CN101489722A - 双面研磨装置用载具、及使用此载具的双面研磨装置和双面研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双面研磨装置用载具，是于双面研磨装置中，配设于贴附有研磨布的上下方转盘之间，为了保持研磨时包挟于上述上下方转盘之间的半导体晶片而形成保持孔的形态的双面研磨装置用载具，该载具的材质是钛，该钛制载具的表面粗糙度Ra为0.14μm以上。由此，可提供一种双面研磨装置用载具、使用此载具的双面研磨装置及双面研磨方法，于半导体晶片的双面研磨时，可安定、有效率、低成本地生产出可减少晶片外周塌、具有高平坦度的高质量晶片。

Description

双面研磨装置用载具、及使用此载具的双面研磨装置和双面研磨方法

技术领域

本发明涉及在双面研磨装置中，研磨半导体晶片时，用以保持半导体晶片的双面研磨装置用载具。

背景技术

从前，在进行半导体晶片的双面抛光等的研磨时，是通过载具保持半导体晶片。此载具是薄于半导体晶片厚度地形成，备有用以保持晶片于双面研磨装置的上方转盘与下方转盘间的预定位置的晶片保持孔。将半导体晶片插入、保持于此晶片保持孔中，以设于上方转盘与下方转盘的相对面的研磨布等的研磨具，包挟半导体晶片的上下面，一边对研磨面供给研磨剂一边进行研磨。

进行如此的双面研磨时，因压力集中于半导体晶片的外周部分、研磨浆或研磨布的粘弹性等的影响，造成仅半导体晶片的外周部过度研磨而发生外周塌边。此外周塌边会有恶化晶片平坦度这样的问题。

现有技术揭示一种进行第二次双面研磨工艺以修正第一次双面研磨工艺发生的外周塌边的方法，作为减少如此的外周塌边的方法(参照日本专利公开公报特开2005-158798号)。

但是，此方法中，因为要进行修正外周塌边的第二次双面研磨工艺而有工艺增加的缺点，而要求一种可更简便地减少外周塌边的双面研磨方法。

另外，从前的晶片研磨中，为了得到安定的研磨特性，是利用陶瓷板等进行研磨布表面的修整。但是，在上述双面研磨中，不仅是被加工物的晶片，载具也与研磨布接触，所以研磨布表面的修整效果无法长期持续，而有必须频繁地利用陶瓷板等进行研磨布表面的修整这样的问题。

此外，也有载具本身的寿命短、成本高的问题。

发明内容

因此，有鉴于如此的问题，本发明的目的是提供一种双面研磨装置用载具、使用此载具的双面研磨装置及双面研磨方法，于半导体晶片的双面研磨时，可安定、有效率、低成本地生产可减少晶片外周塌边、具有高平坦度的高质量晶片。

为解决上述课题，本发明提供一种双面研磨装置用载具，是于双面研磨装置中，配设于贴附有研磨布的上下方转盘之间，为了保持研磨时包挟于上下方转盘之间的半导体晶片而形成保持孔的形态的双面研磨装置用载具，该载具的材质是钛，该钛制载具的表面粗糙度Ra为0.14μm以上。

如此，如载具的材质为钛，其硬度较树脂高，研磨时的磨耗小而延长载具寿命。另外，钛本身对于硅等半导体晶片中的扩散系数小，难以成为不纯物，且钛中不存在铁等扩散系数大的金属不纯物，因此，可抑制对于半导体晶片的金属不纯物的污染。此外，如使用如此的表面粗糙度Ra为0.14μm以上的钛制载具，即可安定、效率良好地生产出可减少晶片外周塌边，具有高平坦度的高质量的晶片。此外，研磨中也可利用载具表面进行研磨布的修整，因此，可降低利用陶瓷板等修整研磨布的频率，可有效率地进行研磨。

