TW202103844A - 雙面研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種雙面研磨方法，下平台頂面所貼附的研磨墊片，與該下平台上方所設之上平台底面所貼附的研磨墊片之間，配置晶圓以研磨該晶圓的雙面；該雙面研磨方法當中，其特徵在於：以該雙研磨墊片間的內周部空隙與外周部空隙之差的絕對值作為墊片空隙的情況下，令該晶圓雙面的研磨實施時之該墊片空隙，比該雙研磨墊片的修整實施時之該墊片空隙更大。藉此，提供一種讓品質水準（加工精度）的提升與布料使用壽命的延長同時實現之雙面研磨方法。

Description

雙面研磨方法
本發明係關於一種雙面研磨方法。
下平台頂面所貼附的研磨墊片，與上平台底面所貼附的研磨墊片之間，配置晶圓以研磨該晶圓的雙面；在這種雙面研磨方法當中，為了使晶圓形狀的加工精度穩定化，讓雙研磨墊片的形狀保持一定乃是重要因素之一。因此，以往，係令上下平台由低熱膨脹材料所構成，並且令該上下平台持續保持平行來進行操作，進而抑制修整或研磨等所造成之研磨墊片的磨損不均（參照專利文獻1，2）。
可是，上下平台所貼附之研磨墊片（布料）會受到平台的形狀精度影響，並且因修整及研磨而磨損不均，變形，在重複研磨批次等長期性視角上，令該上下平台持續保持平行來進行操作，進而抑制修整所造成之磨損不均，長期使晶圓的加工精度保持一定。
可是，從防礙研磨研漿排出之觀點來看，平台或墊片在平行狀態下，形狀的精度與穩定性較高，但品質水準絕對不高。 [習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2001－79756號公報 專利文獻2：日本特開2008－44098號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明，係為了解決上述問題所完成，目的在於提出一種雙面研磨方法，不用再對晶圓品質水準（加工精度）的提升與布料使用壽命的延長做取捨，讓雙方同時達成。 [解決課題之技術手段]
為了達成上述目的，在本發明中，提供一種雙面研磨方法，下平台頂面所貼附的研磨墊片，與該下平台上方所設之上平台底面所貼附的研磨墊片之間，配置晶圓以研磨該晶圓的雙面；該雙面研磨方法當中，其特徵在於：以該雙研磨墊片間的內周部空隙與外周部空隙之差的絕對值作為墊片空隙的情況下，令該晶圓雙面的研磨實施時之該墊片空隙，比該雙研磨墊片的修整實施時之該墊片空隙更大。
根據這類的雙面研磨方法，在晶圓雙面的研磨實施時，令墊片空隙變大，亦即，令雙研磨墊片的傾斜程度變大，進而可有效進行研漿的供給、排出，尋求晶圓品質水準（加工精度）的提升。又，在雙研磨墊片的修整實施時，令墊片空隙變小，亦即，令雙研磨墊片的傾斜程度變小，進而可抑制修整時之研磨墊片的磨損，尋求布料使用壽命的延長。
藉此，可讓晶圓品質水準（加工精度）的提升與布料使用壽命的延長同時達成。
令該研磨實施時之該墊片空隙，為比該修整實施時之該墊片空隙大20μm以上，100μm以下的值，為較佳者。
如此，令研磨時之墊片空隙與修整時之墊片空隙之差為20μm以上，進而於研磨時，有效進行研漿的供給、排出，並且於修整時，研磨墊片的磨損受到抑制，所以可延長能實現既定GBIR（Global Backside Ideal Range）之布料使用壽命。又，令研磨時之墊片空隙與修整時之墊片空隙之差為100μm以下，進而於研磨時，可迴避晶圓從載體飛出之風險。
