利原理的边缘研磨基座、边缘研磨系统及方法，所述基于伯努利原理的边缘研磨基座包括：吸盘主体，所述吸盘主体内设有空腔，所述吸盘主体上表面设有若干个与所述空腔相连通的出气口，所述吸盘主体底部设有与所述空腔相连通的供气管路。本发明的基于伯努利原理的边缘研磨基座在对待研磨晶圆进行边缘研磨时，可以实现伯努利效应以吸附固定待研磨晶圆，由于所述基于伯努利原理的边缘研磨基座与所述待研磨晶圆之间有一层气体作为缓冲，所述带研磨晶圆与所述基于伯努利原理的边缘研磨基座不直接接触，可以有效避免对所述待研磨晶圆背面造成损伤。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种边缘研磨方法，其特征在于，所述边缘研磨方法包括如下步骤：
1)提供待研磨晶圆及边缘研磨系统，所述边缘研磨系统包括：
基于伯努利原理的边缘研磨基座，所述基于伯努利原理的边缘研磨基座包括：吸盘主体，所述吸盘主体内设有空腔，所述吸盘主体上表面设有若干个与所述空腔相连通的出气口，所述吸盘主体底部设有与所述空腔相连通的供气管路；
气体源，与所述供气管路相连通，适于向所述基于伯努利原理的边缘研磨基座内通入吸附气体，以吸附待研磨晶圆；
研磨装置，位于所述待研磨晶圆外围；
驱动装置，与所述研磨装置相连接，适于驱动所述研磨装置对所述待研磨晶圆的边缘进行研磨；
2)将所述待研磨晶圆传送至所述边缘研磨系统内，并使用所述研磨装置卡住所述待研磨晶圆；
3)使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方吸附固定；
4)使用所述研磨装置对所述待研磨晶圆的边缘进行研磨。
2.根据权利要求1所述的边缘研磨方法，其特征在于：步骤3)中，使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方吸附固定包括如下步骤：
3-1)使用所述研磨装置将所述待研磨晶圆移动至所述基于伯努利原理的边缘研磨基座上方；此时，所述吸附气体的气体流量为1slm～5slm；
3-2)将所述吸附气体的气体流量由1slm～5slm逐步增加至50slm～200slm。
3.根据权利要求2所述的边缘研磨方法，其特征在于：步骤3-2)中，将所述吸附气体的气体流量由1slm～5slm逐步增加至50slm～200slm的时间为1min～50min。
4.根据权利要求1所述的边缘研磨方法，其特征在于：步骤4)中还包括实时侦测所述待研磨晶圆的倾斜角度的步骤。
5.根据权利要求4所述的边缘研磨方法，其特征在于：步骤4)中还包括当侦测到所述待研磨晶圆倾斜时停止对所述待研磨晶圆进行边缘研磨的步骤。
6.根据权利要求1所述的边缘研磨方法，其特征在于：所述研磨装置为研磨轮。
7.根据权利要求1或6所述的边缘研磨方法，其特征在于：所述边缘研磨系统还包括侦测装置，所述侦测装置位于所述待研磨晶圆的上方，适于在所述待研磨晶圆进行边缘研磨时实时侦测所述待研磨晶圆的倾斜角度。
8.根据权利要求7所述的边缘研磨方法，其特征在于：所述侦测装置包括：红外测距传感器及旋转固定架；其中，
所述红外测距传感器固定于所述旋转固定架下方，适于在所述待研磨晶圆进行边缘研磨时实时侦测所述待研磨晶圆的倾斜角度；
所述旋转固定架适于在外力作用下带动所述红外测距传感器与所述基于伯努利原理的边缘研磨基座同步旋转。
9.根据权利要求8所述的边缘研磨方法，其特征在于：所述红外测距传感器的数量为两个，两个所述红外测距传感器以所述待研磨晶圆的中心呈中心对称分布。
10.根据权利要求7所述的边缘研磨方法，其特征在于：所述边缘研磨系统还包括控制装置，所述控制装置与所述侦测装置及所述驱动装置相连接，适于在所述侦测装置侦测到所述待研磨晶圆倾斜时控制所述驱动装置停止工作。
11.根据权利要求1所述的边缘研磨方法，其特征在于：所述出气口在所述吸盘主体表面均匀分布。
12.根据权利要求1或11所述的边缘研磨方法，其特征在于：所述基于伯努利原理的边缘研磨基座还包括旋转固定轴，所述旋转固定轴与所述吸盘主体的下表面相连接，所述供气管路位于所述旋转固定轴内。
13.根据权利要求12所述的边缘研磨方法，其特征在于：所述吸盘主体与所述旋转固定轴为一体成型结构。
14.一种晶圆加工方法，其特征在于，所述晶圆加工方法包括采用如权利要求1至13中任一项所述的边缘研磨方法对所述待研磨晶圆进行边缘研磨的步骤。
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