CN112959211B - 晶圆处理装置和处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供晶圆处理装置和处理方法。该处理装置包括晶圆放置部，被配置为放置晶圆，其中晶圆具有不规则边缘部分；辅助框架，被配置为与晶圆的不规则边缘部分的表面之间形成凹槽；以及填充物添加部，被配置为在凹槽内添加填充物。通过使用该处理装置对晶圆的不规则边缘进行填充后，再进行减薄处理，可大幅度降低晶圆减薄工艺的难度、增加产品合格率以及降低生产成本。

Description

晶圆处理装置和处理方法

技术领域

本申请涉及半导体制造领域，更具体地，涉及晶圆处理装置和处理方法。

背景技术

在半导体制造领域中，当在晶圆的正面制备好器件结构后，需要对晶圆的背面进行减薄处理。减薄的晶圆有利于超薄的封装、有效的光线传输、更好的散热和电气性能等。所以，晶圆减薄工艺成为半导体制造领域中的一道重要工序。

传统的晶圆封装，需要将晶圆减薄至几百微米或几十微米。在3D NAND工艺逐步发展的过程中，出于工艺需要，晶圆的边缘频繁出现各种不规则的形状，例如，台阶状。对这种具有不规则边缘的晶圆进行减薄，其工艺难度远高于常规边缘的晶圆减薄工艺，其损伤率或裂片率极高。图1为采用现有技术对不规则边缘的晶圆进行减薄的示意图。如图1所示，晶圆100包括有源层110和基底层120，其中基底层120中的边缘部分130为易碎部分。当使用磨轮140对晶圆100进行减薄时，需要采用特殊的胶层150，例如，极厚胶、紫外敏感胶等，其对减薄工艺的要求高，且成本几乎翻倍。另外，采用胶层还会导致晶圆抖动、残胶、工作台真空泄漏等问题，因此，需要改装机台。

目前，在对不规则边缘的晶圆进行减薄的过程中，通常采用以下三种方法来降低裂片率：第一，机械刀具切边方法，即，先通过磨削刀将整个台阶边缘消除，再通过普通方法对晶圆进行减薄，该方法需要特殊的切割机台并升级减薄机，减薄速度慢，生产成本高；第二，预切割方法，即，先将晶圆主体进行预切割，将可能产生的裂纹隔离在晶圆的边缘部分，尽可能降低有源层的损失，该方法工艺复杂，需要采用特殊的胶带且不能100％消除边缘裂片，成本高且不适用于超薄工艺；第三，激光环切方法，即，先利用激光在晶圆内边缘部分生成环切以隔离可能产生的裂纹，该方法同样需要特殊机台和胶带，生产成本高，且环切遗留部分仍使减薄工艺存在一定风险。

因此，进一步降低不规则边缘的晶圆减薄过程中的裂片率并同时降低生产成本和工艺难度是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本申请提供可至少部分地解决现有技术中存在的上述问题的晶圆处理装置和处理方法。

在本申请的一个方面中，提供一种晶圆处理装置。该装置可包括：晶圆放置部，被配置为放置待处理晶圆，其中该晶圆具有不规则边缘部分；辅助框架，被配置为与晶圆的不规则边缘部分的表面之间形成凹槽；以及填充物添加部，被配置为在凹槽内添加填充物。在一个实施方式中，填充物添加部可被配置为使填充物的上表面与晶圆的上表面齐平。在一个实施方式中，该装置还可包括固化单元。固化单元可被配置为对凹槽内的填充物进行固化处理。在一个实施方式中，该装置还可包括减薄单元。减薄单元可被配置为对添加有填充物的晶圆进行减薄处理。在一个实施方式中，辅助框架可具有环形形状，以围绕晶圆。在一个实施方式中，辅助框架的形状和大小能够调节，以与晶圆的不规则边缘部分的表面贴合接触，以形成凹槽。在一个实施方式中，填充物可包括树脂。在一个实施方式中，固化单元可被配置为对填充物进行以下固化处理中的至少一项：曝光固化处理、加热固化处理和常温固化处理。在一个实施方式中，该装置还可包括填充物去除单元。填充物去除单元可被配置为在减薄处理之后去除填充物。在一个实施方式中，填充物去除单元可被配置为通过清洗工艺和/或热处理工艺去除填充物。在一个实施方式中，该装置还可包括传送单元。传送单元可被配置为在晶圆放置部、固化单元和减薄单元中的至少两者之间传送晶圆。

