CN113001379A - 一种大尺寸硅片双面抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大尺寸硅片双面抛光方法,步骤包括:控制置于硅片上方的压盘压力,并选择相应粒径的粗抛液对所述硅片双面进行粗抛;再调整所述压盘压力,并选择相应粒径的精抛液对所述硅片双面进行精抛;所述粗抛液或所述精抛液经同一主管道通过所述压盘流至设于所述硅片双侧的上抛垫和下抛垫;所述精抛液至少包括多元醇类化合物;且所述粗抛液和所述精抛液均包括SiO2和NH4OH的混合液。本发明依次对硅片经过粗抛、精抛之后,再在硅片双面进行水膜处理,即可以完全清除硅片表面的黏着剂,清洗效果好;亦可获得0.5μm以内的平坦度。
Description
技术领域
本发明属于半导体硅片抛光技术领域,尤其是涉及一种大尺寸硅片双面抛光方法。
背景技术
现有半导体抛光方法主要是单面抛光方式,这种仅适合如尺寸为4-8英寸的小尺寸硅片。随着太阳能硅片的大尺寸化的发展,对于12英寸以及超过12英寸的硅片而言,硅片的单面尺寸越大,其抛光的几何参数更不易控制;同时若再采用单面抛光的方式,不仅抛光效率低而且抛光质量难以保证,抛光后几何参数中的平坦度变化范围较大、一致性差,不符合标准要求,严重影响半导体硅片的加工。
发明内容
本发明提供一种大尺寸硅片双面抛光方法,解决了现有技术中大尺寸硅片平坦度变化范围大、一致性差、抛光效果不好、以及抛光效率低的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种大尺寸硅片双面抛光方法,步骤包括:
控制置于硅片上方的压盘压力,并选择相应粒径的粗抛液对所述硅片双面进行粗抛;
再调整所述压盘压力,并选择相应粒径的精抛液对所述硅片双面进行精抛;
所述粗抛液或所述精抛液经同一主管道通过所述压盘流至设于所述硅片双侧的上抛垫和下抛垫;
所述精抛液至少包括多元醇类化合物;
且所述粗抛液和所述精抛液均包括SiO2和NH4OH的混合液。
进一步的,所述粗抛液中SiO2和NH4OH混合液的粒径为30-100nm。
进一步的,所述精抛液粒径小于所述粗抛液粒径,并所述精抛液中SiO2和NH4OH混合液的粒径为10-40nm。
进一步的,所述粗抛液和所述精抛液的PH值相同且均为9-11。
进一步的,在粗抛时所述压盘的压力为1000-20000Kg。
进一步的,在精抛时所述压盘的压力为1000-20000Kg。
优选地,粗抛时所述压盘压力与精抛时所述压盘压力相同。
进一步的,所述上抛垫与所述下抛垫厚度相同,且均为有机高分子材料制成的结构。
进一步的,在粗抛之前还包括按照设定顺序上载所述硅片的步骤。
进一步的,在精抛之后还包括按照如所述上载步骤中所述的设定顺序进行下载所述硅片的步骤。
与现有技术相比,采用本发明设计的双面抛光方法,尤其适用于大尺寸半导体硅片的双面抛光,不仅抛光效果好,而且无需额外使用使用清洗剂去除硅片表面的黏着剂,只需依次对硅片经过粗抛、精抛之后,再在硅片双面进行水膜处理,即可以完全清除硅片表面的黏着剂,清洗效果好;亦可同时获得几何参数稳定的平坦度,且硅片双面的平坦度均被控制在0.5μm以内。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种大尺寸硅片双面抛光装置的结构示意图;
图2是本发明一实施例的承载组件与载具配合的结构示意图;
图3是本发明实施例一的载具的结构示意图;
图4是本发明实施例二的载具的结构示意图;
图5是本发明实施例三的载具的结构示意图;
图6是本发明一实施例的双面抛光方法步骤流程图。
图中:
10、承载组件 11、放置盘 12、下抛垫
13、内齿轮 20、压盘 21、上抛垫
30、抛液组件 31、粗抛桶 32、精抛桶
33、粗抛管 34、精抛管 35、主管道
36、分管道 40、载具 41、本体
42、外齿轮 43、通环 44、漏液孔
45、通道孔 46、数字 47、箭头
50、硅片
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。
