第4章

硅片拋光課前回顧加工的對(duì)象：硅切割片加工的過程：倒角、研磨、熱處理壓力ωωLL1L2課前回顧加工的目的：

倒角—1.防止崩邊；2.熱處理過程中，釋放應(yīng)力負(fù)面效應(yīng)（形成邊緣應(yīng)力）

研磨—減薄表面損傷層，為進(jìn)一步拋光創(chuàng)造條件

負(fù)面效應(yīng)（形成面內(nèi)螺旋式應(yīng)力分布）

熱處理—1.消除熱施主；2.釋放應(yīng)力三種工藝的前后順序不能顛倒課前回顧為何是對(duì)硅片，而不對(duì)硅錠，進(jìn)行熱處理？1)大塊單晶不容易均勻受熱，加熱后易發(fā)生崩裂，（熱膨脹系數(shù)各向異性），而硅片尺寸小，散熱快，不易于崩裂。

2)對(duì)硅片熱處理，可以消除倒角和磨片過程中形成的應(yīng)力。課前回顧加工效果的評(píng)估損傷層：大幅減薄，大約還有20～30μm；粗糙度：大幅減小，大約還有10～20μm；應(yīng)力：內(nèi)部已經(jīng)消除；電阻率溫度穩(wěn)定性：較好——消除了熱施主；雜質(zhì)污染：存在不可避免的金屬等污染，一般在淺表層。待進(jìn)一步加工：損傷層，粗糙度，潔凈拋光清洗課前回顧下一章的工藝硅片的表面拋光——進(jìn)一步提高硅片表面的平整度。目錄1.硅拋光片特性參數(shù)2.硅片的化學(xué)減薄3.硅片拋光方法和設(shè)備4.硅片拋光工藝過程硅拋光片特性參數(shù)Part1概述-硅片拋光的意義硅加工中，多線切割、研磨等加工過程中，會(huì)在表面形成損傷層，從而使得表面有一定粗糙度。拋光就是在磨片基礎(chǔ)上，通過化學(xué)機(jī)械研磨方式，進(jìn)一步獲得更光滑、平整的硅單晶表面的過程。研磨片粗糙度(拋光前)：～10-20μm拋光片粗糙度(拋光后)：～幾十nm研磨片拋光片一

硅拋光片特性參數(shù)研磨與拋光參數(shù)對(duì)比：

研磨片：一定厚度的薄片，是一種體材料，只關(guān)注某些體的特征參數(shù)，如厚度、翹曲度，和表面的參數(shù)，如崩邊。拋光片：有光滑表面的硅片，主要關(guān)注加工的硅表面的特征參數(shù)。

1）硅片的理想狀態(tài)2）硅片表面的平整度3）硅片表面的缺陷一

硅拋光片特性參數(shù)1.1理想平面和硅片的理想狀態(tài)理想平面：指一個(gè)絕對(duì)平整的平面，此平面上任意三點(diǎn)所構(gòu)成的平面都在這個(gè)平面內(nèi)。比如數(shù)學(xué)中的平面，結(jié)晶學(xué)中的結(jié)晶學(xué)平面就是理想平面，而硅片生產(chǎn)中涉及的基準(zhǔn)平面則是一個(gè)假想的、虛構(gòu)的理想平面。一

硅拋光片特性參數(shù)1.1理想平面和硅片的理想狀態(tài)理想狀態(tài)：（1）硅片上、下表面之間，對(duì)應(yīng)的測量點(diǎn)的垂直距離完全一致，且任意表面均與理想平面相平行。（2）硅片表面晶格完整，所有非飽和的懸掛鍵位于表面的二維平面內(nèi)。（3）無雜質(zhì)污染，無各種晶體缺陷。一

硅拋光片特性參數(shù)1.1理想平面和硅片的理想狀態(tài)Si俯視斜視平視懸掛鍵若干原子層平面（理想平面）一

硅拋光片特性參數(shù)1.1理想平面和硅片的理想狀態(tài)理想晶體示意圖晶體缺陷示意圖間隙原子空位一

硅拋光片特性參數(shù)1.2硅片表面平整度定義：標(biāo)志表面的平整性，指硅片表面與理想基準(zhǔn)平面的最大偏離。（1）總指示讀數(shù)(TIR)：硅片拋光表面最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之差，即峰谷差值，正值。（2）焦平面偏差(FPD)：表面最高點(diǎn)和最低點(diǎn)二者中，偏離基準(zhǔn)平面的最大值，可以是正或負(fù)值。一

硅拋光片特性參數(shù)1.2硅片表面平整度上拋光面最凹點(diǎn)最凸點(diǎn)TIR值，如12umFPD值如-8um基準(zhǔn)面一

硅拋光片特性參數(shù)1.3硅片其他參數(shù)厚度、總厚度變化、彎曲度、翹曲度等。硅片厚度：硅片中心點(diǎn)位置的厚度?？偤穸茸兓疶TV：最大與最小厚度的差值

TTV=Tmax-Tmin彎曲度和翹曲度怎么表示？又是怎么計(jì)算的呢？一

硅拋光片特性參數(shù)1.3硅片其他參數(shù)彎曲度(BOW)：是硅片中線面凹凸形變的最大尺寸。翹曲度(WARP)：硅片中線面與一基準(zhǔn)平面之間的最大距離與最小距離的差值。硅片的中線面：也稱中心面，即硅片正、反面間等距離點(diǎn)組成的面，即中心層剖面。一

硅拋光片特性參數(shù)1.4硅拋光片的表面缺陷缺陷的種類：(1)和研磨片類似的缺陷：崩邊、缺口、裂紋等(2)特有的表面缺陷：擦傷(劃痕)、小坑和凹坑、波紋、沾污、色斑、小丘和橘皮、霧、氧化層錯(cuò)、漩渦、電阻率條紋等一

硅拋光片特性參數(shù)1.4硅拋光片的表面缺陷（1）擦傷（劃痕）：擦傷指硅片表面上低于表面的長、狹、淺的溝槽或痕跡。類似于研磨片的劃道或劃傷，只是沒有那么深而已。

重劃傷深度等于或大于0.12,m，且在白熾燈和熒光燈兩種照明情況下，用肉眼均可見到。

微劃痕深度小于0.12m，且在熒光燈下用肉眼看不到。一

硅拋光片特性參數(shù)1.4硅拋光片的表面缺陷（2）小坑和凹坑小坑又叫蝕坑，指硅片表面上一種具有確定形狀的凹陷，坑的斜面坑和片子表面的界線是清晰的，如圖所示。凹坑則是硅片表面具有漸變斜面呈凹球狀的凹陷，坑和片子表面的界線是不清晰的。心坑也叫弧坑，如圖所示。一

硅拋光片特性參數(shù)1.4硅拋光片的表面缺陷（3）波紋在大面積漫射光照射下肉眼可見的晶片表面不平坦外貌。（4）沾污指硅片表面上，只憑目測可見到的眾多名目外來異物的統(tǒng)稱。硅片加工中常見的沾污有粉末、微粒、溶劑殘留物、鑷子及夾具痕跡、蠟、油污等各種類型。大多數(shù)情況下，沾污可通過吹氣，洗滌劑清洗或化學(xué)作用去除掉。一

