专利名称：抛光半导体晶片边缘的方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光半导体晶片边缘的方法。
背景技术：
半导体晶片通常是硅片或由硅衍生的层状结构的衬底(例如硅-锗)。所述硅片 特别用于生产半导体器件，如储存器片(DRAM)、微处理器、传感器、发光二极管等。对半导体晶片边缘的质量要求不断提高，特别是大直径的半导体晶片(直径 ^ 300mm)。特别是，半导体晶片的边缘应该尽可能没有污染并具有低粗糙度。而且，其应该 对加工期间增加的机械应力具有耐受性。从单晶上切下的半导体晶片的未经处理的边缘具 有较粗糙和不均勻的表面。其在机械负载下经常剥落，是干扰颗粒的来源。因此，通常对边 缘再研磨，从而消除晶体剥落和损坏，并为其提供特定轮廓。现有技术中有已知的适合的研磨设备。半导体晶片通常被固定在转台上，传送其 边缘倚靠在同样旋转的加工工具的工作表面上。在这种情况下使用的加工工具通常是盘 状，其被固定在轴上，并具有圆形表面作为加工半导体晶片边缘的工作表面。去除材料的颗 粒通常被粘固在所述加工工具的工作表面上。所使用的颗粒通常具有粗颗粒状。通常依据 日本工业标准JIS R 6001 :1998规定以筛目表示粒径的。可以由目数计算平均粒径。如果使用成细粒的研磨盘，通常也使用术语细研磨。这样的细研磨盘具有从1000 目至4000目的成粒，例如从Disco Corporation购买的那些。在转化为粒径时，其显示为， 例如，1200目相当于9. 5 μ m的平均粒径；5000目相当于2. 5 μ m的平均粒径和8000目相当 于1. 2μπι的平均粒径。细研磨期间的平均粒径为约3 μ m-10 μ m。如果使用成粗粒的研磨盘，平均粒径大 于10 μ m,并通常最大15 μ m。所述研磨加工工具适于为半导体晶片提供圆形边缘。然而，在边缘磨圆之后，通常 在边缘表面上留下一定的最小粗糙度。在随后的加工步骤中，已经研磨和用刻蚀介质处理过的晶片边缘通常再被抛光。在这种情况下，以特定的力(接触压力)将中心旋转的半导体晶片的边缘压至中 心旋转的抛光鼓上。US 5，989，105公开了这种类型的边缘抛光方法，其中所述抛光鼓包含 铝合金，在所述抛光鼓上施用抛光垫。半导体晶片通常被固定在平面晶片固定器上，即所谓 的卡盘。半导体晶片的边缘伸出卡盘外，以使其自由地接触抛光鼓。在这些常规的边缘抛光方法中，特别是半导体晶片的边缘区域的局部几何学是受 负面影响的。这与下述事实相关，即在这种情况下使用较“软边缘抛光垫”(通常使用施以 硅溶胶的较软抛光垫)，不仅其边缘自身，而且半导体晶片的正面和/或背面上的外缘部分 也被抛光，这可以被解释为硬质边缘“浸入”到施加了抛光剂浆液的抛光垫中。这具有的效 果是不仅在真正的边缘区域，而且在正面和/或背面上的邻近区域都产生了去除。
发明内容
本发明的一个目的是提供所述情况的解决方案，并避免现有技术的缺点。本发明的目的可以通过一种抛光半导体晶片的边缘的方法达到，所述方法包括 (a)提供其表面已经被抛光并具有圆形边缘的半导体晶片；(b)将所述半导体晶片固定在 中心旋转的卡盘上，传送半导体晶片和中心旋转的抛光鼓，并将半导体晶片和抛光鼓彼此 压在一起，同时持续供应不含固体的抛光剂溶液，由此抛光半导体晶片的边缘，其中所述抛 光鼓相对于所述卡盘是倾斜的，并且在其上施用含有固着磨料的抛光垫。
