CN110126106A - 晶圆加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆加工方法，涉及晶圆加工技术领域，本发明提供的晶圆加工方法包括：掏圆加工以获得圆柱物料；铣磨加工以使圆柱物料的端面平整，且端面垂直于圆柱物料的轴线；改圆加工，以圆柱物料的端面为定位基准面，绕圆柱物料的轴线修正圆柱物料的圆周面；切割圆柱物料以获得晶片。本发明提供的晶圆加工方法缓解了现有技术中晶圆加工良品率较低的技术问题。

Description

晶圆加工方法

技术领域

本发明涉及晶圆加工技术领域，尤其是涉及一种晶圆加工方法。

背景技术

玻璃晶圆的加工流程通常包括：掏圆、改圆、线切割、精雕、研磨、抛光、清洗和精选等步骤。掏圆大多采用套筒在块料上钻取圆柱物料，经改圆加工修正圆柱物料的圆周面，再经线切割加工形成截面为圆形的晶片。加工过程中，圆柱物料和晶片极易发生破裂，并且产生破裂的几率随所加工晶片的径向尺寸增大而增大，因此存在晶圆加工良品率较低的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆加工方法，以缓解现有技术中晶圆加工良品率较低的技术问题。

第一方面，本发明提供的晶圆加工方法，包括：

掏圆加工，以获得圆柱物料；

铣磨加工，以使所述圆柱物料的端面平整，且所述端面垂直于所述圆柱物料的轴线；

改圆加工，以所述圆柱物料的端面为定位基准面，绕所述圆柱物料的轴线修正所述圆柱物料的圆周面；

切割所述圆柱物料以获得晶片。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述掏圆加工的步骤包括：

将块料固定在机座的承载端面上，并在所述块料和所述承载端面之间垫设填充物；

切割所述块料，以获得所述圆柱物料。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述晶圆加工方法还包括：

精雕所述晶片以使所述晶片的圆周面边缘形成倒角。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，在所述精雕所述晶片的步骤后，打磨所述晶片的端面。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述打磨所述晶片的端面的步骤包括：

将所述晶片置于上研磨盘和下研磨盘之间，使所述上研磨盘和所述下研磨盘分别绕所述晶片的轴线差速旋转；

将抛光剂冷却至预设温度，并将抛光剂浇淋至所述上研磨盘和下研磨盘之间。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述晶圆加工方法还包括检测所述晶片的总厚度偏差；

若所述总厚度偏差大于等于0.5μm，则继续打磨所述晶片的端面。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述打磨所述晶片的端面的步骤包括：

绕所述晶片的轴线旋转所述晶片，和/或，翻转对调所述晶片的端面。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述晶圆加工方法还包括：

碱性清洗剂浸泡清洗所述晶片；

纯水清洗所述晶片；

干燥处理所述晶片。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述切割圆柱物料的步骤包括：

线切割所述圆柱物料；

其中，走丝速度范围为600m/min～700m/min，丝线张力范围为28N～30N，摇动角度0～3deg，摇动速率100deg～120deg。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述晶圆加工方法以折射率范围为1.7～2.1的光学玻璃为原料。

本发明实施例带来了以下有益效果：采用掏圆加工以获得圆柱物料，铣磨加工以使圆柱物料的端面平整，且端面垂直于圆柱物料的轴线，以圆柱物料的端面为定位基准面进行，绕圆柱物料的轴线修正圆柱物料的圆周面进行以改圆加工，切割圆柱物料以获得晶片的方式，通过铣磨加工提高圆柱物料端面的平整度，以及保证圆柱物料端面与圆柱物料轴线的垂直度，从而降低绕圆柱物料的轴线进行改圆加工过程中物料产生破裂的几率，进而提高良品率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的晶圆加工方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的晶圆加工方法，包括：掏圆加工，以获得圆柱物料；铣磨加工，以使圆柱物料的端面平整，且端面垂直于圆柱物料的轴线；改圆加工，以圆柱物料的端面为定位基准面，绕圆柱物料的轴线修正圆柱物料的圆周面；切割圆柱物料以获得晶片。

具体地，采用截面形状为环形的刀具在块料上钻取圆柱物料，使用铣刀或者砂轮磨削圆柱物料的轴向端面，以使圆柱物料的轴线垂直于圆柱物料的端面。切削或研磨圆柱物料的圆周面，以圆柱物料的轴向端面为基准面固定圆柱物料，并使改圆刀具绕圆柱物料的轴线切削或研磨圆柱物料，由于此时圆柱物料的轴线与圆柱物料的端面趋近于垂直，进而改圆刀具相对于圆柱物料的进给力度沿圆柱物料的周向均匀分布，由此可以避免圆柱物料在改圆加工过程中产生破裂。

