TW201722617A - 承載環、研磨裝置以及研磨方法 - Google Patents

承載環、研磨裝置以及研磨方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種研磨裝置，不需要使步驟複雜化及提升成本就能夠提升被研磨物的研磨品質。兩頭研磨裝置包括：具有能夠支持矽晶圓W的支持孔241的圓板狀的承載環2；以承載環2的中心C1為旋轉軸來旋轉該承載環2的旋轉機構；具有研磨矽晶圓W的砥石的研磨輪4，其中支持孔241形成該支持孔241的中心C2相對於承載環2的中心C1偏心的圓形。

Description

承載環、研磨裝置以及研磨方法
本發明係有關於承載環、研磨裝置以及研磨方法。
使用兩頭研磨裝置的矽晶圓的兩面研磨一般會如以下的方式進行。首先，以承載環的支持孔支持矽晶圓。在支持時，為了使矽晶圓與承載環一樣地旋轉，會將矽晶圓的缺口與突出到支持孔內部的突起部卡合。又，以矽晶圓的中心與承載環的中心一致的方式來支持矽晶圓。之後，一邊旋轉2個研磨輪，一邊將兩者分別抵住矽晶圓的兩面，同時供給研磨液到研磨輪內，將承載環以該承載環的中心為旋轉軸旋轉，藉此進行矽晶圓的研磨。
另外，被兩面研磨的矽晶圓中，被稱為奈米形貌的表面的起伏常常會形成問題。因此，常常檢討著藉由減低這種奈米形貌的惡化來提升矽晶圓的平坦度的技術(例如參照專利文獻1)。另外，所謂奈米形貌是被定義為「以非吸附或弱吸附來置放矽晶圓時，存在有釐米週期的奈米範圍的起伏」。
專利文獻1中，關於奈米形貌惡化的產生機制，記載如下。上述的兩面研磨中，因為矽晶圓的缺口與承載環的突起部都各只有1個，因此伴隨著承載環的旋轉而產生的應力 集中於缺口與突起部，矽晶圓的缺口週邊容易變形。在這個缺口周邊變形的狀態下進行兩面研磨的話，矽晶圓的奈米形貌會惡化。
為了減低像這樣的奈米形貌惡化，專利文獻1揭載了一種技術，設置與習知的突起部不同的其他突起部於承載環，且設置與習知的缺口不同的其他支持用的缺口於矽晶圓，將各缺口與各突起部卡合來進行兩面研磨，藉此分散伴隨承載環的旋轉所帶來的應力。
另一方面，本發明人發現到當進行矽晶圓的兩面研磨時，承載環的使用剛開始不會發生奈米形貌的惡化，但當使用時間變長就變得容易發生奈米形貌的惡化，然後推測發生這種現象的理由如下。研磨矽晶圓時也會研磨到突起部。當突起部的研磨量變多，突起部會彎向垂直於矽晶圓的被研磨面的方向，矽晶圓的缺口周邊也會彎向與突起部相同的方向。在這個彎曲狀態下進行兩面研磨的話，矽晶圓就會發生奈米形貌的惡化。因此，本發明人為了減低這種奈米形貌的惡化而採取了對策，對承載環的使用時間設了限制，更換經過了其使用期間的承載環。
[先行技術文獻]
專利文獻1：日本特開2009-279704號公報
然而，專利文獻1記載的方法中，設置於矽晶圓的支持用凹溝必須要有後續步驟來除去，步驟變得繁雜。又，對承載環的使用期間設置限制的方法中，變得需要多數的承載環，而提高的成本。
本發明的目的是提供一種承載環、研磨裝置及研磨方法，不需要使步驟複雜化及提升成本，就能夠提升被研磨物的研磨品質。
