专利名称：使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法
技术领域：
本发明涉及使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，具体地说，涉及一种使用未安装太阳齿轮(中心轮)的双面抛光装置而能够抑制抛光塌边的发生、得到平面度较高的半导体晶片的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法。
背景技术：
过去在制造双面抛光晶片时，是在将单晶硅锭切割成硅晶片后，对该硅晶片依次进行倒角、磨光、酸腐蚀等各道工序。然后，进行使晶片正反两面成为镜面的双面抛光。进行该双面抛光时，通常使用的是具有在中心部位配置有太阳齿轮、周边部位配置有内齿轮的行星齿轮机构的双面抛光装置。使用该双面抛光装置时，在形成于承载盘上的多个晶片保持孔内分别放入硅晶片使之得到保持，边从其上方向硅晶片供给抛光膏边使延展设置在上平板和下平板的各自的相向面上的抛光布压在各个硅晶片的正反两个面上，驱使承载盘在太阳齿轮和内齿轮之间进行自转和公转，从而对各硅晶片的正反两面同时进行抛光。
但是，在该行星齿轮式双面抛光装置中，其装置中央部位设置有太阳齿轮。因而存在着这样的问题，即，如果要制造对诸如300mm这样大直径的晶片进行双面抛光的装置，则与设置上述太阳齿轮相应地，承载盘乃至双面抛光装置整体的体积势必很大。例如，双面抛光装置的直径将达到3m以上。
为了解决这个问题，提出了例如日本国特开平11-254302号公报所记载的“双面抛光装置”。
该双面抛光装置具有具有多个晶片保持孔的承载盘；配置在该承载盘上下的、在它们的相向面上分别延展设置有对各晶片保持孔内的硅晶片的正反两面以相同的抛光速度进行抛光的抛光布的上平板和下平板；以及，驱使被保持在该上平板和下平板之间的承载盘在与该承载盘的正面相平行的面内运动的承载运动手段。
这里所说的承载盘的运动，是指可使被保持在上平板和下平板之间的硅晶片在相应的晶片保持孔内回旋的、承载盘不伴随自转的圆周运动。硅晶片之所以能够在晶片保持孔内回旋，是由于在抛光过程中，上平板方作用于晶片正面的摩擦力与下平板方作用于晶片反面的摩擦力之间存在差异。
进行抛光时，将硅晶片保持在承载盘的各晶片保持孔内，在边向硅晶片供给抛光剂(抛光膏)边使上平板和下平板旋转的同时，使承载盘进行不伴随自转的圆周运动，从而对各硅晶片同时进行双面抛光。
由于该双面抛光装置中未采用太阳齿轮，因而相应地，承载盘上各晶片保持孔的形成空间增大。其结果，即便是相同大小的双面抛光装置(以下为无太阳齿轮式双面抛光装置)，可处理的硅晶片的尺寸较大。
但是，使用现有无太阳齿轮式双面抛光装置的硅晶片双面抛光方法存在着如下问题。
即，作为采用现有装置的晶片双面抛光方法，在进行晶片抛光的过程中，硅晶片在对应的晶片保持孔内的回旋方向和转速均不稳定。这是由于，上平板方作用于晶片正面的摩擦力与下平板方作用于晶片反面的摩擦力之间的均衡性不稳定，而且二者的差异也很小。
因此，进行抛光时即使稍有不合适，硅晶片便容易停止回旋。而且，即便不出现该停止状态，只要如前所述晶片的回旋速度和旋转方向不稳定，每一批量各晶片的平面度的离散性将增大。其结果，有可能因晶片周边部分形成锥形形状或者抛光塌边而导致平面度不良。
为此，本发明人通过深入研究发现，只要积极地使上平板方作用于晶片正面的摩擦力与下平板方作用于晶片反面的摩擦力二者产生差异，即便假设在抛光过程中出现一些不合适的情况，晶片在该保持孔内的回旋也不会停止。而且，只要抛光过程中摩擦力之差稳定，便能够实现晶片保持孔内的硅晶片的回旋方向及其转速的稳定，其结果，能够抑制晶片周边部分的抛光塌边的产生，减小一个批量内各晶片平面度的离散性。发现由此可提高晶片的平面度，实现本发明。
发明的公开本发明的目的是，提供一种使用能够防止晶片周边部分产生抛光塌边从而提高半导体晶片的平面度的双面抛光装置的半导体晶片抛光方法。
权利要求1所说的发明，属于使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，该双面抛光装置，是将半导体晶片保持在形成于承载盘上的晶片保持孔内，在向半导体晶片供给抛光剂的同时，使该承载盘在各自的相向面上延展设置有抛光布的上平板和下平板之间，在与所说承载盘的正面相平行的面内进行所说承载盘不伴随自转的圆周运动以使得半导体晶片在相应的晶片保持孔内回旋，从而能够对所说半导体晶片的正反两面同时进行抛光的双面抛光装置，其特征是，进行抛光时所说半导体晶片在晶片保持孔内以0.1～1.0rpm回旋。
