CN111975626A - 双面研磨装置用载具及其制造方法 - Google Patents

双面研磨装置用载具及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双面研磨装置用载具及其制造方法，其能够提高插入部件相对于上下方向的结合强度并防止偏移、脱落，并且抑制了在形成插入部件时插入部件相对于载具主体的偏移。一种双面研磨装置用载具，其在对半导体晶圆进行双面研磨的双面研磨装置中配设于分别贴附有研磨布的上下平台之间，并在研磨时对夹在所述上下平台之间的所述半导体晶圆进行保持，所述双面研磨装置用载具具有：载具主体，其为金属制且形成有用于保持所述半导体晶圆的保持孔；以及插入部件，其为树脂制并与所述保持孔的内周面相接配置，与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面的表面粗糙度Ra为1.0μm以上。

Description

双面研磨装置用载具及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体晶圆(以下也简称为“晶圆”)的双面研磨装置用载具及其制造方法。
背景技术
双面研磨装置通常采用所谓四向式，该四向式双面研磨装置具备上平台及下平台，所述上平台及下平台贴附有研磨布，该研磨布由无纺布、聚氨酯发泡体等构成，所述四向式双面研磨装置具有在中心部配置太阳齿轮并在外周部配置内齿轮的行星齿轮结构。在研磨晶圆时，将晶圆插入并保持于载具上所形成的晶圆保持孔(以下也简称为“保持孔”)的内部。从上平台侧向晶圆供给研磨浆料，并使上下平台旋转，一边使上平台与下平台的对置的研磨布压接于晶圆的正反两面，一边使载具在太阳齿轮与内齿轮之间进行自转和公转运动，从而能够同时研磨各晶圆的两面。
就具有用于保持晶圆的保持孔的双面研磨装置用载具主体而言，SK钢、不锈钢、钛等金属制载具为主流。若使晶圆的外周部与金属制的载具直接地接触，则有可能导致晶圆产生破裂、损伤。因此，为了保护晶圆外周部，在载具的晶圆保持孔的内周部具有被称为插入部件的树脂制的环。该插入部件的树脂通过基于嵌入的粘接加工或者射出成型而形成。由于插入部件与晶圆的外周部相接，因此对于形成晶圆的边缘形状而言很重要。
关于该插入部件，在形成插入部件时、加工晶圆时、以及搬运载具时，为了防止插入部件偏移、脱落，可以使插入部件的外周部与载具的保持孔的内周部呈楔状嵌合。现有技术文献公开了：通过在载具端面(保持孔的内周面)实施槽加工、突出加工、倾斜加工来防止上下方向的偏移、脱落(参照专利文献1-5)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-18708号公报
专利文献2：日本特开2009-012086号公报
专利文献3：日本特开2003-109925号公报
专利文献4：日本专利第4605564号
专利文献5：日本特开2010-179375号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了防止插入体的偏移、脱落而使插入部件与载具主体的接合部呈楔状嵌合的方法对于防止插入部件的沿着上下方向的偏移、脱落而言效果差，需要提高上下方向的粘接强度。另外，在载具主体的保持孔的内周面的角度相对于载具主体的主面倾斜而呈锥形的情况下，有可能导致在使用过程中插入部件沿着锥形发生偏移，或者导致在形成插入部件时插入部件以相对于载具主体产生了上下偏移的状态形成。
在此，参照图4的剖面图对现有的双面研磨装置用载具的问题进行说明。在本例中，就现有的载具101而言，保持孔103的内周面104的角度相对于载具主体102的主面106略微倾斜而呈锥形。就现有技术的产品而言，如图4所示，有可能导致在形成插入部件105时插入部件105上下偏移地形成、或者在使用时以发生了上下偏移的状态进行研磨。
