CN110549250B - 一种晶圆制造工具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆制造工具及其使用方法，属于晶圆制造领域领域，一种晶圆制造工具及其使用方法，本发明通过利用水切割技术实现单晶硅棒的切割，水切割制得的硅片表面光滑，不易出现崩边、微裂纹和分层等缺陷，同时用来切割的水刀自身也不存在损耗问题，不易因自身切割刀具过热产生热爆裂，不易影响切滑质量，水刀自身也会对硅棒起到冷却的作用，使硅棒不易在高温的切割状态下发生微量形变，不易影响切割产生的硅片的产品精度，大幅减小硅片光刻前的精加工处理，而在水切割的过程中，通过控制终端实现切割定位自动化，无需技术人员手工操作，大幅增加切割精度，提高晶圆的生产效率，增加晶圆的品质。

Description

一种晶圆制造工具及其使用方法

技术领域

本发明涉及晶圆制造领域，更具体地说，涉及一种晶圆制造工具及其使用方法。

背景技术

晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆，在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。

晶圆在制备过程中，通常是先制备单晶硅棒，之后再对单晶硅棒进行切割，和精加工处理，最后进行光刻工作，其中硅片切割方法主要有金刚石砂轮切割、激光切割：激光切割是利用高能激光束聚焦产生的高温使照射局部范围内的硅材料瞬间气化，完成硅片分离，但高温会使切缝周围产生热应力，导致硅片边缘崩裂，且只适合薄晶圆的切割。超薄金刚石砂轮切割，由于划切产生的切削力小，且划切成本低，是应用最广泛的切割工艺。由于硅片的脆硬特性，切割过程容易产生崩边、微裂纹、分层等缺陷，直接影响硅片的机械性能。同时，由于硅片硬度高、韧性低、导热系数低，切割过程产生的摩擦热难于快速传导出去，易造成刀片中的金刚石颗粒碳化及热破裂，使刀具磨损严重，严重影响划切质量。

在晶圆的实际生产过程中，单晶硅棒的切割为晶圆制备过程的第一步的机械加工，单晶硅棒切割制品的优良与否直接影响了晶圆加工，而现有的单晶硅棒切割技术大多存在一定的问题，在单晶硅棒切割完成后，通常需要对切割获得单晶硅片进行滚磨，切片，倒角和抛光等步骤的精加工，加工手段法繁琐，严重制约晶圆的生产速率。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种晶圆制造工具及其使用方法，它利用水对单晶硅棒进行切割，在切割的过程中不易出现高温导致生崩边、微裂纹和分层等缺陷，同时硅片的切割厚度由技术人员自行决定，而非只能进行薄晶圆的切割，切割完成的硅片表面较为平整，大幅减少后续的精加工处理，大幅提升晶圆的生产速率。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种晶圆制造工具，包括基台，所述基台的上端开凿有纳水槽，所述基台的上侧设有机械臂主体，且机械臂主体呈“门”字型，所述基台的侧壁上开凿有一对第一电磁滑轨，两个所述机械臂主体下端靠近基台的一端均固定连接有与第一电磁滑轨相匹配的第一电磁滑块，所述基台与机械臂主体之间通过第一电磁滑轨与第一电磁滑块实现滑动连接，所述机械臂主体上端靠近基台的一侧开凿有第二电磁滑轨，所述第二电磁滑轨内滑动连接有第二电磁滑块，所述第二电磁滑块远离第二电磁滑轨槽底板的一端固定连接有连接柱，所述连接柱远离第二电磁滑块的一端固定连接有高压喷嘴主体，所述高压喷嘴主体的侧壁上固定连接有安装台，所述安装台的下端开凿有定位安装槽，所述定位安装槽的槽底板固定连接有光传感器，所述纳水槽内铺设有与光传感器相匹配的感应垫。

一种晶圆制造工具的使用方法：主要步骤为：

S1、材料酸洗，将晶圆的制备原料石英砂利用稀盐酸进行酸洗，酸洗完成后，利用蒸馏水对石英砂进行清洗，之后送入风干室进行风干，洗去石英砂表面的可溶性杂质，提高原料石英砂中硅含量；

