晶圆减薄工艺的制作方法

本发明涉及晶圆厚度减薄技术领域，尤其是涉及一种晶圆减薄工艺。

背景技术：

晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状一般设置为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，从而成为具有特定电性功能的集成电路产品；在晶圆加工工艺中，晶圆通常要经过减薄后才能进行后续的刻蚀、化学沉积、电镀等加工工艺流程，常用的减薄工艺分为机械研磨、化学腐蚀和化学机械平坦化三种。

晶圆化学腐蚀减薄工艺通过将晶圆放置在化学腐蚀液内，通过控制腐蚀时间或者其它工艺参数实现对晶圆特定厚度的减薄；现有的化学腐蚀减薄工艺通过厚度测量装置对减薄前后的晶圆的厚度进行测量，而后与目标厚度进行对比，进而判断化学腐蚀后的晶圆的厚度是否符合要求。

但是，现有化学腐蚀减薄工艺仅通过厚度测量反馈来控制晶圆的减薄精度，且目前厚度测量设备分辨率较低，对于较高要求的减薄精度，现有减薄工艺很难实现，难以保证晶圆的减薄精度。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种晶圆减薄工艺，以缓解了现有晶圆减薄精度控制方法浅显，难以保证较高减薄精度的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

本发明提供的晶圆减薄工艺，包括以下步骤：

测量程序：移料机构将晶圆移动至测量装置中，以测量晶圆的质量和厚度；数据处理程序：数据处理装置根据晶圆的质量和厚度确定晶圆减薄后的目标质量，并计算出晶圆需要减薄的质量和需要腐蚀的时间；减薄程序：移料机构将测量装置中的晶圆移动至化学腐蚀装置，化学腐蚀装置按照晶圆需要腐蚀的时间进行腐蚀，以对晶圆的厚度进行减薄。

进一步的，测量装置包括质量测量装置和厚度测量装置；

质量测量装置和厚度测量装置均设置于晶圆减薄设备的机座上，质量测量装置设置于厚度测量装置的一侧，且质量测量装置和厚度测量装置均与晶圆减薄设备的机座连接。

进一步的，测量程序包括以下步骤：

移料机构将晶圆从上料装置移动至厚度测量装置，通过厚度测量装置测量晶圆的厚度；

移料机构将晶圆从厚度测量装置移动至质量测量装置，通过质量测量装置测量晶圆的质量。

进一步的，数据处理程序包括以下步骤：

数据处理装置根据测得的晶圆的质量和厚度计算出晶圆减薄后的目标质量；

数据处理装置根据晶圆减薄后的目标质量计算出晶圆需要减薄的质量；

数据处理装置根据晶圆需要减薄的质量计算出晶圆需要减薄的时间。

进一步的，减薄程序包括以下步骤：

移料机构将质量测量装置中的晶圆移动至化学腐蚀装置；

化学腐蚀装置按照晶圆需要腐蚀的时间进行腐蚀，以将晶圆的厚度减薄。

进一步的，晶圆减薄工艺还包括以下步骤：

判断程序：移料机构将减薄后的晶圆从化学腐蚀装置移动至质量测量装置，以测量减薄后的晶圆质量，数据处理装置将测得的晶圆质量和目标质量比较，以判断晶圆的减薄厚度是否合格。

