小尺寸超平坦晶圆及其加工方法

本公开涉及半导体制造，具体涉及一种小尺寸超平坦晶圆及其加工方法。

背景技术：

1、表面等离子体(surface plasmon，sp)光刻技术利用金属中的自由电子在入射电磁场下的作用下发生振荡，由此激发出一种沿金属/介质表面传播的倏逝波，能放大成像物体的高频成分，在i线下实现超分辨光刻，是一种光刻质量优秀、成本低廉的高性价比光刻技术。

2、由于沿金属/介质表面传播的倏逝波在沿界面垂直方向上的强度呈现指数衰减，因此sp光刻技术属于一种近场光刻技术，其工作距短，在入射光垂直照射的条件下，工作距一般为20nm～50nm。这对sp光刻曝光中的调平、检焦和套刻等技术提出了极大的挑战，同时也对这些技术依托的晶圆、掩模的面形平整度提出了新的要求。例如晶圆的局部面形平整度指标要求sfqr(site front least-squares range)≤50nm等。

3、sfqr是表面基准的部位平坦度指标，对每个部位个别进行评估，定义为：先在半导体晶片表面上选取任意尺寸单元(通常选择26mm×8mm范围)，利用最小二乘法来求出这个单元表面的面形为基准面，从这个基准面算起的正向及负向的偏差范围。因此sfqr表征的是晶圆的局部面形平整度指标。

4、在当前的晶圆市场下，受限于8时和12时晶圆加工工艺、加工精度、应用范围等的不同，进口8时晶圆sfqr≤200nm@26mm×8mm，12时晶圆sfqr≤50nm@26mm×8mm，其中精选最优12时晶圆的面形能达到sfqr≤20nm@26mm×8mm，显然现有8时晶圆的sfqr指标无法满足sp光刻的要求。

5、为了提高sp光刻在半导体存储、功率等器件制备过程中的成本优势，sp光刻技术需要兼容12时、8时、6时、4时等各种尺寸的晶圆。然而晶圆尺寸越小，其相应的面形平整度指标sfqr越低，因为其在传统的半导体产业中对应与低制程，这与sp光刻技术要求形成了矛盾点。

6、因此，有必要提供一种小尺寸超平坦晶圆的加工方法，进而得到面形质量符合要求、金属颗粒水平达标并且能够满足sp光刻技术需求的小尺寸晶圆，以为后续光刻工艺提供良好的基板。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、针对上述问题，本公开提供了一种小尺寸超平坦晶圆及其加工方法，用于解决传统方法难以得到满足近场光刻技术面形要求的小尺寸晶圆等技术问题。

3、(二)技术方案

4、本公开一方面提供了一种小尺寸超平坦晶圆的加工方法，包括：s1，对第一超平坦晶圆的第一表面涂覆第一保护层，并固化；其中，第一超平坦晶圆的局部面形平整度满足面形初始要求；s2，对第一超平坦晶圆的第二表面涂覆第二保护层，并固化；s3，对s2所得的第一超平坦晶圆进行切割，得到预设尺寸的第二超平坦晶圆；s4，对第二超平坦晶圆依次进行边缘倒角处理、边缘抛光处理；s5，去除第二超平坦晶圆上的第一保护层和第二保护层，并进行清洗处理以去除金属、颗粒杂质，得到满足目标光刻技术工艺要求的小尺寸超平坦晶圆。

5、根据本公开的实施例，第一保护层和第二保护层的材料包括光刻胶、耐酸碱保护胶中的一种或多种；材料的耐碱性ph≥10，热膨胀系数与硅的热膨胀系数在同一数量级；其中，硅的热膨胀系数为2.62×10-6/℃；第一保护层和第二保护层的厚度为8～40μm，固化时间不大于8min；第一保护层与第二保护层的材料种类相同或不同。

6、根据本公开的实施例，第一保护层和第二保护层的涂覆方法包括旋涂、沉积中的一种；当涂覆方法为旋涂时，涂覆设备采用柱销式承片台。

7、根据本公开的实施例，第一保护层和第二保护层固化后，与第一超平坦晶圆之间的附着力≥2级。

8、根据本公开的实施例，对s2所得的第一超平坦晶圆进行切割的方法为激光切割；激光切割采用的激光器包括固体激光器、光纤激光器中的一种；激光切割采用的波长包括355nm、532nm、1064nm中的一种。

