[發明專利]一種硅晶圓減薄亞表面損傷深度快速評估方法

有效

• 申請號: 201811194808.2
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109093454B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 秦飛;張理想;趙帥;陳沛;安彤;代巖偉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B49/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種硅晶圓減薄亞表面損傷深度快速評估方法，其特征在于包括如下步驟：步驟一，確定晶圓磨削參數，所述磨削參數包括：磨削機臺磨輪直徑，磨齒寬度，晶圓直徑，磨粒尺寸，主軸進給速率，主軸轉速，晶圓轉速，硅晶圓材料的彈性恢復系數，晶圓、主軸結合劑材料的彈性模量，硅晶圓的斷裂韌性；步驟二，計算單顆磨粒的切削深度；步驟三，建立亞表面損傷深度與切削深度的關系；步驟四，將單顆粒切削深度代入亞表面損傷深度與切削深度關系，得到磨削參數與亞表面損傷深度的關系；步驟五，將得到的磨削參數與亞表面損傷深度的關系寫入程序集成于磨削機臺系統，根據磨削機臺設定的磨削參數，對晶圓亞表面損傷深度進行評估。

2.根據權利要求1所述的硅晶圓減薄亞表面損傷深度快速評估方法，其特征在于，計算單顆磨粒的切削深度；磨削過程中，磨粒沿著磨削軌跡連續去除硅晶圓表面材料；在硅晶圓表面任意位置r處，單顆磨粒去除的材料體積為磨粒的去除面積與磨痕長度的乘積，dV＝A_r·dS(r)·N·β， 所述dV為材料去除體積，A_r為單顆磨粒的去除面積，N為有效磨粒數，dS(r)為半徑r處磨痕軌跡長度，β為磨粒的重疊系數，其中A_r表達式為：所述R_e為磨輪磨粒半徑,μ為殘余深度與切削深度的比值，R_e-Y_w為最大切削深度；

N表達式為：所述L為磨輪的周長，W為磨齒的寬度，γ磨粒體積分數；

將單顆磨粒的去除面積A_r和磨粒數量N代入dV得到總的材料去除體積，所述R_s為主軸半徑，r為距離晶圓中心的距離；

另一方面，在硅晶圓表面任意位置r處，材料瞬時去除體積還用磨削參數表示：

所述,B為去除材料的截面積，f為砂輪進給速率，N_w為晶圓轉速，N_s為砂輪轉速；

根據質量守恒原則，兩種方法得到的材料去除體積相同，得到晶圓的最大切削深度d_c：

此外，磨削過程中磨輪與硅晶圓的彈性變形也應該考慮，因此磨粒的最大切削深度進一步寫成：

所述指數n為常數，取值0.548，E₁和E₀分別為磨粒結合劑材料和硅晶圓材料的彈性模量。

3.根據權利要求1所述的硅晶圓減薄亞表面損傷深度快速評估方法，其特征在于，亞表面損傷深度模型根據納米劃痕斷裂力學理論進行計算，表示為，

所述c為亞表面損傷深度，ψ為壓頭尖端角度的一半；E，K_c和H_s分別為硅晶圓的彈性模量，斷裂韌性，劃痕硬度；δ為彈性恢復系數；

tanψ表示為：

因此，亞表面損傷層深度表示為：

硅晶圓是各向異性材料，對于Si(100)晶圓來說，當劃痕方向為110晶向時，裂紋更傾向于沿著{111}面112晶向斷裂，當劃痕方向為100晶向時，裂紋更傾向于沿著{110}面110晶向，因此亞表面損傷深度需要分別表示為：

所述下標表示晶圓的徑向，下標{}表示晶圓的晶面。