本发明鉴于上述的问题而做出，其目的在于提供一种双面研磨装置用载具及其制造方法，其能够提高插入部件相对于上下方向的结合强度并防止偏移、脱落，并且抑制了在形成插入部件时插入部件相对于载具主体的偏移。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种双面研磨装置用载具，其在对半导体晶圆进行双面研磨的双面研磨装置中配设于分别贴附有研磨布的上下平台之间，并在研磨时对夹在所述上下平台之间的所述半导体晶圆进行保持，所述双面研磨装置用载具的特征在于，具有：
载具主体，其为金属制且形成有用于保持所述半导体晶圆的保持孔；以及插入部件，其为树脂制并与所述保持孔的内周面相接配置，
与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面的表面粗糙度Ra为1.0μm以上。
这样，载具主体的保持孔的内周面的表面粗糙度较粗，且表面粗糙度Ra(JIS标准的算术平均粗糙度)为1.0μm以上，从而能够提高载具主体与插入部件的结合强度，并抑制在形成插入部件时、研磨晶圆时等情况下插入部件发生上下方向的偏移。
另外，可以是，与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面的表面粗糙度Rz为5.0μm以上。
这样，进一步地，如果表面粗糙度Rz(JIS标准的最大高度粗糙度)为5.0μm以上，则能够进一步抑制插入部件的上下方向的偏移。
另外，可以是，与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面垂直于所述载具主体的主面。
这样，如果保持孔的内周面的角度相对于载具主体的主面呈垂直，则与锥形的情况相比能够进一步防止插入部件的位置偏向于或者偏移至载具主体的上下方向的任意一侧。
另外，可以是，前述插入部件
由射出成型的插入材料构成，
或者由插入材料以及所述插入材料与所述保持孔的内周面之间的粘接层构成。
这样，不论通过插入材料的射出成型来形成插入部件还是由插入材料与粘接层构成插入部件，本发明的双面研磨装置都适用，并能够抑制插入部件的偏移。
另外，本发明提供一种双面研磨装置用载具的制造方法，所述双面研磨装置用载具在对半导体晶圆进行双面研磨的双面研磨装置中配设于分别贴附有研磨布的上下平台之间，并在研磨时对夹在所述上下平台之间的所述半导体晶圆进行保持，所述双面研磨装置用载具的制造方法的特征在于，
当在金属制的载具主体形成用于保持所述半导体晶圆的保持孔，并与所述保持孔的内周面相接地形成插入部件时，
以使得与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面的表面粗糙度Ra为1.0μm以上的方式来形成所述插入部件。
这样，可以得到一种双面研磨装置用载具，其能够提高载具主体与插入部件的结合强度，并抑制在形成插入部件时、研磨晶圆时等情况下插入部件发生上下方向的偏移。
此时，可以是，以使得与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面的表面粗糙度Ra为5.0μm以上的方式来形成所述插入部件。
这样，能够进一步抑制插入部件的上下方向的偏移。
另外，可以是，以使得与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面垂直于所述载具主体的主面的方式来形成所述插入部件。
这样，与锥形的情况相比能够进一步防止插入部件向载具主体的上下方向的任意一侧偏移。
另外，可以是，通过插入材料的射出成型来形成所述插入部件，或者通过使用粘接剂的插入材料粘接加工来形成所述插入部件。
这样，关于插入部件的形成，不论采用插入材料的射出成型还是粘接加工，本发明的双面研磨装置用载具的制造方法都适用，并能够抑制插入部件的偏移。
(三)有益效果
根据本发明的双面研磨装置用载具及其制造方法，能够提高载具主体与插入部件的结合强度，并抑制在形成插入部件时、研磨晶圆时等情况下插入部件发生上下方向的偏移。
附图说明
图1为示出本发明的双面研磨装置用载具的一例的俯视图。
图2为示出本发明的双面研磨装置用载具的一例的剖面图。
图3为示出本发明的双面研磨装置用载具的另一例的俯视图。
图4为示出现有的双面研磨装置用载具的一例的剖面图。
图5为示出双面研磨装置的一例的纵剖面图。
