TW201930009A - 研磨裝置及研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種研磨裝置，係為批次式，包含貼附有研磨布的定盤，中心滾筒及導引滾筒，以及支承晶圓且與上述二個滾筒為得以旋轉地接觸的頂輪，研磨裝置在藉由定盤的旋轉而使頂輪旋轉的同時，將以頂輪所支承的晶圓推靠於研磨布而進行研磨，其中頂輪將支承晶圓的底盤予以支承在下方，而在與上述二個滾筒為相對向的區域設置有一個以上的外周溝，以外周溝以外的對向區域與上述二個滾筒接觸，或是上述二個滾筒，於與頂輪相對向的區域設置有一個以上的滾筒溝，以滾筒溝以外的對向區域與頂輪接觸。

Description

研磨裝置及研磨方法
本發明係關於一種批次式的研磨裝置及研磨方法。
在既有技術中，為了研磨矽晶圓等的晶圓，使用有包含用於支承晶圓的頂輪、及接觸該頂輪所支承的晶圓而研磨晶圓表面的研磨布等的批次式的研磨裝置。使用研磨裝置，所追求的是具有沒有傷痕而平坦性高的表面的研磨晶圓(專利文獻1)。
此處說明關於習知的一般批次式研磨裝置。 研磨裝置中，貼附於定盤的研磨布的上方相對向地設置有複數個能夠上下移動的頂輪。該頂輪的下方，配設有於研磨中支承一片以上的晶圓的底盤，頂輪支承該底盤。 又，定盤上於其中心及外周分別配設有中央滾筒及導引滾筒。頂輪於該定盤上於中央滾筒與導引滾筒之間，以能夠旋轉的方式與其接觸。
然後，研磨時，在供給研磨劑的同時，藉由上述定盤的旋轉運動而提供頂輪旋轉力，接觸中央滾筒及導引滾筒而進行旋轉運動(也就是連動旋轉)。此時，藉由研磨布與晶圓間發生的摩擦運動而晶圓被研磨。 〔先前技術文獻〕
專利文獻1：日本特開2000-135669號公報
〔發明欲解決的問題〕 使用如同上述的一般研磨裝置所得的研磨晶圓中，會於表面產生傷痕(研磨傷痕)。本案發明人經過調查，得知此傷痕產生的理由如以下所述。首先，於研磨加工中研磨劑附著於頂輪，於研磨待機中乾燥而硬化。接著，於下一次的研磨加工中藉由與中央滾筒及導引滾筒的接觸，硬化的研磨劑落下至研磨布上，而使研磨晶圓的表面產生研磨傷痕。 雖然藉由頂輪的定期清潔而除去硬化的研磨劑，但是無法預先防範硬化。
為了解決如同上述的問題，本發明提供一種批次式研磨裝置及研磨方法，能夠抑制研磨劑附著於頂輪而硬化(固著)，進一步能夠降低於研磨晶圓的研磨傷痕的產生。
〔解決問題的技術手段〕 為了達成上述目的，本發明提供一種研磨裝置，係為批次式，該研磨裝置包含：一定盤，貼附有一研磨布；一中心滾筒及一導引滾筒，分別配設於該定盤上的中心及外周；以及一頂輪，支承一晶圓，而與該中心滾筒及該導引滾筒為得以旋轉地接觸，該研磨裝置在藉由該定盤的旋轉而使該頂輪旋轉的同時，將以該頂輪所支承的該晶圓推靠於該研磨布而進行研磨，其中，該頂輪將支承該晶圓的一底盤予以支承在下方，該頂輪於外周側面中，於與該中心滾筒及該導引滾筒相對向的區域設置有一個以上的外周溝，以該外周溝以外的對向區域與該中心滾筒及該導引滾筒接觸，或是該中心滾筒及該導引滾筒，於各滾筒面中，於與該頂輪相對向的區域設置有一個以上的滾筒溝，以該滾筒溝以外的對向區域與該頂輪接觸。
藉由本案發明人的調查，得知於頂輪與中央滾筒及導引滾筒的接觸位置能夠發現研磨劑的固著。若為如同上述的研磨裝置，則由於設置有頂輪的外周溝或中央滾筒及導引滾筒的滾筒溝，而能夠使頂輪與中央滾筒及導引滾筒接觸的區域較習知為少。藉此，能夠減少研磨劑對頂輪的附著量及固著量。結果，能夠有效地降低起因於落下至研磨布上而固著的研磨劑的研磨晶圓的研磨傷痕的產生。