需要说明的是，通过改圆加工可提高圆柱物料的截面圆度，经改圆加工后沿平行于圆柱物料周向端面的方向切割圆柱物料可获得截面形状为圆形的晶片。此后无需为提高晶片截面圆度而采用切削加工，进而可以避免因晶片周向尺寸较小，切削加工易造成晶片裂片的技术问题；即，晶片较薄切削加工易造成晶片崩边或裂片，在切割形成晶片前对圆柱物料进行改圆加工，从而无需对晶片进行进给量较大的切削加工，由此可以提高晶片良品率。

在本发明实施例中，掏圆加工的步骤包括：将块料固定在机座的承载端面上，并在块料和承载端面之间垫设填充物；切割块料以获得圆柱物料。

具体的，掏圆加工以立方体块料为原料，通过截面为环形的刀具在块料上钻取圆柱物料。过程中需要先将块料固定在机座的承载端面上，由于块料与机座的承载端面之间存在缝隙，在掏圆加工过程中，刀具对块料施加作用力易在块料朝向承载端面的一侧产生崩边，为此在块料和承载端面之间垫设填充物，以填充物填补块料与机座的承载端面之间的缝隙，从而可以避免掏圆加工时产生崩边不良现象。其中，填充物包括：泡沫垫或者原子灰，通过泡沫垫或者原子灰垫设在块料与机座的承载端面之间，当截面为环形的刀具在块料上钻取圆柱物料时，泡沫垫或者原子灰被挤压在块料与机座的承载端面之间，通过泡沫垫或者原子灰承载块料，从而避免块料朝向承载端面的一侧因存在空隙而产生崩裂现象。

进一步的，晶圆加工方法还包括：精雕晶片，以使晶片的圆周面边缘形成倒角。其中，经掏圆加工获得的圆柱物料的端面垂直于圆柱物料的圆周面，由此在圆柱物料的端面和圆周面交界处形成易破损的边棱。通过精雕使晶片的圆周面边缘形成倒角，进而可以解决边棱处应力集中的技术问题，可避免晶片在后续加工过程中因边棱处磕碰造成崩边。此外，倒角可降低晶片边缘的锋利程度，进而避免晶片在安装使用时划伤操作者。

以加工截面直径为150mm的晶片为例，掏圆加工在块料上钻取截面直径为157mm的圆柱物料，且圆柱物料的轴向尺寸为45mm，经改圆加工可使圆柱物料的截面直径达到151mm～152mm，经精雕可使晶片的截面直径达到150mm以满足技术需要。切割圆柱物料时，可采用多线切割机切割圆柱物料，从而高效获得多片晶片。

进一步的，在精雕晶片的步骤后，打磨晶片的端面。为降低晶片端面的总厚度偏差，可使晶片端面依次经粗磨、中磨、精磨、初抛、中抛和精抛，在打磨晶片端面时，晶片端面的边棱处易受力产生应力集中，由此易产生崩边问题。在精雕晶片的步骤后打磨晶片的端面，从而可以避免研磨机和抛光机作用于晶片的边棱，进而可以避免晶片崩边问题产生。

进一步的，打磨晶片的端面的步骤包括：将晶片置于上研磨盘和下研磨盘之间，使上研磨盘和下研磨盘分别绕晶片的轴线差速旋转；将抛光剂冷却至预设温度，并将抛光剂浇淋至上研磨盘和下研磨盘之间。

具体的，采用双面研磨机进行晶片的端面打磨，使研磨盘的大边盘型控制在8μm以内，小边盘型控制在4μm以内，由此可使晶片的总厚度偏差控制在2μm以内。双面研磨机的上研磨盘和下研磨盘均为金属铸件，打磨过程中会产生大量热量，上研磨盘和下研磨盘在受热后会发生膨胀，从而影响工作端面的平整性，为此采用抛光剂对上研磨盘和下研磨盘进行冷却。在盛装抛光剂的容器侧壁设置冷却水道，过程中使抛光剂的温度介于17摄氏度和22摄氏度之间，进而避免加工过程中因上研磨盘和下研磨盘受热变形造成晶片的总厚度偏差增大。

以采用森永双面研磨抛光设备为例，研磨和抛光工序的工艺参数参见下表。

其中，上研磨盘和下研磨盘以一定速比对晶片端面进行打磨，从而确保上研磨盘和下研磨盘的磨损相对均匀，进而保证上研磨盘和下研磨盘端面的平整性。此外，可在上研磨盘和下研磨盘表面设置沟槽，以便抛光剂能够沿沟槽流动，进而提高上研磨盘和下研磨盘的冷却效率。

进一步的，晶圆加工方法还包括检测晶片的总厚度偏差；若总厚度偏差大于等于0.5μm，则继续打磨晶片的端面。晶片的总厚度偏差小于0.5μm，从而可以提高衍射光栅曝光的图形尺寸均匀性和一致性。