S2、原料提纯，将经过酸洗的石英砂投入装有碳源的电弧炉内，在高温下发生还原反应得到冶金级硅，然后将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢反应，生成液态的硅烷，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅，；

S3、硅棒成型，利用直拉法生成单晶硅棒，在制备单晶硅棒的过程中；

S4、硅棒安装，将S3硅棒成型中制得的单晶硅棒放入水切割装置的硅棒固定装置内；

S5、切割定位，利用定位安装槽和铺设在纳水槽槽底的感应垫实现高压喷嘴主体的定位；

S6、硅棒切割，在切割之前，提前向处理终端输入待切割硅棒的半径及切割圆片的厚度，控制终端首先控制第一电磁滑块沿第一电磁滑轨运动切割圆片厚度的距离，之后控制终端再根据输入的硅棒半径沿第二电磁滑轨移动第二电磁滑块，之后启动水切割装置，对硅棒进行水切割，获得硅片，在一次切割完成后，关停定位安装槽的喷射水流，并在控制终端的控制下重新进行S5硅棒定位和S6硅棒切割的步骤，实现对硅棒的连续切割，减小因水切割产生的损耗而造成硅片切割的尺寸出现误差。

S7、后续处理，对切割完成的硅片进行倒角和抛光处理后，进行单面光刻，制得晶圆。

进一步的，所述定位安装槽的槽口处固定连接有与自身相匹配的防水透光玻璃，防水透光玻璃具有防水作用，使光传感器不易被飞溅的水雾损坏。

进一步的，所述第一电磁滑轨的槽口处固定连接有与第一电磁滑轨相匹配的硬质毛刷，硬质毛刷可以保护第一电磁滑轨，在不影响第一电磁滑块运动的前提下，使水切割飞溅的水雾不易进入第一电磁滑块内，不易对第一电磁滑块造成损伤，同样的，第二电磁滑轨的槽口处同样固定连接有与自身相匹配的硬质毛刷。

进一步的，所述S1、材料酸洗中，酸洗反应床内设置高能气泡发生装置，在酸洗液内生成大量的高能气泡，对原料石英砂表面进行清洗，洗去部分不溶于稀盐酸的微量杂质。

进一步的，所述S2、原料提纯中，电弧炉内的温度为2400摄氏度，且电弧炉内碳源为过量，并且在石英砂提纯的过程中，电弧炉内需持续通入氮气，确保反应炉内安全。

进一步的，所述S3.硅棒成型中，可以通过控制拉制棒的移动速度来控制单晶棒成型的直径。

进一步的，所述S5、切割定位中在定位之前，工作人员应提前将高压喷嘴主体喷射口和防水透光玻璃之间的距离输入控制终端内，以便定位补正。

进一步的，所述S6、硅棒切割中，所述高压喷嘴主体喷射口喷射的水流为直径0.1MM，水压为90MPa的极细水流。

进一步的，所述S6、硅棒切割中，所述高压喷嘴主体喷射出的喷射水流掺有少量石榴砂，所述石榴砂为400目，增加石榴砂可以增加水割机的切割效率，大幅增加切割效率。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明通过利用水切割技术实现单晶硅棒的切割，水切割制得的硅片表面光滑，不易出现崩边、微裂纹和分层等缺陷，同时用来切割的水刀自身也不存在损耗问题，不易因自身切割刀具过热产生热爆裂，不易影响切滑质量，水刀自身也会对硅棒起到冷却的作用，使硅棒不易在高温的切割状态下发生微量形变，不易影响切割产生的硅片的产品精度，大幅减小硅片光刻前的精加工处理，而在水切割的过程中，通过控制终端实现切割定位自动化，无需技术人员手工操作，大幅增加切割精度，提高晶圆的生产效率，增加晶圆的品质。