所谓半导体晶片，是指硅晶片、砷化镓晶片等。对于半导体晶片的大小并无限定，例如也可以是诸如300mm晶片那样直径较大的晶片。半导体晶片的单面也可以经过氧化膜被覆。此时，对于半导体晶片的与氧化膜相反一侧的无被覆晶片表面，可以有选择地进行抛光。
作为双面抛光装置，只要是未组装有太阳齿轮而通过承载盘在一对抛光平板之间的运动对半导体晶片的正反两面同时进行抛光的无太阳齿轮式双面抛光装置均可，并无特别限定。
承载盘上所形成的晶片保持孔的个数，既可以是1个(单片式)也可以是多个。晶片保持孔的大小，可根据被抛光半导体晶片的大小任意加以改变。
承载盘的运动，是在与承载盘的正面(或反面)相平行的面内进行的运动，其运动方向，是使得被保持在一对抛光平板之间的硅晶片能够在相应的晶片保持孔内回旋的、承载盘不伴随自转的圆周运动。通过该不伴随自转的圆周运动，可使承载盘上的所有的点所描绘的是大小相同的小圆的轨迹。
对于所使用的抛光剂的种类并无限定。例如，也可以只是不含有游离磨粒的碱液。还可以是，在该碱液中混合平均颗粒直径为0.02～0.1μm程度的胶态硅颗粒(抛光磨粒)而成的抛光膏。
该抛光剂的供给量，因承载盘大小的不同而异，对此并无限定。例如，为1.0～2.0升/分。抛光剂向半导体晶片的供给，可以在半导体晶片的镜面侧进行。该抛光剂最好是供给到晶片的运动范围内。
对于上平板和下平板的旋转速度并无限定。例如，既可以使它们以相同的速度旋转，也可以以不同的速度旋转。另外，对各自的旋转方向也无限定。即，既可以使它们向相同方向旋转，也可以分别向相反方向旋转。
一对抛光部件不一定要同时旋转。这是由于，本发明采用的是，可使承载盘在各抛光部件压在半导体晶片正反两面上的状态下进行运动的结构。
对于上平板、下平板施加在半导体晶片上的压力并无限定。例如是150～250g/cm2。
以该双面抛光装置进行的半导体晶片的抛光，既可以仅对晶片正面或晶片反面有选择地进行抛光，也可以对正反两面同时进行抛光。
对于延展设置在上平板和下平板上的各自的抛光布的种类和材质并无限定。例如，是硬质发泡氨基甲酸乙酯泡沫衬垫、在无纺布上浸渍氨基甲酸乙酯树脂使之固化而成的软质的无纺布衬垫等。除此之外，也可以使用在无纺布底布上进行氨基甲酸乙酯树脂的发泡而成的衬垫等。此时，上平板方抛光布和下平板方抛光布，其种类既可以相同也可以不同。
这里所说的不伴随自转的圆周运动，是指可使承载盘始终保持从上平板和下平板的轴线偏离既定距离的状态而进行回旋这样一种圆周运动。
若半导体晶片的回旋速度不足0.1rpm，则晶片周边部分容易呈圆锥形状。而如果超过1.0rpm，则容易导致一个批量内各晶片的精加工形状不稳定。
这种与现有技术相比高速度的回旋，通过抛光时使得上平板方作用于晶片正面的摩擦力和下平板方作用于晶片反面的摩擦力之间产生较大差异，较容易实现。
对于使摩擦力产生较大差异的方法并无限定。例如，可以采用上、下平板的直径不同，二者的抛光布的形状不同，以及，上、下平板的旋转速度不同等方法。除此之外，也可以采用使上侧、下侧的抛光布相对于晶片的摩擦系数不同的方法。
此外，权利要求2所说的发明，属于权利要求1所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，所说上平板方的抛光布相对于半导体晶片的摩擦力与所说下平板方的抛光布相对于半导体晶片的摩擦力不同。
权利要求3所说的发明，属于权利要求2所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，所说上平板的直径与所说下平板的直径不同。
上、下平板直径之差，是根据被抛光的半导体晶片的大小、一次抛光所处理的半导体晶片的片数等条件适当进行选择的。
权利要求4所说的发明，属于权利要求2所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，所说上平板方的抛光布的形状与所说下平板方的抛光布的形状不同。
抛光布的形状，可列举出俯视时为圆形、椭圆形、三角形或四边形以上的多边形、以及其它任意的形状。
权利要求5所说的发明，属于权利要求3所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，所说上平板的旋转速度与所说下平板的旋转速度不同。