在此情況下，該修整實施時，令該雙研磨墊片為平行；該研磨實施時，令該雙研磨墊片為非平行，為較佳者。
如此，令修整時之墊片空隙為0μm（平行），就讓墊片空隙的控制較為容易。亦即，修整時，例如，令下平台與上平台為平行，進而可使雙研磨墊片為平行。另一方面，研磨時，例如，令上平台傾斜，使下平台與上平台為非平行，進而可使雙研磨墊片為非平行。
在本發明中，該下平台及該上平台，採用線熱膨脹係數為6×10－ 6 /K以下的低熱膨脹材料，為較佳者。下限值並無特別限定，但可為0.1×10－ 6 /K以上。
如此，下平台及上平台採用低熱膨脹材料的話，便難以因晶圓與研磨墊片的摩擦熱讓平台熱變形，所以可迴避，因該熱變形使研磨墊片的形狀變形，對晶圓品質水準（加工精度）或布料使用壽命帶來不良影響之風險。
又，藉由改變該上平台的傾斜度以變更該墊片空隙，為較佳者。
如此，固定下平台，藉由改變上平台的傾斜度，以控制雙研磨墊片的墊片空隙的話，只需控制上平台的動作即可，所以可讓該墊片空隙的控制較為容易。 [發明功效]
如上，根據本發明，令晶圓雙面的研磨實施時之墊片空隙，比雙研磨墊片的修整實施時之墊片空隙更大，進而不用再對晶圓品質水準（加工精度）的提升與布料使用壽命的延長做取捨，可讓雙方同時實現。例如，研磨時，令下平台與上平台為非平行，進而可尋求晶圓品質水準（加工精度）的提升。又，修整時，令下平台與上平台為平行，進而讓墊片的磨損不均受到抑制，即使修整次數增加（修整使得磨損加速），也可延長可令晶圓形狀維持良好之布料使用壽命。
如上述，要對晶圓進行雙面研磨的時候，為了刷新因該研磨而劣化之研磨墊片的表面，則和例如具有鑽石磨粒之修整器滑接，來將該研磨墊片的表層除去。這樣將研磨墊片的表層除去來刷新該研磨墊片的表面，係稱作修整。可是，若此修整作業的次數增加，就會使研磨墊片的形狀逐漸變化，在初期就偏離晶圓的平坦度所要求之形狀，讓可實現既定品質，例如GBIR之布料使用壽命縮短，有這樣的問題發生。
於是，本發明者，針對上述問題不斷努力研究之結果，發現會讓布料使用壽命縮短之研磨墊片的磨損，比起研磨時，修整時的影響更有支配性。亦即，本發明者，發現在晶圓雙面研磨之研磨時，令雙研磨墊片間的內周部空隙與外周部空隙之差的絕對值（墊片空隙）變大，有效進行研漿的供給、排出；在雙研磨墊片修整進行之修整時，令墊片空隙的絕對值變小，抑制雙研磨墊片的磨損，進而同時實現所研磨晶圓的品質提升與布料使用壽命的延長，完成本發明。
亦即，本發明係一種雙面研磨方法，下平台頂面所貼附的研磨墊片，與該下平台上方所設之上平台底面所貼附的研磨墊片之間，配置晶圓以研磨該晶圓的雙面；該雙面研磨方法當中，其特徵在於：以該雙研磨墊片間的內周部空隙與外周部空隙之差的絕對值作為墊片空隙的情況下，令該晶圓雙面的研磨實施時之該墊片空隙，比該雙研磨墊片的修整實施時之該墊片空隙更大。
以下，針對本發明的實施形態，依據所附之圖式進行具體說明，但本發明，並不受其限定。
圖1，顯示本發明的雙面研磨方法。 以下所說明之雙面研磨方法，可藉由例如具有下平台、上平台、太陽齒輪、及內齒輪的各驅動部之4向式雙面研磨裝置來實行。又，該研磨裝置，為了變更雙研磨墊片的傾斜程度，使上平台可變形，亦即，使上平台的傾斜度可變更，為較佳者。但是，雙研磨墊片的傾斜程度之變更手法，並無特別限定。
