TW201806701A - 研磨裝置以及晶圓的研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本發明為一種研磨裝置，包含黏貼有研磨晶圓的研磨布的平台及支承並同時得以旋轉晶圓且得以在施加研磨載重至晶圓的同時將之推抵至研磨布的複數個研磨頭，在使研磨頭旋轉的同時將以研磨頭所支承的晶圓推抵至研磨布而研磨，其中複數個研磨頭，於每個研磨頭個別皆具有控制該研磨頭的研磨載重的壓力控制機構以及控制該研磨頭的轉速的旋轉控制機構。藉此，提供一種研磨方法，將研磨頭間的加工量分布及加工量的參差抑制在極小。

Description

研磨裝置以及晶圓的研磨方法
本發明關於一種研磨裝置以及研磨方法。
在單晶矽晶圓等半導體晶圓的研磨方法中，會使用如圖12的研磨装置101，其中該研磨裝置101係具備黏貼於可旋轉的平台102上的研磨布103、位於一個平台的上方的兩個以上的研磨頭130a及130b、以及可供給研磨劑至研磨布103的研磨劑供給機構104。
於各研磨頭130a及130b貼有模板組件，該模板組件係由背部襯墊131及以玻璃環氧樹脂材等樹脂所構成的支承導引件132等結合而成，並藉由背部襯墊131及支承導引件132，各研磨頭皆能支承晶圓W的背面側面(參照專利文獻1、2)。再者，研磨頭130a及130b能旋轉，能將所支承的晶圓推抵至研磨布103而研磨。再者，研磨頭能控制研磨載重，例如，若為如圖12所示的研磨頭130a及130b的情況，即能藉由控制第一空間部133的內部的壓力A(外壓)，而控制支承導引件132與研磨布103的接觸壓力，再者，能藉由控制第二空間部134的內部的壓力B(內壓)，而控制晶圓W與研磨布103的接觸壓力。
再者，一般的研磨裝置中，係藉由控制施加於晶圓W的研磨載重及晶圓W的圓周速率，而控制研磨後的晶圓W的形狀。在圖12的研磨裝置101中，能藉由將控制支承導引件132(模板的導引件部)與研磨布103的接觸壓力的壓力A(外壓)、以及控制晶圓W與研磨布103的接觸壓力的壓力B(內壓)予以控制，而調整壓力A與B的壓力差而得以控制晶圓W的形狀。再者，晶圓W的圓周速率可藉由研磨頭130a及130b的轉速而控制。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本專利第4833355號 ［專利文獻2］日本特開2012-35393號公報
［發明所欲解決之問題］ 一般而言，在如圖12的具有複數個研磨頭130a及130b的研磨裝置101中，在所有的研磨頭皆使用共通的研磨載重及圓周速率（轉速）進行研磨加工。所有的研磨頭之所以皆為相同的研磨載重及轉速，是因為即便是在具有兩個以上的研磨頭的情況下，亦為所有研磨頭的載重控制藉由共通的壓力控制機構所控制，此外，圓周速率控制（轉速的控制）亦是藉由共通的旋轉控制機構所控制之故。研磨裝置101的情況下，如圖12及圖13，研磨頭130a及130b的研磨載重的控制，亦即上述的外壓及內壓的控制，係個別以共通的控制器及電動氣動調節器所進行。同樣地，如圖12及圖13，研磨頭130a及130b的轉速，係以相同的控制器及馬達所控制。
