阅读说明：本技术 倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备 (Chamfer grinding wheel, preparation method thereof and wafer processing equipment ) 是由 李亮亮 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备,属于半导体技术领域。倒角磨轮的制备方法,包括：提供预设粒径的多个金刚石颗粒,在所述多个金刚石颗粒的表面形成金属涂层；将表面形成有金属涂层的金刚石颗粒与粘合剂混合,得到混合物；提供磨轮本体,所述磨轮本体的外周面上设置有至少两个沿所述磨轮本体的周向设置的凹槽；将所述混合物填充到所述凹槽内,在真空高温环境中控制所述混合物固化；对固化后的所述混合物进行形状修正,形成研磨槽。本发明能够有效提高金刚石与倒角磨轮本体的结合强度,进而提高硅片边缘研磨或抛光加工质量。(The invention provides a chamfer grinding wheel, a preparation method thereof and wafer processing equipment, and belongs to the technical field of semiconductors. The preparation method of the chamfer grinding wheel comprises the following steps: providing a plurality of diamond particles with a preset particle size, and forming a metal coating on the surfaces of the plurality of diamond particles; mixing the diamond particles with the metal coating formed on the surface with a binder to obtain a mixture; providing a grinding wheel body, wherein at least two grooves arranged along the circumferential direction of the grinding wheel body are formed in the peripheral surface of the grinding wheel body; filling the mixture into the groove, and controlling the mixture to be solidified in a vacuum high-temperature environment; and correcting the shape of the solidified mixture to form a grinding groove. The invention can effectively improve the bonding strength of the diamond and the chamfer angle grinding wheel body, thereby improving the grinding or polishing processing quality of the silicon wafer edge.)

倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备。

背景技术

晶圆(wafer)作为半导体领域最基础的材料，在其上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的集成电路产品。晶圆是经过长晶(Growing)、切片(Slicing)、倒角(Edge Grinding)，研磨(Lapping)、抛光(Polishing)、清洗(Cleaning)等多次加工成型，最终得到符合平坦度与粗糙度要求的表面。在晶圆生产过程中，硅片的边缘处理至关重要，由于边沿小裂纹或裂缝会在硅片上产生机械应力，从而产生位错，造成有害玷污物的聚集与脱落，此外，边缘位错还会在高温处理或表面外延时引起边缘位错生长，而优异的倒角工艺可使得硅片边缘获得平滑的半径周线，将以上影响降到最小。

由于金刚石具有最高硬度的优异性质，因此常利用金刚石来加工研磨或抛光硅片的边缘倒角。目前单晶硅片倒角磨轮内的金刚石涂层的制备是通过添加粘合剂，在高温环境下将金刚石颗粒粘结在研磨槽内壁，但是由于金刚石具有很高的界面能能和化学惰性，因此现有倒角磨轮金刚石涂层的结合性能很差，在高速旋转时所带来的巨大机械剪切力的作用下，金刚石颗粒很容易剥离掉落，划伤晶圆表面，造成巨大的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备，能够有效提高金刚石与倒角磨轮的结合强度，进而提高硅片边缘研磨或抛光加工质量。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供一种倒角磨轮的制备方法，包括：

提供预设粒径的多个金刚石颗粒，在所述多个金刚石颗粒的表面形成金属涂层；

将表面形成有金属涂层的金刚石颗粒与粘合剂混合，得到混合物；

提供磨轮本体，所述磨轮本体的外周面上设置有至少两个沿所述磨轮本体的周向设置的凹槽；

将所述混合物填充到所述凹槽内，在真空高温环境中控制所述混合物固化；

对固化后的所述混合物进行形状修正，形成研磨槽。

可选地，所述金属涂层采用钛或镍或银。

可选地，所述在所述多个金刚石颗粒的表面形成金属涂层包括：

利用双辉等离子体表面冶金DGPSA工艺在金刚石颗粒的表面进行Ti或Ni层的沉积。

可选地，所述DGPSM工艺中，源极采用丝状靶材，沉积温度为700-900℃，沉积压力为30-40Pa，保护气体为氩气。

可选地，所述丝状靶材由纯度为99.999％的Ti或Ni丝均匀地固定在不锈钢板上制备而成，所述Ti或Ni丝的尺寸为Ф3.5mm*20mm，所述不锈钢板的尺寸为55mm*55mm*3.0mm。