本發明的承載環，被使用於外形為圓形的被研磨物的研磨當中，並且是具有能夠支持該被研磨物的支持孔的圓板狀，其特徵在於：該支持孔形成圓形，該支持孔的中心相對於該承載環的中心偏心。本發明的研磨裝置，研磨外形為圓形的被研磨物，其特徵在於包括：上述的承載環；旋轉機構，以該承載環的中心為旋轉軸來旋轉該承載環；以及砥石，研磨該被研磨物。本發明的研磨方法，是研磨外形為圓形的被研磨物的研磨方法，其特徵在於包括：以上述的承載環的支持孔支持該被研磨物，其中該被研磨物的中心相對於該承載環的中心偏心；以該承載環的中心為旋轉軸使該承載環旋轉；以及使用砥石來研磨該被研磨物。
在此，像習知一樣，使被研磨物的中心與承載環的中心一致，旋轉承載環來進行研磨的情況下，從被研磨面側觀看時，支持孔相對於被研磨物不動，因此理論上支持孔的內周面不接觸被研磨物的外周面，承載環的旋轉驅動力不會傳達到被研磨物。因此，為了使承載環的旋轉驅動力傳達到被研磨物，需要設置與被研磨物的缺口卡合的突起部至承載環上。相對於此，根據本發明，以被研磨物的中心相對於承載環的中心偏心的方式，用承載環支持被研磨物，以承載環的中心為旋轉軸來旋轉該承載環。藉由這樣的構造，旋轉承載環時，支持孔 會相對於被研磨物移動，所以被研磨物與支持孔接觸，這個接觸部位推壓被研磨部的端面，但此時被研磨物的中心偏離承載環的中心，被研磨物會產生旋轉力矩。藉由這個旋轉力矩，即使不設置突起部於支持孔，也能夠使被研磨物與承載環一起旋轉來進行研磨，能夠抑制因為缺口與突起部的靠合而產生的奈米形貌。藉此，不需要像習知技術一樣使步驟複雜化及提高成本，就能夠提升被研磨物的研磨品質。
本發明的承載環中，該支持孔的中心相對於該承載環的中心的偏心量在該被研磨物的直徑的1.7%以下為佳。
在此，若偏心量超過被研磨物的直徑的1.7%的話，在習知的研磨裝置中，在被研磨物的偏心方向上的端部不會接觸砥石，而發生沒有被研磨的異常。相對於此，本發明中，將偏心量設定在上述的範圍內，能夠抑制上述異常的發生。
1‧‧‧兩頭研磨裝置(研磨裝置)
2、9‧‧‧承載環
3‧‧‧旋轉機構
31‧‧‧驅動齒輪
32‧‧‧驅動馬達
4‧‧‧研磨輪
41‧‧‧輪座
42‧‧‧砥石
21‧‧‧旋轉環
22‧‧‧本體環
221‧‧‧嵌合溝
23‧‧‧壓環
231‧‧‧內齒
24、94‧‧‧支持環
241、941‧‧‧支持孔
942‧‧‧突起部
C1、C2、C3‧‧‧中心
D‧‧‧偏心量
N‧‧‧缺口
P‧‧‧接觸部位
W‧‧‧矽晶圓(被研磨物)
第1圖係顯示本發明的一實施型態的兩頭研磨裝置的主要部分的剖面圖。
第2圖係顯示上述實施型態及本發明的實施例1、2中的承載環的正視圖。
第3圖係顯示本發明的比較例的承載環的正視圖。
第4圖係顯示本發明的實施例1、2及比較例的矽晶圓研磨後的剖面輪廓。
[兩頭研磨裝置的構造]
現在參照圖式來說明本發明的實施型態。做為研磨裝置的兩頭研磨裝置1如第1圖所示，具備：圓板狀的承載環2，在內部保持做為被切削物的矽晶圓W；旋轉機構3，將承載環2的中心C1做為旋轉軸來旋轉該承載環2；2個研磨輪4，具有研磨矽晶圓W的複數砥石42，並且分別相向於被承載環2所保持的矽晶圓W的兩面而配置。
