CN109983562A - 双面研磨装置用载体、双面研磨装置及双面研磨方法 - Google Patents

双面研磨装置用载体、双面研磨装置及双面研磨方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双面研磨装置用载体，在将半导体硅晶圆双面研磨的双面研磨装置中将该双面研磨装置用载体设置于各别贴附有研磨布的上下定盘之间，且该双面研磨装置用载体形成有用于在研磨之际将被夹在该上下定盘之间的该半导体硅晶圆予以支承的支承孔，其中该双面研磨装置用载体为树脂制，与该研磨布接触的表背面的相对于纯水的接触角度的平均值为45°以上60°以下，且表面与背面的接触角度的平均值的差为5°以内。由此提供使用树脂制载体的能提升半导体硅晶圆的研磨率的双面研磨装置用载体，以及使用此物的双面研磨装置及双面研磨方法。

Description

双面研磨装置用载体、双面研磨装置及双面研磨方法
技术领域
本发明涉及在双面研磨半导体硅晶圆之际，将半导体硅晶圆予以支承的双面研磨装置用载体、使用此载体的双面研磨装置及双面研磨方法。
背景技术
在将半导体硅晶圆(以下，亦仅称为硅晶圆或晶圆)的双面以抛光等予以同时地研磨之际，通过双面研磨装置用载体而将晶圆予以支承。双面研磨装置用载体形成为比晶圆薄的厚度，具有用于支承晶圆的支承孔。晶圆被插入此支承孔而被支承，此载体设置于双面研磨装置的上定盘及下定盘之间的规定位置。将研磨布贴附于此上定盘及下定盘而将晶圆的上下表面夹住，将研磨剂(研磨浆)供给至上下定盘间的同时进行双面研磨(专利文献1)。
如同上述的双面研磨装置用载体，根据其基板材质、设计、表面状态(包覆或粗糙度等)而存在有各式各样者。
其中，树脂基板(树脂制载体)为轻量且低价，且不须如金属基板(金属制载体)般于支承孔必须具有用于保护晶圆周缘部的嵌件，而拥有简单的构造的长处。
[先前技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2015-123553号公报
发明内容
[发明所欲解决的问题]
但是，另一方面，相比于金属制载体，树脂制载体的晶圆的研磨率低约四成左右，对双面研磨晶圆的生产性有问题。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种使用了树脂制载体的能提升半导体硅晶圆的研磨率的双面研磨装置用载体，以及提供使用了此物的双面研磨装置及双面研磨方法。
[解决问题的技术手段]
为了达成上述目的，本发明提供一种双面研磨装置用载体，在将半导体硅晶圆予以双面研磨的双面研磨装置之中将该双面研磨装置用载体设置于各别贴附有研磨布的上定盘及下定盘之间，且该双面研磨装置用载体形成有支承孔，该支承孔用于在研磨之际将被夹在该上定盘及该下定盘之间的该半导体硅晶圆予以支承，其中该双面研磨装置用载体为树脂制，与该研磨布接触的表面及背面的相对于纯水的接触角度的平均值为45°以上60°以下，且该表面与该背面的接触角度的平均值的差为5°以内。
如此的双面研磨装置用载体，使通过该载体所支承的半导体硅晶圆双面研磨之际的研磨率，相比于使用已知的树脂制的双面研磨装置用载体的情况，能显著地提升，能提高双面研磨晶圆的生产性。
再者，树脂制的该双面研磨装置用载体能由树脂积层板所构成，该树脂积层板能由将亲水性的纤维基材予以浸渍树脂而成。
作为树脂制的双面研磨装置用载体，常使用将纤维基材浸渍树脂的树脂基层板。因此，本发明是为使用以往使用的材料而能制造，能简便地准备。再者，通过使用如此的亲水性的纤维基材，易于形成如同上述的对纯水有接触角度的有亲水性的表面。
再者，该树脂基层板，该亲水性的纤维基材的表面露出率能为50％以上。
如此的话，双面研磨装置用载体的表背面，能更确实地满足如同上述的对于纯水的接触角度的条件。