图6为俯视观察下的双面研磨装置的内部结构图。
图7示出了实施例1-3、7、比较例1的射出成型的情况下的剥离强度的测定结果。
图8示出了实施例1-3、7、比较例1的射出成型的情况下的插入材料的偏移量的测定结果。
图9示出了实施例4-6、8、比较例2的粘接加工的情况下的剥离强度的测定结果。
图10示出了实施例4-6、8、比较例2的粘接加工的情况下的插入材料的偏移量的测定结果。
附图标记说明
1、1A：本发明的双面研磨装置用载具；2：载具主体；3：保持孔；4：保持孔的内周面；5：插入部件；6：载具主体的主面；7：插入材料；8：粘接层；11：双面研磨装置；12：下平台；13：上平台；14：研磨布；15：浆料孔；16：太阳齿轮；17：内齿轮；W：半导体晶圆。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，但是本发明并不限定于此。
图1为本发明的双面研磨装置用载具(以下也简称为“载具”)的俯视图。另外，图2示出了该载具的剖面图。
如图1所示，本发明的载具1具有：载具主体2，其为金属制且形成有保持晶圆的保持孔3；以及插入部件5，其为树脂制并与该保持孔3的内周面4相接配置。
在此，作为载具主体2的材质，例如可举出SK钢或不锈钢、钛等。
另外，插入部件5的树脂(插入材料7)可以使用由环氧类或乙烯类、聚苯乙烯类、丙烯类、聚酰胺(尼龙)类、聚酰亚胺类、聚缩醛、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、环烯烃类、氟类(特氟龙(注册商标))等构成的树脂。
并且，关于本发明的载具1，保持孔3的内周面4的表面粗糙度Ra为1.0μm以上。与现有技术的产品相比，采用这种内周面4能够提高载具主体2与插入部件5的结合强度。由于它们的结合强度高，因此在形成插入部件时、研磨晶圆时、搬运载具时等各种情况下，都能够抑制插入部件5相对于保持孔3的内周面4的上下方向(与载具主体2的主面6垂直的方向)的偏移。由于在研磨晶圆时插入部件5与晶圆相接，因此抑制上述偏移对于形成晶圆的边缘形状而言很重要。因此，可有效抑制该偏移的本发明的载具1极有意义。
另外，内周面4的Ra的上限值并无特别限定。虽然粗糙度越大则内周面4与插入部件5的结合强度就越高，但是5μm已经足够。
另外，除了Ra满足上述条件以外，内周面4的表面粗糙度Rz优选为5.0μm以上。由此，能够进一步抑制插入部件5的上下方向的偏移。
另外，内周面4的Rz的上限值并无特别限定。虽然粗糙度越高则内周面4与插入部件5的结合强度就越高，但是20μm已经足够。
另外，内周面4相对于载具主体2的主面6的角度优选为垂直。只要如上所述至少内周面4的表面粗糙度Ra为1.0μm以上，则即使内周面4为锥形也能够与现有技术相比更加充分地抑制插入部件5的偏移。但是，如果垂直于载具主体2的主面6，则与锥形的情况相比能够更加有效地抑制偏移。
另外，插入部件5例如可以由射出成型的插入材料7构成。可以通过使上述种类的树脂直接向载具主体2的保持孔3的内周面4射出而成型。另外，图1示出了基于该射出成型的例子。
另外，图3示出了关于插入部件5的另一例。图3为本发明的双面研磨装置用载具的另一例的俯视图。如本例的载具1A所示，插入部件5由插入材料7和粘接层8构成。粘接层8位于内周面4与插入材料7之间而使这两方结合。粘接剂的种类并无特别限定，例如可以举出环氧类粘接剂等。
不论是保持孔3的内周面4与插入材料7通过射出成型进行结合还是经由粘接层8进行结合，本发明都适用并能够抑制插入部件5(插入材料7)的上下方向的偏移。
接着，对具备上述本发明的双面研磨装置用载具1的双面研磨装置进行说明。
图5是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纵剖面图，图6为俯视观察下的双面研磨装置的内部结构图。
如图5、图6所示，双面研磨装置11具备1个以上的载具1(在此为3个)，且具备上下相对设置的下平台12与上平台13，在各平台12、13的相对面侧分别贴附有研磨布14。
另外，在上平台13的上部设有浆料孔15，该浆料孔15用于向上平台13和下平台12之间供给浆料。
