CN101431021A - 一种薄型硅单晶抛光片加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及薄型硅单晶抛光片的加工方法，其包括以下步骤：步骤一，对硅单晶采用线切割切片；步骤二，采用开槽双面研磨机，其上使用内圆镶软塑胶环的不锈钢行星片，对切片后的硅单晶进行双面研磨；步骤三，采用酸腐蚀减薄工艺，酸腐蚀去除量在10~60微米；步骤四，采用纳米研磨工艺，纳米研磨去除量在1~25微米；步骤五，采用有蜡抛光工艺，有蜡抛光去除量在5~30微米。本发明通过采用一种新的薄型硅单晶抛光片加工新的技术路线和工艺流程，有效提高薄型硅单晶抛光片TTV、WARP、TIR、STIR等水平和成品率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料加工技术和流程设计，尤其IC用薄型硅单晶抛光片加工技术路线和工艺流程的设计。
背景技术
按照传统技术路线和工艺流程，由于内圆刀片薄型化受到材质强度的限制，所以不仅切片损耗降不下来，出片率无法提高，而且翘曲度(Warp)大；由于双面研磨用不锈钢行星片与硅片的硬碰撞，硅片边缘破损率较高；由于双面研磨损伤层深，碱腐蚀后直接抛光需要的抛去量大，抛光片总厚度变化(TTV)和平整度(TIR、STIR)水平差。概括起来，按照传统技术路线和工艺流程加工薄抛光片存在三大问题，即：1)碎片率高；2)出片率低；3)TTV(总厚度变化)、Warp(翘曲度)、TIR(总平整度)、STIR(局部平整度)水平低。
按照传统技术路线和工艺流程请参照图1所示，由于内圆刀片薄型化受到材质强度的限制，所以不仅切片损耗降不下来，出片率无法提高，而且翘曲度(Warp)大；由于双面研磨用不锈钢行星片与硅片的硬碰撞，硅片边缘破损率较高；由于双面研磨损伤层深，碱腐蚀后直接抛光需要的抛去量大，抛光片总厚度变化(TTV)和平整度(TIR、STIR)水平差。概括起来，按照传统技术路线和工艺流程加工薄抛光片存在三大问题，即：1)碎片率高；2)出片率低；3)TTV(总厚度变化)、Warp(翘曲度)、TIR(总平整度)、STIR(局部平整度)水平低。不能满足用户要求。这些问题的存在，使薄抛光片根本无法进入工业化生产。
这种现有工艺抛光硅片不仅出片率低，而且抛光片的几何参数不好，而且IC客户先在厚抛光片加工好器件，然后增加一道减薄工序，再经过封装测试，工序较为复杂。
鉴于此，实有必要提供一种新技术路线和工艺流程，用于提高IC用薄型硅单晶抛光片的生产率及品质。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供新的技术路线和工艺流程以提高出片率，提高Warp水平；减少碎片和提高硅片平整度；可减少抛去量，从而提高硅片平整度水平。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种薄型硅单晶抛光片加工方法，其包括以下步骤：
步骤一，对硅单晶采用线切割切片；
步骤二，采用开槽双面研磨机，其上使用内圆镶软塑胶环的不锈钢行星片，对切片后的硅单晶进行双面研磨；
步骤三，采用酸腐蚀减薄工艺，酸腐蚀去除量在10~60微米；
步骤四，采用纳米研磨工艺，纳米研磨去除量在1~25微米；
步骤五，采用有蜡抛光工艺，有蜡抛光去除量在5~30微米。
作为本发明的优选方案之一，所述步骤三中的酸腐蚀减薄工艺包括混酸溶液的配制，所述混酸溶液为硝酸、氢氟酸和缓冲性酸体积配比为2：1：1。
作为本发明的优选方案之一，所述缓冲性酸指磷酸或冰醋酸。
