CN118106825A - 晶圆损伤层去除方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆损伤层去除方法及设备，应用于半导体领域。该方法包括：获取晶圆的损伤层厚度和减薄工艺的损伤层厚度；根据所述损伤层厚度和所述损伤层厚度计算去除量；根据所述去除量控制减薄装置对晶圆损伤层进行减薄；获取减薄处理后的晶圆的损伤层厚度；根据所述损伤层厚度确定抛光工艺的进给量；根据所述进给量控制抛光装置对晶圆损伤层进行抛光。本发明实现了精确地去除晶圆表面的损伤层，减少了材料的损耗。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种晶圆损伤层去除方法及设备。
背景技术
随着芯片技术的发展，在半导体工艺生产中，对衬底制造过程中的平整度、粗糙度和无损伤的要求越来越高。目前，加工如硅、碳化硅等晶片的方法普遍采用切片、减薄、研磨、抛光和清洗等工艺进行。其中，切片工艺一般通过对晶锭实施金刚石线锯切片的方式进行，这种方法虽然能够获得高产量的单晶片，但容易产生较高的晶圆碎片率以及较大的晶圆厚度离散型的问题。激光冷裂技术也是目前较为常见的一种得到晶片的成熟切片工艺，其利用高能超快激光的冷加工特点，同时利用脆性材料和粘附在材料表面的聚合物材料之间的热膨胀系数的差异来完成材料的横向分离，相比传统金刚石线锯切片工艺生产效率得到了大幅提升。
上述两种工艺各有优劣，但均会在处理后的单晶片表面形成深度不一的损伤层，这些损伤破坏了原有的单晶层，如不能及时去除会对后续产品的质量造成不利影响。现有技术中常用减薄工艺来去单晶片表面的损伤层，但去除损伤层的工艺本身也会在单晶片表面引入新的损伤层，不合适的工艺还会加大材料的损失，增加芯片的生产成本，进而影响封装后器件的性能、成品率以及可靠性。
目前去除损伤层主要采用人工目测的测量手段加不确定性较高的依据经验设置各个参数的减薄工艺来实现损伤层的去除，该种方法存在较大的去除误差以及容易造成材料的损耗，无法适用于不同尺寸、减薄厚度和材料的晶圆，也无法实现减薄工艺中对损伤层去除的精确控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种晶圆损伤层去除方法，包括：
获取晶圆的损伤层厚度和减薄工艺的损伤层厚度/>；
根据所述损伤层厚度和所述损伤层厚度/>计算去除量/>；
根据所述去除量控制减薄装置对晶圆进行减薄；
获取减薄处理后的晶圆的损伤层厚度；
根据所述损伤层厚度确定抛光工艺的进给量；
根据所述进给量控制抛光装置对损伤层进行抛光。
可选地，根据所述去除量控制减薄装置对晶圆损伤层进行减薄包括：
采用粗减工艺对晶圆进行第一次减薄；
对第一次减薄后的晶圆采用精减工艺对晶圆进行第二次减薄。
可选地，采用粗减工艺对晶圆进行第一次减薄，包括：
获取粗减工艺的损伤层厚度；
根据晶圆的损伤层厚度和所述粗减工艺造成的损伤层厚度/>计算粗减的去除量/>；
根据所述去除量控制粗减装置对晶圆进行粗减。
可选地，对第一次减薄后的晶圆采用精减工艺对晶圆进行第二次减薄，包括：
获取粗减处理后晶圆的损伤层厚度和精减工艺的损伤层厚度/>；
根据所述损伤层厚度和损伤层厚度/>计算精减的去除量/>；
根据所述去除量控制精减装置对晶圆进行精减。
可选地，所述方法还包括：
利用如下方式计算合成标准不确定度：
；
其中，表示第i次粗减去除量的不确定度，/>第j次精减去除量的不确定度。
可选地，所述方法还包括：
获取第i次粗减去除量的不确定度；
在已知损伤层厚度的前提下，根据不确定度/>确定粗减后的损伤层厚度范围；
判断粗减处理后晶圆的损伤层厚度是否处于所述粗减后的损伤层厚度范围内，当损伤层厚度/>处于所述粗减后的损伤层厚度范围内时，判定第i次粗减过程准确度较高；
可选地，所述方法还包括：
获取第j次精减去除量的不确定度；
在已知损伤层厚度的前提下，根据不确定度/>确定精减后的损伤层厚度范围；
判断精减处理后晶圆的损伤层厚度是否处于所述精减后的损伤层厚度范围内，当损伤层厚度/>处于所述精减后的损伤层厚度范围内时，判定第j次精减过程准确度较高。
可选地，利用如下方式计算：
；
