CN110418696B - 晶圆的双面研磨方法及双面研磨装置 - Google Patents

晶圆的双面研磨方法及双面研磨装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种晶圆的双面研磨方法及双面研磨装置,该方法在双面研磨装置中,配设多个双面研磨用载体对晶圆进行双面研磨,在准备由配设于上平板及下平板之间的多个双面研磨用载体所构成的载体组时,对载体组的所有多个双面研磨用载体,取得根据使用形状测量机测量双面研磨用载体的形状得到的数据所计算的波纹量,选定载体组内的多个双面研磨用载体之间的波纹量的最大值与最小值之差在固定值以下的载体组而进行准备,将该载体组配设于双面研磨装置而对晶圆进行双面研磨。由此,提供能够抑制使用多个双面研磨用载体进行双面研磨所得的晶圆之间的平坦度的差(参差)的晶圆的双面研磨方法及双面研磨装置。

Description

晶圆的双面研磨方法及双面研磨装置
技术领域
本发明涉及一种使用多个双面研磨用载体对晶圆进行双面研磨的方法及双面研磨装置。
背景技术
在用于将硅晶圆等晶圆平坦化的双面研磨装置中,一般使用设置有用于保持晶圆的工件孔的圆盘状的双面研磨用载体。
作为双面研磨装置,通常使用所谓4路(4way)形式的装置,该装置具备贴附有由无纺布等构成的研磨布(研磨垫)的上平板及下平板,并具有分别在中心部配置太阳齿轮,在外周部配置内齿轮的行星齿轮构造。在这样的双面研磨装置中,在形成于双面研磨用载体(以下也仅称为载体)的单个或多个工件孔的内部插入晶圆并进行保持。
并且,从上平板侧供给泥浆至晶圆,一边使上下平板旋转一边将研磨布推压至晶圆的表里双面,并且使载体在太阳齿轮与内齿轮之间自转公转以同时对各晶圆的双面进行研磨。
另外,已知对经过双面研磨的晶圆的平坦度而言,保持该晶圆的载体的厚度很重要。由此,曾尝试通过使载体的厚度参差减少,以使经过双面研磨的晶圆的平坦度参差减少(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-174168号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
但是,即使载体的厚度均一,也会在载体间各自进行双面研磨时所保持并获得的双面研磨晶圆之间的边缘平坦度产生差异。
本发明鉴于上述问题而做出,其目的在于提供一种晶圆的双面研磨方法及双面研磨装置,其能够抑制使用多个双面研磨用载体进行双面研磨所得的晶圆之间的平坦度差(参差)。
(二)技术方案
为了达成上述目的,本发明提供一种晶圆的双面研磨方法,所述方法为:在双面研磨装置中,在贴附有研磨布的上平板及下平板之间配设多个双面研磨用载体,将晶圆保持于所述多个双面研磨用载体各自所形成的工件孔,且夹入所述上平板及下所述平板之间而进行双面研磨,其特征在于,在准备由配设于所述上平板及所述下平板之间的多个双面研磨用载体所构成的载体组时,对所述载体组的所有所述多个双面研磨用载体,取得根据使用形状测量机测量所述双面研磨用载体的形状得到的数据所计算的波纹量,选定所述载体组内的所述多个双面研磨用载体之间的波纹量的最大值与最小值之差在固定值以下的载体组而进行准备,将所准备的载体组的所述多个双面研磨用载体配设于所述双面研磨装置而对所述晶圆进行双面研磨。
本案发明人通过研究发现双面研磨用载体的波纹(翘曲)会影响双面研磨晶圆的平坦度。并且,如果根据上述的双面研磨方法,则由于选定载体组内多个双面研磨用载体之间的波纹量的最大值与最小值之差在固定值以下的载体组来使用,因此能够抑制由该双面研磨所得的双面研磨晶圆之间的平坦度的差异。因此,能够防止如现有的双面研磨晶圆之间的平坦度产生差异导致平坦度偏离规定值的双面研磨晶圆的比例增加,进而能改善收获率。
此时,在所述波纹量的计算中,可以使用具有激光传感器的三坐标测量机作为所述形状测量机,根据对所述双面研磨用载体的全体进行测量得到的点云数据计算波纹量。
