TW202115786A - 晶圓之研磨方法 - Google Patents

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TW202115786A TW109133104A TW109133104A TW202115786A TW 202115786 A TW202115786 A TW 202115786A TW 109133104 A TW109133104 A TW 109133104A TW 109133104 A TW109133104 A TW 109133104A TW 202115786 A TW202115786 A TW 202115786A
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武石康行
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Abstract

本發明之課題係即使收納於晶圓卡匣之複數枚之晶圓之厚度並不均勻，可將較設定於研磨裝置之晶圓厚度為厚的晶圓，及薄的晶圓，與設定之厚度之晶圓附加同一之研磨荷重範圍內之荷重下，進行研磨，且防止晶圓之破損或研磨墊之晶圓接觸之時間過長。 做為解決手段，晶圓之研磨方法中，包含在保持於保持單元(30)之晶圓之上面與研磨墊(76)之下面之間，於設定間隙之準備位置，定位研磨墊(76)之準備位置定位工程、和於準備位置，定位研磨墊(76)之後，以預先設定之距離與速度，下降研磨墊(76)加以停止之工程、和經由下降工程，停止研磨墊(76)後，判斷荷重感測器(77)所測定之荷重值是否為預先設定之臨限值以上的工程、和直至判斷荷重感測器(77)所測定之荷重值為臨限值以上為止，重覆下降工程與判斷工程，當判斷荷重感測器(77)所測定之荷重值為臨限值以上時，將包含臨限值特定之荷重範圍內之荷重，附予該晶圓下，加以研磨的工程。

Description

晶圓之研磨方法
本發明係有關半導體晶圓等之被加工物之研磨方法。
例如揭示於專利文獻1，將淤漿供給於晶圓，研磨以研磨墊保持於夾盤之晶圓的研磨裝置，係將預先設定之厚度之晶圓，將保持於夾盤之研磨墊，按壓於晶圓加以研磨。
即，較設定之晶圓之厚度些微為高之高度位置，將研磨墊高速下降，從該高度位置，將研磨墊按壓於晶圓時，在可檢出可計測荷重之狀態下，例如以5μm/秒之慢速度，下降(氣割下降)研磨墊，之後，將研磨墊於晶圓以特定荷重按壓，研磨晶圓之被研磨面之上面。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-215284號公報
[發明欲解決之課題]
如上述之研磨裝置係將複數枚之晶圓，從收容於擱板狀之晶圓卡匣，將晶圓一枚枚地，以機器手臂加以搬出，保持於夾盤，以研磨墊加以研磨。收容於此晶圓卡匣之複數枚之晶圓係例如有從100μm至200μm之厚度差。有將此複數枚之晶圓，以同樣研磨除去量，即供予同樣研磨荷重，加以研磨之期望。
但是，有晶圓之投入厚度之參差之時，即，例如，將較設定之晶圓之厚度為厚之晶圓，保持於夾盤之時，高速下降研磨墊至較設定之晶圓之厚度些微高之高度位置(研磨開始位置)之時，為於厚晶圓接觸研磨墊，需以研磨墊之下面，強壓晶圓之上面，對於晶圓附加較容許值為大之荷重，使得晶圓有產生破損的問題。 又，將較設定之晶圓之厚度為薄之晶圓，保持於夾盤之時，高速下降研磨墊至較設定之晶圓之厚度些微高之高度位置後，例如以5μm/秒之慢速度，將研磨墊，下降較原定為長之距離之故，將該研磨墊之下面，接觸於晶圓之上面所需之時間間會有變長的問題。
