CN101905442B - 晶圆的双面研磨装置、双面研磨方法及该装置的载体 - Google Patents

晶圆的双面研磨装置、双面研磨方法及该装置的载体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及晶圆的双面研磨装置、双面研磨方法及该装置的载体。该双面研磨装置能够均一地研磨晶圆并且能够有效地防止晶圆的外缘受损。该双面研磨装置包括：下研磨板和上研磨板，其用于研磨晶圆的两面；载体，其具有主体部，在该主体部中形成有用于保持晶圆的通孔。通孔在载体的上表面和下表面中的边缘被涂覆有涂覆层，该涂覆层由耐磨材料组成，并且具有规定的宽度和规定的厚度。树脂垫圈被设置到所述通孔的内周面，该树脂垫圈具有规定的宽度，并且该树脂垫圈的厚度与所述载体的主体部的厚度相同。所述晶圆被保持在所述树脂垫圈中。

Description

晶圆的双面研磨装置、双面研磨方法及该装置的载体
技术领域
本发明涉及晶圆的双面研磨装置及晶圆的双面研磨方法。
背景技术
在研磨半导体晶圆的双面的情况中，使用厚度与成品晶圆的厚度相同的载体以在进行研磨操作时抑制研磨布的消减(subduction)，从而能够生产出具有更优平面度的镜面晶圆，并且晶圆的外边缘未被修圆(round)。
然而，当晶圆的厚度达到成品厚度时，研磨布接触载体。通过该接触，载体被磨损并且载体的厚度减小，从而必须频繁地更换载体。当然，被磨损的载体不能重新使用。此外，当晶圆的厚度达到成品厚度，研磨布接触整个晶圆和载体，所以增加了耐磨性。因此，大载荷被施加到研磨装置，并且需要高功率驱动电源。
日本特开平110254305A号公报公开了一种用于解决上述问题的传统技术。在该技术中，厚度调整构件被设置到载体的通孔(晶圆保持孔)的边缘部以使通孔的边缘部的厚度比载体的主体部的厚度大。利用该结构，能够调整晶圆的成品厚度。此外，当厚度调整构件被磨损时，能够更换该厚度调整构件从而能够防止载体的主体部的磨损，从而能够解决上述问题。
然而，在日本特开平11-254305A号公报中公开的上述传统技术中，厚度调整构件被设置到通孔的边缘部。成品晶圆的外缘厚度一定是比成品晶圆的中央部分的厚度大，成品晶圆的平面度肯定很差，该晶圆的外缘正好位于厚度调整构件内。此外，晶圆的外缘与载体的通孔的内周面碰撞，并且易于受损。
发明内容
因此，本发明的一个方面的目的是提供一种晶圆的双面研磨装置和晶圆的双面研磨方法，该研磨装置和研磨方法能够均一地研磨晶圆并且有效地防止晶圆的外边缘受损。
为了实现该目的，本发明的双面研磨装置的第一基本结构包括：
下研磨板，其具有上表面，并且在该上表面贴附有研磨布；
上研磨板，其被设置在所述下研磨板的上方，并且能够上下移动，所述上研磨板具有下表面，并且在该下表面贴附有研磨布；
载体，其被设置在所述下研磨板与上研磨板之间，并且所述载体具有主体部，在该主体部中形成有用于保持晶圆的通孔；
板驱动单元，其用于使所述下研磨板和所述上研磨板绕各自轴线转动；
载体驱动单元，其用于转动所述载体；以及
研磨液供给源；
伴随着研磨液被供给到所述下研磨板，所述下研磨板、所述上研磨板以及所述载体转动，从而能够研磨夹在所述下研磨板和所述上研磨板之间的晶圆的两面，
所述通孔的在所述载体的上表面和下表面中的边缘被涂覆有涂覆层，该涂覆层由耐磨材料组成，并且具有规定的宽度和规定的厚度，
树脂垫圈被设置到所述通孔的内周面，该树脂垫圈具有规定的宽度，并且该树脂垫圈的厚度与所述载体的主体部的厚度相同，并且
所述晶圆被保持在所述树脂垫圈中。
接着，本发明的双面研磨装置的第二基本结构包括：
下研磨板，其具有上表面，并且在该上表面贴附有研磨布；
上研磨板，其被设置在所述下研磨板的上方，并且能够上下移动，所述上研磨板具有下表面，并且在该下表面贴附有研磨布；
载体，其被设置在所述下研磨板与上研磨板之间，并且所述载体具有主体部，在该主体部中形成有用于保持晶圆的多个通孔；
