TW201836767A - 研磨頭及研磨半導體晶圓的背側的方法 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種研磨頭，其包括一基座、一支撐層及一研磨層。支撐層設置於基座之上，且研磨層設置於該支撐層之上。研磨層包括複數個凸塊。凸塊具有弧形外表面，且相鄰二個凸塊間隔排列。

Description

研磨頭及研磨半導體晶圓的背側的方法

本發明實施例係關於一種半導體元件生產設備及其加工方法，特別係關於一種半導體晶圓生產設備及研磨半導體晶圓的背側的方法。

半導體裝置被用於多種電子應用，例如個人電腦、行動電話、數位相機以及其他電子設備。半導體裝置的製造通常是藉由在半導體基板上依序沉積絕緣或介電層材料、導電層材料以及半導體層材料，並藉由包括光刻(lithography)製程及微影製程等程序將各種材料層圖案化，以形成電路組件和零件於此半導體基板之上。通常數十個或數百個積體電路是在一個半導體晶圓上進行製造。

在光刻製程中最小的特徵尺寸被稱為臨界尺寸(CD)。臨界尺寸愈小，就愈難把圖像聚焦在晶圓表面上。目前技術中，在光阻塗佈於晶圓表面的程序之後，晶圓背側可能受到光阻污染，導致晶圓在後續進行曝光製程時，因為晶圓表面具有高度差，而無法有效將圖像聚焦於晶圓表面上，造成產品的報廢。

因此，需要一種在光阻塗佈製程之後用於研磨晶圓背側的方法。

本發明部分實施例提供一種研磨頭。上述研磨頭包括一基座。研磨頭更包括設置於基座之上的一支撐層。研磨頭亦包括設置於支撐層之上的一研磨層。研磨層包括複數個凸塊。凸塊具有弧形外表面，且彼此間隔排列。

本發明部分實施例提供一種研磨一半導體晶圓的一背側的方法。上述方法包括提供一研磨頭。研磨頭上用於研磨半導體晶圓的背側的一研磨層包括複數個具有弧形外表面的凸塊彼此間隔排列。上述方法亦包括以研磨頭的研磨層接觸半導體晶圓的背側上的一中央區域，以研磨中央區域。上述方法更包括以研磨頭的研磨層接觸半導體晶圓的背側上圍繞中央區域的一外圍區域，以研磨外圍區域。研磨頭研磨中央區域時所在的高度係大於研磨頭研磨外圍區域時所在的高度。

1‧‧‧加工系統

3‧‧‧承載箱

5‧‧‧半導體晶圓

7‧‧‧裝載埠

9‧‧‧裝載埠

10‧‧‧光阻塗佈模組

20‧‧‧研磨模組

21‧‧‧曝光模組

23‧‧‧外側支撐座

25‧‧‧連桿

30‧‧‧曝光模組

40‧‧‧研磨頭

41‧‧‧基座

410‧‧‧內側部位

411‧‧‧外緣

42‧‧‧支撐層

420‧‧‧底面

421‧‧‧第一環形結構

422‧‧‧第二環形結構

423‧‧‧中心結構

424‧‧‧穿孔

412‧‧‧連接頭

43‧‧‧下方層體

44‧‧‧上方層體

45‧‧‧研磨層

451‧‧‧研磨片(第一研磨片)

452‧‧‧研磨片(第二研磨片)