首先，如步驟S1所示，下平台頂面所貼附的研磨墊片，與下平台上方所設之上平台底面所貼附的研磨墊片之間，配置晶圓，令墊片空隙為Dp實施該晶圓的研磨。在此，1次的研磨中可研磨的晶圓數，為例如5片（1批）。
此時，如圖2的「研磨實施時」所示，作為雙研磨墊片間的內周部空隙PSin與外周部空隙PSout之差的絕對值之墊片空隙Dp，為了有效進行研漿的供給、排出，而令其為非常大的值（例如，60μm）。又，以雙研磨墊片間的外周部空隙PSout作為基準，使該雙研磨墊片間的內周部空隙PSin變化，亦即，若PSin變大，就讓墊片空隙Dp的控制較為容易。
接著，如歩驟S2所示，確認修整實施次數是否為n次以上。在此，n，係表示可取得既定品質（GBIR）晶圓之修整次數的數值，如後所述，根據本發明，可令此數值變大。
而修整次數為n次以上的情況下，將例如有必要交換研磨墊片的旨意告知操作員之後，本流程結束。又，修整次數非為n次以上的情況下，前往步驟S3。
接著，如歩驟S3所示，確認所有晶圓的研磨是否已結束。所有晶圓的研磨已結束的情況下，本流程結束。
又，所有晶圓的研磨尚未結束的情況下，前往步驟S4，確認研磨實施次數是否為N次以上。在此，N，係表示修整頻率之數值；若N=1，就讓研磨與修整交互進行；若N=5，就於每5次的研磨（每5批）進行1次的修整。
而研磨實施次數非為N次以上的情況下，回到步驟S1，令墊片空隙為Dp之狀態下，再次實施晶圓的研磨。
又，研磨實施次數為N次以上的情況下，前往步驟S5，令墊片空隙為Dd，實施雙研磨墊片的修整。
在此，令修整時之墊片空隙Dd，為比研磨時之墊片空隙Dp更小之值。這是因為，令修整時之墊片空隙Dd為較小值，較佳者為令墊片空隙Dd為0μm（雙研磨墊片為平行狀態），讓修整時的研磨墊片的變形受到抑制，可延長能取得既定品質晶圓之修整期限（可使步驟S2當中的n的數值變大）。
另外，如圖2的「修整實施時」所示，以雙研磨墊片間的外周部空隙PSout作為基準，使該雙研磨墊片間的內周部空隙PSin變化，亦即，若令PSin變小，就讓墊片空隙Dd的控制較為容易。
又，關於研磨時與修整時之墊片空隙Dp、Dd，令墊片空隙Dp，為比墊片空隙Dd大20μm以上，100μm以下的值為較佳者。藉此，在研磨時，可有效進行研漿的供給、排出，並且迴避晶圓從載體飛出之風險。又，在修整時，研磨墊片的磨損受到抑制，可延長布料使用壽命。
接著，如歩驟S5當中的修整處理結束後，回到步驟S1，令墊片空隙為Dp之狀態下，再次實施晶圓的研磨。
根據這類的雙面研磨方法，藉由研磨時與修整時讓墊片空隙改變這樣的新研磨技術，便可同時尋求研磨時晶圓品質水準（加工精度）的提升與修整時研磨墊片的磨損受抑制使得布料使用壽命延長。
另外，上述雙面研磨方法當中，內周部及外周部，在雙研磨墊片以旋轉軸為中心以環狀形成的情況下，令靠旋轉軸的圓周部為內周部，令該內周部更外側的圓周部為外周部。亦即，內周部及外周部的位置，並無特別限定，只要研磨實施時與修整實施時其相對位置相同，就沒有問題。
但，為了易於檢測內周部空隙PSin與外周部空隙PSout，內周部及外周部，分別為環狀的雙研磨墊片的最內周及最外周，為較佳者。
