CN112872921B - 一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法 - Google Patents

一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法 Download PDF

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Abstract

一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，用于提高R型倒角结构的大尺寸晶圆片外缘平坦度，步骤包括：执行晶圆片放置于其下方的支撑盘中的载具内，并被支撑盘以设定转速带动旋转；置于晶圆片上方的压盘以设定压力、设定转速与所述支撑盘一起旋转，分别对晶圆片的上端面和下端面进行抛光；分别设于支撑盘和压盘上且与晶圆片双面接触的抛光垫的厚度不大于1mm；设于支撑盘中且用于放置晶圆片的放置孔的内径边缘为圆形倒角结构，且放置孔内径边缘倒角结构的角度小于晶圆片边缘倒角的角度。本发明可使晶圆片双面的平坦度均被控制在0.5μm以内，且晶圆片边缘平坦度值控制在0.08μm以内，相应成品率提高至90％。

Description

一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法
技术领域
本发明属于半导体晶圆片抛光技术领域，尤其是涉及一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法。
背景技术
现有晶圆片倒角结构主要为：一种是R型结构，如图1所示；另一种是T型结构，附图省略。因R型结构的倒角不仅易于加工，而且其所占晶圆片直径面积较小，故R型结构为现有晶圆片中主流的倒角结构。
对于大尺寸晶圆片，随着面积的增加，其抛光面的几何参数更不易控制，在双面抛光过程中，抛光垫极易被压缩发生形变，尤其是在晶圆片外缘倒角处，抛光垫的厚度越大其变形越明显，使得靠近倒角处的晶圆片外缘处的抛光垫变形量更大，导致晶圆片靠近倒角处的外缘面被抛磨的较深，与标准要求相比，边缘处的平坦度值较差，严重影响晶圆片整体的几何参数；而位于晶圆片中间位置的平坦度值较稳定且合格。而且，任何一个外缘处平坦度的不合格，都会导致大尺寸晶圆片整个片子的报废，生产成本较大。
发明内容
本发明提供一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，尤其涉及R型倒角结构的大尺寸晶圆片，解决了现有技术中晶圆片靠近倒角处的外缘面平坦度较差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，步骤包括：
执行所述晶圆片放置于其下方的支撑盘中的载具内，并被所述支撑盘以设定转速带动旋转；
置于所述晶圆片上方的压盘以设定压力、设定转速与所述支撑盘一起旋转，分别对所述晶圆片的上端面和下端面进行抛光；
所述晶圆片边缘为圆弧形倒角，所述晶圆片边缘倒角结构的角度不大于15°；
分别设于所述支撑盘和所述压盘上且与所述晶圆片双面接触的抛光垫的厚度不大于1mm；
设于所述支撑盘中且用于放置所述晶圆片的放置孔的内径边缘为圆形倒角结构，且所述放置孔内径边缘倒角结构的角度小于所述晶圆片边缘倒角的角度。
进一步的，所述抛光垫厚度为0.4-0.9mm；且所述抛光垫为有机高分子材料制成。
进一步的，所述抛光垫的压缩率是1.2-4％，且其硬度为76-92JIS A。
进一步的，其特征在于，所述晶圆片边缘倒角结构的角度为11°，且所述晶圆片边缘倒角结构的半径不大于所述晶圆片厚度的一半。
进一步的，抛光前所述晶圆片厚度与抛光后所述晶圆片厚度的差为10-20μm。
进一步的，抛光后的所述晶圆片厚度为775-777μm。
进一步的，所述载具厚度为775-779μm。
进一步的，所述放置孔内径与所述晶圆片直径差的范围为0.4-1.6μm。
进一步的，所述压盘和所述支撑盘的转速相同且方向相反，均为15-25r/min；所述晶圆片去除速度为0.5μm/min。
进一步的，所述压盘压力为1000-20000Kg。
