CN113787638A - 一种确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，属于单晶硅硅片加工技术领域，将<100>晶向的晶棒制作成籽晶时偏离预定的角度，将籽晶进行晶棒拉制，晶棒拉制完成后，在晶棒上标记出籽晶的偏离角度，将已拉制完成的晶棒进行滚磨加工，在滚磨加工的过程中，自动滚磨机识别晶棒上的标记，晶棒外圆滚磨完成后，以标记位置作为X光机测量NOTCH晶向的基准面，开NOTCH槽；通过在制作籽晶时预先偏离预定角度，再将已偏离预定方向的籽晶的偏离方向标记到晶棒上，再对晶棒进行滚磨，在标记位置开NOTCH槽，以在晶棒的端面晶向和NOTCH基准面建立固定的空间关系，再对晶棒进行切片，切片时warp值能够稳定在一个范围。

Description

一种确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法
技术领域
本发明涉及单晶硅硅片加工技术领域，具体涉及一种确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法。
背景技术
半导体晶圆加工时，需要将晶棒加工成硅片，硅片加工过程中需要控制硅片的翘曲度(warp)、硅片的总厚度变化(TTV)、硅片的几何参数(BOW)、局部平坦度等重要参数。现在使用的多线切割方法直接影响着硅片的warp和BOW值，但是warp是不能通过后面工序改善。所以降低切片过程对warp的影响，是保证高品质晶圆不可或缺的过程。
目前在改善warp的过程中，线网和晶锭NOTCH的角度值，是影响warp的重要因素；对于面心立方结构(110)，面心立方结构(110)中含有次解理面，次解理面的面间距较大，面密度大，键密度小，切割时受原子间作用力小，不会造成机加工过程中的位错，通常选取次解理面为参考面，在参考面开NOTCH，因此对于<100>晶向的晶棒，在<100>晶向的晶棒的柱面上有四个等效的<110>晶向的参考面，如图1所示，晶棒多线切割过程中在旋转角不同的情况下warp均值上下浮动，但是当NOTCH和钢线网的角度关系为-90°、0°、90°时，warp值较好，位于10以下，这是因为在0°、90°、-90°对应晶体结构中的晶向是<110>晶向(即入刀口的晶向是<110>)，故warp值较好。
但是在现实生产过程中影响NOTCH槽和钢线网之间的角度因素为：晶棒的端面晶向和以NOTCH为基准建立的坐标系的关系，以图2所为例，如X、Y、Z处于一个三维坐标系中，OZ轴为理论晶棒端面晶向指向，XOY平面为晶棒的晶面，理论上OZ轴和晶棒晶向重合，OZ垂直于XOY，即<100>晶棒的端面晶向和<110>参考面晶向在空间中是垂直的。但是实际生产中，晶棒晶向是和OZ有一定的角度关系，<110>参考面为NOTCH所在的平面，开NOTCH为晶向，OX、OY属于两个晶向，需要寻找OX、OY两个晶向和端面晶向的关系；在切片过程，需要将晶棒晶向的偏离程度进行校准，通过参考面建立相应的坐标系，通过旋转和摆动的方法校准晶棒晶向，但由于晶棒晶向的偏离与<110>参考面开NOTCH的OX、OY晶向的关系是任意的，因此在X光机中晶棒的端面晶向OZ’在XOY平面中往哪个方向偏移是不确定的，故这个因素会影响后面晶棒切片是旋转0°、90°、-90°的值。因此，现有技术中，晶棒的NOTCH槽方向的晶向与该晶棒的端面晶向在空间中会形成一定的角度，在硅片的切割时，会影响硅片的切割状态。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，以解决现有技术中晶棒的NOTCH槽方向的晶向与该晶棒的端面晶向在空间中会形成一定的角度，导致硅片的切割状态不稳定的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，包括以下步骤：
