專利名稱：晶片的周面倒角部分的拋光方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及晶片的周面倒角部分的鏡面拋光方法以及用于該方法的設備。
背景技術：
諸如硅半導體或化合物半導體的鏡面晶片的制造過程概述如下首先把通過拉伸或類似方法制成的單晶塊切成盤狀，以獲得薄片晶片；然后進行磨光工序，通過對切片工序中產生的很不平整的表層進行磨削，以加工出薄片晶片前后表面之間的平面度和平行度；由于晶片經歷了這些機械加工工序后產生了損傷層，即由于表層上的機械沖擊而造成損傷層，需要通過化學腐蝕將該層去除掉；作為晶片加工的最后工序，晶片被拋光成鏡面。
這樣產生的半導體晶片被送入后續(xù)的器件制造工序，器件制造工序包括基體工序、布線工序以及測試工序。在基體工序中，器件主要的基體結構成形在晶片上；將加工好的基體送入后續(xù)的布線工序，以形成進一步的器件結構，例如布置出電路；基體再被切成器件片，將它們送入組裝工序。
顯然，從單晶塊到半導體器件的一系列工序中，這些工序的加工對象大多是晶片。不僅在鏡面晶片的制造工序中，而且在器件制造工序中，晶片都被作為加工對象。因而在器件制造的基體工序和布線工序中都要對晶片進行處理，利用晶片的周面部分進行操作是貫穿始終的。因此，如果晶片具有切割時的直角形鋒利邊緣，就很容易造成機械損傷，例如破碎或破裂，進而使得顆粒附著在晶片的表面，導致后續(xù)工序的產量降低。
如果晶片的周面部分是粗糙表面，就不能很好地清除掉腐蝕工序中所使用的化學劑，因而對后續(xù)工序產生不良影響。另外，當單晶片在其主面上進行外延性生長，以增加其作為晶片制造工業(yè)產品的附加值時，周邊表面上不規(guī)則的和有缺陷的晶體排列，會在主面的邊緣處產生外延隆起(連續(xù)凸出的晶體生長)，即被稱作晶瘤的多個凸起。因此，不僅對主面的加工，而且對周面的加工都要予以極大關注。目前，對晶片的周面除了進行倒角之外還將其拋光成鏡面，以作為該表面的一個高度精加工工序從而避免破碎。
于是，在晶片周面的倒角工序中，在拋光之前首先根據周面的截面輪廓對其進行磨削，以預制出其倒角形狀。在這一工序中，從磨石上破碎的磨料顆粒或者磨石的變形在晶片表面上產生深的劃痕。因此，表面必須要拋光，其深度至少要去除掉這些劃痕。
晶片周面的拋光常使用其上帶有磨料顆粒的拋光帶，以減輕使用拋光布時拋光工序中的負荷。使用拋光帶較之使用拋光布會對表面產生更大損傷，而使用拋光布的拋光作業(yè)仍需仔細進行，總之是為了更好地避免損傷。
雖然晶片的主面是確定的單一表面，晶片的周面倒角部分卻包含晶體取向的不同表面。由于堿性腐蝕溶液對硅的反應依照硅的晶體取向不同而不同，該反應實際上是各向異性的，因此，當倒角部分被堿性腐蝕時，晶體倒角部分上各處的表面粗糙度是不同的。如圖1所示，晶體的倒角部分具有以45°角度間隔的一些表面(100)和表面(110)。當晶體被腐蝕時，盡管倒角部分的表面(110)處變得很粗糙，但倒角部分的表面(100)處卻沒有那么粗糙。這種晶片需要根據表面(110)處的表面粗糙度對其倒角部分進行拋光。
