CN111590467A - 具有磨粒的蓝宝石晶片及其制备方法、蓝宝石修整器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有磨粒的蓝宝石晶片及其制备方法、蓝宝石修整器，该制备方法包括以下步骤：在蓝宝石晶片上依次形成氧化硅层和光刻胶层；通过光刻工艺和刻蚀工艺，在所述蓝宝石晶片上形成裸露于外的氧化硅掩膜图形；以所述氧化硅掩膜图形为掩膜对所述蓝宝石晶片进行侵蚀处理；通过清洗工艺，在所述蓝宝石晶片上形成磨粒。通过在蓝宝石晶片表面侵蚀出多个特定形状的磨粒，并且磨粒的排列具有高度的有序性，以提升修整效果。

Description

具有磨粒的蓝宝石晶片及其制备方法、蓝宝石修整器
技术领域
本发明涉及半导体晶圆制备技术领域，具体涉及一种具有磨粒的蓝宝石晶片及其制备方法、蓝宝石修整器。
背景技术
由于超大规模集成电路向高度集成和多层布线结构发展，致使晶圆表面的平坦度工艺日趋重要。而具有平坦度高、一致性好、材料去除效率高等优点的化学机械抛光(CMP)技术成为了半导体材料高精度平坦化的主要工艺。在抛光过程中，半导体晶圆被压于粘贴在刚性抛光平盘的柔性抛光垫之上，在抛光液的作用下进行抛光；抛光垫的表面粗糙或有小孔，使抛光液逗留其中，以增强抛光速率及抛光品质。然而随着抛光作业的进行，抛光垫表面缝隙或小孔中很快被碎屑所填满，使表面磨光打滑形成釉面，导致无法达到所需要的抛光效果。因此，抛光垫的表面状况对抛光效果起到了决定性的作用。
为了活化抛光垫表面状态，保持恒定的抛光效果，并延长它的使用寿命，必须使用修整器有规律的打磨修整。目前市场上以金刚石抛光垫修整器为主，其通过电镀、化学钎焊、金属烧结、化学气相沉积等方法使胎体材料将金刚石颗粒牢牢固定住。倘若在抛光过程中发生金刚石颗粒的脱落，则会引起被抛光晶圆的表面划伤损坏；再者，金刚石的排布有序性也将对修整效果产生较大的影响。随着技术的升级，现有的金刚石修整器已大大降低了金刚石脱落的概率，但仍存在脱落风险。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有磨粒的蓝宝石晶片及其制备方法、蓝宝石修整器，该制备方法在蓝宝石晶片表面侵蚀出多个特定形状的磨粒，并且磨粒的排列具有高度的有序性，以提升修整效果，以解决现有技术中由于金刚石颗粒脱落导致的被抛光晶圆表面划伤损坏的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法。
该具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法，包括以下步骤：
在蓝宝石晶片上依次形成氧化硅层和光刻胶层；
通过光刻工艺和刻蚀工艺，在所述蓝宝石晶片上形成裸露于外的氧化硅掩膜图形；
以所述氧化硅掩膜图形为掩膜对所述蓝宝石晶片进行侵蚀处理；
通过清洗工艺，在所述蓝宝石晶片上形成磨粒。
进一步的，采用化学气相沉积工艺在所述蓝宝石晶片表面均匀沉积氧化硅层；所述氧化硅层的厚度为0.1～5μm。
进一步的，采用旋涂工艺在所述氧化硅层上表面涂布光刻胶层；所述光刻胶层的厚度为1.5～2.5μm。
进一步的，所述光刻工艺具体为通过曝光、显影形成与曝光掩膜板一致的光刻胶图形；所述刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺，具体为先采用刻蚀溶液将未被所述光刻胶图形遮挡的氧化硅层去除，形成光刻胶与氧化硅叠加的形貌层；然后采用有机溶剂将所述光刻胶图形去除，得到所述氧化硅掩膜图形。
进一步的，所述刻蚀溶液为氢氟酸与氟化铵的混合液，所述氢氟酸与氟化铵质量百分比为1：5；所述有机溶剂为丙酮。
进一步的，以所述氧化硅掩膜图形为掩膜对所述蓝宝石晶片进行侵蚀处理，具体为：采用浓硫酸与浓磷酸的高温混合液对所述蓝宝石晶片进行侵蚀；所述浓硫酸与浓磷酸的质量百分比为3～5：1，温度为200～330℃。
进一步的，所述清洗工艺具体为采用所述刻蚀溶液将所述氧化硅掩膜图形去除，形成具有磨粒的蓝宝石晶片。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种蓝宝石晶片。
该蓝宝石晶片根据上述的具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法制备得到，所述蓝宝石晶片上规则排列有磨粒；所述磨粒的底径为100～300μm、高度为50～300μm；相邻排列的两个所述磨粒的间距为100～600μm；所述磨粒的形状为类圆台形、类圆锥形或三角锥形。
进一步的，所述磨粒在所述蓝宝石晶片上排布方式为：所述磨粒布满所述蓝宝石晶片的表面；或者所述磨粒沿所述蓝宝石晶片的周向边缘分布，所述蓝宝石晶片中部形成密闭设置的第一导流槽；或者所述磨粒沿所述蓝宝石晶片的周向边缘分布，所述蓝宝石晶片中部形成连通所述蓝宝石晶片边缘的第二导流槽。