453‧‧‧薄膜

454‧‧‧凸塊

50‧‧‧背側

51‧‧‧邊緣

52‧‧‧中央區域

53‧‧‧外圍區域

100‧‧‧方法

110、120、130‧‧‧操作

a1、a2、a3、a4‧‧‧方向

C‧‧‧中心

r1、r2、r3‧‧‧旋轉軸

H0、H1、H2、H3‧‧‧高度

第1圖顯示本發明部分實施例的一加工系統的示意圖。

第2圖顯示本發明部分實施例的研磨模組的示意圖。

第3圖顯示本發明部分實施例的研磨頭的剖面圖。

第4圖顯示發明部分實施例的研磨頭的上視圖。

第5圖顯示沿第4圖A-A’截線所視的剖面圖。

第6圖顯示本發明部分實施例的研磨半導體晶圓的背側的方法的流程圖。

第7圖顯示本發明部分實施例的研磨半導體晶圓的背側的方法的步驟之一的示意圖，其中研磨頭研磨半導體晶圓的背側 的中央區域。

第8圖顯示本發明部分實施例的研磨半導體晶圓的背側的方法的步驟之一的示意圖，其中研磨頭抵靠半導體晶圓的背側於高度H1。

第9圖顯示本發明部分實施例的研磨半導體晶圓的背側的方法的步驟之一的示意圖，其中研磨頭研磨半導體晶圓的背側的外圍區域。

第10圖顯示本發明部分實施例的研磨半導體晶圓的背側的方法的步驟之一的示意圖，其中研磨頭抵靠半導體晶圓的背側於高度H2。

第11圖顯示本發明部分實施例的研磨半導體晶圓的背側的方法的步驟之一的示意圖，其中研磨頭抵靠半導體晶圓的背側於高度H3。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例，以實施本發明的不同特徵而本說明書以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化發明的說明。當然，這些特定的範例並非用以限定本發明。例如，若是本說明書以下的揭露內容敘述了將一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦包含了尚可將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與上述第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，本發明的說明中不同範例可能使用重複的參考符號及/或用字。這些重複符號或 用字係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定各個實施例及/或所述外觀結構之間的關係。

再者，為了方便描述圖式中一元件或特徵部件與另一(複數)元件或(複數)特徵部件的關係，可使用空間相關用語，例如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及類似的用語等。可以理解的是，除了圖式所繪示的方位之外，空間相關用語涵蓋使用或操作中的裝置的不同方位。所述裝置也可被另外定位(例如，旋轉90度或者位於其他方位)，並對應地解讀所使用的空間相關用語的描述。可以理解的是，在所述方法之前、期間及之後，可提供額外的操作步驟，且在某些方法實施例中，所述的某些操作步驟可被替代或省略。

應注意的是，此處所討論的實施例可能未必敘述出可能存在於結構內的每一個部件或特徵。舉例來說，圖式中可能省略一個或多個部件，例如當部件的討論說明可能足以傳達實施例的各個樣態時可能將其從圖式中省略。再者，此處所討論的方法實施例可能以特定的進行順序來討論，然而在其他方法實施例中，可以以任何合理的順序進行。

第1圖顯示本發明部分實施例的一加工系統1的示意圖。根據本發明實施例，加工系統1包括一光阻塗佈模組10、一研磨模組20、一曝光模組30及一或多個裝載埠，例如二個裝載埠7、9。加工系統1的配置與模組數量可以依照需求增加或減少，並不僅此實施例為限。

裝載埠7、9係配置用於放置可用於裝載多個半導體晶圓5的承載箱3，並且加工系統1相對於裝載埠7、9具有開 口，以供半導體晶圓5通過。在部分實施例中，位於裝載埠7上的承載箱3是用於放置待加工之半導體晶圓5，且位於裝載埠9上的承載箱3是用於放置已在加工系統1內加工完成之半導體晶圓5。應當理解的是，加工系統1的裝載埠的數量可以依照需求增加或減少，並不以第1圖所示的實施例為限。另外，加工系統1的裝載埠7與裝載埠9的設置位置也可加以改變。舉例而言，加工系統1的裝載埠7與裝載埠9相鄰設置。

在部分實施例中，半導體晶圓5進入加工系統1後依序經由光阻塗佈模組10、研磨模組20及曝光模組30進行加工。供應於裝載埠7上的承載箱3的半導體晶圓5在光阻塗佈模組10內進行光阻塗佈製程，並送至研磨模組20內對光阻進行平坦化。接著，半導體晶圓5由研磨模組20送至曝光模組30，使半導體晶圓5表面的光阻在曝光模組30進行曝光。最後，半導體晶圓5由曝光模組30送至位於裝載埠9上的承載箱3。上述半導體晶圓5的移動可透過設置於加工系統1內的一或多個機械手臂(未顯示於第1圖)執行。

在部分實施例中，光阻塗佈模組10、研磨模組20、曝光模組30的加工參數及半導體晶圓5透過上述機械手臂之運送時間可透過一預先植入的程式在一電腦或微處理器(未顯示於第1圖)進行操作。