目前，晶片的周面倒角部分(亦即倒角周面)常以單一條件的工序進行拋光，稱之為一步拋光。與此相反，晶片的主面通常以不同條件的多個工序進行拋光，即多步拋光，以便嚴格地達到既去除加工引起的損傷又提高表面光潔度。這是因為主面具有不均勻的多種特性，諸如平整度、彎曲度、波紋度或亮度，由單一條件的加工無法獲得改善。在每步加工中，以不同的拋光率對主面進行拋光，以便解決各個問題。另一方面，對晶片的周面來說，所涉及的問題是加工損傷和粗糙度，于是晶片周面向來是一步拋光。
例如圖4所示的設備一直被用于晶片周面倒角部分的拋光。該設備具有一個其上面固定著拋光布的旋轉輥；一個使晶片在其自身上旋轉的同時，將晶片的周面倒角部分壓向上述旋轉輥的晶片旋轉部；以及一個把拋光膏提供到拋光布和晶片周面倒角接觸區(qū)的管嘴。
由于對晶片周面的質量要求愈來愈高，也就要求對加工損傷和光潔度有更大改善。因而周面的拋光時間變得如此之長，以致出現與拋光布的使用壽命相關的問題。因此，這些問題導致了必須改善加工生產率和加工成本。在單一條件的拋光工序中，為了使不同表面粗糙度的不同表面區(qū)域變得均勻，周面常常過度拋光，這導致生產率降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明是針對上述問題作出的，其目的在于減少晶片的周面倒角部分的拋光時間，并提高生產率。
本發(fā)明的特征在于，一種使用拋光布和拋光膏對晶片的周面倒角部分進行拋光的拋光工藝。該工藝方法的步驟包括預制多個具有不同拋光量的拋光工序，以及對周面倒角部分依次進行拋光工序，使每個工序的拋光率逐次減小。
本發(fā)明的目標是迅速地去除表面的大粗糙度和深劃痕。于是晶片的周面倒角部分首先以高速度進行拋光，獲得粗精度表面；然后當整個表面的狀態(tài)變得均勻時再進行精細拋光，以便將周面倒角部分精加工到低粗糙度和沒有損傷的高精度表面。因而大大縮短了拋光時間并且提高了生產率。
無論粗拋光工序和精拋光工序之間的過渡狀態(tài)是連續(xù)的還是分段的，都需要結合至少兩種拋光率的步驟。該方法的特征在于，至少包括以大去除量的拋光率對周面倒角部分進行拋光的第一拋光工序，以及將周面倒角部分精密加工到鏡面的第二拋光工序。這里采用拋光布的拋光步驟并非僅局限于兩步，三步或者更多步也是可能的。
如上所述，晶片周面的某一特定部分可能是粗表面。因此可以通過兩個獨立的步驟完成拋光，在第一拋光工序中對晶片周面的特定部分進行拋光，以及在第二拋光工序中對整個晶片周面進行精細拋光。在這種情況下，當晶片周面的特定部分是平面(110)時，可以只對平面(110)進行拋光。也就是說，可以在這種狀態(tài)下對晶片周面進行拋光，即選擇與平面(110)相應的部分進行拋光。例如，根據拋光部位是否是平面(110)而改變周面拋光時的拋光壓力和與拋光布的接觸時間。然后，當平面(110)變得與其他部分沒有區(qū)別時，進而對整個周面進行精細拋光。這使得加工時間縮短和生產率提高。
本發(fā)明的特征還在于，通過改變拋光布的硬度和/或拋光膏中所含磨料顆粒的尺寸，至少由兩個拋光工序組成的多個工序中的拋光條件是變化的。上述這些拋光條件以及拋光率是決定表面粗糙度的重要因素，并且也是易于改變的。
