本發(fā)明屬于晶圓研磨技術(shù)領(lǐng)域，提供一種利用磁場(chǎng)控制研磨液中磁性納米顆粒對(duì)晶圓進(jìn)行面研磨后使用飛秒激光對(duì)晶圓進(jìn)行點(diǎn)研磨的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱(chēng)為晶圓；在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能之ic產(chǎn)品。晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉，鹽酸氯化，并經(jīng)蒸餾后，制成了高純度的多晶硅。再經(jīng)過(guò)照相制版，研磨，拋光，切片等程序，將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圓。

晶圓在其背面減薄的研磨加工過(guò)程中,表面質(zhì)量的控制十分重要。表面質(zhì)量不好的晶圓會(huì)存在應(yīng)力集中、裂縫等隱患,在分割晶圓片時(shí),會(huì)導(dǎo)致晶圓崩裂的巨大損失，或是影響后續(xù)晶圓低溫鍵合工藝的失敗。表面粗糙度是衡量表面質(zhì)量的重要參數(shù),它是對(duì)加工表面所有微小間距和峰谷不平度的微觀幾何尺寸特征的綜合評(píng)價(jià),能夠反映表面應(yīng)力分布情況,以此判斷表面質(zhì)量的好壞。晶圓的表面粗糙度參數(shù)ra(輪廓算術(shù)平均偏差)一般要求在0.01μm至0.8μm之間。

行業(yè)內(nèi)目前研磨晶圓表面的方法為使用傳統(tǒng)的砂輪研磨方法，或是改進(jìn)過(guò)后的化學(xué)機(jī)械研磨方法(cmp)。例如，cn101879700b《化學(xué)機(jī)械研磨元件、晶圓的研磨方法及晶圓研磨系統(tǒng)》，cn102909646b《化學(xué)機(jī)械研磨方法》。前述的兩種方法都是采用一個(gè)平面去接觸晶圓表面的面加工方法，雖然能夠有效滿(mǎn)足一般生產(chǎn)需求，但如要進(jìn)一步達(dá)到精細(xì)的點(diǎn)加工則在技術(shù)原理上無(wú)法達(dá)到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用磁場(chǎng)控制研磨液中磁性納米顆粒對(duì)晶圓進(jìn)行面研磨后使用飛秒激光對(duì)晶圓進(jìn)行點(diǎn)研磨的系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)行晶圓研磨工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)將高效率的面加工與納米分辨率的高精度點(diǎn)加工相結(jié)合的難題。

本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：一種利用磁場(chǎng)及激光對(duì)晶圓進(jìn)行研磨的系統(tǒng)，其特征在于：包括飛秒激光發(fā)生器、機(jī)器手臂、3d成像模塊、晶圓、操作平臺(tái)、磁場(chǎng)發(fā)生器、研磨液腔；

所述研磨液腔固定設(shè)置在所述操作平臺(tái)上，所述晶圓固定設(shè)置在所述研磨液腔內(nèi)，所述研磨液腔內(nèi)填充有研磨液；

所述飛秒激光發(fā)生器和磁場(chǎng)發(fā)生器均固定設(shè)置在所述機(jī)器手臂上；所述3d成像模塊用于獲取所述晶圓表面形貌特征并建立3d模型，計(jì)算需要去除的表面材料部位坐標(biāo)。

本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種利用磁場(chǎng)及激光對(duì)晶圓進(jìn)行研磨的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生磁場(chǎng)，機(jī)械手臂攜帶磁場(chǎng)發(fā)生器接近研磨液腔，并做平行于晶圓表面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，獲得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以驅(qū)動(dòng)磁性納米顆粒達(dá)到研磨晶圓的表面材料目的；

步驟2：3d成像模塊獲取所述晶圓表面形貌特征并建立3d模型，計(jì)算需要去除的表面材料部位坐標(biāo)；

步驟3：機(jī)器手臂根據(jù)計(jì)算的表面材料部位坐標(biāo)移動(dòng)，使飛秒激光發(fā)生器對(duì)準(zhǔn)表面材料部位的坐標(biāo)位置，發(fā)生飛秒激光束照射需要去除材料的表面材料。

本發(fā)明具有以下有益效果：

使用磁場(chǎng)控制研磨液中的磁性納米粒子可對(duì)晶圓進(jìn)行高效率的研磨，而后采用的飛秒激光束直徑為亞微米，極小的加工區(qū)域可達(dá)到納米級(jí)的加工分辨率，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)分辨率的點(diǎn)加工研磨工藝，提高了晶圓研磨加工工藝的精度。本發(fā)明提供的方法具有效率高和精度高的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖；

圖3為發(fā)明實(shí)施例的利用磁場(chǎng)對(duì)晶圓進(jìn)行研磨的方法原理圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施的利用激光對(duì)晶圓進(jìn)行研磨的方法原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的一種利用磁場(chǎng)及激光對(duì)晶圓進(jìn)行研磨的系統(tǒng)，包括飛秒激光發(fā)生器11、機(jī)器手臂12、3d成像模塊13、晶圓14、操作平臺(tái)15、磁場(chǎng)發(fā)生器17、研磨液腔18；研磨液腔18固定設(shè)置在操作平臺(tái)15上，晶圓14固定設(shè)置在研磨液腔18內(nèi)，研磨液腔18內(nèi)填充有研磨液16；飛秒激光發(fā)生器11和磁場(chǎng)發(fā)生器17均固定設(shè)置在機(jī)器手臂12上；3d成像模塊13用于獲取晶圓14表面形貌特征并建立3d模型，計(jì)算需要去除的表面材料141部位坐標(biāo)。