當研磨裝置具有複數個研磨頭的情況，在研磨頭間會產生晶圓的加工量形狀的差（加工量分布及加工量的量值等）。以往，為了減小此一差異， 會在所有的研磨頭統一使用能讓研磨頭間的加工量形狀的差變得較小的研磨載重而進行研磨。例如，一般會在所有研磨頭將共通的外壓及內壓設定至恰當的值，以使研磨頭間的加工量形狀的差縮小的方式而對外壓及內壓的差為最佳化，從而控制晶圓外周部的翹起與塌邊。再者，由於藉由控制研磨頭之轉速與平台之轉速的比率也能控制晶圓的形狀，故一般會在所有研磨頭使用能讓加工量形狀的差變得較小的統一轉速而進行研磨。
然而，在所有的研磨頭使用統一的研磨載重及轉速的習知的研磨裝置，卻無法於每個研磨頭個別調整研磨頭固有的加工量分布參差，再者，由於在複數個研磨頭全部以能讓研磨頭間的加工量形狀的差變得較小的方式設定研磨載重，實際上無法使研磨頭間的加工量形狀無限地趨近於零。此外，也有著一旦為了配合加工量分布而進行研磨載重的調整，則研磨頭間的加工量（加工量的量值）的參差會變大，而使研磨頭間的加工量無法配合的問題。
鑒於如同前述的問題，本發明的目的在於提供一種能將研磨頭間的加工量分布及加工量的參差抑制在極小的研磨裝置及晶圓的研磨方法。 ［解決問題之技術手段］
為了達成上述目的，本發明提供一種研磨裝置，包含黏貼有研磨晶圓的研磨布的平台及支承並同時得以旋轉該晶圓且得以在施加研磨載重至該晶圓的同時將之推抵至該研磨布的複數個研磨頭，在使該研磨頭旋轉的同時將以該研磨頭所支承的晶圓推抵至該研磨布而研磨，其中複數個該研磨頭，於每個研磨頭個別皆具有控制該研磨頭的研磨載重的壓力控制機構以及控制該研磨頭的轉速的旋轉控制機構。
若為如此者，即能於每個研磨頭將研磨載重及轉速個別設定為任意的值，尤其能以將在研磨頭間的晶圓的加工量分布的差及加工量的差抑制在極小的方式，於每個研磨頭設定研磨載重及轉速。
此時，該研磨頭包括支承該晶圓的背面的背部襯墊以及支承該晶圓之側面的圓環狀的支承導引件，以及該壓力控制機構，係控制作為該研磨載重的該研磨頭所支承的該晶圓與該研磨布的接觸壓力、及該支承導引件與該研磨布的接觸壓力者為佳。
若為能控制研磨頭所支承之晶圓與研磨布的接觸壓力、及該支承導引件與該研磨布的接觸壓力的研磨裝置，即能藉由調整這些接觸壓力的差而精度良好地控制晶圓的加工量分布。
再者，為了達成上述目的，本發明提供一種晶圓的研磨方法，其中係根據設於每個研磨頭的該壓力控制機構及該旋轉控制機構，於每個研磨頭個別控制複數個該研磨頭的該研磨載重及該轉速，而進行該晶圓的研磨。
藉由於每個研磨頭個別控制研磨載重及轉速，而得以於各研磨頭以每個晶圓獨立地設定所研磨的晶圓的加工量分布及加工量。尤其，能將研磨頭間的晶圓的加工量分布的差以及加工量的差抑制在極小。
再者，能藉由於每個該研磨頭控制該研磨載重，而控制複數個該研磨頭間的該晶圓的加工量分布差，且藉由於每個該研磨頭控制該轉速，而控制複數個該研磨頭間的該晶圓的加工量差。
如此一來，即能藉由控制研磨頭間的加工量分布差及加工量差，甚至縮小這些差，而將研磨頭間的晶圓的形狀的參差抑制在極小。
若為本發明的研磨裝置及晶圓的研磨方法，即能將研磨頭間的加工量分布及加工量的參差抑制在極小。甚至能以將於複數個研磨頭間產生的晶圓的加工量分布的差及加工量的差抑制在極小的方式，於每個研磨頭控制研磨載重及轉速，而得以獲得形狀一致的晶圓。