更具體地說，在上述方法中，第二拋光工序中所使用的拋光布的硬度低于第一拋光工序中的硬度，這也是本發(fā)明的特征。
類似地，本發(fā)明的特征還在于，第二拋光工序中所使用的拋光膏的磨料顆粒的尺寸，小于第一拋光工序中的顆粒尺寸?；蛘撸梢愿淖儝伖飧嘀械哪チ项愋?，例如，在第一拋光工序中使用具有高拋光能力的霧化硅石，然后在第二拋光工序中使用小顆粒的、但更能夠提高表面光潔度的硅膠。
盡管作為實施例的用來實施本發(fā)明的拋光設備可以變化，但這里所使用的、用來拋光晶片的倒角周面的拋光設備，包括一個其上面固定著拋光布的旋轉輥；一個在晶片旋轉的同時，將晶片的周面倒角部分壓向上述旋轉輥的晶片旋轉部；一個使旋轉輥和晶片旋轉部沿著旋轉輥軸線、在上下方向上作相對運動的直線運動驅動裝置；一個把拋光膏提供到拋光布與晶片接觸區(qū)的管嘴。
使用旋轉輥類型的、且至少可以調整不同的加工壓力或晶片旋轉速度的兩套拋光設備，對晶片的周面倒角進行拋光，而且依照每個拋光設備中的拋光布的硬度值和/或拋光膏的類型的變化而使拋光依次進行。
另外，也可以使用帶有兩個旋轉輥且各自裝有拋光膏供應管嘴的設備，即雙輥型設備。拋光可以類似地這樣進行依照拋光布的硬度值和/或拋光膏的類型的變化，而將晶片的周面倒角部分依次推向多個旋轉輥。
按照本發(fā)明，作為一種能夠迅速和有效地實現本發(fā)明方法的設備，這種用于晶片的周面倒角部分的拋光設備具有一個其上面固定著拋光布的旋轉輥；一個使晶片在其自身上旋轉的同時，將晶片的周面倒角部分壓向上述旋轉輥的晶片旋轉部；以及一個把拋光膏提供到拋光布與晶片倒角周面接觸區(qū)的管嘴，所提供的設備其特征在于該設備的旋轉輥上固定著具有不同硬度值的多個拋光布；一個相對直線運動的驅動裝置，它使拋光布上的拋光區(qū)沿著平行于拋光布的固定平面的方向相對移動，其中該相對直線運動的驅動裝置的移動距離，至少等于在多個拋光布中的不同拋光布上的拋光區(qū)域之間晶片移動的距離。
因此，多個固定拋光布的變化方向以及相對運動驅動裝置的移動方向，最好是沿著旋轉輥轉動軸線的方向。換句話說，該設備是這樣構成的使得在多個步驟中固定在旋轉輥上的拋光布的硬度值沿著旋轉輥的軸線方向分步驟變化，以便使得由直線相對運動驅動裝置所實現的晶片周面倒角部分與拋光布之間的諸拋光區(qū)其硬度值也相應地分步驟變化。為了方便和易于理解起見，硬度值可以推薦為分兩步驟變化。
此外，供應拋光膏的管嘴最好具有改變裝置，以便在加工過程中改變拋光膏的類型。也可以使用包括液壓驅動缸、氣動缸、或馬達-導軌組合體在內的相對直線運動驅動裝置。


圖1是示意圖，表示了硅晶片的周面倒角部分的晶體平面；圖2是采用本發(fā)明的、用于晶片周面倒角部分拋光的設備實施例的示意圖；圖3的曲線表示了平均粗糙度與拋光時間之間的相互關系，是本發(fā)明第一實施例與第一和第二比較例的實驗結果；圖4是現有技術使用的、用于晶片周面倒角部分拋光的設備實施例的示意圖。
具體實施例方式
現在參照附圖，以舉例方式描述本發(fā)明。然而應當理解，除非另外特別指出，這里所述的特定實施例，例如所涉及的尺寸、材料類型、諸元件的結構和相對布置等等，都只是用來舉例說明，而并非是將本發(fā)明局限于所述的特定形式。
