游星轮与抛光方法
技术领域
本申请涉及半导体领域,具体而言,涉及一种游星轮与抛光方法。
背景技术
随着半导体工业飞速发展,电子器件的尺寸越来越小,对晶片表面的粗糙度、TTV(总厚度偏差)、平整度等表面精度指标的要求越来越高。
热流法、旋转玻璃法、回蚀法、电子环绕共振法、选择淀积、低压CVD、等离子增强CVD以及淀积-腐蚀-淀积法等传统的平坦化技术,仅仅能够实现局部平坦化,但是当最小特征尺寸达到0.25μm以下时,必须进行整体平坦化。90年代兴起的化学机械抛光技术(CMP)则从加工性能和速度上能同时满足硅片图形加工的要求,是目前唯一可以实现整体平坦化的技术。
如图1,将待抛光物03利用硅片夹持装置04固定在抛光头06的下面,将抛光垫02粘贴在抛光盘01上,抛光时,旋转的抛光头以一定的压力压在旋转的抛光垫02上,由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液05在待抛光物03和抛光垫02之间流动,然后抛光液05在抛光垫02的传输和离心力的作用下,均匀分布其上,在待抛光物03和抛光垫02之间形成一层抛光液液体薄膜。
抛光液05中的化学成分与待抛光物03的表面材料产生化学反应,将不溶的物质转化为易溶物质,或者将硬度高的物质进行软化,然后通过磨粒的微机械摩擦作用将这些化学反应物从待抛光物03表面去除,溶入流动的液体中带走,即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现平坦化的目的。其反应包含两个过程,分别为化学过程和物理过程。化学过程是抛光液中的化学物质与待抛光物03的表面发生化学反应,生成比较容易去除的物质;物理过程是抛光液05中的磨粒与待抛光物03的表面材料发生机械物理摩擦,去除化学反应生成的物质。
对于某些器件,采用多个抛光头的单面抛光机进行单面抛光得到的表面粗糙度和TTV等指标已经无法满足要求。双面抛光机的抛光加工作为晶片超光滑表面加工最有效的技术手段之一,受到了超精密加工研究领域和光电子企业的广泛关注与重视,超精密双面抛光加工过程的平稳一致性决定了被抛光的晶片具有非常高的表面质量。
但双面抛光机一直是用于晶片的双面抛光加工,对于只需要进行单面抛光的晶片来说,目前国内外尚无行之有效的抛光加工方法来提高晶片的表面粗糙度和TTV等指标。
在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解,因此,背景技术中可能包含某些信息,这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种游星轮与抛光方法,以解决现有技术中的只需要单面抛光的晶片的表面粗糙度和TTV难以达到要求的问题。
为了实现上述目的,根据本申请的一个方面,提供了一种游星轮,该游星轮不具有通孔且不具有凹槽,上述游星轮侧面具有多个周向排列的齿轮。
进一步地,上述游星轮包括齿轮环和设置在上述齿轮环内的内置盘,上述内置盘可随着上述齿轮环同步转动,优选上述内置盘的厚度大于上述齿轮环的厚度,优选地,上述内置盘为圆形盘或多边形盘。
进一步地,上述游星轮还包括定位键,上述齿轮环的内侧面和/或上述内置盘的外侧面具有定位槽,上述定位键位于上述定位槽内且使得上述内置盘可随着上述齿轮环同步运动。
进一步地,上述内置盘的外侧面具有第一定位槽,上述齿轮环的内侧面具有第二定位槽,上述第一定位槽和上述第二定位槽对应设置,上述定位键位于上述第一定位槽和上述第二定位槽形成的孔内。
进一步地,上述齿轮环的内侧面具有第二定位槽,上述定位键设置在上述第二定位槽内。
根据本申请的另一方面,提供了一种抛光方法,该抛光方法包括:步骤S1,将晶片设置在任一种上述的游星轮的表面上;步骤S2,将设置有上述晶片的上述游星轮设置在双面抛光机的第一抛光盘表面上的抛光垫上,且使得上述晶片与上述抛光垫的表面接触设置;步骤S3,开启上述双面抛光机,对上述晶片进行抛光,且上述游星轮的自转方向和上述第一抛光盘旋转方向相同。