9、根据本公开的实施例，边缘倒角处理为双面倒角工艺，包括粗倒加工和精倒加工，处理过程中使用纯水进行冷却。

10、根据本公开的实施例，边缘抛光处理为双面边抛工艺，包括机械抛光法、化学抛光法、化学-机械抛光法中的一种。

11、根据本公开的实施例，清洗工艺包括湿法清洗、气体吹扫清洗、撕膜清洗中的一种或多种。

12、根据本公开的实施例，目标光刻技术包括近场光刻技术；面形初始要求为晶圆局部面形平整度sfqr≤20nm@26mm*8mm；目标光刻技术工艺要求为：晶圆局部面形平整度sfqr≤50nm@26mm*8mm、金属颗粒水平为100nm以上尺寸颗粒数≤3000颗及金属离子≤15e10atom/cm2。

13、本公开还有一方面提供了一种小尺寸超平坦晶圆，该晶圆采用前述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法加工得到。

14、(三)有益效果

15、本公开的小尺寸超平坦晶圆及其加工方法，在切割前对大尺寸超平坦晶圆进行双面保护，再进行切割得到小尺寸超平坦晶圆，利用边缘倒角工艺减小切割应力，边缘抛光工艺提高切割边缘的光滑性，减小颗粒的释放，之后对切割晶圆进行金属颗粒的清洗，得到面形质量高、金属颗粒水平达标的小尺寸超平坦晶圆，为后续工艺提供质量良好的基板。

技术特征：

1.一种小尺寸超平坦晶圆的加工方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法，其特征在于，所述第一保护层和所述第二保护层的材料包括光刻胶、耐酸碱保护胶中的一种或多种；所述材料的耐碱性ph≥10，热膨胀系数与硅的热膨胀系数在同一数量级；其中，硅的热膨胀系数为2.62×10-6/℃；

3.根据权利要求2所述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法，其特征在于，所述第一保护层和所述第二保护层的涂覆方法包括旋涂、沉积中的一种；

4.根据权利要求2所述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法，其特征在于，所述第一保护层和所述第二保护层固化后，与所述第一超平坦晶圆之间的附着力≥2级。

5.根据权利要求1所述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法，其特征在于，所述对s2所得的第一超平坦晶圆进行切割的方法为激光切割；

6.根据权利要求1所述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法，其特征在于，所述边缘倒角处理为双面倒角工艺，包括粗倒加工和精倒加工，处理过程中使用纯水进行冷却。

7.根据权利要求1所述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法，其特征在于，所述边缘抛光处理为双面边抛工艺，包括机械抛光法、化学抛光法、化学-机械抛光法中的一种。

8.根据权利要求1所述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法，其特征在于，所述清洗工艺包括湿法清洗、气体吹扫清洗、撕膜清洗中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法，其特征在于，所述目标光刻技术包括近场光刻技术；

10.一种小尺寸超平坦晶圆，其特征在于，所述晶圆采用权利要求1～9中任一项所述的小尺寸超平坦晶圆的加工方法加工得到。

技术总结
本公开提供一种小尺寸超平坦晶圆及其加工方法，该方法包括：S1，对第一超平坦晶圆的第一表面涂覆第一保护层，并固化；其中，第一超平坦晶圆的局部面形平整度满足面形初始要求；S2，对第一超平坦晶圆的第二表面涂覆第二保护层，并固化；S3，对S2所得的第一超平坦晶圆进行切割，得到预设尺寸的第二超平坦晶圆；S4，对第二超平坦晶圆依次进行边缘倒角处理、边缘抛光处理；S5，去除第二超平坦晶圆上的第一保护层和第二保护层，并进行清洗处理以去除金属、颗粒杂质，得到满足目标光刻技术工艺要求的小尺寸超平坦晶圆。本公开的加工方法能够得到面形质量高、金属颗粒水平达标的小尺寸晶圆。

技术研发人员：罗先刚,刘玲,陈丽娟,赵泽宇
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16