籽晶的制作：选取具有<100>晶向的原材料晶棒，将具有<100>晶向的原材料晶棒切割成待加工晶锭，对待加工晶锭的外圆进行滚磨加工，制得待掏棒晶锭，以通过对待加工晶锭的外圆进行滚磨加工使制得的待掏棒晶锭产生<110>晶向，将待掏棒晶锭的端面接着在可调节晶向的工件板上，在可调节工件板上，用X光机照射所述待掏棒晶锭的端面，以确定待掏棒晶锭的端面晶向，并选取<110>晶向所在的平面作为参考面，以该参考面为基准使待掏棒晶锭的端面晶向在该参考面上偏离预定的角度，将接着在可调节晶向的工件板上的已偏离预定角度的待掏棒晶锭安装在掏棒机上进行掏棒，制得半成品籽晶，再将半成品籽晶进行车床加工，加工NOTCH槽，以制备成籽晶；
晶棒拉制：将籽晶安装籽晶夹头内进行晶棒拉制，以将籽晶NOTCH槽标记传递给晶棒；
晶棒标记识别：在晶棒NOTCH槽的位置贴上待识别的标签，将贴上待识别标签的晶棒放置在自动滚磨机上进行滚磨加工，自动滚磨机在进行滚磨加工的过程中自动识别晶棒上的标记；
晶棒加工NOTCH槽：晶棒滚磨加工后，以识别标记位置开NOTCH槽。
优选地，所述籽晶的制作过程中，在所述待加工晶锭的尾部标识生长棱线，为所述待掏棒晶锭的端面晶向的偏离预定角度提供偏离方向。
优选地，所述籽晶的制作过程中，所述待掏棒晶锭的端面晶向的偏离预定的角度为：以<110>晶向所在的平面作为参考面，以该参考面为基准使待掏棒晶锭的端面晶向在该参考面上偏向右边的生长棱线预定的角度。
优选地，所述籽晶的制作过程中，所述待掏棒晶锭的端面晶向的偏离预定角度为：1.3°～1.7°。
优选地，所述籽晶的制作过程中，位于可调节晶向的工件板上的所述偏离预定角度的待掏棒晶锭安装在掏棒机上进行掏棒，在掏棒后，需要校验半成品籽晶的端面晶向的偏离角度与预定的偏离角度是否一致。
优选地，所述籽晶的制作过程中，若校验半成品籽晶的端面晶向的偏离角度与预定的偏离角度不一致，则将半成品籽晶从掏棒机上拆下，将调整好的另一个晶锭安装到掏棒机，调整好相关参数进行掏棒，掏棒结束后继续校验；
若校验半成品籽晶的端面晶向的偏离角度与预定的偏离角度一致，则将剩余晶锭安装在掏棒机上进行生产，制备半成品籽晶，再将半成品籽晶批量进行车床加工，加工NOTCH槽及其他几何参数，以制备成籽晶。
优选地，所述晶棒拉制的过程中，所述籽晶夹头包括：第一圆柱筒体、过渡部、第二圆柱筒体，所述第一圆柱筒体的半径大于所述第二圆柱筒体的半径，所述第一圆柱筒体通过所述过渡部与第二圆柱筒体固定连接，所述第二圆柱筒体的内壁设置第一凸块，所述第二圆柱筒体的外壁设置第二凸块，所述第一凸块与所述第二凸块位于所述第二圆柱筒体轴线的同一侧，且所述第一凸块与所述第二凸块的截面共面，所述第一凸块与所述第二凸块的形状与所述NOTCH槽相同，所述籽晶安装在所述第二圆柱筒体内。
优选地，所述晶棒标记识别的过程中，所述自动滚磨机识别晶棒的标记后，将晶棒的旋转轴坐标重置归零，为晶棒开NOTCH槽提供基准。
优选地，所述晶棒加工NOTCH槽的过程中，在晶棒滚磨加工完毕后，将晶棒旋转至归零位置，用X光机照射晶棒，以确定晶棒的晶向，开NOTCH槽。