以下將針對本發明的實施方式做說明，但本發明並不限定於此。
首先將參照圖1、2，針對本發明的研磨裝置做說明。如圖1所示，本發明的研磨裝置1包含黏貼有研磨晶圓W的研磨布3的平台2及支承並同時得以旋轉晶圓W且得以在施加研磨載重至晶圓W的同時將之推抵至研磨布3的複數個研磨頭30。於圖1例示了於一個平台2的上方具備兩個以上研磨頭（圖1中的研磨頭30a及研磨頭30b）的情況。然而，複數個研磨頭30的數目並不限定於此，本發明的研磨裝置亦可於一個平台2的上方具備三個以上研磨頭。再者，亦可具備供給研磨劑至研磨布3上的研磨劑供給機構4。
本發明之研磨裝置中的複數個研磨頭，於每個研磨頭個別皆具有控制研磨頭的研磨載重的壓力控制機構以及控制研磨頭的轉速的旋轉控制機構。若是圖1的研磨裝置1，研磨頭30a具有壓力控制機構10a及旋轉控制機構20a，研磨頭30b具有壓力控制機構10b及旋轉控制機構20b，而研磨頭30a與研磨頭30b為能彼此獨立地控制研磨載重及轉速的構成。在如此的研磨裝置1中，能使研磨頭30a及研磨頭30b旋轉，並同時將研磨頭30a與研磨頭30b所支承的晶圓W推抵至研磨布3而研磨。
若為如此者，即能於每個研磨頭個別地將研磨載重及轉速控制在任意的值，且得以控制每個研磨頭的晶圓形狀。藉此，甚至能以將在研磨頭間的晶圓的加工量分布的差及加工量的差抑制在極小的方式，於每個研磨頭設定研磨載重及轉速。亦即，能在所有的研磨頭，獲得幾乎沒有晶圓的加工量分布差及加工量差，且形狀相同的晶圓。再者，由於能於每個研磨頭間以相異的研磨載重及轉速實施研磨，故得以在一次的研磨中，製造具有不同規格之形狀的晶圓，從而獲得多品種的晶圓。
再者，如上述之本發明的研磨裝置1能為如以下般的構成。亦即，更具體而言，研磨頭以具有支承晶圓之背面的背部襯墊、以及支承晶圓之側面的環狀的支承導引件者為佳，作為研磨載重，壓力控制機構能控制研磨頭所支承之晶圓與研磨布的接觸壓力、及支承導引件與研磨布的接觸壓力。
若為圖1的研磨裝置1的情況，研磨頭30a及研磨頭30b，個別皆為具有背部襯墊31a、31b及支承導引件32a及32b者，且能支承晶圓W的側面及背面。
再者，研磨頭30a及30b能為橡膠夾頭方式的研磨頭，能各自藉由控制第一空間部33a及33b的內部的壓力A(外壓)，而控制支承導引件32a及32b與研磨布3的接觸壓力，再者，亦能藉由控制第二空間部34a及34b的內部的壓力B(內壓)，而控制晶圓W與研磨布3的接觸壓力。
再者，若為本發明的研磨裝置1的情況，即能藉由個別裝備於研磨頭30a及研磨頭30b的壓力控制機構10a及壓力控制機構10b，而個別控制上述的壓力A、B。更具體而言，如圖1，壓力控制機構10a及10b能為由以下所構成者：控制第一空間部33a及33b之內部壓力A(外壓)的第一電動氣動調節器11a及11b以及控制第二空間部34a及34b之內部壓力B(外壓)的第二電動氣動調節器12a及12b、以及向這些電動氣動調節器發送控制訊號而控制輸出功率的控制器13a及13b。藉此，如圖2，本發明能於每個研磨頭個別控制每個研磨頭的壓力A及壓力B。
再者，旋轉控制機構20a及20b，可為如圖1、2，由使研磨頭30a及30b個別自轉的馬達21a、21b、以及向這些馬達發送控制信號且控制轉速的控制器22a及22b所構成。如此一來，能如圖2，就每個研磨頭控制轉速。
