CN114401823A - 工件的双面研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的工件的双面研磨方法通过具有保持工件的1个以上的保持孔的载板在该保持孔中保持所述工件而进行该工件的双面研磨，该工件的双面研磨方法包括取得所述保持孔的内周径与所述工件的边缘下降量的关系的工序；根据期待的边缘下降量以及取得的所述保持孔的内周径与所述工件的边缘下降量间的关系，决定所述保持孔的内周径的工序；以及使用具有已决定的内周径的所述保持孔的所述载板，进行所述工件的双面研磨的工序。

Description

工件的双面研磨方法
技术领域
本发明涉及一种工件的双面研磨方法。
背景技术
在提供于研磨的工件的典型例即硅晶片等半导体晶片的制造中，为了得到更高精度的晶片的平坦度品质、表面粗糙度品质，一般采用同时研磨晶片正面和背面的双面研磨工序（例如，专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2014–2467号公报。
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，要求晶片形状根据其用途等各式各样地进行控制，例如，在进行外延成长的情况下，尤其在成长4μm以上的膜厚的外延层时，有时期望刻意地使晶片外周下降。
在这种情况下，可考虑例如使用硬度低的研磨垫进行双面研磨，由此通过研磨垫的弹性变形，刻意地使晶片外周下降等。
但是，在使用硬度低的研磨垫时，可能会发生晶片整个面的平坦度（例如，GBIR）下降等问题。因此，要求其他能够刻意地控制晶片外周形状的手法。因此，不仅在晶片中产生这种问题，在提供于双面研磨的工件中通常也会产生这种问题。
本发明的目的在于提供一种能够刻意地控制工件的外周形状的工件的双面研磨方法。
用于解决技术问题的方案
本发明的主旨方案如下。
本发明的工件的研磨方法是通过具有保持工件的1个以上的保持孔的载板在该保持孔中保持所述工件，进行该工件的双面研磨的工件的双面研磨方法，其特征在于包括：
取得所述保持孔的内周径与所述工件的边缘下降量的关系的工序；
根据期待的边缘下降量以及取得的所述保持孔的内周径与所述工件的边缘下降量间的关系，决定所述保持孔的内周径的工序；以及
使用具有已决定的内周径的所述保持孔的所述载板，进行所述工件的双面研磨的工序。
在此，所谓“边缘下降”是指工件外周部下垂，外周部厚度减小。所谓“边缘下降量”是工件外周部的下垂量，这意味着边缘下降量越大，工件外周部的下垂越大，因此外周部的厚度越薄。
作为“边缘下降量”的指标，例如能够使用ESFQR。所谓“ESFQR”是在SEMI规格中规定的表示晶片平坦度的指标，关于在晶片整周的周缘区域中形成的扇形（在从晶片外周30mm的范围内往圆周方向进行72等分）的各区域的晶片厚度，通过算出从根据最小平方法求出的基准面的最大位移量的绝对值的和求出。“ESFQRmax”是其中的最大值。但是，在工件为晶片时等，由于有时外缘被实施倒角处理，因此例如能够将从外周缘往径向1mm的区域除外作为边缘除外区域。
在外周缘下降的晶片中，“ESFQR”越大，意味着“边缘下降量”越大。
并且，在保持孔的内周面具有（例如树脂制的）插入物时，“内周径”是指该插入物的内周径。
在此，所述边缘下降量优选为定尺寸状态下的边缘下降量。
所谓“定尺寸状态”是指双面研磨工件的状态直到工件厚度与载板的厚度相同为止。
通常在双面研磨中，由于使用弹性体的研磨垫同时研磨工件的正面和背面，因此如图5的状态A～状态C所示那样，将工件（图5中，显示为晶片）研磨下去。即，如图5所示，在研磨初期（状态A），工件的整个面的形状是上凸形状，在工件外周也可观察到较大的下垂形状，边缘下降量变大。此时，在与载板厚度相比时，工件厚度足够厚。在进行研磨时（状态B），工件的整个面的形状成为大致平坦的形状，晶片外周的边缘下降量变小。此时，工件厚度与载板厚度大致相等。然后，在进行研磨时（状态C），工件形状渐渐成为中心部凹陷的形状，工件外周成为上升形状。在状态C中，载板厚度成为比工件厚度厚的状态。上述状态B是定尺寸状态。
