專利名稱：超精密低損傷磨削硅片的軟磨料砂輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硬脆晶體材料超精密加工領(lǐng)域，涉及一種超精密低損傷磨削硅片的軟
磨料砂輪。
背景技術(shù)：
硅片是集成電路制造過(guò)程中最廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體襯底材料，硅片的表面層質(zhì)量直接影響到半導(dǎo)體器件的性能、成品率及使用壽命。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，對(duì)硅片的表面層質(zhì)量要求日益提高。在集成電路制造工藝過(guò)程中，超精密磨削是大尺寸硅片平整化加工和圖形硅片背面減薄的重要加工工藝方法之一。然而，磨削方法面臨的最大的挑戰(zhàn)就是磨削后硅片的表面層損傷問(wèn)題，需要增加后續(xù)工藝消除損傷。如何盡可能地減小甚至消除硅片磨削表面層損傷一直是該領(lǐng)域內(nèi)研究學(xué)者不斷探索的目標(biāo)。目前，主要有兩個(gè)技術(shù)途徑一是減小金剛石砂輪的粒度，可以有效地減小磨削損傷層深度和表面粗糙度。但是，采用超細(xì)粒度金剛石砂輪磨削硅片的材料去除率低，還存在砂輪自銳性差，易于產(chǎn)生磨削燒傷問(wèn)題。其次，通過(guò)減小金剛石砂輪磨粒的切削深度，使磨粒的切削深度減小到硅片延性域磨削臨界切削深度，可以避免磨削硅片表面/亞表面形成裂紋，有效地減小磨削損傷，但延性域磨削的硅片表面依然存在位錯(cuò)、非晶等損傷形式。 在探索減少硅片磨削損傷方法的過(guò)程中，近年來(lái)出現(xiàn)了采用軟磨料砂輪的化學(xué)機(jī)械磨削新方法，此方法被認(rèn)為兼顧超精密磨削和化學(xué)機(jī)械拋光的優(yōu)點(diǎn)，是非常有潛力的加工工藝方法。盡管目前已經(jīng)證實(shí)利用軟磨料砂輪化學(xué)機(jī)械磨削后的硅片表面能夠達(dá)到CMP的加工效果，但目前軟磨料砂輪主要采用Ce02、 Si02磨料，磨削硅片過(guò)程中磨削性能不穩(wěn)定，材料去除率低，硅片表面經(jīng)常產(chǎn)生磨削燒傷和劃痕。因此，研究新型的軟磨料砂輪，是實(shí)現(xiàn)硅片超精密低損傷磨削的關(guān)鍵，對(duì)于推動(dòng)軟磨料砂輪磨削技術(shù)在硅片超精密加工領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于新型組織成分配方的超精密低損傷磨削硅片的軟磨料砂輪，解決金剛石砂輪磨削硅片存在表面/亞表面損傷和缺陷，以及目前采用Ce02、 Si02等磨料的軟磨料砂輪存在磨削性能不穩(wěn)定，材料去除率低，硅片表面經(jīng)常出現(xiàn)磨削燒傷，并且時(shí)有磨削劃痕出現(xiàn)等問(wèn)題。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種超精密低損傷磨削硅片的軟磨料砂輪，該砂輪由砂輪基體和磨料層組成，基體的材料為鋁合金，磨料層采用整體熱壓或樹(shù)脂膠粘結(jié)在砂輪基體上。其特征在于砂輪的磨料層由磨料、添加齊U、結(jié)合劑和氣孔組成。其中，磨料的硬度比單晶硅低，且能在磨削過(guò)程中與硅片表面發(fā)生化學(xué)作用；添加劑不但能改進(jìn)軟磨料砂輪的特定性能，如砂輪硬度，耐熱性能，固化性能和氣孔率等，還能夠直接與單晶硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者能為磨料與單晶硅的化學(xué)反應(yīng)提供加工環(huán)境；磨料層中各成分所占體積百分比為磨料為40-45% ;添加劑為30-35% ;結(jié)合劑為15-20% ;氣孔為5_10% ;各原料體積百分比之和為100% ;其中，磨料選用純度為98%以上的Mg0磨料，粒度分布為2-7 m ;添加劑由CaO、 Na2C03和NaHC03組成；結(jié)合劑為耐熱性較好的樹(shù)脂結(jié)合劑。 本發(fā)明具有以下明顯的效果MgO軟磨料砂輪的磨削性能穩(wěn)定，磨削硅片過(guò)程中不需要經(jīng)常修整砂輪；磨削硅片的表面粗糙度較Ce02、Si02軟磨料砂輪更低，材料去除率更高；磨削硅片沒(méi)有磨紋、凹坑、橘皮、微疵點(diǎn)、微裂紋、位錯(cuò)等表面層缺陷，能夠達(dá)到CMP加工硅片的水平；硅片表面不會(huì)出現(xiàn)磨削燒傷的現(xiàn)象。