进一步地,上述步骤S1包括:将抛光模板粘结在上述游星轮的表面上,形成第一结构;将上述晶片吸附在上述抛光模板的远离上述游星轮的一侧,形成第二结构。
进一步地,形成上述第一结构后,上述步骤S1还包括:观察上述游星轮和上述抛光模板之间是否有气泡,当有上述气泡时,将上述抛光模板取下,重新粘结在上述游星轮上,直到上述游星轮和上述抛光模板之间没有气泡;向上述第一结构表面喷去离子水,使得上述第一结构的表面湿润。
进一步地,上述抛光模板的远离上述游星轮的表面为第一表面,上述第一表面对应的平面为第一平面,上述晶片在上述第一平面上的投影位于上述第一表面内;上述游星轮的靠近上述抛光模板的表面为第二表面,上述第二表面对应的平面为第二平面,上述抛光模板在上述第二平面上的投影位于上述第二表面内。
进一步地,上述步骤S3中,上述双面抛光机的第一抛光盘的转速在20~50rpm之间,上述双面抛光机的第二抛光盘的转速在3~25rpm之间。
应用本申请的技术方案,上述的游星轮不具有放置晶片或者固定基板的凹槽或者通孔,将其应用在双面抛光机中,对只需要单面抛光的晶片进行抛光时,晶片的需要抛光的表面裸露,不需要抛光的表面设置在游星轮的表面上,被游星轮保护,这样既能使得需要抛光的表面可以利用双面抛光机的一个抛光盘进行抛光,进一步保证了该表面抛光后的粗糙度以及TTV均能满足要求,同时也能保证不需要抛光的表面没有被损坏。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1示出现有技术中的一种单面抛光机的结构示意图;
图2至图7示出本申请的六种游星轮的结构示意图;以及
图8和图9示出了本申请的实施例1的测试结果图;
图10和图11示出了本申请的实施例2的测试结果图;
图12和图13示出了本申请的实施例3的测试结果图;
图14和图15示出了本申请的实施例4的测试结果图;
图16和图17示出了本申请的对比例的测试结果图;以及
图18示出了将晶片以及抛光模板设置在游星轮上形成的结构的示意图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
01、抛光盘;02、抛光垫;03、待抛光物;04、硅片夹持装置;05、抛光液;06、抛光头;
10、游星轮;11、齿轮环;12、内置盘;111、齿轮;112、第二定位槽;121、第一定位槽;13、定位键;20、抛光模板;30、晶片。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是,当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时,该元件可直接在该另一元件上,或者也可存在中间元件。而且,在说明书以及权利要求书中,当描述有元件“连接”至另一元件时,该元件可“直接连接”至该另一元件,或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的,现有技术中,对于只需要进行单面抛光的晶片来说,目前国内外尚无行之有效的抛光加工方法来提高晶片的表面粗糙度和TTV等指标,为了解决如上的技术问题,本申请提出了一种游星轮与抛光方法。
本申请的一种典型的实施方式中,提供了一种游星轮,如图2至图7所示,该游星轮10不具有通孔且不具有凹槽,上述游星轮10的侧面具有多个周向排列的齿轮111。
上述的游星轮不具有放置晶片或者固定基板的凹槽或者通孔,将其应用在双面抛光机中,对只需要单面抛光的晶片进行抛光时,晶片的需要抛光的表面裸露,不需要抛光的表面设置在游星轮的表面上,被游星轮保护,这样既能使得需要抛光的表面可以利用双面抛光机的一个抛光盘进行抛光,进一步保证了该表面抛光后的粗糙度以及TTV均能满足要求,同时也能保证不需要抛光的表面没有被损坏。
该游星轮要具有较低的TTV(总厚度偏差)、较好的表面平整度和平行度及一定的表面光洁度。
为了进一步保证该游星轮能够很好地保证晶片的需要抛光的表面在一个抛光盘上顺利地进行抛光,且同时保证晶片的另一个不需要抛光的表面不被损坏,本申请的一种实施例中,上述游星轮10的厚度在1~25mm之间,优选上述内置盘12的厚度大于上述齿轮环11的厚度。