板驱动单元，其用于使所述下研磨板和所述上研磨板绕各自轴线转动；
载体驱动单元，其用于转动所述载体；以及
研磨液供给源，
伴随着研磨液被供给到所述下研磨板，所述下研磨板、所述上研磨板以及所述载体转动，从而能够研磨夹在所述下研磨板和所述上研磨板之间的晶圆的两面，
所述通孔在所述载体的圆周方向等间隔地配置，并且每个通孔的边缘的一部分接近所述载体的主体部的边缘，
所述载体的下边缘部和上边缘部被涂覆有涂覆层，该载体的边缘部包括所述通孔的部分边缘，所述涂覆层由耐磨材料构成并且具有规定的宽度和规定的厚度，
树脂垫圈分别地被设置到所述通孔的内周面，该树脂垫圈具有规定的宽度，并且该树脂垫圈的厚度与所述载体的主体部的厚度相同，并且
所述晶圆分别地被保持在所述树脂垫圈中。
此外，在本发明的双面研磨装置中完成本发明的双面研磨方法。
当所述晶圆的厚度到达规定的厚度范围时停止研磨操作，该规定的厚度范围在等于所述载体的主体部的厚度的厚度到等于所述主体部的上表面的涂覆层和所述主体部的下表面的涂覆层之间的距离的厚度之间。
在本发明中，能够生产出具有良好平面度的晶圆，该晶圆的上边缘和下边缘不用被修圆而适度地竖立。
通过采用树脂垫圈，能够有效地防止晶圆边缘损坏。
此外，涂覆层由耐磨材料组成，从而能够延长载体的寿命。
借助于在权利要求书中特别指出的元件和组合将实现本发明的目的并且获得本发明的优点。
应当理解，在先的概述以及后面的详细说明是示例性的和解释性的，并且不对如权利要求的发明进行限制。
附图说明
现在将通过示例并参照附图来说明本发明的实施方式，其中；
图1是本发明的双面研磨装置的实施方式的主视图；
图2是常规载体的说明图；
图3是根据本发明的载体的示例的平面图；
图4是示出载体和成品晶圆之间关系的说明图；
图5是垫圈的安装结构的说明图；
图6是根据本发明的载体的另一示例的平面图；
图7是示出由传统的载体所保持的晶圆的说明图；
图8是示出由本发明的载体保持的晶圆的说明图；
图9是本发明的载体的另一示例的平面图；以及
图10是图9中示出的载体的局部放大图。
具体实施方式
现在将参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1是示出双面研磨装置30的实施方式的主视图的说明图；在双面研磨装置30中也可以采用已知基本结构，所以将说明双面研磨装置30的概况(outline)。
双面研磨装置30具有下研磨板32和上研磨板36，下研磨板32的上表面是研磨面，而上研磨板36位于下研磨板32的上方并且能够上下移动，而且上研磨板36的下表面是研磨面。
通过板驱动单元40，使下研磨板32和上研磨板36绕各自轴线沿着相反的转动方向转动。也就是说，通过位于基部构件38上的板驱动构件40使上研磨板36绕其轴线转动。此外，上研磨板36能够上下移动。例如，板驱动单元40具有垂直驱动单元(未示出)，例如，气缸单元。下研磨板32通过电机42绕其轴线转动。
载体44被设置在下研磨板32和上研磨板36之间，每个载体44具有用于保持晶圆的通孔。载体44与中心齿轮(内销齿轮)46和内齿轮(外销齿轮)48接合，从而使载体44绕他们自身的轴线转动，并且绕中心齿轮46运动(见图2)。通过已知的机构(未示出)转动中心齿轮46和内齿轮48。
转盘52位于上研磨板36的上方，并且通过杆50被连接到上研磨板36。利用该结构，转盘52与上研磨板36一起转动。
多个环状管道(图1中示出两个管道54和56)被同轴地固定于转盘52。
研磨液孔60在环状管道54和56的底面开口，研磨液通过该研磨液孔60被向下引导。
研磨液从研磨液供给源64经由管62被供给到环状管道54和56。流量控制阀66被设置到管62的中部。
首先，研磨液被从管62引导到分别从臂68竖立的管70。此外，研磨液被从管70经由分配管(未示出)引导到环状管道54和56。臂68等通过已知部件(未示出)被安装到基部构件38。