接著，將說明使用本發明之研磨裝置1的晶圓的研磨方法。在本發明之晶圓的研磨方法中，藉由設於每個研磨頭的壓力控制機構10a及10b、以及旋轉控制機構20a、20b，於每個研磨頭個別控制複數個研磨頭30的研磨載重及轉速，而進行晶圓W的研磨。
此時，尤其能藉由在每個研磨頭控制研磨載重，而控制複數個研磨頭30間的晶圓W的加工量分布差，且藉由於每個研磨頭控制轉速，而控制複數個研磨頭30間的晶圓W的加工量差。
此時，在如圖3的調整步驟中，能以讓各研磨頭的加工量分布差及加工量差變小的方式，從而個別控制各研磨頭的研磨載重及轉速。
首先，組裝複數個研磨頭［圖3的（A）］。
接著，於所有研磨頭將上述壓力A(外壓)、壓力B(內壓)、以及轉速設定為相同的數值［圖3的（B）］。
接著，於所有研磨頭研磨晶圓［圖3的（C）］。此時如上述般地，在所有研磨頭的壓力A及壓力B，亦即研磨載重皆為相同。
接著，算出經研磨之晶圓的加工量分布［圖3的（D）］。加工量分布能藉由以平面度量測儀量測研磨加工前後之晶圓的表面的平坦度而算出。
接著，基於加工量分布而調整各研磨頭的外壓及內壓［圖3的（E）］。更具體而言，個別計算於各研磨頭所研磨之晶圓的加工量的分布，而根據加工量分布遠離加工量位移量之零線（基準線）的量，於各研磨頭變更外壓與內壓的差。作為加工量位移量的零線，例如，可將晶圓的中心部的加工量量當作零線（基準線）來使用。
接著，於調整過外壓及內壓後的所有研磨頭研磨晶圓［圖3的（F）］。
接著，算出各經過研磨之晶圓的加工量分布，若加工量位移量近乎零則結束於各研磨頭的內壓與外壓的調整［圖3的（G）］。
接著，於各研磨頭確認經篩選的研磨載重中的加工量，若於研磨頭間有加工量差，則調整研磨頭的轉速［圖3的（H）］。例如，將加工量較少之研磨頭的轉速設定得較大而使加工量增大，而使加工量差變得較小即可。
接著，於調整過轉速的所有研磨頭研磨晶圓［圖3的（I）］。
接著，計算研磨後的晶圓的加工量分布差及加工量差，若這些都變得足夠小，則結束於各研磨頭的研磨載重及轉速的調整［圖3的（J）］。
依以上方式，藉由在調整完各研磨頭的研磨載重及轉速之後實施本研磨，即能減小加工量分布差及加工量差。 ［實施例］
以下，將呈現本發明的實施例及比較例而更具體地說明本發明，但本發明並不限定於這些實施例。
（實施例） 使用如圖1所示之具有兩個研磨頭30a及30b且於每個研磨頭皆個別具有壓力控制機構及旋轉控制機構的研磨裝置1而進行矽晶圓的研磨。此般的研磨裝置，係為於不二越機械工業株式会社製之單面研磨機的各研磨頭安裝有壓力控制機構及旋轉控制機構者。
矽晶圓的研磨將如以下般進行。首先，依照圖3所示之調整步驟，將兩個研磨頭30a及30b的研磨載重及轉速設定至讓研磨頭30a及30b間的晶圓的加工量分布差及加工量差變小的數值。其結果，將研磨頭30a的內壓與外壓的壓力差調整至7.5 kPa、轉速調整至33 rpm。再者，將研磨頭30b的內壓與外壓的壓力差調整至5.2 kPa，轉速調整至38 rpm。