以下，說明研磨時與修整時之墊片形狀之一例。 圖3，顯示沒有磨損不均情形的修整時雙研磨墊片的關係。圖4，顯示沒有磨損不均情形的研磨時雙研磨墊片的關係。
例如，如圖3所示，研磨墊片3、4交換後，下平台1的頂面與上平台2的底面為平行狀態而雙研磨墊片3、4互相平行的情況下，內周部空隙PSin與外周部空隙PSout的差，為零。於是，修整時，令下平台1的頂面與上平台2的底面為平行，令雙研磨墊片3、4互相平行，進而在墊片空隙Dd為零的狀態下進行研磨墊片3、4的修整。
又，如圖3所示，下平台1的頂面與上平台2的底面為平行狀態而雙研磨墊片3、4互相平行的情況下，如圖4所示，研磨時，使下平台1的形狀（下平台形狀）及上平台2的形狀（上平台形狀）變形，亦即，令下平台1的頂面與上平台2的底面非平行，令雙研磨墊片3、4互不平行，進而在墊片空隙Dp有正值（例如，60μm）之狀態下進行晶圓的研磨。
另外，在研磨時，欲令雙研磨墊片3、4互不平行，則使下平台形狀及上平台形狀至少1者變形即可。
圖5，顯示有磨損不均情形的研磨時雙研磨墊片的關係。圖6，顯示有磨損不均情形的修整時雙研磨墊片的關係。
例如，如圖5所示，研磨墊片3、4出現磨損不均，下平台1的頂面與上平台2的底面為平行狀態下而雙研磨墊片3、4互不平行的情況下，內周部空隙PSin與外周部空隙PSout之差，為正值。於是，研磨時，令下平台1的頂面與上平台2的底面平行（為了墊片空隙Dd的調整，也可非平行），令雙研磨墊片3、4互不平行，進而在墊片空隙Dp有正值（例如，60μm）之狀態下進行晶圓的研磨。
又，如圖5所示，下平台1的頂面與上平台2的底面為平行狀態而雙研磨墊片3、4互不平行的情況下，如圖6所示，修整時，使下平台1的形狀（下平台形狀）及上平台2的形狀（上平台形狀）變形，亦即，令下平台1的頂面與上平台2的底面非平行，令雙研磨墊片3、4互相平行，進而在墊片空隙Dd為零的狀態下進行研磨墊片3、4的修整。
另外，於修整時，欲令雙研磨墊片3、4互相平行，則下平台形狀及上平台形狀至少1者變形即可。
根據以上的雙面研磨方法，便可實現一種雙面研磨方法，藉由研磨時與修整時使墊片空隙改變來進行操作之研磨技術，就不用再對晶圓品質水準（加工精度）的提升與布料使用壽命的延長做取捨，讓雙方同時達成。 [實施例]
以下舉出本發明的實施例，來對本發明做詳細說明，但並不會對本發明加以限定。
（實施例） 使用以下所示之雙面研磨裝置，來檢驗能實現既定GBIR之布料使用壽命（研磨墊片的壽命）。在此，GBIR，係指表示晶圓平坦度的指標之一，係背面基準平面到晶圓表面的距離的最大值與最小值之差。
‧雙面研磨裝置的詳情 圖7，顯示可實施本發明的雙面研磨方法之雙面研磨裝置的一例。 以下的實施例，係使用該雙面研磨裝置來實施，具體上，使用了不二越機械工業的DSP－20B。
雙面研磨裝置，係具有下平台1、上平台2、太陽齒輪5、及內齒輪6的各驅動部之4向式，係20B尺寸。上平台2與懸吊頂板9，係以同一圓周C0上所配置之6個懸吊支柱7連結；懸吊支柱7的材料，採用SUS（不鏽鋼鋼材）。下平台1及上平台2的材料，採用為常溫附近且熱膨脹係數較小之恆範鋼（熱膨脹係數=1.5×10－ 6 /K~4.0×10－ 6 /K）。上平台2與吊頂板9，係能以與中心軸AX同芯之旋轉軸10為中心而旋轉。