另外，如图5、图6所示，作为四向式的双面研磨装置，在上平台13与下平台12之间的中心部设有太阳齿轮16，并在周缘部设有内齿轮17。
并且，太阳齿轮16及内齿轮17的各齿部(未图示)与载具1的外周齿(未图示)啮合，随着上平台13及下平台12通过未图标的驱动源进行旋转，载具1在自转的同时绕着太阳齿轮16公转。
另外，在对半导体晶圆W进行双面研磨时，晶圆W被载具1的保持孔3保持，由于上平台12、下平台13的旋转，保持着晶圆W的载具1会自转并公转，从而通过上下旳研磨布14对晶圆W的两面同时进行研磨。另外，在研磨时可从浆料孔15供给浆料。
接着，对本发明的双面研磨装置用载具1的制造方法进行说明。
首先，在为制造载具主体2而准备的金属板上加工形成保持孔3。加工方法并无特别限定，例如可以通过激光加工、切削加工、沟槽铣切加工(日语：ルータ加工)、铣削加工、线切割加工等进行加工。
此时，保持孔3的内周面4的表面粗糙度Ra加工为1.0μm以上。对于使内周面4的表面粗糙度变粗的方法也没有限定，除了基于上述加工条件进行调整之外，也可以通过补充加工使内周面4的表面粗糙度变粗。例如，可以在先通过线切割加工形成保持孔3之后，再实施作为补充加工的沟槽铣切加工，对保持孔3的内周面4的表面粗糙度进行调整。进一步优选内周面4的表面粗糙度Rz加工为5.0μm以上。
另外，在加工保持孔3时，可以加工为其内周面4相对于载具主体2的主面6倾斜(呈锥形)，优选加工为呈垂直。
这样加工为至少使得保持孔3的内周面4的表面粗糙度Ra在上述数值范围内，从而形成与该粗糙的内周面4相接的插入部件5。在本发明的制造方法中，由于在形成为粗糙的内周面4形成插入部件5，因此能够提高内周面4与插入部件5的结合强度。其结果是，能够抑制插入部件5的上下方向的偏移。另外，除了调整Ra以外，也可以如上所述进行Rz的调整、保持孔3的内周面4相对于载具主体2的主面6的形成角度的调整，从而能够更加有效地抑制上述偏移。
插入部件5的形成方法本身并无特别限定，例如可以直接地使插入材料7相对于粗糙的内周面4进行射出成型。或者，也可以使用粘接剂通过粘接加工使嵌合于保持孔3的插入材料7形成于内周面4。
不论以上述何种方法形成都能够抑制上述偏移。
[实施例]
以下示出本发明的实施例和比较例来对本发明更加具体地进行说明，但是本发明不限于此。
(实施例1-8、比较例1-2)
作为比较例1、2，通过激光加工准备了保持孔的内周面为锥形且表面粗糙度较小的级别(Ra均小于1.0μm)的载具主体。
对于实施例1-6、8，则是分别准备了通过线切割加工将保持孔的内周面加工为呈垂直、并且通过补充加工即沟槽铣切加工使表面粗糙度较大的级别(Ra均为1.0μm以上)的载具主体。另外，在实施例7中，准备了除保持孔的内周面为锥形以外与实施例1相同的载具主体。
这些载具主体的材质均为钛。
对于这些载具主体通过射出成型或者粘接加工形成了插入部件。在射出成型中使用环烯烃共聚物作为插入材料。另外，在粘接加工中采用环氧类粘接剂来粘接玻璃环氧树脂制插入材料。
采用三丰(Mitutoyo)公司制造的表面粗糙度测定器SURFTEST(サーフテスト)来实施对保持孔内周面的表面粗糙度的测定以及对插入部件的偏移的确认。
另外，关于形成了插入部件之后的插入材料的粘接强度，采用IMADA公司制造的测力计测定了剥离强度。
在表1(射出成型的情况)、表2(粘接加工的情况)中示出了各级别的表面粗糙度Ra、Rz以及垂直/锥形的分类、剥离强度、插入材料的偏移量。另外，对于射出成型示出了以比较例1的数值进行了标准化的剥离强度和插入材料的偏移量；对于粘接加工示出了以比较例2的数值进行了标准化的剥离强度和插入材料的偏移量。
另外，图7、图8示出了射出成型的情况下的剥离强度、插入材料的偏移量的图表。另外，图9、图10示出了粘接加工的情况下的剥离强度、插入材料的偏移量的图表。
[表1]
Figure BDA0002461823430000101
[表2]
Figure BDA0002461823430000102
就采用射出成型的插入部件形成而言，如表1、图7、图8所示，相较于作为现有技术产品的比较例，插入材料的剥离强度提高了约1.5～2.3倍，插入材料的偏移量也能够抑制约50～80％。