如果根据上述,则能够更加高精度地测量双面研磨用载体的形状,而能够计算出更加正确的波纹量。结果,能够更加适当地选定载体组,并能够防止所得的双面研磨晶圆之间产生平坦度的差异。
另外,可以在所述波纹量的计算中,对全部所测量出的所述点云数据进行平准化,根据将波长20mm以下的噪声成分除去所得的变换点云数据计算所述双面研磨用载体的波纹量。
由此,能够更加适当地计算双面研磨用载体的波纹量。
另外,可以将进行双面研磨的所述晶圆的直径设定为300mm,在所述波纹量的计算中,根据所述变换点云数据,提取从所述工件孔的中心起175mm以内的数据,并将根据提取的数据所计算出的算术平均粗度Sk设定为所述波纹量,在所述载体组的选定中,选定所述多个双面研磨用载体之间的Sk的最大值与最小值之差在10μm以下的载体组。
如果根据上述,则能够利用容易影响双面研磨晶圆的平坦度的工件孔周边的数据计算波纹量,并且由于能够以彼此间平坦度的差异被抑制的状态获得常用的直径300mm的双面研磨晶圆,因此是优选的。
另外,本发明提供一种双面研磨装置,其包含:上平板及下平板,贴附有研磨布;泥浆供给装置,将泥浆供给至所述上平板及所述下平板之间;以及载体组,配设于所述上平板及所述下平板之间,由多个双面研磨用载体构成,所述多个双面研磨用载体各自形成有用于在研磨时保持被夹入所述上平板及所述下平板之间的晶圆的工件孔,其特征在于,所述载体组内的所述多个双面研磨用载体之间的、作为波纹量的算术平均粗度Sk的最大值与最小值之差在10μm以下。
如果根据这样的双面研磨装置,则能够抑制使用该装置进行双面研磨所得的双面研磨晶圆之间的平坦度的差异,从而抑制平坦度的参差,并能够改善收获率。
(三)有益效果
如上所述,如果根据本发明的晶圆的双面研磨方法及双面研磨装置,则能够抑制使用多个双面研磨用载体进行双面研磨所得的晶圆之间的平坦度的差异。由此,能够改善基于平坦度的收获率。
附图说明
图1是显示能够用于本发明的晶圆的双面研磨方法的本发明的双面研磨装置的一例的纵剖面图。
图2是显示以平面观看本发明的双面研磨装置的一例的内部构造图。
图3是显示本发明的晶圆的双面研磨方法的步骤的一例的步骤图。
图4是显示载体的形状测量中测量数据的一例的测量图。
具体实施方式
为了解决上述的问题,本案发明人进行精心研讨,而得知如果双面研磨用载体组内的波纹量之差大则会影响平坦度。
并且本案发明者们发现在由多个双面研磨用载体构成的载体组中,以例如激光式的三坐标测量机等形状测量机测量该载体,根据该测量数据计算载体的波纹量,选定载体组内的载体之间的波纹量的最大值与最小值的差在固定值以下的载体组而用于晶圆的双面研磨,由此能够抑制所得的多个双面研磨晶圆之间的平坦度的差异,进而完成本发明。
以下虽然参照附图说明本发明的实施方式,但本发明并非限定于此。
图1是能够用于本发明的晶圆的双面研磨方法的本发明的双面研磨装置的一例的纵剖面图,图2是以平面观看本发明的双面研磨装置的内部构造图。
如图1、图2所示,具有多个双面研磨用载体1的双面研磨装置2具备上下相对而设置的下平板3及上平板4,各平板3、4的对置面侧分别贴附有研磨布5。作为研磨布5,例如可以使用发泡聚氨酯垫。
另外,上平板4的上部设置有将泥浆供给至上平板4与下平板3之间的泥浆供给机构6(喷嘴7、及上平板4的贯通孔8)。作为泥浆,可以使用含有胶体二氧化硅的无机碱性水溶液。
另外,如图1、2所示,上平板4与下平板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4路式的双面研磨装置。
各个载体1可以是金属制物品。在载体1中,除了供泥浆流通的研磨液孔12,还形成有用于保持半导体硅晶圆等晶圆W的工件孔11。为了保护晶圆W的周缘部不受来自金属制的载体1导致的损伤,沿着载体1的工件孔11的内周部安装有例如树脂制的插入构件。