相對於有6個懸吊支柱7配置之同一圓周C0的PCD（節圓直徑），具有比其小300mm之PCD的同一圓周C1上，亦即，從有6個懸吊支柱7配置之同一圓周C0往內側縮150mm之同一圓周C1上，配置了10個致動器8。又，相對於有6個懸吊支柱7配置之同一圓周C0的PCD，具有比其大300mm之PCD的同一圓周C2上，亦即，從有6個懸吊支柱7配置之同一圓周C0往外側擴150mm之同一圓周C2上，配置了10個致動器8。
致動器8，採用以壓縮空氣作為驅動源之氣壓缸，來調整上平台2的傾斜之際，從雙面研磨裝置的外部供給源對該雙面研磨裝置內的致動器8供給壓縮空氣，使致動器8作動。
當要進行晶圓的研磨及研磨墊片的修整時，令下平台形狀為固定，令上平台形狀，亦即，使上平台的傾斜度變形，進而調整成，晶圓雙面的研磨實施時之墊片空隙Dp比雙研磨墊片3、4的修整實施時之墊片空隙Dd更大。
‧實驗內容 晶圓，使用了直徑300mm的P型單晶矽晶圓。 研磨墊片，使用了蕭氏硬度A85的發泡聚胺酯墊片。 載體，係使用鈦基板上嵌入玻璃纖維浸泡環氧樹脂之FRP。載體，以5片為1組安裝於上述雙面研磨裝置，晶圓，對每1片載體安裝1片。 研漿，使用了含二氧化矽磨粒，平均粒徑35nm，磨粒濃度1.0wt%，pH10.5，KOH基底。
加工負載，設定為180gf/cm2 。 加工時間，設定成每載體為最佳隙。 各驅動部的旋轉速度，設定為上平台：－13.4rpm，下平台：35rpm，太陽齒輪：25rpm，及內齒輪：7rpm。 研磨墊片的修整，係將有鑽石磨粒電沉積之修整刀片以120gf/cm2 使純水流動，並且滑接於上下各研磨墊片來進行的。滑接時間，為1小時，研磨與修整交互實施。 對於加工後的晶圓，在條件（NH4 OH：H2 O2 ：H2 O=1：1：15）下進行了SC－1清洗。
墊片空隙，係從測量過的上下墊片的半徑分布所算出。又，以被認為是晶圓形狀良好之GBIR，亦即，低於產品標準值之GBIR作為基準值，因應修整次數，GBIR相對於基準值會如何變化，予以檢驗。 令修整時之墊片空隙為0μm（雙研磨墊片為平行狀態），令研磨時之墊片空隙，分別變成10μm、20μm、40μm、及60μm，予以檢驗。
‧GBIR的算出 在以上的實驗內容之下，晶圓的研磨及修整交互進行，針對清洗後的晶圓測量其平坦度，並且算出GBIR。另外，平坦度，係對清洗後的晶圓利用KLA Tencor的WaferSight所測量的。GBIR，係將晶圓的邊緣起2mm的區域排除在外所算出的。
（比較例） ‧雙面研磨裝置的詳情 使用了與上述實施例相同之雙面研磨裝置。 ‧實驗內容 採用了與上述實施例的實驗內容相同之條件。 但，令研磨時與修整時之墊片空隙的差為0μm。具體上，研磨時與修整時之雙方當中，令墊片空隙為40μm。 ‧GBIR的算出 藉由與上述實施例相同之算出方法，進行GBIR的算出。
（檢驗結果） 圖8，顯示修整次數與晶圓品質（GBIR）的關係。 在同圖當中，橫軸，表示修整次數；縱軸，表示GBIR。另外，實施例及比較例，都是1樣區，1批5片的平均值。
在此，縱軸的GBIR，係令產品標準值為1。亦即，在同圖當中，GBIR低於1之範圍，係晶圓品質水準（加工精度）良好之範圍。換言之，意味著可使用GBIR即將超過1之前的修整次數的研磨墊片來進行晶圓的研磨。