根據本發明部分實施例，研磨模組20的結構特徵說明如下：第2圖顯示本發明部分實施例的研磨模組20的示意圖。根據本發明實施例，研磨模組20包括一晶圓座21、一或 多個外側支撐座(例如：二個外側支撐座23)、一連桿25及一研磨頭40。應當理解的是，研磨模組20中之元件可以額外增加或減少，並不以此實施例為限。

晶圓座21係配置用於在研磨頭40研磨半導體晶圓5的背側50上接近邊緣51的外圍區域53時用於固定半導體晶圓5。晶圓座21可為靜電式晶圓座(e-chuck)。或者，晶圓座21係連結至一真空源，並藉由真空源所產生的真空固定半導體晶圓5於晶圓座21上方。在部分實施例中，晶圓座21可繞一通過其中心的旋轉軸r1旋轉。並且，晶圓座21可沿如箭頭a1所示在平行旋轉軸r1的方向上進行上下移動。

在部分實施例中，如第2圖所示，半導體晶圓5的外徑充分大於晶圓座21的寬度。於是，當半導體晶圓5設置於晶圓座21上時，半導體晶圓5的背側50上接近邊緣51的外圍區域53並未為晶圓座21所覆蓋。

外側支撐座23係配置用於在研磨頭40研磨半導體晶圓5的中央區域52時用於固定半導體晶圓5。在部分實施例中，外側支撐座23連結至一真空源，並藉由真空源所產生的真空固定半導體晶圓5於外側支撐座23上。在部分實施例中，二個外側支撐座23可沿如箭頭a2所示在平行旋轉軸r1的方向上進行上下移動。在部分實施例中，二個外側支撐座23可沿如箭頭a4所示在水平方向進行前後移動。

在部分實施例中，研磨模組20包括二個外側支撐座23。二個外側支撐座23分別位於晶圓座21的相對二側。二個外側支撐座23之間的間距小於半導體晶圓5的直徑，大於半導 體晶圓5的中央區域52的寬度。如此一來，當半導體晶圓5固定於二個外側支撐座23上時，半導體晶圓5的中央區域52不致為二個外側支撐座23所覆蓋。

半導體晶圓5的中央區域52定義為半導體晶圓5的中心至與半導體晶圓5的邊緣51相隔一特定間距的位置。上述特定間距約為半導體晶圓5的半徑的50%。半導體晶圓5的外圍區域53定義為中央區域52至半導體晶圓5的邊緣51的區域。

連桿25係配置用於承載研磨頭40並控制研磨頭40的位置。在部分實施例中，研磨頭40係以可繞一旋轉軸r2旋轉的方式連結於連桿25的末端，並且連桿25可繞一旋轉軸r3來回擺動，以改變研磨頭40相對於半導體晶圓5的位置。舉例而言，連桿25可移動研磨頭40至半導體晶圓5的下方，並且連桿25可繞旋轉軸r3擺動，使研磨頭40在半導體晶圓5的中心至半導體晶圓5的邊緣51之間具有任意寬度的區域內進行往覆式移動。在部分實施例中，連桿25可沿如箭頭a3所示在平行旋轉軸r3的方向上進行上下移動，以改變研磨頭40與半導體晶圓5的間距或者改變研磨頭40施壓於半導體晶圓5的壓力。

第3圖顯示本發明部分實施例的研磨頭40的剖面圖，第4圖顯示發明部分實施例的研磨頭40的上視圖。根據本發明部分實施例的研磨頭40的結構特徵說明如下。

在部分實施例中，研磨頭40包括一基座41、一支撐層42及一研磨層45。研磨頭40的配置與模組數量可以依照需求增加或減少，並不僅此實施例為限。

在部分實施例中，基座41為一圓形板狀結構。複 數個穿孔424穿透基座41的前後表面，以利排除研磨過程中所使用的研磨液以及研磨過程中所產生的碎削。在部分實施例中，基座41具有一圓形的內側部位410。基座41的內側部位410自基座41的中心朝基座41的外緣411延伸並與外緣411間隔設置。內側部位410的寬度佔基座41的寬度的約10%至約15%。在部分實施例中，基座41更包括用於連結連桿25的一連接頭412。連接頭412可利用任何適當的方式(例如：螺合)與連桿25進行結合。