可选地，所述在所述多个金刚石颗粒的表面形成金属涂层包括：

利用磁控溅射工艺在金刚石颗粒的表面进行Ag层的沉积。

可选地，所述磁控溅射工艺中，靶材采用纯度为99.999％的Ag板，所述Ag板的尺寸为55mm*55mm*3.0mm，沉积温度为300-700℃，沉积压力为0.5-2Pa，保护气体为氩气。

可选地，所述在真空高温环境中控制所述混合物固化包括：

将填充有所述混合物的所述磨轮本体放入真空焊接炉，保持设定温度设定时间，使得所述混合物固化。

具体地，所制备的金属涂层的厚度为0.8-1.5μm。

本发明实施例还提供了一种倒角磨轮，采用如上所述的制备方法制作得到。

本发明实施例还提供了一种晶圆加工设备，包括如上所述的倒角磨轮。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，在金刚石颗粒表面制备一层金属涂层，金属涂层可以选择活性较好的Ti、Ni、Ag金属，也可选择W、Ta等高熔点强碳化物金属，在金刚石颗粒表面制备金属涂层时，沉积反应温度高，金属涂层与金刚石之间存在元素扩散区，以及碳化物的形成，致使结合强度高，金属涂层的存在能够减小金刚石的界面能与化学惰性，改善了金刚石颗粒的粘结与焊接性能，有效的提高了金刚石与倒角磨轮的结合强度，提高了硅片边缘研磨或抛光加工质量，为晶圆的质量外延提供了基础；并且，金属涂层的存在还可以提高金刚石涂层的耐磨性，增加了倒角磨轮的使用寿命；倒角磨轮与金刚石颗粒之间粘合剂的选择可以根据金属涂层的性能进行调整，有效的扩大了粘合剂的选择范围，可以减小粘合剂的成本。

附图说明

图1为现有倒角磨轮的结构示意图；

图2为本发明实施例倒角磨轮的制备方法的流程示意图；

图3为本发明实施例倒角磨轮的结构示意图。

附图标记

1 倒角磨轮基体

2 研磨槽

3 金刚石颗粒

4 粘合剂

5 金属涂层

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为现有倒角磨轮的结构示意图，现有倒角磨轮内金刚石涂层的制作方法包括：将粘合剂4与一定粒径大小的金刚石颗粒3混合；将混合好的金刚石颗粒3填入倒角磨轮基体1上的研磨槽2内；将倒角磨轮放入高温炉中，进行烧结，金刚石颗粒3与倒角磨轮基体1结合在一起；最后进行砂轮修整，形成所需形状的研磨槽。

但是由于金刚石具有很高的界面能和化学惰性，因此现有倒角磨轮金刚石涂层的结合性能很差，在高速旋转时所带来的巨大机械剪切力的作用下，金刚石颗粒很容易剥离掉落，划伤晶圆表面，造成巨大的缺陷。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种倒角磨轮及其制备方法、晶圆加工设备，能够有效提高金刚石与倒角磨轮的结合强度，进而提高硅片边缘研磨或抛光加工质量。

