CN104903053A - 双面研磨装置用载具及晶圆的双面研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种双面研磨装置用载具，在双面研磨装置中，被配置于各自贴附有研磨布的上磨盘和下磨盘之间，该双面研磨装置用载具形成有保持孔，该保持孔用于在研磨时保持夹在所述上磨盘和下磨盘之间的晶圆，其特征在于，该载具的上下的主要表面部是由β型钛合金所构成，该β型钛合金是使纯钛中含有0.5重量％以上的β稳定元素而成。由此，提供一种耐磨耗性优异且能够降低成本的双面研磨用载具。

Description

双面研磨装置用载具及晶圆的双面研磨方法

技术领域

本发明涉及一种用于在双面研磨装置中保持晶圆的双面研磨装置用载具及晶圆的双面研磨方法。

背景技术

过去，在研磨晶圆的双面时，由于双面研磨装置用载具来保持晶圆，并将该载具配置于双面研磨装置的上磨盘与下磨盘之间的规定位置。该载具形成为比晶圆更薄，且具备用于保持晶圆的保持孔。被研磨的晶圆插入该保持孔内并被保持，晶圆的上下表面被研磨工具夹住，该研磨工具是设置于上磨盘与下磨盘的相对面上的研磨布等，且一边向研磨面供应研磨剂一边进行研磨。

双面研磨时，载具是由太阳齿轮、内齿轮所驱动，晶圆的两个表面与载具的上下的主要表面一起被研磨。在双面研磨中，为了防止载具破损，需要使用强度优异的材质的载具。

由于双面研磨后的晶圆的平坦度是受到载具厚度与晶圆的成品厚度(仕上がり厚み)的差值所影响，因而使用具有会使该差值处于规定范围内(例如，0.5μm以下)的厚度的载具。

但是，如上所述，载具会在晶圆的双面研磨中被研磨，会因磨耗使得厚度减少，因此若重复进行研磨，就变得无法在规定的晶圆成品厚度范围内保持载具厚度与晶圆成品厚度的差值，而变得无法满足所需的晶圆平坦度。例如，在将成品厚度控制在774～778μm之间的情形下，磨耗掉4μm的载具就会无法保持该差值。像这种厚度减少，而变得无法满足所需的晶圆的平坦度的载具会被废弃。

过去的载具的材质是从强度方面考虑而使用金属。此外，在研磨硅晶圆的情形下，由于属于周期表的4A族、5A族的元素污染硅晶圆的危险性小，因此使用钛(Ti)(例如，参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2006-26760号公报

专利文献2：日本专利公开2008-23617号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了延长载具的可使用时间，并改善载具的成本，需要利用耐磨耗性优异的材质的载具。然而，用于过去的载具的钛虽然强度优异，但价格高昂，且因其耐磨耗性低故载具的寿命短。因此，载具的成本变成一个问题。

本发明是鉴于上述的问题而完成，目的在于提供一种耐磨耗性优异且可降低成本的双面研磨用载具。

(二)技术方案

为了达成上述目的，根据本发明，提供一种双面研磨装置用载具，在双面研磨装置中，被配置于各自贴附有研磨布的上磨盘和下磨盘之间，该双面研磨装置用载具形成有保持孔，该保持孔用于在研磨时保持夹在所述上磨盘和下磨盘之间的晶圆，其特征在于，该载具的上下的主要表面部是由β型钛合金所构成，该β型钛合金是使纯钛中含有0.5重量％以上的β稳定元素(β-stabilizing element)而成。

若是这样的载具，由于耐磨耗性优异，因此载具寿命较长，且能够降低成本。

所述载具可以是全体以所述β型钛合金所构成。

若是这样的载具，强度优异，并且能够长时间保持高耐磨耗性来进行研磨。

或者，所述载具可以是通过将所述β型钛合金的被膜覆盖于金属母材的上下主要表面而构成。

若是这样的载具，能够通过β型钛合金的被膜来实现高耐磨耗性并能够降低载具本身的成本。

此外，所述金属母材优选为由纯钛或所述β型钛合金所构成。

若是这样的载具，例如在硅晶圆的研磨时，就不用担心会污染硅晶圆。此外，特别是若将纯钛作为金属母材，则例如能够通过在现有的已磨耗的载具上形成β型钛合金的被膜，使载具再生来再利用，而更能降低成本。