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其有益效果是：选取具有<100>晶向的原材料晶棒，将具有<100>晶向的原材料晶棒切割成待加工晶锭，对待加工晶锭的外圆进行滚磨加工，制得待掏棒晶锭，以通过对待加工晶锭的外圆进行滚磨加工使制得的待掏棒晶锭产生<110>晶向，将待掏棒晶锭的端面接着在可调节晶向的工件板上，在可调节工件板上，用X光机照射所述待掏棒晶锭的端面，以确定待掏棒晶锭的端面晶向，并选取<110>晶向所在的平面作为参考面，以该参考面为基准使待掏棒晶锭的端面晶向在该参考面上偏离预定的角度，将接着在可调节晶向的工件板上的已偏离预定角度的待掏棒晶锭安装在掏棒机上进行掏棒，制得半成品籽晶，再将半成品籽晶进行车床加工，加工NOTCH槽，以制备成籽晶，将籽晶安装籽晶夹头内进行晶棒拉制，以将籽晶NOTCH槽标记传递给晶棒，在晶棒NOTCH槽的位置贴上待识别的标签，将贴上待识别标签的晶棒放置在自动滚磨机上进行滚磨加工，自动滚磨机在进行滚磨加工的过程中自动识别晶棒上的标记，晶棒滚磨加工后，以识别标记位置开NOTCH槽。本发明在制作籽晶时预先将籽晶的端面晶向偏离预定的角度，并在籽晶上进行标记，再将已偏离预定角度的籽晶的标记转移到晶棒上，再对晶棒进行滚磨，在标记位置开NOTCH槽，以使在晶棒的端面晶向和该晶棒的NOTCH槽所在的平面建立固定的空间关系，再对晶棒进行切片，使得切片时，切片的warp值能够稳定在一个范围，不会上下浮动。
附图说明
图1是现有技术中warp均值变化状态图。
图2是现有技术中的空间坐标系原理图。
图3是本申请籽晶夹头结构示意图。
图4是本申请籽晶夹头结构剖视图。
图中：籽晶夹头10、第一圆柱筒体100、过渡部200、第二圆柱筒体300、第一凸块310、第二凸块320。
具体实施方式
以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
一种确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，包括以下步骤：
籽晶的制作：选取具有<100>晶向的原材料晶棒，将具有<100>晶向的原材料晶棒切割成待加工晶锭，对待加工晶锭的外圆进行滚磨加工，制得待掏棒晶锭，以通过对待加工晶锭的外圆进行滚磨加工使制得的待掏棒晶锭产生<110>晶向，将待掏棒晶锭的端面接着在可调节晶向的工件板上，在可调节工件板上，用X光机照射所述待掏棒晶锭的端面，以确定待掏棒晶锭的端面晶向，并选取<110>晶向所在的平面作为参考面，以该参考面为基准使待掏棒晶锭的端面晶向在该参考面上偏离预定的角度，将接着在可调节晶向的工件板上的已偏离预定角度的待掏棒晶锭安装在掏棒机上进行掏棒，制得半成品籽晶，再将半成品籽晶进行车床加工，加工NOTCH槽，以制备成籽晶；
晶棒拉制：将籽晶安装籽晶夹头内进行晶棒拉制，以将籽晶NOTCH槽标记传递给晶棒；
晶棒标记识别：在晶棒NOTCH槽的位置贴上待识别的标签，将贴上待识别标签的晶棒放置在自动滚磨机上进行滚磨加工，自动滚磨机在进行滚磨加工的过程中自动识别晶棒上的标记；
晶棒加工NOTCH槽：晶棒滚磨加工后，以识别标记位置开NOTCH槽。
本发明在制作籽晶时预先将籽晶的端面晶向偏离预定的角度，并在籽晶上进行标记，再将已偏离预定角度的籽晶的标记转移到晶棒上，再对晶棒进行滚磨，在标记位置开NOTCH槽，以使在晶棒的端面晶向和该晶棒的NOTCH槽所在的平面建立固定的空间关系，再对晶棒进行切片，使得切片时，切片的warp值能够稳定在一个范围，不会上下浮动。
进一步的，所述籽晶的制作过程中，在所述待加工晶锭的尾部标识生长棱线，为所述待掏棒晶锭的端面晶向的偏离预定角度提供偏离方向。
进一步的，所述籽晶的制作过程中，所述待掏棒晶锭的端面晶向的偏离预定的角度为：以<110>晶向所在的平面作为参考面，以该参考面为基准使待掏棒晶锭的端面晶向在该参考面上偏向右边的生长棱线预定的角度；在待掏棒晶锭接着时，晶棒的参考面(<110>晶向)是向上的，向靠近右边生长棱线的位置偏离预定角度，相当于晶棒的端面晶向(<100>晶向)与<110>参考面的法向夹角发生了变化，且在切片过程中，硅片的端面晶向偏离左边会导致设备在加工过程中产能下降。