权利要求6所说的发明，属于使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，该双面抛光装置，是将半导体晶片插入、保持在形成于承载盘上的晶片保持孔内，在向半导体晶片供给含有抛光磨粒的抛光膏的同时，使该承载盘在分别延展设置有抛光布的上平板和下平板之间，在与该承载盘的正面相平行的面内运动，从而能够对所说半导体晶片的正反两面同时进行抛光的双面抛光装置，其特征是，使所说半导体晶片的周边部分的局部外露于抛光布之外3～15mm并在该状态下对半导体晶片进行抛光。
承载盘的运动，只要是在与承载盘的正面(或反面)相平行的面内进行的运动即可，对其运动方向等并无限定。例如，也可以是能够使被保持在上平板和下平板之间的半导体晶片在晶片保持孔的内部回旋的、承载盘的不伴随自转的圆周运动。除此之外，还可以是以承载盘的中心线为中心的圆周运动、在偏心位置上的圆周运动、以及直线运动等。在进行直线运动的场合，若使上平板和下平板以各自的轴线为中心旋转，则能够对晶片正反两面均匀地进行抛光。
晶片周边部分的外露量，为3～15mm。若不足3mm，抛光塌边会较大。若超过15mm，则会发生晶片表面产生环形台阶的不良现象。
另外，可以将承载盘做成这样的厚度，即，使得该盘的抛光布侧端面与半导体晶片的抛光面二者的高度大致对齐。这样一来，进行抛光时，抛光布的回弹量小，半导体晶片的周边部分与晶片中心部分相比，单位面积的压力可相对减小。其结果，可抑制半导体晶片的周边部分产生抛光塌边。
对于所使用的抛光剂(抛光膏)的种类并无限定。例如，可以采用在pH浓度为9～11的碱性腐蚀液中混合平均颗粒直径为0.1～0.02μm程度的胶态硅颗粒(抛光磨粒)而成的抛光剂。另外，也可以是在酸性腐蚀液中混合抛光磨粒而成的抛光剂。抛光膏的供给量，因承载盘大小不同而异，对此并无限定。例如，为1.0～3.0升/分。抛光膏向半导体晶片的供给，可以在半导体晶片的镜面相反一侧(非抛光面侧)进行。此时，以下平板对抛光面进行抛光。另外，抛光膏供给孔以配设在晶片运动范围内为宜。
对于上平板和下平板的旋转速度并无限定。例如，既可以以相同的速度旋转，也可以以不同的速度旋转。另外，对各自的旋转方向也无限定。即，既可以向相同方向旋转，也可以分别向相反方向旋转。但是，上平板和下平板不一定要同时旋转。这是由于，本发明采用的是，可使承载盘在上平板和下平板的各自的抛光布压在半导体晶片正反两面上的状态下进行运动的结构。
对于上平板和下平板对半导体晶片的压力并无限定。例如是150～250g/cm2。
此外，对于晶片正反两面的抛光量和抛光速度也无限定。该晶片正面和晶片反面二者抛光速度的差异，对晶片正反两面的光泽度有很大的影响。光泽度可采用公知的检测器(例如日本电色公司制造的检测器)进行检测。
对于延展设置在上述上平板和下平板上的抛光布的种类和材质并无限定。例如，可列举出，硬质发泡氨基甲酸乙酯泡沫衬垫、在无纺布上浸渍氨基甲酸乙酯树脂使之固化而成的无纺布衬垫等。除此之外，还可以列举出，在无纺布底布上进行氨基甲酸乙酯树脂的发泡而成的衬垫等。另外，也可以在上平板抛光布和下平板抛光布中的一方上，使用抛光时半导体晶片的沉降量与另一方不同的抛光布，从而使得半导体晶片的正反面的光泽度不同。
此外，权利要求7所说的发明，属于权利要求6所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，所说承载盘的运动，是承载盘不伴随自转的圆周运动。
这里所说的不伴随自转的圆周运动，是指承载盘始终保持从上平板和下平板的轴线偏离既定距离的状态而进行回旋这样的圆周运动。通过这样一种不伴随自转的圆周运动，可使承载盘上所有的点所描绘的是大小相同的小圆的轨迹。
此外，权利要求8所说的发明，属于权利要求6或权利要求7所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，所说半导体晶片，仅单面为镜面，所说抛光剂，是从该半导体晶片的镜面的相反面一侧供给。即，这里的半导体晶片，是反面为梨皮面(暗光泽)的单面梨皮面晶片。
从半导体晶片的与镜面相反的一面供给抛光剂(抛光膏)的供给方法并不限定。例如，在该抛光膏供给侧的面为半导体晶片的上面的场合，也可以通过抛光膏喷嘴供给而使之自然下落。此时，也可以在承载盘上设置可使抛光膏下落到下平板侧的孔。
权利要求9所说的发明，属于权利要求6～权利要求8之一的权利要求所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，所说抛光剂，从位于被保持在承载盘上的半导体晶片的运动轨迹上的供给孔供给。