为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供了一种用于化学机械抛光垫的蓝宝石修整器。
该用于化学机械抛光垫的蓝宝石修整器，包括支撑座和上述的蓝宝石晶片，所述蓝宝石晶片连接在所述支撑座上，且所述蓝宝石晶片与所述支撑座为同心圆设置；所述支撑座底部设有定位孔和螺孔，用于与专用修整设备连接。
本发明的有益效果：
(1)本发明中的磨粒尺寸及分布具有多样化、调整灵活的特点。
(2)本发明中抛光垫修整器盘面由蓝宝石材质一体化制成，杜绝了传统金刚石修整器金刚石颗粒脱落的问题；同时磨粒规格及分布有较高的调整灵活性，并且能实现高精度有序排列，提升修整效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1a～1h为本发明的一种实施例中具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法的流程示意图；
图2a～2c为本发明的一种实施例中蓝宝石修整器的俯视图；
图3a～3b为本发明的一种实施例中蓝宝石修整器的侧视图；
图4为本发明的一种实施例中蓝宝石修整器的仰视图；
图5为本发明的一种实施例中蓝宝石晶片与支撑座的装配示意图。
图中：
1、蓝宝石晶片；11、磨粒；12、第一导流槽；13、第二导流槽；2、氧化硅层；21、氧化硅掩膜图形；3、光刻胶层；31、光刻胶图形；4、支撑座；5、定位孔；6、螺孔。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明公开了一种具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法，该蓝宝石晶片的制备方法包括以下步骤：
S100，参考图1a，提供一个高平坦度和洁净度的蓝宝石晶片1。
S200，参考图1b，采用化学气相沉积工艺在蓝宝石晶片1表面均匀沉积氧化硅(SiO2)层2；氧化硅层2的厚度在0.1～5μm范围内。
S300，参考图1c，采用旋涂工艺在氧化硅层2上表面涂布光刻胶，形成光刻胶层3；光刻胶层3的厚度在1.5～2.5μm范围内，优选为2.0μm。
S400，参考图1d，采用光刻工艺，具体为通过曝光、显影形成与曝光掩膜板一致的光刻胶图形31；曝光掩膜版的规格可根据抛光垫修整效果自行设计。
S500，参考图1e，采用湿法刻蚀工艺，具体为先采用刻蚀溶液将未被光刻胶图形31遮挡的氧化硅层2去除，形成光刻胶与氧化硅叠加的形貌层；其中，刻蚀溶液为氢氟酸与氟化铵的混合液(BOE溶液)，氢氟酸与氟化铵质量百分比为1：5。
S600，参考图1f，然后采用有机溶剂将光刻胶图形31去除，得到裸露于外的氧化硅掩膜图形21；其中，有机溶剂为丙酮。
S700，参考图1g，以氧化硅掩膜图形21为掩膜对蓝宝石晶片1进行侵蚀处理，具体为：将蓝宝石晶片1放入浓硫酸与浓磷酸的高温混合液中侵蚀，被SiO2掩膜层遮挡的部位不容易被侵蚀，形成如图1g所示的图形；其中，浓硫酸与浓磷酸的质量百分比为3～5：1，温度为200～330℃，可根据侵蚀效果作调整。
S800，参考图1h，通过清洗工艺，具体为采用BOE溶液将氧化硅掩膜图形21去除，在蓝宝石晶片1上形成多个特定形状和规则排列的磨粒11。
本发明公开了一种蓝宝石晶片，该蓝宝石晶片是采用上述的具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法制备得到，如图2a～图2c所示，蓝宝石晶片1上规则排列有磨粒11；磨粒11的底径在100～300μm范围内，优选为200μm；磨粒11的高度在50～300μm范围内，优选为100μm；相邻排列的两个磨粒11的间距在100～600μm范围内，优选为250μm；磨粒11的形状可以为类圆台形、类圆锥形或三角锥形，尺寸及形状可根据需求通过掩膜版规格及侵蚀工艺自行调整，具有多样化、调整灵活等特点。
本发明中的磨粒11在蓝宝石晶片1上呈三种排布方式，第一种排布方式如图2a所示，整个蓝宝石晶片1表面布满磨粒11，其侧视图如图3a所示；第二种排布方式如图2b所示，磨粒11沿蓝宝石晶片1的周向边缘分布，蓝宝石晶片1中部未设置有磨粒11，形成密闭的第一导流槽12，其侧视图如图3b所示；第三种排布方式如图2c所示，磨粒11沿蓝宝石晶片1的周向边缘分布，蓝宝石晶片1中部形成连通蓝宝石晶片1边缘的第二导流槽13，第二导流槽13呈扇形结构，其侧视图如图3b所示。
本发明还公开了一种用于化学机械抛光垫的蓝宝石修整器，如图5所示，蓝宝石修整器包括支撑座4和上述的蓝宝石晶片1，蓝宝石晶片1作为修整器的盘面，蓝宝石晶片1与支撑座4为同心圆方式粘接，形成完整的修整器，具体地可以通过液态粘结蜡或胶水粘接；优选为液态粘结蜡粘接。支撑座4为不锈钢材质，支撑座4可以重复利用。
如图4所示，在支撑座4的底部设有定位孔5和螺孔6，用于将支撑座4固定于专用修整盘或修整设备上。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在蓝宝石晶片上依次形成氧化硅层和光刻胶层；