本实施例提出一种大尺寸硅片双面抛光装置,如图1所示,包括用于放置硅片50的承载组件10、与承载组件10相适配且与硅片50上端面接触的的压盘20以及可提供粗抛液或精抛液的抛液组件30,单个或若干硅片50被置于承载组件10内;抛液组件30经压盘20向硅片50的两面提供粗抛液或精抛液,粗抛液或精抛液被承载组件10与压盘20的异向旋力带动并随硅片50的旋转而旋转,以对硅片50的双面进行抛光。
如图2,承载组件10包括上端面设有凸台的放置盘11,放置盘11凸台内侧设有内齿轮13,内齿轮13与用于放置硅片50的载具40外缘的外齿轮42相啮合;且在放置盘11的内侧设有下抛垫12,下抛垫12的面积与放置盘11的内径圆相适配。为了保证承载组件10的旋转,在放置盘11的下端面设有用于驱动承载组件10旋转的下驱动电机,下驱动电机驱动放置盘11旋转,转速为ω1,从而带动载具40中的硅片50一同旋转,下抛垫12受抛光液的浸润可边旋转边对硅片50的下端面进行抛光。
进一步的,压盘20的下端面设有上抛垫21,上抛垫21与置于承载组件10上端面的下抛垫12相对设置;上抛垫21与下抛垫12分别粘附在压盘20和承载组件10中的放置盘11上,并厚度相同;同时,上抛垫21与下抛垫12均为有机高分子材料制成的结构。压盘20由上驱动电机控制,转速为ω2。
为了保证硅片50双面有相对的旋转运动,要求压盘20与放置盘11的反向旋转,同时要求压盘20受压与硅片50接触,从而控制硅片50受抛光的抛光压力,从而使压盘20中的上抛垫21受抛光液浸润后与旋转中的硅片50上端面接触并对硅片50的上端面进行抛光。优选地,在粗抛和精抛时,压盘20的压力不变,均为1000-20000Kg。
如图3所示,载具40包括本体41,在本体41的外缘设有与内齿轮13相适配的外齿轮42,且在本体41内设有一个用于放置硅片50的通环43和若干镂空设置的漏液孔44,漏液孔44的形状可都相同,或可都不相同,或部分相同和部分不相同。在本实施例中,漏液孔44为若干不同直径的圆孔,目的是为了使贯穿压盘20流入到上抛垫21上的粗抛液或精抛液再经漏液孔44溢流到下抛垫22中。
如图4所示,在本实施例中,本体41内设有四个用于放置硅片50的通环43,也设有若干漏液孔44。其中,相邻通环43之间以及通环43与本体41的外边缘均相互一体连接设置。在相邻漏液孔44之间以及漏液孔44与通环43之间设有连接通道孔45,通道孔45和漏液孔44不仅可减轻载具40整体的重量,而且可最大化地使抛光液溢流至硅片50的两侧面。
如图5所示,是带有标识的载具40的结构图,目的是为了保证载具40中的硅片50放置的顺序的一致性,特在本体41上设有数字46标记和箭头47标记,以标识所有载具40的位置顺序,并可知道每个载具40内放置硅片50的顺序,以保证所有硅片50都可追溯其位置。
无论载具40的结构如何,载具40的本体41与上抛垫21和下抛垫12直接接触,在放置盘11的内齿轮的带动下使载具40做旋转运动,本体41为钢材制成,硬度HV500±10,在且本体41的外表层为类金刚石镀膜层,用以减缓本体41的磨损,以使本体41经过抛光处理后延长载具40的使用寿命。同时在通环43直径外缘为PVDF制成,保证其与硅片50直接接触后硅片50表面的纯净,不会出现金属杂质,同时通环43与硅片50的外径相适配,即通环43的直径大于硅片50直径且位于(1±0.1)mm范围内。
进一步的,每个放置盘11内可放置五个沿其周缘放置的载具40,为了保证放置盘11完全载动载具40旋转,同时保证压盘20的旋转不会与放置盘11干涉,需放置盘11上端面的内径大于压盘20的外径。
进一步的,抛液组件30包括置于压盘20外侧且相互独立设置的粗抛桶31和精抛桶32,粗抛桶31和精抛桶32分别通过粗抛管33和精抛管34汇流至同一个主管道35中,在通过设置在主管道35和压盘20之间的若干分管道36与设置在压盘20中的通孔连通且贯穿压盘20设置,以使粗抛液或精抛液均匀分散至压盘20的各个角落散流至上抛垫21上,从而保证硅片40旋转时有充足的粗抛液或精抛液浸润抛光。