一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，尤其是适用于边缘倒角为R型结构的大尺寸晶圆片的抛光，当晶圆片倒角角度不大于15°，尤其是为11°时，通过设置抛光垫厚度不大于1mm，并设置载具中用于放置晶圆片的放置孔边缘倒角角度小于晶圆片边缘倒角角度，且使晶圆片直径与放置孔内径差范围为0.4-0.6μm时，采用本抛光方法，降低硅片边缘倒角处抛光垫受压的变形量，从而降低抛光垫对晶圆片边缘的抛光量，以降低晶圆片与载具接触的外缘处的平坦度的变化，使晶圆片外缘处与中间位置的平坦度相差较小，且使晶圆片双面的平坦度均被控制在0.5μm以内。
附图说明
图1是现有晶圆片中常用的R型倒角的结构示意图；
图2是本发明一实施例的大尺寸晶圆片倒角的结构示意图；
图3是本发明一实施例的一种晶圆片抛光机构的结构示意图；
图4是本发明一实施例的晶圆片、载具与抛光垫的受力分析图。
图中：
10、晶圆片 20、载具 30、抛光垫
40、压盘 50、支撑盘
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，用于提高R型倒角结构的晶圆片10外缘平坦度，步骤包括：
执行晶圆片10放置于其下方的支撑盘50中的载具20内，再控制其上方的压盘40逐步向晶圆片10一侧移动，直至压盘40下端的抛光垫30与晶圆片10的上端面接触。
在本实施例中，大尺寸晶圆片10的倒角结构，如图2所示，晶圆片10的直径为300mm，其边缘设有圆弧形结构的倒角r1，且晶圆片10的边缘倒角r1结构的角度θ不大于15°，也即是倒角r1靠近晶圆片10上下平面的弧度与水平直线的夹角θ不大于15°。尤其是当晶圆片10的边缘倒角r1结构的角度为11°时，且晶圆片10边缘倒角r1结构的半径不大于晶圆片10厚度H的一半。
这一倒角r1结构的晶圆片10，其边缘轮廓的最大宽度较小，在消除晶圆片边缘锋利区的同时，最大限度地释放该处的应力，以避免在倒角处的应力集中。尤其是对于大直径尺寸的晶圆片，边缘倒角r1暂用的晶圆片的面积越小，获得的单片的芯片数量更多。同时，倒角r1与晶圆片10的上下端面的连接处的弧面更趋于缓慢，变化幅度小，更有利于边缘锋利区应力的释放。还有在降低应力集中的前提下，还可避免边缘倒角r1太薄，防止在加工时出现隐裂或崩裂。还有，这一结构还可减少在抛光过程中抛光垫30对倒角r1的磨损面积，降低晶圆片10边缘处的磨损量；相对于晶圆片10中间位置，可降低抛光垫30对晶圆片10边缘表面抛光的程度，以提高晶圆片10边缘部分的平整度。
进一步的，晶圆片10的边缘倒角r1结构的半径不大于晶圆片10厚度的一半，这一结构的晶圆片10不仅易于加工倒角r1，而且该倒角r1结构的边缘占有晶圆片10整体面积的量更少，提高单个晶圆片10面积中芯片的数量。同时这一结构的倒角，消除晶圆片边缘锋利区，减小晶圆片边缘崩裂的出现，释放应力。
抛光前晶圆片10的厚度与抛光后晶圆片10的厚度的差为10-20μm，在本实施例中，晶圆片抛光前的厚度为789-791μm，抛光后的厚度为775-777μm。当晶圆片10放置后，晶圆片10被支撑盘50以设定转速带动旋转；同时，置于晶圆片10上方的压盘40以设定压力、设定转速与支撑盘50一起反向旋转，分别对晶圆片10的上端面和下端面进行抛光。
如图3所示，本实施例采用的抛光装置至少包括对称设置在晶圆片10两侧的抛光垫30、用于承载防止晶圆片10的载具20、置于晶圆片10上方的压盘40和置于晶圆片10下方的支撑盘50，载具20中设有用于放置晶圆片10的放置孔。其中，在抛光过程中，要求分别设于支撑盘50和压盘40上且与晶圆片10双面接触的抛光垫30的厚度不大于1mm；设于支撑盘60中且用于放置晶圆片10的放置孔的内径边缘为圆形结构的倒角r2，且放置孔内径边缘倒角r2的角度β小于晶圆片10边缘倒角的角度θ。