如圖4所示的、用于晶片W的倒角周面拋光的拋光設備1是用于下面的實施例1，3和比較例1，2。拋光設備1包括一個其表面固定著拋光布2的旋轉輥3；一個使晶片在其自身上旋轉的同時，以確定的角度將晶片W的倒角周面壓向旋轉輥3的晶片旋轉部4；一個使旋轉輥和晶片旋轉部沿著旋轉輥3的軸線在上下方向上作相對運動的直線運動驅動裝置；以及一個把拋光膏5提供到拋光布與晶片W周面倒角部分接觸區(qū)的管嘴6。該拋光設備1還能夠控制改變晶片的旋轉速度和加工壓力。
從晶塊上切下來的、具有200mm直徑和晶體取向平面(100)的硅晶片，最初以磨石進行倒角和磨光，以堿性溶液進行腐蝕。這樣獲得的晶片用于下述實驗。在去除了20微米后，用Chapman MP2000+型粗糙度光學測量儀測量，這種晶片的表面粗糙度是60～90納米。
比較例1拋光以傳統(tǒng)的一步拋光進行，至于拋光條件，使用阿氏C硬度值(以Asker C硬度標準測定的值，這是一種回跳硬度標準)大約為72的無紡型拋光布，以及含有大顆粒硅膠(顆粒尺寸平均為60納米)的堿性拋光膏；旋轉輥以800轉/分的速度轉動。這一拋光條件具有很高的拋光率，但帶來很大的拋光損傷。
比較例2另一種拋光也是以傳統(tǒng)的一步拋光進行，但使用另外的拋光條件。其拋光條件是，使用與比較例1相比，較軟的阿氏C硬度值大約為62的無紡型拋光布，以及含有精細硅膠(顆粒尺寸平均為30納米)的堿性拋光膏；旋轉輥以800轉/分的速度轉動?？紤]這種拋光條件下所產生的表面粗糙度。
實施例1使用兩套圖4所示的拋光設備，在第一臺設備上以相似于比較例1的拋光條件，和每一圈40秒的晶片轉動速度，對晶片的周面倒角部分進行粗拋光(第一次拋光)；然后用第二臺設備以相似于比較例2的拋光條件作精細拋光(第二次拋光)。這里的兩套獨立的拋光設備被構造成在第一次拋光和隨后的第二次拋光的拋光時間上依次變化，因而晶片的倒角部分以相同的拋光壓力值接觸于每一旋轉輥。
在上述實施例和比較例中，控制拋光作業(yè)使晶片在操作時僅旋轉一圈，然后測量拋光部分的表面粗糙度。轉動一圈的時間越短，即轉動速度越快，晶片與拋光布保持接觸的時間也就越短，這導致拋光越不完善，愈加不能改善表面粗糙度。在上述的實施例和比較例中，測定在每種拋光條件下與晶片轉動一圈的時間相對應的拋光表面的平均粗糙度(Ra)，其結果繪制成圖3所示的曲線。比較例1表明晶片40秒轉動一圈導致未改善的20納米的粗糙度，但更長的拋光時間并不能進一步改善表面粗糙度。比較例1表明，為了使粗糙度改善為5納米，需要140秒以上的第二次拋光時間。
在本發(fā)明的實施例1中，第一次拋光的加工條件相似于比較例1的加工條件，且以40秒一圈的速度轉動，接下來的第二次拋光其加工條件與比較例2相似。通過80秒的拋光總時間(第一次40秒+第二次40秒)粗糙度改善到5納米，在相同的加工時間下較之比較例1，粗糙度改善了15納米。
如圖3所示，以高速拋光時，達到飽和值時的表面粗糙度水平是不佳的(比較例1)；與之相反，以低速拋光時，粗糙度水平較好(比較例2)?？紤]到這些因素，拋光過程的工序數量以及各工序的時間變化就應當已經確定了。當本發(fā)明的拋光工藝至少分兩步實施時，現行的拋光工序當其粗糙度水平達到或即將到達停滯的飽和值時，就有效地轉入下一個拋光工序，拋光工序依次分步驟進行，其加工條件能夠制造出精密的表面。拋光工序的數量應當由所允許的拋光時間和表面粗糙度適當地加以確定。