进一步的，晶圆减薄厚度还包括以下步骤：

对减薄厚度不合格的晶圆重复进行减薄程序和判断程序，直至减薄后的晶圆质量符合目标质量要求。

进一步的，晶圆减薄工艺还包括以下步骤：

下料程序：移料机构将测量装置中的晶片移动至下料装置，以实现晶圆的自动下料。

进一步的，晶圆减薄工艺还包括以下步骤：

参数设定程序：将晶圆减薄后的目标厚度和晶圆的材料密度输入至数据处理装置内，以辅助确定晶圆减薄后的目标质量；

上料程序：将晶圆放置于上料装置中，以固定晶圆的位置，以便移料机构将晶圆移动至测量装置。

进一步的，化学腐蚀装置和数据处理装置均设置于晶圆减薄设备的机座上，腐蚀装置和测量装置均与数据处理装置电连接。

结合以上技术方案，本发明达到的有益效果在于：

本发明提供的晶圆减薄工艺，包括以下步骤：

测量程序：移料机构将晶圆移动至测量装置中，以测量晶圆的质量和厚度；

数据处理程序：数据处理装置根据晶圆的质量和厚度确定晶圆减薄后的目标质量，并计算出晶圆需要减薄的质量和需要腐蚀的时间；

减薄程序：移料机构将测量装置中的晶圆移动至化学腐蚀装置，化学腐蚀装置按照晶圆需要腐蚀的时间进行腐蚀，以对晶圆的厚度进行减薄。

通过测量装置，测量出晶圆的质量和厚度，数据处理装置根据晶圆的质量和厚度以及其他参数计算出晶圆减薄后的目标质量，同时计算出晶圆需要减薄掉的质量和需要腐蚀的时间，晶圆在化学腐蚀腔内按照计算出的腐蚀时间进行腐蚀，以实现对晶圆厚度的减薄，晶圆减薄的工艺分别包括多次腐蚀时间计算及其对应的多次腐蚀过程，直至减薄后的晶圆的质量与目标质量相符合，缓解了现有晶圆减薄精度控制方法浅显，难以保证较高减薄精度的技术问题，优化了晶圆的化学减薄工艺，使得晶圆减薄精度的控制工艺更加严谨、科学。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的晶圆减薄工艺的工艺流程图；

图2为本发明实施例提供的晶圆减薄工艺的结构示意图。

图标：100-移料机构；200-测量装置；210-质量测量装置；220-厚度测量装置；300-化学腐蚀装置；400-上料装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本实施例提供的晶圆减薄工艺的工艺流程图；图2为本实施例提供的晶圆减薄工艺的结构示意图。

如图1-2所示，本实施例提供了一种晶圆减薄工艺，包括以下步骤：测量程序：移料机构100将晶圆移动至测量装置200中，以测量晶圆的质量和厚度；数据处理程序：数据处理装置根据晶圆的质量和厚度确定晶圆减薄后的目标质量，并计算出晶圆需要减薄的质量和需要腐蚀的时间；减薄程序：移料机构100将测量装置200中的晶圆移动至化学腐蚀装置300，化学腐蚀装置300按照晶圆需要腐蚀的时间进行腐蚀，以对晶圆的厚度进行减薄。

具体的，移料机构100将待减薄晶圆从上料装置400移动到测量装置200中，测量装置200测得晶圆的实际质量和实际厚度，数据处理装置根据测得的晶圆的质量和厚度以及其他参数计算出晶圆减薄后的目标质量，以及计算出需要减掉的质量和减掉的质量对应的腐蚀时间，移料机构100将晶圆送至化学腐蚀装置300按照腐蚀时间进行腐蚀；晶圆经过一次腐蚀后的质量不符合目标质量要求的范围时，质量测量装置210能够测出晶圆经过一次腐蚀后的实际质量，进而计算出晶圆第二需要减掉的质量及其对应的腐蚀时间，以对晶圆进行第二次腐蚀，重复上述工艺流程，直至减薄后的晶圆的质量处于目标质量要求的范围内。

本实施例提供的晶圆减薄工艺，包括以下步骤：测量程序：移料机构100将晶圆移动至测量装置200中，以测量晶圆的质量和厚度；数据处理程序：数据处理装置根据晶圆的质量和厚度确定晶圆减薄后的目标质量，并计算出晶圆需要减薄的质量和需要腐蚀的时间；减薄程序：移料机构100将测量装置200中的晶圆移动至化学腐蚀装置300，化学腐蚀装置300按照晶圆需要腐蚀的时间进行腐蚀，以对晶圆的厚度进行减薄。通过测量装置200，测量出晶圆的质量和厚度，数据处理装置根据晶圆的质量和厚度以及其他参数计算出晶圆减薄后的目标质量，同时计算出晶圆需要减薄掉的质量和需要腐蚀的时间，晶圆在化学腐蚀腔内按照计算出的腐蚀时间进行腐蚀，以实现对晶圆厚度的减薄，晶圆减薄的工艺分别包括多次腐蚀时间计算及其对应的多次腐蚀过程，直至减薄后的晶圆的质量与目标质量相符合，缓解了现有晶圆减薄精度控制方法浅显，难以保证较高减薄精度的技术问题，优化了晶圆的化学减薄工艺，使得晶圆减薄精度的控制工艺更加严谨、科学。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例提供的晶圆减薄工艺中的测量装置200包括质量测量装置210和厚度测量装置220；质量测量装置210和厚度测量装置220均设置于晶圆减薄设备的机座上，质量测量装置210设置于厚度测量装置220的一侧，且质量测量装置210和厚度测量装置220均与晶圆减薄设备的机座连接。