其中，是损伤层厚度/>的不确定度，/>是粗减减薄损伤的不确定度。
可选地，利用如下方式计算：
；
其中，是损伤层厚度/>的不确定度，/>是精减减薄损伤的不确定度。
可选地，的值分别由多种不确定度分量所确定，所述多种不确定度分量至少包括重复性测量引起的不确定度分量和测量仪器精度引起的不确定度分量。
可选地，和/>的值分别由多种不确定度分量所确定，所述多种不确定度分量至少包括重复性测量引起的不确定度分量和测量仪器精度引起的不确定度分量。
相应地，本发明提供一种晶圆损伤层去除设备，包括：处理器以及与所述处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行上述晶圆损伤层去除方法。
有益效果
本申请的技术方案采用共聚焦显微镜或其他接触式和非接触式的测量方式对存在损伤层的晶圆进行损伤层厚度测量，相较于通过目测的测量方法，本申请的技术方案可以得到更加准确的损伤层厚度；同时在本申请的技术方案中，将晶圆损伤层的最大厚度差作为晶圆的损伤层厚度，这进一步的保证了损伤层的完全去除，也避免了晶圆材料的损失；
本申请的技术方案对减薄工艺所带来的损伤层厚度进行了提前测量，在设定减薄工艺的去除量时，充分结合减薄引入的损伤层厚度，以确保在处理过程中尽量减少对晶圆表面的额外损伤，提高晶圆材料的利用率；
在本申请的技术方案采用减薄+抛光的工艺手段来实现损伤层的去除，由于抛光基本不会引入新的损伤，所以首先通过减薄的工艺手段去除大量的损伤层后再利用抛光的工艺手段来完成损伤层的完全去除；其中，通过对减薄后剩余损伤层的精确测量，可以得到准确的抛光进给量，来进一步避免晶圆材料的损失；
本申请的技术方案之一为采用粗减加精减两次减薄的工艺手段来保证减薄去除量的精确控制及避免再次引入新的损伤，造成晶圆材料的损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有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为本发明实施例中的晶圆损伤层去除方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中晶圆损伤层测量结果显示图。
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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，本发明实施例提供一种晶圆损伤层去除方法，该方法由计算机或服务器等电子设备执行，具体包括：
S1，获取晶圆的损伤层厚度和减薄工艺的损伤层厚度/>。具体地，可以通过共聚焦显微镜或其他接触式和非接触式的测量方式对存在损伤层的晶圆进行损伤层厚度测量，根据聚焦位置可以得到最大深度差，将其作为晶圆的损伤层厚度/>；减薄工艺的损伤层厚度/>可以是公知的减薄工艺会造成的损伤层厚度，也可以是根据历史减薄工艺对多个晶圆多次减薄测量得到的平均值，还可以是在减薄前通过实验得到的数据，该参数一般与减薄机中的砂轮磨料的粒度、砂轮和工作台转速和砂轮进给率等因素有关。
S2，根据损伤层厚度和损伤层厚度/>计算去除量/>。由于减薄过程中会引入新的损伤层，因此结合减薄工艺本身会造成的损伤合理设定去除量，可以确保在处理过程中尽量减少对晶圆表面的额外损伤和过量去除的同时，保证损伤层被完全去除。
S3，根据去除量控制减薄装置对晶圆进行减薄，减薄装置按照设定的进给速度、转速从当前位置向晶圆方向进给，去除量/>即为减薄装置的进给量。
S4，获取减薄处理后的晶圆的损伤层厚度。可以通过共聚焦显微镜或其他方式再次对经过减薄处理的晶圆进行损伤层测量。
S5，根据损伤层厚度确定抛光工艺的进给量。进给量可以等于或大于损伤层厚度/>，以确保完全去除损伤层。
S6，根据进给量控制抛光装置对损伤层进行抛光。抛光（精抛）的工艺中，抛光装置向晶圆方向进给，进给量明显小于减薄工艺中的进给量，确保抛光处理不会造成新的损伤层。
本实施例通过在去除损伤层时结合了减薄工艺本身造成的损伤去合理设定去除量，可以确保在处理过程中尽量减少对晶圆表面的额外损伤，并且采用减薄和抛光两种工序以确保可以精确地去除晶圆表面的损伤层，减少了材料的损耗。
