CN102574266A - 半导体晶片的研磨方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体晶片的研磨方法，对由工件载体保持的半导体晶片和工作台所具备的研磨布进行推压，同时使工件载体和工作台旋转，以对半导体晶片进行研磨，其特征在于，在对研磨布和半导体晶片进行了推压的状态下，使静止的工作台和工件载体以规定的转速开始研磨之际，使工作台加速度比工件载体加速度小，由此来抑制在开始研磨之际发生的振动。本发明的半导体晶片的研磨方法最好是将半导体晶片的直径设定为工作台直径的30％以上。
Description
技术领域
本发明涉及对半导体晶片进行研磨的方法，尤其涉及对研磨开始时发生的振动加以抑制的半导体晶片的研磨方法。
背景技术
在半导体晶片的制造过程中，为了消除晶片表面的凹凸，将其加工成平坦度很高的镜面，要用研磨装置对晶片实施研磨加工。
图1是使用传统的研磨装置进行半导体晶片的研磨加工的示意图，图1（a）是主视图，图1（b）是俯视图。该图中所示的研磨装置由保持晶片的工件载体4和具备研磨布3的工作台2构成。
用图1所示的研磨装置对晶片5实施研磨加工时，用工件载体4保持晶片5，然后通过加载来推压晶片5和研磨布3，同时使工件载体4和工作台2向图1（b）中所示的空心箭头方向旋转。在研磨加工时，受到推压的晶片5与研磨布3之间产生摩擦，从而使由工件载体4的旋转产生的摩擦力及由工作台2的旋转产生的摩擦力分别作用于工件载体4及工作台2上。
作用于工件载体及工作台上的摩擦力就成为工件载体、工作台或整个装置发生振动的主要原因，而且摩擦力的增加不仅容易发生振动，还会加剧所发生的振动。
在研磨加工过程中开始研磨的操作有以下情况：一种是在对研磨布和晶片进行推压的状态下使静止的工作台和工件载体旋转的情况，另一种是在研磨布和晶片脱离的状态下使工作台及工件载体旋转之后再对研磨布和晶片进行推压的情况。在后者的情况下，会在研磨布和工件载体受到推压的瞬间产生负荷，并且这种负荷会随着晶片直径或工作台直径的增大而增大。因此，当晶片直径大或工作台直径大时，研磨的开始操作往往在已对研磨布和晶片进行推压的状态下进行。
近年来，随着晶片的大直径化，在研磨加工中晶片与研磨布间的接触面积增大，同时为了确保所需的研磨比率和表面质量，推压加载也会增大。接触面积及加载的增大会使研磨布与晶片之间产生的摩擦力增大。而且当在对研磨布和晶片进行推压的状态下开始研磨时，开始时的摩擦为静摩擦，因此产生的摩擦力最大。从而，在对大直径晶片进行研磨加工时，研磨开始时极易发生振动，而且所发生的振动剧烈。
在晶片研磨加工时发生的振动会诱发晶片破裂，并且会损伤研磨布，使之扭歪。一旦研磨布扭歪，就会使晶片的研磨面受到损伤而导致缺陷，因此要重换研磨布，会降低产品的合格率。
针对这种在晶片研磨加工时发生振动的问题，专利文献1提出了一种研磨装置，该装置是在工件载体的旋转轴轴承与收纳该轴承的壳体之间安装压电元件。采用专利文献1记载的研磨装置，当在研磨加工时发生振动时，压电元件会对工件载体施加衰减力，使振动衰减，由此来抑制振动。
专利文献2提出的研磨装置则是工作台旋转轴轴承采用流体轴承来代替滚珠轴承，由此来抑制滚珠轴承中所用的滚珠因制造误差而不是滚圆从而导致旋转时工作台发生微小振动的问题。这样就不会在晶片的研磨面上形成涟漪状的微小凹凸，因此能够提高研磨面的平坦性。
虽然专利文献1和专利文献2提出的研磨装置对于抑制振动具有一定的效果，但其装置结构复杂，因此存在设备成本和维修成本方面的问题。而且运用到已有设备上时，必须大幅度地改变工件载体或工作台的结构，因此很困难。
专利文献1：日本发明专利申请特开2000-6013号公报
专利文献2：日本发明专利申请特开2000-308960号公报
发明要解决的问题
如上所述，在半导体晶片的研磨加工中，传统的研磨方法存在以下问题：一旦在对研磨布和晶片进行了推压的状态下使静止的工作台和工件载体以规定的转速开始研磨，晶片与研磨布之间的摩擦就会使摩擦力作用于工件载体及工作台并发生振动。
而且如果用传统的研磨装置来抑制振动的发生，则装置结构复杂，因此存在设备成本及维修成本的问题，而且运用到已有设备上时，需要大幅度地改变装置结构，因此很困难。
发明内容
本发明鉴于上述情况，目的在于提供一种半导体晶片的研磨方法，在晶片的研磨加工过程中，能够在对研磨布和晶片实施了推压的状态下使静止的工件载体和工作台以规定转速开始研磨之际抑制振动的发生。
