一种改善透光晶圆厚度均匀性的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种改善透光晶圆厚度均匀性的方法及装置，其方法包括以下步骤：步骤一，进行CMP预抛光实验，测得晶圆材料去除率与各区域LED点光源功率及各喷头流量的变化关系；步骤二，采用测厚仪对晶圆膜厚进行多点在线检测；步骤三，根据膜厚监测的结果，对修正区抛光液的分布及LED点光源的功率进行控制，进而改变晶圆局部区域的材料去除率；步骤四，重复步骤二和步骤三，采用PID控制系统进行控制，直至将晶圆厚度均匀性控制在技术要求范围内。根据膜厚的检测结果，可通过调控较厚区域附近的LED点光源的光照强度和温升来提升晶圆CMP抛光的材料去除率，进而改善晶圆膜厚的均匀性。进而改善晶圆膜厚的均匀性。进而改善晶圆膜厚的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种改善透光晶圆厚度均匀性的方法及装置


[0001]本专利技术涉及半导体生产加工领域，具特别涉及一种改善透光晶圆厚度均匀性的方法及装置。
技术背景
[0002]随着集成电路产业技术发展，晶圆表面生长的器件特征尺寸显著减小，对工艺误差的控制要求越来越严格；尤其是晶圆膜厚均匀性的工艺控制，晶圆厚度均匀性对器件的性能及芯片成品率有着显著的影响。目前化学机械抛光技术(ChemicalMechanicalPolishing,CMP)被广泛应用于晶圆表面超精密加工当中，晶圆在化学与机械的协同作用下完成晶圆表面抛光。由于抛光压力波动、抛光液供给不均匀以及抛光垫表面不平整等问题，造成不同区域晶圆表面材料去除率也有所差异，进而影响晶圆表面膜厚度的均匀性。为提高晶圆膜厚的均匀性，通常采用承载头多区压力控制技术、多点抛光液分送技术以及抛光垫结构优化来实现，但上述技术只能解决晶圆中心与边缘的膜厚差异，而无法解决局部区域的厚度上的差异。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的，是克服现有技术中晶圆表面膜厚度不均匀的技术问题，提供一种改善透光晶圆厚度均匀性的方法及装置。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，一种改善透光晶圆厚度均匀性的方法，它包括以下步骤：步骤一，进行CMP预抛光实验，测得晶圆材料去除率与各区域LED点光源功率及各喷头流量的变化关系；步骤二，采用测厚仪对晶圆膜厚进行多点在线检测；步骤三，根据膜厚监测的结果，对修正区抛光液的分布及LED点光源的功率进行控制，进而改变晶圆局部区域的材料去除率；步骤四，重复步骤二和步骤三，采用PID控制系统进行控制，直至将晶圆厚度均匀性控制在技术要求范围内。
[0005]优选的，所述的透光晶圆为蓝宝石晶圆、金刚石晶圆、碳化硅晶圆、石英晶圆的一种。
[0006]优选的，所述的测厚仪为激光测厚仪、电磁超声测厚仪、射线测厚仪的一种。
[0007]优选的，所述的LED光源的波长范围为250～975nm。
[0008]一种改善透光晶圆厚度均匀性的装置，它包括抛光盘，在抛光盘上设有用于放置晶圆的抛光垫，所述的抛光盘上部设有承载盘和喷雾装置。
[0009]优选的，所述的承载盘为圆盘形状，在承载盘的下方设有多个真空吸盘、测厚仪、LED光源。
[0010]进一步的，所述的真空吸盘、测厚仪、LED光源在承载盘的下方呈多环交错分布。
[0011]优选的，所述的喷雾装置下部设有多个喷洒头。
[0012]本专利技术的有益效果在于：
[0013](1)将测厚仪集成到承载头上，可实现晶圆在抛光过程中膜厚的在线检测，有效的
提高了抛光的效率。
[0014](2)将光催化LED灯集成到承载头上，根据膜厚的检测结果，可通过调控较厚区域附近的LED点光源的光照强度和温升来提升晶圆CMP抛光的材料去除率，进而改善晶圆膜厚的均匀性。
[0015](3)采用多个分送器对各喷洒头分别控制，不但可改善抛光液在抛光垫上的分布；同时，喷洒方式进行抛光液的进给，还可以降低抛光液的用量，进而有效改善晶圆抛光的均匀性。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的一种改善透光晶圆厚度均匀性的装置的结构示意图。
[0017]图2是本专利技术的一种改善透光晶圆厚度均匀性的装置的承载盘的示意图。
