CN110757287A - 倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备 - Google Patents

倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备，属于半导体技术领域。倒角磨轮的制备方法，包括：提供倒角磨轮基体，所述倒角磨轮基体的外周面上设置有至少两个沿所述倒角磨轮基体的周向设置的凹槽；在所述凹槽内形成一层过渡金属层；然后在所述过渡金属层上利用化学气相沉积法形成金刚石涂层。

Description

倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备。
背景技术
晶圆(wafer)作为半导体领域最基础的材料，在其上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的集成电路产品。晶圆是经过长晶(Growing)、切片(Slicing)、倒角(Edge Grinding)，研磨(Lapping)、抛光(Polishing)、清洗(Cleaning)等多次加工成型，最终得到符合平坦度与粗糙度要求的表面。在晶圆生产过程中，硅片的边缘处理至关重要，由于边沿小裂纹或裂缝会在硅片上产生机械应力，从而产生位错，造成有害玷污物的聚集与脱落，此外，边缘位错还会在高温处理或表面外延时引起边缘位错生长，而优异的倒角工艺可使得硅片边缘获得平滑的半径周线，将以上影响降到最小。
现有的晶圆边缘倒角是通过与带有金刚石涂层的倒角磨轮凹槽对磨形成的，倒角磨轮直径一般在300mm以内，倒角磨轮材质为铁，倒角磨轮位置固定并高速旋转，高速的旋转带来磨削力，同时带来大量的热量，使得金刚石涂层出现剥离。金刚石的硬度远高于单晶硅，使得剥离的金刚石颗粒划伤晶圆边缘表面，同时划伤倒角磨轮槽内的金刚石涂层。同时，由于倒角磨轮的材料由铁元素组成，而铁元素在高温的条件下，能够促进金刚石的氧化反应，反应如公式1-1所示，进一步造成金刚石涂层的破坏。
金刚石→石墨 公式(1-1)
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备，能够有效提高金刚石与倒角磨轮的结合强度，进而提高硅片边缘研磨或抛光加工质量。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供一种倒角磨轮的制备方法，包括：
提供倒角磨轮基体，所述倒角磨轮基体的外周面上设置有至少两个沿所述倒角磨轮基体的周向设置的凹槽；
在所述凹槽内形成一层过渡金属层；
在所述过渡金属层上利用化学气相沉积法形成金刚石涂层。
可选地，形成金刚石涂层之后，所述方法还包括：对金刚石涂层进行形状修正，形成研磨槽。
可选地，所述过渡金属层采用强碳化物金属。
可选地，所述过渡金属层采用Mo和W中的至少一种。
可选地，在所述凹槽内形成一层过渡金属层包括：
利用磁控溅射工艺在所述凹槽内形成一层金属Mo或W层。
可选地，所述磁控溅射工艺中，靶材采用纯度为99.999％的Mo板，沉积温度为600-900℃，沉积压力为0.5-2Pa，保护气体为氩气，沉积厚度为0.5-1.5μm。
可选地，形成所述金刚石涂层包括：
利用热丝等离子体化学气相沉积HFCVD工艺在金属Mo或W层上沉积一层金刚石涂层。
可选地，热丝等离子体化学气相沉积工艺中，等离子体反应气体采用CH4和H2，CH4与H2的比例为4％-8％，沉积温度为800-1100℃，腔室压力为4-8Kpa。
本发明实施例还提供了一种倒角磨轮，采用如上所述的制备方法制作得到。