通过光刻工艺和刻蚀工艺，在所述蓝宝石晶片上形成裸露于外的氧化硅掩膜图形；
以所述氧化硅掩膜图形为掩膜对所述蓝宝石晶片进行侵蚀处理；
通过清洗工艺，在所述蓝宝石晶片上形成磨粒。
2.根据权利要求1所述的具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺在所述蓝宝石晶片表面均匀沉积氧化硅层；所述氧化硅层的厚度为0.1～5μm。
3.根据权利要求2所述的具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法，其特征在于，采用旋涂工艺在所述氧化硅层上表面涂布光刻胶层；所述光刻胶层的厚度为1.5～2.5μm。
4.根据权利要求2所述的具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法，其特征在于，所述光刻工艺具体为通过曝光、显影形成与曝光掩膜板一致的光刻胶图形；所述刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺，具体为先采用刻蚀溶液将未被所述光刻胶图形遮挡的氧化硅层去除，形成光刻胶与氧化硅叠加的形貌层；然后采用有机溶剂将所述光刻胶图形去除，得到所述氧化硅掩膜图形。
5.根据权利要求4所述的具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法，其特征在于，所述刻蚀溶液为氢氟酸与氟化铵的混合液，所述氢氟酸与氟化铵质量百分比为1：5；所述有机溶剂为丙酮。
6.根据权利要求1所述的具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法，其特征在于，以所述氧化硅掩膜图形为掩膜对所述蓝宝石晶片进行侵蚀处理，具体为：采用浓硫酸与浓磷酸的高温混合液对所述蓝宝石晶片进行侵蚀；所述浓硫酸与浓磷酸的质量百分比为3～5：1，温度为200～330℃。
7.根据权利要求1所述的具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法，其特征在于，所述清洗工艺具体为采用所述刻蚀溶液将所述氧化硅掩膜图形去除，形成具有磨粒的蓝宝石晶片。
8.根据权利要求1～7任一项所述的具有磨粒的蓝宝石晶片的制备方法制备得到的蓝宝石晶片，其特征在于，所述蓝宝石晶片(1)上规则排列有磨粒(11)；所述磨粒(11)的底径为100～300μm、高度为50～300μm；相邻排列的两个所述磨粒(11)的间距为100～600μm；所述磨粒(11)的形状为类圆台形、类圆锥形或三角锥形。
9.根据权利要求8所述的蓝宝石晶片，其特征在于，所述磨粒(11)在所述蓝宝石晶片(1)上排布方式为：所述磨粒(11)布满所述蓝宝石晶片(1)的表面；
或者，所述磨粒(11)沿所述蓝宝石晶片(1)的周向边缘分布，所述蓝宝石晶片(1)中部形成密闭设置的第一导流槽(12)；
或者，所述磨粒(11)沿所述蓝宝石晶片(1)的周向边缘分布，所述蓝宝石晶片(1)中部形成连通所述蓝宝石晶片(1)边缘的第二导流槽(13)。
10.一种蓝宝石修整器，其特征在于，包括支撑座(4)和根据权利要求8或9所述的蓝宝石晶片(1)，所述蓝宝石晶片(1)连接在所述支撑座(4)上，且所述蓝宝石晶片(1)与所述支撑座(4)为同心圆设置；所述支撑座(4)底部设有定位孔(5)和螺孔(6)，用于与专用修整设备连接。
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Address before: 321000 South Second Ring West Road, Jinhua, Zhejiang Province, No. 2688

Applicant before: ZHEJIANG BOLANTE SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: Sapphire wafer with abrasive particles and its preparation method, sapphire trimmer

Effective date of registration: 20230619

Granted publication date: 20220621

Pledgee: Bank of Jinhua Limited by Share Ltd. science and Technology Branch

Pledgor: Jinhua Bolante New Material Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980044592