再者，本发明提供一种双面研磨装置，包含：上定盘及下定盘，分别贴附有研磨布；研磨浆供给机构，将研磨浆供给至该上定盘及该下定盘之间；以及双面研磨装置用载体，设置于该上定盘及该下定盘之间，且形成有用于在研磨之际将被夹在该上定盘及该下定盘之间的半导体硅晶圆予以支承的支承孔，其中，作为该双面研磨装置用载体，包含上述本发明的双面研磨装置用载体。
如此的双面研磨装置，能使双面研磨半导体硅晶圆之际的研磨率，相比于使用设置有已知的树脂制的双面研磨装置用载体的双面研磨装置的情况，显著地提升。由此能提升双面研磨晶圆的生产性。
再者，本发明提供一种双面研磨方法，将半导体硅晶圆予以双面研磨，其中将上述本发明的双面研磨装置用载体予以设置于各别贴附有研磨布的上定盘及下定盘之间，将该半导体硅晶圆予以支承于形成在该双面研磨装置用载体的支承孔，将研磨浆供给至该上定盘及该下定盘之间的同时进行双面研磨。
如此的双面研磨方法，相比于已知者，能使研磨率显著地提升，能提升生产性。
〔对照先前技术的功效〕
如同以上，根据本发明的双面研磨装置用载体及具有此物的双面研磨装置及双面研磨方法，相比于使用已知的树脂制的双面研磨装置用载体的情况，能显著地提升研磨率的缘故，而能提高生产性。
附图说明
图1是显示本发明的双面研磨装置用载体及双面研磨装置的一范例的纵向剖面图。
图2是显示以平面观看的双面研磨装置的一范例的内部构造图。
图3是显示树脂制的载体(本发明品)的表面的一范例的摄影画面。
图4是显示树脂制的载体(已知品)的表面的另一范例的摄影画面。
图5是比较实施例及比较例的研磨率的图。
具体实施方式
为了解决前述的课题，本发明人进行了锐意研究的结果，得知了树脂制载体表面的亲水性对半导体硅晶圆的研磨率给予贡献。
本发明人通过相对于纯水的接触角度的测定而将亲水性定量化，找出了当表背面的接触角度平均值为45°以上60°以下，且表面与背面的接触角度的平均值的差为5°以内，能使晶圆的研磨率提升许多，而完成了本发明。
以下，虽然参考图式而说明关于本发明的实施例，但是本发明并非限定于此。
图1是具有本发明的双面研磨装置用载体的本发明的双面研磨装置的一范例的纵向剖面图，图2是以平面观看的双面研磨装置的内部构造图。
如图1、图2所示，具有本发明的双面研磨装置用载体1(以下，亦仅称为载体)的本发明的双面研磨装置2具有朝上下相对向设置的下定盘3及上定盘4，于各个定盘3、4的对向面侧各别贴附有研磨布5。作为研磨布5，能使用例如发泡聚氨酯垫。
再者，于上定盘4的上部，设置有将研磨浆供给至上定盘4及下定盘3之间的研磨浆供给机构6(喷嘴7，以及上定盘4的贯穿孔8)。作为研磨浆，能使用含有胶质氧化硅的无机碱水溶液。
然后，在图1、图2所示的范例中，于上定盘4及下定盘3之间的中心部设置有太阳齿轮9，周缘部设置有内齿轮10，为4way式的双面研磨装置。
另外，本发明的双面研磨装置，并未限定于如此的行星齿轮方式，亦能为摆动方式。
半导体硅晶圆W支承于载体1的支承孔11，夹住在上定盘4及下定盘3之间。
此载体1为树脂制，与研磨布5接触的表背面的相对于纯水的接触角度的平均值为45°以上60°以下，且表面与背面的接触角度的平均值的差为5°以内。此本发明的载体1满足了如同上述的接触角度的条件，由此能使晶圆W的研磨率相比于使用已知的树脂制载体的情况提升许多。例如能使研磨率提升10％以上，进一步25％以上，或是更进一步。根据比较的已知品，根据本发明亦能使研磨率为倍数以上。其结果，能使双面研磨晶圆的生产性提高许多。
另外，载体的接触角度测定，能使用例如协和界面科学股份公司的PCA-11。测定是例如逐单面将纯水2.0μL的液滴滴下至五个地方，由影像解析求得接触角度，该些的平均值能作为单面的平均值。然后考虑表背的情况，能以表面的平均值及背面的平均值算出平均值及差。但是，接触角度测定方法并非限定于此，能届时而决定。因应必要，也能并非五个地方，而以其以上(或是其以下)而进行测定而得到平均值。
再者载体1为满足上述规定的接触角度条件的树脂制者即可，形成材料并未特别限定。