各载体1的工件孔11的数量并未特别限定,能够根据工件孔11本身的尺寸(所保持的工件W的尺寸)等适当决定。这里,例举在各载体1上形成有一个工件孔的状况为例。
另外,配设于上下平板间的载体1的数量只要为复数则没有特别限定。图2中显示有为5片的例子。将此多个载体1的组合作为一个载体组。
另外,如后所述,预先对实际上配设于上下平板之间的多个载体1各自测量形状,根据该测量数据计算波纹量。并且,载体1之间的该波纹量的最大值与最小值的差(Range)为固定值(以下也称为管理值)以下。
通过设定这样的管理值,管理载体组内的载体1之间的波纹量,能够抑制所得的多个双面研磨晶圆之间的平坦度的差异。该管理值的具体值并无特别限定,可以根据所要求的双面研磨晶圆的平坦度的规格值等而适当确定,但在本发明的双面研磨装置中,可以设定该波纹量(后述的算术平均粗度Sk)的管理值为10μm。即,Range为10μm以下(0μm以上)。
并且,如图1、2所示,太阳齿轮9及内齿轮10的各齿部啮合有载体1的外周齿,伴随着上平板4及下平板3通过图中未显示的驱动源进行旋转,多个载体1进行自转并且绕着太阳齿轮9公转。此时,晶圆W被载体1的工件孔11保持,通过上下的研磨布5而双面同时被研磨。另外,研磨时泥浆从喷嘴7经过贯通孔8供给。
接着,对使用了上述的双面研磨装置1的本发明的晶圆的双面研磨方法进行说明。图3是显示该双面研磨方法的步骤的一例的步骤图。
如图3所示,进行由步骤1、步骤2所构成的载体组的准备,在步骤3中,使用准备好的载体组的多个载体进行晶圆的双面研磨。以下对各步骤进行详述。
(步骤1:双面研磨用载体的形状测量及波纹量的计算)
在准备用于双面研磨的载体组时,首先对构成载体组的所有多个载体的形状进行测量。并且,根据该测量数据计算各个载体的波纹量。
另外,计算波纹量的载体的数量并无特别限定。可以对双面研磨晶圆的制造中经常使用的多个载体组预先进行计算。
这里,用于形状测量的形状测量机并无特别限定,只要能够得到能够适当地计算载体的波纹量的测量数据即可。
例如可以使用东京精密股份有限公司制的装有线激光传感器的三坐标测量机XYZAX-SVA。在使用这样的测量机时,在测量中能够使传感器进行扫描以使关于载体整体的点云点云数据在200万点以上。但是,数据点云点云数并不限定于此,可以根据所需要的形状精度等适当决定。
如果使用这样的测量机进行测量,则能够以更高精度测量载体形状,而能够计算出更加正确的波纹量,进一步能够根据基于该正确的波纹量的Range选择适当的载体组以进行双面研磨。因此,能够更加确实地得到平坦度的差异被抑制的多个双面研磨晶圆。
另外,在上述例子中,虽使用传感器在工件(载体)为停止状态下进行扫描的测量机,但其他也可举出例如黑田精工股份有限公司制的Nanometro FR等。
接着,根据将上述所得的载体相关的点云点云数据整体进行平准化、并且除去波长20mm以下(0mm以上)的噪声成分所得的变换点云点云数据来求取载体的波纹。
通过进行这样的平准化和噪声成分的除去,能够更加适当地计算载体的波纹量。
另外,关于波纹量,如果例如在进行双面研磨的晶圆直径为300mm的情况下,则能够设定根据上述变换点云点云数据的从工件孔中心起175mm以内的数据所求取的算术平均粗度Sk为载体的波纹量。
可以利用容易影响双面研磨晶圆的平坦度的工件孔周边的数据计算波纹量。
另外,这里虽然说明了对300mm这样常用尺寸的晶圆进行双面研磨的情况的例子,但能够根据晶圆尺寸而适当设定数据的提取范围。
进一步,作为具体的波纹量并非限定于算术平均粗度Sk,也可以设为例如能够在所得的双面研磨晶圆的平坦度之间得到良好相关关系的其他参数。
(步骤2:载体组的选定)
接着,从计算了波纹量的多个载体组中选定实际用于双面研磨的载体组。
更加具体而言,选定载体组内的多个载体之间的波纹量的最大值与最小值的差异(Range)在固定值(管理值)以下的载体组。该管理值的具体值并未被特别限定。例如,能够预先调查管理值与实际经双面研磨的晶圆之间的平坦度的差异的相关关系,或是满足关于平坦度的规格值的双面研磨晶圆的比例等,根据该结果而确定。