硅拋光片特性參數(shù)1.4硅拋光片的表面缺陷（5）色斑：化學(xué)性沾污。除非進(jìn)一步的研磨或拋光，一般不能去除（6）小丘和橘皮：小丘和橘皮都使硅片呈現(xiàn)粗糙的表面。硅片表面上顯露出一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則小平面的無規(guī)則形狀的突起物稱之為小丘。而由大量不規(guī)則圓形物表征的如橘皮狀的粗糙表面稱為橘皮。一

硅拋光片特性參數(shù)1.4硅拋光片的表面缺陷（7）霧：由密集的微觀表面不規(guī)則缺陷(如高密度的小丘、小坑等)引起的光散射現(xiàn)象稱為霧，如圖所示。如果在高溫氧化后呈現(xiàn)則稱為氧化霧。一

硅拋光片特性參數(shù)1.4硅拋光片的表面缺陷（8）氧化層錯(cuò)由原生晶體的體層錯(cuò)或加工中的表面損傷，在高溫氧化時(shí)誘導(dǎo)產(chǎn)生的表面層錯(cuò)稱為氧化層錯(cuò)。圖4-4顯示了(111)

硅片上由機(jī)械損傷引起的表面氧化層錯(cuò)。一

硅拋光片特性參數(shù)1.4硅拋光片的表面缺陷（9）

漩渦漩渦是一種結(jié)構(gòu)缺陷，經(jīng)擇優(yōu)腐蝕后呈肉眼可見的螺旋狀或同心圓狀的特征。漩渦在放大150倍觀察時(shí)呈現(xiàn)不連續(xù)性。（10）電阻率條紋也叫雜質(zhì)條紋，是拉晶期間，由于旋轉(zhuǎn)的固、液面上雜質(zhì)濃度存在不均勻性而引起的局部電阻率變化，這種變化呈同心圓狀或螺旋狀條紋，反映了雜質(zhì)濃度的周期性變化。電阻率條紋在放大150倍觀察時(shí)呈現(xiàn)連續(xù)性。硅片的化學(xué)減薄Part2二

硅片的化學(xué)減薄1）化學(xué)減薄的作用與意義。2）化學(xué)減薄的方法。3）化學(xué)減薄的工藝流程。化學(xué)減?。和ㄟ^酸或堿與硅片表面在一定條件下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)硅片表面進(jìn)行一層剝離，為拋光工藝創(chuàng)造條件的工藝過程。二

硅片的化學(xué)減薄2.1化學(xué)減薄的作用與意義硅片化學(xué)減薄主要有三個(gè)作用，第一是使硅片表面潔凈，第二可以提高拋光效率，第三可以消除硅片內(nèi)應(yīng)力。（1）使硅片表面潔凈經(jīng)過機(jī)械研磨的硅片，具有機(jī)械損傷的晶體區(qū)域有幾十微米，能吸附大量金屬雜質(zhì)，清洗較難去除。而用化學(xué)腐蝕的方法將硅片表面進(jìn)行剝離，可以比較容易地去除這一層易污染區(qū)。二

硅片的化學(xué)減薄2.1化學(xué)減薄的作用與意義（2）減少拋光去層厚度，提高拋光效率拋光是硅片表面的精細(xì)加工過程，其去層速率比較慢，化學(xué)腐蝕幫助去除了硅片表面的機(jī)械損傷層，使拋光去層量得以減少，從而提高了拋光效率。二

硅片的化學(xué)減薄2.1化學(xué)減薄的作用與意義（3）消除硅片內(nèi)應(yīng)力由于機(jī)械加工過程在一定程度上對(duì)硅片表面晶格結(jié)構(gòu)造成破壞，從而留下幾十微米的晶格損傷區(qū)，對(duì)于原生晶體來說，已經(jīng)引入了新的應(yīng)力場?；瘜W(xué)腐蝕減道工藝通過酸或堿與硅片表面的化學(xué)反應(yīng)去除這部分晶格損傷區(qū)，達(dá)到消除由于晶格不完整造成的晶體內(nèi)應(yīng)力。二

硅片的化學(xué)減薄2.1化學(xué)減薄的作用與意義化學(xué)減薄平面雜質(zhì)原子拋光面張應(yīng)力擠壓應(yīng)力Si二

硅片的化學(xué)減薄2.2化學(xué)減薄的方法（1）酸腐蝕酸腐蝕的腐蝕液由HF、HNO3和HAc按一定比例配制而成，硅片與這種混合酸的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，混合酸的配比、用量和被處理硅片的數(shù)量都會(huì)共同影響其化學(xué)反應(yīng)的溫度和速度。通常的酸腐蝕液配比為：[HF]:[HNO3]:[HAc]乙酸=(1~2):(5~7):(1~2)二

硅片的化學(xué)減薄2.2化學(xué)減薄的方法（1）酸腐蝕優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)速度快，過程中放熱，不需要加熱，典型速度0.6～0.8um/s。缺點(diǎn)：反應(yīng)生成的氮化物，污染環(huán)境。二

硅片的化學(xué)減薄2.2化學(xué)減薄的方法（1）酸腐蝕硅的酸性腐蝕減薄機(jī)理：①

硅被HNO3氧化，反應(yīng)為：3Si+4HNO3→3SiO2+2H2O+4NO?②

用HF去除SiO2層，反應(yīng)為：SiO2+6HF→H2(SiF6)+2H2O總反應(yīng)：3Si+4HNO3+18HF→3H2(SiF6)+2H2O+4NO?污染物二

硅片的化學(xué)減薄2.2化學(xué)減薄的方法（2）堿腐蝕腐蝕液組成：NaOH/KOH+H2O濃度15%～40%優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)需加溫度，一般80～90℃，速度比較慢，易控制，廢液也易處理。缺點(diǎn)：反應(yīng)是縱向反應(yīng)，易向深層腐蝕，容易形成表面粗糙度增加，殘余堿不易去除。二

硅片的化學(xué)減薄2.2化學(xué)減薄的方法（2）堿腐蝕防止缺點(diǎn)的工藝過程控制的主要環(huán)節(jié)為：①腐蝕液配比、腐蝕溫度和腐蝕時(shí)間的合理搭配與控制②硅片厚度分選③腐后充分沖洗④腐蝕前硅片表面潔凈狀態(tài)二

硅片的化學(xué)減薄2.2化學(xué)減薄的方法（2）堿腐蝕硅的堿性腐蝕減薄機(jī)理：其他什么工序之后也會(huì)使用到化學(xué)腐蝕呢？二

硅片的化學(xué)減薄2.3化學(xué)減薄的工藝過程準(zhǔn)備工作化學(xué)腐蝕送檢驗(yàn)沖洗甩干厚度分選二

硅片的化學(xué)減薄2.3化學(xué)減薄的工藝過程（1）準(zhǔn)備工作配腐蝕液、開通風(fēng)櫥、準(zhǔn)備沖洗水等。（2）厚度分選2～5um分檔，比如，d和d+6um屬于兩個(gè)種類。二