支撐層42配置用於支撐研磨層45於基座41之上，並在研磨過程中發揮緩衝作用。在部分實施例中，支撐層42包括一或多個環形結構，例如第一環形結構421及第二環形結構422，及一中心結構423。

中心結構423設置於基座41的內側部位410上，且在平行基座41的平面上具有圓形的剖面。第一環形結構421與第二環形結構422設置於基座41的內側部位410之外的部分，並位於基座41的內側部位410與外緣411之間。舉例而言，第一環形結構421緊鄰基座41的外緣411設置，且第二環形結構422位於第一環形結構421與中心結構423之間。第一環形結構421與第二環形結構422之間相隔一間距，彼此並不相連。並且，第二環形結構422與中心結構423之間皆相隔一間距，彼此並不相連。至少部分形成於基座41上的穿孔424藉由上述間距暴露於外部。

在一示範例中，支撐層42的中心結構423佔基座41面積的比值約為10%；支撐層42的第二環形結構422佔基座41 面積的比值介於約20%至25%之間；並且，支撐層42的第一環形結構421佔基座41面積的比值介於約65%至70%之間。

在部分實施例中，支撐層42係由二個具有不同特性之材料疊合而成。舉例而言，支撐層42包括一下層層體43以及一上方層體44。下方層體43係固定於基座41之上，上方層體44係固定於下方層體43之上。下方層體43可由不易變形的材料所製成，例如金屬或塑膠，並且上方層體44可由容易彈性變形特性的材料所製成，例如聚乙烯醇(PVA)海綿。

在一實施例中，上方層體44的厚度大約等於13mm。如此一來，在半導體晶圓5研磨過程中，研磨頭40可藉由上方層體44容易彈性變形的特性提供研磨層45與半導體晶圓5接觸時的緩衝，進而增加研磨均勻度。

在部分實施例中，上方層體44是藉由下方層體43與基座41間隔一高度差，並且下方層體43是由較上方層體44不易吸水的材料所製成。藉由上述特徵，沈積於基座41而未能迅速排除的研磨液將不會受上方層體44所吸收，而影響上方層體44彈性變形特性。於是，研磨均勻度可以進一步提昇。然而，應當理解多種改變及變化可應用至本發明的實施例中，支撐層42亦可由單一材料製作而成。

在部分實施例中，支撐層42相對於基座41具有高度的變化。舉例而言，如第3圖所示，支撐層42的第一環形結構421的高度，在自基座41的內側部位410朝基座41的外緣411的方向上逐漸增加。在一實施例中，第一環形結構421的下方層體43具有梯形的橫截面，且上方層體44具有平行四邊形的橫 截面。

然而，應當理解多種改變及變化可應用至本發明的實施例中。第一環形結構421的下方層體43與上方層體44的橫截面可以為任意形狀，且第一環形結構421的結構態樣並不僅此為限。在另一實施例中，第一環形結構421靠近中心結構423的部份具有一致的高度，且第一環形結構421靠近外緣411的部份高度逐漸增加。

研磨層45配置用於研磨半導體晶圓5的背側50。在部分實施例中，研磨層45固定於支撐層42相反基座41的底面420之上。在部分實施例中，如第4圖所示，研磨層45包括一或多種不同形式的研磨片，例如梯形的第一研磨片451與六邊形的第二研磨片452。

第一研磨片451覆蓋於支撐層42的第二環形結構422以及中心結構423的底面420，其中在第二環形結構422上，二個相鄰的第一研磨片451間相隔一通道，並不直接相連，以供研磨液與研磨碎削通過。

第5圖顯示第4圖的第一研磨片451的A-A’截線的剖面圖。在部分實施例中，第一研磨片451包括一薄膜453以及多個凸塊454設置於薄膜453之上。在部分實施例中，凸塊454具有弧形外表面。每一凸塊454的弧形的外表面具有一致的曲率，凸塊454為球體的一部分。然而，應當理解多種改變及變化可應用至本發明的實施例中。

在其餘實施例中，凸塊454的外表面具有連續的曲率變化。在部分實施例中，位於第一研磨片451的每一個凸塊 454皆對稱於自身中心C且具有弧形的外表面。亦即，凸塊454具有光滑的外表面，藉此避免在半導體晶圓5研磨過程中刮傷半導體晶圓5。