實施例2現在參照附圖2描述本發(fā)明的第二實施例。
拋光設備11包括一個其表面固定著拋光布12的旋轉輥13；一個使晶片在其自身上旋轉的同時，將晶片W的周面倒角部分壓向旋轉輥13的晶片旋轉部14；一個使旋轉輥和晶片旋轉部沿著旋轉輥13的軸線在上下方向上作相對運動的直線運動驅動裝置；以及一個把拋光膏15提供到拋光布與晶片W倒角周面接觸區(qū)的管嘴16。該拋光設備11還能夠控制改變晶片的旋轉速度和加工壓力。此外，固定在旋轉輥上的拋光布12a，12b沿著旋轉輥的旋轉軸線方向分兩步變化，以便通過直線驅動裝置的移動，改變處于晶片周面倒角部分拋光區(qū)的拋光布的硬度值。例如，拋光布12b固定在旋轉輥周面的上部，拋光布12a固定在旋轉輥周面的下部，它們各自的硬度值是不同的。
更具體地如圖2所示，固定在旋轉輥上部的拋光布12b具有阿氏C硬度值62，固定在旋轉輥下部的拋光布12a具有阿氏C硬度值72。所使用的堿性拋光膏15含有顆粒尺寸為30納米的硅膠。旋轉輥以800轉/分的速度轉動。
使用上述設備，晶片的倒角周面首先以45秒一圈的晶片轉速、在旋轉輥下部的阿氏C硬度值為72的拋光布區(qū)域進行拋光；然后通過直線驅動裝置移動后，在旋轉輥上部的阿氏C硬度值為62的拋光布區(qū)域進行拋光。通過90秒的總拋光時間，即旋轉輥下部的45秒第一步拋光時間加上旋轉輥上部的45秒第二步拋光時間，表面粗糙度被改善到5納米。以這種方式，可以象實施例1一樣減少加工時間并達到同樣的精度。
這里所使用的設備能夠以單一設備進行拋光作業(yè)，這樣就不必傳送晶片，以及只需要較小的安裝空間。
實施例3作為第一步拋光，對晶片周面倒角部分的晶體平面(110)附近的區(qū)域進行拋光；然后在另外的加工條件下對整個周面倒角部分作第二步拋光。第一步拋光用兩臺圖4的設備進行，它們裝有阿氏C硬度值為62的無紡型拋光布以及含有霧化硅石的拋光膏。以較低的晶片轉速和較高的壓向拋光布的壓力，對晶片倒角周面的晶體平面(110)附近的區(qū)域進行拋光。更具體地說，以相對于其他區(qū)域的2/3的晶片轉速和1.5倍的靠壓壓力，對平面(110)附近的區(qū)域，即從(110)方向的中心區(qū)兩邊±15°的區(qū)域進行拋光，以便專門改善平面(110)區(qū)域的粗糙度。
于是通過大約50秒的第一步拋光，平面(110)的粗糙度改善至15納米，然后通過與比較例2相同工作條件的后續(xù)拋光，將晶片倒角周面的粗糙度提高到5納米，這使得整個拋光時間降低到大約80秒。
工業(yè)應用性本發(fā)明能夠通過減少晶片周面倒角部分在拋光作業(yè)中的拋光時間而提高拋光工藝的生產率。
權利要求
1.一種在提供拋光膏的同時用拋光布對晶片的周面倒角部分進行拋光的方法，其步驟包括預制多個具有不同拋光率的拋光工序，以及對周面倒角部分依次進行拋光工序，使每個工序的拋光率逐次減小。