此外，根据本发明，提供一种晶圆的双面研磨方法，其是对晶圆进行双面研磨的方法，其特征在于，在各自贴附有研磨布的上磨盘和下磨盘之间，配置上述本发明的双面研磨装置用载具，将晶圆保持于形成在该双面研磨装置用载具中的保持孔来进行双面研磨。

若是这样的双面研磨方法，由于使用耐磨耗性优异的本发明的载具，能够历经长时间而不用更换载具，得到满足所需平坦度的晶圆。因此，能够降低成本。

(三)有益效果

由于本发明的双面研磨装置用载具，其上下的主要表面部是由β型钛合金所构成，该β型钛合金是使纯钛中含有0.5重量％以上的β稳定元素而成，因此耐磨耗性优异，且载具的寿命长。利用这种载具来双面研磨晶圆的话，则历经长时间也不用更换载具，且能够得到满足所需平坦度的晶圆。因此，能够大幅降低晶圆的制造成本。

附图说明

图1是表示具备本发明的双面研磨装置用载具的双面研磨装置的一例的概略剖面图。

图2是表示图1所示的双面研磨装置的内部结构图。

图3是表示本发明的双面研磨装置用载具的一例的概略图。

图4是表示在实施例、比较例中载具的磨耗率的结果的图。

图5是表示在实施例、比较例中晶圆的GBIR的结果的图。

具体实施方式

以下，针对本发明来说明实施方式，但本发明并不限定于该实施方式。

首先，对本发明的双面研磨装置用载具进行说明。

本发明的双面研磨装置用载具(以下简称为载具)，是用于例如图1、图2所示的双面研磨装置20。如图1、图2所示，双面研磨装置20具备上下相对向设置的上磨盘6和下磨盘7，上磨盘6与下磨盘7各自贴附有研磨布8。在上磨盘6与下磨盘7之间的中心部设置有太阳齿轮9，在边缘部设置有内齿轮10。如图2所示，本发明的载具1形成有用于保持晶圆W的保持孔5。在双面研磨时，载具1以将晶圆W保持在保持孔5内的状态下配置于上磨盘6与下磨盘7之间。

此外，载具1的外周齿啮合太阳齿轮9和内齿轮10的各齿部，随着上磨盘6和下磨盘7通过未图示的驱动源而进行回转，载具1一边自转一边绕着太阳齿轮9公转。此时，以载具1的保持孔5所保持的晶圆W的双面，同时通过上下的研磨布8而被研磨。晶圆的研磨时，研磨液从未图示的喷嘴供应给晶圆的研磨面。

此时，因为载具1的上下的主要表面接触到研磨布8，因此载具的主要表面也会与晶圆的表面一起被研磨，而渐渐地磨耗。

此处，如图3中的(A)所示，在本发明的载具1中，其上主要表面部2和下主要表面部3是由β型钛合金所构成，该β型钛合金是使纯钛中含有0.5重量％以上的β稳定元素而成。若是这样的载具，由于耐磨耗性会变得优异，故能长时间地维持可研磨出满足所需的平坦度的晶圆的状态。即，载具的寿命比现有例如纯钛制的载具还要更长。

如上述那样，在本发明的载具1中，若上下的主要表面部2、3由所述β型钛合金所构成，则并不特别限定主要表面部以外的部分的材质。因此，例如图3中的(B)所示，载具1可以通过将所述β型钛合金的被膜覆盖于金属母材4的上下的主要表面而构成。此时的β型钛合金的被膜可以通过例如溅镀法所形成。

若是这样的载具，则通过以所述β型钛合金的被膜所形成的上下的主要表面部2、3来实现高耐磨耗性，且能够对主要表面以外的部分使用成本低的材质而降低载具本身的成本。此外，对于因反复进行晶圆的研磨且磨耗而变得无法满足所需的平坦度的载具，若形成所述β型钛合金的被膜来增加厚度的话，可显著提高载具的再利用频率，因此能够大幅地改善成本。