研磨載重的調整前［亦即，在所有研磨頭中研磨載重（內壓與外壓的壓力差為15 kPa）及轉速（30 rpm）為相同數值］的各研磨頭的加工量分布示於圖4。再者，將調整結束後的各研磨頭在調整步驟之中最終測定後的加工量分布示於圖5。另外，圖4、5及下述之圖7的「加工量位移量」，代表以晶圓的中心的加工量量值作為零線（基準線）的情況時自該基準線起的位移量。如自圖5起所明白地，能將研磨頭間地加工量分布的差幾乎化為零。
再者，在研磨載重及轉速的調整前後的各研磨頭之中的研磨比率示於圖6。在實施例中研磨載重及轉速的調整後，研磨比率在各研磨頭幾乎相同，得以於研磨頭間消除加工量差。
研磨載重及轉速的調整後，進行本研磨。本研磨的研磨加工條件如下所述： ［研磨加工條件］ 加工晶圓： 直徑300 nm P- 品＜100＞ 研磨布： 二次研磨布料 不織布 研磨劑： KOH基底矽溶膠 研磨頭數： 2 研磨晶圓片數： 各研磨頭10片
再者，測定本研磨後的矽晶圓的ΔSFQR(max)、ΔESFQR(max)及加工量。另外，作為測定裝置，使用KLA-Tencor公司製的平面度量測儀WaferSight2。
（比較例） 使用如圖12的習知的研磨裝置而與實施例同樣地進行矽晶圓的研磨，其中習知的該研磨裝置並非於每個研磨頭個別具有控制機構及旋轉控制機構，而是所有研磨頭皆以統一的研磨載重及轉速而進行研磨。
在比較例中，以讓2個研磨頭130a、130b間的晶圓的加工量分布差及加工量差變小的方式，在2個研磨頭，皆將內壓與外壓的壓力差調整至5 kPa。另外，此時的研磨頭的轉速在任何研磨頭皆統一為30 rpm。此時的各研磨頭的加工量分布示於圖7，加工量示於圖8。從圖7可知，無法如實施例般縮小加工量分布差，再者，從圖8可知，加工量差變得比實施例更大。
接著，與實施例同樣地進行晶圓的本研磨、以及本研磨後的矽晶圓的ΔSFQR(max)、ΔESFQR(max)及加工量的測定。比較例的本研磨，2個研磨頭無論何者，內壓與外壓的壓力差皆為5 kPa，轉速皆為30 rpm。
上述實施例及比較例的ΔSFQR(max)、ΔESFQR(max)及加工量的測定結果個別示於圖9、10及11。
實施例，相較於比較例，ΔSFQR(max)、ΔESFQR(max)及加工量的參差變小，從這點可以確認，藉由於每個研磨頭控制研磨載重及轉速，能減小研磨頭間的晶圓的加工量分布差及加工量差。
另外，本發明並不限定於上述的實施型態。上述實施型態為舉例說明，凡具有與本發明的申請專利範圍所記載之技術思想實質上同樣之構成，產生相同的功效者，不論為何物皆包含在本發明的技術範圍內。
1‧‧‧研磨裝置
2‧‧‧平台
3‧‧‧研磨布
4‧‧‧研磨劑供給機構
10a‧‧‧壓力控制機構
10b‧‧‧壓力控制機構
11a‧‧‧第一電動氣動調節器
11b‧‧‧第一電動氣動調節器
12a‧‧‧第二電動氣動調節器
12b‧‧‧第二電動氣動調節器
13a‧‧‧控制器
13b‧‧‧控制器
20a‧‧‧旋轉控制機構
20b‧‧‧旋轉控制機構
21a‧‧‧馬達
21b‧‧‧馬達
22a‧‧‧控制器
22b‧‧‧控制器
30‧‧‧研磨頭
30a‧‧‧研磨頭
30b‧‧‧研磨頭
31a‧‧‧背部襯墊
31b‧‧‧背部襯墊
32a‧‧‧支承導引件
32b‧‧‧支承導引件
33a‧‧‧第一空間部
33b‧‧‧第一空間部
34a‧‧‧第二空間部
34b‧‧‧第二空間部
101‧‧‧研磨装置
102‧‧‧平台
103‧‧‧研磨布