硅片的化學(xué)減薄2.3化學(xué)減薄的工藝過程（3）腐蝕過程控制溫度、時(shí)間，腐蝕層一般10～20um。（4）沖洗甩干用大量水將硅片沖洗，并甩干。（5）送檢硅片拋光方法和設(shè)備Part3三

硅片拋光方法和設(shè)備1）機(jī)械拋光。2）化學(xué)拋光。3）化學(xué)機(jī)械拋光—CMP技術(shù)?！坦杵瑨伖猓汗杵瑨伖饩褪抢脤ｉT的設(shè)備和工藝對(duì)硅片進(jìn)行精細(xì)加工處理，獲得平整、光潔的無損傷表面的過程。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.1硅片拋光方法(1)

機(jī)械拋光定義：機(jī)械拋光利用拋光液中的磨料與硅片表面的機(jī)械摩擦作用來實(shí)現(xiàn)硅片的表面加工。拋光液：一般為氧化鋁、氧化鎂、氧化硅和碳化硅等微細(xì)粉未類加水而配制成的懸浮液。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.1硅片拋光方法(1)

機(jī)械拋光優(yōu)點(diǎn)：速度快、平整度高、適應(yīng)性強(qiáng)；缺點(diǎn)：由于磨料硬度大且顆粒不均勻，致使硅片表面較粗糙，時(shí)有劃痕并形成新的損傷層。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.1硅片拋光方法(2)

化學(xué)拋光化學(xué)拋光就是利用化學(xué)試劑與硅片表面的化學(xué)腐蝕反應(yīng)來達(dá)到去層與修整的加工目的。包括液相腐蝕、氣相腐蝕、固相化學(xué)拋光和電解拋光等。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.1硅片拋光方法(2)

化學(xué)拋光①

液相腐蝕：前面提到過的HF+HNO3+硅的酸腐蝕和NaOH或KOH+H2O+硅的堿腐蝕，就是液相腐蝕，也可以看作一種化學(xué)拋光。由于其平整度和幾何精度不易控制，通常用于拋光前腐蝕工藝。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.1硅片拋光方法(2)

化學(xué)拋光②

氣相腐蝕：氣相腐蝕通常用于外延工藝中，利用水汽加氯化氫氣體在高溫下與硅發(fā)生氣相反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)拋光加工。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.1硅片拋光方法(2)

化學(xué)拋光③

固相化學(xué)拋光：利用碳酸鋇、氧化鐵等軟質(zhì)固態(tài)粒子作拋光劑，與硅發(fā)生固相反應(yīng)來達(dá)到拋光目的，這就是固相化學(xué)拋光。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.1硅片拋光方法(2)

化學(xué)拋光④

電解拋光：電解拋光則是將硅片置于電解槽中作為陽極，通過電解來進(jìn)行拋光。電解液有很多種例如，HF+(NH4)HF2+H2O+甘油就是其中一種。電解拋光去層速度快，但其拋光質(zhì)量與硅片電學(xué)性質(zhì)關(guān)系很大，加之設(shè)備復(fù)雜，成本高，故很少采用。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.1硅片拋光方法(3)

化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是將化學(xué)作用和機(jī)械作用同時(shí)結(jié)合使用的拋光方法。化學(xué)機(jī)械拋光通過化學(xué)試劑與硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（堿與表面的硅(氧化硅)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)可溶性的硅酸鹽(Na2SiO3)），再借助拋光布?jí)|和磨料的機(jī)械摩擦作用去除其反應(yīng)物(通過SiO2膠粒和拋光布?jí)|的機(jī)械摩擦進(jìn)行去除)。化學(xué)反應(yīng)→機(jī)械去除→再反應(yīng)→再去除······如此反復(fù)而達(dá)到拋光目的。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.1硅片拋光方法(3)

化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)種類：銅離子、鉻離子、氧化錦、氧化欽、筋性氧化鎂、堿性氧化鋁、堿性二氧化鋯及堿性二氧化硅拋光都是化學(xué)機(jī)械拋光。優(yōu)點(diǎn)：包含了機(jī)械和化學(xué)拋光的雙重優(yōu)點(diǎn)。能有效地去除硅片表面損傷層和雜質(zhì)，得到表面平整光潔、幾何精度高和無損傷的高質(zhì)量硅片。地位：目前主流的硅片拋光工藝，也是唯一一種大面積平整化的拋光工藝。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.2硅片拋光設(shè)備（1）單面有蠟拋光機(jī)蘭州某高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)的X62305-1型二氧化硅拋光機(jī)。這是一種單面有蠟拋光機(jī)，它由機(jī)座、拋光平臺(tái)、拋光頭、拋光液傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.2硅片拋光設(shè)備（1）單面有蠟拋光機(jī)1.加熱陶瓷板——耐高溫2.在熱的陶瓷板上，噴涂(離心)蠟，使其融化，并均勻覆蓋。3.將硅片均勻按壓于蠟上，靜置。蠟陶瓷板三

硅片拋光方法和設(shè)備3.2硅片拋光設(shè)備（2）單面無蠟拋光機(jī)三

硅片拋光方法和設(shè)備3.2硅片拋光設(shè)備（2）單面無蠟拋光機(jī)襯墊陶瓷板襯板水膜吸附三

硅片拋光方法和設(shè)備3.2硅片拋光設(shè)備（3）雙面拋光機(jī)上盤可相對(duì)于下盤(拋光平臺(tái))做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且上盤與下盤均粘有拋光墊，硅片放在下盤的齒輪片載體中，通過上盤施加一定的下壓力，拋光液從上部供給，均勻地滲入拋光墊及拋光區(qū)域，硅片在載體帶動(dòng)下作行星運(yùn)動(dòng)而達(dá)到拋光目的。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.2硅片拋光設(shè)備（3）雙面拋光機(jī)①

適用于直徑200~300mm硅片的雙面拋光。②

四個(gè)獨(dú)立的PLC控制的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)③

上、下盤之間具有極高的平行度，工作盤設(shè)計(jì)有盤內(nèi)冷卻系統(tǒng)④

自動(dòng)上、下料裝置。⑤

先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.2硅片拋光設(shè)備（3）雙面拋光機(jī)三

硅片拋光方法和設(shè)備3.2硅片拋光設(shè)備（3）雙面拋光機(jī)三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|材料：是一種具有一定彈性，而疏松多孔的材料，一般是聚氨酯類材料。典型材料：聚氨酯發(fā)泡固化拋光墊主要作用：

存儲(chǔ)和傳輸拋光液。

對(duì)硅片提供穩(wěn)定的壓力。

對(duì)硅片表面進(jìn)行機(jī)械摩擦。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|種類①

無紡布拋光墊無紡布拋光墊是將聚氨酷浸泡且化在無紡布上，具類似絲瓜布狀結(jié)構(gòu)，代表產(chǎn)品有GSH和SUBA等型號(hào)。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|種類②

絨毛結(jié)構(gòu)拋光墊絨毛結(jié)構(gòu)拋光墊以無紡布拋光墊材質(zhì)作為基材，再在其上生長絨毛結(jié)構(gòu)，代表產(chǎn)品有Politex、Meritex和UR100等型號(hào)。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|種類③