2.如權利要求1所述的晶片周面倒角部分的拋光方法，其中所述的多個拋光工序至少包括以大去除量的拋光工作條件對周面倒角部分進行拋光的第一拋光工序，以及將周面倒角部分精密加工成高光潔度和無損傷表面的第二拋光工序。
3.如權利要求1所述的晶片周面倒角部分的拋光方法，其中所述的多個拋光工序包括對晶片周面的特定部分進行拋光的第一拋光工序，以及對整個晶片周面進行精密拋光的第二拋光工序。
4.如權利要求3所述的晶片周面倒角部分的拋光方法，其中所述的晶片周面特定部分是與晶體平面(110)相對應的部分。
5.如權利要求1所述的晶片周面倒角部分的拋光方法，其中在多個工序中，拋光率的改變是通過拋光布硬度值的改變和/或拋光膏中的磨料顆粒尺寸的改變而加以改變的。
6.如權利要求5所述的晶片周面倒角部分的拋光方法，其中第二拋光工序中使用的拋光布的硬度比第一拋光工序中的硬度低。
7.如權利要求5所述的晶片周面倒角部分的拋光方法，其中第二拋光工序使用的拋光膏中的磨料顆粒尺寸比第一拋光工序中的顆粒尺寸小。
8.如權利要求1，5或6中所述的晶片周面倒角部分的拋光方法，其中在晶片旋轉的同時，晶片的周面倒角部分被推向固定著具有不同硬度值的多個拋光布的旋轉輥，并在向拋光布接觸區(qū)提供拋光膏的同時用拋光布進行拋光。
9.一種用來對晶片的周面倒角部分進行拋光的設備，該設備具有一個其上面固定著拋光布的旋轉輥；一個使晶片在其自身上旋轉的同時，將晶片的周面倒角部分壓向旋轉輥的晶片旋轉部；以及一個把拋光膏提供到拋光布與晶片周面倒角部分之間接觸區(qū)的管嘴；其中該設備還包括固定著具有不同硬度值的多個拋光布的旋轉輥；以及一個相對直線運動的驅動裝置，它使拋光布上的拋光區(qū)沿著平行于拋光布的固定平面的方向而相對移動，其中該相對直線運動驅動裝置的移動距離，至少等于晶片在多個拋光布中的不同拋光布上的拋光區(qū)之間的移動距離。
10.如權利要求9所述的對晶片周面倒角部分進行拋光的設備，其中所述的多個固定拋光布的變化方向、以及相對運動驅動裝置的移動方向是沿著旋轉輥轉動軸線的方向。
11.如權利要求9所述的對晶片周面倒角部分進行拋光的設備，其中固定在旋轉輥上的拋光布的硬度值沿著旋轉輥的軸線方向分多個步驟變化，以便通過相對直線運動驅動裝置使晶片周面倒角部分與拋光布之間的每個拋光區(qū)其硬度值也相應地分多個步驟變化。
全文摘要
在本發(fā)明的這種使用拋光布和拋光膏對晶片的周面倒角部分進行鏡面精加工的拋光方法中,為了通過減少拋光時間而提高拋光作業(yè)的生產率,采用了依次進行的至少包括兩個拋光工序的多個工序。該拋光方法包括對晶片周面倒角部分上與晶體平面(110)相應的部分進行拋光的第一拋光工序,以及對晶片的整個周面倒角部分進行拋光的第二拋光工序。在第二拋光工序中使用的拋光布其硬度低于第一拋光工序的拋光布硬度,并在第二拋光工序中使用的拋光膏其所含顆粒的尺寸,小于第一拋光工序的拋光膏的顆粒尺寸。通過改變拋光布的硬度值和/或拋光膏的顆粒尺寸,使拋光度得以改變。
文檔編號B24B37/00GK1364107SQ01800519
公開日2002年8月14日 申請日期2001年2月21日 優(yōu)先權日2000年2月23日
發(fā)明者水島一壽, 三浦仲壽, 關根靖弘, 鈴木誠, 冨井和彌 申請人:信越半導體株式會社