CN109693039A - 一种硅片表面激光抛光的方法 - Google Patents

一种硅片表面激光抛光的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109693039A
CN109693039A CN201811605960.5A CN201811605960A CN109693039A CN 109693039 A CN109693039 A CN 109693039A CN 201811605960 A CN201811605960 A CN 201811605960A CN 109693039 A CN109693039 A CN 109693039A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
silicon chip
polishing
chip surface
scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811605960.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109693039B (zh
Inventor
管迎春
张震
王海鹏
方志浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Beihang University
Original Assignee
Tsinghua University
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Beihang University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201811605960.5A priority Critical patent/CN109693039B/zh
Publication of CN109693039A publication Critical patent/CN109693039A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109693039B publication Critical patent/CN109693039B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/60—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02013—Grinding, lapping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

本发明涉及一种硅片表面激光抛光的方法，属于半导体材料表面抛光技术领域。该方法首先将硅片进行超声清洗并使用冷风吹干。然后利用激光表面抛光技术，使用设定好的激光扫描工艺路径和激光加工参数对硅片表面进行扫描加工。加工完成后经超声清洗并使用冷风吹干，即得到高精密激光抛光表面。本发明制备方法工艺简单，效率高，灵活可控，具有很好的可重复性，易于实现工业化应用。