本发明实施例提供一种倒角磨轮的制备方法，如图2所示，包括：

步骤101：提供预设粒径的多个金刚石颗粒，在所述多个金刚石颗粒的表面形成金属涂层；

具体地，可以控制金属涂层的厚度为0.8-1.5μm；

步骤102：将表面形成有金属涂层的金刚石颗粒与粘合剂混合，得到混合物；

步骤103：提供磨轮本体，所述磨轮本体的外周面上设置有至少两个沿所述磨轮本体的周向设置的凹槽；

步骤104：将所述混合物填充到所述凹槽内，在真空高温环境中控制所述混合物固化；

步骤105：对固化后的所述混合物进行形状修正，形成研磨槽。

本实施例中，在金刚石颗粒表面制备一层金属涂层，金属涂层可以选择活性较好的Ti、Ni、Ag金属，也可选择W、Ta等高熔点强碳化物金属，在金刚石颗粒表面制备金属涂层时，沉积反应温度高，金属涂层与金刚石之间存在元素扩散区，以及碳化物的形成，致使结合强度高，金属涂层的存在能够减小金刚石的界面能与化学惰性，改善了金刚石颗粒的粘结与焊接性能，有效的提高了金刚石与倒角磨轮的结合强度，提高了硅片边缘研磨或抛光加工质量，为晶圆的质量外延提供了基础；并且，金属涂层的存在还可以提高金刚石涂层的耐磨性，增加了倒角磨轮的使用寿命；倒角磨轮与金刚石颗粒之间粘合剂的选择可以根据金属涂层的性能进行调整，有效的扩大了粘合剂的选择范围，可以减小粘合剂的成本。

一具体实施例中，所述金属涂层可以采用钛或银或镍，钛、银和镍的活性较好，通过在金刚石表面制备金属涂层，能够减小金刚石颗粒的界面层与化学惰性，改善金刚石颗粒的粘结与焊接性能，有效的提高金刚石涂层与倒角磨轮本体的结合强度。当然，本发明的技术方案中，金属涂层并不局限于采用银或镍，还可以采用其他活性较好的金属。进一步地，金属涂层并不局限于采用活性较好的金属，还可以采用强碳化物形成金属元素，这样金属涂层及碳化物的存在还可以提高金刚石涂层的耐磨性。·

实施例一：

一具体实施例中，在金属涂层采用Ti、Ni时，所述在所述多个金刚石颗粒的表面形成金属涂层包括：

利用双辉等离子体表面冶金DGPSA工艺在金刚石颗粒的表面进行Ti或Ni层的沉积。

具体地，所述DGPSM工艺中，源极采用丝状靶材，沉积温度为700-900℃，沉积压力为30-40Pa，保护气体为氩气。所述丝状靶材可以由纯度为99.999％的Ti或Ni丝均匀地固定在不锈钢板上制备而成，所述Ti或Ni丝的尺寸为Ф3.5mm*20mm，所述不锈钢板的尺寸为55mm*55mm*3.0mm，通过控制沉积时间控制金属涂层的厚度为0.8-1.5μm。

一具体示例中，倒角磨轮的制备工艺包括以下步骤：

步骤1、选择所需晶粒大小的金刚石颗粒；

其中，金刚石颗粒的粒径根据需要进行选择，如果需要对硅片进行精磨，则选择粒径较小的金刚石颗粒；如果需要对硅片进行粗磨，则选择粒径较大的金刚石颗粒。

步骤2、利用DGPSA技术在金刚石颗粒表面进行金属Ti层的沉积；

其中，DGPSM的源极采用专用的丝状靶材。丝状靶材由纯度为99.999％的Ti丝均匀地固定在不锈钢板上制备而成，Ti丝的尺寸为Ф3.5mm*20mm，不锈钢板的尺寸为55mm*55mm*3.0mm。丝状Ti靶能够在Ti丝尖端形成较高的电荷密度，提高Ti原子的溅射效率。

金属涂层的沉积分两次进行，第一次将金刚石颗粒铺一层在工件极表面，进行金属涂层的沉积；第二次将金刚石颗粒翻转过来，继续进行金属涂层的沉积，这样可以确保金刚石颗粒的表面均覆盖有金属涂层。

在这两次沉积过程中，沉积参数一样。沉积温度由红外温度计获得，沉积温度为800℃，沉积压力为35Pa，保护气体为氩气，氩气流量为60sccm，沉积时间分别为10min。工件极电压为300V，源极电压为550V。

