[发明专利]一种硅晶圆减薄亚表面损伤深度快速评估方法

说明书

本发明提供了一种硅晶圆减薄亚表面损伤深度快速评估方法，属于半导体晶圆材料超精密加工领域。该方法包括确定晶圆磨削参数，计算单颗磨粒切削深度的建立，建立亚表面损伤深度与切削深度的关系，将单颗磨粒切削深度代入亚表面损伤深度与切削深度关系，得到磨削参数与亚表面损伤深度的关系，亚表面损伤深度快速评估。利用本发明提供的亚表面损伤深度快速评估方法，可以在磨削设计阶段针对不同磨削参数(磨轮目数、主轴进给速率、主轴转速、晶圆转速)硅晶圆亚表面损伤深度进行预测，提高晶圆磨削质量，降低晶圆磨削成本。

技术领域

本发明属于半导体晶圆材料超精密加工领域，涉及一种硅晶圆减薄亚表面损伤深度快速评估方法。

背景

半导体晶圆磨削加工是集成电路(IC)制造领域不可缺少的工艺。随着高密度、小型化电子器件的增加，超薄(厚度小于100μm)晶圆在越来越多的封装形式中被用到，如：3D集成封装，MEMS封装。通常情况下，12寸晶圆的厚度为775μm，因此约700μm厚的晶圆材料将在磨削阶段去除。基于晶圆自旋转磨削方法的晶圆减薄是当前主流的硅晶圆磨削技术。然而磨削过程中不可避免地造成硅晶圆亚表面损伤，如相变、位错、微裂纹等。这些损伤会降低晶圆强度，影响后续加工良率和封装产品可靠性。刻蚀、化学机械抛光(CMP)是消除亚表面损伤的主要方法，然而这些方法成本高，效率低。因此，评估亚表面损伤深度并通过控制磨削参数来降低亚表面损伤深度十分必要。

目前，硅晶圆减薄亚表面损伤深度预测主要采用晶圆表面粗糙度测量的方法进行，它是一种经验公式，是根据实验总结出来的。但是，一方面表面粗糙度的测量是在晶圆磨削之后进行，不能在晶圆磨削参数设计阶段提前预测；另一方面，晶圆表面粗糙度随着晶圆砂轮目数，磨削参数(主轴进给速率、主轴转速、晶圆转速)，晶圆位置分布的变化而变化。利用表面粗糙度测量的方法不能满足磨削工艺的需求。因此需要一种直接通过磨轮目数，磨削参数直接预测亚表面损伤层深度快速评估方法，并且还可以反应晶圆不同位置的亚表面损伤深度分布。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种硅晶圆减薄亚表面损伤深度快速评估方法。其步骤包括：步骤一，确定晶圆磨削参数，所述磨削参数包括：磨削机台磨轮直径，磨齿宽度，晶圆直径，磨粒尺寸，主轴进给速率，主轴转速，晶圆转速，硅晶圆材料的弹性恢复系数，晶圆、主轴结合剂材料的弹性模量，硅晶圆的断裂韧性；步骤二，计算单颗磨粒的切削深度；步骤三，建立亚表面损伤深度与切削深度的关系；步骤四，将单颗粒切削深度代入亚表面损伤深度与切削深度关系，得到磨削参数与亚表面损伤深度的关系；步骤五，将得到的磨削参数与亚表面损伤深度的关系写入程序集成于磨削机台系统，根据磨削机台设定的磨削参数，对晶圆亚表面损伤深度进行快速评估。该方法一方面可以在磨削设计阶段针对不同磨削参数(磨轮目数、主轴进给速率、主轴转速、晶圆转速)硅晶圆亚表面损伤深度进行预测，指导磨削参数的设计。另一方面，根据磨削参数确定亚表面裂纹深度，确定磨削带来的损伤程度，为以后磨削去除量和工艺控制提供指导。

本发明技术方案如下：

确定晶圆磨削参数，所述磨削参数包括：磨削机台磨轮直径，磨齿宽度，晶圆直径，磨粒尺寸，主轴进给速率，主轴转速，晶圆转速，硅晶圆材料的弹性恢复系数，晶圆、主轴结合剂材料的弹性模量，硅晶圆的断裂韧性。