聚氣發(fā)泡固化拋光墊聚氨酷發(fā)泡固化拋光墊表面具類似海綿的多孔結(jié)構(gòu)，代表產(chǎn)品有MH和IC1000等型號(hào)。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|(2)拋光布?jí)|的使用與存放拋光布?jí)|對(duì)于拋光結(jié)果有著重要的影響，因此對(duì)于其使用存放有一定的要求。拋光布?jí)|粘貼之前，應(yīng)對(duì)拋光平臺(tái)(盤)表面進(jìn)行清潔處理，避免異物混進(jìn)平臺(tái)和布?jí)|之間。粘貼時(shí)壓力要均勻，使其平整而無氣泡。拋光完畢后需進(jìn)行刷洗以清除拋光過程中的反應(yīng)余留物、殘留拋光液和其他雜質(zhì)，避免拋光布?jí)|發(fā)生板結(jié)而影響使用。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|(2)拋光布?jí)|的使用與存放當(dāng)拋光布?jí)|使用到一定時(shí)間，由于其磨損或其他原因不能滿足工藝要求時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行更換。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|(2)拋光布?jí)|的使用與存放對(duì)于拋光布?jí)|的存放，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)①

對(duì)于存放環(huán)境的要求?，F(xiàn)在的拋光布?jí)|，基本上都是帶背膠的，這層壓敏膠易受環(huán)境的影響而變質(zhì)影響粘貼效果，因此拋光布?jí)|的運(yùn)輸和存放都要避免高溫和潮濕。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|(2)拋光布?jí)|的使用與存放適宜存放的環(huán)境為：環(huán)境溫度，10~24°C；相對(duì)濕度，50%左右潔凈等級(jí)，10000級(jí)。三

硅片拋光方法和設(shè)備3.3拋光布?jí)|(2)拋光布?jí)|的使用與存放②

為防止拋光布?jí)|變形，應(yīng)將其平放儲(chǔ)存。由于壓敏膠受到外界壓力時(shí)即會(huì)產(chǎn)生作用因此分層平放時(shí)不宜重疊太多，以不多于50張為宜。③

避免過期存放而使拋光布?jí)|變質(zhì)失效。硅片拋光過程Part4四

硅片拋光工藝摩爾定律：集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個(gè)月到24個(gè)月便會(huì)增加一倍。換言之，處理器的性能大約每兩年翻一倍，同時(shí)價(jià)格下降為之前的一半。摩爾定律是內(nèi)行人摩爾的經(jīng)驗(yàn)之談，漢譯名為“定律”，但并非自然科學(xué)定律，它一定程度揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。四

硅片拋光工藝按比例縮小原理?是指在保持某些關(guān)鍵參數(shù)或?qū)傩圆蛔兊那闆r下，將某個(gè)對(duì)象或系統(tǒng)的尺寸、數(shù)量等按照一定的比例進(jìn)行縮小。這種縮小通常是為了優(yōu)化性能、降低成本或適應(yīng)特定需求。四

硅片拋光工藝微電子制造領(lǐng)域的發(fā)展，一直遵循著摩爾定律和按比例縮小原理這兩個(gè)著名定律。就是說每隔

3年芯片的集成度翻兩番(增加

4倍)，同時(shí)其特征尺寸縮小1/3。硅片作為集成電路(IC)芯片的基礎(chǔ)材料，其表面粗糙度和表面平整度成為影響集成電路刻蝕線寬的重要因素之一。目前，由于器件尺寸的縮小及光學(xué)光刻設(shè)備焦深的減小，已要求硅片表面平整度達(dá)到納米級(jí)水平。硅片拋光的任務(wù)就是要努力制作出適應(yīng)器件發(fā)展的完美無損傷硅片。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式

硅片拋光最常用的方法是堿性二氧化硅拋光，其工藝主要分為有蠟和無蠟兩大類，按其拋光加工面又分為單面和雙面拋光兩種。(1)有蠟拋光有蠟拋光就是用粘片蠟將硅片一面(背面)粘貼固定在拋光陶瓷盤上，對(duì)另一面(正面)進(jìn)行拋光的工藝方式。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(1)有蠟拋光四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(1)有蠟拋光粘片蠟的形式有固體或液體多種，最簡單的就是用優(yōu)質(zhì)的松香和白蠟按一定比例熱熔配制而成。可以采用涂抹、離心和噴霧等方式進(jìn)行涂蠟，蠟?zāi)ず穸鹊木鶆蛑苯佑绊懰鶔伖夤杵膸缀翁匦?。除了均勻性外，涂蠟時(shí)的清潔也很重要，如果在蠟層中混入了哪怕是一點(diǎn)小紙毛就可能在拋光后的硅片表面形成一個(gè)凹坑。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(2)無蠟拋光無蠟拋光則是利用真空或表面張力作用將硅片與拋光載體板吸附在一起進(jìn)行拋光作業(yè)的。拋光載體板有襯板和襯墊，無蠟拋光襯板和襯墊視拋光機(jī)和硅片大小而有不同規(guī)格，以滿足各種尺寸的硅片生產(chǎn)。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(2)無蠟拋光四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(2)無蠟拋光以

PRHOFFMAN公司生產(chǎn)的無蠟拋光墊為例，①

內(nèi)層采用了拋光微孔膜材料，此材料加濕后產(chǎn)生的附著力能把硅片吸貼在其上面。②

膜上面貼了一層帶有晶圓孔的

FR-4玻璃鋼，為了確保加工晶片落在孔內(nèi)。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(2)無蠟拋光③

拋光墊內(nèi)層貼有一層抗吸收、耐磨壓的纖維層。④

為了保證生產(chǎn)出平整的晶片，整個(gè)拋光墊要求非常的平整并具很好的恒定彈性。⑤

每張拋光墊的背面都貼有一層壓敏膠，它能很好地適應(yīng)于拋光工藝生產(chǎn)中產(chǎn)生的各種應(yīng)力。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(2)無蠟拋光利用水的張力裝載硅片的方法，是將網(wǎng)狀泡沫聚氨酯布粘貼在基板表面，利用泡沫聚氨酯表面的水將硅片吸住，為防止硅片在拋光時(shí)脫落和滑動(dòng)，用隔膜襯板進(jìn)行定位和導(dǎo)向。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(3)雙面拋光硅片雙面拋光可以采用兩步工藝進(jìn)行，即先對(duì)硅片背面進(jìn)行拋光，然后再拋另一面作為正面。兩步工藝容易在硅片背面形成劃傷，雖然可以采取貼膜保護(hù)和無蠟拋光，但是工藝繁瑣，效果也不理想。雙面拋光如同雙面研磨一樣，可以同時(shí)對(duì)硅片兩面進(jìn)行拋光，如圖所示。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(3)雙面拋光四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(3)雙面拋光硅片雙面拋光利用雙面拋光機(jī)來實(shí)現(xiàn)，①