再有，权利要求10所说的发明，属于权利要求6～权利要求9之一的权利要求所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，所说半导体晶片，其单面被覆有氧化膜。
对于氧化膜的种类并无限定。例如，对于硅晶片，可列举出硅氧化膜等。对于氧化膜的厚度也无限定。该氧化膜侧晶片面，既可以作为梨皮面进行抛光，也可以作为非抛光面不进行抛光。
根据权利要求1～5所说的发明，在向半导体晶片供给抛光剂的同时，使承载盘在固定磨粒体与抛光布之间在与该承载盘的正面相平行的面内运动。因此，能够对半导体晶片的正反两面以上述固定磨粒体和抛光布进行抛光。
此时，可通过某种积极的方法，使得在进行晶片的抛光时，上平板方作用于晶片正面的摩擦力与下平板方作用于晶片反面的摩擦力之间产生差异。其结果，在晶片抛光过程中，半导体晶片将在晶片保持孔内可靠地回旋。于是，即便假设在该抛光的过程中出现一些不合适的情况，晶片保持孔内半导体晶片的回旋也不会停止。而且，通过以这种可切实实现的回旋进行抛光，可使得晶片的周边部分不易产生抛光量的局域性偏差。因此，能够抑制晶片周边部分产生抛光塌边，提高晶片的平面度。
要使上、下平板方作用于半导体晶片的正面和反面的摩擦力积极地产生差异，可以采用以下方法。例如，在直径不同的上、下平板之间抛光半导体晶片的方法，在形状不同的抛光布之间抛光半导体晶片的方法，以及，使上、下平板的旋转速度不同地进行抛光的方法。
根据权利要求6～10所说的发明，在向半导体晶片供给抛光剂的同时，使承载盘在上平板和下平板之间在与该承载盘的正面相平行的面内运动。因此，能够对半导体晶片的两个面(有时可对单面)以抛光布进行抛光。
此时，在晶片周边部分的局部外露于抛光布之外的同时，使半导体晶片旋转以抛光其抛光面。在抛光过程中，半导体晶片每旋转一个既定角度，晶片周边部分既从晶片非抛光区域经过又能够得到抛光。因此，晶片周边部分与晶片中心部分相比，单位时间内相对于抛光布的接触面积要小。其结果，晶片周边部分的抛光塌边得到抑制，晶片的平面度得到提高。
特别是，根据权利要求7的发明，将半导体晶片保持在上平板和下平板之间，并在维持该状态不变的情况下，使承载盘进行该承载盘不伴随自转的圆周运动而对晶片表面进行抛光。通过不伴随自转的圆周运动，承载盘上的所有的点将进行相同的运动。这也可以称作是一种摇动运动。即，可以认为摇动运动的轨迹是圆。通过承载盘的这种运动，在抛光过程中，半导体晶片将边在晶片保持孔内回旋边得到抛光。因此，能够使晶片抛光面的大约整个区域得到均匀的抛光，使晶片周边部分的抛光塌边进一步得到降低。
此外，根据权利要求8的发明，进行晶片抛光时，从半导体晶片的与镜面相反一侧的表面供给抛光剂。若这些抛光膏供给孔形成于半导体晶片的运动轨迹上，便能够可靠地向半导体晶片供给抛光剂。
再有，根据权利要求10的发明，半导体晶片的单面是被覆有氧化膜的面。对于该氧化膜之相反一侧的面，可以按既定的要求进行抛光。
附图的简单说明
图1是本发明第1实施例所涉及的双面抛光装置的总体立体图。
图2是以本发明第1实施例所涉及的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法进行双面抛光时的纵向剖视图。
图3是对采用本发明第1实施例所涉及的半导体晶片抛光方法时的抛光状态加以展示的剖视图。
图4是本发明第1实施例所涉及的双面抛光装置的俯视示意图。
图5是本发明第1实施例所涉及的向承载盘传递运动力的运动力传递系的主要部分的放大剖视图。
图6是对本发明第1实施例所涉及的抛光过程中半导体晶片的运动轨迹和抛光剂供给孔的位置加以展示的俯视图。
图7是对本发明第1实施例所涉及的半导体晶片的周边部分外露的状态下进行抛光的状况加以展示的俯视图。
图8是对本发明第1实施例所涉及的半导体晶片在晶片保持孔内回旋的原理进行说明的立体图。
图9是本发明第2实施例所涉及的双面抛光装置的主要部分的立体图。
图10是本发明第3实施例所涉及的双面抛光装置的主要部分的俯视图。
图11是对本发明第4实施例所涉及的抛光过程中半导体晶片的运动轨迹和抛光膏供给孔的位置加以展示的俯视图。
图12是本发明第4实施例所涉及的使用双面抛光装置进行半导体晶片抛光时晶片周边部分的外露量与周边塌边之间的关系曲线。