具体地，在抛光过程中，晶圆片10、载具20和抛光垫30的配合受力分析如图4所示。抛光时，抛光垫30受压盘40的压力作用，在倒角r1和倒角r2处，抛光垫30均变形，尤其是对于倒角r1的角度小于15°的晶圆片，使得放置孔与晶圆片10接触的内径边缘的圆形弧度变化更小。抛光垫30对倒角r1和倒角r2的压力分别为F1和F2，当倒角r2的角度β小于晶圆片10边缘倒角的角度θ时，则倒角r2对抛光垫30的反作用力提高，即其对抛光垫30受压变形的支撑力提高，从而可降低抛光垫30的受压变形程度。受倒角r2对抛光垫30的反作用力的影响，可降低抛光垫30对倒角r1的压力F1，进而降低抛光垫30对晶圆片10边缘的抛光量，以减少同种抛光条件下抛光垫30对晶圆片10双面边缘的抛光量，以提高晶圆片10边缘的平坦度，以缩小硅片中间及边缘变形的差值，从而提高晶圆片的良品率。
优选地，抛光垫30的厚度为0.4-0.9mm，且为有机高分子材料制成的结构，且抛光垫的压缩率是1.2-4％，且其硬度为76-92JIS A。在这一条件下，抛光垫30的变形量更小，其对晶圆片10边缘的抛光磨损量最小。
抛光垫30与载具20均为圆形，且抛光垫30直径大于载具20的直径，进一步的，载具20本体为合金材料制成的结构，硬度为HV500±10，在载具20本体的外表层为类金刚石镀膜层，可减缓载具20本体的磨损，以使载具20经过抛光处理后延长其使用寿命。且放置孔为有机高分子材料制成的结构，优选地为PVDF制成，目的是保证其与晶圆片10直接接触后确保晶圆片10表面的纯净，不会出现金属杂质。
在抛光前晶圆片10的厚度与抛光后晶圆片10厚度的差为10-20μm，在本实施例中，选择抛光前的厚度为789-791μm，且要求其抛光后的晶圆片10的厚度为775-777μm；同时在整个抛光过程中，载具20的厚度为775-779μm，也就是晶圆片10被抛光后其厚度与载具20的厚度相同或略小于载具20的厚度，且厚度差值为0-4μm。
进一步的，同时要求放置孔内径与晶圆片10直径差的范围为0.4-1.6μm，这一结构在满足晶圆片10取放的条件下，可最大限度地降低抛光垫30的变形。还有，对于边缘结构均为圆倒角形状的晶圆片10外径和放置孔内径配合的间隙，尤其是放置孔边缘倒角r2角度小于晶圆片10边缘倒角r1角度，且当晶圆片10边缘倒角r1角度为11°时，抛光垫的变形量最小，其对晶圆片10边缘的抛光磨损量最小。
抛光时，压盘40的压力始终为1000-20000Kg，压盘40和支撑盘50的转速相同，均为15-25r/min，且压盘40和支撑盘50的转向相反，支撑盘50通过载具20带动晶圆片10同向旋转移动并对晶圆片10的下端面进行抛磨；相应地，压盘40相对于晶圆片10旋转的方向反向旋转并对晶圆片10的上端面进行抛磨；同时整个过程中晶圆片10的去除速度为0.5μm/min。
以直径为300mm的大尺寸晶圆片10的抛光为例，要求抛光前的晶圆片10的厚度为789-791μm，且要求其抛光后的晶圆片10的厚度为775-777μm。
对于外倒角是R型结构且其倒角角度大于15°的晶圆片10采用现有普通抛光方法即抛光垫30的厚度大于1mm且其载具20中放置孔的倒角角度β大于晶圆片10边缘倒角角度α获得的对比例一的一组数据，包括整体平坦度(GBIR)、边缘区域平坦度(SFQR)、抛光时间和良品率。
对于外倒角为R型结构且其角度小于15°的晶圆片10，采用单侧抛光垫30的厚度大于1mm且另一单侧的抛光垫30的厚度为0.4-0.9mm，且载具20中放置孔的倒角角度β大于晶圆片10边缘倒角角度α获得对比例二的一组数据；采用单侧抛光垫30的厚度大于1mm且另一单侧的抛光垫30的厚度为0.4-0.9mm，且载具20中放置孔的倒角角度β小于晶圆片10边缘倒角角度α获得对比例三的一组数据；均包括整体平坦度(GBIR)、边缘区域平坦度(SFQR)、抛光时间和良品率。
并采用本实施例对该倒角为11°且为R型结构的外缘边的晶圆片10进行抛光，相应的双侧抛光垫30的厚度为0.4-0.9mm，且载具20中放置孔的倒角角度β小于晶圆片10边缘倒角角度α后，获得一组抛光后的晶圆片10的整体平坦度(GBIR)、边缘区域平坦度(SFQR)、抛光时间和良品率。
所有数据如表1所示：
表1直径为300mm的晶圆片抛光测试结果对比
Figure BDA0002980499470000071