在本申请的另一方面中，提供一种晶圆处理方法，其中待处理晶圆具有不规则边缘部分。该方法可包括：使用填充物对晶圆的不规则边缘部分进行填充；对填充物进行固化处理；以及在固化处理之后，对晶圆进行减薄处理。在一个实施方式中，该使用填充物对晶圆的不规则边缘部分进行填充的步骤可包括：设置环绕晶圆的框架，该框架与晶圆的不规则边缘部分的表面之间形成凹槽；以及在凹槽内添加填充物，以对晶圆的不规则边缘部分进行填充。其中，在凹槽内添加填充物，以对晶圆的不规则边缘部分进行填充的步骤可包括将填充物形成为其上表面与晶圆的上表面齐平。在一个实施方式中，填充物可包括树脂。在一个实施方式中，固化处理可包括曝光固化处理、加热固化处理和/或常温固化处理。在一个实施方式中，在减薄处理步骤之后，还可包括去除填充物。在一个实施方式中，该去除填充物的步骤可包括采用清洗工艺和/或热处理工艺去除填充物。

如上所述的晶圆处理装置和处理方法，首先使用填充物重塑晶圆的不规则边缘，再对晶圆进行减薄处理，可降低生产成本，提高产品合格率。该处理方法适用于不同形状和大小的不规则晶圆，且不需要采用特殊胶层，使不规则边缘晶圆的减薄工艺的难度大幅度降低。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施方式的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更加明显。在附图中：

图1为采用现有技术对不规则边缘的晶圆进行减薄的示意图；

图2为根据本申请的示例性实施方式的晶圆处理装置的示意图；

图3A和3B为根据本申请的示例性实施方式的对晶圆边缘进行填充的示意图；

图4A和4B为根据本申请的示例性实施方式的对晶圆边缘填充并完成固化后的晶圆的剖视图；以及

图5为根据本申请的示例性实施方式的晶圆处理的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请进行详细描述，本文中提到的示例性实施方式仅用于解释本申请，并非用于限制本申请的范围。

应理解，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征，但不排除一个或多个其它特征和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的任意一种”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独特征。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表示近似，而不用作表示程度，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域中普通技术人员的通常理解相同的含义。此外，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。此外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而是可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。

图2为根据本申请的示例性实施方式的晶圆处理装置200的示意图。在本实施方式中，晶圆处理装置200可包括：晶圆放置部10、辅助框架20和填充物添加部30。根据一个示例性实施方式，晶圆处理装置200可进一步包括固化单元40和减薄单元50。

具体地，晶圆放置部10用于放置或固定待减薄的晶圆。可选地，晶圆放置部10可配有固定架或吸盘，用于固定待减薄的晶圆。可选地，晶圆放置部10可具备真空功能。待减薄的晶圆可包括有源层和基底层，其中，有源层中可形成有但不限于存储阵列和/或***电路，基底层可为但不限于单晶硅等半导体材料。

辅助框架20用于与晶圆的不规则边缘部分的表面之间形成凹槽。该凹槽在后续工序中可用于添加填充物，以对晶圆的不规则边缘部分进行重塑。辅助框架20可被固定同时与晶圆的表面紧密接触。可选地，辅助框架20可为环形框架，且其形状和大小能够调节，以便适用于不同形状和大小的晶圆。可选地，辅助框架20可为可移动的，以便与晶圆对齐，并紧密接触。可选地，辅助框架20可为可拆卸的，以便置换不同形状、大小和材质的框架以适应不同晶圆和不同填充物的要求。