进一步的，所述籽晶的制作过程中，所述待掏棒晶锭的端面晶向的偏离预定角度为：1.3°～1.7°。
进一步的，所述籽晶的制作过程中，位于可调节晶向的工件板上的所述偏离预定角度的待掏棒晶锭安装在掏棒机上进行掏棒，在掏棒后，需要校验半成品籽晶的端面晶向的偏离角度与预定的偏离角度是否一致，因最终开NOTCH槽的位置与<110>晶向相同，因此根据<110>晶向，对半成品籽晶标识NOTCH位置。
进一步的，所述籽晶的制作过程中，若校验半成品籽晶的端面晶向的偏离角度与预定的偏离角度不一致，则将半成品籽晶从掏棒机上拆下，将调整好的另一个晶锭安装到掏棒机，调整好相关参数进行掏棒，掏棒结束后继续校验；
若校验半成品籽晶的端面晶向的偏离角度与预定的偏离角度一致，则将剩余晶锭安装在掏棒机上进行生产，制备半成品籽晶，再将半成品籽晶批量进行车床加工，加工NOTCH槽及其他几何参数，以制备成籽晶。
进一步的，所述晶棒拉制的过程中，所述籽晶夹头10包括：第一圆柱筒体100、过渡部200、第二圆柱筒体300，所述第一圆柱筒体100的半径大于所述第二圆柱筒体300的半径，所述第一圆柱筒体100通过所述过渡部200与第二圆柱筒体300固定连接，所述第二圆柱筒体300的内壁设置第一凸块310，所述第二圆柱筒体300的外壁设置第二凸块320，所述第一凸块310与所述第二凸块320位于所述第二圆柱筒体300轴线的同一侧，且所述第一凸块310与所述第二凸块320的截面共面，所述第一凸块310与所述第二凸块320的形状与所述NOTCH槽相同，所述籽晶安装在所述第二圆柱筒体300内，在晶棒拉制过程中，因为所述第一凸块310与所述第二凸块320位于所述第二圆柱筒体300轴线的同一侧，且所述第一凸块310与所述第二凸块320的截面共面，所述第一凸块310与所述第二凸块320的形状与所述NOTCH槽相同，因此将籽晶上标记NOTCH的位置传递到晶棒上，以及籽晶的偏离方向传递到晶棒上，晶棒上也拥有了相同的标记。
进一步的，所述晶棒标记识别的过程中，所述自动滚磨机识别晶棒的标记后，将晶棒的旋转轴坐标重置归零，识别到置零位置为0°，以为晶棒开NOTCH槽提供基准；若晶棒的旋转轴坐标不重置归零，自动滚磨机在滚磨的过程中，晶棒转动，机器会自动寻找峰值，在最大的峰值位置开NOTCH槽，且在晶棒转动的同时，用X光机照射晶棒观察晶棒的峰值，以确定晶棒的晶向及精度准确。
进一步的，所述晶棒加工NOTCH槽的过程中，在晶棒滚磨加工完毕后，将晶棒旋转至归零位置，以0°为基准，用X光机照射晶棒，以确定晶棒的晶向，旋转90°或-90°开NOTCH槽，以保证晶棒的端面晶向和NOTCH基准面建立固定的空间关系，进而切片时warp值稳定在一个范围。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其特征在于，包括以下步骤：籽晶的制作：选取具有<100>晶向的原材料晶棒，将具有<100>晶向的原材料晶棒切割成待加工晶锭，对待加工晶锭的外圆进行滚磨加工，制得待掏棒晶锭，以通过对待加工晶锭的外圆进行滚磨加工使制得的待掏棒晶锭产生<110>晶向，将待掏棒晶锭的端面接着在可调节晶向的工件板上，在可调节工件板上，用X光机照射所述待掏棒晶锭的端面，以确定待掏棒晶锭的端面晶向，并选取<110>晶向所在的平面作为参考面，以该参考面为基准使待掏棒晶锭的端面晶向在该参考面上偏离预定的角度，将接着在可调节晶向的工件板上的已偏离预定角度的待掏棒晶锭安装在掏棒机上进行掏棒，制得半成品籽晶，再将半成品籽晶进行车床加工，加工NOTCH槽，以制备成籽晶；