附图说明

图1为本发明的水切割装置的结构间图；

图2为本发明的水切割装置的仰视结构间图；

图3为图2中A处的结构示意图；

图4为图2中B处的结构示意图；

图5为本发明的高压喷嘴的结构示意图；

图6为本发明的高压喷嘴的局部正面剖视图；

图7为本发明的第一电磁滑轨的滑槽处的侧视图；

图8为本发明的装置的使用流程简图。

图中标号说明：

1基台、2纳水槽、3机械臂主体、4第一电磁滑轨、5第一电磁滑块、6硬质毛刷、7第二电磁滑轨、8第二电磁滑块、9连接柱、10高压喷嘴主体、11安装台、12定位安装槽、13防水透光玻璃、14光传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-6，一种晶圆制造工具，包括基台1，基台1的上端开凿有纳水槽2，基台1的上侧设有机械臂主体3，且机械臂主体3呈“门”字型，基台1的侧壁上开凿有一对第一电磁滑轨4，两个机械臂主体3下端靠近基台1的一端均固定连接有与第一电磁滑轨4相匹配的第一电磁滑块5，基台1与机械臂主体3之间通过第一电磁滑轨4与第一电磁滑块5实现滑动连接，机械臂主体3上端靠近基台1的一侧开凿有第二电磁滑轨7，第二电磁滑轨7内滑动连接有第二电磁滑块8，第二电磁滑块8远离第二电磁滑轨7槽底板的一端固定连接有连接柱9，连接柱9远离第二电磁滑块8的一端固定连接有高压喷嘴主体10，高压喷嘴主体10的侧壁上固定连接有安装台11，安装台11的下端开凿有定位安装槽12，定位安装槽12的槽底板固定连接有光传感器14，纳水槽2内铺设有与光传感器14相匹配的感应垫，定位安装槽12的槽口处固定连接有与自身相匹配的防水透光玻璃13，防水透光玻璃13具有防水作用，使光传感器14不易被飞溅的水雾损坏。

特别的，为了上述水切割装置能够正常使用，还需配备相应的硅棒固定装置、高压水泵、连接管、供水罐以及对应的水循环系统等装置，但是上述装置在现有的水切割装置中均具有较为完善装置和布局，故不在此一一赘述且第一电磁滑轨4和第一电磁滑块5、第二电磁滑轨7和第二电磁滑块8还有光传感器14均与控制终端信号连接，其中控制终端可以控制第一电磁滑块5和第二电磁滑块8的运动，而光传感器14的测量数据则可以直接传输到处理终端，供处理终端进行处理。

利用水对单晶硅棒进行切割，在切割的过程中不易出现高温导致生崩边、微裂纹和分层等缺陷，同时硅片的切割厚度由技术人员自行决定，而非只能进行薄晶圆的切割，切割完成的硅片表面较为平整，大幅减少后续的精加工处理，大幅提升晶圆的生产速率。

一种晶圆制造工具的使用方法：主要包括：

S1、材料酸洗，将晶圆的制备原料石英砂利用稀盐酸进行酸洗，酸洗完成后，利用蒸馏水对石英砂进行清洗，之后送入风干室进行风干，洗去石英砂表面的可溶性杂质，提高原料石英砂中硅含量，特别的，在石英砂进行新酸洗过程中，通过在反应床内设置高能气泡发生装置，在酸洗液内生成大量的高能气泡，对原料石英砂表面进行清洗，洗去部分不溶于稀盐酸的微量杂质；

S2、原料提纯，将经过酸洗的石英砂投入装有碳源的电弧炉内，在高温下发生还原反应得到冶金级硅，然后将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢反应，生成液态的硅烷，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅，电弧炉内的温度为2400摄氏度，且电弧炉内碳源为过量，并且在石英砂提纯的过程中，电弧炉内需持续通入氮气，确保反应炉内安全；

