CN112086350A - 一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，属于晶圆研磨技术领域，包括以下步骤：步骤一，提供待研磨的半导体晶圆；步骤二，利用激光测量计测量晶圆几何参数；步骤三，与晶圆目标几何参数对比确定激光研磨加工余量；步骤四，设定激光研磨加工工艺参数并完成首次激光研磨加工；步骤五，再次测量晶圆几何参数。步骤六，与晶圆目标几何参数对比确定第二次激光研磨加工余量；步骤七，设定激光研磨加工工艺参数并完成第二次激光研磨加工；重复上述步骤，直至晶圆几何参数满足晶圆目标几何参数要求。激光研磨代替传统化学机械研磨，减少了环境污染，拓宽了一台设备可研磨加工的晶圆尺寸；缓解了化学机械研磨精度控制方法浅显，难以保证较高研磨精度的技术问题，优化了晶圆的化学机械研磨工艺，使得晶圆研磨精度的控制工艺更加准确、可靠。
Description
技术领域：
本发明属于晶圆研磨技术领域，具体涉及一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺。
背景技术：
集成电路晶体管数目飞速增加，集成度飞速提高，但芯片面积变化不大。随着半导体芯片制造技术的不断进步，芯片的特征尺寸反而不断减小。特征尺寸的减小为生产芯片提供了便利条件的同时，也对芯片制造工艺流程提出了更高的要求，尤其是光刻和研磨环节。
在晶圆制备过程中，传统的晶圆研磨工艺是采用化学机械研磨方法，例如，CN201880026667.5《硅晶圆的研磨方法》，CN201010267508.X《晶圆表面的化学机械研磨方法》。利用化学与机械力相互作用，完成晶圆研磨工序。化学机械研磨法首先利用研磨液中的化学药品将晶圆表面材料腐蚀软化，然后再利用机械力将软化的晶圆表面层去掉，从而达到晶圆研磨的效果。但是研磨过程中研磨液会根据晶圆材料的不同而存在差异，研磨液中各化学成分含量配比不正确也会严重降低晶圆成品率。化学机械研磨过程中，难以量化晶圆化学腐蚀层深度与化学研磨液浓度的关系，因此存在晶圆腐蚀深度控制困难的问题。化学反应和机械力作用均会引起晶圆表面温度变化，从而影响化学反应速率；温度升高在晶圆表面产生的热量累积影响晶圆研磨质量。同时存在抛光后研磨液对环境产生污染等问题。
因此，有必要提供一种半导体晶圆研磨方法，以解决化学机械研磨所存在的问题。
发明内容：
本发明的主要目的是提供一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，达到半导体晶圆研磨效果。
为实现上述目的，本发明一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，采用如下技术解决方案：
1.一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：提供待研磨的半导体晶圆；
步骤二：激光测量计测量晶圆几何参数；
步骤三：与晶圆目标几何参数对比确定首次激光研磨加工余量；
步骤四：设定激光研磨加工工艺参数，完成首次激光研磨加工；
步骤五：再次测量晶圆几何参数；
步骤六：与晶圆目标几何参数对比确定第二次激光研磨加工余量；
步骤七：设定激光研磨加工工艺参数，完成第二次激光研磨加工；
步骤八：重复步骤五、六、七，直至晶圆几何参数满足晶圆目标几何参数要求。
2.进一步的，所述的晶圆几何参数包括厚度、总厚度偏差、翘曲度、弯曲度、平坦度等。
3.进一步的，激光测量计是基于彩色共焦原理的激光同轴位移计。
4.进一步的，所述的晶圆，其制作材料有单晶硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓等。
5.进一步的，晶圆研磨激光参数为：脉宽宽度0.01ps～100ns，激光波长200～1000nm，重复频率30～2000kHz，输出功率1～100W，扫描速度10～4000mm/s，加工次数1～200次。
6进一步的，晶圆研磨激光加工方式采用三维扫描振镜加工，通过设定扫描区域范围，可实现晶圆特定区域研磨加工。
7.进一步的，每一次的激光研磨加工工艺参数均不相同，根据晶圆研磨加工余量调整激光加工工艺参数。
一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺的优点为：