本发明实施例还提供了一种晶圆加工设备，包括如上所述的倒角磨轮。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，在倒角磨轮基体的凹槽内形成过渡金属层，之后再在过渡金属层上利用化学气相沉积法形成金刚石涂层。通过选择强碳化物金属元素作为过渡层，有效的提高了金刚石的形核生长，且金属层的存在能够降低金刚石在高温下的氧化；化学气相沉积法的反应温度高，能够在磨轮本体、过渡金属层与金刚石涂层三者之间形成元素扩散区，有效的提高了金刚石与倒角磨轮的结合强度，提高了硅片边缘研磨或抛光加工质量，降低了硅片边缘有害杂质的聚集及颗粒脱落，减小了硅片的内应力，为晶圆的质量外延提供了基础；通过改变化学气相沉积法的工艺条件，可以制备不同厚度、不同晶粒尺寸的金刚石涂层，能够有效满足研磨、抛光等工艺的不同需求；过渡金属层的存在还可以提高金刚石涂层的耐磨性，增加了倒角磨轮的使用寿命；另外，在制备金刚石涂层时，不是在凹槽内填充满金刚石，而仅是形成金刚石涂层，这样后续只需要对金刚石涂层进行微调即可形成研磨槽，研磨槽形状易形成。
附图说明
图1为现有倒角磨轮的制备工艺示意图；
图2为本发明实施例倒角磨轮的制备方法的流程示意图；
图3为本发明实施例倒角磨轮的制备工艺示意图；
图4为图3中虚线框部分的放大示意图。
附图标记
1 倒角磨轮基体
2 研磨槽
3 金刚石颗粒
4 修整砂轮
5 过渡金属层
6 金刚石涂层
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
图1为现有倒角磨轮的制备工艺示意图，如图1所示，现有倒角磨轮的制作方法包括：步骤a、制作倒角磨轮基体1；步骤b、按使用形状要求在倒角磨轮侧边开研磨槽2；步骤c、将一定比例的金刚石颗粒3通过粘合剂填充在研磨槽2内，经过高温烧结，与倒角磨轮基体1结合；步骤d、利用具有一定形状的修整砂轮4磨掉多余的金刚石颗粒3，形成所需形状的研磨槽2。
但是由于金刚石具有很高的界面能和化学惰性，因此现有倒角磨轮金刚石涂层与倒角磨轮基体1的结合性能很差，在高速旋转时所带来的巨大机械剪切力的作用下，金刚石颗粒很容易剥离掉落，划伤晶圆表面，造成巨大的缺陷。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备，能够有效提高金刚石与倒角磨轮的结合强度，进而提高硅片边缘研磨或抛光加工质量。
本发明实施例提供一种倒角磨轮的制备方法，如图2所示，包括：
步骤101：提供倒角磨轮基体，所述倒角磨轮基体的外周面上设置有至少两个沿所述倒角磨轮基体的周向设置的凹槽；
步骤102：在所述凹槽内形成一层过渡金属层；
步骤103：在所述过渡金属层上利用化学气相沉积法形成金刚石涂层。
具体地，在需要进行粗磨时，可以通过改变化学气相沉积法的工艺条件，制备晶粒尺寸较大的金刚石涂层，在需要进行细磨时，可以通过改变化学气相沉积法的工艺条件，制备晶粒尺寸较小的金刚石涂层。
可选地，形成金刚石涂层之后，所述方法还包括：
对金刚石涂层进行形状修正，形成研磨槽。具体地，可以利用具有一定形状的修整砂轮磨掉多余的金刚石涂层，形成所需形状的研磨槽。
可选地，所述过渡金属层采用强碳化物金属，强碳化物金属表面容易形成一层碳化物层，金刚石在碳化物层上容易形核。当然，过渡金属层并不局限于采用强碳化物金属，还可以采用其他类型的金属。具体地，过渡金属层可以采用Mo和W中的至少一种，具体地，在所述凹槽内形成一层过渡金属层包括：利用磁控溅射工艺在所述凹槽内形成一层金属Mo或W层。
可选地，所述磁控溅射工艺中，靶材采用纯度为99.999％的Mo板，沉积温度为600-900℃，沉积压力为0.5-2Pa，保护气体为氩气，沉积厚度为0.5-1.5μm。
可选地，形成所述金刚石涂层包括：
利用热丝等离子体化学气相沉积HFCVD工艺在金属Mo或W层上沉积一层金刚石涂层，通过控制工艺条件参数可以控制金刚石涂层的厚度，使得金刚石涂层的厚度为所需厚度。
可选地，热丝等离子体化学气相沉积工艺中，等离子体反应气体采用CH4和H2，CH4与H2的比例为4％-8％，沉积温度为800-1100℃，腔室压力为4-8Kpa。
实施例一：
采用金属Mo作为过渡金属层，如图3所示，倒角磨轮的制备工艺包括以下步骤：
步骤a.制作倒角磨轮基体1；
步骤b.按使用形状要求在倒角磨轮侧边开研磨槽2；
步骤c.利用磁控溅射的方法在研磨槽2内制备一层金属钼层作为过渡金属层5，具体地，可以使用纯度为99.999％的Mo板作为溅射靶材，氩气为保护气体，沉积温度为800℃，腔室压力为0.8Pa，沉积时间为60min；