对于采用粘接加工的插入部件形成也同样地，如表2、图9、图10所示，剥离强度提高了约1.8～2.2倍，插入材料的偏移量也能够抑制约50～70％。
另外，对各实施例进行比较可知：基本上，表面粗糙度越大，剥离强度就越大，偏移量就越小。此外，对表面粗糙度大致为同等程度的实施例3、7进行比较可知：与保持孔的内周面为锥形时相比，保持孔的内周面垂直时更加不易偏移。
因此，采用本发明，能够防止插入材料相对于载具主体发生脱落并抑制偏移。
另外，本发明不限于上述实施方式。上述实施方式仅为例示，具有实质上与本发明权利要求的技术思想相同的结构、发挥相同作用效果的各种方式均包含于本发明的技术范围。

Claims (10)

1.一种双面研磨装置用载具，其在对半导体晶圆进行双面研磨的双面研磨装置中配设于分别贴附有研磨布的上下平台之间，并在研磨时对夹在所述上下平台之间的所述半导体晶圆进行保持，所述双面研磨装置用载具的特征在于，具有：
载具主体，其为金属制且形成有用于保持所述半导体晶圆的保持孔；以及
插入部件，其为树脂制并与所述保持孔的内周面相接配置，
与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面的表面粗糙度Ra为1.0μm以上。
2.根据权利要求1所述的双面研磨装置用载具，其特征在于，
与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面的表面粗糙度Rz为5.0μm以上。
3.根据权利要求1所述的双面研磨装置用载具，其特征在于，
与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面垂直于所述载具主体的主面。
4.根据权利要求2所述的双面研磨装置用载具，其特征在于，
与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面垂直于所述载具主体的主面。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的双面研磨装置用载具，其特征在于，
所述插入部件
由射出成型的插入材料构成，
或者由插入材料以及所述插入材料与所述保持孔的内周面之间的粘接层构成。
6.一种双面研磨装置用载具的制造方法，所述双面研磨装置用载具在对半导体晶圆进行双面研磨的双面研磨装置中配设于分别贴附有研磨布的上下平台之间，并在研磨时对夹在所述上下平台之间的所述半导体晶圆进行保持，所述双面研磨装置用载具的制造方法的特征在于，
当在金属制的载具主体形成用于保持所述半导体晶圆的保持孔，并与所述保持孔的内周面相接地形成插入部件时，
以使得与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面的表面粗糙度Ra为1.0μm以上的方式来形成所述插入部件。
7.根据权利要求6所述的双面研磨装置用载具的制造方法，其特征在于，
以使得与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面的表面粗糙度Ra为5.0μm以上的方式来形成所述插入部件。
8.根据权利要求6所述的双面研磨装置用载具的制造方法，其特征在于，
以使得与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面垂直于所述载具主体的主面的方式来形成所述插入部件。
9.根据权利要求7所述的双面研磨装置用载具的制造方法，其特征在于，
以使得与所述插入部件相接的所述保持孔的内周面垂直于所述载具主体的主面的方式来形成所述插入部件。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的双面研磨装置用载具的制造方法，其特征在于，
通过插入材料的射出成型来形成所述插入部件，或者通过使用粘接剂的插入材料粘接加工来形成所述插入部件。
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