CN113787636A - 一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法 - Google Patents

一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，包括以下制备步骤：S1、在晶棒的籽晶端端面标记端面圆心，记为A点；S2、晶棒水平放置到X光机上，籽晶端端面朝外，打开X光发射源，结合X射线检测器测量出晶棒粘接需要偏转的角度α和β；S3、将树脂板与晶棒粘结起来，待胶固化前微调β角，使β角等于之前的测量值；S4、调节α角定向装置，使α角定向装置的定向板调整到α角的偏转位置，然后将晶棒粘结在工件钢板上。采用本发明可使晶向的测量精度从±30′优化到±15′以内，满足了12寸半导体晶圆对晶向的要求。

Description

一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法
技术领域
本发明涉及单晶硅片生产领域，具体涉及一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法。
背景技术
粘棒是从晶棒加工成硅片的第一步工序，用定向粘棒设备，将晶棒、4、铁板三者之间进行连接，经过复检合格后，在室温下进行凝固。粘棒的目的是把晶棒以这样一种方式进行固定，便于安装到线切割机上直接进行自动切割操作，切割后的所有硅片晶向相同，质量稳定，并且牢固地留在工件板上。经清水冲洗砂浆，热水浸泡粘接剂后很容易取下，并且不会损伤到硅片。单晶硅棒在切割成单晶硅片之前，需要在粘棒设备上对晶棒按照计算出来的两个偏转角度进行定向粘接，这两个偏转角度，一个是α水平偏转角度，决定了晶棒的垂直晶向，一个是β垂直偏转角度，决定了晶棒的水平晶向，12寸半导体晶圆对切片后的晶体晶向要求严格，行业内普遍采用全自动的定向粘接设备来保证精度，全自动的定向粘接设备价格昂贵，将近300万，而传统的手动粘接方法又无法保证12寸晶棒的晶向符合要求，造成切片后晶向超标，硅片报废，造成无法挽回的损失。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，弥补了手动粘接12寸半导体晶圆的空白，同时节省大量用于购买全自动定向粘接设备的费用。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，包括以下制备步骤：
S1、在晶棒的籽晶端端面上画一道贯穿Notch和端面圆心的直线a，然后再画一条垂直于直线a的，贯穿端面圆心的直线b，直线a和直线b的相交点为端面圆心，记为A点； S2、晶棒水平放置到X光机上，籽晶端端面朝外，打开X光发射源，结合X射线检测器测量出晶棒粘接需要偏转的角度α和β；
S3、在支撑板内设置用于和晶棒粘结的树脂板，该树脂板的顶面为内凹式弧形面，先在树脂板的顶面涂胶，将晶棒沿轴线方向放置在树脂板上，树脂板与支撑板共同作用将晶棒支撑起来，待胶固化前微调β角，使β角等于之前的测量值；
S4、将步骤S3粘结有树脂板的晶棒取出，调节α角定向装置，使α角定向装置的定向板调整到α角的偏转位置，然后将晶棒粘结在工件钢板上。
进一步的，S2中测量出晶棒粘接需要偏转的角度α和β包括以下步骤：
S21、Notch角竖直朝上，此时绕A点旋转移动晶棒，找出X射线检测器显示出最大反射强度时的移动角度W1；
S22、将晶棒沿中心轴线顺时针旋转90°，再重复上述S21操作，测出当旋转晶棒使X射线检测器显示出最大反射强度时的移动角度W2；
S23、将晶棒沿中心轴线在图3的基础上再次顺时针旋转90°，再重复上述S21操作，测出当旋转晶棒使X射线检测器显示出最大反射强度时的移动角度W3；
S24、将晶棒沿中心轴线在图4的基础上再次顺时针旋转90°，再重复上述S21操作，测出当旋转晶棒使X射线检测器显示出最大反射强度时的移动角度W4；
S25、然后根据测量出来的4个移动角度值，即可得出晶棒粘接需要偏转的角度α和β，分别是：
α=1/2（W1-W3）；