发明的最佳实施形式下面，对本发明的实施例结合附图进行说明。图1～图8是用来对本发明的第1实施例进行说明的附图。在第1实施例中，列举以硅晶片的正面(表面)为镜面、其反面(背面)为梨皮面进行抛光的例子进行说明。
在图1、图2中，10是第1实施例所涉及的半导体晶片抛光方法得到应用的双面抛光装置(以下称作双面抛光装置)。该双面抛光装置10具有有5个晶片保持孔11a围绕盘轴线(沿圆周方向)间隔72度开设的、俯视时呈圆板形状的玻璃纤维环氧树脂(玻璃钢)制成的承载盘11；以及，将插入并保持在各晶片保持孔11a中而能够自由回旋的直径300mm的硅晶片W从上下夹在中间，并通过相对于硅晶片W进行相对移动而对晶片表面进行抛光的上平板12和下平板13。硅晶片W，也可以采用其单面以硅氧化膜被覆的晶片。另外，承载盘11的厚度(600μm)，比硅晶片W的厚度(730μm)薄一些。
在上平板12的下表面上，延展设置有可将晶片反面抛光成梨皮面的硬质的发泡氨基甲酸乙酯泡沫衬垫14。
而在下平板13的上表面上，延展设置有可将晶片正面抛光成镜面的、在无纺布上浸渍氨基甲酸乙酯树脂使之固化而成的软质的无纺布衬垫15。硬质发泡氨基甲酸乙酯泡沫衬垫14(ロ-デル公司制MHS15A)的硬度为85°(Asker硬度计)，密度为0.53g/cm3，压缩率为3.0％，其厚度为1000μm。而软质无纺布衬垫15(ロ-デル公司制Suba600)的硬度为80°(Asker硬度计)，压缩率为3.5％，压缩弹性率为75.0％，厚度为1270μm。
如图1和图2所示，上平板12是通过向上方延伸的旋转轴12a在上部旋转马达16的驱动下在水平面内旋转的。
此外，该上平板12可在能够沿轴向进退的升降装置18的驱动下在垂直方向上升降。该升降装置18，在将硅晶片W放入承载盘11中或从中取出时使用。上平板12和下平板13对硅晶片W的正反两面的贴压，是靠组装在上平板12和下平板13上的未图示的诸如气囊式等加压手段实现的。
下平板13是通过输出轴17a在下部旋转马达17的驱动下在水平面内旋转的。该承载盘11，以该盘11本身不伴随自转地在承载盘圆周运动机构19的驱动下在与该盘11的面相平行的面(水平面)内进行圆周运动。
下面，结合图1、图2、图4、图5～图7对该承载盘圆周运动机构19进行详细说明。
如这些附图所示，该承载盘圆周运动机构19，具有从外部对承载盘11进行保持的环形的承载盘保持器20。这些部件11、20，通过连结结构体21而相连结。这里所说的连结结构体21，是将承载盘11与承载盘保持器20连结起来以使得该承载盘11不伴随自转并且能够对该盘11发生热膨胀时的膨胀量加以吸收的手段。
即，该连结结构体21具有在承载盘保持器20的内周凸缘20a上，在保持器的周向上每隔既定角度设置的多根突出的销23；以及，使各对应的销23，在承载盘11的周边部位在与各销23对应的位置上开设的对应数量的呈长孔形状的销孔11b。
这些销孔11b，其孔的长度方向与盘的径向相一致，以使得通过销23而与承载盘保持器20相连结的承载盘11能够在该径向上多少进行移动。通过将销23松旷地插入各销孔11b中而将承载盘11安装在承载盘保持器20上，便能够对进行双面抛光时承载盘11因热膨胀而发生的膨胀量加以吸收。另外，各销23的根部，通过设在这一部分的外周面上的外螺纹而能够拧入上述内周凸缘20a上所形成的螺孔中。此外，在各销23的根部的紧挨着外螺纹的上部，设置有用来放置承载盘11的、环周设置的凸缘23a。因此，通过调整销23的拧入量，可对放置在凸缘23a上的承载盘11的高度位置进行调整。
在该承载盘保持器20的周边部位，每隔90度设置有向外突出的4个轴承部20b。各轴承部20b中，插装着设置在小直径圆板形状的偏心臂24的顶面的偏心位置上的突出的偏心轴24a。此外，在上述4个偏心臂24的各自的底面中心部位，设置有下垂的旋转轴24b。这些旋转轴24b，各自以前端部向下方突出的状态插装在在环形的装置基体25上间隔90度设置的共设置有4个的轴承部25a中。在各旋转轴24b的向下方突出的前端部上，分别固定着链轮26。而且，在各链轮26上，架设有成水平状态架设的连续的定时链条27。而该定时链条27也可以改用齿轮结构的动力传递系。上述4个链轮26和定时链条27，构成了4根旋转轴24b能够同时旋转以使得4个偏心臂24同步进行圆周运动的同步手段。
此外，上述4根旋转轴24b中，有一根旋转轴24b的长度较长，其前端部从链轮26的下方突出出来。在该部分上固定着动力传递用齿轮28。该齿轮28，与诸如齿轮马达等圆周运动用马达29的向上方延伸的输出轴上所固定的直径较大的驱动用齿轮30相啮合。即便不如上所述采用定时链条27实现同步，也可以例如在4个偏心臂24上分别设置圆周运动用马达29，使各偏心臂24单独旋转。但是，各圆周运动用马达29的旋转要同步。