并且，所述已决定的内周径优选比所述工件的直径大1mm～5mm。
并且，优选所述双面研磨使用研磨垫进行，所述研磨垫的表面硬度（ASKER C）为70～90。
在此，“研磨垫的表面硬度（ASKER C）”是以ASKER C硬度计测量的。
并且，所述工件优选为硅晶片。
并且，优选还包含取得所述保持孔的内周径与所述工件端面的表面粗糙度的关系的工序，在决定所述保持孔的内周径的工序中，所述保持孔的内周径根据期待的所述工件端面的表面粗糙度以及取得的所述保持孔的内周径与所述工件端面的表面粗糙度的关系决定。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够刻意地控制工件的外周形状的工件的双面研磨方法。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的工件的双面研磨方法中使用的双面研磨装置的一例的概略图。
图2是本发明的一实施方式的工件的双面研磨方法的流程图。
图3是表示载板的保持孔的内周径与ESFQRmax的关系的图。
图4是表示载板的保持孔的内周径与工件端面的表面粗糙度Ra的关系的图。
图5是用于说明定尺寸状态的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式，参考附图详细地进行例示说明。
<工件的双面研磨装置>
图1是本发明的一实施方式的工件的双面研磨方法中使用的双面研磨装置的一例的概略图。
关于双面研磨装置100，除了以后述的手法决定保持孔1的内周径这点之外，能够采用与在工件（晶片W）的双面研磨中通常使用的双面研磨装置相同的结构。以下，对其一例进行说明。
如图1所示，本实施方式的工件的双面研磨装置100具有1个以上（在图示例中为1个）的载板2，所述载板2具有保持工件（在本实施方式中为晶片W（例如硅晶片））的1个以上（在图示例中为1个）的保持孔1。
如图1所示，本例的双面研磨装置100包括：旋转平台3，具有上平台3a以及与其相向的下平台3b；太阳齿轮4，设置在旋转平台3的旋转中心部；以及内齿轮5，在旋转平台3的外周部设置成圆环状。
如图1所示，在上下的旋转平台3的相向面，即上平台3a研磨面的下表面侧以及下平台3b研磨面的上表面侧上，分别粘贴有研磨垫6。
并且，如图1所示，载板2设在上平台3a与下平台3b之间。另外，在图示例中，该双面研磨装置100仅具有1个载板2，但也可以具有多个载板2，并且，保持孔1的数量也只要是1个以上即可，也可以是2个以上。在图示例中，在保持孔1中保持工件（晶片W）。
在本例中，提供于基于双面研磨装置100的研磨的工件（晶片W）的直径是300mm，但不限定于该情况。并且，在工件是晶片W的情况下，不特别限定晶体方位、导电型等。
在此，双面研磨装置100是通过旋转太阳齿轮4与内齿轮5，能够使载板2进行公转运动及自转运动的行星运动的行星齿轮方式的双面研磨装置。即，一边供给研磨浆，一边使载板2行星运动，同时使上平台3a与下平台3b对载板2进行相对旋转，由此使在上下的旋转平台3上贴附的研磨垫6与在载板2的保持孔1中保持的工件（晶片W）双面滑动，从而能够同时研磨工件（晶片W）双面。
在此，在本实施方式中，研磨垫6的表面硬度（ASKER C）优选为70～90。
并且，载板2的内周面也可以包括（例如树脂制的）插入物，也可以不包括。
如后述那样，载板2的保持孔1的内周径是经由指定工序而决定的，但该内周径优选比工件直径大1mm～5mm。在本例中，由于工件是直径300mm的晶片，因此载板2的保持孔1的内周径优选为301mm～305mm。
<工件的双面研磨方法>
图2是本发明的一实施方式的工件的双面研磨方法的流程图。