(1)加工晶圆尺寸广。利用激光代替传统化学机械研磨方法，可避免晶圆研磨机真空吸附台尺寸对加工晶圆尺寸的限制，实现大尺寸晶圆研磨加工。
(2)缺陷少。超快激光单脉冲峰值功率高，被加工材料在极短时间内气化，几乎无热量沉积，可明显减小热效应对晶圆研磨质量的影响。
(3)参数易调节。采用激光加工，可根据晶圆研磨余量不同调节激光加工参数，容易控制晶圆研磨量。
(4)加工精度高。本工艺采用高精度激光测量仪，并可在研磨过程中多次测量晶圆几何参数，保证晶圆研磨尺寸精度。
(5)特定区域加工。通过绘图软件，设定加工区域范围，可实现晶圆特定区域加工。
(6)绿色制造。采用激光代替传统化学研磨剂，减少环境污染。
附图说明
图1为半导体晶圆激光研磨工艺流程图；
图2为晶圆激光研磨加工表面与原始表面共聚焦显微镜图；
具体实施：
为更好地理解本发明内容，以下结合附图和具体实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。
结合附图详细说明本方法具体实施过程：
步骤1：取直径为8英寸(in)的待研磨半导体晶圆。
步骤2：利用激光测量计测量晶圆初始几何参数。
步骤3：测试数据与晶圆目标几何参数数据进行比较，并计算晶圆首次研磨加工余量。
步骤4：启动飞秒激光器，设定激光输出功率8W，激光扫描速度500mm/s，扫描次数150次，重复频率100kHz，激光波长1026nm，设定激光扫描区域为8in×8in。
步骤5：再次利用激光测量计测量首次研磨加工完成的晶圆几何参数。
步骤6：测试数据与晶圆目标几何参数数据进行比较，并计算晶圆第二次研磨加工余量。
步骤7：启动飞秒激光器，设定激光输出功率8W，激光扫描速度500mm/s，扫描次数70次，重复频率100kHz，激光波长1026nm，设定激光扫描区域为8in×8in。
步骤8：依次重复步骤5、6、7，直至研磨后的晶圆几何参数满足晶圆目标几何参数要求。
本发明的上述实施实例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 (7)
1.一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：提供待研磨的半导体晶圆；
步骤二：激光测量计测量晶圆几何参数；
步骤三：与晶圆目标几何参数对比确定首次激光研磨加工余量；
步骤四：设定激光研磨加工工艺参数，完成首次激光研磨加工；
步骤五：再次测量晶圆几何参数；
步骤六：与晶圆目标几何参数对比确定第二次激光研磨加工余量；
步骤七：设定激光研磨加工工艺参数，完成第二次激光研磨加工；
步骤八：重复步骤五、六、七，直至晶圆几何参数满足晶圆目标几何参数要求。
2.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，其特征在于：所述的晶圆几何参数包括厚度、总厚度偏差、翘曲度、弯曲度、平坦度等。
3.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，其特征在于：所述的激光测量计是基于彩色共焦原理的激光同轴位移计。
4.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，其特征在于：所述的晶圆，其制作材料有单晶硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓等。
5.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，其特征在于：晶圆研磨激光参数为：脉宽宽度0.01ps～100ns，激光波长200～1000nm，重复频率30～2000kHz，输出功率1～100W，扫描速度10～4000mm/s，加工次数1～200次。
6.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，其特征在于：所述晶圆研磨激光加工方式采用三维扫描振镜加工，通过设定扫描区域范围，可实现晶圆特定区域研磨加工。
7.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆的激光研磨工艺，其特征在于：每一次的激光研磨加工工艺参数均不相同，根据晶圆研磨加工余量调整激光加工工艺参数。
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