TW201505763A - 半導體晶圓保持用治具、半導體晶圓硏磨裝置、及工件保持用治具 - Google Patents

Abstract

摘要本發明提供一種即使謀求收納半導體晶圓的貫通孔之大徑化和薄型化，也容易獲得所需要強度的半導體晶圓保持用治具、以及半導體晶圓研磨裝置。半導體晶圓保持用治具44具有收納半導體晶圓W的貫通孔44a，並由碳石墨等炭素纖維所形成。半導體晶圓保持用治具係為模板，隔著背墊43層疊在支持板42上。背墊包含具有吸水性的彈性體層。半導體晶圓研磨裝置10具備模板、以及研磨手段，其研磨被保持在模板的半導體晶圓的其中一個面或兩面。研磨手段由定盤20及研磨布30所構成。

Description

半導體晶圓保持用治具、半導體晶圓研磨裝置、及工件保持用治具

本發明係關於半導體晶圓保持用治具、半導體晶圓研磨裝置、以及工件保持用治具。

當製造半導體裝置時，將執行半導體晶圓的拋光步驟。在拋光步驟中，藉由化學機械拋光(chemical mechanical polishing)將半導體晶圓的其中一個面或兩面研磨為鏡面狀。化學機械拋光係為一種藉由含於研磨液中的化學成分之作用，增加藉由磨粒的機械研磨效果而有效率地形成平滑的研磨面的技術。

在化學機械拋光，在被治具保持的半導體晶圓的其中一個面或兩面上按壓研磨布，並一邊倒入研磨液於研磨布，一邊使半導體晶圓與研磨布相對移動而研磨半導體晶圓。作為保持半導體晶圓的手段，雖然使用蠟或模板，但近年從生產效率的提升和環境污染的抑制等觀點來看，利用模板的無蠟保持法的使用在增加。無蠟保持法中，由以下的方法保持半導體晶圓。

首先，由合成樹脂等所形成的支持板之其中一個面上，隔著背墊固定模板。背墊包含具有吸水性的彈性體層，使該彈性體層含浸水。模板被形成得比半導體晶圓薄一些，並具有一個或複數個貫通孔。半導體晶圓容納在該貫通孔中、並將半導體晶圓壓接於背墊而擠壓出含在背墊中的水。藉由此時所發生的水的負壓與表面張力，半導體晶圓被吸附在背墊。

接著，從貫通孔突出的半導體晶圓的其中一個面按壓在被固 定於定盤上的研磨布。並一邊將研磨液供給於研磨布一邊旋轉定盤，藉由含在研磨液的化學成分與磨粒的複合作用將半導體晶圓的其中一個面研磨為鏡面狀。另，也有同時研磨半導體晶圓之兩面的情況。

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開平第09-321001號公報

近年，為了謀求半導體裝置的軽量化與減低成本，越來越要求半導體晶圓的薄型化與大徑化。當半導體晶圓進行薄化時，也伴隨著有必要對模板進行薄化。另外，半導體晶圓越大徑化，模板的貫通孔之直徑則越大。因此造成模板的強度降低。

習知的模板，係藉由環氧樹脂中含浸有玻璃纖維的材料(以下稱為“玻璃環氧”)所形成，若謀求模板的薄型化與貫通孔的大徑化，有難以確保模板所需要的強度的問題。

本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種半導體晶圓保持用治具，該半導體晶圓保持用治具即使謀求容納半導體晶圓的貫通孔之大徑化和薄型化，也容易得到所需要的強度。

本發明的第1態樣，係一種板狀的半導體晶圓保持用治具，其具有收納半導體晶圓的貫通孔，並具備由炭素纖維所形成的模板。

本發明的半導體晶圓保持用治具之模板，與習知玻璃環氧製的半導體晶圓保持用治具相比，強度、耐熱性、以及耐酸性高，並於高溫下的尺寸變化小。因此，即使謀求收納半導體晶圓的貫通孔之大徑化和薄型化，也容易獲得所需要的強度。