又，本發明提供一種研磨方法，係為批次式，該研磨方法為：於貼附有一研磨布的一定盤上的中心及外周分別配設一中心滾筒及一導引滾筒，將與該中心滾筒及該導引滾筒為得以旋轉地接觸的一頂輪所支承的一晶圓，在藉由該定盤的旋轉而使該頂輪旋轉的同時予以推靠於該研磨布而進行研磨，其中，藉由該頂輪與該中心滾筒及該導引滾筒接觸，且一邊藉由該頂輪將支承該晶圓的一底盤予以支承在下方，而一邊研磨該晶圓時，使該頂輪的外周側面中，於與該中心滾筒及該導引滾筒相對向的區域設置有一個以上的外周溝，以該外周溝以外的對向區域與該中心滾筒及該導引滾筒接觸而進行研磨，或是使該中心滾筒及該導引滾筒，於各滾筒面中，於與該頂輪相對向的區域設置有一個以上的滾筒溝，以該滾筒溝以外的對向區域與該頂輪接觸而進行研磨。
藉由如此的研磨方法，能夠降低研磨劑對頂輪的固著量，而能夠有效地降低起因於該固著的研磨晶圓的研磨傷痕的產生。
又，本發明提供一種一種研磨裝置，係為批次式，該研磨裝置包含：一定盤，貼附有一研磨布；一中心滾筒及一導引滾筒，分別配設於該定盤上的中心及外周；以及一頂輪，支承一晶圓，且與該中心滾筒及該導引滾筒為得以旋轉地接觸，該研磨裝置在藉由該定盤的旋轉而使該頂輪旋轉的同時，將以該頂輪所支承的該晶圓推靠於該研磨布而進行研磨，其中，該頂輪將支承該晶圓的一底盤予以支承在下方，該中心滾筒及該導引滾筒與該頂輪為透過O型環接觸。
若為如此的研磨裝置，由於頂輪透過O型環與中央滾筒及導引滾筒接觸，能夠較習知減少頂輪與中央滾筒及導引滾筒接觸的區域。藉此，能夠減少研磨劑對頂輪的附著量，並減少其固著量，而有效地降低研磨晶圓的研磨傷痕的產生。
又，本發明提供一種研磨方法係為批次式，該研磨方法為：於貼附有一研磨布的一定盤上的中心及外周分別配設一中心滾筒及一導引滾筒，將與該中心滾筒及該導引滾筒為得以旋轉地接觸的一頂輪所支承的一晶圓，在藉由該定盤的旋轉而使該頂輪旋轉的同時予以推靠於該研磨布而進行研磨，其中，藉由該頂輪與該中心滾筒及該導引滾筒接觸，且一邊藉由該頂輪將支承該晶圓的一底盤予以支承在下方，而一邊研磨該晶圓時，使該中心滾筒及該導引滾筒與該頂輪為透過O型環接觸而進行研磨。
藉由如此的研磨方法，能夠降低研磨劑對頂輪的固著量，而能夠有效地降低起因於該固著的研磨晶圓的研磨傷痕的產生。
〔對照先前技術之功效〕 如同上述，若為本發明的研磨裝置及研磨方法，則能夠減少頂輪與中央滾筒及導引滾筒的接觸區域，而降低研磨劑對頂輪的固著量，能夠進一步謀求降低研磨晶圓的研磨傷痕的產生。
以下，雖參照圖式而說明關於本發明的實施形態，但本發明並非限定於此。 首先，說明關於本發明的研磨裝置。圖1為本發明的批次式研磨裝置之一例。又，圖2為研磨裝置1的俯視圖。此研磨裝置1，主要由以下所構成。 研磨裝置1首先具有能夠旋轉的定盤2，該定盤2貼附有研磨布3。此定盤2的上方相對向地設置有為能夠上下移動的頂輪4。此處顯示配設有四個頂輪4的例子。又，定盤2的中心及外周，分別配設有中央滾筒5及導引滾筒6。又，研磨劑為能夠供給至研磨布3上。能夠於例如中央滾筒5附近適當地設置未圖示的研磨劑供給機構。
關於這些定盤2上的研磨布3、頂輪4、中央滾筒5及導引滾筒6的位置關係，進一步參照圖2以說明。如圖2所示，各個頂輪4，於研磨布3上，位於中央滾筒5與導引滾筒6之間，並與這些中央滾筒5及導引滾筒6接觸。藉由定盤2的旋轉，頂輪4於中央滾筒5與導引滾筒6之間旋轉(連動旋轉)。
頂輪4於其下方支承有底盤7。並且，該底盤7於其下側面，藉由蠟等而將研磨對象的單片或複數片的晶圓W予以接著固定。藉由頂輪4的上述的連動旋轉，晶圓W的表面以研磨布3研磨。