进一步的,在粗抛桶31和精抛桶32的输出端即粗抛管33和精抛管34与主管道35上均设有电磁阀,以保证当需要粗抛时,只有粗抛桶31依次通过粗抛管33、主管道35和分管道36流液至上抛垫12上;当需要精抛时,只有精抛桶32依次通过精抛管34、主管道35和分管道36流液至上抛垫12上。粗抛液或精抛液经同一主管道35通过压盘20流至上抛垫21和下抛垫12,这一结构不仅简单且易于控制,而且节省设置部件,在有限的空间内最大化地利用这一结构进行相互配合,提高抛光液的利用率。为了保证粗抛桶31和精抛桶32内抛光液的体积容量,分别在粗抛桶31和精抛桶32内设有用于监控抛光液高度的位置传感器,以保证抛光液的持续有效性。
进一步的,粗抛液是粒径为30-100nm的SiO2和NH4OH的混合液;精抛液是粒径为10-40nm的SiO2和NH4OH的混合液,且在精抛液中还设有多元醇类化合物。
同时,粗抛液和精抛液的PH值相同且均为9-11,目的是粗抛液或精抛液中的OH-与硅片50表面上的Si反应生成SiO3 2-,以消除抛光前的加工过程中对硅片50的损伤层,从而提高硅片50表面的几何参数,尤其是整体平坦度和局部平坦度;同时还可改善硅片50表面上的颗粒水平,去除加工时表面残留的金属颗粒。
在精抛过程中,在一定的压盘20压力下,小粒径的SiO2和NH4OH的混合液形成的胶体对硅片50的表面进行精抛,原理也是通过OH-与硅片50表面上的Si反应生成SiO3 2-,以消除抛光前的加工过程中对硅片50的损伤层;也即是通过粒径较小的SiO2、NH4OH形成的胶体,修复粗抛过程中在硅片50表面形成的划道,降低整体的粗糙度。同时,由于在精抛液中含有多元醇类化合物,可使抛光后的硅片50表面形成一层亲水覆膜,在亲水覆膜的作用下水分停留在硅片50两侧的表面,使硅片50双面与外界空气之间有一层水隔膜,保护硅片50两侧面。
一种大尺寸硅片双面抛光方法,如图6所示,步骤包括:
S1:按照设定顺序放置载具并上载硅片。
将若干载具40沿放置盘11内径圆周放置,并使所有放置盘11的外齿轮42与放置盘11内的内齿轮13啮合,且所有相邻设置的载具相互啮合。
所有载具40放置稳定后,再在每个载具40上放满硅片50,且每个载具40至少设有一个硅片50。并所有载具40都同一个方向放置硅片50,即所有载具40以其上标号为起始点顺时针放置硅片50,并依次按照顺时针的方向放置其它载具40上的硅片50,且所有载具40上的硅片50都是沿顺时针方向放置,以保证硅片放置的一致性和可追溯性。
S2:控制置于硅片上方的压盘压力,并选择相应粒径的粗抛液对硅片双面进行粗抛。
控制置于硅片50上方的压盘20逐步向硅片50一侧移动,并使上抛垫21与硅片50接触,同时调整压盘20的压力,以使压盘20的压力控制在1000-20000Kg范围内,且控制压盘20逆时针旋转。同时控制粗抛桶31的开关打开,以使粗抛液依次通过粗抛管33、主管道35和分管道36流至上抛垫21上,再经载具40上的漏液孔44浸润到下抛垫12上。相应地,同步控制放置盘11旋转,以使内齿轮13与外齿轮42啮合,控制载具40带动硅片50顺时针旋转。压盘20与放置盘11的异向旋力带动浸润有粗抛液的上抛垫21和下抛垫12相对于硅片50的表面旋转,从而完成对硅片50的粗抛光。
粗抛时,粒径为30-100nm的SiO2和NH4OH的混合液中的OH-与硅片50表面上的Si反应生成SiO3 2-,相应化学反应方程式为:
Si+H2O+2OH-→SiO3 2-+2H2
粗抛目的是消除抛光前加工过程中对硅片50的损伤层,从而提高硅片50表面的几何参数,尤其是整体平坦度和局部平坦度;同时还可改善硅片50表面上的颗粒水平,去除加工时表面残留的金属颗粒。
在粗抛过程中,精抛桶32关闭。
S3:再调整压盘压力,并选择相应粒径的精抛液对硅片双面进行精抛。
粗抛完成后停止粗抛桶31供液,同时关闭粗抛管33上的控制阀。再打开精抛桶32,并打开精抛管34上的控制阀,同时将精抛管34、主管道35和分管道36连通设置,以使从精抛桶32中流出的精抛液依次通过精抛管34、主管道35和分管道36流至上抛垫21上,并经载具40上的漏液孔44进入下抛垫12上。
再控制压盘20的压力不变,仍为1000-20000Kg,并使压盘20和放置盘11的转速和转向不变,继续对硅片50的双面进行精抛。