在部分實施例中，二個相鄰的凸塊454間相隔一通道，並不直接相連，以供研磨過程中所產生的碎削通過。於是，因碎削卡設於研磨頭40與半導體晶圓5之間造成半導體晶圓5刮傷的現象可以進而避免。在部分實施例中，多個凸塊454是沿複數個軸線排列，其中相鄰軸線上的多個凸塊454為交錯設置。凸塊454可以包括硬度較高的鑽石微粒和樹酯聚合物的材質製成。

第二研磨片452覆蓋於支撐層42的第一環形結構421的底面420，其中二個相鄰的第二研磨片452間相隔一通道，並不直接相連，以供研磨液與研磨碎削通過。在部分實施例中，第二研磨片452的結構特徵相似於第一研磨片451的結構特徵，為簡化說明，不再加以重複。

應當理解的是，雖然在第3-4圖的實施例中，支撐層42具有二個環形結構421、422，但支撐層42的環形結構的數量並不僅此為限。在部分實施例中，支撐層42僅包括一環形結構以及一中心結構423，兩者間相隔一間距，並不相連。在另一些實施例中，支撐層42包括三個環形結構以及一中心結構423，彼此間相隔一間距，並不相連。在另一些實施例中，支撐層42的中心結構423是由另一個具有較小半徑的環形結構所取代。研磨層45形成於上述所有環形結構以及中心結構相反基座41的底面之上。

第6圖顯示本發明之部分實施例之研磨半導體晶圓5的背側50之方法100之流程圖。為了舉例，該流程以第7-11圖的示意圖來說明。在不同的實施例中，部分階段可以替換或是消去。可加入額外的特性至半導體裝置結構中。在不同的實施例中，部分上述特性可以替換或是消去。

方法100起始於操作110，提供如上述任一實施例所述之研磨頭40。在部分實施例中，研磨頭40設置於連桿25的末端，並受連桿25的控制而移動至如第7圖所示位於半導體晶圓5的中央區域52下方的位置。

在部分實施例中，研磨頭40更受連桿25控制向上移動，使研磨頭40的研磨層45(第3圖)接觸半導體晶圓5的背側50。在部分實施例中，在研磨頭40到達半導體晶圓5的中央區域52下方的位置之前，外側支撐座23朝半導體晶圓5的方向上升並頂靠半導體晶圓5。並且，晶圓座21朝遠離半導體晶圓5的方向下降，半導體晶圓5的中央區域52並未為晶圓座21所支撐。

接著，方法100繼續至操作120，研磨半導體晶圓5的背側50的中央區域52。在部分實施例中，研磨頭40繞旋轉軸r2以約300rpm至約495rpm的轉速研磨半導體晶圓5的背側50的中央區域52。在研磨半導體晶圓5的背側50的中央區域52的過程中，外側支撐座23帶動半導體晶圓5沿第7圖箭頭a4所指之方向移動，以使研磨頭40沿箭頭a4所指之方向通過半導體晶圓5的背側50的中央區域52。

在部分實施例中，在研磨半導體晶圓5的背側50的 中央區域52的過程中，連桿25往覆式繞旋轉軸r3擺動，使研磨頭40對半導體晶圓5的背側50的中央區域52的所有表面進行研磨。上述連桿25的擺動幅度可以在操作120開始時至操作120執行中期逐漸增加，並且在操作120執行中期至操作120結束前逐漸減少。如此一來，研磨頭40在半導體晶圓5的背側50的中央區域52上研磨出一個大致呈現圓形的區域。然而，應當理解多種改變及變化可應用至本發明的實施例中。在研磨尺寸為300mm的半導體晶圓5的一實施例中，上述中央區域的寬度約為75mm。

在部分實施例中，在操作120中，研磨頭40受連桿25的推動，而持續朝半導體晶圓5施加壓力，以使研磨頭40貼合於半導體晶圓5的背側50。於是，半導體晶圓5的中央區域52的高度因受研磨頭40朝向上方向抵靠而高於半導體晶圓5的外圍區域53的高度。