S3、硅棒成型，利用直拉法生成单晶硅棒，在制备单晶硅棒的过程中，特别的可以通过控制拉制棒的移动速度来控制单晶棒成型的直径；

S4、硅棒安装，将S3硅棒成型中制得的单晶硅棒放入水切割装置的硅棒固定装置内；

S5、切割定位，利用定位安装槽12和铺设在纳水槽2槽底的感应垫实现高压喷嘴主体10的定位，在需对硅棒进行定位时，先将第二电磁滑块8连同连接柱9和高压喷嘴主体10移至硅棒定位装置延长线所在的直线内，之后，再将通过第一电磁滑块5将机械臂主体3移动至靠近硅棒固定装置的一侧，此时光传感器14与铺设在纳水槽2槽底的感应垫之间被单晶硅棒隔开，处理终端收到的光传感器14的信号为断开，之后通过控制终端控制第一电磁滑块5和机械臂主体3朝远离硅棒固定装置的方向缓慢移动，直至光传感器14重新和纳水槽2直接相对，此时处理终端收到的光传感器14的信号为连通，处理终端控制第一电磁滑块5停下，完成单晶硅棒的轴向切割定位，特别地，高压喷嘴主体10的喷射口与防水透光玻璃13之间存在一定距离，在定位之前，工作人员应提前将高压喷嘴主体10喷射口和防水透光玻璃13之间的距离输入控制终端内，以便定位补正。

S6、硅棒切割，在切割之前，提前向处理终端输入待切割硅棒的半径及切割圆片的厚度，控制终端首先控制第一电磁滑块5沿第一电磁滑轨4运动切割圆片厚度的距离，之后控制终端再根据输入的硅棒半径沿第二电磁滑轨7移动第二电磁滑块8，之后启动水切割装置，对硅棒进行水切割，获得硅片，在一次切割完成后，关停定位安装槽12的喷射水流，并在控制终端的控制下重新进行S5硅棒定位和S6硅棒切割的步骤，实现对硅棒的连续切割，减小因水切割产生的损耗而造成硅片切割的尺寸出现误差，高压喷嘴主体10喷射口喷射的水流为直径0.1MM，水压为90MPa的极细水流，高压喷嘴主体10喷射出的掺有少量石榴砂，石榴砂为400目，增加石榴砂可以增加水割机的切割效率，大幅增加切割效率。

S7、后续处理，对切割完成的硅片进行倒角和抛光处理后，进行单面光刻，制得晶圆。

请参阅图7，第一电磁滑轨4的槽口处固定连接有与第一电磁滑轨4相匹配的硬质毛刷6，硬质毛刷6可以保护第一电磁滑轨4，在不影响第一电磁滑块5运动的前提下，使水切割飞溅的水雾不易进入第一电磁滑块5内，不易对第一电磁滑块5造成损伤，同样的，第二电磁滑轨7的槽口处同样固定连接有与自身相匹配的硬质毛刷6。

本发明通过利用水切割技术实现单晶硅棒的切割，水切割制得的硅片表面光滑，不易出现崩边、微裂纹和分层等缺陷，同时用来切割的水刀自身也不存在损耗问题，不易因自身切割刀具过热产生热爆裂，不易影响切滑质量，水刀自身也会对硅棒起到冷却的作用，使硅棒不易在高温的切割状态下发生微量形变，不易影响切割产生的硅片的产品精度，大幅减小硅片光刻前的精加工处理，而在水切割的过程中，通过控制终端实现切割定位自动化，无需技术人员手工操作，大幅增加切割精度，提高晶圆的生产效率，增加晶圆的品质。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种晶圆制造工具，包括基台(1)，所述基台(1)的上端开凿有纳水槽(2)，所述基台(1)的上侧设有机械臂主体(3)，且机械臂主体(3)呈“门”字型，所述基台(1)的侧壁上开凿有一对第一电磁滑轨(4)，两个所述机械臂主体(3)下端靠近基台(1)的一端均固定连接有与第一电磁滑轨(4)相匹配的第一电磁滑块(5)，所述基台(1)与机械臂主体(3)之间通过第一电磁滑轨(4)与第一电磁滑块(5)实现滑动连接，所述机械臂主体(3)上端靠近基台(1)的一侧开凿有第二电磁滑轨(7)，所述第二电磁滑轨(7)内滑动连接有第二电磁滑块(8)，所述第二电磁滑块(8)远离第二电磁滑轨(7)槽底板的一端固定连接有连接柱(9)，所述连接柱(9)远离第二电磁滑块(8)的一端固定连接有高压喷嘴主体(10)，所述高压喷嘴主体(10)的侧壁上固定连接有安装台(11)，所述安装台(11)的下端开凿有定位安装槽(12)，所述定位安装槽(12)的槽底板固定连接有光传感器(14)，所述纳水槽(2)内铺设有与光传感器(14)相匹配的感应垫，其特征在于：