不僅在拋光平臺(tái)上裝有拋光墊，在拋頭(上盤)上也裝有拋光墊。②

雙墊之間采用游龍盤裝載硅片，拋光液由上盤采用多孔注入方式加至雙整之間，其機(jī)械傳動(dòng)過程與硅片研磨相仿，只不過采用的是硅片拋光工藝而已。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(3)雙面拋光拋光工藝與單面拋工藝相比，會(huì)有一些小的調(diào)整。比如，在雙拋工藝中，硅片被限制于游龍盤的孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的相對(duì)摩擦效果降低，進(jìn)而降低了去除速率，影響了拋光效率。因此，在采用相同拋光液的情況下，可適當(dāng)調(diào)整拋光液的配制比例和pH值，適當(dāng)加強(qiáng)機(jī)械摩擦作用，使雙拋過程中化學(xué)腐蝕反應(yīng)與機(jī)械摩擦作用達(dá)到平衡。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(4)CMP地位：是1965年提出的一種拋光方案，過程中兼有化學(xué)、機(jī)械作用的優(yōu)點(diǎn)，可以在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)極高的表面平整度，是目前唯一的大面積表面平坦化的拋光技術(shù)。硅片拋光工藝：普遍采用堿性SiO2的化學(xué)機(jī)械拋光，可以在12、18英寸硅片上實(shí)現(xiàn)100納米以下的粗糙度。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(4)CMPCMP過程：拋光液中的堿與硅表層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并生成較疏松的硅酸鹽(粘附在表層，阻礙深層反應(yīng))，再通過SiO2膠粒和拋光布?jí)|的機(jī)械摩擦而脫離表面，從而實(shí)現(xiàn)表層剝離。此過程反復(fù)進(jìn)行，從而對(duì)硅片逐層剝離，并實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片的高精度拋光。四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(4)CMP主要特點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)—機(jī)械去除—再反應(yīng)—再去除…是一種化學(xué)作用和機(jī)械作用相結(jié)合的拋光工藝（二者互相控制）。優(yōu)點(diǎn)：包含了機(jī)械、化學(xué)拋光的雙重優(yōu)點(diǎn)。速度快均勻性好四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(4)CMP夾持頭拋光液硅片拋光墊陶瓷板水路四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(4)CMP拋光區(qū)示意圖:拋光墊壓力硅片磨料壓力四

硅片拋光工藝4.1硅片拋光方式(4)CMP-主要技術(shù)指標(biāo)①

拋光液的組成與原理。②

拋光墊材料結(jié)構(gòu)和溫度控制。③

硅片的固定和運(yùn)動(dòng)方式。④

拋光液的輸運(yùn)和溫度控制。⑤

拋光底盤的運(yùn)動(dòng)和溫度控制。⑥

拋光界面的穩(wěn)定性——硅片運(yùn)動(dòng)平整，壓力均衡，拋光墊平整等。四

硅片拋光工藝4.2拋光液拋光液一般由超細(xì)固體粒子研磨劑(如納米SiO2、Al2O3粒子等)、表面活性劑、穩(wěn)定劑和氧化劑等組成。固體粒子(磨粒)提供研磨作用，化學(xué)氧化劑提供腐蝕溶解作用。拋光液的化學(xué)成分及濃度，其中磨粒的種類、大小、形狀及濃度，拋光液的黏度、pH值、流速、流動(dòng)途徑等對(duì)拋光去層速率都有影響。四

硅片拋光工藝4.2拋光液為得到高質(zhì)量的硅片拋光表面，通常研磨料采用硬度適中的二氧化硅磨料。具有高穩(wěn)定性的膠體二氧化硅磨料更是在半導(dǎo)體拋光磨料市場中占有絕對(duì)地位。SiO2膠粒四

硅片拋光工藝4.2拋光液關(guān)于磨粒粒徑對(duì)拋光性能的影響，曾經(jīng)有過很多研究，證實(shí)了CMP加工中顆粒尺寸對(duì)拋光液拋光性能(如拋光速率、微劃痕數(shù)量)的重要性。研究表明研磨料粒徑大小及分布對(duì)拋光速率及表面有著重要的影響，粒徑增大可有效改善拋光速率，但過大的粒徑可能會(huì)影響硅片表面粗糙度指標(biāo)。據(jù)研究報(bào)道，在單晶硅片的拋光中，研究SiO2粒徑在10~140nm時(shí)對(duì)去除率的影響，發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)條件下，粒徑80nm的SiO2粒子去除率最高，得到的表面質(zhì)量最好。四

硅片拋光工藝4.2拋光液拋光液中的粒徑也并非完全相同，而是有一定范圍和分布的，粒徑的大小分布會(huì)導(dǎo)致拋光液中包含有效研磨料和無效研磨料兩部分，如圖4-19所示。由于拋光墊的彈性形變及硅片表面的凹凸形貌，只有大小在平均粒徑以上的部分研磨料真正參與了機(jī)械研磨，而小粒徑卻僅參與了拋光產(chǎn)物的質(zhì)量傳遞過程。四

硅片拋光工藝4.2拋光液因此，拋光液中磨粒的均勻性對(duì)拋光性能有很大影響，不希望有過大的磨粒在其中出現(xiàn)，隨著大顆粒尺寸及濃度的增加，拋光后硅片表面的缺陷增加，并且拋光機(jī)理也發(fā)生相應(yīng)變化。因而為獲得滿意的拋光結(jié)果，必須對(duì)所使用的拋光液中磨粒的濃度及其均勻性有所要求，并在拋光工藝中采取有效的方法去除拋光液中的大顆粒。四

硅片拋光工藝4.2拋光液研磨料的分散穩(wěn)定性對(duì)于CMP拋光液也是很重要的，在制備SiO2漿料時(shí)，水溶液pH值、分散時(shí)間、攪拌速度和分散工藝等與漿料穩(wěn)定性都有密切的關(guān)系。拋光液黏度的變化對(duì)CMP中材料的去除率有影響，拋光不同的材料所需的拋光漿液組成、pH值也不相同，SiO2堿性拋光液pH值一般控制在pH>10。四

硅片拋光工藝4.2拋光液-以堿性SiO2拋光液為例堿性SiO2拋光液，是均勻分散SiO2膠粒的乳白色膠體，成堿性，PH:8~11。膠粒大小，PH大小等參數(shù)和型號(hào)有關(guān)。組成：研磨劑(SiO2膠粒)、堿、去離子水、表面活性劑、氧化劑、穩(wěn)定劑等。理想效果：在使用中，保持穩(wěn)定的膠體狀態(tài)，均勻分散(不團(tuán)聚)，有穩(wěn)定的腐蝕速率。主要挑戰(zhàn)：腐蝕物顆?；烊耄瑴囟壬?，PH值不穩(wěn)定，腐蝕速率不穩(wěn)定等四

硅片拋光工藝4.2拋光液-以堿性SiO2拋光液為例：各組分的作用①SiO2膠粒：機(jī)械摩擦和吸附腐蝕產(chǎn)物。硬度適當(dāng)，擦除腐蝕產(chǎn)物，不破壞未腐蝕區(qū)納米尺寸，20～100nm（和拋光液型號(hào)有關(guān)）。四

硅片拋光工藝4.2拋光液-以堿性SiO2拋光液為例：各組分的作用②堿性：一般是有機(jī)堿類，比如有機(jī)胺類。拋光中進(jìn)行腐蝕。防止金屬離子K+、Na+引入。和某些金屬形成絡(luò)合物，除去金屬。四

