研磨(Lapping)與雙面拋光的差異在於「是削還是磨」。Lapping是讓數μm的氧化鋁、SiC磨粒滾動、以機械方式切削的粗加工,能在短時間內做出厚度與平坦度,代價是表面下會殘留加工變質層。雙面拋光(DSP)是以膠體二氧化矽與鹼液進行的化學機械研磨,移除速度慢,但能得到鏡面且無損傷的表面與高局部平坦度。製程順序是Lapping在前、DSP做最終加工,兩者並非競爭而是前後關係。
主要差異
| 比較項目 | 研磨(Lapping) | 雙面拋光(DSP) |
|---|---|---|
| 加工原理 | 游離磨粒滾動,以微小破壞進行切削(機械式) | 以鹼液軟化後由磨粒移除(化學機械研磨) |
| 磨粒 | 氧化鋁、碳化矽,粒徑數μm | 膠體二氧化矽,粒徑數十nm |
| 在製程中的位置 | 切片後的粗加工 | 蝕刻後的最終加工 |
| 移除率 | 大(可在短時間內去除加工餘量) | 小(精密控制μm以下的移除量) |
| 加工變質層 | 殘留數μm的損傷層 | 不殘留(無損傷鏡面) |
| 表面粗糙度 | 霧面(梨皮面) | 鏡面(可達Ra 0.1nm等級) |
| 主要影響的指標 | 厚度不均、整體平坦度 | 局部平坦度(SFQR)、奈米形貌 |
| 代表廠商 | SpeedFam、Lapmaster Wolters、濱井產業 | SpeedFam、Lapmaster Wolters、各矽晶圓廠商自製 |
為何分成2道製程
剛切片的晶圓殘留數十μm的厚度不均與鋸痕,若直接以拋光去除,會耗費極長時間。因此形成以下分工:先以移除率高的Lapping整形,再以蝕刻化學性地去除過程中產生的加工變質層,最後以鏡面拋光做出表面品質。基本思想是將「以硬磨粒快速切削」與「以化學反應溫和修飾」的製程分開。
雙面同時加工有助於平坦度的原因
單面逐一加工的方式,必須將晶圓吸附或黏貼在定盤上固定,背面的凹凸與黏著層的變形會直接轉印到表面形狀。雙面同時加工方式中,晶圓由載具保持、從上下均勻受壓,在不受拘束的狀態下加工,因此不會發生這種轉印。在曝光焦深變淺的300mm世代,DSP之所以成為標準,正是基於這項原理上的優勢。
從Lapping轉向雙面研削(DDG)
近年來,以固定磨粒的雙面研削(DDG:Double Disk Grinding)取代Lapping的製程愈來愈多。由於磨粒是固定的,無需處理研磨液,加工速度快,損傷層也能控制得相對較淺。不過在平坦度的易實現性上,Lapping仍有其優點,因此這是各矽晶圓廠商製程構成思路分歧的領域。