舉例而言，如第8圖所示，研磨頭40與半導體晶圓5的背側50的中央區域52接觸位置位於高度H1，並且二個外側支撐座23與半導體晶圓5的背側50接觸位置位於高度H0。由於半導體晶圓5的背側50的中央區域52受研磨頭40朝向上方向抵靠，故上述高度H1大於上述高度H0。在一示範性實施例中，上述高度H1與上述高度H0的差異可大略等於1mm。然而，應當理解多種改變及變化可應用至本發明的實施例中。上述高度H1與高度H0的差異值可以根據半導體晶圓5的背側50上所欲研磨材料性質、研磨頭40的旋轉速度、或者施加於半導體晶圓5的背側50上的研磨液種類加以變更。

接著，方法100繼續至操作130，研磨半導體晶圓5的背側50的外圍區域53。在部分實施例中，在進行操作130之前，晶圓座21朝半導體晶圓5的方向上升並抵靠半導體晶圓5的中央區域52，並固定半導體晶圓5於其上。並且，外側支撐座23自半導體晶圓5的背側50分離，並朝遠離半導體晶圓5的方向下降。於是，半導體晶圓5的外圍區域53並未為外側支撐座23所支撐。

接著，研磨頭40受連桿25的控制而移動至如第9圖所示位於半導體晶圓5的外圍區域53下方的位置。在部分實施例中，研磨頭40更受連桿25控制向上移動，使研磨頭40的研磨層45(第3圖)接觸半導體晶圓5的背側50的外圍區域53。

在部分實施例中，在研磨頭40接觸半導體晶圓5的背側50的外圍區域53之後，研磨頭40開始繞旋轉軸r2以約295rpm至約500rpm的轉速研磨半導體晶圓5的背側50的外圍區域53。在研磨半導體晶圓5的背側50的外圍區域53的過程中，晶圓座21帶動半導體晶圓5繞旋轉軸r1以約2000rpm的轉速旋轉。在部分實施例中，研磨頭40繞旋轉軸r2的旋轉方向係相反於晶圓座21繞旋轉軸r1的旋轉方向。

在部分實施例中，在研磨半導體晶圓5的背側50的外圍區域53的過程中，連桿25自中央區域52內相鄰中央區域52與外圍區域53交界的區域開始逐漸朝半導體晶圓5的邊緣51前進，使研磨頭40對半導體晶圓5的背側50的外圍區域53的所有表面進行研磨，其中部分中央區域52是重複受到研磨。

在部分實施例中，研磨頭40研磨外圍區域53時， 研磨頭40在靠近半導體晶圓5的中央區域52的位置上的高度是較研磨頭40在靠近半導體晶圓5的邊緣51的位置上的高度低，藉由漸進式不停向上加壓，確保研磨頭40與半導體晶圓5的背側50持續接觸，並且減少震動發生的可能性。

舉例而言，如第10圖所示，在研磨頭40研磨半導體晶圓5的背側50的外圍區域53上接近中央區域52的第一位置時，研磨頭40與半導體晶圓5的背側50的接觸位置位於高度H2，並且晶圓座21與半導體晶圓5的背側50接觸位置位於高度H0。由於半導體晶圓5的背側50的外圍區域53受研磨頭40朝向上方向抵靠，故上述高度H2大於上述高度H0。在一示範性實施例中，上述高度H2與上述高度H0的差異可大略等於2mm。在研磨直徑約為300mm的半導體晶圓5的一實施例中，半導體晶圓5的背側50自中心起算約50mm至約135mm的區域是藉由高度設置於H2的研磨頭40進行研磨。部分中央區域52是重複進行研磨。

另外，如第11圖所示，在研磨頭40研磨半導體晶圓5的背側50的外圍區域53上接近邊緣51的第二位置時，研磨頭40與半導體晶圓5的背側50的接觸位置位於高度H3，並且晶圓座21與半導體晶圓5的背側50接觸位置位於高度H0。由於半導體晶圓5的背側50的外圍區域53受研磨頭40朝向上方向抵靠，故上述高度H3大於上述高度H0。在一示範性實施例中，上述高度H3與上述高度H0的差異可大略等於3mm。在研磨直徑約為300mm的半導體晶圓5的一實施例中，半導體晶圓5的背側50自中心起算約75mm至約150mm的區 域是藉由高度設置於H2的研磨頭40進行研磨。