用于向下引导研磨液的研磨液孔76形成在上研磨板36中。研磨液孔76是被径向布置并且等间隔的隔开。上研磨板36的研磨液孔76通过供给管78与环状管道54和56的研磨液孔60连通。研磨液经由供给管78被供给到下研磨板32的研磨面。
研磨液从同轴布置的管道的内环形管道54被供给到上研磨板36的位于内侧的三个研磨液孔76，从而使研磨液被供给到下研磨板32的研磨面的内侧区域(inner zone)。
研磨液从同轴布置的管道的外环形管道56被供给到上研磨板36的位于外侧的三个研磨液孔76，从而使研磨液被供给到下研磨板32的研磨面的外侧区域(outer zone)。
已经从下研磨板32向下流出的研磨液经由收集管80和返回管82返回到研磨液供给源64以重新使用。
注意，研磨液供给机构不限于上述包括环状管道的机构，可以采用多种类型的供给机构。
接着，将说明根据本发明的载体44。注意，图2中示出的载体44是一个常规载体。
图3是根据本发明的载体44的平面图；
本实施方式的载体44具有主体部44a，在该主体部44a中形成有3个在圆周方向等间隔地隔开的通孔49。半导体晶圆55(见图4)分别被保持在通孔49中。注意，通孔49的数量不受限制。图6中示出的示例中，载体44具有一个通孔49。
在图3中，研磨液孔61形成在载体44中，通过该研磨液孔61，研磨液被向下引导。
每个通孔49的形成在载体44的主体部44a的上表面和下表面的边缘部被涂覆有涂覆层51，该涂覆层51由耐磨材料组成，并且具有规定的宽度和规定的厚度。
载体44的主体部44a由如不锈钢等金属组成。涂覆层51的合适材料是类金刚石碳(diamond-like carbon，DLC)。
DLC层(膜)可以通过如等离子化学气相沉积(CVD)法(例如，参见日本特开2005-254351A号公报)形成。等离子CVD法是已知的方法，因此省略对其的说明。DLC膜的硬度与金刚石的硬度一样高。此外，DLC膜具有金刚石所不具有的较高的摩阻和低的磨损系数。因此，通过在载体44的主体部44a中形成DLC膜，能够抑制主体部44a的磨损，从而能够延长载体44的寿命。
除了DLC以外，涂覆层51还可以由其他如硬陶瓷的耐磨材料组成。
主体部44a的厚度几乎等于成品晶圆55的厚度，例如，0.7mm～0.8mm。
涂覆层51的适当厚度大约为2μm。此外，涂覆层51的宽度大约是为8mm～15mm，优选地是10mm。
注意，晶圆55的尺寸是8英寸～12英寸。
在本实施方式中，树脂垫圈53分别被安装到通孔49的内周面，该树脂垫圈53的厚度与载体44的主体部44a的厚度相等并且宽度是3mm～6mm，优选地是5mm。树脂垫圈53的内径稍大于晶圆55的直径。晶圆55分别被保持在树脂垫圈53中(见图4)。
垫圈53的材料不受限制。在本实施方式中，垫圈53由环氧树脂组成。
垫圈53的材料比金属软，从而作为缓冲材料的垫圈53能够防止晶圆55的外缘受损。
优选地，垫圈53以可拆卸和可更换的方式被安装到通孔49的内周面。垫圈53由树脂组成，从而树脂垫圈53比载体44的主体部44a更易于被磨损。
为了可拆卸地安装垫圈53，如图5所示，倒梯形突起部57从通孔49的内周面突出，该倒梯形突起部的宽度向内逐渐增加。另一方面，倒梯形突起部59从垫圈53的外周面突出，各倒梯形突起部57中的每一个能够被装配到相邻的突起部57之间的空间或者与突起部57接合。通过使突起部57和59相互接合，垫圈53能够从通孔49拆卸。注意，在一些情况中，树脂垫圈53可以通过粘合剂被粘着到通孔49的内周面。
在本实施方式中，晶圆55被保持在载体44的通孔49中并且晶圆55的两面被研磨。
当晶圆55的厚度(d)到达规定的厚度范围时，停止研磨操作。该规定的厚度范围在等于载体44的主体部44a的厚度(＝树脂垫圈53的厚度)的厚度(d1)到等于主体部44a的上表面中的涂覆层51与主体部44a的下表面中的涂覆层51之间的距离的厚度(d2)之间。即，厚度范围是d1≤d≤d2。
通过如上所述地设置研磨操作的结束点。晶圆能够被平整地研磨而无需修圆外缘部。