又，頂輪4的外周側面4a中，於與中央滾筒5及導引滾筒6相對向的區域(對向區域)8，設置有一個以上的外周溝9。藉此，頂輪4與中央滾筒5及導引滾筒6，係以外周溝9以外的對向區域實際接觸(接觸對向區域8a)。因此，與如圖7所示的以對向區域(箭號的範圍)的幾乎整體(例如高度方向的長度為10mm)接觸，而產生廣範圍的污痕面積(圖7的頂輪中的陰影部分)的習知裝置相比，本發明的裝置中如圖1所示能夠減少互相接觸的區域，而能夠將沿著頂輪4的外周側面4a的污痕面積(圖1的頂輪4的網格部分)予以縮小。例如，能夠使接觸對向區域8a的高度方向為5mm以下，進一步為3mm以下。即能夠為1/2以下，進一步為1/3以下。
另外，在此雖設置有二個外周溝9，但其數目及形狀並無特別限定。只要不影響研磨時的頂輪4的旋轉運動，能夠適當決定外周溝9的數目及形狀而調整接觸區域的降低程度。
過往，頂輪與中央滾筒及導引滾筒的接觸幾乎遍佈對向區域的整體，供給至研磨布上的研磨劑會附著而硬化。 但是，若為如同上述的本發明的研磨裝置1，藉由外周溝9的形成，與習知裝置相比，能夠縮小頂輪4與中央滾輪5及導引滾輪6接觸的區域。頂輪中，附著的研磨劑所致的污痕面積，以(頂輪的直徑) × π × (與中央滾筒及導引滾筒的接觸對向區域的高度方向的長度)表示。由於能夠如同上述藉由本發明的裝置將接觸對向區域的高度方向的長度降低至1/2以下，進一步降低為1/3以下，因此能夠同樣地降低其污痕面積。 並且，能夠如此般地抑制研磨劑對頂輪4的附著量，而能夠降低其固著量。因此，能夠將該固著的研磨劑剝離，而因此造成的研磨晶圓的研磨傷痕的產生予以降低。
另外，圖1所示的例子中雖顯示於頂輪4的外周側面4a顯示外周溝9，代替此方式亦能於中央滾筒5及導引滾筒6形成溝。圖3顯示其它形態的本發明的研磨裝置。另外，為了簡單化，僅顯示一個頂輪附近。
如圖3所示，中央滾筒5的滾筒面5a中，於與頂輪4對向的區域(對向區域)10，設置有一個以上的滾筒溝11。藉此成為中央滾筒5藉由滾筒溝11以外的對向區域(實際接觸的區域：接觸對向區域10a)與頂輪4接觸。 另一方面，導引滾筒6的滾筒面6a之中，於與頂輪4對向的區域(對向區域)12，亦設置有一個以上的滾筒溝13。藉此成為導引滾筒6藉由滾筒溝13以外的對向區域(實際接觸的區域：接觸對向區域12a) 與頂輪4接觸。
藉由如此的滾筒溝11、13的形成，亦能夠謀求頂輪4與中央滾筒5及導引滾筒6的接觸區域的降低化、研磨劑的附著量及固著量的降低化及研磨晶圓W的研磨傷痕的產生的降低化。
於圖4進一步顯示其他形態的本發明的研磨裝置。此例子中，頂輪4與中央滾筒5及導引滾筒6，藉由O型環接觸。於圖4所顯示的例子中於中央滾筒5及導引滾筒6設置有O型環14，代替此方式亦能夠對頂輪4設置O型環。O型環的寬度等並無特別限定，能夠適當決定。
藉由使如上述的O型環14介入，亦能夠減少頂輪4與中央滾筒5及導引滾筒6的接觸區域，降低研磨劑對頂輪4的附著量、固著量，而能夠謀求抑制研磨晶圓的研磨傷痕的產生。
接著，說明關於使用圖1所示的本發明的研磨裝置1的本發明的批次式研磨方法。 晶圓W以蠟等而接著於底盤7的表面，進一步將晶圓W配置為接觸貼附於定盤2的研磨布3。將頂輪4下降而載置於底盤7上而推壓。藉此，能夠在藉由頂輪4將底盤7支承於下方的同時，使底盤7所支承的晶圓W與研磨布之間產生研磨壓力。