本申请中的游星轮可以是一体结构的,例如图2所示的游星轮,也可以是包括多个部分的游星轮,如图3至图6所示,游星轮包括齿轮环11和设置在上述齿轮环11内且与上述齿轮环11适配的内置盘12,这样的游星轮的内置盘和齿轮环可以选择不同的材料,这样在保证游星轮的机械性能较好的前提下,同时避免游星轮的材料在抛光的过程中进入到晶片中,影响晶片的性能。
需要说明的是,本申请的晶片可以是没有任何结构的晶片,也可以是具有结构的晶片,一般来说是已经具有结构的晶片。
由于晶片主要设置在内置盘上,所以本申请优选上述内置盘12的厚度大于上述齿轮环11的厚度,这样在抛光的过程中,内置盘不容易发生变形,可以进一步保证晶片抛光的有序进行。
当然,本申请的内置盘并不一定比齿轮环厚,二者的厚度还可以是相同的。
本申请的内置盘和齿轮环可以是任何可行的形状,本领域技术人员可以根据实际情况选择合适形状的内置盘和齿轮环。比如内置盘为圆形、椭圆形或多边形。
本申请的一种实施例中,如图3、图4与图6所示,上述内置盘12为圆形盘或多边形盘。如图所示,上述内置盘12为圆形盘,如图4和图6所示,上述内置盘为多边形盘。
需要说明的是,没有特殊说明的情况下,本申请的圆形盘并不一定是严格意义上的圆形,可以是严格的圆形,也可以是类圆形。
如图4所示,上述内置盘12为锯齿盘,上述齿轮环11的内侧面具有齿状凹槽,上述齿状凹槽与上述锯齿盘的外侧的锯齿相适配。如图6所示,上述内置盘12为十二边形。
本申请的另一种实施例中,如图5或图7所示,上述游星轮10还包括定位键13,上述齿轮环的内侧面和/或上述内置盘12的外侧面具有定位槽,上述定位键13位于上述定位槽内且使得上述内置盘12可随着上述齿轮环11同步运动。
一种具体的实施例中,如图5所示,上述内置盘12的外侧面具有第一定位槽121,上述齿轮环11的内侧面具有第二定位槽112,上述第一定位槽121和上述第二定位槽112对应设置,上述定位键13位于上述第一定位槽121和上述第二定位槽112形成的孔内。
另一种具体的实施例中,如图7所示,上述齿轮环11的内侧面具有第二定位槽112,上述定位键13位于上述第二定位槽内且使得上述内置盘12可随着上述齿轮环11同步运动。
上述的定位槽和定位键的个数可以根据实际情况来设置,可以是一个也可以是多个,如图5和图7所示,定位槽和定位键都是五个。
本申请的上述游星轮的材料可以是任何可行的材料,具体需要硬度较高,不容易变形的材料,这样可以保证抛光的顺利进行。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成本申请的游星轮。
本申请的一种实施例中,上述游星轮10的材料包括不锈钢、陶瓷、玻璃、树脂、树脂玻纤和塑料中的至少一种。
为了进一步避免在抛光的过程中,游星轮的材料进入到晶片中影响晶片的质量,本申请的一种实施例中,上述内置盘12的材料包括陶瓷和/或玻璃。
本申请的另一种典型的实施方式中,提供了一种抛光方法,该抛光方法包括:步骤S1,将晶片30设置在任一种上述的游星轮10的表面上;步骤S2,将设置有上述晶片30的上述游星轮10设置在双面抛光机的第一抛光盘表面上的抛光垫上,且使得上述晶片30与上述抛光垫的表面接触设置;步骤S3,开启上述双面抛光机,对上述晶片30进行抛光,且上述游星轮10的自转方向和上述第一抛光盘旋转方向相同。游星轮的公转方向相对于进行抛光的抛光盘,可以是静止的,也可以与抛光盘的转向相同或相反。
上述的抛光方法,利用上述的游星轮和双面抛光机对需要单面抛光的晶片进行抛光,不仅可以保证需要抛光的表面的粗糙度以及TTV能够满足要求,抛光后的晶片的表面精度得到进一步提高,表面粗糙度降至0.10nm以内,TTV降至4μm以内,还能保证晶片的不需要抛光的表面不被损伤。
为了更加方便地将晶片固定在游星轮上,进而提高抛光效率,简化抛光工艺,本申请的一种实施例中,上述步骤S1包括:将抛光模板20粘结在上述游星轮10的表面上,形成第一结构,如图18所示;将上述晶片30吸附在上述抛光模板20的远离上述游星轮10的一侧,形成第二结构,如图18所示。