β=1/2（W2-W4）；
α为晶棒的水平旋转角度，β为Notch的旋转角度。
进一步的，S3中的支撑板包括底板及设置在底板上方的两个侧板，树脂板设置在两个侧板之间，两个侧板内侧相对应的位置处均开设有内凹式的弧形凹槽，两个弧形凹槽面与树脂板的内凹式弧形面依次连接共同围成用于放置晶棒的弧形的支撑面。
进一步的，α角定向装置包括α角定向仪及定向板，定向板与α角定向仪相连，且该定向板可根据α角定向仪的信号反馈进行角度调整，定向板与工件钢板相对设置，定向板上开设有用于安装晶棒的安装槽。
进一步的，步骤S4的具体步骤为：通过α角定向仪将定向板调整到α角的偏转位置，将步骤S3粘结有树脂板的晶棒安装在定向板的安装槽内，在晶棒远离树脂板的一侧涂抹胶水，并在胶水固化之前将晶棒紧靠到工件钢板上，待胶固化前微调α角，使α角等于之前的测量值。
本发明的有益效果主要表现在以下几个方面：本发明可应用于12寸半导体晶圆的粘接，采用本发明可使晶向的测量精度从±30′优化到±15′以内，满足了12寸半导体晶圆对晶向的要求。与此同时，优化了粘接方法，采用分阶段粘接法，解决了β角不易控制的问题，既保证了晶棒的晶向精度，又节省了购买全自动粘棒设备的费用。
附图说明
图1是本发明的晶棒角度测量俯视图；
图2是本发明的晶棒角度测量图（上）的结构示意图；
图3是本发明的晶棒角度测量图（右）的结构示意图；
图4是本发明的晶棒角度测量图（下）的结构示意图；
图5是本发明的晶棒角度测量图（左）的结构示意图；
图6是本发明的支撑板和树脂板的结构示意图；
图7是本发明的α角定向装置的结构示意图。
图中标记：1、Notch角，2、X光发射源，3、X射线检测器，4、树脂板，5、底板，501、侧板，6、α角定向仪，7、定向板，8、工件钢板，9、晶棒。
具体实施方式
结合附图对本发明实施例加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，包括以下制备步骤：
S1、在晶棒9的籽晶端端面上画一道贯穿Notch角1和端面圆心的直线a，然后再画一条垂直于直线a的，贯穿端面圆心的直线b，直线a和直线b的相交点为端面圆心，记为A点；
S2、晶棒9水平放置到X光机上，籽晶端端面朝外，打开X光发射源2，结合X射线检测器3 采用晶向测量方法测量出晶棒9粘接需要偏转的角度α和β；晶向测量方法为取Notch角四个方向的最大反射强度时的移动角度值来进行计算；S2中测量出晶棒9粘接需要偏转的角度α和β包括以下步骤：
S21、Notch角1竖直朝上，此时绕A点旋转移动晶棒9，找出X射线检测器3显示出最大反射强度时的移动角度W1；
S22、将晶棒9沿中心轴线顺时针旋转90°，再重复上述S21操作，测出当旋转晶棒9使X射线检测器3显示出最大反射强度时的移动角度W2；
S23、将晶棒9沿中心轴线在图3的基础上再次顺时针旋转90°，再重复上述S21操作，测出当旋转晶棒9使X射线检测器3显示出最大反射强度时的移动角度W3；
S24、将晶棒9沿中心轴线在图4的基础上再次顺时针旋转90°，再重复上述S21操作，测出当旋转晶棒9使X射线检测器3显示出最大反射强度时的移动角度W4；
S25、然后根据测量出来的4个移动角度值，即可得出晶棒9粘接需要偏转的角度α和β，分别是：
α=1/2（W1-W3）；
β=1/2（W2-W4）；
α为晶棒9的水平旋转角度，β为Notch1的旋转角度。
S3、手动粘棒方法为将12寸晶棒、树脂板、工件钢板三者同时同阶段粘接，本文将粘结分为两步进行，粘结第一步为先将12寸晶棒和树脂板进行粘接并等待胶水固化，第二阶段再将第一步粘接好树脂板的晶棒，和工件钢板进行粘接。
第一步的具体步骤为：在支撑板内设置用于和晶棒9粘结的树脂板4，该树脂板4的顶面为内凹式弧形面，支撑板包括底板5及设置在底板5上方的两个侧板501，两个侧板501在竖直方向上垂直于底板5设置，两个侧板501与底板5首尾依次连接共同围成一个凹形结构，树脂板4设置在两个侧板501之间的底板5的上方，两个侧板501内侧相对应的位置处均开设有内凹式的弧形凹槽，两个弧形凹槽面与树脂板4的内凹式弧形面依次自然平滑过度连接共同围成用于放置晶棒9的弧形的支撑面；先在树脂板4的顶面涂胶，将晶棒9沿轴线方向放置在树脂板4上，两个弧形凹槽面与树脂板4的内凹式弧形面共同围成弧形的支撑面将晶棒9支撑起来，待胶固化前微调β角，使β角等于之前的测量值；