104‧‧‧研磨劑供給機構
130a‧‧‧研磨頭
130b‧‧‧研磨頭
131‧‧‧背部襯墊
132‧‧‧支承導引件
133‧‧‧第一空間部
134‧‧‧第二空間部
W‧‧‧晶圓
圖1係呈現本發明之研磨裝置的一範例的示意圖。 圖2係呈現本發明之研磨裝置的研磨載重及轉速的控制方法的示意圖。 圖3係於本發明之晶圓的研磨方法之中的調整步驟的流程圖。 圖4係於實施例的研磨載重調整前之各研磨頭之中的加工量分布。 圖5係於實施例的研磨載重調整後之各研磨頭之中的加工量分布。 圖6係實施例的研磨載重及轉速調整前後之各研磨頭之中的加工量。 圖7係於比較例的研磨載重調整後之各研磨頭之中的加工量分布。 圖8係於比較例的研磨載重調整後之各研磨頭之中的加工量。 圖9係實驗例、比較例的本研磨後的矽晶圓之ΔSFQR(max)的測定結果。 圖10係實驗例、比較例的本研磨後的矽晶圓之ΔESFQR(max)的測定結果。 圖11係實驗例、比較例的本研磨後的矽晶圓之加工量的測定結果。 圖12係呈現習知的研磨裝置的一範例的示意圖。 圖13係呈現習知的研磨裝置的研磨載重及轉速的控制方法的示意圖。
1‧‧‧研磨裝置
2‧‧‧平台
3‧‧‧研磨布
4‧‧‧研磨劑供給機構
10a‧‧‧壓力控制機構
10b‧‧‧壓力控制機構
11a‧‧‧第一電動氣動調節器
11b‧‧‧第一電動氣動調節器
12a‧‧‧第二電動氣動調節器
12b‧‧‧第二電動氣動調節器
13a‧‧‧控制器
13b‧‧‧控制器
20a‧‧‧旋轉控制機構
20b‧‧‧旋轉控制機構
21a‧‧‧馬達
21b‧‧‧馬達
22a‧‧‧控制器
22b‧‧‧控制器
30‧‧‧研磨頭
30a‧‧‧研磨頭
30b‧‧‧研磨頭
31a‧‧‧背部襯墊
31b‧‧‧背部襯墊
32a‧‧‧支承導引件
32b‧‧‧支承導引件
33a‧‧‧第一空間部
33b‧‧‧第一空間部
34a‧‧‧第二空間部
34b‧‧‧第二空間部

Claims (4)

  1. 一種研磨裝置，包含黏貼有研磨晶圓的研磨布的平台及支承並同時得以旋轉該晶圓且得以在施加研磨載重至該晶圓的同時將之推抵至該研磨布的複數個研磨頭，在使該研磨頭旋轉的同時將以該研磨頭所支承的晶圓推抵至該研磨布而研磨， 其中複數個該研磨頭，於每個研磨頭個別皆具有控制該研磨頭的研磨載重的壓力控制機構以及控制該研磨頭的轉速的旋轉控制機構。
  2. 如請求項第1項所述之研磨裝置，其中該研磨頭包括支承該晶圓的背面的背部襯墊以及支承該晶圓之側面的圓環狀的支承導引件，以及 該壓力控制機構，係控制作為該研磨載重的該研磨頭所支承的該晶圓與該研磨布的接觸壓力、及該支承導引件與該研磨布的接觸壓力。
  3. 一種晶圓的研磨方法，係使用如請求項第1或2項所述之研磨裝置，其中 根據設於每個研磨頭的該壓力控制機構及該旋轉控制機構，於每個研磨頭個別控制複數個該研磨頭的該研磨載重及該轉速，而進行該晶圓的研磨。
  4. 如請求項第3項所述之晶圓的研磨方法，其中藉由於每個該研磨頭控制該研磨載重，而控制複數個該研磨頭間的該晶圓的加工量分布差，且藉由於每個該研磨頭控制該轉速，而控制複數個該研磨頭間的該晶圓的加工量差。
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