然而，應當理解多種改變及變化可應用至本發明的實施例中。上述高度H2與高度H0的差異值以及上述高度H3與高度H0的差異值可以根據半導體晶圓5的背側50上所欲研磨材料性質、研磨頭40的旋轉速度、或者施加於半導體晶圓5的背側50上的研磨液種類加以變更，只要滿足高度H3大於高度H2的條件皆可達到強化研磨效果的目的。

在部分實施例中，在研磨頭40研磨半導體晶圓5的背側50的外圍區域53的過程中，研磨連桿25對研磨頭40持續施加朝半導體晶圓5的背側50的壓力，並維持研磨層45與半導體晶圓5的背側50的外圍區域53持續接觸，並未將研磨層45與半導體晶圓5的背側50的外圍區域53加以分離。另一方面，研磨頭40自上述高度H2移動至高度H3的調整是在一預設時間自高度H2直接調整至高度H3。或者，研磨頭40自上述高度H2移動至高度H3的調整是在一相對長時間內(例如：1秒鐘內)逐漸執行。

值得注意的是，由於研磨頭40的支撐層42的第一環形結構42在徑向方向上高度逐漸增加，當研磨頭40接近半導體晶圓5的邊緣51的位置時，即便半導體晶圓5受研磨頭40抵靠而發生翹曲，研磨片452(第4圖)仍然與半導體晶圓5的背側50緊密貼合。因此，研磨頭40可以對半導體晶圓5的背側50上接近邊緣51的區域進行高效研磨。

另一方面，由於研磨片452上用於研磨半導體晶圓5的背側50的凸塊454(第5圖)具有弧形外表面，凸塊454是以 相對小的點狀面積與半導體晶圓5的背側50進行接觸。因此，研磨頭40可以對半導體晶圓5的背側50上相當接近邊緣51的區域研磨。同時，亦有效避免研磨頭中因條紋式研磨片受壓後而外曝於半導體晶圓5的邊緣51外側，進而導致半導體晶圓5正面受到研磨顆粒污染的情況。在一示範性實施例中，半導體晶圓5的背側50上靠近邊緣51的光阻材料完全研磨完成。在另一示範性實施例中，自邊緣51向內延伸約1mm的範圍內的光阻材料未受到研磨。如此一來，在部分需避免研磨半導體晶圓5的邊緣51上的導角(bevel)結構的製程中，研磨頭40可以對半導體晶圓5的背側50的最大面積進行研磨，卻不致使上述導角結構材料發生剝落(pealing)的現象。

上述實施例採用一種具有複數個凸塊的研磨片對半導體晶圓的背側進行研磨。由於凸塊具有弧形外表面，凸塊與半導體晶圓的背側的接觸點較小，故可精準控制研磨區域。另外，由於凸塊且彼此間隔設置，研磨過程中所產生的碎削可以經由凸塊間的通道藉由離心力加以排除。因此，相較於以橫條紋造型的研磨片進行研磨的程序減少需要利用內層海綿清潔半導體晶圓的時間，進而有效提昇生產效能。

本發明部分實施例提供一種研磨頭。上述研磨頭包括一基座。研磨頭更包括設置於基座之上的一支撐層。研磨頭亦包括設置於支撐層之上的一研磨層。研磨層包括複數個凸塊。凸塊具有弧形外表面，且彼此間隔排列。

在一實施例中，基座具有一內側部位。內側部位與基座的一外緣間隔設置。支撐層包括一第一環形結構與一中 心結構。第一環形結構位於內側部位與外緣之間。中心結構設置於內側部位。第一環形結構與中心結構相隔一間距，研磨層設置於第一環形結構與中心結構之上。

在一實施例中，支撐層更包括一第二環形結構，第二環形結構位於第一環形結構與中心結構之間，並與第一環形結構與中心結構各自相隔一間距，其中研磨層設置於第二環形結構之上。