硅片拋光工藝4.2拋光液-以堿性SiO2拋光液為例：各組分的作用③

氧化劑：用于加快腐蝕速率。表層的Si和堿反應(yīng)較慢，而SiO2和堿反應(yīng)較快，氧化劑可以將表層Si氧化，從而獲得較快腐蝕速度。④

表面活性劑：分散不溶性顆粒，防止聚集沉淀?；钚詣┓肿右欢擞H顆粒，一端親溶劑，這樣活性劑分子包圍顆粒，而彼此互相排斥，從而顆粒易于被溶劑浸潤，不會(huì)凝聚。四

硅片拋光工藝4.2拋光液-以堿性SiO2拋光液為例：表面活性劑油脂表面活性劑分子溶劑水親水排斥四

硅片拋光工藝4.2拋光液-以堿性SiO2拋光液為例：拋光液的主要作用：①拋光—腐蝕+研磨+吸附反應(yīng)物②潤滑作用③冷卻降溫④沖洗排渣四

硅片拋光工藝4.2拋光液-以堿性SiO2拋光液為例：拋光液的主要參數(shù)包括：①SiO2膠粒形狀和硬度②SiO2膠粒平均尺寸——粗糙度、摩擦力③拋光液的PH值——腐蝕速率④拋光液分散的穩(wěn)定性——拋光中不團(tuán)聚⑤拋光液的純度——金屬含量(Cu，Al，F(xiàn)e)四

硅片拋光工藝4.2拋光液拋光液可以自己配制，也可以購買專業(yè)公司生產(chǎn)的適合自己工藝的產(chǎn)品使用。目前拋光液的種類和生產(chǎn)公司很多，如北京國瑞升科技有限公司二氧化硅拋光液，是以高純硅粉為原料，經(jīng)特殊工藝生產(chǎn)的一種高純度低金屬離子型拋光產(chǎn)品，廣泛用于硅單晶片、鍺片、化合物半導(dǎo)體(砷化鎵、磷化銦)、精密光學(xué)器件和藍(lán)寶石片等多種材料納米級(jí)的高平坦化拋光加工。具有應(yīng)用領(lǐng)域廣、拋光效率高、雜質(zhì)含量低、拋光后容易清洗等特點(diǎn)。四

硅片拋光工藝4.2拋光液四

硅片拋光工藝4.2拋光液①高拋光速率，利用大粒徑的膠體二氧化硅粒子達(dá)到高速拋光的目的(可以生產(chǎn)150nm)。②粒度可控，根據(jù)不同需要，可生產(chǎn)10~150nm不同粒度的產(chǎn)品。③高純度(Cu2+含量小于50ppb，1ppb=10-9)，有效減小對(duì)電子類產(chǎn)品的沾污。④高平坦度加工，本品拋光是利用SiO2的膠體粒子，不會(huì)對(duì)加工件造成物理損傷。四

硅片拋光工藝4.2拋光液天津西立卡晶體拋光材料有限公司生產(chǎn)的TSE-3040硅溶膠拋光液四

硅片拋光工藝4.2拋光液美國公司部分常用拋光液技術(shù)參數(shù)四

硅片拋光工藝4.3堿性二氧化硅拋光方法原理（1）堿對(duì)硅的腐蝕反應(yīng)硅在空氣中可迅速被氧化，堿能對(duì)硅和氧化硅起反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2

↑SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2ONa2SiO3進(jìn)一步發(fā)生連串反應(yīng)和水解反應(yīng)：Si+Na2SiO3+2H2O→Na2Si2O5+2H2

↑

四

硅片拋光工藝4.3堿性二氧化硅拋光方法原理（1）堿對(duì)硅的腐蝕反應(yīng)Si+Na2Si2O5+2H2O→Na2Si3O7+2H2

↑

Si+Na2Si3O7+2H2O→Na2Si4O9+2H2

↑SiO2+Na2SiO3

→Na2Si2O5SiO2+Na2Si2O5

→Na2Si3O7Na2SiO3+H2O

?H2SiO3+2NaOHH2SiO3部分聚合部分電離形成膠團(tuán)覆蓋在硅片表面，這些膠團(tuán)對(duì)金屬雜質(zhì)和離子型及易水解化合物具有很強(qiáng)的吸附活性。四

硅片拋光工藝4.3堿性二氧化硅拋光方法原理（2）膠粒間的吸附作用SiO2膠粒具強(qiáng)吸附力，從而能夠?qū)⒎磻?yīng)產(chǎn)生的膠團(tuán)吸附使其脫離硅片表面。（3）拋光襯墊和膠粒與硅片的機(jī)械摩擦作用拋光時(shí)硅片在拋光頭的帶動(dòng)下在高速旋轉(zhuǎn)的拋光平臺(tái)上圍繞設(shè)備主軸作行星運(yùn)動(dòng)，在一定的壓力下，SiO2膠粒和拋光布?jí)|對(duì)硅片表面產(chǎn)生機(jī)械摩擦而除去覆蓋在硅片表面的反應(yīng)生成物。四

硅片拋光工藝4.3堿性二氧化硅拋光方法原理（4）堿的絡(luò)合作用為了消除和減少鈉離子的沾污，目前使用的拋光液多為無鈉拋光液，通常是在以SiO2、SiHCl3或SiCl4等水解物為原料的母液中用有機(jī)堿(如四甲基氫氧化氨)取代NaOH

和

KOH而制成的SiO2

膠體拋光液。其中的有機(jī)堿能與硅的腐蝕產(chǎn)物及重金屬雜質(zhì)生成穩(wěn)定的絡(luò)合物。四

硅片拋光工藝4.3堿性二氧化硅拋光方法原理腐蝕大膠粒摩擦粘于表面小膠粒吸附脫離表面剝離拋光墊摩擦硅片拋光過程Part4四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟拋前準(zhǔn)備粗拋厚度分選粘片精拋取片結(jié)束四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（1）拋光前準(zhǔn)備拋光前準(zhǔn)備工作包括設(shè)備、動(dòng)力、備件與輔材等。①

動(dòng)力：電源、水壓、氣壓等。②

硅片裝載具如果是有蠟拋光，需要準(zhǔn)備粘片蠟，粘片蠟通常由優(yōu)質(zhì)的松香與白蠟混合配制而成，熱熔并經(jīng)100目銅網(wǎng)加紗布過濾。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（1）拋光前準(zhǔn)備②

硅片裝載具粘片瓷盤和無蠟拋光用的載體盤都要求表面完整、清潔、不變形無蠟拋光用的隔膜板和襯墊要求無形變、無破損、無泡、無皺、無鑲嵌物和無污物粘片機(jī)、裝(卸)片機(jī)檢查正常并開機(jī)待用。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（1）拋光前準(zhǔn)備③

拋光布?jí)|拋光布?jí)|為高強(qiáng)度無紡布襯底，高分子聚合物表面特殊打毛。在拋光過程中起增大摩擦、去除化學(xué)反應(yīng)物的作用。粗拋墊：含有聚氨酯的聚酯墊精拋墊：以無紡布材質(zhì)作基材，再在其上生長絨毛結(jié)構(gòu)。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（1）拋光前準(zhǔn)備③