步骤3、将粘合剂与表面制备有Ti层的金刚石颗粒混合填入研磨槽内，放入真空焊接炉，保持一定温度一定时间；

步骤4、利用砂轮对固化后的金刚石涂层进行修整，形成所需形状的研磨槽。

实施例二：

另一具体实施例中，在金属涂层采用Ag时，所述在所述多个金刚石颗粒的表面形成金属涂层包括：

利用磁控溅射工艺在金刚石颗粒的表面进行Ag金属涂层的沉积。

具体地，所述磁控溅射工艺中，靶材采用纯度为99.999％的Ag板，所述Ag板的尺寸为55mm*55mm*3.0mm，沉积温度为300-700℃，沉积压力为0.5-2Pa，保护气体为氩气，金属涂层的厚度为0.8-1.5μm。

一具体实施例中，所述在真空高温环境中控制所述混合物固化包括：

将填充有所述混合物的所述磨轮本体放入真空焊接炉，保持设定温度设定时间，使得所述混合物固化。

一具体示例中，通过磁控溅射技术在金刚石颗粒表面制备Ag层，然后与倒角磨轮进行烧结或焊接，倒角磨轮的制备工艺包括以下步骤：

步骤1、选择所需晶粒大小的金刚石颗粒；

其中，金刚石颗粒的粒径根据需要进行选择，如果需要对硅片进行精磨，则选择粒径较小的金刚石颗粒；如果需要对硅片进行粗磨，则选择粒径较大的金刚石颗粒。

步骤2、利用磁控溅射技术进行金属Ag层的沉积；

靶材采用纯度为99.999％的Ag板，尺寸为55mm*55mm*3.0mm。沉积分为两次，第一次将金刚石颗粒铺一层在基板表面，进行金属涂层的沉积。第二次将金刚石颗粒翻转过来，继续进行金属涂层的沉积，这样可以确保金刚石颗粒的表面均覆盖有金属涂层。

两次金属涂层的沉积参数一样。沉积参数：沉积温度可以为500℃，沉积压力可以为2Pa，保护气体为氩气，沉积时间可以为50min。

步骤3、将粘合剂与制备有Ag薄层的金刚石颗粒混合填入研磨槽内，放入真空焊接炉，保持一定温度一定时间；

步骤4、利用砂轮对固化后的金刚石涂层进行修整，形成所需形状的研磨槽。

本发明实施例还提供了一种倒角磨轮，采用如上所述的制备方法制作得到。

本实施例的倒角磨轮如图3所示，在倒角磨轮基体1的外周面上设置有至少两个沿倒角磨轮基体1的周向设置的研磨槽2，在研磨槽2内设置有金刚石颗粒3，金刚石颗粒3通过粘合剂4固定在研磨槽2内，金刚石颗粒3的外表面覆盖有金属涂层5。

本实施例中，在金刚石颗粒表面制备一层金属涂层，金属涂层可以选择活性较好的Ti、Ni、Ag金属，也可选择W、Ta等高熔点强碳化物金属，在金刚石颗粒表面制备金属涂层时，沉积反应温度高，金属涂层与金刚石之间存在元素扩散区，以及碳化物的形成，使得结合强度高，金属涂层的存在能够减小金刚石的界面能与化学惰性，改善了金刚石颗粒的粘结与焊接性能，有效的提高了金刚石与倒角磨轮的结合强度，提高了硅片边缘研磨或抛光加工质量，为晶圆的质量外延提供了基础；并且，金属涂层的存在还可以提高金刚石涂层的耐磨性，增加了倒角磨轮的使用寿命；倒角磨轮与金刚石颗粒之间粘合剂的选择可以根据金属涂层的性能进行调整，有效的扩大了粘合剂的选择，可以减小粘合剂的成本。

本发明实施例还提供了一种晶圆加工设备，包括如上所述的倒角磨轮。本实施例的倒角磨轮与倒角磨轮的结合强度高，可以提高硅片边缘研磨或抛光加工质量，为晶圆的质量外延提供了基础。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。