此时，表面粗糙度Ra较佳为0.32μm以上。

如载具的表面粗糙度Ra为0.32μm以上时，则更可生产出可减少外周塌边、高平坦度的高质量的晶片。

并且，上述载具的正反面，较佳为具有从载具外周侧至保持孔的沟。

如此，如载具的正反面具有从载具外周侧至保持孔的沟，研磨时，研磨液可通过沟供给至半导体晶片，缓和晶片外周部研磨时受到的阻力，可进一步减少外周塌边。另外，可通过沟于研磨中进行研磨布的修整，因此，还可降低利用陶瓷板等修整研磨布的频率。

另外，上述沟的图样可为围棋棋盘状或放射状。

如此，以围棋棋盘状或放射状作为沟的图样，即可容易且确实地供给研磨液至研磨时的半导体晶片。

并且，如为至少包含上述本发明的双面研磨装置用载具的双面研磨装置，因载具的材质为钛，寿命长，可抑制对于半导体晶片的金属不纯物的污染，且可生产出可减少晶片外周塌边，具有高平坦度的高质量的晶片。此外，研磨中也可利用载具表面进行研磨布的修整，因此，可降低利用陶瓷板等修整研磨布的频率，可显著提高装置的运作率。

另外，提供一种半导体晶片的双面研磨方法，于贴附有研磨布的上下方转盘之间，配设上述载具，保持半导体晶片于该载具上形成的保持孔，将其包挟于上下方转盘之间来进行双面研磨。

如此，如于上述本发明的双面研磨装置用载具的保持孔保持半导体晶片，将其包挟于上下方转盘之间来进行双面研磨，则载具的寿命长，且可生产出可减少受到金属不纯物污染与晶片外周塌边，具有高平坦度的高质量的晶片。此外，研磨中也可利用载具表面进行研磨布的修整，因此，可降低利用陶瓷板等修整研磨布的频率，可减少成本、效率良好地进行半导体晶片的双面研磨。

如以上的说明，依本发明即提供一种材质为钛，可延长寿命，难以引起金属不纯物的污染的双面研磨装置用载具，使用此载具即可安定、效率良好地生产出可减少受到金属不纯物污染与晶片外周塌边，具有高平坦度的高质量的晶片。此外，研磨中也可利用载具表面进行研磨布的修整，因此，可降低利用陶瓷板等修整研磨布的频率。因此，可减少成本、效率良好地进行半导体晶片的双面研磨。

附图说明

图1是例示具备本发明的双面研磨装置用载具的双面研磨装置的纵剖面图。

图2是双面研磨装置的内部构造俯视图。

图3是表示外周塌边测定位置的概略图。

图4是实验的测定结果。

图5是实验的测定结果。

图6是例示本发明的双面研磨装置用载具正反面的沟的图样，(a)是围棋棋盘状、(b)是放射状。

图7是实施例1、2与比较例1、2的测定结果。

图8是实施例3～7的测定结果。

图9是实施例8、比较例3的测定结果。

具体实施方式

以下说明本发明的实施形态，但其并非用以限定本发明。

现有的双面研磨装置用载具，可举例如不锈钢等的金属制成、或在金属板的表面蒸镀陶瓷砥粒而制成等。但是，使用这些载具进行研磨时，因仅其所保持的半导体晶片的外周部会被过度研磨而发生外周塌边、或是蒸镀的砥粒脱落而于晶片表面发生伤痕，产生半导体晶片的质量降低的问题。

另外，在双面研磨中，研磨布表面的修整效果无法长期持续，有必须频繁地利用陶瓷板等进行研磨布表面的修整的问题。

对此，经本发明人努力进行实验的结果发现，如双面研磨装置用载具，其载具的材质是钛，该钛制载具的表面粗糙度Ra为0.14μm以上时，即可解决上述问题，进而完成本发明。

亦即，如使用如此的双面研磨装置用载具来进行双面研磨，即可生产出可减少晶片外周塌边，具有高平坦度的高质量的晶片。此外，研磨中也可利用载具表面进行研磨布的修整，因此，可降低利用陶瓷板等来修整研磨布的频率，可有效率地进行研磨。另外，此载具未蒸镀砥粒，而是增加载具本身的粗糙度，因此，不会有砥粒脱落于晶片表面造成伤痕的情况发生。此外，因材质为钛，寿命长，不会发生铁等影响晶片质量的污染。