在精抛过程中,在一定的压盘20压力下,小粒径的SiO2和NH4OH的混合液形成的胶体对硅片50的表面进行精抛,原理也是通过OH-与硅片50表面上的Si反应生成SiO3 2-,以消除抛光前的加工过程中对硅片50的损伤层;也即是通过粒径较小的SiO2、NH4OH形成的胶体,修复粗抛过程中在硅片50表面形成的划道,降低整体的粗糙度。同时,由于在精抛液中含有多元醇类化合物,可使抛光后的硅片50表面形成一层亲水覆膜,在亲水覆膜的作用下水分停留在硅片50两侧的表面,使硅片50双面与外界空气之间有一层水隔膜,保护硅片50两侧面。
粗抛液和精抛液的PH值相同且均为9-11。
S4:按照如S1步骤中所述的设定顺序进行下载硅片、载具。
精抛结束后,依次关闭精抛桶32、主管道35上的电磁阀,再停止压盘20和放自拍11的旋转,并控制压盘20远离硅片50一侧移动。按照载具40放置的顺序和每个载具40上硅片50放置的顺序,取出所有硅片50,并使所有硅片50依次放置到花篮中。再依次取出载具40,进行清洗。
采用本发明设计的双面抛光装置,结构设计简单且合理,可以完全清除硅片表面的黏着剂,清洗效果好;保证几何参数中的平坦度稳定变化在标准范围之内。
采用本发明提出的双面抛光方法,尤其适用于大尺寸半导体硅片的双面抛光,不仅抛光效果好,而且无需额外使用使用清洗剂去除硅片表面的黏着剂,只需依次对硅片经过粗抛、精抛之后,再在硅片双面进行水膜处理,即可以完全清除硅片表面的黏着剂,清洗效果好;亦可同时获得几何参数稳定的平坦度,且硅片双面的平坦度均被控制在0.5μm以内。
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 (10)
1.一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,步骤包括:
控制置于硅片上方的压盘压力,并选择相应粒径的粗抛液对所述硅片双面进行粗抛;
再调整所述压盘压力,并选择相应粒径的精抛液对所述硅片双面进行精抛;所述粗抛液或所述精抛液经同一主管道通过所述压盘流至设于所述硅片双侧的上抛垫和下抛垫;
所述精抛液至少包括多元醇类化合物;
且所述粗抛液和所述精抛液均包括SiO2和NH4OH的混合液。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,所述粗抛液中SiO2和NH4OH混合液的粒径为30-100nm。
3.根据权利要求2所述的一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,所述精抛液粒径小于所述粗抛液粒径,并所述精抛液中SiO2和NH4OH混合液的粒径为10-40nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,所述粗抛液和所述精抛液的PH值相同且均为9-11。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,在粗抛时所述压盘的压力为1000-20000Kg。
6.根据权利要求5所述的一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,在精抛时所述压盘的压力为1000-20000Kg。
7.根据权利要求5或6所述的一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,粗抛时所述压盘压力与精抛时所述压盘压力相同。
8.根据权利要求7所述的一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,所述上抛垫与所述下抛垫厚度相同,且均为有机高分子材料制成的结构。
9.根据权利要求1-3、5-6、8任一项所述的一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,在粗抛之前还包括按照设定顺序上载所述硅片的步骤。
10.根据权利要求9所述的一种大尺寸硅片双面抛光方法,其特征在于,在精抛之后还包括按照如所述上载步骤中所述的设定顺序进行下载所述硅片的步骤。
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