具体实施例方式本发明的优选实施方案在从属权利要求中被保护或在下面进行描述。本发明基于连续边缘抛光，其基于固着磨料抛光技术。通过固着磨料抛光技术，可以特定的方式影响晶片边缘而不损害半导体晶片的正 面和/或背面上的临近区域，从而例如仅在晶片边缘上设定期望的几何学和表面性能。所用的FAP垫相比标准的抛光垫明显更硬并且压缩性大大降低，而且具有的优势 是不用碱性装填的硅溶胶，例如仅通过使用碱性溶液即产生去除，这还额外地避免了抛光 剂夹带到晶片的正面上，从而避免了由于初期刻蚀对晶片表面产生的负面影响，例如增加 缺陷率如LLS (局部光散射物)。随后可以根据需要在同一个FA抛光垫上进行使用温和去除性硅溶胶的短时软抛 光步骤，以降低边缘粗糙度和边缘缺陷率。这两个抛光步骤可以彼此协调，以使对晶片边缘几何学和表面产生特定的正面影 响，而没有对晶片正面和晶片背面上的晶片部分位置产生负面影响。首先，提供已经通过DSP (双面抛光)抛光的半导体晶片。所述半导体晶片具有圆 形边缘(通过在前说明的现有技术中的边缘研磨法产生的)。用抛光鼓抛光所述半导体晶片，同时供应碱性溶液，在所述抛光鼓的表面上粘合 的是硬质和压缩性非常低的抛光垫，所述抛光垫含有固着磨料。优选的是，随后在第二步骤中，在同一个抛光垫上实施平滑步骤，同时供应硅溶 胶，如含有约1重量％的SiO2的Glanzox 3900。Glanzox 3900是Fujimi Incorporated，Japan生产的浓缩液形式的抛光剂浆液 的商品名。所述浓缩液的基础溶液的PH为10.5，并含有约9重量％的平均粒径为30-4011111 的胶体SiO2。已经发现，现有技术中观察到的对半导体晶片的边缘区域中的局部几何学的损伤 可以通过本发明的方法避免。另一个优势是避免了在边缘抛光的去除步骤中的抛光剂夹带，从而避免了由于不 受控制的初期刻蚀而产生表面缺陷。本发明特别涉及直径为300mm或更大，尤其优选直径为450mm的半导体晶片的加工。特别优选硅作为半导体材料。在边缘抛光期间使用的抛光剂溶液最简单的情况下是水，优选具有通常用于半导 体工业的纯度的去离子水(DIW)。
然而，抛光剂溶液也可以含有化合物如碳酸钠(Na2CO3)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钠 (NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)、氢氧化四甲铵(TMAH)或任何期望的其混合物。尤其优选使用碳酸钾。抛光剂溶液的pH值优选为10-12，并且所述化合物在抛光剂溶液中的比例优选为 0. 01-10重量％，特别优选0. 01-0. 2重量％。而且，抛光剂溶液可以含有一种或多种其它添加剂，例如表面活性添加剂如润湿 剂和表面活性剂、作为保护性胶体的稳定剂、防腐剂、生物杀灭剂、醇和配位剂。含有磨料的抛光剂用于边缘抛光的第二优选步骤中。抛光剂浆液中磨料的比例优选为0. 25-20重量％，特别优选0. 25-1重量％。磨料颗粒的粒径分布优选为明显的单峰分布。平均粒径为5-300nm，特别优选5_50nm。所述磨料包括机械去除衬底材料的材料，优选元素铝、铈或硅的一种或多种氧化 物。含有胶体分散二氧化硅的抛光剂浆液是特别优选的。在边缘抛光的第二步骤中，与第一步骤相反，优选不添加添加剂，如碳酸钠 (Na2CO3)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)、氢氧化四甲 铵(TMAH)。然而，抛光剂浆液可以含有一种或多种其它添加剂，例如表面活性添加剂如润湿 剂和表面活性剂、作为保护性胶体的稳定剂、防腐剂、生物杀灭剂、醇和配位剂。依据本发明的方法使用含有其中粘合有磨料的抛光垫(FAP垫或FA垫)。适合的磨料包括例如元素铈、铝、硅、锆的氧化物颗粒和诸如碳化硅、氮化硼和金 刚石的硬质材料的颗粒。特别合适的抛光垫具有多个重复的微结构赋予的表面形貌。这些微结构(“柱”) 具有例如横截面为圆柱形或多边形的柱状或者角锥状或平截头角锥状。例如在WO 92/13680A1和US 2005/227590A1中有对所述抛光垫更详细的描述。