一种确定双面研磨中晶片上下表面去除量的方法与流程

1.本发明设计一种确定双面研磨中晶片上下表面去除量的方法，属于半导体材料的加工领域。


背景技术：

2.双面研磨工艺主要用于平面工件的双面研磨加工，双面研磨的工作原理是：上、下研磨盘在电机的带动下做相反方向转动，利用游星轮将工件置于上下盘之间，游星轮分别与内齿、外齿圈噬合，内齿和外齿圈带动游星轮进行公转和自转，工件在游轮的带动下在上下研磨/抛光盘间做行星运动，通过气缸给上盘施加压力，研磨液充满上下盘之间的空隙，在磨料的作用下可以同时实现工件上下两表面的研磨加工。cn113601376a公开了一种碳化硅双面抛光中单面抛光速率的测定方法，采用边缘轮廓仪分别监控抛光过程中硅面和碳面面幅长度的变化，采用几何关系式计算出硅面和碳面的抛光速率，此方法严重依赖边缘轮廓仪的测量精度，测量误差较大，并且晶片边缘必须采用t型倒角该方法才可适用；中国专利cn112846977a中，公开了一种减小双面研磨工件平面度误差的方法，采用上盘或下盘与工件相对运动轨迹计算公式得到工件与研磨盘间的瞬时相对速度，然后根据preston方程，计算出各点的材料去除速率，通过计算上下面的面形变化，得到翻面时间，最后，经过多次翻面，实现双面平面度的收敛，此方法仅仅能得出加工过程中的材料去除趋势，并且计算过程非常复杂。
3.工件上下表面的去除速率差异会直接影响加工工件的弯曲度和翘曲度，确定上下表面去除速率对于调整双面研磨工艺，改善加工晶片的几何参数，具有指导意义；另外双面研磨之前要对工件进行倒角，确定上下表面去除速率对倒角工艺的调整也具有指导意义。


技术实现要素：

4.本发明针对双面研磨过程不可视、计算晶片表面各点相对速度复杂、晶片上下表面去除量无法精准测量等问题，旨在解决现有技术的不足，提出一种确定双面研磨中晶片上下表面去除量的方法，通过粘贴剂将两个尺寸相同的晶片粘贴到一起，对粘贴晶片进行双面研磨加工，通过分别测量两个粘贴晶片厚度的去除量，得到双面研磨晶片上下表面的去除量，可以不受晶片倒角工艺的约束，大大提高了测量准确度。
5.本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种确定双面研磨中晶片上下表面去除量的方法，包括以下步骤：步骤1，选择两个尺寸和材质完全相同的晶片ⅰ和晶片ⅱ；步骤2，用非接触测厚仪分别测量晶片ⅰ和晶片ⅱ的厚度，测量点为晶片的中心点和边缘三点，所述晶片ⅰ的测量点标记为t1
0-1
、t1
1-1
、t1
2-1
、t1
3-1
，所述晶片ⅱ的测量点标记为t2
0-1
、t2
1-1
、t2
2-1
、t2
3-1
；步骤3，先将晶片i放置到一个预热的陶瓷载盘上；待晶片i的温度达到预热温度，在晶片i的面上均匀的涂上粘贴剂，将晶片ii水平放置到涂有粘贴剂的晶片i的面上，采用气囊加压的方式将晶片i和晶片ii完全贴合；在加压的条件下，将陶瓷载盘冷却至25℃～45℃；步骤4，将步骤3中贴合好的晶片进行滚圆处理，使晶片ⅰ和晶片ⅱ成为一个同心圆；步
骤5，将厚度为400μm～1000μm的游星轮均匀摆放到双面研磨机的下盘上，开启研磨机对游星轮进行修整；步骤6，将步骤4中滚圆处理后的晶片放置到步骤5中修整后的游星轮中，晶片ⅰ在上方、晶片ⅱ在下方，开启双面研磨机对晶片i的上表面和晶片ii的下表面同时进行研磨，研磨时间设置为0.5h～2h，研磨结束后，对上述研磨后的晶片进行清洗以去除晶片表面的磨料；步骤7，将步骤6中清洗后的晶片干燥后，置于加热台上，加热台的温度应控制在50℃～250℃，将晶片ⅰ和晶片ⅱ分离；步骤8，对分离后的晶片ⅰ和晶片ⅱ进行清洗，去除晶片ⅰ和晶片ⅱ上的粘贴剂；步骤9，将步骤8中清洗后的晶片ⅰ和晶片ⅱ干燥后，用非接触测厚仪测量晶片ⅰ和晶片ⅱ的厚度，测量点为晶片的中心点、边缘三点，测量点与粘贴前的测量点保持一致，晶片ⅰ的测量点标记为t1