如前所述，在开始研磨之际，由于工件载体及工作台的旋转而产生的摩擦力分别作用于工件载体及工作台。本发明的发明人考虑到由于这些摩擦力随着工作台及工件载体的旋转而增减，从而会反复形成粘附（スティック）状态和滑行（スリップ）状态，并发生自激振动。
还考虑到在作用于工件载体及工作台的摩擦力中，由工作台的旋转而发生并作用于工件载体的摩擦力对于自激振动的发生影响较大。这个因工作台旋转而作用于工件载体上的摩擦力在上述图1（b）中沿黑色箭头所示的方向起作用。
对于由工作台旋转发生并作用于工件载体的摩擦力，已知通过在研磨开始时使工作台低速旋转及/或使工件载体高速旋转，能够使研磨布与晶片之间的摩擦在早期即从静摩擦变为动摩擦并减轻程度。基于上述知识进行了种种试验和专心研究，结果发现关于后述的工作台加速度及工件载体加速度，能够通过使工作台加速度比工件载体加速度小来抑制振动的发生。
本发明正是基于上述知识完成的，以下述（1）～（3）的半导体晶片的研磨方法为宗旨。
（1）一种半导体晶片的研磨方法，对由工件载体保持的半导体晶片和工作台所具备的研磨布进行推压，同时使所述工件载体和所述工作台旋转，以对所述半导体晶片进行研磨，其特征在于，在对所述研磨布和所述半导体晶片进行了推压的状态下，使静止的所述工作台和所述工件载体以规定的转速开始研磨之际，工作台加速度和工件载体加速度满足以下的式（1），
Ａ＜Ｂ ・・・（1）
其中，设所述工作台加速度为Ａ（mm/s2），设所述工件载体加速度为Ｂ（mm/s2）。
（2）在上述（1）记载的半导体研磨方法中，最好将所述半导体晶片的直径设定为所述工作台的直径的30％以上。
（3）在上述（1）或（2）记载的半导体晶片的研磨方法中，最好将所述工件载体的所述规定的转速设定为与所述工作台的所述规定的转速相等。
在本发明中，所谓“工作台加速度”以及“工件载体加速度”是指在半导体晶片的研磨面内工作台及工件载体的圆周速度最大的那个点（以下又称为“最大圆周速度点”）上的工作台及工件载体的圆周速度（以下又称为“工作台最大圆周速度”以及“工件载体最大圆周速度”）的加速度。关于最大圆周速度，如后述的图2所示。
图2是示意地表示用研磨装置对晶片进行研磨的状态的俯视图，示出工作台及工件载体的圆周速度最大的那个点。在该图中示出图中未示的工作台所具备的研磨布3和由图中未示的工件载体保持的晶片5。如该图所示，最大圆周速度点X是在晶片外周上的点，且是距离工作台旋转中心最远的点。在本发明中，该最大圆周速度点X上的工作台圆周速度的加速度为工作台加速度，工件载体的圆周速度的加速度为工件载体加速度。
发明的效果
本发明的半导体晶片的研磨方法是在对研磨布和晶片进行了推压的状态下，使静止的工件载体和工作台以规定的转速开始研磨之际，通过使工作台加速度比工件载体加速度小，来抑制振动的发生。因此，无须改变已有设备的装置结构，能够控制设备成本及维修成本，能够抑制在开始研磨之际发生的振动。
附图说明
图1是使用传统的研磨装置进行半导体晶片的研磨加工的示意图，图1（a）是主视图，图1（b）是俯视图。
图2是示意地表示用研磨装置对晶片进行研磨的状态的俯视图，表示工作台及工件载体的圆周速度最大的那个点。
图3是表示经过时间（秒）与工作台及工件载体的转速（rpm）的关系的图。
图4是表示经过时间（秒）与工作台及工件载体的最大圆周速度（mm/s）的关系的图。
符号说明
1 研磨装置，2 工作台，3 研磨布，
4 工件载体，5 半导体晶片，X 最大圆周速度点
具体实施方式
以下详细说明本发明的半导体晶片的研磨方法。
本发明的半导体晶片的研磨方法对由工件载体保持的半导体晶片和工作台所具备的研磨布进行推压，同时使工件载体和工作台旋转，以对半导体晶片进行研磨，其特征在于，在对研磨布和半导体晶片进行了推压的状态下，使静止的工作台和工件载体以规定的转速开始研磨之际，工作台加速度和工件载体加速度满足以下的式（1），
Ａ＜Ｂ ・・・（1）
其中，设工作台加速度为Ａ（mm/s2），设工件载体加速度为Ｂ（mm/s2）。
通过使工作台加速度和工件载体加速度满足式（1），即，通过使工作台加速度比工件载体加速度小，能够在研磨开始初期使晶片与研磨布之间的静摩擦变成动摩擦，能够减轻作用于工件载体上的因工作台旋转产生的摩擦力。由此能够抑制由摩擦力的增减引起的、因反复形成粘附状态和滑行状态而发生的自激振动。
本发明的半导体晶片的研磨方法最好是半导体晶片的直径为工作台直径的30％以上。如果晶片直径与工作台直径的比例不到30％，即，如果晶片直径较小，则研磨布与晶片之间产生的摩擦力较小，因此不易发生振动，并且发生的振动亦微小。在这种情况下，即使采用本发明的半导体晶片的研磨方法，也难以得到抑制振动的效果。