又於此時，頂輪4的外周側面4a與中央滾筒5的滾筒面5a及導引滾筒6的滾筒面6a接觸。更具體而言，由於在頂輪4的外周側面4a設置有外周溝9，不是與中央滾筒及導引滾筒的對向區域8的整體接觸，而能夠僅藉由外周溝9以外的對向區域(接觸對向區域8a)來接觸。
如此狀態下，若是自研磨劑供給機構供給研磨劑的同時使定盤2旋轉驅動，則起因於晶圓W與研磨布3之間的摩擦力，於頂輪4(及底盤7)產生旋轉運動(連動旋轉)，而晶圓W與研磨布3之間產生相對運動，而能夠研磨晶圓W。
另外，上述例子中雖然使用頂輪4設置有外周溝9的裝置，但亦能夠使用其他的如圖3所示的於中央滾筒5的滾筒面5a及導引滾筒6的滾筒面6a分別設置滾筒溝11、滾筒溝13的裝置以進行研磨。 或是亦能夠使用如圖4所示，使頂輪4與中央滾筒5及導引滾筒6透過O型環接觸並同時進行研磨。 由於在任一方法中，皆能夠將頂輪4與中央滾筒5及導引滾筒6接觸的區域與習知的研磨方法相比為縮小，因此能夠降低研磨劑對頂輪4的附著量(即縮小研磨劑所致的污痕面積)，因而抑制研磨晶圓的研磨傷痕的產生。
〔實施例〕 以下顯示本發明的實施例及比較例而更加具體說明本發明，但本發明並非限定於這些。 (實施例1-4、比較例) 準備晶圓而進行單面研磨。研磨為以一次研磨、二次研磨及精研磨的三階段所構成。 作為研磨裝置，準備習知的研磨裝置及本發明的研磨裝置。習知的研磨裝置中，頂輪與中央滾筒及導引滾筒的接觸對向區域的高度方向的長度為10mm。另一方面，作為本發明的研磨裝置，準備為如圖3所示的形態之物。即中央準筒及導引滾筒的各滾筒面各自形成有一個滾筒溝。準備接觸對向區域的高度方向的長度分別為5mm、3mm的兩種類。
各實施例中，僅在一次研磨，或是在一次研磨及二次研磨二者之中，使用上述兩種類中任一種的本發明的研磨裝置。精研磨則是皆使用習知的研磨裝置。 另一方面，比較例中一次研磨、二次研磨及精研磨皆使用習知的研磨裝置。 其他所使用的研磨劑及研磨布等條件為相同條件，各自進行晶圓的研磨，並檢查研磨晶圓的研磨傷痕的有無。另外，將研磨傷痕的一例顯示於圖5。藉由檢查裝置SP1(KLA-Tencor公司製)檢查研磨晶圓的表面，觀察到如圖5所示的研磨傷痕(以橢圓形所圈起的部位的傷痕)時判定為不良品。
彙整研磨條件及研磨結果，將於頂輪的高度方向的接觸長度(一次研磨、二次研磨及精研磨(三次研磨))、於頂輪的研磨劑所致的污痕面積的相對值(令比較例的值為1.00)及研磨傷痕所致的不良率的相對值(令比較例的值為1.00)顯示於表1。 又，將污痕面積的相對值與研磨傷痕所致的不良率的相對值的關係圖顯示於圖6。
【表1】
自表1可知，於頂輪的高度方向的接觸長度越短(接觸區域越小)，又或是使用本發明的研磨裝置的研磨階段的數量越增加，能夠使污痕面積的相對值越低。並且自表1、圖6可知，污痕面積的相對值變得越低，亦能夠使研磨傷痕所致的不良率的相對值降低。 更具體而言，例如比較實施例1與比較例可得知，於一次研磨使用本發明的裝置，能夠將不良率降低至44%。而實施例4更能夠將不良率降低至比較例的13%。
另外，本發明並不為前述實施例所限制。前述實施例為例示，具有與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想為實質相同的構成，且達成同樣作用效果者，皆包含於本發明的技術範圍。
1‧‧‧研磨裝置
2‧‧‧定盤
3‧‧‧研磨布
4‧‧‧頂輪
4a‧‧‧外周側面
5‧‧‧中央滾筒
5a‧‧‧中央滾筒的滾筒面
6‧‧‧導引滾筒
6a‧‧‧導引滾筒的滾筒面
7‧‧‧底盤
8‧‧‧頂輪與中央滾筒及導引滾筒的對向區域