拋光布?jí)|如果需要更換拋光布?jí)|，按以下步驟進(jìn)行。a.去除舊墊，擦洗處理拋光平臺(tái)至清潔。可以用乙醇浸泡拋光平臺(tái)3~5min，再用脫脂棉浸上乙醇擦洗干凈，再清除平臺(tái)上留下的棉毛，并保持平臺(tái)清潔，使其干燥。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（1）拋光前準(zhǔn)備③

拋光布?jí)|如果需要更換拋光布?jí)|，按以下步驟進(jìn)行。b.現(xiàn)在使用的拋光墊一般都是一面帶膠的，將拋光墊與平臺(tái)對(duì)齊，揭去保護(hù)紙，緩慢從拋光平臺(tái)的一端把拋光墊平貼到平臺(tái)上，同時(shí)用壓塊或手驅(qū)趕拋光墊與平臺(tái)之間的空氣，然后放上壓板加壓(0.20MPa/cm2)30min。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（1）拋光前準(zhǔn)備③

拋光布?jí)|如果需要更換拋光布?jí)|，按以下步驟進(jìn)行。c.加壓時(shí)間到，將板去掉待干燥后，用單面刀片割去平臺(tái)邊緣(中心)多余部分拋光墊粘貼好后應(yīng)牢固、無氣泡和平整。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（1）拋光前準(zhǔn)備④

配制拋光液并用過濾布進(jìn)行過濾通常拋光液在使用時(shí)都要加水稀釋并加堿調(diào)節(jié)pH

值后使用，一般現(xiàn)配現(xiàn)用。拋光液的pH值可以用NaOH、KOH或有機(jī)堿進(jìn)行調(diào)節(jié)。拋光液可根據(jù)需要用240目和180目的過濾石棉布進(jìn)行過濾，以去除里面的粗顆粒及異物。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（1）拋光前準(zhǔn)備⑤

清洗設(shè)備和拋光液系統(tǒng)清潔設(shè)備，防止其他臟污進(jìn)入設(shè)備或拋光液，造成其他異常。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（2）硅片厚度分選與裝載①

厚度分選為了保證拋光后硅片的幾何特性，硅片在拋光前必須進(jìn)行厚度分選，然后分擋裝片進(jìn)行加工。硅片厚度分選按每2μm/檔分類，并作標(biāo)識(shí)四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（2）硅片厚度分選與裝載②

硅片拋光面的選擇硅片拋光面的選擇與硅片的型號(hào)晶向有關(guān)，當(dāng)面對(duì)拋光面（硅片正面）的時(shí)候硅片參考面位置應(yīng)如圖1-4所示。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（2）硅片厚度分選與裝載③

有蠟拋光工藝硅片的裝載粘片機(jī)預(yù)熱后，將瓷盤放在粘片機(jī)加熱盤上加熱，溫度控制在120~150°C后，在瓷盤上涂上粘片蠟。將同一檔厚度硅片輕輕放置于瓷盤上，用壓塊推動(dòng)硅片左右旋轉(zhuǎn)擠壓把下面的蠟壓勻及壓實(shí)并將硅片放置于合適位置。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（2）硅片厚度分選與裝載③

有蠟拋光工藝硅片的裝載注意盤上硅片分布應(yīng)均勻，不能超出瓷盤邊界，片與片之間保持2mm以上間隔。用壓塊擠壓硅片時(shí)移動(dòng)幅度要小，用力均勻適度，防止產(chǎn)生背面劃道。粘貼好硅片的瓷盤送到冷卻臺(tái)上冷卻后，去除硅片、瓷盤上多余的蠟，用純水沖洗干凈，待拋。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（2）硅片厚度分選與裝載④

無蠟拋光工藝硅片的裝載無蠟拋光工藝不用將硅片粘貼固定在瓷盤上，但是也要將其裝載到隔膜板上，才能進(jìn)行上機(jī)拋光。裝片機(jī)通電預(yù)熱，溫度70~80°C。載體盤施加適當(dāng)壓力，設(shè)定加溫加壓的持續(xù)時(shí)間為40s~2min。溫度達(dá)到指定值且穩(wěn)定時(shí)方可操作裝片機(jī)。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（2）硅片厚度分選與裝載④

無蠟拋光工藝硅片的裝載裝片時(shí)先將隔膜板和襯墊用純水濕潤，再把同擋厚度的硅片裝載到隔膜板上，壓上壓塊。隔膜板上裝好的硅片應(yīng)不能蠕動(dòng)，片動(dòng)則取下該片，噴水在襯墊上，重新貼片和壓片。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光硅片上機(jī)拋光通常采用先粗拋然后精拋的工藝方法，粗拋主要在于使硅片表面去層并達(dá)到需要的厚度、TTV和平整度，精拋的意義在于對(duì)硅片表面的精細(xì)修整，使其有更好的表面光潔度等。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光①

有蠟拋光拋光機(jī)通電、通水、通氣并檢查是否正常。用千分表測量瓷盤上硅片厚度，保證同一瓷盤硅片厚度之差在5μm之內(nèi)，否則重新粘片。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光①

有蠟拋光檢查拋光頭上卡塊是否松動(dòng)，防止瓷盤在工作中甩出，造成設(shè)備部件損壞或傷人，然后將已粘貼好硅片的瓷盤裝上拋光頭并卡好，搬動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)閥，氣缸對(duì)拋光頭施壓使其緩慢下降，行至拋光平臺(tái)。拋光瓷盤裝載好后就可以啟動(dòng)機(jī)器，根據(jù)需要采用相應(yīng)的拋光方案進(jìn)行拋光。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光①

有蠟拋光四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光①

有蠟拋光拋光時(shí)間到，將拋光壓力降至0，關(guān)拋光液，用水拋3~10s。然后關(guān)上主機(jī)電源。拋光盤停轉(zhuǎn)后，迅速轉(zhuǎn)動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)閥。取出拋光盤，用純水沖洗硅片及瓷盤。檢查硅片厚度并在日光燈下觀察硅片外觀，滿足要求后進(jìn)行精拋。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光①

有蠟拋光四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光②

無蠟拋光與有蠟拋光一樣，無蠟拋光工藝也是先進(jìn)行粗拋。接通設(shè)備電源、液壓起動(dòng)及真空保護(hù)并打開機(jī)蓋，垂直安放好四個(gè)載體盤并蓋上機(jī)蓋設(shè)定拋光時(shí)間、壓力后啟動(dòng)機(jī)器，調(diào)節(jié)拋光液流量、pH值和溫度等進(jìn)行拋光。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光②

無蠟拋光拋光結(jié)束后停止拋光液供應(yīng)，停止機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)，打開機(jī)蓋，噴洗后取下拋光盤。擦凈拋光頭，洗刷并刮凈拋光墊，注意禁止水進(jìn)入真空系統(tǒng)。抽取硅片測量厚度、TTV和表面等，滿足合同要求則轉(zhuǎn)入精拋。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光②