支撑板的材质采用大理石材质，支撑板为本专利的晶棒所定制，两个侧板501内侧相对应的位置处的弧形凹槽上粘贴有薄橡胶，橡胶厚度不超过1mm，这样可避免弧形凹槽与晶棒直接接触；树脂板的尺寸及与晶棒接触的圆弧面的尺寸，均为与实际的树脂板和晶棒配套。两个侧板501之间的支撑板的长度为300~400mm，能够满足所有12寸半导体晶圆的长度要求。
S4、粘结第二步的具体步骤为：将步骤S3粘结有树脂板4的晶棒9取出，调节α角定向装置，使α角定向装置的定向板7调整到α角的偏转位置，然后将晶棒9粘结在工件钢板8上; 步骤S4的具体步骤为：通过α角定向仪6将定向板7调整到α角的偏转位置，将步骤S3粘结有树脂板4的晶棒9安装在定向板7的安装槽内，在晶棒9远离树脂板4的一侧涂抹胶水，并在胶水固化之前将晶棒9紧靠到工件钢板8上，待胶固化前微调α角，使α角等于之前的测量值。
α角定向装置包括α角定向仪6及定向板7，定向板7与α角定向仪6相连，且该定向板7可根据α角定向仪6的信号反馈进行角度调整，定向板7与工件钢板8相对设置，定向板7上开设有用于安装晶棒9的安装槽。
实施例1
一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，其特征在于：首先使用记号笔和圆心尺，在晶棒9的籽晶端端面上画一道贯穿Notch角1和端面圆心的直线a，然后再画一条垂直于直线a的，贯穿端面圆心的直线b，直线a和直线b的相交点为端面圆心A。
将晶棒9水平放置到X光机上的旋转的平台上，籽晶端端面朝外，打开X光发射源2，如图1所示；
（a）Notch角1竖直朝上，如图2所示，此时绕A点旋转移动晶棒，找出X射线检测器3显示出最大反射强度时的移动角度W1；
（b）将晶棒沿中心轴线顺时针旋转90°，如图3所示，再重复上述步骤（a）操作，测出当旋转晶棒使X射线检测器3显示出最大反射强度时的移动角度W2；
（c）将晶棒沿中心轴线在图3的基础上再次顺时针旋转90°，此时如图4所示，再重复上述步骤（a）操作，测出当旋转晶棒9使X射线检测器3显示出最大反射强度时的移动角度W3；
（d）将晶棒沿中心轴线在图4的基础上再次顺时针旋转90°，此时如图5所示，再重复上述步骤（a）操作，测出当旋转晶棒使X射线检测器3显示出最大反射强度时的移动角度W4；
然后根据测量出来的4个移动角度值，即可得出晶棒粘接需要偏转的角度α和β，分别是：
α=1/2（W1-W3）；
β=1/2（W2-W4）；
α为晶棒的水平旋转角度，β为Notch的旋转角度。而传统的手动测量方法，只取W1和W2的值，即α=W1，β=W2；在小尺寸等对晶向要求不高的产品上，只选两个值没有问题，精度能够达到±30′以内，而使用本发明提供的方法来测量9，精度可以达到±15′以内。
得出α和β角之后，使用分段粘接法，如图6所示，第一步的具体步骤为：在支撑板内设置用于和晶棒9粘结的树脂板4，该树脂板4的顶面为内凹式弧形面，支撑板包括底板5及设置在底板5上方的两个侧板501，两个侧板501在竖直方向上垂直于底板5设置，两个侧板501与底板5首尾依次连接共同围成一个凹形结构，树脂板4设置在两个侧板501之间的底板5的上方，两个侧板501内侧相对应的位置处均开设有内凹式的弧形凹槽，两个弧形凹槽面与树脂板4的内凹式弧形面依次自然平滑过度连接共同围成用于放置晶棒9的弧形的支撑面；先在树脂板4的顶面涂胶，将晶棒9沿轴线方向放置在树脂板4上，两个弧形凹槽面与树脂板4的内凹式弧形面共同围成弧形的支撑面将晶棒9支撑起来，待胶固化前微调β角，使β角等于之前的测量值；