Description

一种硅片表面激光抛光的方法
技术领域
本发明涉及一种硅片表面激光抛光的方法，属于半导体材料表面抛光技术领域。
背景技术
集成电路(IC)是电子信息产业的核心，以半导体集成电路为基础的电子信息产品已成为世界第一大支柱产业。常用的半导体材料质地硬且脆，在加工过程中极易产生脆裂和裂纹。化学机械抛光(CMP)是目前被认可并且广泛用于集成电路芯片的超精密加工以获取平整光洁表面的方法，该方法将机械摩擦和化学腐蚀相结合，兼具二者优点，可以获得较高质量的抛光表面。然而，化学机械抛光过程中使用大量的抛光液，在抛光过程中抛光液中的磨粒在较大压力作用下会对抛光表面产生划伤，甚至在亚表层造成损伤或晶格缺陷等，使得抛光表面质量无法得到有效控制。
为满足集成电路的快速发展对典型半导体硬脆晶体材料高精度超光滑表面的新要求，探索和开发新的超精密抛光工艺技术成为半导体行业的一项紧要任务。近年来，为减少化学机械抛光工艺对抛光表面产生的划伤、微裂纹等缺陷，研究人员不断改进化学机械抛光工艺过程和提出新的抛光技术。专利CN104690607A公开的一种硅片表面机械抛光方法中，依次使用超声波研磨机、砂纸、抛光布轮、油溶性金刚石研磨膏等抛光工艺对硅片表面进行抛光处理，在满足硅片表面抛光质量的同时，降低了抛光成本，并提高了抛光效率。专利CN101934497A中提供了一种硅片单面化学机械抛光的方法和装置，该装置包括精抛光台和漂洗抛光台。使用该装置对硅片表面进行抛光可有效降低或消除硅片经精抛光后抛光液在硅片表面上产生的缺陷和残留，显著提高硅片的抛光质量和效率。刻蚀抛光是另一种常见技术方法，包括酸性和碱性刻蚀抛光。酸抛过程中产生的酸雾难以处理，易导致环境污染且稳定性差。而碱性刻蚀抛光具有均匀性好等特点。专利CN108649098A中公开的一种硅片单面刻蚀抛光的方法，使用碱液和槽式设备对硅片进行表面刻蚀抛光处理，有效避免了环境污染等问题，并获得了低成本、高品质的抛光表面。上述抛光工艺技术成熟，但工艺复杂、过程繁琐。
综上所述，开发一种工艺简单，效率高，重复性好，环保且适用于工业化应用的典型半导体材料表面抛光的工艺方法，是目前科研工作者亟待解决的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种硅片表面激光抛光的方法，以解决上述背景技术中存在的缺点。本发明提供的方法不受材料尺寸限制，抛光过程中无机械作用，不会对抛光表面造成任何机械损伤，同时获得表面高品质的抛光效果。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种硅片表面激光抛光的方法所述方法包括如下步骤：
步骤一，将待处理的硅片放入去离子水中进行超声清洗，将清洗后的硅片表面使用冷风吹干，得到表面洁净的硅片样品；
步骤二，将步骤一中得到的洁净的硅片样品固定在激光加工平台上，设定激光扫描工艺路径和激光器加工参数，采用激光加工系统对硅片表面进行扫描加工；
步骤三，将步骤二中得到的激光处理后的硅片样品放入去离子水中进行超声清洗，并使用冷风吹干，得到高精密激光抛光表面。
步骤二所述的激光器加工参数包括：激光波长为100～1500nm，脉冲宽度为10fs～500ns，功率为0.1-1000W，重复频率为1kHz～1MHz；
步骤二所述的激光扫描为采用振镜系统进行光束扫描，扫描速度为0.1～5000mm/s，扫描次数为1～100次；
步骤三所述的高精密激光抛光表面粗糙度达到Ra 0.1μm以下。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用的激光抛光方法，与化学机械抛光和刻蚀抛光方法相比，本发明方法工艺简单、加工效率高、绿色环保、无机械作用、加工表面无机械损伤；
(2)本发明方法加工工艺不唯一，可在不同激光加工工艺条件下实现材料表面不同抛光质量；
(3)本发明方法安全可靠，具有高灵活性、高可控性以及很好的可重复性，可用于大面积和重复性加工，易于实现工业化应用。
附图说明：
图1为激光抛光硅片前后对比图片。
图2为本发明实施例利用激光抛光制备得到的硅抛光表面显微图片。
图3(a)、(b)为本发明实施例利用激光抛光制备得到的硅表面抛光前和抛光后的表面粗糙度。
具体实施方式：
为更好地理解本发明内容，以下结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细介绍，所举实例只用于解释本发明，并不用于限定本发明的范围。
一种硅片表面激光抛光的方法，包括如下步骤：
步骤一，将待处理的硅片放入去离子水中进行超声清，将清洗后的硅片表面使用冷风吹干，得到表面洁净的硅片样品；
步骤二，将步骤一中得到的洁净的硅片样品固定在激光加工平台上，设定激光扫描工艺路径和激光器加工参数，采用激光加工系统对硅片表面进行扫描加工；
步骤三，将步骤二中得到的激光处理后的硅片样品放入去离子水中进行超声清洗，并使用冷风吹干，得到高精密激光抛光表面。
利用光学显微镜对激光抛光后的硅片表面进行微观结构表征，在抛光后的表面未产生明显缺陷。
本实施例中，所述的硅片选用单晶硅。
本实施例中，所述的激光扫描路径为平行的直线扫描路径，扫描间距选用40μm，激光扫描后得到的显微图片如图2所示。
本实施例中，所述的激光器加工参数具体为：激光波长为1064nm，激光脉冲宽度为30ns，激光功率为40W，激光重复频率为550kHz，光束扫描速度为500mm/s，扫描次数为2次。
相比于硅表面抛光前的表面粗糙度Ra 0.18μm(图3(a))，本实施例所得到的激光抛光表面粗糙度达到Ra 0.10μm以下(图3(b))，表面光洁度提高44.4％以上。
本发明的上述实施例仅仅是为了说明本发明所做的举例，并不用于限定本发明的实施方式。凡是在本发明精神和原则内，对本发明方法、步骤或条件所作的任何修改、改进等，均属于本发明的范围。

Claims (3)