作为一例,在直径300mm的晶圆中以如前所述的测量数据的提取方法、计算方法求取波纹量时,能够使管理值为10μm。即,能够选定载体组内的载体之间的Sk的最大值与最小值的差在10μm以下(0μm以上)的载体组。如果进行上述操作,则所得到的多个双面研磨晶圆之间的平坦度的差异小,平坦度参差得到抑制,能够以高收获率得到期望的双面研磨晶圆。
(步骤3:双面研磨用载体的配设及晶圆的双面研磨)
接着,将选定的载体组的多个载体配设于双面研磨装置,对保持于各载体的工件孔的晶圆进行双面研磨。
伴随从喷嘴供给泥浆并且使上下平板旋转,使多个载体自转及公转,利用上下研磨布同时研磨多个晶圆的双面。
如果根据上述的本发明晶圆元的双面研磨方法,则能够抑制双面研磨晶圆之间的平坦度的差异。因此,能够防止平坦度偏离规定值的双面研磨晶圆的比例增加,而能够改善收获率。如此,能够解决现有的仅通过进行载体厚度管理的方法所无法解决的问题。
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,但本发明并非限定于这些实施例。
(实施例1)
准备多个由现有那样制造为厚度均一的五片双面研磨用载体所构成的载体组。另外,为用于对直径300mm的晶圆进行双面研磨的载体
并且,如图3的步骤1,关于各载体组内的载体,进行形状测量以及波纹量的计算。测量、计算条件如下。
形状测量使用东京精密股份有限公司制的、装设有线激光传感器的三坐标测量机XYZAX-SVA。
使线激光的激光宽度为24mm(Fh模式),对包含载体的边长540mm的四方形区域以扫瞄速度20mm/sec进行整体测量。
从上述的测量数据提取关于载体的数据331万点。
对上述的点云点云整体进行平准化并除去波长为20mm以下的噪声成份,进一步根据所提取的从工件孔中心起175mm以内的数据求取算术平均粗度Sk。
另外,通过这些一系列的步骤所得的数据的一例显示于图4。
如上所述求得各载体组内的五片载体的波纹量(Sk)后,如图3的步骤2所示,计算在各载体组内的五片载体之间的波纹量的最大值与最小值的差(Range),与预先设定的管理值(10μm)比较,选定在该管理值以下的载体组。
具体而言,选定Range为8.5μm的载体组(Set C)。
并且,如图3的步骤3,将选定的该载体组的五片载体配设于双面研磨装置而进行晶圆的双面研磨。双面研磨的各种条件如下。
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制的DSP-20B。
研磨垫使用邵氏A硬度90的发泡聚氨酯垫。
载体为钛基板,且使用将环氧树脂含浸于玻璃纤维的FRP作为插入件。
泥浆使用含有二氧化硅磨粒、平均粒径35nm、磨粒浓度1.0wt%、pH10.5、以KOH为基质的泥浆。
加工载重设定为150gf/cm2
加工时间设定为使各载体组成为最适当差距(ギャップ)的时间。
另外,对于双面研磨晶圆的边缘形状,通过从晶圆的完成厚度减去载体厚度而得的值(差距)决定。通过本发明,可知波纹量大的载体,在差距为大时呈现良好的边缘平坦度。因此,将实施例1及后述的实施例2及比较例1、2中的加工时间设定为使各载体组成为最适当差距的时间。
对于各驱动部的旋转速度,上平板设定为-13.4rpm,下平板设定为35rpm,太阳齿轮设定为25rpm,内齿轮设定为7rpm。
研磨垫的修整通过使电沉积有金刚石磨粒的修整盘一边以指定压力流动纯水一边与上下研磨垫滑动接触而进行。
SC-1洗净以NH4OH:H2O2:H2O=1:1:15的条件进行。
以一批次五片,将五批次即合计25片的晶圆进行双面研磨加工及洗净。