無蠟拋光精拋前需要重新固定硅片在隔膜板上的位置，再到裝片機(jī)上壓片定位，然后調(diào)節(jié)拋光條件后精拋修整硅片表面。精拋工藝參數(shù)參考設(shè)置見表4-9。無論是有蠟拋光還是無蠟拋光工藝，拋光過程中都需要嚴(yán)防拋光液斷流和拋光溫度超高。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（3）上機(jī)拋光②

無蠟拋光如發(fā)生掉片、拋盤摔出等其他異常情況時(shí)，應(yīng)按“緊急制動(dòng)”按鈕，取出在拋片，徹底清洗拋光系統(tǒng)并過濾拋光液后方可再恢復(fù)拋光。中途停電后需重新檢查調(diào)整各參數(shù)，設(shè)備空載運(yùn)行無問題后再進(jìn)行拋光。在啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，拋光頭嚴(yán)禁加壓啟動(dòng)。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（4）取片①

有蠟拋光取片先將硅片和瓷盤表面用千凈濾紙輕輕吸千水后放置到粘片機(jī)加熱盤上，溫度控制在120~150°C。拋光盤背面的水一定要擦干，以防止加熱時(shí)拋光盤爆裂，造成設(shè)備部件損壞和傷人。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（4）取片①

有蠟拋光取片待粘片蠟熔化后用竹鑷子輕推硅片邊緣進(jìn)行取片，取出的硅片放置在干凈濾紙上，硅片表面不能有鑷子軌跡和粘片蠟。瓷盤上的硅片取完后應(yīng)擦凈瓷盤表面上的蠟跡。圖4-20顯示的即是拋光完畢的硅片在卸片臺(tái)上加熱等待卸載的狀況。四

硅片拋光工藝4.4拋光工藝步驟（4）取片②

無蠟拋光取片將載體盤安放在卸片機(jī)卸片支架上，用漂洗水噴射硅片邊緣。戴上塑料手套用吸筆或手從隔膜板上取下硅片，放入片盒中。將拋好的硅片同片盒一起，浸泡在純水池中待清洗取下襯墊浸泡在純水中，清洗載體盤和拋光液系統(tǒng)。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析硅片拋光是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)機(jī)械過程，其工藝條件的控制與拋光效率和質(zhì)量密切相關(guān)。拋光工藝控制的基本點(diǎn)，就是要使拋光過程中的化學(xué)腐蝕作用與機(jī)械作用達(dá)到平衡，有了這個(gè)平衡，才能既獲得好的拋光表面又得到合理的生產(chǎn)效率。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系理想的拋光狀態(tài)：單位時(shí)間的腐蝕速率等于單位時(shí)間的去除速率，這就保證腐蝕的部分完全被去除，而未腐蝕部分不被去除。而去除包括機(jī)械擦除和靜電吸收兩部分。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系理想的拋光狀態(tài)：設(shè)硅片拋光時(shí)堿與硅的化學(xué)腐蝕反應(yīng)速率分量為V1，機(jī)械摩擦去除反應(yīng)產(chǎn)物速率分量為V2，反應(yīng)產(chǎn)物吸除速率分量為V3，當(dāng)V1=V2+V3時(shí)，拋光速率V應(yīng)為最佳。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系經(jīng)分析推導(dǎo)，有V=K[OH]2=BpKμh(n1+n2)+CqsdrB:摩擦因子；p：壓力；K：反應(yīng)速率常數(shù)；μ：摩擦系數(shù)；h：硬度；n：轉(zhuǎn)速；C：吸附常數(shù)；r：磨粒（膠粒）直徑；d：濃度；s：比表面積；q：表面電荷密度。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系拋光速率磨削作用腐蝕速率PH值溫度壓強(qiáng)轉(zhuǎn)速SiO2純度尺寸硬度拋光墊結(jié)構(gòu)如彈性，負(fù)載能力等四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（1）拋光壓力一般來說，壓力越大，拋光速率越快，但是壓力足夠大時(shí)，拋光速率會(huì)略微下降，原因是壓力大，拋光墊承載拋光液能力下降。另外，壓力大易形成破片現(xiàn)象。所以，應(yīng)控制拋光的壓力。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（1）拋光壓力控制原則：拋光時(shí)，拋光速率和效果并重，在保證拋光效果的前提下，希望提高拋光的速率，也就是說，效果第一，速率第二。拋光過程中可以采取低壓→中壓→高壓→低壓→水拋或低壓→高壓→中壓→低壓→水拋的四段加壓拋光技術(shù)，如圖4-21所示。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（1）拋光壓力四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（2）拋光溫度溫度和反應(yīng)速率有關(guān)，溫度越高，則反應(yīng)速率越快，拋光溫度的選擇，滿足兩點(diǎn)要求：①

方便加工，即不做額外控溫，②

反應(yīng)速率不過快。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（2）拋光溫度溫度一般在室溫25℃~30℃左右。事實(shí)上，溫度和其它參數(shù)相關(guān)，比如反應(yīng)速率是溫度和PH值的函數(shù)，v=v(T,pH,…)，因此，需要選擇室溫下合適的反應(yīng)速率，這就規(guī)定了PH值的范圍。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（3）pH值一定溫度下，pH值越高，堿性越強(qiáng)，反應(yīng)速率越快，隨著粗拋到精拋，pH值逐漸降低。其選擇要滿足室溫下反應(yīng)速率的要求。(為達(dá)到相同的反應(yīng)速率，可以取低pH值，室溫反應(yīng)，也可以采取較高pH值，在低溫反應(yīng))。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（4）硅片晶體結(jié)構(gòu)不同型號(hào)、不同晶向及不同電阻率的硅片，其面密度及原子結(jié)合力都不同，因此在拋光過程中的化學(xué)腐蝕速率有所不同。一般來說，在相同的設(shè)備和工藝條件下，(100)面的拋光速率明顯快于(111)面，而低阻硅片也比高阻硅片難拋。因此可以根據(jù)硅片的類別分別進(jìn)行拋光條件的搭配組合，以求得最佳拋光速率。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（5）摩擦力在化學(xué)機(jī)械拋光過程中，主要靠機(jī)械摩擦來去除硅片表面反應(yīng)生成物，從而使新的反應(yīng)不斷延續(xù)來達(dá)到拋光去層目的。摩擦力

f=up其中，μ

是摩擦系數(shù)，p

是拋光壓力。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（5）摩擦力摩擦力越大，拋光速率會(huì)越大，但是過大的摩擦力會(huì)增加表面劃痕碎片等損傷概率，摩擦發(fā)熱導(dǎo)致拋光液溫度升高，而影響腐蝕速率。因此應(yīng)選擇合適的摩擦力大小?？梢酝ㄟ^壓強(qiáng)的大小，轉(zhuǎn)速大小來調(diào)節(jié)。四

硅片拋光工藝4.5拋光工藝條件分析4.5.1拋光速率與工藝參數(shù)的關(guān)系（5）摩擦力摩擦系數(shù)

μ

與相互摩擦的物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)以及摩擦過程的潤滑介質(zhì)有關(guān)。在硅片拋光過程中，μ

由拋光墊結(jié)構(gòu)和拋光液的理化性質(zhì)