於一實施方式中，該半導體晶圓保持用治具具備背墊及支持元件，並該模板隔著背墊層疊在支持元件上，而該背墊包含具有吸水性的彈性體層。

於一實施方式中，該半導體晶圓保持用治具的該模板具備：相對於該支持元件在與層疊方向正交的方向進行定位的制動器。

在此情況下，能夠抑制該模板相對於支持板在與層疊方向正交的方向產生位置的偏移。故，能夠抑制不良品的發生而提高半導體晶圓 的良率。

於一實施方式中，該半導體晶圓保持用治具中，該貫通孔的內周面被形成為相對於該貫通孔的軸線傾斜，而該貫通孔中該背墊側的開口徑被形成為比該貫通孔中與該背墊相反之側的開口徑大。

在此情況下，與貫通孔的內周面和軸線平行的情況相比，半導體晶圓較不易從貫通孔脫離。故，能夠抑制不良品的發生而提高半導體晶圓的良率。

於一實施方式中，該半導體晶圓保持用治具的該模板，在與該背墊相反之側的外周緣的整個外周上形成有倒角部。

在此情況下，半導體晶圓保持用治具的外周緣則不易勾刮研磨布，而能夠抑制研磨布的傷害。結果，使研磨布的壽命週期變長而減低維修保養的次數，故運轉成本會減低。

於一實施方式中，該半導體晶圓保持用治具的該模板係為圓盤狀的介輪，其配置在圓環狀的內齒輪與該內齒輪的中心部分所配置的太陽齒輪之間，且嚙合在該內齒輪的齒以及該太陽齒輪的齒間之介輪的齒係形成在介輪的外周部。

另外，本發明的第2態樣係為一種半導體晶圓研磨裝置，具有收納半導體晶圓的貫通孔，且具備由炭素纖維所形成的模板以及研磨該半導體晶圓之其中一個面或兩面的研磨手段，其中該半導體晶圓被該模板所保持。

本發明的半導體晶圓研磨裝置，因為係使用炭素纖維製的模板，故，即使謀求收納半導體晶圓的貫通孔之大徑化和薄型化，半導體晶圓保持用治具也容易獲得所需要的強度。

另，本發明的第3態樣係為板狀的工件保持用治具，其中具有收納工件的貫通孔，並具備由炭素纖維所形成的模板。

本發明的工件保持用治具的模板因為係由炭素繊維所形成，故，即使謀求收納工件的貫通孔之大徑化和薄型化，亦可容易地獲得所需要的強度。

根據本發明的保持用半導體晶圓治具，即使謀求容納半導體晶圓的貫通孔之大徑化和薄型化亦可容易地得到所需要的強度，因此容易 因應半導體晶圓的薄型化和大徑化的需求。

10‧‧‧半導體研磨裝置

20‧‧‧定盤(研磨手段)

30‧‧‧研磨布(研磨手段)

40‧‧‧晶圓保持器(半導體晶圓保持用治具)

41‧‧‧平板保持部

42‧‧‧支持板(支持元件)

43‧‧‧背墊

44‧‧‧模板

44’‧‧‧模板

44a‧‧‧貫通孔

44aa‧‧‧內周面

44c‧‧‧外周緣

44d‧‧‧倒角部

44e‧‧‧制動器

110‧‧‧半導體研磨裝置

120‧‧‧內齒輪

120a‧‧‧齒

130‧‧‧太陽齒輪

130a‧‧‧齒

140‧‧‧介輪(模板)

140a‧‧‧齒

140b‧‧‧貫通孔

150‧‧‧上定盤(研磨手段)

160‧‧‧下定盤(研磨手段)

180‧‧‧研磨布(研磨手段)

W‧‧‧半導體晶圓(工件)