0-2
、t1
1-2
、t1
2-2
、t1
3-2
，晶片ⅱ的测量点标记为t2
0-2
、t2
1-2
、t2
2-2
、t2
3-2
；步骤10，通过差减法计算晶片i研磨前后的厚度变化量，即通过计算t1
0-1-t1
0-2 、t1
1-1-t1
1-2 、t1
2-1
‑ꢀ
t1
2-2、
t1
3-1
‑ꢀ
t1
3-2
得出双面研磨过程中晶片上表面中心点和上表面边缘三点的去除量；通过差减法计算晶片ii研磨前后的厚度变化量，即通过计算t2
0-1-t2
0-2 、t2
1-1
‑ꢀ
t2
1-2 、t2
2-1
‑ꢀ
t2
2-2、
t2
3-1
‑ꢀ
t2
3-2
得出双面研磨过程中晶片下表面中心点和下表面边缘三点的去除量。
6.步骤3中所述的粘贴剂为液体蜡或熔化后的固体蜡或eva膜或环氧树脂。
7.步骤3中所述的陶瓷载盘的平面度为1μm～3μm，陶瓷载盘的预热温度为50℃～150℃。
8.步骤3中所述晶片i和晶片ii粘接到一起的方法为：晶片ⅰ和晶片ⅱ的a面和a面粘贴，或b面和b面粘贴，或晶片ⅰ的a面与晶片ⅱ的b面粘贴或晶片ⅰ的b面与晶片ⅱ的a面粘贴。
9.步骤5中所述游星轮的厚度确定方法为，游星轮的厚度=晶片厚度-（100μm～300μm）。
10.步骤6中所述研磨结束后晶片清洗方法为，将晶片从游星轮中取出并放置到清洗花篮中，将花篮置于超声波清洗机中清洗。
11.步骤8中所述晶片ⅰ和晶片ⅱ清洗方法为，将晶片ⅰ和晶片ⅱ按顺序放置到清洗花篮中，将花篮置于超声波清洗机中用专用清洗液清洗。
12.所述晶片ⅰ和晶片ⅱ的尺寸为φ30mm～φ160mm的圆片，厚度为300μm～700μm，ttv为0μm～5μm，warp为0μm～40μm。
13.所述晶片ⅰ和晶片ⅱ的材质均为碳化硅或硅片或蓝宝石或氧化镓。
14.本发明有益效果是：本发明不需要借助昂贵精密的检测仪器，不需要复杂的计算，提出了对贴合晶片进行双面研磨加工，上贴合晶片厚度的变化量代表双面研磨机上盘对晶片的去除，下贴合晶片厚度的变化量代表双面研磨机下盘对晶片的去除，通过简单的计算上、下贴合晶片各个位置厚度的变化量，该方法不仅可以准确得出双面研磨过程中晶片上下表面的去除量，还可以得出上表面或下表面不同区域的去除差异，对双面研磨工艺的调整和优化具有非常大的指导意义。另外，本发明同样可以应用到双面抛光过程中。
附图说明
15.图1为本发明晶片ⅰ测量点的位置分布示意图；图2为本发明晶片ⅱ测量点的位置分布示意图；图3为本发明晶片ⅰ和晶片ⅱ涂蜡的示意图；
图4为本发明晶片ⅰ和晶片ⅱ完全贴合示意图；图5为本发明晶片ⅰ和晶片ⅱ滚圆处理后同心圆的示意图；图6为本发明研磨后晶片ⅰ测量点的位置分布示意图；图7为本发明研磨后晶片ⅱ测量点的位置分布示意图。
具体实施方式
16.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
17.实施例1，一种确定双面研磨中晶片上下表面去除量的方法：步骤1，选择直径为φ160mm，材质为硅的晶片ⅰ和硅的晶片ⅱ，厚度为300
±
1μm，ttv为1
±
1μm，warp为20
±
10μm。