较佳而言，载体1由树脂基层板所构成，作为其形成材料的一范例，能使用将亲水性的纤维基材浸渍树脂的复合材料(FRP)。作为纤维基材，能例举玻璃、液晶聚合物、纤维素等。作为树脂，能例举环氧、芳纶、苯酚等。这些材料本身自以往就常被使用，能简便地准备而制造载体1。但是，本发明中表背面的亲水性有调整。若为这些材料，易于载体形成适当的亲水性的表面，对于满足上述接触角度条件一事为有效。
另外，上述树脂基层板，若亲水性的纤维基材的表面露出率为50％以上，能更确实地满足上述的接触角度条件。特别是载体1的表面及背面的双面一同，其纤维基材的表面露出率为50％以上为佳。然而，当然本发明并非限定于此，根据使用的纤维基材、树脂等，能自由地调整纤维基材的表面露出率，最终满足上述的接触角度条件即可。
将如此的亲水性的纤维基材的表面露出率调整至适当的范围的对应，能通过以比实际研磨晶圆更机械的条件研磨载体而调整。例如，能通过研磨垫使用发泡聚氨脂垫且供给含有硅磨粒的研磨浆而研磨而使纤维基材露出。
于此，将使用玻璃纤维作为亲水性的纤维基材的情况的，相对于纯水的接触角度为50.7°时的表面的一范例示于图3(本发明品)。为以暗场显微镜拍摄该载体1的表面的影像。黑色为玻璃纤维。玻璃纤维的表面露出率为67％。
另一方面，将接触角度为66.8°时的一范例示于图4(已知品)。此时的玻璃纤维的表面露出率为36％。
玻璃纤维的露出率高的一方，接触角度降低。
如此，根据亲水性的纤维基材的表面露出率而接触角度易于不同的缘故，能届时而适当地调整表面露出率，而得到满足上述接触条件的载体1。
然后，如图1、图2所示，于太阳齿轮9及内齿轮10的各齿部啮合有载体1的外周齿，伴随上定盘4及下定盘3通过未图式的驱动源而旋转，载体1自转的同时绕着太阳齿轮9公转。此时，晶圆W通过载体1的支承孔11而被支承，通过上下的研磨布5同时地研磨双面。另外，于研磨时，自喷嘴7通过贯穿孔8而供给研磨浆。
如此的双面研磨装置，具有本发明的载体1，能使晶圆W的研磨率大大地提升，并且连贯到双面研磨晶圆的生产性的提升。
再者，本发明的双面研磨方法中，于各别贴附有研磨布的上下定盘之间，设置上述本发明的双面研磨装置用载体，将该半导体晶圆支承于形成于该双面研磨装置用载体的支承孔，将研磨浆供给至该上下定盘间而双面研磨。如此一来，相比于使用已知的双面研磨装置用载体进行双面研磨的情况，能使研磨率显著地提升，而使生产性提升。
具体而言，例如，如图1、图2所示，将晶圆W支承于载体1的支承孔11内。将支承有晶圆W的载体1插入双面研磨装置2的上定盘3及下定盘4之间。然后，以研磨浆供给装置6将研磨浆供给至研磨面的同时，使上定盘3及下定盘4旋转并使载体1自转及公转。如此一来，通过将晶圆W的双面滑接于研磨布5而能进行晶圆W的双面研磨。
[实施例]
以下表示实施例及比较例而具体地说明本发明，但是本发明并非限定于此。
[实施例1-3]
准备了接触角度条件不同的本发明的双面研磨装置用载体。然后，准备图1所示的双面研磨装置，于上下定盘之间，将支承于双面研磨装置用载体的支承孔的半导体硅晶圆夹住，供给研磨浆的同时双面研磨。
然后，双面研磨后，洗净晶圆，由研磨前后的厚度的差计算出研磨率。
研磨加工及测定条件如同下列。
·晶圆使用直径300mm的P型单晶硅晶圆。
·研磨装置使用不二越机械工业股份公司的DSP-20B。
·研磨垫使用邵氏A硬度90的发泡聚氨脂垫。
·载体使用将玻璃纤维浸渍环氧树脂的FRP。
·研磨浆使用含有硅磨粒，平均粒径35nm，磨粒浓度1.0wt％，pH 10.5的KOH基底之物。
·加工荷重设定为100gf/cm2。
·加工时间设定为使晶圆厚度与载体相同。
·各驱动部的旋转速度设定为，上定盘：-13.4rpm，下定盘：35rpm，太阳齿轮：25rpm，内齿轮：7rpm。
·研磨垫的修整通过将电沉积有钻石磨粒的整修板以规定压力将纯水流过的同时滑接于上下研磨垫而进行。
·SC-1洗净以条件为NH4OH:H2O2:H2O＝1:1:15而进行。
·一批次五片的各晶圆的前后厚度差以Nanometro(黑田精工股份公司制)测定，将该五片份的厚度差的平均值除以研磨时间而求得了研磨率。