因此，当圆周运动用马达29的输出轴旋转时，其旋转力将经由齿轮30、28以及固定在尺寸较长的旋转轴24b上的链轮26传递给定时链条27，随着该定时链条27的周向旋转，经由另外3个链轮26使4个偏心臂24同步并以旋转轴24b为中心在水平面内旋转。于是，与各个偏心轴24a连结成一体的承载盘保持器20、乃至被保持在该承载盘保持器20上的承载盘11，在与该盘11相平行的水平面内，进行不伴随自转的圆周运动。即，承载盘11在保持自上平板12和下平板13的轴线a偏心一个距离L的状态下进行回旋。该距离L，与偏心轴24a和旋转轴24b之间的距离相同。通过该不伴随自转的圆周运动，可使承载盘11上的所有的点所描绘的是大小相同的小圆的轨迹。
此外，图6示出该装置中抛光膏供给孔的位置。例如上平板12上所形成的多个抛光膏供给孔，配置在硅晶片W所始终存在于其中的既定宽度的环形区域X内。其构成使得即便硅晶片W进行摇动，也能够始终向其反面供给抛光膏。其结果，在抛光过程中，在硅晶片W反面上将保持一种抛光膏形成的薄膜。
另外，其构成可使得如图6和图7所示，被保持在承载盘11上的各硅晶片W，在承载盘11进行不伴随自转的圆周运动时，各硅晶片W的周边部分的局部随着硅晶片每转动一个既定角度，边外露于上平板12、下平板13之外边得到抛光。即，各硅晶片W的周边部分，是边断续地从非抛光区域经过边得到抛光的，因而这部分的抛光量减少。因此，各个硅晶片W的平面度(TTV等)进一步提高。
下面，对使用该双面抛光装置10的硅晶片W的抛光方法进行说明。
首先，如图1、2所示，将硅晶片W使之可自由回旋地插入下平板13方承载盘11的各晶片保持孔11a内。此时，各硅晶片的反面朝上。其次，在保持该状态的情况下，使上平板12以200g/cm2的压力贴压在承载盘11上。
之后，在两个衬垫14、15贴压晶片正反两面的情况下，边从上平板12方供给抛光膏边以圆周运动用马达29驱动定时链条27周向旋转。于是，各偏心臂24在水平面内同步旋转，与各偏心轴24a连结成一体的承载盘保持器20及承载盘11，在与该承载盘11的正面相平行的水平面内，以24rpm的转速进行不伴随自转的圆周运动。
此时，如图3所示，各硅晶片W，以被夹在摩擦力校小的硬质发泡氨基甲酸乙酯泡沫衬垫14与摩擦力较大的软质无纺布衬垫15之间的状态，随着该承载盘11的不伴随自转的圆周运动而运动。此时，如图8所示，上平板12方的硬质发泡氨基甲酸乙酯泡沫衬垫14相对于硅晶片W的摩擦系数较小，下平板13方的软质无纺布衬垫15相对于硅晶片W的摩擦系数较大。并且，两个平板12、13并未旋转。其结果，能够积极地使作用于晶片正反两面的摩擦力不相同。因此，各硅晶片W在对应的晶片保持孔11a内，以0.1～1.0rpm的旋转速度在水平面内可靠回旋的同时，正反各面得到抛光。
这样，即便假设在抛光过程中出现一些不合适的情况，硅晶片W在该晶片保持孔11a内的回旋也不会停止。而且，通过以这种可切实实现的回旋所进行的抛光，可使得晶片周边部分不容易产生抛光量的局域性偏差。因此，与现有技术相比，能够进一步抑制晶片周边部分的抛光塌边，谋求晶片的更高的平面度。
这里所使用的抛光膏，是在pH10.6的碱性腐蚀液中混合由粒度为0.05μm的胶态硅制成的抛光磨粒而成的抛光膏。
另外，在这里，进行双面抛光时，是使承载盘11以该承载盘11不伴随自转的圆周运动对晶片正反两面进行抛光的。由于利用承载盘11的这种特殊的运动对硅晶片W进行双面抛光，因此，能够对晶片正反两面的大约整个区域大致均匀地进行抛光。
而且，由于这样构成，即，各抛光布(衬垫)14、15的材质不同而能够增大相对于硅晶片W正反两面的摩擦力之差，因此，能够简单且低成本地防止晶片周边部分产生抛光塌边，硅晶片W达到比现有技术更高的平面度。
另外，作为该第1实施例的双面抛光装置10，即便不使承载盘11进行圆周运动，只要在通过上部旋转马达16的驱动使得上平板12以25rpm的速度旋转的同时，通过下部旋转马达17的驱动使得下平板13以30rpm的速度旋转，便能够对各硅晶片W进行双面抛光。
在这种场合，由于各硅晶片W是以能够自由回旋地插入并保持在晶片保持孔11a中的，因此，在抛光过程中，各硅晶片W将朝向与旋转速度较快那一侧平板的旋转方向相同的方向回旋(自转)。