特别优选使用粘合在抛光垫上的氧化铈颗粒，也参见US 6602117B1。FAP抛光垫的平均粒径优选为0. 1-1. Oym,特别优选0. 1-0. 25 μ m。具有多层结构的抛光垫特别适于实施本方法，所述多层结构包括含磨料层、由硬 塑料构成的层以及顺应无纺层，其中这些层通过压敏粘合剂层彼此粘合。所述由硬塑料构成的层优选包括聚碳酸酯。抛光垫还可以包括由聚氨酯泡沫构成的层。在这种情况下，抛光垫的其中一层是顺应的。顺应层优选是无纺层。顺应层优选包括聚酯纤维。由浸渍有聚氨酯的聚酯纤维构成的层是特别优选的 (“无纺”)。通过顺应层，垫的高度可以调节和连续转变。顺应层优选对应于抛光垫的最底层。位于其上的优选是由聚氨酯构成的泡沫层， 例如其通过粘合剂层固定在顺应层上。位于PU泡沫上的是由更硬的硬质材料构成的层，优 选由硬塑料构成的，对此例如聚碳酸酯是适合的。位于该硬质层上的是具有微重复结构的层，即真正的固着磨料层。然而，顺应层也可以位于泡沫层和硬质层之间，或直接位于固着磨料层之下。优选通过压敏粘合剂层(PSA)将各个层彼此固定。本发明人发现，不含有通常在现有技术的FAP抛光垫中存在的PU泡沫层的抛光垫 能得到良好的结果。在这种情况下，抛光垫包含具有微重复结构的层、顺应层和由硬塑料如聚碳酸酯 构成的层，其中所述顺应层可以在抛光垫的中间，或者在抛光垫的最底层。这些新颖的抛光垫特别适用于多板抛光机(产自Applied Materials, Inc.的 AMAT Reflection)。所述抛光机包含5区膜行星轮，其允许在5个区中设定不同的压力轮 廓。与顺应抛光垫结合，在抛光晶片的几何学上得到显著的结果。所用的FAP抛光垫的粒径优选大于或等于0. 1 μ m并小于或等于1. 0 μ m，特别优选 为 0. 1-0. 25 μ m。市售自动边缘抛光机适合实施依据本发明的方法。在这种情况下，将半导体晶片固定在中心旋转的卡盘上，半导体晶片伸出卡盘外。 将相对于卡盘倾斜特定角度的并且在其上使用FAP抛光垫的中心旋转抛光鼓与装有半导 体晶片的卡盘彼此传送并以特定接触压力彼此压着，同时连续供应抛光剂。在边缘抛光期间，固定有半导体晶片的卡盘中心旋转。优选的是，卡盘的一次旋转持续20-300S，特别优选50_150s (旋转时间)。覆盖有抛光垫并且以βΟΟ-ΙδΟΟπ ιΓ1，特别优选δΟΟ-ΙΟΟΟπ ιΓ1的转速优选中心旋 转的抛光鼓与卡盘彼此传送，所述抛光鼓相对于半导体晶片倾斜设定的角度，半导体晶片 固定在卡盘上使得其略微伸出卡盘外，从而可与抛光鼓接触。所述设定的角度优选为30-50°。半导体晶片和抛光鼓用特定的接触压力彼此压着，同时连续供应抛光剂，优选抛 光剂的流速为0. l-11/min，特别优选0. 15-0. 401/min，其中接触压力可以依据附着在辊上 的重量设定，优选为l_5kg，特别优选2-4kg。抛光鼓和半导体晶片优选在半导体晶片或装 有半导体晶片的卡盘旋转2-20圈，特别优选2-8圈之后彼此远离。实施例对于Speedfam EP300-IV型的边缘抛光机，通过实施例，下列设定的参数适于实 施依据本发明的方法(如果适当的话，当实施依据本发明的方法时优选的范围表示在括号 中)-抛光期间的接触压力3·0kg(l· 0-5. 0kg)-抛光鼓的旋转速度800RPM(300-1500 RPM)-卡盘/半导体晶片的旋转速度85秒/圈(20-300秒/圈)-半导体晶片的圈数4(2_20圈)-抛光剂流速:300ml/min(lOO-lOOOml/min)-抛光剂浓度例如0.8% K2CO3 (不重要，任何其它期望的浓度也可以)-抛光剂类型例如5%SiO2 Levasi 1 200，产自Bayer，其它许多也是可能的。-相对于晶片设定的抛光鼓的角度40°(30-50° )-抛光垫固着磨料抛光垫，例如包含氧化铈颗粒，粒径为0.1-0. 25 μ m