以下利用附图说明有关本发明的实施形态。

在此，图1是例示具备本发明的双面研磨装置用载具的双面研磨装置的纵剖面图，图2是双面研磨装置的内部构造俯视图。

本发明是针对同时研磨半导体晶片两面的双面研磨装置，关于用以保持半导体晶片的载具的改良；首先，利用图1、图2来说明双面研磨装置的概要。

具备本发明的双面研磨装置用载具10的双面研磨装置11，备有上下相对地设置的下方转盘12与上方转盘13；各转盘12、13的相对面侧分别贴附研磨布14。而且，在上方转盘13与下方转盘12之间的中心部，设有太阳齿轮15，而在周缘部则设有内部齿轮16。半导体晶片W是保持于载具10的保持孔17，包挟于上方转盘13与下方转盘12之间。

太阳齿轮15和内部齿轮16的各齿部，与载具10的外周齿啮合，随着上方转盘13与下方转盘12通过未图示的驱动源而旋转，使得载具10一面自转一面绕着太阳齿轮15的周围公转。此时，半导体晶片W是保持于载具10的保持孔17，通过上下的研磨布14同时研磨双面。研磨时，从未图示的喷嘴供给研磨液。

并且，在图2中，各载具分别保持一片晶片进行研磨，但也可使用具有多个保持孔的载具，于各载具保持多片晶片来进行研磨。

以下说明配设于上述双面研磨装置11中的本发明的双面研磨装置用载具10。

本发明的载具10，其材质是钛，其硬度高于例如于现有的SUS材施以树脂覆膜的硬度，且无铁、镍等扩散系数大的不纯物存在。因此，可减少伤痕、破损等，并可延长载具寿命、抑制成本。另外，可抑制会对半导体晶片W造成影响的金属污染的问题。

现有的载具材质的SUS的硬度是420Hv，而本发明的载具10材质的钛的硬度是220Hv。因此，先前认为钛的硬度较SUS低，无法使用作为载具的材质。但是，如上所述，外露的SUS材质对于半导体晶片W会发生致命的金属污染，实际上，为抑制金属污染，必须对SUS材质施以树脂覆膜。因此，相较于表面涂布树脂的现有载具，材质为钛的本发明的载具10的表面较硬。因此寿命长。

此外，本发明的载具10的特征，是其表面粗糙度Ra为0.14μm以上。本发明人进行下述的实验，发现为得到外周塌边减少的晶片，载具的表面粗糙度Ra必须于0.14μm以上。

(实验)

准备多个钛制载具，其正反面以粗细相异的金刚石粒粗化，成为分别具有相异表面粗糙度的载具，作为双面研磨装置用载具。

各载具的表面粗糙度是利用Mitutoyo公司制的表面粗度测定机SurftestSJ-201P测定，基于日本工业规格JIS B0601-1994进行评价。

将上述各载具配设于双面研磨装置，修整研磨布之后，进行直径300mm的硅晶片的双面研磨。亦即，分别于具有一保持孔的五片钛制载具，各装设一片完成蚀刻的硅晶片，上方转盘往顺时针方向旋转、下方转盘往逆时针方向旋转，并分别将转速设为20rpm、将荷重设为250g/cm²，研磨液是使用含有胶态硅的碱性溶液，以此条件来进行研磨。

测定研磨后的晶片的外周塌边量。利用黑田精工公司制的晶片形状评价装置，如图3所示，以距晶片边缘30mm的位置至外周塌边开始的位置之间作为基准面，测定距晶片边缘1mm的位置与3mm的位置的晶片形状的差异，作为外周塌边量。测定结果表示于表1、图4以及图5中。

[表1]

 

载具表面粗糙度(Ra：μm)	外周塌边量(μm)
		0.03	0.162
0.08	0.154
		0.14	0.099
0.24	0.068
		0.32	0.059
0.50	0.061

由表1、图4以及图5可知，将载具的表面粗糙度Ra设为0.14μm以上时，外周塌边量显著地改善，而可得到外周塌边少、平坦度高的晶片。此外，将载具的表面粗糙度Ra设为0.32μm以上时，更可减少外周塌边。