在一个实施例中，步骤S3具体可以包括：
S31，采用粗减工艺对晶圆进行第一次减薄。
S32，对第一次减薄后的晶圆采用精减工艺对对晶圆进行第二次减薄。
本实施例中第一次减薄砂轮的磨料粒子的粒径大于第二次减薄砂轮的磨料粒子的粒径，两次减薄采用不同粒径的磨料粒子，既可以提高损伤层去除效率，又可以减少新的损伤层，减少材料损耗。
进一步地，步骤S31具体包括：
S311，获取粗减工艺的损伤层厚度。粗减工艺的损伤层厚度可以是公知的粗减工艺会造成的损伤层厚度，也可以是根据历史粗减工艺对多个晶圆多次减薄测量得到的平均值，还可以是在粗减前做实验得到的数据。
S312，根据晶圆的损伤层厚度和粗减工艺造成的损伤层厚度/>计算粗减的去除量/>。其中，/>。
S313，根据去除量控制粗减装置对晶圆进行粗减。粗减具体是指采用相对精减而言磨料粒子更大的减薄砂轮对晶圆进行打磨，进给量或者去除量为/>。
本实施例通过精确控制粗减工艺，可以减少额外损伤层对晶圆性能的影响，提高晶圆的质量，可以在减少材料损失的同时提升去除损伤层的效率。
进一步地，步骤S32具体包括：
S321，获取粗减处理后晶圆的损伤层厚度和精减工艺的损伤层厚度/>。可以通过共聚焦显微镜或其他接触式和非接触式的测量方式再次对粗减后的晶圆的损伤层进行厚度测量，根据聚焦位置可以得到最大深度差，将其作为损伤层的厚度/>；精减工艺的损伤层厚度可以是公知的精减工艺会造成的损伤层厚度，也可以是根据历史精减工艺对多个晶圆多次减薄测量得到的平均值，还可以是在精减前做实验得到的数据。
S322，根据损伤层厚度和损伤层厚度/>计算精减的去除量/>。其中，。
S323，根据去除量控制精减装置对晶圆进行精减。精减具体是指采用相对粗减而言磨料粒子更大的减薄砂轮对晶圆进行打磨，进给量或者去除量为/>。
本实施例通过对粗减后的晶圆进一步对晶圆表面的损伤层进行精减，以减少粗减未去除的损伤层，通过精准控制精减工艺，可以减少材料损耗，从而提高晶圆的质量。
结合图2所示，对经过激光冷裂后的碳化硅晶圆通过共聚焦显微镜进行损伤层的厚度测量，测量结果显示损伤层的最大深度差为152.33微米。采用两种减薄工艺+精抛的工艺方法来对损伤层进行去除，其中两步减薄工艺分别为粗减和精减，其中具体工艺如下所示，其中，表1为粗减的具体参数，表2为精减的具体参数：
| 砂轮转速 | 工作台转速 | 进给速度 | 原地加工时间 | 损伤层厚度 | 砂轮型号 |
| 1800 | 175 | 0.5um/s | 30S | 7微米 | 2000目 |
表1
| 砂轮转速 | 工作台转速 | 进给速度 | 原地加工时间 | 损伤层厚度 | 砂轮型号 |
| 2000 | 175 | 0.2um/s | 50S | 2微米 | 8000目 |
表2
由上述晶圆损伤层厚度和表中数据可知：
确定粗减去除量为：145.33微米，经计算其不确定度为1微米。在粗减完成后经测试得到粗减后晶圆的损伤层厚度为7.3微米。
确定精减去除量为：5微米，经计算其不确定度为0.1微米。在精减完成后经测试得到精减后晶圆的损伤层厚度为0.35微米。
进行进给量≥0.35微米的精抛，并对精抛后的单晶片进行检查（采用FIB/SEM），确定损伤层已经完全去除。
由于在上述步骤中，减薄的粗减和精减过程中由于减薄特性导致的损伤层厚度值是根据经验或历史数据获取的，这可能导致上述参数无法进行精确控制，进而很难确保去除量设定在合理范围内，需要多次减薄去除损伤层，造成工艺上的反复去除和材料浪费。
为了更加精确的控制损伤层去除所导致晶圆材料的损失，尽量降低工艺流程的重复浪费，本实施例进一步对上述技术方案中所涉及的误差来源进行分析，通过引入不确定度评定方法对上述减薄工艺的去除量的不确定度进行计算。在一个实施例中，利用如下方式计算合成标准不确定度：
；
其中，表示第i次粗减去除量的不确定度，/>第j次精减去除量的不确定度，n为上述方法中粗减次数，m为上述方法中精减次数，n≥1、m≥1。
进一步地，还可以计算扩展不确定度：
；
其中，取k=2。
本方案考虑了两种减薄工艺带来的不确定度，由此综合全部的不确定度得到材料去除量的合成标准不确定度或者扩展不确定度，基于此给出去除量的合理设置区间，最终实现精确控制损伤层的去除。同时，也可以针对不确定度较大的分量进行重点调整，实现误差的精准调控。