如图2所示，在本实施方式的工件的双面研磨方法中，首先，取得保持孔1的内周径与工件（晶片W）的边缘下降量的关系（步骤S101：第1工序）。
在此，对保持孔1的内周径与工件（晶片W）的边缘下降量的关系进行详细说明。图3是表示载板的保持孔的内周径与ESFQRmax的关系的图。并且，如上述，ESFQR是边缘下降量的指标之一。图3的ESFQR表示定尺寸状态下的ESFQR。关于图3的实验的详细内容，将在后面的实施例中进行叙述。
为了解决上述技术问题本发明的发明人进行深入研究的结果，判断出如图3所示，随着载板的保持孔的内周径变大，边缘下降量（在图3中是ESFQRmax）变大。
在此，在研磨初期（图5的状态A），由于晶片厚度比载板厚度厚，因此晶片外周部直接被具有弹性的研磨垫研磨。从那时起进行研磨，当晶片厚度逐渐变得与载板厚度相同的程度时，晶片外周部成为被载板保护，研磨垫对晶片外周部的作用减小，晶片中央部的研磨量相对地变大，晶片变得平坦（状态B），然后，当晶片厚度变得比载板厚度薄时，晶片外周部被载板保护的同时，晶片中央部的研磨进行，因此晶片中央部成为凹陷的形状（状态C）。
由此可见，保持孔的内周面与工件（晶片W）的间隙变大时，上述晶片外周部被载板保护而外周部的研磨量降低的效果变小的情况以及保持孔的内周径越大，研磨浆的介入量越多而促进研磨的情况等使研磨率及蚀刻力增大，从而认为随着载板的保持孔的内周径变大，边缘下降量变大。
如此，保持孔1的内周径与工件（晶片W）的边缘下降量有相关关系，具体而言，如上述，具有随着载板的保持孔的内周径变大边缘下降量变大的关系。
因此，在步骤S101（第1工序）中，关于双面研磨工件（晶片W）时（例如研磨至定尺寸状态为止时）的保持孔1的内周径以及当时的工件（晶片W）的边缘下降量，通过预先准备大量足够的数据，根据其数据本身或对其数据进行统计处理等而获得的数据或其数据，能够取得数式化保持孔1的内周径与工件（晶片W）的边缘下降量的关系而获得的关系等，作为保持孔的内周径与工件的边缘下降量的关系。
作为一例，关于该保持孔的内周径与工件的边缘下降量的关系，可以存储在具有存储部（存储器等）的计算机内，或者也可以通过具有通信部的计算机等收发该关系的信息。能够即时或适时更新该信息。
其次，如图2所示，在本实施方式中，根据期待的边缘下降量以及取得的上述保持孔的内周径与工件的边缘下降量的关系，决定保持孔的内周径（步骤S102：第2工序）。
如上述，保持孔1的内周径与工件（晶片W）边缘下降量有相关关系，具体而言，具有随着载板的保持孔的内周径变大边缘下降量变大的关系，在步骤S101（第1工序）中，取得该关系。
因此，通过决定期待的边缘下降量，使用取得的上述保持孔的内周径与工件的边缘下降量的关系，能够决定在双面研磨中使用的载板的保持孔的内周径。
作为一例，在取得（例如以一次式）数式化保持孔的内周径与边缘下降量的关系而获得的关系，作为在步骤S101（第1工序）中的上述保持孔的内周径与工件的边缘下降量的关系的情况下，能够通过将期待的边缘下降量代入至上述数式，求出在双面研磨中使用的载板的保持孔的内周径。载板的内周径虽然不受特别的限定，但由于载板的内周径也经常是整数值，因此能够通过四舍五入等求出整数值。或者，上述保持孔的内周径与工件的边缘下降量的关系能够直接使用数据，能够使用可以达成期待的边缘下降量（以及与其接近的边缘下降量）的载板的保持孔数据来决定在双面研磨中使用的载板的保持孔的内周径。例如，能够算出可以达成期待的边缘下降量（以及与其接近的边缘下降量）的载板的保持孔数据的平均值。同样地，载板的内周径虽然不受特别的限定，但由于载板的内周径也经常是整数值，因此能够通过四舍五入等求出整数值。或者，也能够决定可以达成期待的边缘下降量（以及与其接近的边缘下降量）的最多数量的载板的保持孔的内周径，作为在双面研磨中使用的载板的保持孔的内周径。
另外，在取得对上述数据进行统计处理而获得的数据作为上述保持孔的内周径与工件的边缘下降量的关系的情况下，也可以同样地进行。