通常，研磨布研磨晶圆的外周面，所以晶圆的外缘被修圆。另一方面，晶圆的中央部将被过度研磨，使得晶圆的中央部的厚度比晶圆的外缘部的厚度薄。
如图7所示，根据日本特开平11-254305A号公报，厚度调整构件45被设置在载体44的通孔49的边缘部，以使边缘部比载体44的主体部44a厚。利用该结构，能够调整成品晶圆55的厚度。
然而，在图7中，晶圆55恰好位于厚度调整构件45的内侧。所以晶圆55的外缘部比晶圆55的中央部受到较少的研磨。因此，外缘部将会太厚，所以成品晶圆55的平面度一定较差。
在本实施方式中，垫圈53被设置在与传统技术的厚度调整构件对应的涂覆层51和晶圆55的外缘(上外缘和下外缘)之间，从而使得晶圆55的由研磨布所产生的外缘修圆和由涂覆层51所产生的晶圆55的外缘竖立抵消。因此，晶圆55能够不用修圆外缘而被非常平整地研磨。
此外，发现，即使研磨晶圆55的结束点被设置在厚度范围d1～d2(见图4)之间，晶圆55也能够被均一地研磨。因此，能够易于管理研磨操作的结束点。即使成品晶圆55的厚度在d1和d2之间，该晶圆55也能够被平整地研磨。我们认为原因在于：垫圈53被设置在涂覆层51和晶圆55的外缘之间，其中垫圈53的厚度等于载体44的主体部44a的厚度(d1)并且比主体部44a的上表面的和下表面的涂覆层51之间的距离(d2)小，并且该垫圈53的宽度大约为3mm～6mm。
图8示出了从研磨布58施加到保持在垫圈53中的晶圆55的压力的分布。通过采用具有规定宽度的垫圈53，压力均匀地从研磨布58施加到晶圆55的整个表面。
此外，通过采用垫圈53，能够较大程度地防止晶圆55的上缘和下缘的损伤。
通过形成具有高耐磨性的涂覆层51，能够延长载体44的寿命。
涂覆层51作为磨损抑制部(stopper)，用于抑制用作保持器(retainer)的垫圈53的磨损。通过抑制垫圈53的磨损，能够减小更换垫圈53的频率，并且能够减小研磨操作的成本。
由于涂覆层51形成在载体44的主体部44a的除了垫圈53、销齿轮等以外的有限部分中，能够有效地防止涂覆层51的剥落，从而能够防止晶圆55损伤。
将参照图9和图10说明载体44的另一示例。
在图9和图10中示出的示例中，多个通孔49(图9中示出3个通孔49)在载体44的主体部44a的圆周方向上等间距地隔开，并且每个通孔49的边缘的一部分接近主体部44a的外缘部。载体44的包括通孔49的边缘的接近部分(close part)的上缘部(阴影部)和下缘部(未示出)涂覆有涂覆层51，涂覆层51由耐磨材料组成并且具有规定的宽度和规定的厚度。注意，上缘部(阴影部)形成在主体部44a的上表面，并且下缘部(未示出)形成在主体部44的下表面。
优选地，与图3中所示的示例一样，涂覆层51由DLC组成。
涂覆层51的适当厚度大约为2μm。此外，涂覆层51的适当宽度大约为50mm。
注意，本示例的通孔49被用作保持直径为大约8英寸的晶圆55。
与图3中所示的示例一样，树脂垫圈53分别地被设置到通孔49的内周面，该树脂垫圈53的厚度与主体部44a的厚度相同并且宽度大约是3mm～6mm。晶圆55分别被保持在垫圈53中。
在图9和图10中示出的示例中，涂覆层51未绕着通孔49的整个边缘形成。然而，涂覆层51沿载体44的主体部44a的整个外缘部(上缘部和下缘部)形成。并且涂覆层51包括通孔49的边缘的接近部分。涂覆层51是较宽的，例如50mm宽。此外，垫圈53被设置到通孔49的内周面，该垫圈53的厚度与载体44的主体部44a的厚度相同并且比主体部40的上表面和下表面的涂覆层51之间的距离小。利用该结构，该示例能够获得与图3中所示的示例一样的均一地研磨晶圆55的效果。
此外，能够防止晶圆55的边缘部的受损，并且能够延长载体44的寿命。
这里提到的全部示例和有限制的语言意图用于示教的目的，以帮助读者理解由发明人贡献的本发明及构思，以促进技术之进步，本发明应当被理解为不局限于提到的特定示例和条件，并且说明书中的示例的组织并不是示出本发明的优势和劣势。尽管已经详细说明了本发明的实施方式，应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以作出多种改变、替换和变化。