当然,本申请中的抛光方法并不一定使用上述的抛光模板,例如,具体的一种实施例中,还可以不用抛光模板,直接用蜡将晶片固定在游星轮上,但是采用蜡固定的方法过程较为复杂,例如后续需要复杂的清洗等等。
为了进一步确保抛光模板很好地固定在游星轮上,本申请的一种实施例中,形成上述第一结构后,上述步骤S1还包括:观察上述游星轮10和上述抛光模板20之间是否有气泡,当有上述气泡时,将上述抛光模板20取下,重新设置在上述游星轮10上,直到上述游星轮10和上述抛光模板20之间没有气泡;向上述第一结构表面喷去离子水,使得上述第一结构的表面湿润,进一步使得抛光模板和游星轮更牢固地粘结在一起。
上述的抛光模板可以是吸附垫或抛光等,只要能够粘结在游星轮上且能够用于晶片的抛光即可,本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的抛光模板即可。
本申请的另一种实施例中,上述抛光模板20为无蜡抛光模板20。这样可以简化抛光工艺,提高抛光效率。
本申请的再一种实施例中,上述抛光模板20的远离上述游星轮10的表面为第一表面,上述第一表面对应的平面为第一平面,上述晶片30在上述第一平面上的投影位于上述第一表面内;上述游星轮10的靠近上述抛光模板20的表面为第二表面,上述第二表面对应的平面为第二平面,上述抛光模板20在上述第二平面上的投影位于上述第二表面内。即晶片的尺寸小于抛光模板的尺寸,抛光模板的尺寸小于游星轮的尺寸。
当然,并不限于上述的尺寸关系,三者还可以是相等的。
为了进一步保证抛光的顺利进行,且保证抛光后的晶片的表面的粗糙度以及TTV均能满足要求,本申请的一种实施例中,上述步骤S3中,上述双面抛光机的第一抛光盘的转速在20~50rpm之间,上述双面抛光机的第二抛光盘的转速在3~25rpm之间,这样使得双面抛光机运行得更加稳定。
为了使得本领域技术人员可以更加清楚地了解本申请的技术方案,以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。
实验设备及耗材:浙江森永光电设备有限公司16B型双面抛光机,创技(南京)电子机械有限公司36B单面抛光机;Suba800聚氨酯抛光垫;Fujimi LW-3300A型Si片抛光液;所用Si片为15片6英寸方形Si片,厚度450μm±15μm,此批Si片在所有抛光批次间循环使用。
每个实施例拟进行两个批次的抛光试验,若两个批次的检测数据有明显差别,则进行第三批次抛光试验,每批次均对所有Si片进行全检。
TTV检测方法为采用精度为1μm的DF-501高度计测量Si片厚度,检测对角线9个点(即中心点、角、1/4对角线处)的厚度,厚度最大值减去最小值即为TTV;表面粗糙度Ra采用德国布鲁克Dimension Edge原子力显微镜进行检测,分辨率为0.01nm,检测范围为20×20μm,根据测试的三点的平均值而得。
实施例1
抛光方法的具体过程包括:
1)加工5个3mm厚的一体型的玻纤板游星轮10,如图2所示,游星轮10上没有孔;
2)将0.3mm厚无蜡抛光模板粘贴在游星轮上,并确保没有鼓泡(气泡),喷洒去离子水使其湿润;
3)将Si片吸附在该抛光模板上,Si片朝下放在16B双面抛光机上。
4)设置抛光工艺参数:第二抛光盘转速为15rpm,第一抛光盘转速为40rpm,中心轮转速为20rpm,外齿圈转速为5rpm,第二抛光盘向第一抛光盘施加的压力为5000N,抛光液的流量为5L/min,抛光的时间为10min。
图8和图9是实施例1抛光后测得的相应Si片的表面粗糙度Ra和TTV值。
实施例2
抛光方法的具体过程包括:
1)加工5个10mm厚的不锈钢的齿轮环11和5个20mm厚的外径与齿轮环11内径相同的陶瓷的内置盘12,如图3所示;
2)将0.3mm厚无蜡抛光模板粘贴在内置盘上,并确保没有鼓泡,喷洒去离子水使其湿润;
3)将Si片吸附在该抛光模板上,Si片朝下放在16B双面抛光机上。