进一步的，打磨晶片的端面的步骤包括：绕晶片的轴线旋转晶片，和/或，翻转对调晶片的端面。其中，可在预设时间绕晶片的轴线旋转晶片，或者，在预设时间翻转对调晶片的端面，从而改变研磨盘对晶片端面的作用位置，以便使晶片端面上的各个位置能够承受较为均衡的打磨作用，从而降低晶片总厚度偏差。采用激光干涉仪检测晶片，直至总厚度偏差小于0.5μm，斜度小于20微弧度。此外，通过在研磨和抛光中对晶片进行多次翻面和位置对调，可以对翘曲度面型逐步进行修复，使晶片最终达到翘曲度小于20μm，弯曲度小于10μm。

进一步的，晶圆加工方法还包括：碱性清洗剂浸泡清洗晶片；纯水清洗晶片；干燥处理晶片。在检验晶片的总厚度偏差达到预设标准后，对晶片依次进行碱性清洗剂浸泡清洗、纯净水溢流漂洗、喷淋清洗和甩干，从而去除晶片上附着的杂质。需要说明的是，清晰晶片时通常采用氢离子浓度指数大于12的碱性清洗剂，清洗时采用加热并增加超声振荡的方式清洁晶片，由于具有较高折射率的玻璃材料易被腐蚀，在强碱环境下加热和超声振荡易造成晶片表面被腐蚀。为此，在清洗晶片时，使晶片在脱模剂中浸泡一定时间，不再进行加热和超声振荡，从而避免晶片被腐蚀。

进一步的，切割圆柱物料的步骤包括：线切割圆柱物料；其中，走丝速度范围为600m/min～700m/min，丝线张力范围为28N～30N，摇动角度0～3deg，摇动速率100deg～120deg。以加工直径为6英寸的晶片为例，通常切割时间需要10小时以上；采用高鸟812SD线切割机，并使走丝速度范围为600m/min～700m/min，丝线张力范围为28N～30N，摇动角度0～3deg，摇动速率100deg～120deg，进而可在7小时以内完成切割，并且晶片的翘曲度小于26μm，如此大幅度提高了晶片加工效率。

本发明实施例提供的晶圆加工方法以折射率范围为1.7～2.1的光学玻璃为原料。以加工直径尺寸范围为140mm～210mm，轴向厚度0.1mm～3mm的晶片为例，采用折射率范围为1.7～2.1的光学玻璃为原料加工晶片，并使晶片的总厚度偏差小于0.5μm，斜度小于20微弧度，翘曲度小于20μm，弯曲度小于10μm，在采用光波导技术的AR视频眼镜的彩色立体图像传输***中，采用此玻璃晶圆作为纳米级衍射光栅图形的玻璃基底，从而可以使视场角达到30度～40度，进而增强AR视频眼镜用户的沉浸感和真实感。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种晶圆加工方法，其特征在于，包括：

掏圆加工，以获得圆柱物料；

铣磨加工，以使所述圆柱物料的端面平整，且所述端面垂直于所述圆柱物料的轴线；

改圆加工，以所述圆柱物料的端面为定位基准面，绕所述圆柱物料的轴线修正所述圆柱物料的圆周面；

切割所述圆柱物料以获得晶片。

2.根据权利要求1所述的晶圆加工方法，其特征在于，所述掏圆加工的步骤包括：

将块料固定在机座的承载端面上，并在所述块料和所述承载端面之间垫设填充物；

切割所述块料以获得所述圆柱物料。

3.根据权利要求1所述的晶圆加工方法，其特征在于，所述晶圆加工方法还包括：

精雕所述晶片，以使所述晶片的圆周面边缘形成倒角。

4.根据权利要求3所述的晶圆加工方法，其特征在于，在所述精雕所述晶片的步骤后，打磨所述晶片的端面。

5.根据权利要求4所述的晶圆加工方法，其特征在于，所述打磨所述晶片的端面的步骤包括：

将所述晶片置于上研磨盘和下研磨盘之间，使所述上研磨盘和所述下研磨盘分别绕所述晶片的轴线差速旋转；

将抛光剂冷却至预设温度，并将所述抛光剂浇淋至所述上研磨盘和下研磨盘之间。

6.根据权利要求4所述的晶圆加工方法，其特征在于，所述晶圆加工方法还包括检测所述晶片的总厚度偏差；

若所述总厚度偏差大于等于0.5μm，则继续打磨所述晶片的端面。

7.根据权利要求6所述的晶圆加工方法，其特征在于，所述打磨所述晶片的端面的步骤包括：

绕所述晶片的轴线旋转所述晶片，和/或，翻转对调所述晶片的端面。

8.根据权利要求1所述的晶圆加工方法，其特征在于，所述晶圆加工方法还包括：

碱性清洗剂浸泡清洗所述晶片；

纯水清洗所述晶片；

干燥处理所述晶片。

9.根据权利要求1所述的晶圆加工方法，其特征在于，所述切割圆柱物料的步骤包括：

线切割所述圆柱物料；

其中，走丝速度范围为600m/min～700m/min，丝线张力范围为28N～30N，摇动角度0～3deg，摇动速率100deg～120deg。

10.根据权利要求1所述的晶圆加工方法，其特征在于，所述晶圆加工方法以折射率范围为1.7～2.1的光学玻璃为原料。