第1圖為表示半導體晶圓的加工方法的流程圖；第2圖為表示本發明第1實施方式之半導體研磨裝置的剖面圖；第3圖為表示於第2圖所示的半導體研磨裝置的主要部分的爆炸圖；第4圖為表示於第2圖所示的半導體研磨裝置的主要部分的放大圖；第5圖為表示本發明第2實施方式之模板以及支持板面的立體圖；第6圖為表示於第5圖所示的模板和支持板面的組裝狀態的立體圖；第7圖為表示本發明第3實施方式之半導體研磨裝置的剖面圖；以及第8圖為表示於第7圖所示的VIII-VIII線剖面的圖。

以下，參照圖式對本發明的第1實施方式進行說明。說明本實施方式之前、先參照第1圖對半導體晶圓的加工方法進行說明。第1圖為表示半導體晶圓的加工方法的流程圖。

如第1圖所示，首先，在步驟S10，將圓柱狀的鑄塊切片而獲得圓盤狀的工件。其次，在步驟S20，為了避免於工件的周緣部產生裂痕和虧損，對周緣部進行倒角處理。其次，在步驟S30，將工件的單面或兩面以研磨機研磨而使工件的厚度變成規定的大小。其次，在步驟S40，將工件進行蝕刻以除去藉由研磨所產生的加工應變。再者，在步驟S50，將工件的其中一個面或兩面拋光為鏡面狀。最後，在步驟S60，將工件用藥水清洗以除去顆粒等雜質。

本實施方式的半導體研磨裝置，將於第1圖的步驟S50的拋光步驟中使用。第2圖為表示本發明第1實施方式之半導體研磨裝置10的剖面圖。

如第2圖所示，半導體研磨裝置10具備圓盤狀的定盤20、貼在定盤20頂面的研磨布30、以及配置在定盤20上方的複數個晶圓保持器40(僅圖示一個)。

定盤20固定在鉛直的旋轉軸21之頂端，而被支持為水平狀態。旋轉軸21被連接在馬達上，而定盤20藉由該馬達繞著旋轉軸21的中心軸旋轉。

研磨布30藉由固定手段固定在定盤20的頂面。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑或雙面膠。研磨布30的材質並沒有特別限定，例如作為研磨布30，在粗糙的研磨時可以使用NITTA HAAS股份有限公司製作的SUBA(註冊商標)、在最後研磨時可以使用SEAGULL股份有限公司製作的產品。定盤20以及研磨布30作為本發明的研磨手段而發揮功能。

晶圓保持器40具備平板保持部41、作為支持元件的支持板42、背墊43、以及模板44。晶圓保持器40相當於「半導體晶圓保持用治具」的一個例子。

平板保持部41係藉由金屬等形成為杯子狀。平板保持部41以開口面朝下的狀態被固定在鉛直的旋轉軸45的下端，而被支持為水平狀態。

第3圖為表示於第2圖所示的半導體研磨裝置10的主要部分的爆炸圖，而第4圖為表示半導體研磨裝置10的主要部分的放大圖。如第3圖所示，支持板42被形成為圓盤狀，且藉由合成樹脂等所形成。支持板42相當於「支持元件」的一個例子。支持板42的其中一個面42a(參照第4圖)藉由固定手段被固定在平板保持部41(參照第4圖)。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑。

背墊43形成為圓盤狀，且包含具有吸水性的彈性體層。彈性體層例如藉由發泡胺基甲酸酯樹脂所形成。背墊43的其中一個面43a(參照第4圖)藉由固定手段被固定在支持板42的另一個面42b(參照第4圖)。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑或雙面膠。

模板44係藉由碳石墨形成為圓盤狀。模板44隔著背墊43被層疊在支持板42的另一個面42b(參照第4圖)。模板44藉由固定手段被固定在背墊43。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑或雙面膠。

模板44具有朝厚度方向貫通的複數個貫通孔44a。貫通孔 44a的直徑比半導體晶圓W的直徑大一些，貫通孔44a裝卸自如地收納半導體晶圓W。模板44的厚度比半導體晶圓W的厚度小一些。當半導體晶圓W被收納到貫通孔44a時，則半導體晶圓W從模板44的其中一個面44b(參照第4圖)突出一些(例如50μm~100μm)。