填充物添加部30用于在辅助框架20与待减薄晶圆之间添加填充物。填充物可通过管路注射至辅助框架20与晶圆的不规则边缘部分的表面之间形成的凹槽中。填充物添加部30可为但不限于具有管路的胶枪。可对填充物添加部30添加填充物的速度、时间等进行控制，最终使得填充物的上表面与待减薄的晶圆的上表面齐平。可选地，填充物的上表面与晶圆的上表面的高度差可依据填充物在后续固化处理后的体积变化选取。

填充物可为但不限于树脂。可选地，填充物可溶于特定液体中，以增加填充物的填充能力。填充物还可具有一定的粘性，以在后续的固化处理之后，使得填充物与晶圆的表面之间具有良好的粘接牢度。良好的粘接牢度可确保填充物在后续的减薄处理过程中不易脱落，同时对晶圆的不规则边缘部分(通常具有金属互连结构)起到保护作用。在具体的实施方式中，待减薄的晶圆的边缘可呈现多种形状，即，不限于台阶状，因此，填充物可填充晶圆表面与辅助框架20之间的空隙，同时包围晶圆表面上的凸点。

根据本申请的一个示例性实施方式，晶圆处理装置200还可包括固化单元40。在填充处理之后，固化单元40可对填充物进行固化处理，以增加填充物的强度和与晶圆表面的粘接牢度。可选地，固化单元40可对填充物进行曝光固化处理，例如，可使用适当波长的紫外光对填充物进行照射。可选地，固化单元40可对填充物进行加热固化处理，例如，当填充物为树脂材料时，可在120℃至400℃的温度下，对填充物进行烘烤处理，烘烤的持续时间可为1至10分钟。可选地，固化单元40可对填充物进行常温固化处理，例如，使用鼓风机对填充物进行风干处理。不同固化方式的选择取决于不同填充材料和不同晶圆的要求，且固化时间可依据固化方式和填充材料选取。固化处理后，填充物的上表面可与待减薄的晶圆的上表面齐平。可选地，填充物的上表面与晶圆的上表面的高度差在微米级别，以满足工艺需求。在固化处理后，可将辅助框架20从晶圆表面移除。

根据本申请的一个示例性实施方式，晶圆处理装置200还可包括减薄单元50，用于在固化处理之后，对边缘填充完成的晶圆进行减薄处理。减薄单元50可对晶圆采用磨削工艺、化学机械研磨工艺和/或刻蚀工艺进行减薄。在一个实施方式中，减薄单元50可采用磨削工艺与化学机械研磨工艺对晶圆先后进行两次减薄。在第一次减薄处理中，可采用磨削工艺。由于磨削工艺的减薄速度快，即，工艺效率高，因此，在减薄的开始阶段利用磨削工艺可降低减薄所需的总时间，提高工艺效率并降低成本。可选地，通过磨削工艺对晶圆的未填充的背面执行减薄，将晶圆厚度减薄至30至400μm。在第二次减薄处理中，可采用化学机械研磨工艺。化学机械研磨工艺可以更精确地控制晶圆的减薄量，从而满足工艺上减薄厚度的要求。在另一实施方式中，减薄单元50可采用研磨工艺与湿法刻蚀工艺对晶圆先后进行两次减薄。在第一次减薄处理中，可采用研磨工艺，大致将晶圆的厚度减薄至预定厚度，例如，可将晶圆的厚度减薄至比预定厚度大5至10μm。在第二次减薄处理中，可采用湿法刻蚀工艺将晶圆的厚度减薄至预定厚度。在减薄过程中，填充物不仅可以保护晶圆边缘处暴露出的诸如金属互联线的结构不被损伤，还可以减少或避免减薄晶圆时形成的剥落物对其造成污染。