在这种情况下，可以将金属母材4设为纯钛。即，通过将β型钛合金的被膜来形成于现有的纯钛制的载具上并再利用，能够更加地降低成本。或者，为了使强度更高，也可以将金属母材4设为所述β型钛合金。不管是哪一种情况，由于在硅晶圆的研磨时都不用担心会污染硅晶圆，故优选。

β稳定元素并没有特别限制，例如可以例举V(钒)、Zr(锆)、Nb(铌)、Mo(钼)、Hf(铪)、Cr(铬)、Mn(锰)、Fe(铁)、Co(钴)、Ni(镍)。若考虑不是稀有金属且价格便宜，以及考虑向硅晶圆的扩散系数小，β稳定元素优选为Fe。

此外，β稳定元素的含量为0.5重量％以上。从耐磨耗性的观点考虑，尤其优选为1.5重量％以上，从硅晶圆的污染抑制的观点考虑，虽然优选为2.0重量％以下，但只要是在0.5重量％以上的话就没特别限定。

虽然图2所示的载具1各自具有一个保持孔5，且各自保持有一片晶圆W，但本发明并不限定于此。例如，也可以是具有多个保持孔5，或者也可以是在各载具内保持多片晶圆W。

此外，为了保护晶圆的边缘部不受载具伤害，可沿着保持孔5的内周部安装树脂制的嵌件(インサート)。

接着，对本发明的晶圆的双面研磨方法进行说明。

在本发明的晶圆的双面研磨方法中，使用上述本发明的载具。

如图1所示，首先，在双面研磨装置20的各自贴附有研磨布8的上下磨盘6、7之间，配置本发明的载具1，该载具1的至少两主要表面部是由上述β型钛合金所构成。

接着，将晶圆W插入并保持于所配置的载具1的保持孔5内。

进而，以各自贴附在上下磨盘6、7上的研磨布8夹住晶圆W的上表面和下表面，一边对该研磨面供应研磨剂一边进行晶圆的双面研磨。此时的研磨条件可以是设为与过去相同的条件。

若是这样进行双面研磨，则通过使用耐磨耗性优异的本发明的载具，能够历经长时间而不用更换载具，而得到满足所需平坦度的晶圆。因此，能够降低成本。

实施例

以下，虽然示出本发明的实施例及比较例以更具体地说明本发明，但本发明并不限于这些例子。

(实施例)

使用图1所示的具备如图3中的(A)所示的本发明的载具的双面研磨装置，来评价载具的磨耗率。

制作本发明的载具，该载具是以使纯钛中含有Fe的β型钛合金来构成全体。此处，分别制作5个使β型钛合金的Fe含量变化的载具A(0.5重量％)、B(1.0重量％)、C(1.5重量％)、D(2.0重量％)。此外，将载具的厚度设为770μm，沿着保持孔的内周部装有树脂制的嵌件。另外，Fe的含量是利用荧光X射线分析法(X-ray florescentanalysis)所测得。

载具的磨耗率的评价，是如图2所示地将5个具有相同Fe含量的载具以未保持晶圆的状态配置于双面研磨装置，与晶圆研磨时同样地运转双面研磨装置，并根据每单位时间的载具厚度的减少，来计算出载具的磨耗率。

作为此时研磨的条件是设定如下：

研磨布是使用发泡氨基甲酸乙酯型；

研磨剂是将含有胶态二氧化硅的碱性溶液回收重复使用；

施加于研磨面的表面压力为200g/cm²。

载具的厚度是测量遍及保持孔的周边的整个周围400个点，并将测量出的厚度的平均值用于计算磨耗率。

表1及图4表示磨耗率的结果。如表1及第4图所示，与后述的比较例的结果相比，磨耗率大幅降低。此外，载具的磨耗率是随着β型钛合金中的Fe含量增加而减少，而Fe含量在1.5重量％以上(载具C、载具D)时磨耗率的降低已达饱和。饱和后的磨耗率为0.04μm/h。