附圖1為軟磨料砂輪結(jié)構(gòu)圖，其中l(wèi)-砂輪基體，2-磨料層。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施?？紤]軟磨料砂輪制造成本、工藝可行性以及砂輪連續(xù)磨削的要求，磨料層2制成弧形磨塊，以一定間距組合粘結(jié)在砂輪基體1上，形成齒形砂輪結(jié)構(gòu)，如圖1所示。設(shè)計(jì)磨料層2的外徑、齒寬和齒高分別為0350rnm、7. 5mm和7mm，計(jì)算磨料層的總體積為56. 5cm3。按照設(shè)計(jì)的砂輪磨料層體積配置磨料層的配料，各成分體積含量為MgO磨料40% ;CaO添加劑10% ;Na2C03添加劑20% ;NaHC03添加劑5 %;改性酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑20 % 。將以上配料混合均勻后，采用熱壓方式將配料壓制成弧形磨塊，然后使用環(huán)氧樹(shù)脂將弧形磨料層粘結(jié)在砂輪基體，最后校正砂輪的動(dòng)平衡，通過(guò)對(duì)砂輪基體的端面進(jìn)行增重或者減重調(diào)整砂輪的動(dòng)平衡量，直至砂輪的不平衡量達(dá)到允許的范圍內(nèi)。校正砂輪的動(dòng)平衡后，將砂輪安裝于VG MK II超精密磨床上進(jìn)行半導(dǎo)體硅片磨削試驗(yàn)。 實(shí)施例磨削樣件為經(jīng)過(guò)恥OO金剛石砂輪粗磨的單晶硅片，主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min，工作臺(tái)轉(zhuǎn)速為119r/min，進(jìn)給速度為3iim/min，磨削時(shí)間為15min，控制方式為手動(dòng)控制。MgO軟磨料砂輪磨削硅片的材料去除率為2.6iim/min，遠(yuǎn)高于Ce(^、 Si02軟磨料的材料去除率，磨削后的硅片表面經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)觀測(cè)未發(fā)現(xiàn)磨紋、凹坑、橘皮、微疵點(diǎn)等表面缺陷。采用美國(guó)ZYGO公司的Newview 5022型3D表面輪廓儀檢測(cè)磨削后的硅片表面粗糙度，檢測(cè)面積為71X53ii 1112，表面粗糙度Ra為0. 45nm，PV為4. 56nm。采用截面透射電子顯微鏡法(Cross-TEM)檢測(cè)磨削后硅片的亞表面損傷缺陷和損傷深度，未發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)和微裂紋，只有10nm的非晶層，遠(yuǎn)好于金剛石砂輪和現(xiàn)有的Ce02、 Si02軟磨料砂輪，已達(dá)到CMP的加工效果。同時(shí)，磨削硅片過(guò)程中，MgO軟磨料砂輪的磨削性能穩(wěn)定，磨削過(guò)程中不需要經(jīng)常對(duì)砂輪進(jìn)行修整，未出現(xiàn)硅片表面磨削燒傷的現(xiàn)象。
權(quán)利要求
一種超精密低損傷磨削硅片的軟磨料砂輪，砂輪的磨料層由磨料、添加劑、結(jié)合劑和氣孔組成，其特征在于，砂輪磨料為硬度低于單晶硅且能在磨削過(guò)程中與硅片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的MgO磨料，磨料純度為98％以上，粒度分布為2-7μm；砂輪添加劑為CaO、Na2CO3和NaHCO3；砂輪結(jié)合劑為樹(shù)脂結(jié)合劑；砂輪磨料層中各成分所占體積百分比為磨料40-45％；添加劑30-35％；粘結(jié)劑15-20％；氣孔5-10％，各成分體積百分比之和為100％。
全文摘要
本發(fā)明屬于硬脆晶體材料超精密加工領(lǐng)域，涉及一種超精密低損傷磨削硅片的軟磨料砂輪。軟磨料砂輪由基體和磨料層制成，磨削層由磨料、添加劑、結(jié)合劑和氣孔組成，其中磨料為硬度低于單晶硅且能與單晶硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的MgO磨料，添加劑由能夠直接與單晶硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者能為MgO磨料與單晶硅的化學(xué)反應(yīng)提供促進(jìn)環(huán)境的CaO、Na2CO3和NaHCO3組成，砂輪磨料層整體熱壓或分塊粘結(jié)的在基體上。本發(fā)明軟磨料砂輪的磨削性能穩(wěn)定，不需要經(jīng)常修整砂輪；材料去除率高，磨削硅片的表面層質(zhì)量能夠達(dá)到CMP加工硅片的效果，硅片表面不會(huì)出現(xiàn)磨削燒傷的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)B24D18/00GK101780662SQ20101012895
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者康仁科, 趙海軒, 郭東明, 金洙吉, 高尚 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)