使用方法包括：

S1、材料酸洗，将晶圆的制备原料石英砂利用稀盐酸进行酸洗，酸洗完成后，利用蒸馏水对石英砂进行清洗，之后送入风干室进行风干，洗去石英砂表面的可溶性杂质，提高原料石英砂中硅含量；

S2、原料提纯，将经过酸洗的石英砂投入装有碳源的电弧炉内，在高温下发生还原反应得到冶金级硅，然后将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢反应，生成液态的硅烷，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅；

S3、硅棒成型，利用直拉法生成单晶硅棒，在制备单晶硅棒的过程中；

S4、硅棒安装，将S3硅棒成型中制得的单晶硅棒放入水切割装置的硅棒固定装置内；

S5、切割定位，利用定位安装槽(12)和铺设在纳水槽(2)槽底的感应垫实现高压喷嘴主体(10)的定位；

S6、硅棒切割，在切割之前，提前向处理终端输入待切割硅棒的半径及切割圆片的厚度，控制终端首先控制第一电磁滑块(5)沿第一电磁滑轨(4)运动切割圆片厚度的距离，之后控制终端再根据输入的硅棒半径沿第二电磁滑轨(7)移动第二电磁滑块(8)，之后启动水切割装置，对硅棒进行水切割，获得硅片，在一次切割完成后，关停定位安装槽(12)的喷射水流，并在控制终端的控制下重新进行S5硅棒定位和S6硅棒切割的步骤，实现对硅棒的连续切割，减小因水切割产生的损耗而造成硅片切割的尺寸出现误差；

S7、后续处理，对切割完成的硅片进行倒角和抛光处理后，进行单面光刻，制得晶圆。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆制造工具，其特征在于：所述定位安装槽(12)的槽口处固定连接有与自身相匹配的防水透光玻璃(13)。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆制造工具，其特征在于：所述第一电磁滑轨(4)的槽口处固定连接有与第一电磁滑轨(4)相匹配的硬质毛刷(6)，同样的，第二电磁滑轨(7)的槽口处同样固定连接有与自身相匹配的硬质毛刷(6)。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆制造工具，其特征在于：所述S1、材料酸洗中，酸洗反应床内设置高能气泡发生装置。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆制造工具，其特征在于：所述S2、原料提纯中，电弧炉内的温度为2400摄氏度，且电弧炉内碳源为过量，并且在石英砂提纯的过程中，电弧炉内需持续通入氮气。

6.根据权利要求1所述的一种晶圆制造工具，其特征在于：所述S3.硅棒成型中，可以通过控制拉制棒的移动速度来控制单晶棒成型的直径。

7.根据权利要求1所述的一种晶圆制造工具，其特征在于：所述S5、切割定位中在定位之前，工作人员应提前将高压喷嘴主体(10)喷射口和防水透光玻璃(13)之间的距离输入控制终端内。

8.根据权利要求1所述的一种晶圆制造工具，其特征在于：所述S6、硅棒切割中，所述高压喷嘴主体(10)喷射口喷射的水流为直径0.1MM，水压为90MPa的极细水流。

9.根据权利要求1所述的一种晶圆制造工具，其特征在于：所述S6、硅棒切割中，所述高压喷嘴主体(10)喷射出的喷射水流掺有少量石榴砂，所述石榴砂为400目，增加石榴砂可以增加水割机的切割效率，大幅增加切割效率。

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