接着，除了将厚度设为771μm以外，使用与上述载具D(Fe含量2.0重量％)相同的载具，对直径300mm的硅晶圆进行双面研磨，并评价研磨后的晶圆的平坦度(GBIR：总体背面理想范围；GlobalBack-Side Range)。此时，晶圆的成品厚度成为775μm。

研磨条件如下所述。使用与评价上述载具的磨耗率时所用的相同的双面研磨装置及研磨剂，每批研磨5片晶圆。将施加于双面研磨的晶圆上的表面压力设定为200g/cm²。

研磨后的晶圆的GBIR的测量是使用平坦度测量器(黑田精工制造，Nanometoro 300TT)。此时，根据同一批研磨的5片晶圆的GBIR的平均值来计算出晶圆的GBIR。

图5表示GBIR的结果。如图5所示，在实施例中，载具的使用时间超过45,000分钟后GBIR就开始劣化，使用到载具的使用时间达50,000分钟时的GBIR为0.25μm，此时的载具的厚度为767μm。

另一方面，在后述的比较例中，使用到载具的使用时间达20,000分钟时的晶圆的平坦度为0.35μm。

这样，与后述的比较例相比，在实施例中能够更长时间地抑制晶圆的平坦度的恶化，且载具的寿命较长。

更进一步地，在实施例中，对于已使用50,000分钟的载具的两个主要表面，通过Ar溅镀法覆膜上Fe含量为2.0重量％的β型钛合金。在上下主要表面覆膜的β型钛合金的厚度合计为4μm，覆膜后的载具的厚度与开始研磨前相同，为771μm。

使用该覆膜后的载具，以与上述相同条件来实施晶圆的双面研磨，结果为，晶圆的GBIR为0.17μm，解决了GBIR的恶化。

之后，即便再使用15,000分钟(从使用开始起65,000分钟)，晶圆平坦度也没有恶化。

(比较例)

除了使用以使纯钛中含有0.2重量％的Fe的β型钛合金来构成全体的载具以外，以与实施例同样的条件来评价载具的磨耗率及晶圆的平坦度(GBIR)。

表1及图4表示磨耗率的结果。如表1及图4所示，磨耗率为0.13μm/h，与实施例相比是恶化的。另外，由于过去的纯钛(不含有β稳定元素)的载具的磨耗率一般是0.14μm/h，因此比较例对于纯钛制载具的改善效果低。

图5表示GBIR的结果。如图5所示，载具的使用时间超过12,500分钟后，GBIR就开始劣化，使用到载具的使用时间达20,000分钟时的晶圆的平坦度为0.35μm，载具的厚度为765μm。这样，在比较例中，只经过了比实施例还短的时间，平坦度就已恶化，载具的寿命较短。

(表1)

另外，本发明并不限于上述实施方式。上述实施方式为例示，凡是具有与本发明的权利要求书所述的技术思想实施相同的结构，并可发挥相同功效的技术方案，都包含于本发明的技术范围中。

Claims (5)

1.一种双面研磨装置用载具，在双面研磨装置中，被配置于各自贴附有研磨布的上磨盘和下磨盘之间，该双面研磨装置用载具形成有保持孔，该保持孔用于在研磨时保持夹在所述上磨盘和下磨盘之间的晶圆，其特征在于，

该载具的上下的主要表面部是由β型钛合金所构成，该β型钛合金是使纯钛中含有0.5重量％以上的β稳定元素而成。

2.根据权利要求1所述的双面研磨装置用载具，其中，所述载具全体以所述β型钛合金所构成。

3.根据权利要求1所述的双面研磨装置用载具，其中，所述载具是通过将所述β型钛合金的被膜覆盖于金属母材的上下的主要表面而构成。

4.根据权利要求3所述的双面研磨装置用载具，其中，所述金属母材是由纯钛或所述β型钛合金所构成。

5.一种晶圆的双面研磨方法，其是对晶圆进行双面研磨的方法，其特征在于，

在各自贴附有研磨布的上磨盘和下磨盘之间，配置如权利要求1至权利要求4中任一项所述的双面研磨装置用载具，将晶圆保持于形成在该双面研磨装置用载具中的保持孔来进行双面研磨。