由上述表格所知，对于大尺寸直径为300mm的晶圆片10而言，采用本实施例的抛光方法所获得的抛光后晶圆片10的整体平坦度和边缘区域平坦度均小于采用现有抛光方法所获得的数值，而且本实施例的抛光方法所获得的整体平坦度和边缘区域平坦度数值均小于单侧改变抛光垫30厚度的抛光方法所获得的数值。也就是说针对R型倒角结构的晶圆片10所配合的抛光装置，即双侧抛光垫30的厚度不大于1mm，并载具20中用于放置晶圆片10的放置孔边缘倒角角度β小于晶圆片10边缘倒角角度α，且使晶圆片直径与放置孔内径差范围为0.4-0.6μm时，获得同时，采用本实施例中所需时间也较短，与现有常规抛光方法相比节约近20-30min左右；且获得的良品率最好，可达到90％，远远高于现有的78％。
从上述表格还可以看出，仅仅改变单侧抛光垫30的厚度所获得的平坦度的效果虽好于现有技术所获得的结果；但与既改变单侧抛光垫30的厚度，也改变载具20放置孔倒角r2的结构相比，却不如双侧抛光垫30后都的改变。说明，抛光垫30厚度和载具20倒角r2对晶圆片10的边缘区域平坦度的影响起着决定性的作用，尤其是当抛光垫30厚度为0.4-0.9时，使晶圆片10的整体平坦度和边缘区域平坦度获得的效果最好。
一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，尤其是适用于边缘倒角为R型结构的晶圆片的抛光，当晶圆片倒角角度不大于15°，尤其是为11°时，通过设置抛光垫厚度不大于1mm，并设置载具中用于放置晶圆片的放置孔边缘倒角角度小于晶圆片边缘倒角角度，且使晶圆片直径与放置孔内径差范围为0.4-0.6μm时，采用本抛光方法，降低硅片边缘倒角处抛光垫受压的变形量，从而降低抛光垫对晶圆片边缘的抛光量，以降低晶圆片与载具接触的外缘处的平坦度的变化，使晶圆片外缘处与中间位置的平坦度相差较小，且使晶圆片双面的平坦度均被控制在0.5μm以内，且晶圆片边缘平坦度值控制在0.08μm以内，相应成品率提高至90％。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，用于提高R型倒角结构的晶圆片外缘平坦度，其特征在于，步骤包括：
执行所述晶圆片放置于其下方的支撑盘中的载具内，并被所述支撑盘以设定转速带动旋转；
置于所述晶圆片上方的压盘以设定压力、设定转速与所述支撑盘一起旋转，分别对所述晶圆片的上端面和下端面进行抛光；
分别设于所述支撑盘和所述压盘上且与所述晶圆片双面接触的抛光垫的厚度不大于1mm；
设于所述支撑盘中且用于放置所述晶圆片的放置孔的内径边缘为圆形倒角结构，且所述放置孔内径边缘倒角结构的角度小于所述晶圆片边缘倒角的角度；
所述抛光垫厚度为0.4-0.9mm；且所述抛光垫为有机高分子材料制成；
所述晶圆片边缘倒角结构的角度不大于15°；且所述晶圆片边缘倒角结构的半径不大于所述晶圆片厚度的一半；
所述晶圆片边缘倒角结构的角度为11°。
2.根据权利要求1所述的一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，其特征在于，所述抛光垫的压缩率是1.2-4%，且其硬度为76-92 JIS A。
3.根据权利要求1所述的一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，其特征在于，抛光前所述晶圆片厚度与抛光后所述晶圆片厚度的差为10-20μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，其特征在于，所述载具厚度为775-779μm。
5.根据权利要求4所述的一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，其特征在于，所述放置孔内径与所述晶圆片直径差的范围为0.4-1.6μm。
6.根据权利要求5所述的一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，其特征在于，所述压盘和所述支撑盘的转速相同且方向相反，均为15-25r/min；所述晶圆片去除速度为0.5μm/min。
7.根据权利要求6所述的一种提高晶圆片边缘平坦度的抛光方法，其特征在于，所述压盘压力为1000-20000Kg。
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