步骤d.使用热丝等离子体化学气相沉积(HFCVD)在过渡金属层5上沉积一层金刚石涂层6，具体地，可以使用CH4和H2作为等离子体反应气体，CH4和H2的比例为4％，CH4和H2流量分别为16sccm、400sccm，沉积温度为850℃，腔室压力为5Kpa，沉积时间为20h；
步骤e.利用具有一定形状的修整砂轮4磨掉多余的金刚石涂层6，形成所需形状的研磨槽2。
本发明实施例还提供了一种倒角磨轮，采用如上所述的制备方法制作得到。
本实施例的倒角磨轮如图3和图4所示，其中，图4为图3中虚线框部分的放大示意图，在倒角磨轮基体1的外周面上设置有至少两个沿倒角磨轮基体1的周向设置的研磨槽2，在研磨槽2内设置有过渡金属层5和金刚石涂层6。
本发明实施例还提供了一种晶圆加工设备，包括如上所述的倒角磨轮。
本实施例中，在倒角磨轮的倒角磨轮基体的凹槽内形成过渡金属层，之后再在过渡金属层上利用化学气相沉积法形成金刚石涂层。通过选择强碳化物金属元素作为过渡金属层，有效的提高了金刚石的形核生长，且过渡金属层的存在能够降低金刚石在高温下的氧化；化学气相沉积法的反应温度高，能够在磨轮本体、过渡金属层与金刚石涂层三者之间形成元素扩散区，有效的提高了金刚石与倒角磨轮的结合强度，提高了硅片边缘研磨或抛光加工质量，降低了硅片边缘有害杂质的聚集及颗粒脱落，减小了硅片的内应力，为晶圆的质量外延提供了基础；并且，通过改变化学气相沉积法的工艺条件，可以制备不同厚度、不同晶粒尺寸的金刚石涂层，能够有效满足研磨、抛光等工艺的不同需求；过渡金属层的存在还可以提高金刚石涂层的耐磨性，增加了倒角磨轮的使用寿命；另外，在制备金刚石涂层时，不是在凹槽内填充满金刚石，而仅是形成金刚石涂层，金刚石的厚底较小，这样后续只需要对金刚石涂层进行微调即可形成研磨槽，研磨槽形状易形成。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种倒角磨轮的制备方法，其特征在于，包括：
提供倒角磨轮基体，所述倒角磨轮基体的外周面上设置有至少两个沿所述倒角磨轮基体的周向设置的凹槽；
在所述凹槽内形成一层过渡金属层；
在所述过渡金属层上利用化学气相沉积法形成金刚石涂层。
2.根据权利要求1所述的倒角磨轮的制备方法，其特征在于，形成金刚石涂层之后，所述方法还包括：
对金刚石涂层进行形状修正，形成研磨槽。
3.根据权利要求1所述的倒角磨轮的制备方法，其特征在于，所述过渡金属层采用强碳化物金属元素。
4.根据权利要求3所述的倒角磨轮的制备方法，其特征在于，所述过渡金属层采用Mo和W中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的倒角磨轮的制备方法，其特征在于，在所述凹槽内形成一层过渡金属层包括：
利用磁控溅射工艺在所述凹槽内形成一层金属Mo或W层。
6.根据权利要求5所述的倒角磨轮的制备方法，其特征在于，形成所述金刚石涂层包括：
利用热丝等离子体化学气相沉积(HFCVD)工艺在金属Mo或W层上沉积一层金刚石涂层。
7.一种倒角磨轮，其特征在于，采用如权利要求1-6中任一项所述的制备方法制作得到。
8.一种晶圆加工设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的倒角磨轮。
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Address after: 710000 room 1-3-029, No. 1888, Xifeng South Road, high tech Zone, Xi'an, Shaanxi Province

Applicant after: Xi'an yisiwei Material Technology Co.,Ltd.

Applicant after: XI'AN ESWIN SILICON WAFER TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: Room 1323, block a, city gate, No.1 Jinye Road, high tech Zone, Xi'an, Shaanxi 710065

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