可选地，处理装置200还可包括填充物去除单元(未示出)，用于在减薄工艺之后，将晶圆边缘的填充物去除。填充物去除单元可通过清洗工艺和/或热处理工艺将填充物去除。可选地，处理装置200还可包括传送单元(未示出)，用于在晶圆放置部10、固化单元40、减薄单元50和填充物去除单元之间传送晶圆。

图3A和3B分别为根据本申请的示例性实施方式的对晶圆边缘进行填充的示意侧视图和顶视图。如图3所示，待减薄的晶圆300可包括有源层310和基底层320。其中，晶圆300的靠近有源层310的一侧具有例如台阶形状的不规则边缘。辅助框架330可为适应于晶圆300的环形框架。辅助框架330可被固定为与晶圆300的不规则边缘部分的表面的边缘301紧密接触，且与晶圆300的不规则边缘部分的表面302形成环形凹槽340。辅助框架330的上表面可与晶圆300上表面齐平或高于晶圆300的上表面。填充物360可经由填充物添加部350中的管路注入至凹槽340中。可通过对填充物360的注入速度和注入时间进行控制，使填充物360的上表面与晶圆的上表面大致齐平。注入完成后，填充物360形成为具有稳定的环形立体形状的结构，即，基本完成对晶圆300的不规则边缘部分的重塑。

图4A和4B为根据本申请的示例性实施方式的对边缘填充并完成固化后的晶圆的示意侧视图。如图4A所示，晶圆400可包括有源层410和基底层420。其中，晶圆400的靠近有源层410的一侧可具有台阶形状的不规则边缘。可选地，在对不规则边缘进行填充并进行曝光固化后，填充物430的上表面与晶圆的上表面大致齐平。其中，填充物430的上表面与晶圆的上表面的差别可在微米级别，以满足工艺要求。如图4B所示，在填充并固化完成之后，可将晶圆400的填充表面，即，具有有源层410的表面与承载物440贴合，以便进行后续的减薄处理。承载物440在减薄过程中可有效地保护晶圆400。由于晶圆的不规则边缘被重塑，减薄处理中的裂片率降低，且减薄工艺难度和生产成本下降。

图5为根据本申请的示例性实施方式的晶圆处理500的流程图。如图5所示，该方法包括以下步骤：S1，使用填充物对晶圆的不规则边缘部分进行填充；S2，对填充物进行固化处理；S3，在固化处理之后，对晶圆进行减薄处理。

具体地，待减薄的晶圆可包括有源层和基底层，其中，有源层中可形成有但不限于存储阵列和/或***电路，基底层可为但不限于单晶硅等半导体材料。该晶圆的靠近有源层的一侧可具有但不限于台阶形状的不规则边缘。在使用填充物对晶圆的不规则边缘部分进行填充(S1)时，可使用辅助框架。该辅助框架可围绕晶圆设置，并且辅助框架与晶圆的不规则边缘部分的表面之间可形成用于容纳填充物的凹槽。填充物可为但不限于树脂。可选地，为增加填充物的填充能力，可将填充物溶于特定液体中。可选地，填充物还可具有一定的粘性。填充物可填充晶圆表面的不规则边缘，同时包围晶圆表面上的凸点。在填充过程中，可控制添加填充物的速度、时间等因素，使得填充物的上表面与待减薄的晶圆的上表面齐平。可选地，填充物的上表面与晶圆的上表面的高度差也可依据填充物在后续固化处理后的体积变化选取。

在对填充物进行固化处理(S2)时，可采用曝光固化处理、加热固化处理和/或常温固化处理，来增加填充物的强度和与晶圆表面的粘接牢度。例如，可使用适当波长的紫外光对填充物进行照射以执行曝光固化处理；当填充物为树脂材料时，可在120℃至400℃的温度下，对填充物进行烘烤1至10分钟，以执行加热固化处理；可使用鼓风机对填充物进行风干，以执行常温固化处理。固化方式的选择取决于填充材料和晶圆的要求，固化时间取决于固化方式和填充材料。在固化处理之后，填充物的上表面可与待减薄的晶圆的上表面齐平。可选地，填充物的上表面与晶圆的上表面的高度差可在微米级别，以满足后续工艺需求。