晶棒拉制：将籽晶安装籽晶夹头内进行晶棒拉制，以将籽晶NOTCH槽标记传递给晶棒；
晶棒标记识别：在晶棒NOTCH槽的位置贴上待识别的标签，将贴上待识别标签的晶棒放置在自动滚磨机上进行滚磨加工，自动滚磨机在进行滚磨加工的过程中自动识别晶棒上的标记；
晶棒加工NOTCH槽：晶棒滚磨加工后，以识别标记位置开NOTCH槽。
2.如权利要求1所述的确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其特征在于，所述籽晶的制作过程中，在所述待加工晶锭的尾部标识生长棱线，为所述待掏棒晶锭的端面晶向的偏离预定角度提供偏离方向。
3.如权利要求2所述的确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其特征在于，所述籽晶的制作过程中，所述待掏棒晶锭的端面晶向的偏离预定的角度为：以<110>晶向所在的平面作为参考面，以该参考面为基准使待掏棒晶锭的端面晶向在该参考面上偏向右边的生长棱线预定的角度。
4.如权利要求3所述的确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其特征在于，所述籽晶的制作过程中，所述待掏棒晶锭的端面晶向的偏离预定角度为：1.3°～1.7°。
5.如权利要求1所述的确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其特征在于，所述籽晶的制作过程中，位于可调节晶向的工件板上的所述偏离预定角度的待掏棒晶锭安装在掏棒机上进行掏棒，在掏棒后，需要校验半成品籽晶的端面晶向的偏离角度与预定的偏离角度是否一致。
6.如权利要求1所述的确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其特征在于，所述籽晶的制作过程中，若校验半成品籽晶的端面晶向的偏离角度与预定的偏离角度不一致，则将半成品籽晶从掏棒机上拆下，将调整好的另一个晶锭安装到掏棒机，调整好相关参数进行掏棒，掏棒结束后继续校验；
若校验半成品籽晶的端面晶向的偏离角度与预定的偏离角度一致，则将剩余晶锭安装在掏棒机上进行生产，制备半成品籽晶，再将半成品籽晶批量进行车床加工，加工NOTCH槽及其他几何参数，以制备成籽晶。
7.如权利要求1所述的确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其特征在于，所述晶棒拉制的过程中，所述籽晶夹头包括：第一圆柱筒体、过渡部、第二圆柱筒体，所述第一圆柱筒体的半径大于所述第二圆柱筒体的半径，所述第一圆柱筒体通过所述过渡部与第二圆柱筒体固定连接，所述第二圆柱筒体的内壁设置第一凸块，所述第二圆柱筒体的外壁设置第二凸块，所述第一凸块与所述第二凸块位于所述第二圆柱筒体轴线的同一侧，且所述第一凸块与所述第二凸块的截面共面，所述第一凸块与所述第二凸块的形状与所述NOTCH槽相同，所述籽晶安装在所述第二圆柱筒体内。
8.如权利要求1所述的确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其特征在于，所述晶棒标记识别的过程中，所述自动滚磨机识别晶棒的标记后，将晶棒的旋转轴坐标重置归零，为晶棒开NOTCH槽提供基准。
9.如权利要求1所述的确定晶棒的三维空间关系的晶棒加工方法，其特征在于，所述晶棒加工NOTCH槽的过程中，在晶棒滚磨加工完毕后，将晶棒旋转至归零位置，用X光机照射晶棒，以确定晶棒的晶向，开NOTCH槽。
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