CN1579014A - 晶片的研磨方法及晶片研磨用研磨垫 - Google Patents

晶片的研磨方法及晶片研磨用研磨垫 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种有效防止晶片的外周塌边的晶片研磨方法及非常适合该晶片研磨方法的晶片研磨用研磨垫。在使树脂浸渍在无纺布中的研磨垫上，滑接晶片主面而进行镜面研磨的晶片研磨方法中，将上述研磨垫的表粗糙度和压缩率的比{表粗糙度Ra(μm)/压缩率(％)}设定在3.8以上进行研磨。

Description

晶片的研磨方法及晶片研磨用研磨垫
技术领域
本发明涉及一种晶片的研磨方法及适合用于该晶片的研磨方法的晶片研磨用研磨垫。
背景技术
以往，用作半导体基板材料的硅晶片的制造方法，一般采用切克劳斯基单晶生长(Czochralski：CZ)法或悬浮区熔(Floating Zone：FZ)法等，经过制造单晶锭的晶体生长工序和在切割该单晶锭后至少将一主面加工成镜面状的晶片加工工序。如果更详细地表示该工序，晶片加工工序包括：切割单晶锭，得到薄圆板状的晶片的切割工序；为防止在该切割工序得到的晶片的裂纹、缺陷，对其外周部进行磨边的磨边工序；使该晶片平坦化的磨光(lapping)工序；去除在磨边及磨光后的晶片上残留的加工变形的蚀刻工序；使该晶片表面镜面化的研磨(抛光)工序；清洗研磨的晶片，去除附在其上面的研磨剂或异物的清洗工序。上述晶片加工工序，表示了主要工序，另外，还可增加热处理工序等，或在多阶段进行同一工序，或改换工序顺序。
在这些工序中，在研磨(抛光)工序，有多种方式的研磨方式。例如，硅晶片的镜面研磨方法，如磨光加工，有同时镜面化两面的两面研磨方式，或真空吸附保持在板上，逐片研磨晶片的薄片方式，不使用石蜡等接合剂而利用背衬垫和模板保持、研磨晶片的无石蜡研磨方式等多种方式。目前，主流的研磨方式是，采用在玻璃或陶瓷等板上，用石蜡粘贴多枚晶片，对单面进行研磨的石蜡固定分批式单面研磨装置，进行研磨。在该研磨装置中，将保持有晶片的板放置在贴有研磨垫的定盘上，对上部的顶部密封环施加负荷，一边转动定盘及顶部密封环，一边进行研磨。
上述研磨方式所用的研磨垫，一般采用无纺布类的研磨垫或绒面类的研磨垫等。无纺布类的研磨垫，是在聚酯毛毡(组织为无规则的结构)上浸渍聚氨酯的研磨垫，具有多孔性，并且弹性也适度，研磨速度高，平面性优良，加工时能够减少塌边。广泛用于硅晶片的1次研磨用。
绒面类的研磨垫，是在使聚酯毛毡中浸渍聚氨酯的基材上，在聚氨酯内生长泡沫层，去除表面部位，在泡沫层设置开口部的研磨垫(该层成为绒毛层)，专用于精加工研磨，通过保持在泡沫层内的研磨剂在工件和泡沫层内面的之间作用，以进行研磨。多用于化学机械研磨，能够得到无损伤的面，但是，如果长时间研磨，容易产生周围塌边。另外，还有泡沫聚氨酯片等的研磨垫。
作为研磨垫的制造方法，例如无纺布类的研磨垫等，用在聚酯毛毡中浸渍聚氨酯等树脂，并使其固化，通过附着超硬砂粒的滚状的磨石对其表面进行磨削(称为抛光)，可制作任意特性的研磨垫。根据树脂的材质或浸渍量及表面的抛光加工条件，控制该研磨垫的压缩率等。目前，关于压缩率，采用百分之几左右的研磨垫，已知低压缩率的研磨垫可有效控制外周塌边。
在研磨工序中，重要的是保证研磨后的晶片的质量稳定，为此，研磨垫的稳定性显得重要，特别是研磨垫表面的粗糙度或研磨垫的压缩率、压缩弹性率等成为问题。
例如，如果减小研磨垫的压缩率，不能吸收研磨装置精度的影响(定盘的形状或定盘的面振动或加工时的振动等)，出现平坦度恶化(以下，有时称为平整度)的问题。相反，如果压缩率过大，增大研磨垫的沉入量，引起外周塌边。