上述操作所得的双面研磨晶圆使用WaferSight(KLA Tencor公司制)测量。根据测量的数据计算ESFQRmax,求取相对于规定值的收获率。另外,计算ESFQRmax时,在M49 mode将区域(又称Polar Sites)设定为72Sector的30mm Length(2mm E.E.)。
(实施例2)
除了从在实施例1中最初准备的多个载体组进行选定时,选定Range为3.0μm的载体组(Set D),及前述的双面研磨的加工时间以外,与实施例1同样地进行晶圆的双面研磨,之后计算ESFQRmax,求取相对于规定值的收获率。
(比较例1、2)
从在实施例1中最初准备的多个载体组随机地(即与实施例1、2相异,不考虑Range与管理值(10μm)的关系)分别选定载体组(Set A)及载体组(Set B),进行晶圆的双面研磨。双面研磨的加工时间设定为使各自成为最适当的差距的时间。除此之外的双面研磨的条件与实施例1相同。
之后计算ESFQRmax,求取相对于规定值的收获率。
另外,为了比较而计算出载体组(Set A)及载体组(Set B)的Range,分别为19.1μm、12.3μm,比实施例1、2中的管理值(10μm)大。
总结实施例1、2、比较例1、2中的波纹量、Range、平均差距、收获率等而示于表1。
【表1】
Figure BDA0002200688940000111
如表1所示,在实施了本发明的实施例1、2中,收获率分别为92%、96%,大幅超过比较例1、2的72%、84%。如此,使用还对波纹进行管理的载体组(实施例1、2)对晶圆进行加工,与使用现有的仅对厚度进行管理的载体组(比较例1、2)对晶圆进行加工相比,ESFQRmax的收获率改善。
在实施例1、2中,通过管理载体组内的多个载体之间的波纹量的Range并抑制该值,能够抑制所得的多个双面研磨晶圆之间的平坦度的参差。结果,能够使平坦度偏离规定值的比率降低,而使收获率提升。
另外,本发明并不限定于上述的实施方式。上述实施方式为示例说明,凡具有与本发明的权利要求所记载的技术思想实质上同样的构成,产生相同作用效果的任何方案皆包含在本发明的技术范围内。

Claims (4)

1.一种晶圆的双面研磨方法,所述方法为:在双面研磨装置中,在贴附有研磨布的上平板及下平板之间配设多个双面研磨用载体,将晶圆保持于所述多个双面研磨用载体各自所形成的工件孔,且夹入所述上平板及下所述平板之间而进行双面研磨,其特征在于,
在准备由配设于所述上平板及所述下平板之间的多个双面研磨用载体所构成的载体组时,
对所述载体组的所有所述多个双面研磨用载体,取得根据使用形状测量机测量所述双面研磨用载体的形状得到的数据所计算的波纹量,选定所述载体组内的所述多个双面研磨用载体之间的波纹量的最大值与最小值之差在固定值以下的载体组而进行准备,
将所准备的载体组的所述多个双面研磨用载体配设于所述双面研磨装置而对所述晶圆进行双面研磨。
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,
在所述波纹量的计算中,
使用具有激光传感器的三坐标测量机作为所述形状测量机,根据对所述双面研磨用载体的全体进行测量得到的点云数据计算波纹量。
3.根据权利要求2所述的晶圆的双面研磨方法,其特征在于,
在所述波纹量的计算中,
对全部所测量出的所述点云数据进行平准化,根据将波长20mm以下的噪声成分除去所得的变换点云数据计算所述双面研磨用载体的波纹量。
4.根据权利要求3所述的晶圆的双面研磨方法,其特征在于,
将进行双面研磨的所述晶圆的直径设定为300mm,
在所述波纹量的计算中,根据所述变换点云数据,提取从所述工件孔的中心起175mm以内的数据,并将根据提取的数据所计算出的算术平均粗度Sk设定为所述波纹量,
在所述载体组的选定中,
选定所述多个双面研磨用载体之间的Sk的最大值与最小值之差在10μm以下的载体组。
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