进一步地，关于粗减去除量的不确定度和精减去除量的不确定度/>，可以采用如下方式进行计算：
；
其中，是损伤层厚度/>的不确定度，/>是粗减减薄损伤的不确定度；
；
其中，是损伤层厚度/>的不确定度，/>是精减减薄损伤的不确定度。
另外，上述该扩展不确定度的计算方法也可以用以计算粗减和精减的扩展不确定度
更进一步地，对晶圆进行两次减薄时，其中粗减前的损伤层厚度不确定度和精减前的损伤层厚度不确定度/>可通过重复性测量和显微镜的参数获取，因此/>和/>分别进一步由多种不确定度分量确定，例如包括重复性测量引起的不确定度分量和测量仪器精度引起的不确定度分量。
组成和/>的相关分量类似，在此以/>为例进行说明。例如在粗减过程中，测量次数为n，重复性测量标准差为s，则由于重复性测量引起的该不确定度分量可表示为：
；
由于仪器自身精度引起的不确定度分量包括但不限于分辨力误差、垂直度误差、平面度误差、温度误差、振动误差和图像匹配误差等。
以上两种分量仅作为举例，实际应用时不限于引入上述两种不确定度分量，则粗减前损伤层测量不确定度可表示为：
；
其中表示第i种不确定度分量，n表示不确定度分量的数量。
在减薄过程中，减薄损伤的测量不确定度和/>同样由多种不确定度分量确定，例如包括重复性测量引起的不确定度分量和测量仪器精度引起的不确定度分量。
其中仪器自身精度引起的不确定度分量的误差来源又进一步包括图像分辨率引起的不确定度、示值误差引起的不确定度、灵敏度和分辨力引起的不确定度等。和的计算方式与/>类似，但采用的不确定度分量不同。
关于和/>的应用，在一个实施例中还包括：
获取第i次粗减去除量的不确定度；
在已知损伤层厚度的前提下，根据不确定度/>确定粗减后的损伤层厚度范围；
判断粗减处理后晶圆的损伤层厚度是否处于所述粗减后的损伤层厚度范围内，当损伤层厚度/>处于所述粗减后的损伤层厚度范围内时，判定第i次粗减过程准确度较高。
获取第j次精减去除量的不确定度；
在已知损伤层厚度的前提下，根据不确定度/>确定精减后的损伤层厚度范围；
判断精减处理后晶圆的损伤层厚度是否处于所述精减后的损伤层厚度范围内，当损伤层厚度/>处于所述精减后的损伤层厚度范围内时，判定第j次精减过程准确度较高。
进一步地，在获取和/>的步骤中，结合之前的实施例可知，/>、/>、/>和分别由多种不确定度分量的值所确定，首先可以判断这些分量的值是否合理。具体可以比较这些分量，当其中某种不确定度分量的值明显大于其它分量的值时，判断该分量的值不合理，通过修正相关影响因素（如重复性测量的精度、仪器测量精度等）以获得合理的值后，再计算出相应的/>和/>。
以粗减的不确定度计算为例，经过测量得到损伤层的最大深度差为152.33um（=152.33um），该重复性测量不确定度分量为0.5um、仪器测量不确定度分量为0.3um（0.5um和0.3um用于计算/>）。通过对同等转速、磨粒下的晶圆粗减的历史数据进行统计分析，得到该状态下的粗减造成的损伤层厚度值为7um（/>=7um），其中重复性测量不确定度分量为1um、仪器测量不确定度分量为0.2um（1um和0.2um用于计算/>）。
由上述数据可知，其合成标准不确定度为1.174um（根据和/>计算）、扩展标准不确定度为2.348um。
通过比较上述四种不确定度分量可以发现，影响最大的是粗减过程中的损伤层厚度重复性测量（重复性测量不确定度分量为1um是四种分量中的最大值），可以选择对其影响因素进行优化以重新确定。
造成该部分误差较大的来源是样本数量较少、未去除异常值和待减薄的晶圆厚度大小不一引起的。在对其相关因素进行优化后，得到的粗减重复性测量精度为0.5um，重新计算合成不确定度降低至=0.79um，扩展标准不确定度为1.58um。
本实施例采用扩展标准不确定度1.58um确定粗减损伤层厚度范围。具体地，理论上的=7um，根据7um±1.58um得到粗减损伤层厚度范围为[5.42，8.58]um，以同时可以确定粗减去除量/>为145.33微米（/>=152.33um）。根据去除量/>控制粗减装置对晶圆进行粗减，如果粗减后测量得到实际的损伤层厚度/>在[5.42，8.58]um内，则表示粗减过程正常；如果/>超出该范围，则判定粗减过程异常，极大概率是由于粗减过程中不正当操作引起的，通过上述方法可将减薄后的损伤层厚度控制在所需范围内。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (12)