具体的，质量测量装置210设置为高精度电子分析天平，具体型号可选取为梅特勒分析天平xpe205，该天平最小称重量为14mg，最大称重量为220g，其测量精度为0.1％，扩展因子k＝2，则晶圆质量只要超过14mg，即可满足使用要求；厚度测量装置220设置为测距传感器，传感器型号可设置为德国米铱cse1测距传感器，量程1mm，测量误差0.5μm；晶圆减薄设备的机座包括机座主体和测量装置机座，测量装置机座设置于机座主体的一侧，且测量装置机座与机座主体之间物理隔离，物理隔离可理解为机座主体和测量装置机座之间设置有一定间隙或者设置有吸收振动材料，以避免机座主体的振动对质量测量装置210和厚度测量装置220的测量精度产生不利影响；较佳的，测量装置机座上设置有大理石平台，质量测量装置210和厚度测量装置220均固定于上述的大理石平台上，大理石平台也可进一步降低机座主体的振动对测量装置200的干扰。

进一步的，测量程序包括以下步骤：移料机构100将晶圆从上料装置400移动至厚度测量装置220，通过厚度测量装置220测量晶圆的厚度；移料机构100将晶圆从厚度测量装置220移动至质量测量装置210，通过质量测量装置210测量晶圆的质量。

具体的，移料机构100设置为机械手，机械手将晶圆从上料装置400移动至厚度测量装置220，通过厚度测量装置220测出晶圆的实际厚度h，机械手可自动实现将晶圆从厚度测量装置220移动至质量测量装置210，质量测量装置210测量出晶圆减薄之前的实际质量m。

本实施例提供的晶圆减薄工艺，通过使用高精度电子分析天平和测距传感器有利于提高晶圆的减薄精度，移料机构100设置为自动机械手提高了减薄设备的自动化程度，进而提高了生产效率。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例提供的晶圆减薄工艺中的数据处理程序包括以下步骤：数据处理装置根据测得的晶圆的质量和厚度计算出晶圆减薄后的目标质量；数据处理装置根据晶圆减薄后的目标质量计算出晶圆需要减薄的质量；数据处理装置根据晶圆需要减薄的质量计算出晶圆需要减薄的时间。

具体的，数据处理装置设置为微处理器，设特定浓度的化学腐蚀液对应的晶圆的反应速率为p(μm³/s)，晶圆的材料密度设置为ρ(g/μm³)，待减薄的晶圆的目标厚度设定为h(μm)，晶圆的目标厚度h(μm)由技术人员根据晶圆对应的产品的用途确定，待减薄的同批次的晶圆的目标厚度h(μm)设置为相同；晶圆形状设置为圆柱体，利用晶圆减薄之前的实际质量m、减薄之前的实际厚度h和晶圆的密度ρ(g/μm³)，数据处理装置可计算出晶圆的底面积s，其中，数据处理装置可进一步计算出晶圆第一次需要减薄的厚度δh，其中δh＝h-h，晶圆减薄后的目标质量为ma，其中ma＝m-ρ·s·δh，晶圆第一次需要减薄的质量δm1，其中δm1＝m-ma，晶圆第一次需要减薄的时间t1，其中，

进一步的，减薄程序包括以下步骤：移料机构100将质量测量装置210中的晶圆移动至化学腐蚀装置300；化学腐蚀装置300按照晶圆需要腐蚀的时间进行腐蚀，以将晶圆的厚度减薄。

具体的，化学腐蚀装置300设置为化学腐蚀腔及其内部的对应晶圆的定位工装，移料机构100将质量测量装置210中的晶圆移动至化学腐蚀腔内的定位工装上，化学腐蚀腔内设置有一定配比的化学腐蚀液，化学腐蚀液按照晶圆第一次需要减薄的时间t1以及腐蚀速率p(μm³/s)对晶圆进行腐蚀，以实现晶圆厚度的减薄。

进一步的，晶圆减薄工艺还包括以下步骤：判断程序：移料机构100将减薄后的晶圆从化学腐蚀装置300移动至质量测量装置210，以测量减薄后的晶圆质量，数据处理装置将测得的晶圆质量和目标质量比较，以判断晶圆的减薄厚度是否合格。