此外，在研磨垫的表粗糙度方面，如果表面光滑，浸渍树脂的存在比率大，提高研磨垫和晶片外周部的接触率，增强外周塌边。相反，如果粗抛光，增大垫表面的粗糙度，压缩率本身增大，也更增强外周塌边。
发明内容
本发明是针对上述问题而提出的，目的是提供一种有效防止晶片的外周塌边的晶片研磨方法及非常适合该晶片研磨方法的晶片研磨用研磨垫。
在表粗糙度和压缩率的质量方面，如果增大表粗糙度，有增大压缩率的倾向。为去掉外周塌边，尽量增大表粗糙度，减小压缩率，但在相反的质量中，目前只控制一方的质量。为解决上述问题，本发明者们进行了深入研究，结果发现，要维持平坦度，通过采取这些特性比，能够规定最佳的研磨垫的质量，由此完成本发明。
即，本发明的晶片的研磨方法，是在使树脂浸渍在无纺布中的研磨垫上，滑接晶片主面，进行镜面研磨的研磨方法，其特征在于：上述研磨垫的表粗糙度和压缩率的比{表粗糙度Ra(μm)/压缩率(％)}设定在3.8以上。
本发明的晶片研磨用研磨垫，是使树脂浸渍在无纺布中的晶片研磨用研磨垫，其特征在于：将上述研磨垫的表粗糙度和压缩率的比{表粗糙度Ra(μm)/压缩率(％)}设定在3.8以上进行研磨。
由于具有上述的表粗糙度和压缩率的比越大平坦度越好的倾向，所以，该比的上限不特别限定，但如果考虑到表粗糙度或压缩率，10以下比较合适。如果特地考虑研磨布的易制造性等，优选5～6左右。
特别是，压缩率优选2％以上4.5％以下。如果压缩率低于2％，不能吸收研磨装置定盘的形状的影响或加工时的微小振动的影响，相反产生外周塌边。如果压缩率超过4.5％，因研磨垫的沉入，相反增强外周塌边。
此外，表粗糙度优选控制在15μm～19μm的范围内。如果是该范围的研磨垫，能够研磨出高质量的晶片。
附图说明
图1是表示实验例1中的研磨垫的{表粗糙度(μm)/压缩率(％)}与平整度(边缘除外2mm时)的关系的图。
图2是表示实验例1中的研磨垫的表粗糙度(μm)/与平整度(边缘除外2mm时)的关系的图。
图3是表示实验例1中的研磨垫的压缩率(％)与平整度(边缘除外2mm时)的关系的图。
图4是表示一例在本发明方法中使用的研磨装置的主要部位概略剖面说明图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的一实施方式，图示例是作为例子而示出，当然在不脱离本发明的技术构思的范围内，可以进行种种变更。图4表示一例用于本发明的研磨方法的研磨装置，是说明具有片叶式研磨头的工作的研磨装置的构成概要的主要部位概略剖面说明图。
在图4中，符号10是研磨装置，用于对晶片W例如硅等半导体晶片的单面进行研磨的装置。研磨装置10具有旋转的定盘(旋转台)12和研磨头14及研磨剂供给管16。该定盘12通过旋转轴18，按规定的旋转速度旋转，在其上面粘贴研磨垫20。
另外，晶片W，通过真空吸附等，被保持在研磨头14的晶片保持盘基体22的晶片保持面22a上，一旦通过研磨头14而被旋转，则同时按规定的负荷被按压在定盘12的研磨垫20上。
关于研磨剂L的供给，从研磨剂供给管16，以规定的流量，供给研磨垫20上面，通过向晶片W和研磨垫20的之间供给该研磨剂L，能够研磨晶片W的表面。
此外，研磨头14，由晶片保持面22a和具有多个吸附贯通孔h的晶片保持盘本体22及保持盘内板24构成，吸附贯通孔h经过设在保持盘内板24上的真空用槽26，从真空路28，连接在未图示的真空装置上，通过产生真空，在晶片保持面22a上吸附保持晶片W。
此外，形成由外壳30和保持盘内板24及环状弹性体32围住的空间34，在该空间34上，延设加压空气供给路36，并将其连接在未图示的加压空气供给装置上。通过调整该加压空气供给装置的压力，能够调节研磨压力。
采用本发明的晶片研磨方法的研磨装置，当然不局限于图4所示的方式。