[0018]图3是本专利技术的实施例的预抛光的晶圆厚度分布图。
[0019]图4是本专利技术的实施例的二次抛光后的晶圆厚度分布图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图以及具体的实施例，对本专利技术作进一步的说明。
[0021]如图1所示的一种改善透光晶圆厚度均匀性的装置，它包括抛光盘1，在抛光盘1上设有用于放置晶圆的抛光垫2，所述的抛光盘1上部设有承载盘3和喷雾装置4。
[0022]所述的喷雾装置4下部设有多个喷洒头41。
[0023]如图2所示，所述的承载盘3为圆盘形状，在承载盘3的下方设有多个真空吸盘31、测厚仪32、LED光源33。所述的真空吸盘31、测厚仪32、LED光源33在承载盘3的下方呈多环交错分布。
[0024]实施例1
[0025]在本实施例中，选用初始厚度为0.675mm的蓝宝石晶圆片进行抛光处理，抛光后硅晶圆的平均目标厚度为0.650mm，厚度允差为100nm。
[0026]在本实施例中，LED光源波长为365nm，其中49个阵列LED点光源以及49个激光测厚仪均匀分布在中多功能承载头4个环形沟槽内及中心处。选用PH＝9的蓝宝石抛光液，其配方为0.5g/LTiO2(光催化剂)、0.5mol/L双氧水(氧化剂)、1.5g/LSiO2(磨料)及质量分数为10％的硅胶溶液(分散剂)。所述抛光液通过4喷头喷雾装置进行抛光液的进给。
[0027]步骤一，将上述蓝宝石晶圆片放入承载头中，晶圆抛光面朝下，晶圆背表面朝上并与真空吸盘接触；对晶圆片进行预抛光处理，设置抛光工艺参数如下：承载头抛光压力设定100g/cm2；多功能承载头转速设定100rpm/min；抛光盘转速设定100rpm/min；阵列LED点光源的功率均为1W；4喷头喷雾装置流量均为5ml/min。测得其抛光材料去除速率为8nm/s，预抛光时间t为600s，预抛光去除量为4800nm。
[0028]步骤二，对预抛光后的蓝宝石晶圆进行厚度测量，获取预抛光后蓝宝石晶圆片整体厚度分布数据图，测量点数为49点，测得的数据如图3所示；根据预抛光后晶圆片的厚度分布数据图，找出晶圆片中局部厚度较大的区域作为修正区。
[0029]步骤三，根据修正区厚度分布及形状，提高修正区的LED点光源的功率以及抛光液流量，其中第一区域51的LED光源的功率设定为3W，第二区域52的LED光源的功率设定为
2.0W，第三区域53的LED光源的功率设定为2.6W，第四区域54的LED光源的功率设定为1.5W；同时增大喷洒头的流量，将流量调制8ml/min；其余区域维持预抛光工艺参数不变，进行抛光10min。
[0030]步骤四，重复步骤二和三，其中修正区点光源功率以及喷洒头流量，依据晶圆材料去除率与各区域LED点光源功率及各喷头流量的变化关系来调整。通过PID控制系统将所述晶圆膜厚控制在650.063μm，在厚度允许偏差范围内，获得符合标准的晶圆抛光片。
[0031]经过二次抛光后的晶圆的厚度检测如图4所示，可看出经过上述方法，能够得到厚度均匀的圆晶。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善透光晶圆厚度均匀性的方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一，进行CMP预抛光实验，测得晶圆材料去除率与各区域LED点光源功率及各喷头流量的变化关系；步骤二，采用测厚仪对晶圆膜厚进行多点在线检测；步骤三，根据膜厚监测的结果，对修正区抛光液的分布及LED点光源的功率进行控制，进而改变晶圆局部区域的材料去除率；步骤四，重复步骤二和步骤三，采用PID控制系统进行控制，直至将晶圆厚度均匀性控制在技术要求范围内。2.根据权利要求1所述的改善透光晶圆厚度均匀性的方法，其特征在于，所述的透光晶圆为蓝宝石晶圆、金刚石晶圆、碳化硅晶圆、石英晶圆的一种。3.根据权利要求1所述的改善透光晶圆厚度均匀性的方法，其特征在于，所述的测厚仪为激...

【专利技术属性】
技术研发人员：王尉，康嘉杰，岳文，朱丽娜，王浩东，孟德忠，付志强，
申请(专利权)人：中国地质大学北京郑州研究院珀丽诗河南文化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：