1.一种晶圆损伤层去除方法，其特征在于，
获取晶圆的损伤层厚度和减薄工艺的损伤层厚度/>；
根据所述损伤层厚度和所述损伤层厚度/>计算去除量/>；
根据所述去除量控制减薄装置对晶圆进行减薄；
获取减薄处理后的晶圆的损伤层厚度；
根据所述损伤层厚度确定抛光工艺的进给量；
根据所述进给量控制抛光装置对损伤层进行抛光。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述去除量控制减薄装置对晶圆损伤层进行减薄包括：
采用粗减工艺对晶圆进行第一次减薄；
对第一次减薄后的晶圆采用精减工艺对晶圆进行第二次减薄。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用粗减工艺对晶圆进行第一次减薄，包括：
获取粗减工艺的损伤层厚度；
根据晶圆的损伤层厚度和所述粗减工艺造成的损伤层厚度/>计算粗减的去除量/>；
根据所述去除量控制粗减装置对晶圆进行粗减。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对第一次减薄后的晶圆采用精减工艺对晶圆进行第二次减薄，包括：
获取粗减处理后晶圆的损伤层厚度和精减工艺的损伤层厚度/>；
根据所述损伤层厚度和损伤层厚度/>计算精减的去除量/>；
根据所述去除量控制精减装置对晶圆进行精减。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
利用如下方式计算合成标准不确定度：
；
其中，表示第i次粗减去除量的不确定度，/>第j次精减去除量的不确定度。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
获取第i次粗减去除量的不确定度；
在已知损伤层厚度的前提下，根据不确定度/>确定粗减后的损伤层厚度范围；
判断粗减处理后晶圆的损伤层厚度是否处于所述粗减后的损伤层厚度范围内，当损伤层厚度/>处于所述粗减后的损伤层厚度范围内时，判定第i次粗减过程准确度较高。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
获取第j次精减去除量的不确定度；
在已知损伤层厚度的前提下，根据不确定度/>确定精减后的损伤层厚度范围；
判断精减处理后晶圆的损伤层厚度是否处于所述精减后的损伤层厚度范围内，当损伤层厚度/>处于所述精减后的损伤层厚度范围内时，判定第j次精减过程准确度较高。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，利用如下方式计算：
；
其中，是损伤层厚度/>的不确定度，/>是粗减减薄损伤的不确定度。
9.根据权利要求5或7所述的方法，其特征在于，利用如下方式计算：
；
其中，是损伤层厚度/>的不确定度，/>是精减减薄损伤的不确定度。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，的值分别由多种不确定度分量所确定，所述多种不确定度分量至少包括重复性测量引起的不确定度分量和测量仪器精度引起的不确定度分量。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中和/>的值分别由多种不确定度分量所确定，所述多种不确定度分量至少包括重复性测量引起的不确定度分量和测量仪器精度引起的不确定度分量。
12.一种晶圆损伤层去除设备，其特征在于，包括：处理器以及与所述处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行如权利要求1-11中任意一项所述的晶圆损伤层去除方法。
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