在一實施例中，第一環形結構的高度自基座的內側部位朝基座的外緣的方向上逐漸增加。

在一實施例中，研磨層包括複數個研磨片，相鄰二個研磨片間彼此間隔設置。

在一實施例中，支撐層包括一下方層體及一上方層體。下方層體連結基座。上方層體連結下方層體至研磨層。上方層體藉由下方層體與基座間隔一高度差。

在一實施例中，上方層體包括PVA海綿。

本發明部分實施例提供一種研磨一半導體晶圓的一背側的方法。上述方法包括提供一研磨頭。研磨頭上用於研磨半導體晶圓的背側的一研磨層包括複數個具有弧形外表面的凸塊彼此間隔排列。上述方法亦包括以研磨頭的研磨層接觸半導體晶圓的背側上的一中央區域，以研磨中央區域。上述方法更包括以研磨頭的研磨層接觸半導體晶圓的背側上圍繞中央區域的一外圍區域，以研磨外圍區域。研磨頭研磨中央區域時所在的高度係大於研磨頭研磨外圍區域時所在的高度。

在一實施例中，在研磨外圍區域的步驟中，研磨 頭自中央區域與外圍區域的交界逐漸朝半導體晶圓的一邊緣前進。在外圍區域中靠近中央區域的一第一位置上，研磨頭位於一第一高度，且在外圍區域中靠近半導體晶圓的邊緣的一第二位置上，研磨頭位於一第二高度，第二高度大於第一高度。

在一實施例中，上述方法更包括旋轉研磨頭，使碎削移動於位於相鄰二個凸塊間的間距，並排出研磨頭與半導體晶圓之間。

以上概略說明了本發明數個實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者對於後續本發明的詳細說明可更為容易理解。任何所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解到本說明書可輕易作為其它結構或製程的變更或設計基礎，以進行相同於本發明實施例的目的及/或獲得相同的優點。任何所屬技術領域中具有通常知識者也可理解與上述等同的結構或製程並未脫離本發明之精神和保護範圍內，且可在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。

Claims (10)

1. 一種研磨頭，包括：一基座；一支撐層，設置於該基座之上；以及一研磨層，設置於該支撐層之上，且包括複數個具有弧形外表面的凸塊彼此間隔排列。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨頭，其中該基座具有一內側部位，該內側部位與該基座的一外緣間隔設置，其中該支撐層包括：一第一環形結構，位於該內側部位與該基座的該外緣之間；以及一中心結構，設置於該內側部位，其中該第一環形結構與該中心結構相隔一間距，該第一環形結構與該中心結構之上具有該研磨層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之研磨頭，其中該支撐層更包括一第二環形結構，該第二環形結構位於該第一環形結構與該中心結構之間，並與該第一環形結構與該中心結構各自相隔一間距，其中該第二環形結構之上具有該研磨層。
4. 如申請專利範圍第2項所述之研磨頭，其中該第一環形結構的高度自該基座的該內側部位朝該基座的該外緣的方向上逐漸增加。
5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨頭，其中該研磨層包括複數個研磨片，相鄰二個該等研磨片間彼此間隔設置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之研磨頭，其中該支撐層包括： 一下方層體，連結該基座；以及一上方層體，連結該下方層體至該研磨層，其中該上方層體藉由該下方層體與該基座間隔一高度差。
7. 如申請專利範圍第1項所述之研磨頭，其中該上方層體包括聚乙烯醇(PVA)海綿。
8. 一種研磨一半導體晶圓的一背側的方法，包括：提供一研磨頭，其中該研磨頭上具有一研磨層，該研磨層包括複數個具有弧形外表面且彼此間隔排列的凸塊；以該研磨頭的該研磨層接觸該半導體晶圓的該背側上的一中央區域，以研磨該中央區域；以及以該研磨頭的該研磨層接觸該半導體晶圓的該背側上圍繞該中央區域的一外圍區域，以研磨該外圍區域；其中，該研磨頭研磨該外圍區域時所在的高度大於該研磨頭研磨該中央區域時所在的高度。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中在研磨該外圍區域的步驟中，該研磨頭自該中央區域與該外圍區域的交界逐漸朝該半導體晶圓的一邊緣前進；其中在該外圍區域中靠近該中央區域的一第一位置上，該研磨頭位於一第一高度，且在該外圍區域中靠近該半導體晶圓的該邊緣的一第二位置上，該研磨頭位於一第二高度，該第二高度大於該第一高度。
10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中以該研磨頭研磨該中央區域與該外圍區域，包括旋轉該研磨頭，使研磨過程中所產生的碎削移動於相鄰二個該等凸塊間，並將該等 碎削排出該研磨頭與該半導體晶圓之間。