由同圖便可明瞭，空隙差0μm（比較例）中，修整次數進行3次之後的晶圓研磨中，未能得到良好的晶圓形狀（GBIR超過1）。相對於此，空隙差10μm中，修整次數進行3次之後的晶圓研磨中，也可得到良好的晶圓形狀。又，可知空隙差20μm、40μm、及60μm中，修整次數進行5次之後的晶圓研磨中，由前述研磨所得之晶圓的GBIR也不會超過1。
如此，驗證出至少在研磨時之墊片空隙與修整時之墊片空隙有所差異，亦即，令研磨時之雙研磨墊片為非平行之狀態，且令修整時之雙研磨墊片為平行或與其相近之狀態，便可延長能得到良好的晶圓形狀之修整期限。
特別是，確認了令研磨時之墊片空隙與修整時之墊片空隙之差為20μm以上，修整進行5次也可得到良好的晶圓形狀，驗證出在此情況下可加倍延長修整期限。
如以上所說明，根據本發明，便可實現一種雙面研磨方法，不用再對晶圓品質水準（加工精度）的提升與布料使用壽命的延長做取捨，讓雙方同時達成。
另外，本發明，並不限定於上述實施形態。上述實施形態僅為例示，具有與本發明申請專利範圍所載之技術性思想實質上相同的構成，達到同樣的作用效果者，無論為何都包含在本發明的技術性範圍內。
1:下平台 2:上平台 3,4:雙研磨墊片 5:太陽齒輪 6:內齒輪 7:懸吊支柱 8:致動器 9:懸吊頂板 10:旋轉軸 AX:中心軸 C0,C1,C2:圓周 S1~S5:步驟
圖1係顯示本發明的雙面研磨方法之流程圖。 圖2係顯示研磨時與修整時之雙研磨墊片的關係之圖。 圖3係顯示沒有磨損不均情形的修整時雙研磨墊片的關係之圖。 圖4係顯示沒有磨損不均情形的研磨時雙研磨墊片的關係之圖。 圖5係顯示有磨損不均情形的研磨時雙研磨墊片的關係之圖。 圖6係顯示有磨損不均情形的修整時雙研磨墊片的關係之圖。 圖7（a）、（b）係顯示可實施本發明的雙面研磨方法之雙面研磨裝置的一例之圖。 圖8係顯示修整次數與晶圓品質（GBIR）的關係之圖。
S1~S5:步驟

Claims (7)

  1. 一種雙面研磨方法，在下平台之頂面所貼附的研磨墊片、與在該下平台上方所設置的上平台之底面所貼附的研磨墊片之間，配置晶圓以研磨該晶圓的雙面； 該雙面研磨方法中，其特徵在於： 以該雙研磨墊片間的內周部之空隙與外周部之空隙之差的絕對值作為墊片空隙的情況下，令該晶圓雙面的研磨實施時之該墊片空隙，比該雙研磨墊片的修整實施時之該墊片空隙更大。
  2. 如請求項1的雙面研磨方法，其中， 令該研磨實施時之該墊片空隙，為比該修整實施時之該墊片空隙大20μm以上，100μm以下的值。
  3. 如請求項1的雙面研磨方法，其中， 於該修整實施時，令該雙研磨墊片為平行；而於該研磨實施時，令該雙研磨墊片為非平行。
  4. 如請求項2的雙面研磨方法，其中， 於該修整實施時，令該雙研磨墊片為平行；而於該研磨實施時，令該雙研磨墊片為非平行。
  5. 如請求項1至4中任1項的雙面研磨方法，其中， 該下平台及該上平台，係採用線熱膨脹係數為6×10－ 6 /K以下的低熱膨脹材料。
  6. 如請求項1至4中任1項的雙面研磨方法，其中， 藉由改變該上平台的傾斜度以變更該墊片空隙。
  7. 如請求項5的雙面研磨方法，其中， 藉由改變該上平台的傾斜度以變更該墊片空隙。
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