另外，也可以使上平板12和下平板13以相同的旋转速度旋转，制造出晶片正面为镜面、晶片反面为梨皮面的硅晶片W。在这种场合，若能够使两个抛光布14、15的摩擦力之差更大，则能够在较短时间内，得到正面为镜面而反面为梨皮面的硅晶片W。
还可以在使该承载盘11进行圆周运动的同时，使上平板12和下平板13旋转，从而对硅晶片W进行双面抛光。在这种场合，最好是，使上平板12和下平板13的旋转速度较慢以避免晶片正反两面抛光不均。这样，对于硅晶片W的正反两个面，能够对各面的整个区域均匀地进行抛光。另外，最好是使上平板12和下平板13旋转，这可使得与硅晶片W接触的平板的面总是新面，从而将抛光膏均匀地提供给硅晶片W的整个表面。
下面，结合图9对本发明的第2实施例所涉及的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法进行说明。
如图9所示，该实施例，是采用直径大于下平板13的平板12A替代第1实施例的上平板12的例子。
采用这种方法，也能够比现有技术更积极地使上平板12A方作用于硅晶片W正面的摩擦力与下平板13方作用于晶片反面的摩擦力之间产生差异。其结果，能够使硅晶片W在各晶片保持孔11a内可靠地回旋。
除此之外的结构、作用与效果同第1实施例大致相同，故省略其说明。
下面，结合图10对本发明第3实施例所涉及的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法进行说明。
如图10所示，该第3实施例，是采用俯视时呈六边形的硬质发泡氨基甲酸乙酯泡沫衬垫14A替代第1实施例中延展设置在上平板12上的俯视时呈圆形的硬质发泡氨基甲酸乙酯泡沫衬垫14的例子。
即，由于抛光布14为六边形，因此，与下平板13的圆形的软质无纺布衬垫15之间，能够积极地产生不同的摩擦力。其结果，在晶片的抛光过程中，可使上平板12方作用于晶片正面的摩擦力与下平板13方作用于晶片反面的摩擦力比现有技术更为可靠地产生差异。
除此之外的结构、作用与效果同第1实施例大致相同，故省略其说明。
根据本发明，在抛光过程中，半导体晶片在晶片保持孔内能够可靠地回旋，因此，能够抑制晶片周边部分产生抛光塌边，提高晶片的平面度。
下面，对使用图1等所示双面抛光装置10的硅晶片W的双面抛光方法的第4实施例结合图11、12进行说明。
首先，将硅晶片W使之可自由回旋地分别插入承载盘11的各晶片保持孔11a内。此时，各硅晶片的反面朝上。其次，在保持该状态的情况下，使软质无纺布衬垫14以200g/cm2的压力贴压在各晶片的反面，使软质无纺布衬垫15以200g/cm2的压力贴压在各晶片的正面上。
之后，在上述两个衬垫14、15贴压晶片正反两面的情况下，边从上平板12方供给抛光膏边以圆周运动用马达29驱动定时链条27周向旋转。于是，各偏心臂24在水平面内同步旋转，与各偏心轴24a连结成一体的承载盘保持器20及承载盘11，在与该承载盘11正面相平行的水平面内，以24rpm的转速进行不伴随自转的圆周运动。其结果，在各硅晶片W边在对应的晶片保持孔11a内在水平面内回旋的同时，各个晶片正反两面得到双面抛光。另外，这里所使用的抛光膏，是在pH10.6的碱性腐蚀液中混合由粒度为0.05μm的胶态硅构成的抛光磨粒而成的抛光膏。
此时，在如前所述承载盘11进行旋转时，在硅晶片W的周边部分的局部外露于软质无纺布衬垫14、15之外一个位移量Q的同时，晶片正反两面得到抛光(参照图11(B))。进行这样的抛光时，抛光过程中的晶片周边部分，将随着硅晶片W每旋转一个既定角度，边经过非抛光区域边得到抛光。现有的晶片不外露的抛光装置，晶片周边部分的抛光量要大于晶片中央部分。相对于此，作为本双面抛光装置10，与晶片中心部分相比，其晶片周边部分与抛光布11之间单位时间内的接触面积减小。其结果，能够提高晶片平面度。
另外，在这里，在进行双面抛光时，是使承载盘11进行该承载盘11不伴随自转的圆周运动而对晶片正反两面进行抛光的。由于利用承载盘11的这种特殊的运动对硅晶片W进行双面抛光，因此，能够对晶片正反两面的大约整个区域均匀地进行抛光。
在这里，列出了实际使用该实施例的双面抛光装置10，边适当改变硅晶片W外露于抛光布的外露量边进行双面抛光时周边部分塌边的变化量。图12是对以本发明第4实施例所涉及的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法进行抛光时晶片周边部分的外露量与周边塌边之间的关系加以展示的曲线图。