·载体的接触角度测定，使用协和界面科学股份公司的PCA-11。测定是逐单面将纯水2.0μL的液滴滴下至五个地方，由影像解析求得接触角度，将该些的平均值作为单面的平均值。然后考虑表背的情况，以表面的平均值及背面的平均值计算出平均值(Ave)及差(Dif)。
[比较例1-4]
准备了接触角度为本发明的范围外的已知的双面研磨装置用载体。
准备了除了双面研磨装置用载体以外则与实施例同样的双面研磨装置，与实施例同样地进行半导体硅晶圆的双面研磨、洗净、计算出研磨率。
将实施例1-3、比较例1-4的载体的接触角度条件及研磨率汇整示于表1。再者，将关于研磨率的图表化示于图5。另外，表1、图5的研磨率，两者皆是以比较例2的研磨率而归一化。
另外，实施例1-3满足了相对于纯水的接触角度的条件A：45°≦Ave≦60°，条件B：Dif≦5°，比较例1-4同时未满足条件A、B，或仅满足其中任一者。
【表1】
如表1及图5所示，相比于使用最多仅满足本发明中的接触角度条件A、B的其中一者的双面研磨装置用载体的比较例1-4，使用满足本发明中的接触角度条件A、B两者的双面研磨装置用载体及双面研磨装置的实施例1-3，任一者皆能提升研磨率。
例如，相对于基准的比较例2(研磨率：1.00)，实施例1为1.13，提升了10％以上。再者，实施例3为1.25，也提升了25％。然而，如同将比较例4(0.50)与实施例3(1.25)相比所得知，得到了两倍以上的研磨率。
由实施例与比较例的比较，得知本发明中的接触角度条件的上限下限的数值有临界性。例如，比较例4(研磨率：0.50)中Ave、Dif的组合为[42°、2°]，实施例3(1.25)为[45°、2°]。如此，通过Ave是否为45°以上，能使研磨率飞跃地提升。
另外，比较例4中，观察到使用后的双面装置用载体有损耗。
再者，如同由比较例2(研磨率：1.00)[64°、3°]与实施例1(1.13)[60°、3°]的比较所得知，通过Ave为60°以下能使研磨率提升至1.1倍以上。
再者，如同由比较例3(研磨率：0.67)[55°、7°]与实施例2(1.17)[53°、5°]的比较所得知，通过Dif为5°以内能使研磨率提升至1.7倍以上。
此外，本发明并不限定于上述的实施例。上述实施例为举例说明，凡具有与本发明的申请专利范围所记载之技术思想实质上同样之构成，产生相同的功效者，不论为何物皆包含在本发明的技术范围内。

Claims (5)

1.一种双面研磨装置用载体，在将半导体硅晶圆予以双面研磨的双面研磨装置之中将该双面研磨装置用载体设置于各别贴附有研磨布的上定盘及下定盘之间，且该双面研磨装置用载体形成有支承孔，该支承孔用于在研磨之际将被夹在该上定盘及该下定盘之间的该半导体硅晶圆予以支承，其中
该双面研磨装置用载体为树脂制，
与该研磨布接触的表面及背面的相对于纯水的接触角度的平均值为45°以上60°以下，且该表面与该背面的接触角度的平均值的差为5°以内。
2.如权利要求1所述的双面研磨装置用载体，其中树脂制的该双面研磨装置用载体由树脂积层板所构成，该树脂积层板由将亲水性的纤维基材予以浸渍树脂而成。
3.如权利要求2所述的双面研磨装置用载体，其中该亲水性的纤维基材的表面露出率为50％以上。
4.一种双面研磨装置，包含：
上定盘及下定盘，分别贴附有研磨布；
研磨浆供给机构，将研磨浆供给至该上定盘及该下定盘之间；以及
双面研磨装置用载体，设置于该上定盘及该下定盘之间，且形成有用于在研磨之际将被夹在该上定盘及该下定盘之间的半导体硅晶圆予以支承的支承孔，
其中，作为该双面研磨装置用载体，包含如权利要求1至3中任一项所述的双面研磨装置用载体。
5.一种双面研磨方法，将半导体硅晶圆予以双面研磨，其中
将如权利要求1至3中任一项所述的双面研磨装置用载体予以设置于各别贴附有研磨布的上定盘及下定盘之间，将该半导体硅晶圆予以支承于形成在该双面研磨装置用载体的支承孔，将研磨浆供给至该上定盘及该下定盘之间的同时进行双面研磨。
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