4)设置抛光工艺参数:第二抛光盘转速为15rpm,第一抛光盘转速为40rpm,中心轮转速为-15rpm,外齿圈转速为1rpm,第二抛光盘向第一抛光盘施加的压力为5000N,抛光液的流量为5L/min,抛光的时间为10min。
图10和图11是实施例2抛光后测得的相应Si片的表面粗糙度Ra和TTV值。
实施例3
抛光方法的具体过程包括:
1)加工5个6mm厚的PVC塑料的齿轮环11和5个6mm厚的外径与齿轮环11内径相同的陶瓷的内置盘12,两者采用双楔形(锯齿形)配合,如图4所示;
2)将0.3mm厚无蜡抛光模板粘贴在陶瓷盘上,并确保没有鼓泡,喷洒去离子水使其湿润;
3)将Si片吸附在该抛光模板上,Si片朝下放在16B双面抛光机上。
4)设置抛光工艺参数:第二抛光盘转速为15rpm,第一抛光盘转速为40rpm,中心轮转速为-30rpm,外齿圈转速为3rpm,第二抛光盘向第一抛光盘施加的压力为5000N,抛光液的流量为5L/min,抛光的时间为10min。
图12和图13是实施例3抛光后测得的相应Si片的表面粗糙度Ra和TTV值。
实施例4
抛光方法的具体过程包括:
1)加工5个15mm厚的PP树脂的齿轮环11、5个15mm厚的外径与齿轮环11内径相同的陶瓷的内置盘12和5个直径8mm的定位键,齿轮环11的内侧面设置有5个第二定位槽112,内置盘的外侧面有5个相应的第一定位槽121,如图5所示;
2)将0.3mm厚无蜡抛光模板粘贴在陶瓷盘上,并确保没有鼓泡,喷洒去离子水使其湿润;
3)将Si片吸附在该抛光模板上,Si片朝下放在16B双面抛光机上。
4)设置抛光工艺参数:第二抛光盘转速为-15rpm,第一抛光盘转速为-40rpm,中心轮转速为30rpm,外齿圈转速为-3rpm,第二抛光盘向第一抛光盘施加的压力为5000N,抛光液的流量为5L/min,抛光的时间为10min。该段中的“-”表示相反的转向。
图14和图15是实施例4抛光后测得的相应Si片的表面粗糙度Ra和TTV值。
对比例
采用实施例2所用的内置盘、抛光模板和实施例4抛光过的Si片,在36B单面抛光机上进行抛光试验。设置抛光工艺参数:抛光盘转速为45rpm,抛光头转速为40rpm,第二抛光盘向第一抛光盘施加的压力为1000N,抛光液的流量为1L/min,抛光的时间为10min。图16和图17是对比例抛光后测得的相应Si片的表面粗糙度Ra和TTV值。
从图8至图17的试验数据可以看出,采用本发明提供的CMP抛光工艺对Si片进行单面抛光,使只需单面抛光的Si片表面粗糙度和TTV等表面精度指标得到进一步提高,晶片的表面粗糙度降至0.10nm以下,TTV降至4μm以下,绝大部分为2-3μm。
而采用对比例中的抛光工艺对Si片进行抛光后,测得的相应晶片的表面粗糙度和TTV等表面精度指标均变差。因此,采用本发明提供的CMP抛光工艺,可以使只需单面抛光的Si片表面精度得到进一步提高。这是因为,相对单面抛光机而言,双面抛光机在抛光过程中具有较好的平稳一致性,这就决定了被抛光Si片具有相对较高的表面质量。
从以上的描述中,可以看出,本申请上述的实施例实现了如下技术效果:
1)、本申请的游星轮不具有放置晶片或者固定基板的凹槽或者通孔,将其应用在双面抛光机中,对只需要单面抛光的晶片进行抛光时,晶片的需要抛光的表面裸露,不需要抛光的表面设置在游星轮的表面上,被游星轮保护,这样既能使得需要抛光的表面可以利用双面抛光机的一个抛光盘进行抛光,进一步保证了该表面抛光后的粗糙度以及TTV均能满足要求,表面粗糙度降至0.10nm以内,TTV降至4μm以内,同时也能保证不需要抛光的表面没有被损坏。
2)、本申请的抛光方法,利用上述的游星轮和双面抛光机对需要单面抛光的晶片进行抛光,不仅可以保证需要抛光的表面的粗糙度以及TTV能够满足要求,抛光后的晶片的表面精度得到进一步提高,表面粗糙度降至0.10nm以内,TTV降至4μm以内,还能保证晶片的不需要抛光的表面不被损伤。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。