承載環2也如第2圖所示，具備：圓環板狀的旋轉環21；透過旋轉環21使外周部被保持的圓環板狀的支持環24。旋轉環21具備例如以SUS(不鏽鋼)等的材料各自形成的本體環22及壓環23。在本體環22的一面的內緣側，設置有嵌合溝221，嵌進支持環24的外周部及壓環23。壓環23的內周面設置有內齒231，會咬合到旋轉機構3的後述的驅動齒輪31。支持環24例如以玻璃環氧樹脂等形成比矽晶圓W薄。支持環24具有能夠支持矽晶圓W的支持孔241。支持孔241會形成該支持孔241的中心C2相對於承載環2的中心C1偏心的圓形。支持孔241的中心C2相對於承載環2的中心C1的偏心量D並沒有特別限制，但在承載環2的直徑的1.7%以下為佳。支持孔241的內徑比矽晶圓W的直徑大的話並沒有特別限制，但與矽晶圓W的直徑之間的差在1mm以內為佳。另外，支持環24上並沒有設置往支持孔241內部突出，並與矽晶圓W的缺口N卡合的突起部。
旋轉機構3具備：驅動齒輪31，與承載環2的內齒231咬合；驅動馬達32，使旋轉齒輪31旋轉。
研磨輪4具備略圓板狀的輪座41；沿著這個輪座 41的一面的外緣以既定間隔設置的複數的砥石42。輪座41的中央設置有貫通該輪座41的兩面的研磨液供給孔43。透過這個研磨液供給孔43，研磨液供給到研磨輪4內。
[兩頭研磨方法]
接著，說明使用上述兩頭研磨裝置1的兩頭研磨方法。如第1圖所示，將研磨輪4分別抵壓住垂直立起的矽晶圓W的兩面，且供給研磨液到研磨輪4內，旋轉承載環2及研磨輪4，藉此研磨矽晶圓W。這個研磨開始後，如第2圖所示，例如承載環2以逆時針方向旋轉，因為支持孔241的中心C2相對於承載環2的中心C1偏心，所以支持孔241會相對於矽晶圓W移動，支持孔241與矽晶圓W在接觸部位P接觸。然後，雖然這個接觸部位P會變成壓著矽晶圓W的端面，但因為這個時候矽晶圓W的中心偏離承載環2的中心C1，矽晶圓W會產生旋轉力矩。藉由這個旋轉力矩，即使不設置卡合到缺口N的突起部到承載環2上，也能夠旋轉矽晶圓W來進行研磨。
[實施型態的作用效果]
上述的本實施型態中，能夠達成以下的作用效果。將承載環2的支持孔241形成為該支持孔241的中心C2相對於支持環2的中心C1偏心。因此，如上述，即使不設置卡合到缺口N的突起部到承載環2上，也能夠旋轉矽晶圓W來進行研磨。因此，能夠抑制因為缺口N與突起部的靠合而產生的奈米形貌，不需要像習知技術一樣使步驟複雜化及提高成本，就能夠提升矽晶圓W的研磨品質。
[其他的實施型態]
另外，本發明並不限定於上述實施型態，在不脫離本發明的要旨的範圍內能夠做各式各樣的設計及變更。例如，支持孔241的中心C2相對於承載環2的中心C1的偏心量D也可以超過承載環2的直徑的1.7%。旋轉環21與支持環24雖以不同的材料形成獨立的構件，但也可以以相同材料形成，以相同的材料形成的情況，也可以形成獨立的構件，也可以形成單1個構件(承載環)。被研磨物可以是例如陶瓷或石材等，將矽晶圓W以外的外徑是圓形狀的物體做為對象。
[實施例]
接著，更詳細地以實施例及比較例來說明本發明，但本發明並不被這些例子做任何的限定。
[實施例1]
準備與上述實施型態使用的兩頭研磨裝置1有相同的構造的兩頭研磨裝置(光洋機械工業股份公司製，DXSG320)。又，準備第2圖所示的承載環2。這個實施例1中，用以下的條件設置支持孔241。另外，研磨對象的矽晶圓W的直徑是300mm。內徑：301mm以下；偏心量D：2mm(矽晶圓W的直徑的0.67%)。然後，用以下的條件研磨矽晶圓W的兩面，使用Nanotopography測量裝置(ADE公司製，產品名：NanoMapper)來量測含有矽晶圓W的中心及缺口N的配置位置的剖面的輪廓。將結果顯示於第4圖。