被照射部位的表面材料141在超高能量下經(jīng)熔融態(tài)直接氣化或成為高密度、超熱、高壓的等離子體狀態(tài)而被去除。重復(fù)該動(dòng)作照射晶圓14上其它需要去除材料的部位即可達(dá)到研磨晶圓14表面的目的。且由于飛秒激光束141與晶圓表面被照射部位的表面材料141相互作用時(shí)間很短，被激光加工的區(qū)域邊緣幾乎沒(méi)有損傷。且由于飛秒激光束141具有亞微米直徑，加工區(qū)域極小，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)加工的高精度加工工藝對(duì)比現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的面加工的化學(xué)機(jī)械研磨。

請(qǐng)見(jiàn)圖2，本發(fā)明提供的一種利用磁場(chǎng)及激光對(duì)晶圓進(jìn)行研磨的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：磁場(chǎng)發(fā)生器17產(chǎn)生磁場(chǎng)，機(jī)械手臂12攜帶磁場(chǎng)發(fā)生器17接近研磨液腔18，并做平行于晶圓14表面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，獲得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以驅(qū)動(dòng)磁性納米顆粒161達(dá)到研磨晶圓14的表面材料141目的；

步驟2：3d成像模塊13獲取晶圓14表面形貌特征并建立3d模型，計(jì)算需要去除的表面材料141部位坐標(biāo)；

步驟3：機(jī)器手臂12根據(jù)計(jì)算的表面材料141部位坐標(biāo)移動(dòng)，使飛秒激光發(fā)生器11對(duì)準(zhǔn)表面材料141部位的坐標(biāo)位置，發(fā)生飛秒激光束111照射需要去除材料的表面材料141。

參見(jiàn)圖3，本發(fā)明可以應(yīng)用于晶圓14的研磨工藝中。晶圓14周?chē)錆M(mǎn)研磨液16，研磨液16中均勻分布磁性納米顆粒161，磁場(chǎng)發(fā)生器17產(chǎn)生磁場(chǎng)b，磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)磁性納米顆粒161在研磨液16中移動(dòng)與晶圓14表面的突出材料141相互碰撞摩擦，導(dǎo)致晶圓14表面的突出材料141脫落，從而起到研磨的目的。

參見(jiàn)圖4，飛秒激光發(fā)生器11產(chǎn)生具有亞微米直徑的飛秒激光束111垂直照射晶圓14表面的突出部位材料141。飛秒激光束111脈沖寬度很短以至于熱能來(lái)不及擴(kuò)散到激光焦點(diǎn)以外的區(qū)域，沉積的熱能被限定在晶圓表面的淺層區(qū)域，使晶圓表面被照射部位的材料141在超高能量下經(jīng)熔融態(tài)直接氣化。甚至被照射部位的材料141在吸收光子因?yàn)楫a(chǎn)生的能量后生成的電子溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣化溫度而導(dǎo)致其最終成為高密度、超熱、高壓的等離子體狀態(tài)。從而使被照射部位的材料141被去除。重復(fù)定位使用飛秒激光束111照射晶圓14上的突出部位材料，即可達(dá)到研磨晶圓14的目的。由于飛秒激光束141與晶圓表面被照射部位的材料141相互作用時(shí)間很短，被激光加工的區(qū)域邊緣幾乎沒(méi)有損傷。切由于飛秒激光束141具有亞微米直徑，加工區(qū)域極小，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)加工的高精度加工工藝。

本實(shí)施例的晶圓14被放置于充滿(mǎn)研磨液的封閉的研磨液腔18中，研磨液16中均勻散布著具有磁性的納米粒子，使用磁場(chǎng)發(fā)生器17產(chǎn)生磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)具有磁性的納米粒子運(yùn)動(dòng)與晶圓14表面碰撞、摩擦以去除晶圓表面的突出部位的材料，然后亞微米直徑的飛秒激光束111定點(diǎn)照射晶圓14表面突出的部位。能量密度不小于0.8jcm^-2，不大于1.5jcm^-2的飛秒激光脈沖寬度很短以至于熱能來(lái)不及擴(kuò)散到激光焦點(diǎn)以外的區(qū)域，沉積的熱能被限定在晶圓表面的淺層區(qū)域，使晶圓表面被照射部位的材料在超高能量下經(jīng)熔融態(tài)直接氣化。甚至材料在吸收光子因?yàn)楫a(chǎn)生的能量后生成的電子溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣化溫度而導(dǎo)致其最終成為高密度、超熱、高壓的等離子體狀態(tài)。激光與晶圓表面被照射部位的材料相互作用時(shí)間很短，被激光加工的區(qū)域邊緣幾乎沒(méi)有損傷。在其他需要拋光的晶圓表面都重復(fù)這一過(guò)程，就可以達(dá)到精細(xì)拋光晶圓表面的目的。而在0.8jcm^-2與1.5jcm^-2范圍內(nèi)調(diào)整飛秒激光的能量密度，則可以控制每一發(fā)飛秒激光脈沖所去除的材料厚度。當(dāng)飛秒激光的能量密度在0.8jcm^-2與1.5jcm^-2范圍內(nèi)變化時(shí)，所去除的材料厚度在100nm到300nm之間變化。在實(shí)際研磨過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)整飛秒激光的能量密度來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度研磨工藝。

本發(fā)明提供的一種利用磁場(chǎng)控制研磨液中磁性納米顆粒對(duì)晶圓進(jìn)行面研磨后使用飛秒激光對(duì)晶圓進(jìn)行點(diǎn)研磨的方法，同時(shí)具有效率高、精度高的特點(diǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。