并且，本实验中，即使将载具的正反面粗糙化，载具也不发生变形、破损，与载具的正反面未进行粗糙化处理的无处理的钛制载具，具有相同的使用寿命，与无处理的载具相比，除了平坦度之外，晶片的质量无任何差异。

但是，如载具表面的粗糙度过大，则容易发生载具的变形、破损，缩短载具的寿命。因此，例如较佳是将表面粗糙度Ra设为10μm以下。

此外，也已知通过将载具正反面粗糙化，研磨中也可进行研磨布的修整。而可以将现有每10批便要进行一次的修整，变成以每40批进行一次的频率来实施修整，也可获得相同的效果。

如此，表面粗糙度Ra为0.14μm以上的钛制载具，更佳是表面粗糙度Ra为0.32μm以上的钛制载具，其载具寿命长，如使用此钛制载具进行双面研磨，即可安定、有效率、低成本地生产出可降低金属污染与外周塌边的具有高平坦度的高质量晶片。此外，研磨中也可利用载具表面来进行研磨布的修整，因此，可降低利用陶瓷板等修整研磨布的频率，可显著提高装置的运作率。

此外，本发明的载具，较佳为在其正反面具有从载具外周侧至保持孔的沟。载具因具有如此的沟，由于在研磨时，研磨液可通过沟供给至半导体晶片，缓和晶片外周部研磨时受到的阻力，更可减少外周塌边。另外，可通过沟于研磨中进行研磨布的修整，因此，更可降低利用陶瓷板等修整研磨布的频率。

上述沟的图样并无任何限定，例如图6(a)所示的围棋棋盘状、或图6(b)所示的放射线状的沟18，或者是横条纹、纵条纹等图样皆可。

沟18的尺寸也无特别限定，例如可定为宽1～2mm、深2～6μm。

并且，上述说明中是例举游星式双面研磨装置的载具，但是本发明的双面研磨装置用载具不限定于游星式，应用于摇动式的双面研磨装置的载具也有效。

具备如此的本发明的双面研磨装置用载具10的双面研磨装置11，即可制得降低金属污染、外周塌边少的高平坦度晶片。此外，研磨中也可利用载具表面进行研磨布的修整，因此，可降低修整研磨布的频率，可显著提高装置的运作率。另外，因载具寿命长而可降低成本。

而且，将上述本发明的双面研磨装置用载具10配设于双面研磨装置11的贴附有研磨布14的上下方转盘13、12之间，以保持孔17保持半导体晶片W，包挟于上下方转盘13、12之间，能够一面供给研磨液一面进行晶片W的双面研磨。

如使用此方法进行双面研磨，即可安定、有效率地获得可抑制金属污染、外周塌边少的高平坦度晶片。此外，研磨中也可利用载具表面进行研磨布的修整，因此，可降低修整研磨布的频率、有效率地进行研磨。而且，钛制载具的表面本身具有一预定的粗糙度，因此，砥粒等涂布层从载具表面剥离而于晶片造成伤痕的事情也不会发生。

以下例举实施例与比较例更具体地说明，但并非用以对于本发明进行任何限定。

(实施例1、2)

准备图1、图2所示的双面研磨装置11。钛制载具10预先以金刚石粒将其正反面粗糙化。载具的表面粗糙度是利用Mitutoyo公司制的表面粗度测定机Surftest SJ-201P测定，基于日本工业规格JIS B0601-1994进行评价。表面粗糙度Ra＝0.28～0.32μm(实施例1、2)。使用此载具10如下所述地进行双面研磨。

修整研磨布14之后，进行直径300mm的硅晶片的双面研磨。亦即，分别于具有一保持孔17的五片钛制载具，各装设一片完成蚀刻的硅晶片W，上方转盘13往顺时针方向旋转、下方转盘12往逆时针方向旋转，并分别将转速设为20rpm、将荷重设为250g/cm²，研磨液是使用含有胶态硅的碱性溶液，以此条件来进行研磨。此研磨反复进行四次。