如第4圖所示，在Single Gaussian Filter Height的輪廓資料中，矽晶圓W的缺口N附近或其他部位不會產生特異的圖樣，成為矽晶圓品質 評價的指標的PV值變小，能夠確認到矽晶圓品質良好。另外，Single Gaussian Filter Height是被用來表示因為研磨等的矽晶圓的機械加工而產生的大週期的起伏的指標。<研磨條件>砥石型號：#2000；研磨輪的直徑：160mm；研磨輪的旋轉數：4000rpm；承載環的旋轉數：40rpm。
[實施例2]
除了將支持孔241的偏心量D做成5mm(矽晶圓W的直徑的1.67%)以外，準備與實施例1相同構造的承載環2。然後，用與實施例1相同的條件來研磨300mm的矽晶圓W的兩面，測量剖面的輪廓。將結果顯示於第4圖。如第4圖所示，與實施例1同樣地，能夠確認到矽晶圓W的缺口N附近或其他部位不會產生特異的圖樣，矽晶圓品質良好。
[比較例]
準備如第3圖所示的承載環9。這個承載環9具備旋轉環21、支持環94。支持環94的支持孔941會形成圓形，該支持孔941的中心C3與承載環2的中心C1一致，且內徑與實施例1、2的支持孔241的內徑相同。也就是說，支持孔941的偏心量D是0mm。又，支持環94上設置有往支持孔941的內部突出，與矽晶圓W的缺口N卡合的突起部942。然後，將300mm的晶圓W支持於承載環9，使突起部942與缺口N卡合，再用與實施例1相同的條件來研磨該矽晶圓W的兩面，測量剖面的輪廓。將結果顯示於第4圖。如第4圖所示，可知在缺口N側的端部產生特異圖樣，因為這個特異圖樣，品質評價指標的PV值變大，矽晶圓品質比實施例1、2來得低。這個 結果被認為是缺口N與突起部942之間產生過大的推壓力，加工中的矽晶圓W變形，產生研磨異常。
從以上可確認到，將承載環的支持孔形成其支持孔的中心相對於承載環的中心偏心，不需要像習知技術一樣使步驟複雜化及提升成本，就能夠提升矽晶圓的研磨品質。
2‧‧‧承載環
4‧‧‧研磨輪
21‧‧‧旋轉環
22‧‧‧本體環
23‧‧‧壓環
24‧‧‧支持環
241‧‧‧支持孔
C1、C2‧‧‧中心
D‧‧‧偏心量
N‧‧‧缺口
P‧‧‧接觸部位
W‧‧‧矽晶圓(被研磨物)

Claims (4)

  1. 一種承載環，被使用於外形為圓形的被研磨物的研磨當中，並且是具有能夠支持該被研磨物的支持孔的圓板狀，其特徵在於：該支持孔形成圓形，該支持孔的中心相對於該承載環的中心偏心。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之承載環，其特徵在於：該支持孔的中心相對於該承載環的中心的偏心量在該被研磨物的直徑的1.7%以下。
  3. 一種研磨裝置，研磨外形為圓形的被研磨物，其特徵在於包括：如申請專利範圍第1或2項所述的承載環；旋轉機構，以該承載環的中心為旋轉軸來旋轉該承載環；以及砥石，研磨該被研磨物。
  4. 一種研磨方法，研磨外形為圓形的被研磨物，其特徵在於包括：以如申請專利範圍第1或2項所述的承載環的支持孔支持該被研磨物，其中該被研磨物的中心相對於該承載環的中心偏心；以該承載環的中心為旋轉軸使該承載環旋轉；以及使用砥石來研磨該被研磨物。
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