具体的，移料机构100将经过第一次减薄后的晶圆从化学腐蚀腔移动至质量测量装置210上，测得经过一次减薄后的晶圆的质量m1，并将此质量和目标质量进行比较，以确定经过一次减薄后的晶圆的厚度，也即经过一次减薄后的晶圆的质量是否处于目标质量要求的范围内。

进一步的，晶圆减薄厚度还包括以下步骤：对减薄厚度不合格的晶圆重复进行减薄程序和判断程序，直至减薄后的晶圆质量符合目标质量要求。

具体的，对经过一次减薄后符合目标质量要求的晶圆进行后续的下料程序，对经过一次减薄厚度不合格的晶圆，也即对第一次实际减薄厚度小于理论需要减薄厚度的晶圆，需要计算出晶圆第二次需要减去的质量δm2＝m1-ma和晶圆第二次需要减薄的时间同理可计算出晶圆第i次需要减去的质量δmi＝mi-1-ma和晶圆第i次需要腐蚀的时间直至使得减薄后的晶圆质量处于目标质量要求的范围内。

本实施例提供的晶圆减薄工艺，通过减薄程序对减薄工艺过程的精确控制以及判断程序对减薄后的晶圆的质量和目标质量进行比较，使得晶圆的化学减薄工艺更加科学，有效提高了对晶圆的减薄精度。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例提供的晶圆减薄工艺还包括以下步骤：下料程序：移料机构100将测量装置200中的晶片移动至下料装置，以实现晶圆的自动下料。

具体的，移料机构100将完成减薄的晶圆移动至下料装置，下料装置可设置为存放晶圆的料盘，下料装置应包括合格品的下料盘和次品的下料盘，数据处理装置内预设有减薄次数的阈值，例如，单个晶圆经过连续三次的减薄程序，晶圆的质量仍不符合目标质量要求的，则可放弃对该晶圆的继续减薄，默认为本晶圆为次品，移料机构100将该次品晶圆移动到对应的次品下料盘。

进一步的，晶圆减薄工艺还包括以下步骤：参数设定程序：将晶圆减薄后的目标厚度和晶圆的材料密度输入至数据处理装置内，以辅助确定晶圆减薄后的目标质量；上料程序：将晶圆放置于上料装置400中，以固定晶圆的位置，以便移料机构100将晶圆移动至测量装置200。

具体的，由于不同批次的待减薄晶圆的目标厚度可能不同，数据处理装置支持写入相关参数，晶圆的反应速率p(μm³/s)，晶圆的材料密度ρ(g/μm³)，待减薄的晶圆的目标厚度h(μm)，均可输入至数据处理装置内，以使数据处理装置计算出晶圆减薄后的目标质量，晶圆需要减薄的质量和晶圆需要减薄的时间。

另外，上料装置400设置为晶圆的上料对中装置，由工作人员或者通过机械臂将晶圆放置于上料对中装置内，以将晶圆的位置固定，以使得移料机构100可将特定位置的晶圆可靠的夹取并移动至厚度测量装置220，防止移料机构100在对晶圆的夹取过程中造成晶圆的位置偏移。

进一步的，化学腐蚀装置300和数据处理装置均设置于晶圆减薄设备的机座上，腐蚀装置和测量装置200均与数据处理装置电连接。

具体的，化学腐蚀装置300和数据处理装置均固定于晶圆减薄设备的机座主体上，质量测量装置210和厚度测量装置220均固定于测量装置机座上，机座主体和测量装置机座物理隔离；化学腐蚀装置300、质量测量装置210和厚度测量装置220均与数据处理装置通过导线或者信号连接，同等的，移料装置也通过导线与数据处理装置连接，数据处理装置通过对数据进行处理分别对应控制化学腐蚀装置300、质量测量装置210、厚度测量装置220以及移料装置的移动，提高了晶圆减薄的自动化程度和生产效率。

本实施例提供的晶圆减薄工艺，通过移料机构100可实现对完成减薄的晶圆的自动下料；参数设定程序可满足对不同批次、规格的晶圆的相关参数进行设定，使得本实施例提供的晶圆减薄工艺对应的减薄设备可满足对不同规格的晶圆进行减薄；上料装置400对初次上料的晶圆进行定位，以便移料机构100对晶圆的夹取和移动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。