在玻璃環氧製的模板中，收納半導體晶圓的貫通孔由沖壓加工所形成。此情況下，貫通孔的內周面相對於貫通孔的軸線會大致平行。另一方面，因本實施方式的模板44係由加工性較佳的碳石墨所形成，故如第4圖所示，可以使貫通孔44a的內周面44aa藉由NC加工傾斜於貫通孔44的軸線C．L。結果，能夠更確實地抑制半導體晶圓W的脫離。

將貫通孔44a的內周面44aa相對於貫通孔44a的軸線C．L傾斜角度α，使貫通孔44a中背墊43側的開口44ab的直徑比貫通孔44a中與背墊43相反之側的開口44ac的直徑大。如此進行，與內周面44aa平行於軸線C．L的情況相比，半導體晶圓W不易從通孔44a脫離。角度α沒有特別限定，例如可以設為10°≦α≦20°。

另，在本實施方式，模板44中與背墊43相反之側的外周緣44c的整個外周有形成倒角部44d。如此進行，外周緣44c則不易勾刮研磨布30，而能夠抑制研磨布30(參照第2圖)的傷害。結果，由於研磨布30的壽命週期變長而減少維修保養的次數，故能夠減低運轉成本。另外，倒角部44d並不侷限於第4圖所示的平面狀，也可以為曲面狀。

其次，參照第2圖~第4圖對半導體研磨裝置10的使用方法進行說明。首先，將水含浸在晶圓保持器40的背墊43。其次，模板44的各複數個貫通孔44a中收納半導體晶圓W，並將半導體晶圓W壓接於背墊43。結果，含在背墊43的水被擠壓出來，藉由此時所發生的水的負壓與表面張力，將半導體晶圓W吸附於背墊43而被保持。

其次，將從貫通孔44a突出的半導體晶圓W的其中一個面Wa按壓於固定在定盤20的研磨布30。接著，藉由一邊對研磨布30供給研磨液一邊旋轉定盤20，研磨半導體晶圓W的其中一個面Wa為鏡面狀。作為研磨液，例如，可以使用混合水和鑽石磨粒的漿液。

模板44因由碳石墨所形成，故強度、耐熱性以及耐酸性比習知的玻璃環氧製的模板還高。即，因碳石墨的耐熱性、傳熱性高，能夠承 受急劇的熱變化，而其在高溫下強度增加，故在高温下的貫通孔44a的尺寸變化小。另，因碳石墨能夠進行精密的機械加工，故能夠高精度地形成貫通孔44a，並能夠減少半導體晶圓W的不穩定。此外，碳石墨可以承受大部分的酸和鹼，並與玻璃、石英以及大部分的融解金屬不產生反應。進一步，因碳石墨的滑動阻抗小而不易產生與半導體晶圓W之間的摩擦，故貫通孔44a不易變形。因此，即使謀求模板44的薄型化和貫通孔44a的大徑化，也容易確保所需要的強度，容易因應半導體晶圓W的薄型化和大徑化的需求。

其次，參照第5圖、第6圖對本發明第2實施方式進行說明。第5圖為表示本發明第2實施方式之模板以及支持板的立體圖，而第6圖為表示於第5圖所示的模板和支持板的組裝狀態的立體圖。此外，本實施方式中，對應於第2圖~第4圖所示的第1實施方式的部分將使用相同的符號，並省略重複的說明。

如第5圖所示，本實施方式中，模板44’具有複數個制動器44e。制動器44e係例如被形成為圓柱狀，並從模板44’的其中一個面44f垂直突出。制動器44e可以與模板44’一體成形，也可以與模板44’以不同的元件被分體形成。

支持板42上形成有複數個嵌合孔42c，而各複數個嵌合孔42c上嵌合有制動器44e。模板44’對支持板42由以下的方式來組裝。即，在模板44’與支持板42之間配置背墊43(參照第6圖)，並使模板44’的複數個制動器44e各自嵌合在支持板42上所對應的嵌合孔42c。結果，如第6圖所示，模板44’則以隔著背墊43層疊在支持板42的狀態被固定於支持板42。