因此，有著於使用研磨裝置，研磨晶圓之時，即使收納於晶圓卡匣之複數枚之晶圓之厚度並不均勻，仍將較設定於研磨裝置之晶圓厚度為厚的晶圓，及較設定之晶圓厚度為薄之晶圓，與設定之厚度之晶圓同樣地加以研磨，即可附加同一之研磨荷重範圍內之荷重下，進行研磨，且防止上述晶圓之破損或研磨墊之下面接觸至晶圓之上面之時間過長的課題。 因此，本發明之目的係提供不破損厚度不同之晶圓，有效率進行研磨之晶圓之研磨方法。 [為解決課題之手段]
根據本發明時，提供具備：在保持面保持晶圓之保持單元、和在保持於該保持單元之晶圓之上面，研磨接觸研磨墊之下面之晶圓的研磨單元、和將該研磨單元，在該保持面，向垂直之上下方向移動的上下移動機構、和在保持於該保持面之晶圓，測定按壓該研磨墊之荷重的荷重感測器的使用研磨裝置之晶圓之研磨方法，包含：在保持於該保持面之晶圓之上面與該研磨墊之下面之間，於設定間隙之準備位置，定位該研磨墊之準備位置定位工程、和於該準備位置，定位該研磨墊之後，使用該上下移動機構，以預先設定之距離與速度，下降該研磨墊加以停止之下降工程、和經由該下降工程，停止該研磨墊後，判斷以該荷重感測器測定之荷重值是否為預先設定之臨限值以上之判斷工程、和經由該判斷工程，直至判斷以該荷重感測器測定之荷重值為該臨限值以上，重覆該下降工程、和該判斷工程的重覆工程、和經由該判斷工程，判斷以該荷重感測器測定之荷重值為該臨限值以上時，將包含該臨限值特定之荷重範圍內之荷重，附予該晶圓下，研磨該晶圓的研磨工程的晶圓之研磨方法。 [發明效果]
根據本發明之晶圓之研磨方法，即使收納於晶圓卡匣之複數枚之晶圓之厚度不是均勻，仍可將較設定於研磨裝置之晶圓厚度為厚的晶圓，及較設定之晶圓厚度為薄之晶圓，與設定之厚度之晶圓同樣地加以研磨，即可附加同一之研磨荷重於晶圓下，進行研磨，且防止研磨墊之接觸造成之晶圓之破損或研磨墊之下面接觸至晶圓之上面之時間過長等。
[為實施發明之形態]
圖1所示研磨裝置1係將保持於保持單元30之保持面300a上的晶圓W，於保持面300a，以安裝於具備垂直之鉛直方向(Z軸方向)之軸心的主軸70之研磨墊76，加以研磨之裝置，具備延伸於Y軸方向之裝置基座10，和立設於裝置基座10上之後方側(-X方向側)的柱11。
圖1所示之晶圓W係例如複數枚層積矽等所成，外形為圓形之半導體晶圓的層積晶圓，圖1中，使朝向上側之上面Wb成為被研磨面。於圖1中，向下側之晶圓W之下面Wa，係例如黏貼未圖示之保護膠帶加以保護。然而，晶圓W係非限定於本實施形態之例。
研磨裝置1係具備圖1所示可載置晶圓卡匣21之未圖示卡匣載置台，晶圓W係在載置於該卡匣載置台之晶圓卡匣21內，收容成複數枚擱板狀。
晶圓卡匣21係例如具有底板210、和頂板211、和後壁212、和2枚之側壁213、和前方側(+X方向側)之開口214，成為從開口214搬出入晶圓W之構成。於晶圓卡匣21之內部，複數之擱板部215於上下方向隔著特定之間隔加以形成，於擱板部215，可一枚一枚收容晶圓W。然而，晶圓卡匣21之構成係非限定於本例。 例如，收容於此晶圓卡匣21之晶圓W係作業者已知道，由於半導體晶圓之層積枚數，有從約100μm至約200μm之厚度差的事實。