8a‧‧‧頂輪的接觸對向區域
9‧‧‧外周溝
10‧‧‧中央滾筒與頂輪的對向區域
10a‧‧‧中央滾筒的接觸對向區域
11‧‧‧中央滾筒的滾筒溝
12‧‧‧導引滾筒與頂輪的對向區域
12a‧‧‧導引滾筒與頂輪的接觸對向區域
13‧‧‧導引滾筒的滾筒溝
14‧‧‧O型環
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示本發明的研磨裝置之一例的示意圖。 圖2係顯示研磨裝置的俯視圖之一例的示意圖。 圖3係顯示本發明的研磨裝置的其他形態之一例的示意圖。 圖4係顯示本發明的研磨裝置的其他形態之一例的示意圖。 圖5係顯示研磨傷痕之一例的觀察圖。 圖6係顯示實施例及比較例中汙痕面積的相對值與研磨傷痕所致的不良率的相對值之間的關係的圖。 圖7係顯示習知的研磨裝置之一例的示意圖。

Claims (4)

  1. 一種研磨裝置，係為批次式，該研磨裝置包含： 一定盤，貼附有一研磨布； 一中心滾筒及一導引滾筒，分別配設於該定盤上的中心及外周；以及 一頂輪，支承一晶圓，而與該中心滾筒及該導引滾筒為得以旋轉地接觸， 該研磨裝置在藉由該定盤的旋轉而使該頂輪旋轉的同時，將以該頂輪所支承的該晶圓推靠於該研磨布而進行研磨， 其中，該頂輪將支承該晶圓的一底盤予以支承在下方， 該頂輪於外周側面中，於與該中心滾筒及該導引滾筒相對向的區域設置有一個以上的外周溝，以該外周溝以外的對向區域與該中心滾筒及該導引滾筒接觸，或是 該中心滾筒及該導引滾筒，於各滾筒面中，於與該頂輪相對向的區域設置有一個以上的滾筒溝，以該滾筒溝以外的對向區域與該頂輪接觸。
  2. 一種研磨方法，係為批次式，該研磨方法為： 於貼附有一研磨布的一定盤上的中心及外周分別配設一中心滾筒及一導引滾筒，將與該中心滾筒及該導引滾筒為得以旋轉地接觸的一頂輪所支承的一晶圓，在藉由該定盤的旋轉而使該頂輪旋轉的同時予以推靠於該研磨布而進行研磨， 其中，藉由該頂輪與該中心滾筒及該導引滾筒接觸，且一邊藉由該頂輪將支承該晶圓的一底盤予以支承在下方，而一邊研磨該晶圓時， 使該頂輪的外周側面中，與該中心滾筒及該導引滾筒相對向的區域設置有一個以上的外周溝，以該外周溝以外的對向區域與該中心滾筒及該導引滾筒接觸而進行研磨，或是 使該中心滾筒及該導引滾筒，於各滾筒面中，與該頂輪相對向的區域設置有一個以上的滾筒溝，以該滾筒溝以外的對向區域與該頂輪接觸而進行研磨。
  3. 一種研磨裝置，係為批次式，該研磨裝置包含： 一定盤，貼附有一研磨布； 一中心滾筒及一導引滾筒，分別配設於該定盤上的中心及外周；以及 一頂輪，支承一晶圓，而與該中心滾筒及該導引滾筒為得以旋轉地接觸， 該研磨裝置在藉由該定盤的旋轉而使該頂輪旋轉的同時，將以該頂輪所支承的該晶圓推靠於該研磨布而進行研磨， 其中，該頂輪將支承該晶圓的一底盤予以支承在下方， 該中心滾筒及該導引滾筒與該頂輪為透過O型環接觸。
  4. 一種研磨方法，係為批次式，該研磨方法為： 於貼附有一研磨布的一定盤上的中心及外周分別配設一中心滾筒及一導引滾筒，將與該中心滾筒及該導引滾筒為得以旋轉地接觸的一頂輪所支承的一晶圓，在藉由該定盤的旋轉而使該頂輪旋轉的同時予以推靠於該研磨布而進行研磨， 其中，藉由該頂輪與該中心滾筒及該導引滾筒接觸，且一邊藉由該頂輪將支承該晶圓的一底盤予以支承在下方，而一邊研磨該晶圓時，使該中心滾筒及該導引滾筒與該頂輪為透過O型環接觸而進行研磨。
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