18.步骤2，用非接触测厚仪测量分别测量硅片ⅰ和硅片ⅱ的厚度，测量点为硅片的中心点、边缘三点，硅的晶片ⅰ的厚度测量值标记为t1
0-1
=300.2μm、t1
1-1
=301.1μm、t1
2-1
=299.7μm、t1
3-1
=300.1μm，硅的晶片ⅱ的厚度测量值标记为t2
0-1
=299.6μm、t2
1-1
=300.7μm、t2
2-1
=300.2μm、t2
3-1
=300.8μm；为了保证测量结果的准确，测量点的位置应尽可能统一，如图1和图2所示，先将晶片i的a面朝上，放置到一个预热的陶瓷载盘上；待晶片i的温度达到预热温度，在晶片i的a面上均匀的涂上粘贴剂，将晶片ii水平放置到涂有粘贴剂的晶片i的a面上，采用气囊加压的方式将晶片i和晶片ii完全贴合。
19.步骤3，将硅的晶片i的a面朝上，放置到一个预热温度为90℃的陶瓷载盘上；待硅的晶片i的温度达到90℃，在晶片i的a面上均匀的涂上固体蜡；将硅的晶片ⅱ的a面朝下，放置到硅的晶片ⅰ的a面上，尽可能同心放置，并且测量点的位置应尽可能重叠，如图3所示，硅的晶片i的中心点t1
0-1
与硅的晶片ii的中心点t2
0-1
重叠，硅的晶片i的边缘点t1
3-1
与硅的晶片ii的中心点t2
3-1
重叠；采用气囊加压的方式将硅的晶片ⅰ和硅的晶片ⅱ完全贴合，在加压条件下，陶瓷盘冷却至25℃，如图4所示。
20.步骤4，将上述贴合好的硅的晶片ⅰ和硅的晶片ⅱ进行滚圆处理，使其完全成一个同心圆，直径为φ150mm，如图5所示。
21.步骤5，将厚度为500μm的游星轮均匀分布到双面研磨机中，开启双面研磨机对游星轮进行修整，修整时间设置为10min，修整至游星轮表面平整、颜色一致、无花斑。
22.步骤6，将步骤4中滚圆处理后的贴合晶片放置到游星轮中，硅的晶片ⅰ在上方，硅的晶片ⅱ在下方，开启双面研磨机对滚圆处理后的晶片的上、下两个表面同时进行研磨，研磨时间设置为0.5h，研磨结束后，将贴合晶片取出并放置到清洗花篮中，花篮置于超声波清洗机中，超声清洗去除晶片表面的磨料。
23.步骤7，将步骤6清洗后的贴合晶片干燥后，置于加热台上，控制加热台的温度为90℃，将硅的晶片ⅰ和硅的晶片ii分离。
24.步骤8，将分离后的硅的晶片ⅰ和硅的晶片ii按顺序放置到清洗花篮中，将花篮置于超声波清洗机中，采用清洗液进行超声清洗，去除硅的晶片ⅰ和硅的晶片ⅱ上的固体蜡。
25.步骤9，将步骤8中去除固体蜡后的硅的晶片ⅰ和硅的晶片ⅱ干燥后，用非接触测厚仪测量晶片的厚度，测量点为晶片的中心点、边缘三点，测量点与粘贴前的测量点尽可能保持一致，以其中一片为例，硅的晶片ⅰ厚度测量值标记为t1
0-2
=280.1μm、t1
1-2
=278.2μm、t1
2-2
=276.6μm、t1
3-2
=276.8μm，硅的晶片ii厚度测量值标记为t2
0-2
=274.5μm、t2
1-2
=278.6μm、
t2
2-2
=278.3μm、t2
3-2
=278.8μm，如图6、图7所示。
26.步骤10，通过计算t1
0-1-t1
0-2 、t1
1-1
‑ꢀ
t1
1-2 、t1
2-1
‑ꢀ
t1
2-2、
t1
3-1
‑ꢀ
t1
3-2
得出双面研磨过程中晶片上表面中心点和边缘三点的去除量分别为20.1μm，22.9μm，23.1μm，23.3μm；通过差减法计算t2
0-1-t2
0-2 、t2
1-1
‑ꢀ
t2
1-2 、t2
2-1
‑ꢀ
t2
2-2、
t2
3-1
‑ꢀ
t2
3-2