作为本发明的优选方案之一，所述步骤三中的酸腐蚀减薄工艺中，腐蚀温度40℃，腐蚀时间30秒，酸腐蚀去除量33微米；弱碱清洗剂浓度4％，清洗温度60℃，超声时间5分钟，漂洗时间5分钟。
作为本发明的优选方案之一，所述步骤三中的酸腐蚀减薄工艺中，腐蚀温度35℃，腐蚀时间26秒，酸腐蚀去除量30微米，弱碱清洗剂浓度4％；清洗温度60℃，超声时间5分钟，漂洗时间5分钟。
本发明通过采用一种提高IC用薄型硅单晶抛光片的生产率及品质的新技术路线和工艺流程，有效提高薄型硅单晶抛光片TTV、WARP、TIR、STIR等品质和成品率。
附图说明
图1是薄型硅单晶抛光片制造传统技术路线和工艺流程的流程图；
图2是本发明的薄型硅单晶抛光片制造新技术路线和工艺流程的流程图。
具体实施方式
本发明的内容、优点和目的将在下面实施例的说明中予以阐述。
本专利实施例一，加工6寸重掺砷N型<111>抛光硅片。
在酸腐蚀减薄工序，混酸溶液(硝酸、氢氟酸和缓冲性酸如磷酸、冰醋酸等)体积配比为2：1：1，腐蚀温度40℃，腐蚀时间30秒，酸腐蚀去除量33微米；弱碱清洗剂浓度4％，清洗温度60℃，超声时间5分钟，漂洗时间5分钟。在纳米研磨工序，纳米研磨机主轴旋转速度4800rpm，主轴进给速度为0.8微米/秒，陶瓷盘转速为20rpm，纳米研磨去除量为6微米。在抛光工序，抛光片数为6寸20片，粗抛的PH值为10，粗抛浆流量为0.4升/分，粗抛光温度50℃，粗抛光压力0.9Mpa，粗抛头转速65转/分；中抛的PH值为10，中抛浆流量为0.4升/分，中抛光温度38℃，中抛光压力0.35Mpa，中抛头转速65转/分；精抛的PH值为9，精抛浆流量为0.45升/分，精抛光温度39℃，精抛光压力0.7Mpa，精抛头转速60转/分。总抛去量为11微米。
本专利实施例二：加工6寸重掺砷N型<111>抛光硅片。
在酸腐蚀减薄工序，混酸溶液(硝酸、氢氟酸和缓冲性酸如磷酸、冰醋酸等)体积配比为2：1：1，腐蚀温度35℃，腐蚀时间26秒，酸腐蚀去除量30微米，弱碱清洗剂浓度4％；清洗温度60℃，超声时间5分钟，漂洗时间5分钟。在纳米研磨工序，纳米研磨机主轴旋转速度4800rpm，主轴进给速度为0.6微米/秒，陶瓷盘转速20rpm，纳米研磨去除量7微米。在抛光工序，抛光片数为6寸20片，粗抛的PH值10，粗抛浆流量为0.4升/分，粗抛光温度45℃，粗抛光压力1.0Mpa，粗抛头转速55转/分；中抛的PH值10，中抛浆流量为0.35升/分，中抛光温度37℃，中抛浆流量为0.35升/分，中抛光压力0.3Mpa，中抛头转速55转/分；精抛的PH值9，精抛浆流量为0.35升/分，精抛光温度39℃，精抛光压力0.7Mpa，精抛头转速55转/分。总抛去量6微米。
本专利实施例一、例二结果如下表。
本专利实施结果
按照新技术路线和工艺流程确定的项目内容和基本原理分述如下：
a.改内圆刀片切割为线切割。由于钢丝线直径比刀片基板厚度小了许多，因此线切割损耗少，单位出片量多；改进和优化线切割工艺技术，可加工出几何参数如TTV、Warp水平好的薄硅片。
b.选购开槽双面研磨机，使行星片内衬橡胶。改无槽磨盘研磨为开槽磨盘研磨可减少了研磨阻力；改无内衬橡胶的行星片为有内衬橡胶的行星片，避免了硅片与行星片的硬碰撞。这两项改动碎片率由1.5％降低至0.4％。
c.采用酸腐蚀消除硅片损伤层工艺。改硷腐蚀工艺为酸腐蚀工艺，可提高硅片表面光洁度，从而降低硅片表面颗粒沾污。