本发明的晶片研磨方法，例如，在图4所示的研磨装置10中，作为研磨垫20，采用具有本发明的特定性能的研磨垫。本发明方法所用的研磨垫，即，本发明的研磨垫，在研磨前的阶段，{表粗糙度(μm)/压缩率(％)}必须在3.8以上。即，在准备状态(制造研磨布的阶段或购入阶段)下，调整研磨垫的质量使具有本发明中规定的条件。
此时，按JIS L-1096标定的方法测定研磨垫的压缩率。具体使用数字直线型计量仪(例如，MITSUTOYO制1DB-112M)，在负载初期负荷WO后，读取1分钟后的厚度T1，同时将负荷增加到W1，读取1分钟后的厚度T2。然后，按{(T1-T2)/T1}×100，计算出压缩率(％)。按初期负荷WO为300g/cm2、负荷W1为1800g/cm2，进行评价。
此外，关于表粗糙度，采用触针式粗糙度测定仪(例如，东京精密制Surfcom480A)，按规定的测定条件(测定长12.5mm、测定速度0.3mm/min、断开2.5mm、Ra值)，测定研磨垫的表面。
特别是，用于本发明方法的研磨垫，即本发明的研磨垫的压缩率，优选2％以上4.5％以下。因此，根据表示表粗糙度Ra(μm)/压缩率(％)＝3.8以上的本发明的特征的关系式，本发明的研磨垫的表粗糙度，优选在7.6μm以上，更优选控制在15μm～19μm的范围内。例如，在表粗糙度为18μm的研磨垫中，适合采用压缩率在2％～4.7％左右的研磨垫，在表粗糙度为15μm的研磨垫中，适合采用压缩率在2％～3.9％左右的研磨垫。
本发明的研磨垫的制造方法与以往方法无特别不同，但在本发明的研磨垫中，在制造时，需要特别注意压缩率和表面粗糙度的关系。要制造具有本发明的研磨垫所要求的条件的研磨垫，例如，在用无纺布类的研磨布时，只要是在聚酯毛毡中浸渍聚氨酯的研磨垫，通过调节聚氨酯的浸渍量，首先使压缩率达到2％左右(稍小于2％)，然后，利用目的粗度为100#前后的磨石对研磨垫表面进行抛光，调节粗糙度，就能够满足本发明的条件。
此外，在本发明方法中，即使在晶片的研磨中，也需要将研磨垫的{表粗糙度(μm)/压缩率(％)}设定在3.8以上。但是，研磨条件，例如研磨剂等的影响或使用时间等，即使在研磨中，也不可避免要影响研磨垫的质量。因此，在实际的研磨作业中，至少在使用研磨垫的开始阶段，要在该范围内。此外，在进行反复研磨时，研磨垫的质量也缓慢发生变化，但在研磨途中，通过进行研磨垫的修整等，就能够使{表粗糙度(μm)/压缩率(％)}调整达到在3.8以上。
实施例
以下，通过实施例，进一步具体说明本发明，这些实施例只表示示例，当然不应作限定地解释。
实验例1
通过变化研磨垫的{表粗糙度(μm)/压缩率(％)}，研究了与研磨后的晶片平整度的关系。关于平整度，采用ADE公司的平整度测试器9700E+，边缘除外2mm，按25mm单元的尺寸，测定SFQR(Site Front leastsQuares<site>Range：每侧的晶片表面的高低差)，评价了晶片面内的单元的Max值(SFQRmax)。
对于蚀刻处理的8英寸硅晶片，将不同{表粗糙度(μm)/压缩率(％)}的研磨垫，安装在与图4所示的研磨装置相同的研磨装置上，以研磨压力300g/cm2及研磨时间15分钟的研磨条件，采用含有胶态硅石的研磨剂(pH＝10.5)进行研磨。
图1示出了研磨后的平整度(SFQRmax：边缘除外2mm时)的结果和研磨垫的({表粗糙度(μm)/压缩率(％)})的关系。如图1所示，表明此比例对平整度影响大，具有直线状的良好关系。即，表明重要的是，按{表粗糙度(μm)/压缩率(％)}规定研磨垫的质量。
在目前，作为平坦度，要求SFQRmax＝0.13μm以下的质量，在按此比例规定时，如果该比例在3.8以上，能够稳定得到高平坦度的晶片。