-抛光持续时间340秒(150-600秒)
权利要求
一种用于抛光半导体晶片边缘的方法，其包括(a)提供其表面已经被抛光并具有圆形边缘的半导体晶片；(b)将所述半导体晶片固定在中心旋转的卡盘上，传送该半导体晶片和中心旋转的抛光鼓，并将半导体晶片和所述抛光鼓彼此压在一起，同时持续供应不含固体的抛光剂溶液，由此抛光半导体晶片的边缘，其中所述抛光鼓相对于所述卡盘是倾斜的，并且在其上施用含有固着磨料的抛光垫。
2.权利要求1所述的方法，其中所述抛光剂溶液是水、或者化合物碳酸钠(Na2CO3)、碳 酸钾(K2CO3)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)、氢氧化四甲铵(TMAH)或 其任何期望的混合物的水溶液。
3.权利要求2所述的方法，其中所述抛光剂溶液的pH值为10-12，并且所述化合物在 该抛光剂溶液中的比例为0.01-10重量％。
4.权利要求1-3之一所述的方法，其中在第一次边缘抛光后，进行第二次边缘抛光，但 是供应含有磨料的抛光剂浆液。
5.权利要求4所述的方法，其中依据步骤c)和d)所述磨料在所述抛光剂浆液中的比 例优选为0. 25-20重量％。
6.权利要求4或5所述的方法，其中所述抛光剂浆液中的磨料包括元素铝、铈或硅的一 种或多种氧化物。
7.权利要求6所述的方法，其中所述抛光剂浆液含有胶体分散二氧化硅。
8.权利要求7所述的方法，其中所述抛光剂浆液的pH值为9-11.5。
9.权利要求8所述的方法，其中所述抛光剂浆液的pH值通过选自以下组中的添加 剂来设定碳酸钠(Na2CO3)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵 (NH4OH)、氢氧化四甲铵(TMAH)或这些化合物的任何期望的混合物。
10.权利要求1-9之一所述的方法，其中所用的抛光垫含有选自以下的磨料元素铈、 铝、硅或锆的氧化物颗粒或诸如碳化硅、氮化硼或金刚石的硬质材料的颗粒。
11.权利要求10所述的方法，其中所述抛光垫含有氧化铈颗粒。
12.权利要求10或11所述的方法，其中所述磨料的平均粒径为0.1-1 μ m。
13.权利要求12所述的方法，其中所述磨料的平均粒径为0.1-0. 25 μ m。
14.权利要求10-13之一所述的方法，其中在含有磨料的层的一侧，所述抛光垫包含由 硬塑料构成的层以及顺应无纺层，其中这些层通过压敏粘合剂层彼此粘合。
15.权利要求14所述的方法，其中所述由硬塑料构成的层包括聚碳酸酯。
16.权利要求14或15所述的方法，其中所述抛光垫还包含由聚氨酯泡沫构成的层。
17.权利要求14-16之一所述的方法，其中所述顺应层包括聚酯纤维。
18.权利要求1-17之一所述的方法，其中所述半导体晶片是由直径为300mm或更大的 单晶硅构成的晶片。
全文摘要
本发明涉及一种用于抛光半导体晶片的边缘的方法，其包括(a)提供其表面已经被抛光并具有圆形边缘的半导体晶片；(b)将所述半导体晶片固定在中心旋转的卡盘上，传送该半导体晶片和中心旋转的抛光鼓，并将半导体晶片和所述抛光鼓彼此压在一起，同时持续供应不含固体的抛光剂溶液，由此抛光半导体晶片的边缘，其中所述抛光鼓相对于所述卡盘是倾斜的，并且在其上施用含有固着磨料的抛光垫。
文档编号H01L21/02GK101930908SQ20101016189
公开日2010年12月29日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年6月24日
发明者J·施万德纳 申请人:硅电子股份公司