d.传统工艺流程是直接对酸腐蚀硅片进行抛光，现改为对纳米精密研磨片进行抛光。纳米研磨是硅片在硬吸盘上的纳米级的精细研磨，可以把前道工序酸腐蚀后硅片TTV、TIR和STIR水平的下降，恢复到好的水平；可以去除酸腐蚀硅片表面的腐蚀凹坑，从而可以减少抛光去除量，这两点是提高薄抛光片TTV、TIR和STIR水平的关键。
e.由于有蜡抛光和有垫无蜡抛光贴片方式不同，有蜡抛光时硅片不会相对贴片盘移动，可以解决有垫无蜡抛光产生的碎片问题和TTV、TIR、STIR水平低的问题。
薄抛光片加工技术发展趋势是：
a.采用更细钢丝进行线切割，以切割出更多的硅片。
b.开发纳米研磨、抛光一体机，略去有蜡抛光，一次完成纳米研磨和抛光加工，这样可以做得更省、几何参数更好。
技术指标
| 内容 | 单位 | 标准 | 完成情况 |
| 硅片厚度 | μm | ≤SEMI标准 | φ4 280~520μmφ5 280~620μmφ6 405~650μm |
| TTV(总厚度变化) | μm | ≤5 | φ4 mean 2.6μmφ5 mean 2.7μmφ6 mean 3.2μm |
| TIR(总平整度) | μm | ≤3 | φ4 mean 1.18μmφ5 mean 1.3μmφ6 mean 1.6μm |
| STIR(局部平整度) | μm | ≤2 | φ4 mean 0.95μmφ5 mean 1.1μmφ6 mean 1.5μm |
| WARP(翘曲度) | μm | ≤20 | φ4 mean 15μmφ5 mean 8.1μmφ6 mean 10.3μm |
硅片出片数由74片/公斤提高至88片/公斤，出片率提高20％(按4寸切片厚度为410微米计算)；该工艺加工的抛光硅片厚度可以由525微米降到290微米抛光片，避免IC器件完成后再增加减薄工序；STIR<1.5微米、TTV<5微米等等。
新技术路线和工艺流程使用线切割提高硅片出片率，酸腐蚀保证硅片表面的光洁度，采用纳米研磨工艺提供薄型硅单晶抛光片的几何参数如TTV、STIR等。新的技术路线和工艺流程可以提高出片率、减少碎片，可以使TTV、Warp、TIR、STIR等质量参数达国际先进水平。
比较新的和传统技术路线和工艺流程，新技术路线和工艺流程改进如下：切片工序改为线锯切片，腐蚀减薄工序改为酸腐蚀，抛光工序改为有蜡抛光，在腐蚀减薄工序和抛光工序之间增加了纳米研磨工序。本专利采用了内圆镶软塑胶环的不锈钢行星片。本专利还分别对酸腐蚀去除量、纳米研磨去除量、有蜡抛光去除量作了规定。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1、一种薄型硅单晶抛光片加工方法，其包括以下步骤：
步骤一，对硅单晶采用线切割切片；
步骤二，采用开槽双面研磨机，其上使用内圆镶软塑胶环的不锈钢行星片，对切片后的硅单晶进行双面研磨；
步骤三，采用酸腐蚀减薄工艺，酸腐蚀去除量在10~60微米；
步骤四，采用纳米研磨工艺，纳米研磨去除量在1~25微米；
步骤五，采用有蜡抛光工艺，有蜡抛光去除量在5~30微米。
2、如权利要求1所述的薄型硅单晶抛光片加工方法，其特征在于：所述步骤三中的酸腐蚀减薄工艺包括混酸溶液的配制，所述混酸溶液为硝酸、氢氟酸和缓冲性酸体积配比为2:1:1。
3、如权利要求2所述的薄型硅单晶抛光片加工方法，其特征在于：所述缓冲性酸指磷酸或冰醋酸。
4、如权利要求2所述的薄型硅单晶抛光片加工方法，其特征在于：所述步骤三中的酸腐蚀减薄工艺中，腐蚀温度40℃，腐蚀时间30秒，酸腐蚀去除量33微米；弱碱清洗剂浓度4％，清洗温度60℃，超声时间5分钟，漂洗时间5分钟。
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