在固化处理之后，对晶圆进行减薄处理(S3)时，可采用磨削工艺、化学机械研磨工艺和/或刻蚀工艺。在一个实施方式中，可首先采用可提高工艺效率和降低减薄总时间的磨削工艺对晶圆的未填充的背面进行减薄，将晶圆厚度减薄至30至400μ0，再采用化学机械研磨对减薄厚度做精细调控。在另一实施方式中，可首先采用研磨工艺大致将晶圆的厚度减薄至预定厚度，例如，可将晶圆的厚度减薄至比预定厚度大5至10μm，再采用湿法刻蚀工艺将晶圆的厚度减薄至预定厚度。在减薄过程中，填充物不仅可以保护晶圆边缘处暴露出的器件结构不被损伤，还可以减少或避免减薄晶圆时形成的剥落物对其造成污染。在减薄处理后，可通过采用清洗工艺和/或热处理工艺将填充物去除。

通过使用上述实施方式的晶圆处理装置和处理方法，可克服现有技术中不规则边缘晶圆的减薄工艺中裂片率高的问题，并且可大幅度地提高产品的合格率，降低工艺难度和生产成本。

尽管在本申请的示例性实施方式中，以具有台阶形状边缘的晶圆为例进行描述，但应理解，本申请的构思可应用于任何其它具有不规则边缘的晶圆结构。

以上描述仅为本申请的实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (18)

1.一种晶圆处理装置，其特征在于，包括：

晶圆放置部，被配置为放置所述晶圆，其中所述晶圆具有不规则边缘部分；

辅助框架，被配置为用于围绕所述晶圆且与所述晶圆的所述不规则边缘部分的表面贴合接触以形成凹槽；

填充物添加部，被配置为在所述凹槽内添加填充物；以及

减薄装置，被配置为对添加有所述填充物的晶圆进行减薄处理。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述填充物添加部被配置为使所述填充物的上表面与所述晶圆的上表面齐平。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括固化单元，所述固化单元被配置为对所述凹槽内的所述填充物进行固化处理。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辅助框架具有环形形状，以围绕所述晶圆。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辅助框架的形状和大小能够调节，以与所述晶圆的所述不规则边缘部分的表面贴合接触，以形成所述凹槽。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述填充物包括树脂。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述固化单元被配置为对所述填充物进行以下固化处理中的至少一项：曝光固化处理、加热固化处理和常温固化处理。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括填充物去除单元，所述填充物去除单元被配置为在所述减薄处理之后去除所述填充物。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述填充物去除单元被配置为通过清洗工艺和/或热处理工艺去除所述填充物。

10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括传送单元，所述传送单元被配置为在所述晶圆放置部、所述固化单元和所述减薄装置中的至少两者之间传送所述晶圆。

11.一种晶圆处理方法，其中所述晶圆具有不规则边缘部分，所述方法包括：

围绕所述晶圆设置辅助框架，以与所述晶圆的所述不规则边缘部分的表面贴合接触并形成凹槽；

在所述凹槽内添加填充物；

对所述填充物进行固化处理；以及

在所述固化处理之后，对所述晶圆进行减薄处理。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述凹槽内添加填充物，以对所述晶圆的所述不规则边缘部分进行填充的步骤包括：将所述填充物形成为其上表面与所述晶圆的上表面齐平。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述填充物包括树脂。

14.根据权利要求11或13所述的方法，其特征在于，所述固化处理包括曝光固化处理、加热固化处理和/或常温固化处理。

15.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述减薄处理步骤之后，还包括去除所述填充物。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述去除所述填充物的步骤包括采用清洗工艺和/或热处理工艺去除所述填充物。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述晶圆包括有源层和基底层，所述有源层中形成有存储阵列和/或***电路。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述不规则边缘部分具有台阶形状。

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