测定研磨后的晶片的外周塌边量。与上述实验相同地利用黑田精工公司制的晶片形状评价装置，以距晶片边缘30mm的位置至外周塌边开始的位置之间作为基准面，测定距晶片边缘1mm的位置与3mm的位置的晶片形状的差异，作为外周塌边量。所得的测定结果表示于图7。

(比较例1、2)

除了使用正反面未粗化的钛制载具(表面粗糙度Ra＝0.02～0.06μm)之外，于与实施例1、2相同的条件下进行双面研磨、测定(比较例1、2)。所得的测定结果表示于图7。

由图7所示可确认，将钛制载具的正反面粗糙化而使Ra为0.14μm以上，则不论四次中的任一次研磨，皆可获得外周塌边少、平坦度高的晶片。

(实施例3、4、5)

与上述实施例1、2相同地，将钛制载具的正反面以金刚石粒粗糙化后(Ra＝0.28～0.32μm)，形成具有如图6(a)所示的围棋棋盘状图样的沟。沟宽1mm、沟深2μm、沟间隔2mm。除了使用具有如此沟的载具之外，于与实施例1、2相同的条件下进行双面研磨。

研磨后的晶片，与实施例1、2相同地进行外周塌边量的测定(实施例3、4、5)。所得的测定结果表示于图8。

(实施例6、7)

除了使用未形成沟的Ra＝0.28～0.32μm的钛制载具之外，于与实施例3、4、5相同的条件下进行双面研磨、测定(实施例6、7)。所得的测定结果表示于图8。

由图8所示的外周塌边量的测定结果可知，实施例3、4、5的晶片比实施例6、7的晶片平坦度高。特别是与实施例6、7相比，实施例3、4、5的外周塌边量特别小，可确认于载具形成沟更可改善外周塌边。

(实施例8)

于与上述实施例1、2相同的条件下进行双面研磨。以金刚石粒将载具的正反面粗糙化后的粗糙度Ra＝0.28～0.32μm。

研磨后的晶片以RAYTEX公司制的晶片表面检查装置观察的结果，晶片表面未观察到伤痕(图9)，确认为高质量的晶片。

(比较例3)

将SUS制载具表面施以喷砂加工，形成表面粗糙度Ra＝4.8～5.0μm的凹凸面。于此凹凸面蒸镀陶瓷砥粒。除了使用如此的载具之外，于与实施例8相同的条件下进行双面研磨。

研磨后的晶片以RAYTEX公司制的晶片表面检查装置观察的结果，晶片表面观察到伤痕(图9)，认为是蒸镀于载具表面的砥粒脱落，使研磨中的晶片表面产生伤痕。

如此，使用蒸镀砥粒的载具会有造成晶片质量降低的可能性，但如使用本发明的载具即可获得高质量的晶片。

但是，本发明并不限定于上述形态。上述实施形态仅为例示，与本发明的保护范围中记载的技术思想具有实质上相同的构成，产生同样的作用效果，皆应包含于本发明的技术思想范围内。

Claims (6)

1.一种双面研磨装置用载具，是于双面研磨装置中，配设于贴附有研磨布的上下方转盘之间，为了保持研磨时包挟于上述上下方转盘之间的半导体晶片而形成有保持孔的形态的双面研磨装置用载具，该载具的材质是钛，钛制的该载具的表面粗糙度Ra为0.14μm以上。

2.如权利要求1所述的双面研磨装置用载具，其中上述表面粗糙度Ra为0.32μm以上。

3.如权利要求1或2所述的双面研磨装置用载具，其中上述载具的正反面具有从载具外周侧至上述保持孔的沟。

4.如权利要求3所述的双面研磨装置用载具，其中上述沟的图样是围棋棋盘状或放射状。

5.一种双面研磨装置，其至少包含权利要求1至4中任一项所述的双面研磨装置用载具。

6.一种半导体晶片的双面研磨方法，是双面研磨半导体晶片的方法，于贴附有研磨布的上下方转盘之间，配设权利要求1至4中任一项所述的载具，保持半导体晶片于该载具上所形成的保持孔，将所述半导体晶片包挟于上述上下方转盘之间来进行双面研磨。

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