另外，在图2中，表示研磨垫的表粗糙度(μm)和平坦度(边缘除外2mm时)的关系，在图3中，表示研磨垫的压缩率和平坦度(边缘除外2mm时)的关系。从上述图可以看出，即使个别地控制表粗糙度、压缩率，与平坦度的相关性也低，不能规定优选的研磨垫，但如本发明所示，通过取得{表粗糙度(μm)/压缩率(％)}的比，能够规定容易控制平坦度的研磨垫。特别是，如果上述的{表粗糙度(μm)/压缩率(％)}的比在3.8以上，能够容易制造今后要求的平整度的晶片，因此是优选的。
实施例1
在与图4所示的研磨装置相同的研磨装置中，采用压缩率3.9％、表粗糙度16.2μm的研磨垫{表粗糙度(μm)/压缩率(％)＝4.15}，研磨了8英寸硅晶片100块。按周边3mm除外及周边2mm除外的严格条件，测定研磨的晶片的平坦度。
研磨的结果，在所有的晶片中，都得到SFQRmax＝0.12μm以下的平坦度。即使按周边2mm除外进行评价，也得到SFQRmax＝0.12μm以下的平坦度，稳定地将平坦的晶片研磨到外周部。
实施例2
在与图4所示的研磨装置相同的研磨装置中，采用压缩率4.6％、表粗糙度17.8μm的研磨垫{表粗糙度(μm)/压缩率(％)＝3.87}，研磨了8英寸硅晶片100块。按周边3mm除外及周边2mm除外的严格条件，测定研磨的晶片的平坦度。
研磨的结果，在所有的晶片中，都得到SFQRmax＝0.13μm以下的平坦度。即使按周边2mm除外进行评价，也得到SFQRmax＝0.13μm以下的平坦度，稳定地将平坦的晶片研磨到外周部。
实施例3
在与图4所示的研磨装置相同的研磨装置中，采用压缩率3.2％、表粗糙度17.5μm的研磨垫{表粗糙度(μm)/压缩率(％)＝5.47}，研磨了8英寸硅晶片100块。按周边3mm除外及周边2mm除外的严格条件，测定研磨的晶片的平坦度。
研磨的结果表明，在所有的晶片中，都得到SFQRmax＝0.10μm以下的平坦度。即使按周边2mm除外进行评价，也得到SFQRmax＝0.10μm以下的平坦度，稳定地将平坦的晶片研磨到外周部。
比较例1
在与图4所示的研磨装置相同的研磨装置中，采用压缩率4.6％、表粗糙度14.5μm的研磨垫{表粗糙度(μm)/压缩率(％)＝3.17}，研磨了8英寸硅晶片100块。按周边3mm除外及周边2mm除外的严格条件，测定研磨的晶片的平坦度。
研磨的结果，在所有的晶片中，周边3mm除外的SFQRmax＝0.14μm左右，未得到0.13μm以下的平坦度。在按周边2mm除外进行评价时，为0.16μm左右，得到的值比3mm除外的值差，周边形成塌边。
综上所述，如果采用利用本发明的研磨垫的研磨方法，在研磨晶片时，能够控制塌边，特别是从边缘部3mm的外周的塌边，在周边2mm除外时，能够达到SFQRmax＝0.13μm以下的平整度。

Claims (6)

1.一种晶片的研磨方法，使晶片与无纺布中含浸树脂的研磨垫滑接，进行镜面研磨，其特征在于：将上述研磨垫的表粗糙度和压缩率的比{表粗糙度Ra(μm)/压缩率(％)}设定在3.8以上进行研磨。
2.如权利要求1所述的晶片的研磨方法，其特征在于：将上述研磨垫的压缩率设定在2％以上4.5％以下。
3.如权利要求1或2所述的晶片的研磨方法，其特征在于：上述研磨垫的表粗糙度设定在15μm～19μm。
4.一种晶片研磨用研磨垫，是使无纺布中含浸树脂的晶片研磨用研磨垫，其特征在于：将上述研磨垫的表粗糙度和压缩率的比{表粗糙度Ra(μm)/压缩率(％)}设定在3.8以上。
5.如权利要求4所述的晶片研磨用研磨垫，其特征在于：将上述研磨垫的压缩率设定在2％以上4.5％以下。
6.如权利要求4或5所述的晶片研磨用研磨垫，其特征在于：将上述研磨垫的表粗糙度设定在15μm～19μm。
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