Claims (10)

1.一种在双面研磨装置中研磨晶圆的晶圆的双面研磨方法，该双面研磨装置包括：下研磨板，其具有上表面，并且在该上表面上贴附有研磨布；上研磨板，其被设置在所述下研磨板的上方，并且能够上下移动，所述上研磨板具有下表面，并且在该下表面上贴附有研磨布；载体，其被设置在所述下研磨板与上研磨板之间，并且所述载体具有主体部，在该主体部中形成有用于保持晶圆的通孔；板驱动单元，其用于使所述下研磨板和所述上研磨板绕各自轴线转动；载体驱动单元，其用于转动所述载体；以及研磨液供给源，其中，伴随着研磨液被供给到所述下研磨板，所述下研磨板、所述上研磨板以及所述载体转动，从而能够研磨夹在所述下研磨板和所述上研磨板之间的晶圆的两面；涂覆层仅被涂覆到所述通孔的在所述载体的上表面和下表面中的边缘，该涂覆层由耐磨材料构成，并且具有规定的宽度和规定的厚度；树脂垫圈被设置到所述通孔的内周面，该树脂垫圈具有规定的宽度，并且该树脂垫圈的厚度与所述载体的主体部的厚度相同，并且所述晶圆被保持在所述树脂垫圈中，
所述晶圆的双面研磨方法的特征在于：当所述晶圆的厚度到达规定的厚度范围时停止研磨操作，该规定的厚度范围在等于所述载体的主体部的厚度的厚度到等于所述主体部的上表面的涂覆层和所述主体部的下表面的涂覆层之间的距离的厚度之间。
2.根据权利要求1所述的晶圆的双面研磨方法，其特征在于，所述涂覆层是类金刚石碳层。
3.根据权利要求1所述的晶圆的双面研磨方法，其特征在于，所述涂覆层的厚度为2μm。
4.根据权利要求1所述的晶圆的双面研磨方法，其特征在于，所述树脂垫圈与所述通孔的内周面可分离地接合。
5.根据权利要求1所述的晶圆的双面研磨方法，其特征在于，所述树脂垫圈的宽度是3mm～6mm。
6.一种在双面研磨装置中研磨晶圆的晶圆的双面研磨方法，该双面研磨装置包括：下研磨板，其具有上表面，并且在该上表面上贴附有研磨布；上研磨板，其被设置在所述下研磨板的上方，并且能够上下移动，所述上研磨板具有下表面，并且在该下表面上贴附有研磨布；载体，其被设置在所述下研磨板与上研磨板之间，并且所述载体具有主体部，在该主体部中形成有用于保持晶圆的多个通孔；板驱动单元，其用于使所述下研磨板和所述上研磨板绕各自轴线转动；载体驱动单元，其用于转动所述载体；以及研磨液供给源，其中，伴随着研磨液被供给到所述下研磨板，所述下研磨板、所述上研磨板以及所述载体转动，从而能够研磨夹在所述下研磨板和所述上研磨板之间的晶圆的两面，所述通孔在所述载体的圆周方向等间隔地配置，并且每个通孔的边缘的一部分接近所述载体的主体部的边缘，涂覆层仅被涂覆到所述载体的下边缘部和上边缘部，该载体的边缘部包括所述通孔的部分边缘，所述涂覆层由耐磨材料构成并且具有规定的宽度和规定的厚度；树脂垫圈分别被设置到所述通孔的内周面，该树脂垫圈具有规定的宽度，并且该树脂垫圈的厚度与所述载体的主体部的厚度相同；并且所述晶圆分别地被保持在所述树脂垫圈中，
所述晶圆的双面研磨方法的特征在于：当所述晶圆的厚度到达规定的厚度范围时停止研磨操作，该规定的厚度范围在等于所述载体的主体部的厚度的厚度到等于所述主体部的上表面的涂覆层和所述主体部的下表面的涂覆层之间的距离的厚度之间。
7.根据权利要求6所述的晶圆的双面研磨方法，其特征在于，所述涂覆层是类金刚石碳层。
8.根据权利要求6所述的晶圆的双面研磨方法，其特征在于，所述涂覆层的厚度为2μm。
9.根据权利要求6所述的晶圆的双面研磨方法，其特征在于，所述树脂垫圈与所述通孔的内周面可分离地接合。
10.根据权利要求6所述的晶圆的双面研磨方法，其特征在于，所述树脂垫圈的宽度是3mm～6mm。
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