外形為圓形之保持單元30係例如夾盤，具備吸附多孔構件等所成晶圓W之吸附部300、和支持吸附部300之框體301。吸附部300係連通於真空產生裝置等之未圖示吸引源，經由吸引該吸引源所產生之吸引力，傳達至吸附部300之上面(露出面)之保持面300a，保持單元30係在保持面300a上，吸引保持晶圓W。保持單元30係經由外蓋39包圍周圍下，經由配設於保持單元30之下方之未圖示旋轉單元，可以Z軸為軸加以旋轉。
於保持單元30、外蓋39、及連結於外蓋39之蛇腹蓋板39a之下方，配設將保持單元30及外蓋板39，水平移動於Y軸方向之Y軸移動機構34。蛇腹蓋板39a係伴隨保持單元30及外蓋39之移動，伸縮於Y軸方向。
Y軸移動機構34係具備：具有Y軸方向之軸心的滾珠螺桿340、和配設於與滾珠螺桿340平行的一對的導軌341、和連結於滾珠螺桿340，轉動滾珠螺桿340之馬達342、和內部之螺絲帽螺合於滾珠螺桿340，底部滑動接觸於導軌341之可動板343，當馬達342轉動滾珠螺桿340時，伴隨於此，可動板343導引於導軌341，往復移動於Y軸方向，配設於可動板343上之保持單元30則往復移動於Y軸方向。
如圖2所示，例如於可動板343上，配設調整保持單元30之保持面300a之傾斜的傾斜調整機構36。傾斜調整機構36係例如於可動板343之上面，朝向周方向，隔著等間隔，設置2個以上。即，例如於保持單元30之周方向，以120度間隔，配設2個之傾斜調整機構36、和未圖示之支持柱。2個之傾斜調整機構36係例如桿360從圓筒361內朝向Z軸方向可上下移動的電動缸或氣缸等，但非限定於此，例如以伸縮於Z軸方向之壓電元件等加以構成亦可。經由上下移動2個傾斜調整機構36之桿360，調整保持面300a之傾斜。
保持單元30係在固定於平台基座33上之狀態，經由傾斜調整機構36可調整傾斜調。於下面，連結傾斜調整機構36之平台基座33係例如以平面視之圓形板狀之二枚之底板331、底板332加以構成。二枚之底板331、底板332係經由固定螺栓333一體化，從上下方向，例如成為挾住3個平台荷重感測器38(圖2中，僅圖示2個)之狀態。
在保持於圖1、2所示保持單元30之保持面300a之晶圓W，測定按壓研磨墊76之荷重之3個平台荷重感測器38係在保持單元30之周方向，隔著120度間隔，即、即於各別位於正三角形之頂點，經由固定螺栓333，於底板331與底板332之間，以螺絲鎖住。因此，平台荷重感測器38係支持保持單元30，對於保持單元30，接受加在+Z方向之荷重加以檢出。平台荷重感測器38係例如以使用壓電元件之kistler公司製之動力計等加以構成。
如圖1所示，於柱11之前面，配設有將研磨單元7，在保持單元30之保持面300a，向垂直之上下方向移動的上下移動機構5。上下移動機構5係具備：具有延伸存在於Z軸方向的滾珠螺桿50、和配設於與滾珠螺桿50平行的一對的導軌51、和連結於滾珠螺桿50之上端，轉動滾珠螺桿50之馬達52、和內部之螺絲帽螺合於滾珠螺桿50，側部滑動接觸於導軌51之昇降板53，當馬達52轉動滾珠螺桿50時，伴隨於此，昇降板53導引於導軌51，往復移動於Z軸方向，固定於昇降板53之研磨單元7則研磨輸送於Z軸方向。
如圖1所示研磨單元7係具備：軸方向為Z軸方向之主軸70、和將主軸70可旋轉支持之殼體71、和旋轉驅動主軸70之馬達72、和連接於主軸70之下端之圓形板狀之固定板73、和安裝於固定板73之下面之圓形板狀之壓板74、和安裝於壓板74之下面的研磨墊76、和支持殼體71，於上下移動機構5之昇降板53，固定該側面的保持具75。
平面視之圓形之研磨墊76係例如由毛氈等之不織布所成，成為與壓板74之直徑相同程度之大小，又，成為較保持於保持單元30之晶圓W之直徑為大之直徑。