1.一种硅片表面激光抛光的方法，其特征在于：
步骤一，将待处理的硅片放入去离子水中进行超声清洗，将清洗后的硅片表面使用冷风吹干，得到表面洁净的硅片样品；
步骤二，将步骤一中得到的洁净的硅片样品固定在激光加工平台上，设定激光扫描工艺路径和激光器加工参数，采用激光加工系统对硅片表面进行扫描加工；
步骤三，将步骤二中得到的激光处理后的硅片样品放入去离子水中进行超声清洗，并使用冷风吹干，得到高精密激光抛光表面。
2.根据权利要求1所述的一种硅片表面激光抛光的方法，其特征在于，步骤二所述的激光器加工参数包括：激光波长为100～1500nm，脉冲宽度为10fs～500ns，功率为0.1-1000W，重复频率为1kHz～1MHz。
3.根据权利要求1所述的一种硅片表面激光抛光的方法，其特征在于，步骤二所述的激光扫描为采用振镜系统进行光束扫描，扫描速度为0.1～5000mm/s，扫描次数为1～100次。
CN201811605960.5A 2018-12-27 2018-12-27 一种硅片表面激光抛光的方法 Active CN109693039B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811605960.5A CN109693039B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 一种硅片表面激光抛光的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811605960.5A CN109693039B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 一种硅片表面激光抛光的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109693039A true CN109693039A (zh) 2019-04-30
CN109693039B CN109693039B (zh) 2021-07-16