作为一例，该决定能够通过具有计算部（计算器）的计算机进行。
其次，如图2所示，在本实施方式中，使用具有已决定的内周径的保持孔的载板，进行工件（晶片W）的双面研磨（步骤S103：第3工序）。步骤S103（第3工序）中的双面研磨例如能够使用利用图1说明的双面研磨装置100进行。此时，优选将双面研磨装置的载板换成具有已决定的内周径的保持孔的载板，但也可以重新准备具备具有已决定的内周径的保持孔的载板的双面研磨装置。能够通过通常的方法进行双面研磨。作为一例，如上述，一边供给研磨浆，一边使载板2行星运动，同时使上平台3a与下平台3b对载板2进行相对旋转，由此使在上下的旋转平台3上贴附的研磨垫6与在载板2的保持孔1中保持的工件（晶片W）双面滑动，从而能够同时研磨工件（晶片W）双面。
以下，对本实施方式的工件的双面研磨方法进行说明。
根据本实施方式的工件的双面研磨方法，通过使用具有经过指定的工序（第1及第2工序）决定的内周径的保持孔的载板这种简易手法，能够刻意地控制工件（晶片W）的外周形状。即，由于已决定的内周径的保持孔对应于期待的边缘下降量，因此可刻意地控制工件（晶片W）的外周形状。根据本实施方式的工件的双面研磨方法，由于作为研磨垫使用表面硬度（ASKER C）为70～90的研磨垫，因此相较于换成硬度低的研磨垫的情况，不会产生材料交换的损失等，并且也不产生由于使用硬度低的研磨垫而引起的工件（晶片W）整个面的平坦度（GBIR等）下降的问题。而且，根据本实施方式的工件的双面研磨方法，工件（晶片W）与载板的保持孔的内周面的接触面积减小，促进工件（晶片W）的自转，因此也如后述的实施例所示，能够降低工件（晶片W）的端面粗糙度来提高端面的表面品质。
在此，边缘下降量（步骤S101中的工件的边缘下降量及步骤S102中期待的边缘下降量）优选为定尺寸状态下的边缘下降量。其原因在于，为了得到期待的边缘下降量，相较于从定尺寸状态再进行研磨的情况，并没有对工件整个面的平坦度等带来不良影响。另一方面，即使在定尺寸状态之前的状态（图5的状态A）下，也能够得到更大的边缘下降量（下垂量）。
并且，已决定的内周径优选比工件直径大1mm～5mm。其原因在于，通过已决定的内周径比工件直径大1mm以上的范围，能够更确实地得到保持孔的内周面与工件（晶片W）的间隙变大而外周部被载板保护的上述效果减弱以及研磨浆的介入量变多的效果，另一方面，通过已决定的保持孔的内周径比工件直径大5mm以下的范围，能够更确实地将工件保持在保持孔中。
另外，虽然不受特别的限定，但由于工件直径及载板的工件保持孔的内周径经常是整数值，因此已决定的内周径优选在上述范围内为整数值。
作为一例，在工件直径是300mm的情况下，载板的工件保持孔的内周径优选为301mm、302mm、303mm、304mm、305mm中的任一个。
并且，优选使用研磨垫进行双面研磨，研磨垫的表面硬度（ASKER C）为70～90。其原因在于，相较于换成硬度低的研磨垫的情况，不会产生材料交换的损失，并且也不产生由于使用硬度低的研磨垫而引起的工件（晶片W）整个面的平坦度（GBIR等）下降的问题。
另外，还优选在结束步骤S103（第3工序）中的双面研磨时，测量工件外周部的边缘下降量（例如ESFQR）。由此，能够反馈该结果而更新数据，并能够提高得到从下次开始的双面研磨时期待的边缘下降量的精度。
在此，优选还包含取得保持孔的内周径与工件端面的表面粗糙度的关系的工序，在决定保持孔的内周径的工序中，根据期待的工件端面的表面粗糙度以及取得的上述保持孔的内周径与工件端面的表面粗糙度的关系决定保持孔的内周径。
如后述的图4中也所示那样，由于有载板的工件保持孔的内周径越大研磨后的工件端面的表面粗糙度Ra越小的相关关系，因此鉴于期待的边缘下降量与期待的工件端面的表面粗糙度这两者，决定载板的工件保持孔的适当的内周径，而能够同时且刻意地控制工件的外周形状与工件端面的表面粗糙度。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明完全不受上述实施方式的限定。例如，作为外周部的边缘下降量，使用ESFQR作为指标的情况下不受限定。