由该曲线图可知，当晶片周边部分的外露量不足3mm时，周边塌边较大。而当该外露量在3mm以上时，抛光塌边的数值变得较小且稳定，得到了良好的结果。
根据本发明，进行半导体晶片的抛光时，是边使晶片周边部分的局部外露于抛光布之外边进行抛光的，因此，与晶片中心部分相比，晶片周边部分相对于抛光布单位时间内的接触面积减少，可抑制晶片周边部分产生抛光塌边，提高晶片的平面度。
特别是，由于使承载盘进行该盘不伴随自转的圆周运动而对半导体晶片进行抛光的，因此，能够对晶片正反两面的大约整个区域均匀地进行抛光，进一步抑制周边部分发生塌边。
权利要求
1.一种使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，该双面抛光装置，是将半导体晶片保持在形成于承载盘上的晶片保持孔内，在向半导体晶片供给抛光剂的同时，使该承载盘在各自的相向面上延展设置有抛光布的上平板和下平板之间，在与所说承载盘的表面相平行的面内进行所说承载盘不伴随自转的圆周运动以使得半导体晶片在相应的晶片保持孔内回旋，从而能够对所说半导体晶片的正反两面同时进行抛光的双面抛光装置，进行抛光时所说半导体晶片在晶片保持孔内以0.1～1.0rpm回旋。
2.如权利要求1所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，其特征是，所说上平板的抛光布相对于半导体晶片的摩擦系数与所说下平板的抛光布相对于半导体晶片的摩擦系数不同。
3.如权利要求2所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，其特征是，所说上平板的直径与所说下平板的直径不同。
4.如权利要求2所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，其特征是，所说上平板的抛光布的形状与所说下平板的抛光布的形状不同。
5.如权利要求2所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，其特征是，所说上平板的旋转速度与所说下平板的旋转速度不同。
6.一种使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，该双面抛光装置，是将半导体晶片保持在形成于承载盘上的晶片保持孔内，在向半导体晶片供给抛光剂的同时，使所说承载盘在分别延展设置有抛光布的上平板和下平板之间，在与该承载盘的表面相平行的面内运动，从而能够对所说半导体晶片的正反两面同时进行抛光的双面抛光装置，在所说半导体晶片的周边部分的一部分外露于各抛光布之外3～15mm的状态下对半导体晶片进行抛光。
7.如权利要求6所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，其特征是，所说承载盘的运动，是承载盘不伴随自转的圆周运动。
8.如权利要求6或权利要求7所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，其特征是，所说半导体晶片，仅单面为镜面，所说抛光剂，是从该半导体晶片的镜面的相反面一侧供给。
9.如权利要求～权利要求8之一的权利要求所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，其特征是，所说抛光剂，从位于被保持在承载盘上的半导体晶片的运动轨迹上的供给孔供给。
10.如权利要求6～权利要求9之一的权利要求所说的使用双面抛光装置的半导体晶片抛光方法，其特征是，所说半导体晶片，其单面被覆有氧化膜。
全文摘要
在使用双面抛光装置进行半导体晶片的抛光时，使上平板(12)方作用于晶片(W)正面的摩擦力与下平板(13)方作用于晶片反面的摩擦力产生较大差异，从而使得晶片(W)在晶片保持孔(11a)内以0.1～1.0rpm的速度回旋。而且，此时，在晶片(W)的周边部分的局部外露于分别安装在上平板(12)和下平板(13)上的抛光布(14、15)之外3～15mm的状态下进行抛光，使得晶片的周边部分与中心部分相比，相对于上述各抛光布(14、15)其单位时间内的接触面积减小。因此，晶片周边部分的抛光塌边得到抑制，晶片W的平面度得以提高。
文档编号B24B37/28GK1441713SQ01810403
公开日2003年9月10日 申请日期2001年5月31日 优先权日2000年5月31日
发明者谷口彻, 小野五十六, 原田晴司 申请人:三菱住友硅晶株式会社