粘结第二步的具体步骤为：见图7，将粘结有树脂板4的晶棒9取出，调节α角定向装置，使α角定向装置的定向板7调整到α角的偏转位置，然后将晶棒9粘结在工件钢板8上; 步骤S4的具体步骤为：通过α角定向仪6将定向板7调整到α角的偏转位置，将步骤S3粘结有树脂板4的晶棒9安装在定向板7的安装槽内，在晶棒9远离树脂板4的一侧涂抹胶水，并在胶水固化之前将晶棒9紧靠到工件钢板8上，待胶固化前微调α角，使α角等于之前的测量值。
本专利应用于12寸半导体晶圆的粘接，采用本发明使晶向的测量精度从±30′优化到±15′以内，满足了12寸半导体晶圆对晶向的要求，与此同时，本发明优化了粘接方法，采用分阶段粘接法，配合定制的大理石卡槽工装，解决了β角不易控制的问题，既保证了晶棒的晶向精度，又节省了购买全自动粘棒设备的钱。
还需要说明的是，在本文中，诸如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (5)

1.一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
S1、在晶棒的籽晶端端面上画一道贯穿Notch和端面圆心的直线a，然后再画一条垂直于直线a的，贯穿端面圆心的直线b，直线a和直线b的相交点为端面圆心，记为A点； S2、晶棒水平放置到X光机上，籽晶端端面朝外，打开X光发射源，结合X射线检测器测量出晶棒粘接需要偏转的角度α和β；
S3、在支撑板内设置用于和晶棒粘结的树脂板，该树脂板的顶面为内凹式弧形面，先在树脂板的顶面涂胶，将晶棒沿轴线方向放置在树脂板上，树脂板与支撑板共同作用将晶棒支撑起来，待胶固化前微调β角，使β角等于之前的测量值；
S4、将步骤S3粘结有树脂板的晶棒取出，调节α角定向装置，使α角定向装置的定向板调整到α角的偏转位置，然后将晶棒粘结在工件钢板上。
2.根据权利要求1所述的一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，其特征在于：S2中测量出晶棒粘接需要偏转的角度α和β包括以下步骤：
S21、Notch角竖直朝上，此时绕A点旋转移动晶棒，找出X射线检测器显示出最大反射强度时的移动角度W1；
S22、将晶棒沿中心轴线顺时针旋转90°，再重复上述S21操作，测出当旋转晶棒使X射线检测器显示出最大反射强度时的移动角度W2；
S23、将晶棒沿中心轴线在图3的基础上再次顺时针旋转90°，再重复上述S21操作，测出当旋转晶棒使X射线检测器显示出最大反射强度时的移动角度W3；
S24、将晶棒沿中心轴线在图4的基础上再次顺时针旋转90°，再重复上述S21操作，测出当旋转晶棒使X射线检测器显示出最大反射强度时的移动角度W4；
S25、然后根据测量出来的4个移动角度值，即可得出晶棒粘接需要偏转的角度α和β，分别是：
α=1/2（W1-W3）；
β=1/2（W2-W4）；
α为晶棒的水平旋转角度，β为Notch的旋转角度。
3.根据权利要求1所述的一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，其特征在于：S3中的支撑板包括底板及设置在底板上方的两个侧板，树脂板设置在两个侧板之间，两个侧板内侧相对应的位置处均开设有内凹式的弧形凹槽，两个弧形凹槽面与树脂板的内凹式弧形面依次连接共同围成用于放置晶棒的弧形的支撑面。
4.根据权利要求1所述的一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，其特征在于：α角定向装置包括α角定向仪及定向板，定向板与α角定向仪相连，且该定向板可根据α角定向仪的信号反馈进行角度调整，定向板与工件钢板相对设置，定向板上开设有用于安装晶棒的安装槽。
5.根据权利要求4所述的一种用于12寸半导体晶圆的手动粘棒方法，其特征在于：步骤S4的具体步骤为：通过α角定向仪将定向板调整到α角的偏转位置，将步骤S3粘结有树脂板的晶棒安装在定向板的安装槽内，在晶棒远离树脂板的一侧涂抹胶水，并在胶水固化之前将晶棒紧靠到工件钢板上，待胶固化前微调α角，使α角等于之前的测量值。
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