模板44’藉由複數個制動器44e，在與層疊方向正交的方向相對於支持板42被定位。習知的模板中，為了提高半導體晶圓的研磨效率而提高研磨溫度時，會減弱模板固定於支持板的黏合劑之黏合力。結果，模板在層疊方向正交的方向相對於支持板會產生位置的偏移。本實施方式的模板44’藉由設置制動器44e，可以機械性地抑制模板44’在層疊方向正交的方向相對於支持板42產生位置的偏移。故能夠抑制不良品的發生而提高半導體晶圓W的良率。

特別是，因SiC製的半導體晶圓與Si製的半導體晶圓相比其 研磨效率(每單位時間的研磨處理量)在於1/200~1/1000左右既非常小，故需要謀求研磨速度的高速化和研磨溫度的高溫化。因此，若本實施方式的模板44’用於SiC製的半導體晶圓的研磨，非常有效。

其次，參照第7圖、第8圖對本發明第3實施方式進行說明。第7圖為表示本發明第3實施方式之半導體研磨裝置的剖面圖，而第8圖為表示於第7圖所示的VIII-VIII線剖面的圖。

如第7圖所示，本實施方式的半導體研磨裝置110具有內齒輪120、太陽齒輪130、複數個介輪140、上定盤150、以及下定盤160。

如第8圖所示，內齒輪120被形成為圓環狀，而內齒輪120中沿著內周部形成有複數個齒120a。內齒輪120藉由沒有圖示的驅動源朝單向旋轉。

太陽齒輪130配置在內齒輪120的中心，並於外周部具有複數個齒130a。太陽齒輪130被固定於旋轉軸170。旋轉軸170藉由沒有圖示的驅動源，在與內齒輪120相同的方向旋轉。

介輪140被形成為圓盤狀，並具有形成於外周部的複數個齒140a及複數個貫通孔140b。齒140a嚙合於內齒輪120的齒120a與太陽齒輪130的齒130a。藉由內齒輪120以及太陽齒輪130的旋轉，介輪140一邊繞著軸線自轉一邊繞著太陽齒輪130公轉。

介輪140藉由碳石墨所形成。貫通孔140b的直徑比半導體晶圓W的直徑大一些，貫通孔140b可將半導體晶圓W裝卸自如地收納。介輪140的厚度比半導體晶圓W的厚度小一些，半導體晶圓W收納於貫通孔140b時，半導體晶圓W從介輪140的兩面會突出一些(例如50~100μm)。介輪140的厚度可以為，例如100μm~10mm左右。

上定盤150被形成為圓環狀，並與旋轉軸170同軸狀地配置於內齒輪120的內側。上定盤150的底面有固定研磨布180。研磨布180通過固定手段被固定在上定盤150的底面。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑或雙面膠。研磨布180的材質沒有特別限定，例如可以使用與第1實施方式相同的研磨布30。

下定盤160被形成為圓環狀，並與旋轉軸170同軸狀地配置於內齒輪120的內側。下定盤160的頂面有固定與上定盤150相同材質的 研磨布180。研磨布180通過固定手段被固定在下定盤160的頂面。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑或雙面膠。上定盤150、下定盤160、以及研磨布180作為本發明的研磨手段而發揮作用。

上定盤150與下定盤160可以上下接近或遠離。被保持在介輪140上的半導體晶圓W，藉由上定盤150與下定盤160夾入並加壓。上定盤150與下定盤160藉由沒有圖示的驅動源，以與介輪140的公轉方向相反的方向旋轉。