例如，如圖2所示，於保持具75之底板75b與側板75c之間，在保持於保持單元30之保持面300a之晶圓W，測定按壓研磨墊76之荷重之保持具荷重感測器77則從上下挾住加以配設。3個(於圖2中，僅圖示2個)保持具荷重感測器77係在研磨墊76之周方向，隔著120度間隔，即、即於各別位於正三角形之頂點，經由固定螺栓773，於保持具75之底板75b與底板75c之間，以螺絲鎖住。保持具荷重感測器77係例如以使用壓電元件之kistler公司製之動力計等加以構成。然而，研磨裝置1係具備保持具荷重感測器77與平台荷重感測器38之至少一方即可。
從圖1所示主軸70之內部，至壓板74之內部，形成延伸於Z軸方向之未圖示研磨液流路，於此研磨液流路中，連通可送出研磨液之研磨液供給源79。從研磨液供給源79對於主軸70送出之研磨液係從該未圖示研磨液流路之下端之開口，供給至研磨墊76。在擋接於研磨墊76之晶圓W之下面，例如形成未圖示之格子狀之溝，供給於研磨墊76之研磨液係主要流入格子狀之溝內，擴展於研磨墊76之下面整面。然而，研磨裝置1係非實施使用研磨液之CMP(化學機械研磨)之構成，成為乾研磨晶圓W之構成亦可。
如圖1所示，研磨裝置1係具備例如進行裝置整體之控制的控制單元9。以CPU等構成之控制單元9係電性連接於研磨裝置1之各構成要素。控制單元9係例如電性連接於上下移動機構5、及研磨單元7等，在控制單元9所進行之控制下，實施上下移動機構5所進行之研磨單元7之上下動作、及研磨單元7之研磨墊76之旋轉動作等。研磨裝置1係具備以記憶體等之記憶元件所構成之記憶部90。
控制單元9係於圖2所示保持具荷重感測器77及平台荷重感測器38，藉由有線或無線之通訊路徑加以連接。例如，保持具荷重感測器77或平台荷重感測器38係經由施加之荷重，些微變形構成感測器之壓電元件，壓電元件則對應於荷重產生電位差。經由於壓電元件產生電位差，從保持具荷重感測器77或平台荷重感測器38，荷重檢出訊號則送至控制單元9。
(晶圓之研磨方法之第1實施形態：對於薄晶圓之研磨) 以下，對於使用上述圖1、2所示研磨裝置1，研磨晶圓W之上面Wb時之各工程加以說明。當研磨裝置1實際執行研磨，高精度掌握設定從保持單元30之保持面300a至例如研磨墊76之下面之Z軸方向之相對距離。做為設定之一例，下降研磨單元7，將研磨墊76之下面，接觸於保持單元30之保持面300a，從此接觸時之研磨單元7之研磨輸送位置，控制單元9掌握該相對距離，記憶於記憶部90。然而，設定係可不加以實施。
又，於記憶部90中，在收容於晶圓卡匣21之複數枚之厚度不同之晶圓W中，假想之晶圓W之最厚之厚度(例如厚度為3.5mm)，經由預先記憶，或作業者藉由未圖示之輸入手段(研磨裝置1附屬之觸控面板或鍵盤)之輸入加以記憶。然後，從經由對於最厚之晶圓W之厚度之資料與設定掌握之保持面300a至研磨墊76之下面之Z軸方向之相對距離的資料，於圖2所示研磨墊76之下面與保持於保持單元30之最厚晶圓W之上面Wb之間，設定特定之間隙之研磨墊76之準備位置Z1(參照圖3)，則經由控制單元9掌握，記憶於記憶部90。然而，圖3所示圖表F1係顯示研磨墊76之高度位置之變化的圖表。
準備位置Z1係例如在收容於圖1所示晶圓卡匣21之複數枚之厚度不同之晶圓W中，最厚晶圓W之厚度為3.5mm時，較保持於保持單元30之假定最厚晶圓W之上面Wb之高度位置Z0(參照圖3)，研磨墊76之下面僅高出0.1mm之位置，即於較保持面300a為3.6mm上之高度位置，定位研磨墊76之下面的位置。