Family

ID=66232043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811605960.5A Active CN109693039B (zh) 2018-12-27 2018-12-27 一种硅片表面激光抛光的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109693039B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109967863A (zh) * 2019-05-05 2019-07-05 北京航空航天大学 一种基于现有激光加工设备的磁场辅助激光抛光方法
CN110614440A (zh) * 2019-08-29 2019-12-27 南京理工大学 一种光学元件co2激光重熔与气化复合抛光方法
CN111300167A (zh) * 2020-03-09 2020-06-19 大连理工大学 一种薄壁复杂结构单晶金刚石惯导器件的超精密加工方法
CN111390392A (zh) * 2020-04-03 2020-07-10 北京航空航天大学 一种用于半导体材料抛光的激光加工技术
CN111716005A (zh) * 2020-06-19 2020-09-29 西安交通大学 一种超声辅助激光抛光陶瓷基复合材料的方法
CN112091431A (zh) * 2020-09-01 2020-12-18 北京航空航天大学 面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法
CN112589263A (zh) * 2020-12-11 2021-04-02 浙江工业大学 一种金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1654158A (zh) * 2005-03-18 2005-08-17 北京工业大学 一种球面高质量大面积金刚石厚膜的抛光方法及装置
CN101664894A (zh) * 2009-02-03 2010-03-10 广东工业大学 蓝宝石的抛光装置及其抛光方法
CN104911599A (zh) * 2015-05-28 2015-09-16 湖北工业大学 一种利用超快激光制备铝合金超疏水自清洁表面的方法
CN106695124A (zh) * 2015-11-13 2017-05-24 财团法人工业技术研究院 抛光装置及其抛光方法
CN107225328A (zh) * 2017-04-14 2017-10-03 北京航空航天大学 一种针对金属表面的单步脉冲激光抛光方法
JP2017205817A (ja) * 2016-05-17 2017-11-24 株式会社ディスコ 研削装置
CN107452607A (zh) * 2017-08-02 2017-12-08 武汉大学 一种晶圆激光研磨系统及方法
CN109079313A (zh) * 2018-09-07 2018-12-25 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 激光抛光设备及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1654158A (zh) * 2005-03-18 2005-08-17 北京工业大学 一种球面高质量大面积金刚石厚膜的抛光方法及装置
CN101664894A (zh) * 2009-02-03 2010-03-10 广东工业大学 蓝宝石的抛光装置及其抛光方法
CN104911599A (zh) * 2015-05-28 2015-09-16 湖北工业大学 一种利用超快激光制备铝合金超疏水自清洁表面的方法
CN106695124A (zh) * 2015-11-13 2017-05-24 财团法人工业技术研究院 抛光装置及其抛光方法
JP2017205817A (ja) * 2016-05-17 2017-11-24 株式会社ディスコ 研削装置
CN107225328A (zh) * 2017-04-14 2017-10-03 北京航空航天大学 一种针对金属表面的单步脉冲激光抛光方法
CN107452607A (zh) * 2017-08-02 2017-12-08 武汉大学 一种晶圆激光研磨系统及方法
CN109079313A (zh) * 2018-09-07 2018-12-25 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 激光抛光设备及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
余青等: "单晶蓝宝石衬底晶片的化学机械抛光工艺研究", 《表面技术》 *
朱鹏飞: "超快激光抛光技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109967863A (zh) * 2019-05-05 2019-07-05 北京航空航天大学 一种基于现有激光加工设备的磁场辅助激光抛光方法
CN110614440A (zh) * 2019-08-29 2019-12-27 南京理工大学 一种光学元件co2激光重熔与气化复合抛光方法
CN111300167A (zh) * 2020-03-09 2020-06-19 大连理工大学 一种薄壁复杂结构单晶金刚石惯导器件的超精密加工方法
CN111390392A (zh) * 2020-04-03 2020-07-10 北京航空航天大学 一种用于半导体材料抛光的激光加工技术
CN111716005A (zh) * 2020-06-19 2020-09-29 西安交通大学 一种超声辅助激光抛光陶瓷基复合材料的方法
CN112091431A (zh) * 2020-09-01 2020-12-18 北京航空航天大学 面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法
CN112091431B (zh) * 2020-09-01 2022-03-08 北京航空航天大学 面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法
CN112589263A (zh) * 2020-12-11 2021-04-02 浙江工业大学 一种金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109693039B (zh) 2021-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109693039A (zh) 一种硅片表面激光抛光的方法
US5704987A (en) Process for removing residue from a semiconductor wafer after chemical-mechanical polishing
TW466642B (en) Process for fabricating semiconductor wafers with external gettering
CN205701720U (zh) 一种船舶漆的激光清洗装置
KR100701342B1 (ko) 접합 웨이퍼의 제조방법 및 접합 웨이퍼
CN102179390B (zh) 一种超光滑表面清洗方法
CN109954965A (zh) 通过纳秒激光进行金属表面处理的方法
CN107127457B (zh) 一种皮秒激光减薄切割多晶硅片的一体化加工方法
CN110314896A (zh) 一种半导体衬底材料抛光方法
CN102825028A (zh) 一种ycob晶体抛光表面的清洗方法
CN111390392A (zh) 一种用于半导体材料抛光的激光加工技术
US6458712B2 (en) Method for regenerating semiconductor wafers
CN107721196A (zh) 熔石英元件表面化学结构缺陷的去除方法
KR20060057012A (ko) 실리콘웨이퍼의 재생방법 및 재생 웨이퍼
CN113690128A (zh) 一种磷化铟晶片的清洗方法
CN112216602A (zh) 一种用于锑化铟单晶片的抛光方法
CN110549016B (zh) 碳化硅的飞秒激光切割方法
CN112266179A (zh) 熔石英玻璃高损伤阈值超光滑表面的加工方法
CN105271791B (zh) 一种光学加工缺陷钝化工艺
JP3231888U (ja) 半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造
CN111347164B (zh) 一种氧化锆陶瓷表面激光标记方法及激光设备
CN113119285A (zh) 陶瓷工件激光打磨砂的方法
KR20180004660A (ko) 웨이퍼의 가공 방법
RU2646066C2 (ru) Способ очистки рабочих поверхностей призм при изготовлении оптико-механического модулятора добротности лазера на эффекте нарушения полного внутреннего отражения
US20020090799A1 (en) Substrate grinding systems and methods to reduce dot depth variation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant