一种高平坦度抛光片的制备工艺的制作方法

　　1.本发明属于半导体大硅片制备技术领域，具体涉及一种高平坦度抛光片的制备工艺。背景技术：2.随着超大规模集成电路制程能力的快速发展，线宽尺寸进一步降低，对抛光片的表面平坦度的要求也越来越高，原有制备工艺已不满足生产需求。3.常规的半导体大硅片抛光工艺包括有蜡抛光和无蜡抛光两种，因有蜡抛光能获得平整度更优的抛光面，其逐渐成为主流的抛光技术。在有蜡抛光过程中主要影响被抛硅片几何参数的过程分为两个过程，其一为贴片过程，该过程包括在待抛硅片背面均匀涂敷一层抛光蜡，并将背面涂覆抛光蜡的待抛硅片贴敷在高温陶瓷盘上的步骤，主要涉及蜡膜厚度、陶瓷盘平整度等参数；其二为抛光过程，该过程包括采用粗抛、中抛和/或精抛工艺去除硅片表面损伤与变形层的步骤，主要涉及抛光压力、转速、抛光时间等参数。其中，抛光垫又可分为粗抛垫、中抛垫和精抛垫，抛光液对应可分为粗抛液、中抛液和精抛液。在抛光过程中，通常粗抛垫配合粗抛液使用，中抛垫配合中抛液使用，精抛垫配合精抛液使用，一个参数的简单改变均会得出波动较大的结果，特别是抛光垫和抛光液的组合选择，均需通过大量的实验验证才能得到最优的工艺结果。4.专利cn110181382a公开了一种制备半导体晶片的系统和方法，主要在现有装置系统中引入第二加热装置对贴合完成的晶片进行再加热，采用该系统可以保证抛光工序的顺行，而不需要将其返回加热熔化工序的加热装置，从而提高半导体晶片产量。该专利揭示所述陶瓷盘上熔化后抛光蜡层的厚度为1-200微米，但在实际的抛光加工过程中，蜡膜会在巨大的抛光压力下发生形变，该形变随蜡膜厚度的增加而增大，从而影响压力分配的均匀性，最终恶化几何参数。专利cn102019582b公开了一种8英寸轻掺硅抛光片的抛光工艺，对8英寸轻掺硅抛光片进行两次粗抛光、一次中抛光、一次精抛光，共四次抛光过程，每次抛光过程分为四个阶段。该专利仅公开了各环节的抛光压力和时间，未涉及抛光垫、抛光液等其它工艺参数，难以获得高质量的抛光片。专利cn103009234a公开了一种改善表面颗粒的重掺砷单晶硅晶圆抛光片的抛光工艺，抛光过程分成粗抛光、中抛光和精抛光阶段，每个阶段又分别按四个步骤进行，每个步骤设定抛光时间、压力、大盘转速、中心导轮转速、去离子水或抛光液流量、冷却水温度。该专利可获得一次合格率稳定达到90％以上的晶圆，但此合格率建立在较为宽松的卡控标准下，几何参数的加工能力并无明显优势。专利cn109500663a公开了一种降低8英寸硅抛光片表面粗糙度的抛光工艺，采用粗抛光、第一次精抛光、第二次精抛光的抛光工艺。在粗抛光步骤中，采用粗抛布，稀释的粗抛液及配套的抛光工艺；在第一次精抛光步骤中，采用精抛布，稀释的精抛液及配套的抛光工艺；在第二次精抛光步骤中，采用精抛布，稀释的精抛液及配套的抛光工艺。这种中抛过程使用精抛布和稀释的精抛液的方式，中抛去除量较少，抛光成本较高，且难以获得较好的表面状态。专利cn111230605a公开了一种改善硅抛光片平整度的方法，采用先磨削使硅片中部形成1.5-2μm凹陷，再进行粗抛、中抛、精抛的抛光方法，其中粗抛步骤使用粗抛液及粗抛布，中抛步骤使用中抛液和中抛布，精抛步骤使用精抛液和精抛布，配合抛光时间、转速抛光液稀释比例和流量，使得抛光后的硅片ttv《0.6μm,sbir《0.25μm，良率在90％以上。但该专利的抛光工艺与磨削密切相关，受到磨削质量的限制，磨削质量的波动容易影响最终的抛光质量。5.因此，仍旧需要一种简单快捷的高平坦度抛光片的制备工艺，无需复杂冗长的抛光步骤，仅通过控制贴片和抛光过程中的关键参数，即可有效提高抛光片表面平坦度的抛光片制备工艺。技术实现要素：6.本技术为克服现有技术的不足，提供一种可有效提高抛光片表面平坦度的抛光片制备工艺，采用此工艺制备硅片平坦度参数可达到：gbir＜1.5μm，sbir＜0.5μm。7.为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：8.一种高平坦度抛光片的制备工艺，包括如下步骤：9.1)在洁净的待抛片背面均匀涂敷一层抛光蜡，将背面涂覆抛光蜡的待抛片贴敷在高温陶瓷盘上，随后进行冷却；10.2)对贴敷在陶瓷盘上的待抛片进行抛光处理，分别经历粗抛光，中抛光，精抛光三步，得到抛光片；11.3)对抛光片进行去蜡清洗，去除抛光片背面的抛光蜡，得到洁净的抛光片。12.在一个具体的实施方案中，所述步骤1)中涂敷一层抛光蜡的蜡膜厚度在0.7～1μm，且蜡膜厚度极差＜50nm。13.在一个具体的实施方案中，所述步骤1)中涂敷一层抛光蜡的工艺参数为甩蜡转速2500-3000rpm，甩蜡时间3-5s。14.在一个具体的实施方案中，所述粗抛过程使用粗抛垫，抛光垫转速20±5rpm，抛光垫温度30±5℃；配合使用稀释的粗抛液，粗抛液流量9-11l/min，抛光液温度20±5℃；对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为200-500kg，中心压力为0-400kpa；陶瓷盘转速20±5rpm；去除量9-18μm。15.在一个优选的实施方案中，所述粗抛过程使用粗抛垫，抛光垫转速20rpm，抛光垫温度30℃；使用稀释的粗抛液，粗抛液流量10l/min，抛光液温度20℃；对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为400kg，中心压力为50kpa；陶瓷盘转速20rpm/min；去除量10-17μm。16.在一个具体的实施方案中，所述中抛过程使用精抛垫，抛光垫转速20±5rpm，抛光垫温度30±5℃；使用稀释的中抛液，中抛液流量4-7l/min，抛光液温度20±5℃；对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为200-400kg，中心压力为0-200kpa；陶瓷盘转速为20±5rpm；去除量＜1.5μm。17.在一个优选的实施方案中，所述中抛过程使用精抛垫，抛光垫转速20rpm，抛光垫温度30℃，使用稀释的中抛液，中抛液流量6l/min，抛光液温度20℃，对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为300kg，中心压力为100kpa，陶瓷盘转速为20rpm，去除量1.0μm。18.在一个具体的实施方案中，所述精抛过程使用精抛垫，抛光垫转速30±5rpm，抛光垫温度30±5℃；使用稀释的精抛液，中抛液流量1.5±0.5l/min，抛光液温度20±5℃；对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为200-400kg，中心压力为0-100kpa，陶瓷盘转速30±5rpm，抛光时间8-10min。19.在一个优选的实施方案中，所述精抛过程使用精抛垫，抛光垫转速30rpm，抛光垫温度30℃；使用稀释的精抛液，中抛液流量1.5l/min，抛光液温度20℃；对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为200kg，中心压力为50kpa，陶瓷盘转速30rpm，抛光时间9min。20.在一个优选的实施方案中，本发明的一种高平坦度抛光片的制备工艺，还包括利用测试设备对抛光片进行测试，确定所得抛光片的平坦度的步骤，制备的所述硅片平坦度参数可达到：gbir＜1.5μm，sbir＜0.5μm。21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：22.1)本发明通过对蜡膜厚度的控制可以使硅片具有更好的贴敷状态，在该贴敷状态下能保证抛光片在抛光过程中的受力均匀性，从而保证整体去除量的均匀性，进而有利于得到高平坦度的抛光片。23.2)本发明在蜡膜厚度控制的基础上，通过对各抛光环节工艺参数的调节，特别是中抛环节采用精抛垫和中抛液的配合使用，创造性地探索出最优的抛光工艺条件，得到高平坦度的抛光片。附图说明24.图1为本发明实施例及对比例制备抛光片测得的gbir箱线图。25.图2为本发明实施例及对比例制备抛光片测得的sbir箱线图。具体实施方式26.为了更好的理解本发明的技术方案，下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。27.一种高平坦度抛光片的制备工艺，包括如下步骤：28.(1)在洁净的待抛片背面均匀涂敷一层抛光蜡，将背面涂覆抛光蜡的待抛片贴敷在高温陶瓷盘上，随后进行冷却。29.(2)对贴敷在陶瓷盘上的待抛片进行抛光处理，分别经历粗抛光，中抛光，精抛光三步，得到抛光片。30.(3)对抛光片进行去蜡清洗，去除抛光片背面的抛光蜡，得到洁净的抛光片；再利用测试设备对抛光片进行测试，确定所得抛光片的平坦度。31.本发明的抛光工艺在现有的抛光机上即可实现，例如不二越公司的单面有蜡抛光机。抛光工艺的涂蜡、粗抛、中抛、精抛步骤的控制均可参考现有技术，本发明的关键在于各关键工艺参数的选择。32.上述步骤(1)中，通过涂敷所得蜡膜厚度在0.7～1μm之间，且蜡膜厚度极差＜50nm。又例如，所述通过涂敷所得蜡膜厚度d，0.7μm≤d《1μm，且蜡膜厚度极差＜50nm。蜡膜主要作用在于将待抛硅片贴敷在陶瓷盘上，厚度太低，例如小于0.6μm，可能会造成待抛片贴敷不牢固，在后续抛光过程中，在巨大的剪切力作用下有跑片的风险，并且过薄的蜡膜会增加dimple的发生率，从而降低产品良率。蜡膜厚度太厚，例如超过1.1μm，可能导致蜡的涂敷不均匀，使得贴敷的待抛片在抛光过程中受力不均匀，影响抛光效果，并且会增加成本，造成蜡的浪费。33.另外，蜡膜厚度极差指蜡膜最厚与最薄位置处的高度差，其越小越好。在本发明超薄蜡膜厚度的工艺条件下，要求蜡膜厚度极差小于50nm，在此厚度极差的要求下，才能保证超薄蜡膜厚度的均匀性，从而保证待抛硅片的受力均匀。优选地，所述涂蜡过程的甩蜡转速在2500-3000rpm之间，甩蜡时间3-5s，通过降低甩蜡转速和延长甩蜡时间，增加蜡膜厚度。在此涂敷条件下，有利于得到蜡膜厚度在0.7～1μm之间，且蜡膜厚度极差＜50nm的蜡膜，保障后续的抛光效果。34.其中，抛光蜡没有特别的限制，利用市面主流的产品即可，例如抛光蜡选自日化精工公司的kw-20163抛光蜡。35.上述步骤(2)中，所述粗抛过程使用粗抛垫，抛光垫转速20±5rpm，抛光垫温度30±5℃；配合使用稀释的粗抛液，粗抛液流量9-11l/min，抛光液温度20±5℃；对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为200-500kg，中心压力为0-400kpa；陶瓷盘转速20±5rpm；去除量9-18μm，根据待抛片的表面状态决定，一般减薄面去除量9-11μm，腐蚀面去除量16-18μm。其中，去除量的大小可以利用万分表测量硅片厚度，通过抛光前后硅片厚度差值计算得到。36.优选地，所述粗抛过程使用粗抛垫，抛光垫转速20rpm，抛光垫温度30℃；使用稀释的粗抛液，粗抛液流量10l/min，抛光液温度20℃；对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为400kg，中心压力为50-150kpa；陶瓷盘转速20rpm/min；减薄面去除量10μm，腐蚀面去除量17μm。37.其中，粗抛垫和粗抛液没有特别的限制，利用市面主流的产品即可，例如粗抛垫选自fujibo公司的fpk660c2粗抛垫，粗抛液选自ace公司的wp5000粗抛液。38.上述步骤(2)中，所述中抛过程使用精抛垫，抛光垫转速20±5rpm，抛光垫温度30±5℃。使用稀释的中抛液，中抛液流量4-7l/min，抛光液温度20±5℃。对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为200-400kg，中心压力为0-200kpa。陶瓷盘转速20±5rpm。去除量＜1.5μm。39.优选地，所述中抛过程使用精抛垫，抛光垫转速20rpm，抛光垫温度30℃，使用稀释的中抛液，中抛液流量6l/min，抛光液温度20℃，对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为300kg，中心压力为100kpa，陶瓷盘转速为20rpm，去除量1.0μm。40.其中，精抛垫和中抛液没有特别的限制，利用市面主流的产品即可，例如精抛垫选自千代田公司的7355000fe精抛垫，中抛液选自fujimi公司的glanzox1306中抛液。41.本发明与现有技术的显著区别在于通过对涂蜡工艺的控制得到最优的蜡膜厚度，使待抛片得到最优的贴敷状态。另外中抛过程采用精抛垫和中抛液的组合，配合其它工艺参数，得到高平坦度抛光片的制备工艺，而无需配合前期的特殊磨削加工预处理，大大地简化了工艺流程，有利于提高产量和质量，并降低成本。42.上述步骤(2)中，所述精抛过程使用精抛垫，抛光垫转速30±5rpm，抛光垫温度30±5℃。使用稀释的精抛液，中抛液流量1.5±0.5l/min，抛光液温度20±5℃。对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为200-400kg，中心压力为0-100kpa，陶瓷盘转速30±5rpm，抛光时间8-10min。43.在一个优选的实施方案中，所述精抛过程使用精抛垫，抛光垫转速30rpm，抛光垫温度30℃；使用稀释的精抛液，中抛液流量1.5l/min，抛光液温度20℃；对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为200kg，中心压力为50kpa，陶瓷盘转速30rpm，抛光时间9min。44.其中，精抛垫和精抛液没有特别的限制，利用市面主流的产品即可，例如精抛垫选自千代田公司的7355000fe精抛垫，精抛液选自fujimi公司的glanzox3108精抛液。45.本发明通过超薄蜡膜厚度的使用，以及配合特定的粗抛、中抛和精抛工艺，得到高平坦度的抛光片，产品一次良率可达到90％以上，制备的所述硅片平坦度参数可达到：gbir＜1.5μm，sbir＜0.5μm。其中，gbir又称ttv，是指整个硅片厚度的极差值；sbir是指将硅片分成特定大小的小区域，所有小区域内厚度极差值的极值。gbir和sbir值越小，说明抛光片表面越平坦，规格越高。46.下面结合更具体地实施例来详细说明本发明的抛光工艺，但不构成任何限制。47.原料：200mm腐蚀片300片，晶相《100》，抛前厚度736±5μm。48.设备：不二越单面有蜡抛光机，scc去蜡清洗机，ade9600平坦度测试仪。49.辅料：抛光蜡：kw-20163/kw-30163(日化精工公司)，粗抛液：wp5000(ace公司)，中抛液：glanzox1306(fujimi公司)：精抛液：glanzox3108(fujimi公司)，粗抛垫：fpk660c2(fujibo公司)，中抛垫：suba400(罗门哈斯)，精抛垫：7355000fe(千代田)，去蜡剂：kilala(日化精工公司)，纯水。50.测试方法：51.硅片平坦度测试使用标准设备ade9600，测试程序如下：区域大小(site size)：22mm*22mm，边缘去除(edge exclusion)：3mm，参考面(reference plane)：back reference center。52.实施例一53.抛光加工工艺为有蜡抛光，抛光前首先对抛光片进行清洗，保证硅片洁净，使用自动甩蜡机在硅片背部均匀涂覆抛光蜡kw-20163，甩蜡转速为3000rpm，甩蜡时间3s，所得蜡膜厚度为0.8μm，随后将硅片贴敷在陶瓷盘上，贴蜡温度为93℃。将贴敷硅片后的陶瓷盘冷却到室温后分别进行粗抛光、中抛光和精抛光，得到表面平整的硅抛光片，随后将硅片从陶瓷盘剥离，并对硅片进行清洗去除背面残留的抛光蜡，最后使用ade9600设备进行平坦度测试。54.其中粗抛光过程使用粗抛垫fpk660c2，抛光垫转速20rpm，抛光垫温度30℃，使用稀释比例1：20的粗抛液wp5000，粗抛液流量10l/min，抛光液温度20℃。对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为400kg，中心压力为50kpa，陶瓷盘转速20rpm，去除量16μm。55.中抛过程使用精抛垫7355000fe，抛光垫转速20rpm，抛光垫温度30℃，使用稀释比例1：40的中抛液glanzox1306，中抛液流量6l/min，抛光液温度20℃，对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为300kg，中心压力为100kpa，陶瓷盘转速20rpm，去除量1.0μm。56.精抛过程使用精抛垫7355000fe，抛光垫转速30rpm，抛光垫温度30℃，使用稀释比例1：30的精抛液glanzox3108，中抛液流量1.5l/min，抛光液温度20℃。对陶瓷盘施加的压力分为外侧压力和中心加压，其中外侧压力为200kg，中心压力为50kpa，陶瓷盘转速30rpm，抛光时间9min。57.抛光片平整度的检测：测试抛光后硅片平整度，可得到gbir＜1.5μm，gbir＜0.5μm。58.实施例二59.与实施例一相比，在保证其他工艺条件不变的条件下，降低甩蜡转速为2500rpm，甩蜡时间3s，所得蜡膜厚度为1.0μm。对所得抛光片进行平坦度检测，可得到gbir＜1.5μm，gbir＜0.5μm。60.对比例一61.与实施例一相比，在保证其他工艺条件不变的条件下，中抛工艺使用中抛垫suba400替代精抛垫7355000fe，在该条件下中抛去除量可达2.5μm。对所得抛光片进行平坦度检测，可得到gbir＜3μm，gbir＜0.8μm。62.对比例二63.与实施例一相比，在保证其他工艺条件不变的条件下，抛光蜡使用kw-30163，在该条件下蜡膜厚度可达1.5μm。对所得抛光片进行平坦度检测，可得到gbir＜2μm，gbir＜0.7μm。64.对比例三65.与实施例一相比，在保证其他工艺条件不变的条件下，提高甩蜡转速到3500rpm，所得蜡膜厚度为0.5μm。因转速较快在涂蜡过程中，发生掉片现象，造成待抛片破碎，且贴敷效果不理想，未进行后续抛光加工。66.对比例四67.与实施例一相比，在保证其他工艺条件不变的条件下，降低甩蜡转速到2000rpm，所得蜡膜厚度为1.2μm。对所得抛光片进行平坦度检测，可得到gbir＜2μm，gbir＜0.7μm。68.对比例五69.与实施例一相比，在保证其他工艺条件不变的条件下，中抛工艺使用精抛液glanzox3108替换中抛液，在该条件下中抛去除量小于0.5μm。对所得产品进行目检和粗糙度测试发现，产品表面粗糙度较差，部分产品存在抛光痕迹，属于不合格产品。70.除对比例三和对比例五外，实施例和对比例制得的抛光片进行平坦度测试，得到的gbir和sbir数据如图1和图2所示。由图可知，本发明实施例的抛光工艺得到的gbir和sbir均优于对比例，而且得到的抛光片平坦度较为集中，箱线图上下波动较小，说明抛光片的平坦度较为稳定，抛光工艺可靠。具体地，与实施例一相比，对比例一采用中抛垫和中抛液的组合，对比例二和对比例四蜡膜厚度大于1μm，在本发明的超薄蜡膜厚度配套的工艺条件下，得到的抛光片平坦度均远不如实施例一的结果。对比例三的蜡膜厚度极低，低于本发明的超薄蜡膜厚度，最后涂蜡过程中掉片。对比例五的中抛工艺采用精抛垫和精抛液，最终去除量低，导致产品表面粗糙，判为不合格品。说明本发明的超薄蜡膜厚度结合特定的粗抛、中抛和精抛工艺，可以得到一次良率高、平坦度好的抛光片。71.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。