其次，對半導體研磨裝置110的使用方法進行說明。首先，使上定盤150與下定盤160分離的狀態下，收納半導體晶圓W於每一個介輪140的貫通孔140b。接著，使上定盤150與下定盤160接近，藉由上定盤150與下定盤160來夾入被保持在介輪140的半導體晶圓W。再者，一邊對每一個研磨布180供給研磨液一邊旋轉內齒輪120以及太陽齒輪130，使每一個介輪140自轉及公轉。藉由同時旋轉上定盤150與下定盤160，而同時研磨被保持在每一個介輪140的半導體晶圓W之兩面。

因介輪140由碳石墨所形成，故強度、耐熱性以及耐酸性比習知的玻璃環氧製的介輪高。因此，即使謀求介輪140的薄型化和貫通孔140b的大徑化，也容易確保所需要的強度，容易因應半導體晶圓W的薄型化和大徑化的需求。

以上，對本發明的具體實施方式進行了說明，但本發明並不侷限於第1圖~第8圖所示的實施方式，可以對本實施方式進行各種的改變。

例如，於本實施方式，雖然針對藉由碳石墨來形成治具的情況進行了說明，但是也可以藉由沒有石墨化的碳素纖維來形成治具。

另外，於本實施方式，雖然針對適用本發明的保持SiC製的半導體晶圓之治具的情況進行了說明，但是保持藉由SiC以外的材料(例如、Si)所形成的半導體晶圓之治具也可以適用本發明。

另外，於本實施方式，雖然針對適用本發明的保持半導體晶圓的治具的情況進行了說明，但是保持半導體晶圓以外的工件(例如，作為電腦外部記憶裝置載體的鋁碟、用於液晶顯示裝置的超薄板狀玻璃晶圓)的治具也可以適用本發明。

另外，於本實施方式，雖然針對工件保持用治具上形成有3~4個保持工件的貫通孔的情況進行了說明，但是也可以在工件保持用治具上形成2個以下或5個以上的貫通孔。

另外，在不超過本發明的要旨範圍內，可以對本實施方式進行各種改變。

W‧‧‧半導體晶圓

10‧‧‧半導體研磨裝置

20‧‧‧定盤(研磨手段)

21‧‧‧旋轉軸

30‧‧‧研磨布(研磨手段)

40‧‧‧晶圓保持器

41‧‧‧平板保持部

42‧‧‧支持板(支持元件)

43‧‧‧背墊

44‧‧‧模板

44a‧‧‧貫通孔

45‧‧‧旋轉軸

Claims (8)

1. 一種半導體晶圓保持用治具，係為板狀之半導體晶圓保持用治具，其特徵在於：具有收納半導體晶圓的貫通孔，且具備由炭素纖維所形成的模板。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶圓保持用治具，具備背墊及支持元件，該模板隔著該背墊層疊在支持元件上，其中該背墊包含具有吸水性的彈性體層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體晶圓保持用治具，其中該模板具備制動器，該制動器相對於該支持元件在與層疊方向正交的方向進行定位。
4. 如申請專利範圍第2項所述之半導體晶圓保持用治具，其中該貫通孔的內周面被形成為相對於該貫通孔的軸線傾斜，而該貫通孔中該背墊側的開口徑被形成為比該貫通孔中與該背墊相反之側的開口徑大。
5. 如申請專利範圍第2項所述之半導體晶圓保持用治具，其中該模板在與該背墊相反之側的外周緣的整個外周上形成有倒角部。
6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶圓保持用治具，該模板係為圓盤狀的介輪，其配置在圓環狀的內齒輪與該內齒輪的中心部分所配置的太陽齒輪之間，且嚙合在該內齒輪的齒以及該太陽齒輪的齒間的介輪的齒係形成在介輪的外周部。
7. 一種半導體晶圓研磨裝置，具備：具有收納半導體晶圓的貫通孔，且具備由炭素纖維所形成的模板；研磨手段，其研磨被該模板所保持的半導體晶圓之其中一個面或兩面。
8. 一種工件保持用治具，係為板狀之工件保持用治具，其特徵在於：該工件保持用治具具有收納工件的貫通孔，且具備由炭素纖維所形成的模板。