以下将会对本发明的实施例进行说明，但本发明完全不受以下实施例的限定。
实施例
准备工件的保持孔内周径不同的载板（内周径301mm、302mm、303mm、304mm、305mm），对直径300mm的晶片，使用图1所示的双面研磨装置，实施了双面研磨。
在实施双面研磨后，使用平坦度测量装置（KLA Tencor公司制：Wafersight2）测量将从晶片外周缘往径向1mm的区域作为边缘除外区域除外的ESFQR，求出了其最大值（ESFQRmax）。
将该测量结果示于图3及表1中。结果，可知内周径越大，ESFQRmax越大，能够使边缘下降。
[表1]
保持孔的内周径 试样数量 平均（nm） 标准偏差（nm）
301mm 10 41.6 5.4
302mm 10 45.4 3.9
303mm 10 47.4 5.1
304mm 10 55.6 7.0
305mm 10 62.3 2.9
如图3、表1所示，可知工件的保持孔的内周径与晶片的边缘下降量有相关关系，具体而言，有随着载板的工件保持孔的内周径变大边缘下降量变大的关系。
因此，能够通过取得该关系，根据期待的边缘下降量以及取得的该关系，决定工件的保持孔的内周径。
其次，使用Chapman公司的MPS测量了双面研磨后的晶片端面的粗糙度Ra。
将该测量结果示于图4及表2中。
[表2]
保持孔的内周径 试样数量 平均（Å） 标准偏差（Å）
301mm 20 43.7 12.5
302mm 20 24.0 12.2
303mm 20 20.7 4.2
304mm 20 18.2 4.7
305mm 20 15.4 2.7
如图4及表2所示，可知通过使用工件的保持孔的内周径大的载板，表面粗糙度Ra变小，表面品质提高。
附图标记说明
100-双面研磨装置，1-保持孔，2-载板，3-旋转平台，3a-上平台，3b-下平台，4-太阳齿轮，5-内齿轮，6-研磨垫，W-晶片。

Claims (6)

1.一种工件的双面研磨方法，通过具有保持工件的1个以上的保持孔的载板在该保持孔中保持所述工件，进行该工件的双面研磨，所述工件的双面研磨方法的特征在于包括：
取得所述保持孔的内周径与所述工件的边缘下降量的关系的工序；
根据期待的边缘下降量以及取得的所述保持孔的内周径与所述工件的边缘下降量间的关系，决定所述保持孔的内周径的工序；以及
使用具有已决定的内周径的所述保持孔的所述载板，进行所述工件的双面研磨的工序。
2.根据权利要求1所述的工件的双面研磨方法，其中，
所述边缘下降量是定尺寸状态下的边缘下降量。
3.根据权利要求1或2所述的工件的双面研磨方法，其中，
所述已决定的内周径比所述工件的直径大1mm～5mm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的工件的双面研磨方法，其中，
所述双面研磨使用研磨垫进行，
所述研磨垫的表面硬度即ASKER C是70～90。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的工件的双面研磨方法，其中，
所述工件是硅晶片。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的工件的双面研磨方法，还包括：
取得所述保持孔的内周径与所述工件端面的表面粗糙度的关系的工序，
在决定所述保持孔的内周径的工序中，根据期待的所述工件端面的表面粗糙度以及取得的所述保持孔的内周径与所述工件端面的表面粗糙度的关系决定所述保持孔的内周径。
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