而如果晶片直径很大，晶片直径与工作台直径的比例为30％以上，则在研磨布与晶片之间产生的摩擦力会增大，不仅容易产生振动，而且产生的振动剧烈。在这种情况下，如果采用本发明的半导体晶片的研磨方法，就能够得到抑制振动的效果。
不过，晶片直径最好不到工作台直径的50％。这是因为，一旦晶片直径达到工作台直径的50％以上，就会在晶片覆盖工作台中心的状态下进行研磨，会使工作台中心附近的研磨浆（スラリ）供给能力显著恶化，导致研磨布容易恶化，不能均匀地研磨晶片。
本发明的半导体晶片的研磨方法最好是工件载体和工作台的转速相等，这样对晶片进行研磨。这是因为，这样一来，在晶片面内的任何部位，对于研磨布的相对行走距离都相等，能够均匀地对晶片进行研磨。
［实施例］
为了确认本发明的半导体晶片的研磨方法的效果，进行了以下试验。
［试验条件］
用上述图1所示结构的研磨装置对半导体晶片进行了研磨并研究了振动的发生状况。研磨开始之际，在对研磨布和半导体晶片进行了推压的状态下，使静止的工件载体和工作台旋转并达到规定的转速。在研磨开始的操作时，无须对工件载体加载推压力，而是利用工件载体的自重来推压晶片和研磨布。
研磨装置采用的工作台直径为1200mm，工作台旋转中心与工件载体旋转中心的距离为300mm，并试用直径450mm的晶片。
工件载体及工作台的转速设定为30rpm，并控制工作台从静止状态起用10秒钟达到设定的转速。关于工件载体，从静止状态达到设定的转速所需的时间在本发明例1中是3.1秒，在本发明例2中是4.6秒，在比较例1中是6.6秒，在比较例2中是9.3秒。在本试验中，是从进行研磨开始的操作起经过的25秒期间内，每1秒记录一次工件载体和工作台的转速。
［试验结果］
图3是表示经过时间（秒）与工作台及工件载体的转速（rpm）的关系的图。根据该图所示的曲线，可以确认本发明例及比较例都如设定的时间经过所示，工作台及工件载体达到规定的转速。从该图所示的转速（rpm）计算出各经过时间内工作台及工件载体的最大圆周速度。
图4是表示经过时间（秒）与工作台及工件载体的最大圆周速度（mm/s）间的关系的图。在该图中，表示工作台最大圆周速度的曲线的倾斜度为工作台加速度（mm/s2），表示工件载体最大圆周速度的曲线的倾斜度为工件载体加速度（mm/s2）。
在本发明例1及本发明例2中，表示工作台最大圆周速度的曲线的倾斜度比表示工件载体最大圆周速度的曲线的倾斜度小，即，工作台加速度比工件载体加速度小，进行研磨开始的操作时以及以规定转速进行研磨时没有发生振动。
在比较例1中，工作台加速度比工件载体加速度大，进行研磨开始的操作时发生了振动，但在以规定转速进行研磨时没有发生振动。在比较例2中，工作台加速度明显比工件载体加速度大，进行研磨开始的操作时发生了剧烈振动，但在以规定转速进行研磨时没有发生振动。
由此可确认，采用本发明的半导体晶片的研磨方法，当在对研磨布和晶片进行了推压的状态下使工作载体和工作台旋转、以开始进行研磨之际，能够抑制在研磨装置中发生的振动。
工业上的可利用性
本发明的半导体晶片的研磨方法在对研磨布和晶片进行了推压的状态下，使静止的工件载体和工作台以规定的转速开始研磨之际，通过使工作台加速度比工件载体加速度小，能够抑制在研磨装置上发生的振动。
因此，无须改变已有设备的装置结构，能抑制设备成本和维修成本，并能抑制振动的发生。
从而，通过将本发明的半导体晶片的研磨方法运用到半导体晶片的制造中，不仅能够抑制振动导致的晶片破裂，还能减轻对研磨布的损伤，因此能够提高产品合格率，并提高半导体晶片的生产效率。
Claims (3)
1.一种半导体晶片的研磨方法，对由工件载体保持的半导体晶片和工作台所具备的研磨布进行推压，同时使所述工件载体和所述工作台旋转，以对所述半导体晶片进行研磨，其特征在于，
在对所述研磨布和所述半导体晶片进行了推压的状态下，使静止的所述工作台和所述工件载体以规定的转速开始研磨之际，工作台加速度和工件载体加速度满足以下的式（1），
Ａ＜Ｂ ・・・（1）
其中，设所述工作台加速度为Ａ（mm/s2），设所述工件载体加速度为Ｂ（mm/s2）。
2.如权利要求1所述的半导体晶片的研磨方法，其特征在于，所述半导体晶片的直径为所述工作台的直径的30％以上。
3.如权利要求1或2所述的半导体晶片的研磨方法，其特征在于，所述工件载体的所述规定的转速设定为与所述工作台的所述规定的转速相等。
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