得出双面研磨过程中晶片下表面中心点和边缘三点的去除量分别为25.1μm，22.1μm，21.9μm，22.0μm。
27.实施例2：步骤1，选择直径为φ110mm的材质为碳化硅的晶片ⅰ和碳化硅的晶片ⅱ，厚度为400
±
1μm，ttv为3
±
2μm，warp为30
±
15μm。
28.步骤2，用非接触测厚仪测量分别测量碳化硅的晶片ⅰ和碳化硅的晶片ⅱ的厚度，测量点为碳化硅的晶片的中心点、边缘三点，以其中一片为例，碳化硅的晶片ⅰ的厚度测量值标记为t1
0-1
=399.3μm、t1
1-1
=400.5μm、t1
2-1
=400.7μm、t1
3-1
=400.2μm，碳化硅的晶片ⅱ的厚度测量值标记为t2
0-1
=400.8μm、t2
1-1
=399.3μm、t2
2-1
=400.1μm、t2
3-1
=398.1μm。
29.步骤3，将碳化硅的晶片ⅰ的a面朝上，在a面中心滴几滴日化精工4016液体蜡，用甩蜡装置将蜡甩匀，将碳化硅的晶片ⅰ在230℃下烘烤40s，然后平移到一个温度为150℃的陶瓷载盘上；将碳化硅的晶片ⅱ的a朝下，放置到碳化硅晶片ⅰ的a面上，尽可能同心放置；采用气囊加压的方式将碳化硅的晶片ⅰ和碳化硅的晶片ⅱ完全贴合，在加压条件下，陶瓷盘冷却至45℃。
30.步骤4，将上述贴合好的碳化硅的晶片ⅰ和碳化硅的晶片ⅱ进行滚圆处理，使其完全成一个同心圆，直径为φ99.8mm。
31.步骤5，将厚度为500μm的游星轮均匀分布到双面研磨机中，开启双面研磨机对游星轮进行修整，修整时间设置为10min，修整至游星轮表面平整、颜色一致、无花斑。
32.步骤6，将步骤4中滚圆处理后的晶片放置到游星轮中，开启双面研磨机对晶片的上下两个表面同时进行研磨，研磨时间设置为120min，研磨结束后，将研磨后的贴合晶片取出并放置到清洗花篮中，花篮置于超声波清洗机中，超声清洗去除晶片表面的磨料。
33.步骤7，将步骤6清洗后的贴合晶片干燥后，置于加热台上，控制加热台的温度为150℃，将碳化硅的晶片ⅰ和碳化硅的晶片ⅱ分离。
34.步骤8，将分离后的碳化硅的晶片ⅰ和碳化硅的晶片ⅱ按顺序放置到清洗花篮中，将花篮置于超声波清洗机中，采用去蜡液进行超声清洗，去除碳化硅的晶片ⅰ和碳化硅的晶片ⅱ上的液体蜡。
35.步骤9，将步骤8中去除液体蜡后的碳化硅的晶片ⅰ和碳化硅的晶片ⅱ，用非接触测厚仪测量晶片的厚度，测量点为晶片的中心点、边缘三点，测量点与粘贴前的测量点尽可能保持一致，碳化硅的晶片ⅰ厚度测量值标记为t1
0-2
=345.2μm、t1
1-2
=346.3μm、t1
2-2
=346.9μm、t1
3-2
=345.9μm，碳化硅的晶片ii厚度测量值标记为t2
0-2
=339.4μm、t2
1-2
=344.1μm、t2
2-2
=345μm、t2
3-2
=343.2μm。
36.步骤10，通过计算t1
0-1-t1
0-2 、t1
1-1
‑ꢀ
t1
1-2 、t1
2-1
‑ꢀ
t1
2-2、
t1
3-1
‑ꢀ
t1
3-2
得出双面研磨过程中碳化硅晶片上表面中心点和边缘三点的去除量分别为54.1μm，54.2μm，53.8μm，54.3μm；通过差减法计算t2
0-1-t2
0-2 、t2
1-1
‑ꢀ
t2
1-2 、t2
2-1
‑ꢀ
t2
2-2、
t2
3-1
‑ꢀ
t2
3-2
得出双面研磨过程中碳化硅晶片下表面中心点和边缘三点的去除量分别为61.4μm，55.2μm，55.1μm，54.9μm。
37.上述方法同样适用于双面抛光。