然而，設定於研磨裝置1之加工條件(裝置資料)中，研磨前之晶圓W之厚度(投入厚度)係設定例如假想之最厚厚度3.5mm(以下，成為假想之最厚之厚度)，經由作業者等輸入至控制單元9，記憶於記憶部90。
(1)準備位置定位工程 首先、未圖示搬送手段係從圖1所示晶圓卡匣21，引出一枚晶圓W，使保持單元30之中心與晶圓W之中心略成一致地、將晶圓W之上面Wb在朝向上方之狀態下，載置於保持面300a上。在此狀態下，經由未圖示吸引源之動作所產生之吸引力，傳達至保持面300a，保持單元30係在保持面300a上，吸引保持晶圓W。然而，於第1實施形態中，保持於保持單元30之晶圓W係成為較收容於晶圓卡匣21內之晶圓W之平均厚度，厚度為薄之晶圓W。
接著、吸引保持薄晶圓W之狀態之保持單元30向Y軸方向移動，進行與保持於研磨單元7之研磨墊76和保持單元30之薄晶圓W的定位。第1實施形態之定位中，如圖2所示，於研磨加工中，經常於晶圓W之上面Wb整面，擋接研磨墊76，且，開口於研磨墊76之中心的未圖示研磨液流路，在晶圓W之上面Wb成為阻塞之狀態，保持單元30則定位於預定位置。然而，於圖2所示例中，雖使研磨墊76之外周與晶圓W之外周略成一致，亦可非略成一致。
控制單元9所成控制之下，上下移動機構5則例如將定位於原點高度位置之研磨單元7成為特定之速度，即以較將研磨墊76擋接於晶圓W加以研磨時之下降速度，快速地加以下降。又，從原點高度位置開始下降之研磨單元7之高度位置係經由控制單元9經常性加以掌握。然後，如圖2所示研磨單元7之研磨墊76之下面定位於準備位置Z1，於薄晶圓W之上面Wb與研磨墊76之下面之間，設置特定之間隙。該間隙之大小係保持之晶圓W為薄晶圓W之故，成為較0.1mm為大之間隙。 然而，做為控制單元9所成上述上下移動機構5之動作控制之一例，例如上下移動機構5之馬達52為伺服馬達之時，伺服馬達之旋轉編碼器係連接於具有做為伺服放大器之機能的控制單元9，從控制單元9之輸出界面對於伺服馬達供給動作信號之後，將伺服馬達之旋轉數做為編碼器信號，對於控制單元9之輸入界面加以輸出。然後，接受編碼器信號之控制單元9係逐步認識研磨墊76之下面之高度位置，經由上下移動機構5，以所期望之下降速度，下降研磨單元7。
又、圖1、2所示馬達72伴隨旋轉主軸70，研磨墊76則以特定之旋轉速度加以旋轉。
(2-1)第1次之下降工程 於圖2、3所示準備位置Z1，定位研磨墊76之後，在控制單元9之控制下，使用上下移動機構5，以預先設定之距離與速度，下降研磨墊76加以停止。即，例如，上下移動機構5則執行僅以預先設定之距離50μm份，以預先設定之氣割下降速度之下降速度2mm/秒，下降研磨墊76加以停止之步進輸送。然而，預先設定之下降速度2mm/秒係較以往之研磨方法之氣割時(空切時)之氣割下降速度為快地被加以設定。又，該距離及該下降速度係經由研磨墊76之種類等變更成適切之值。又，該距離係經由下降未接觸於晶圓W之研磨墊76，於接觸於晶圓W之時，保持具荷重感測器77所測定之荷重值設定成為較預先設定之臨限值為小。即，該距離係研磨墊76之壓縮餘量以內即可。
(3-1)第1次之判斷工程 經由下降工程，停止研磨墊76後，例如判斷第1實施形態中圖2所示3個保持具荷重感測器77測定之荷重值是否為預先設定之臨限值以上。然而，非保持具荷重感測器77，以平台荷重感測器38所測定之荷重值為基礎，實施判斷工程亦可。 例如於控制單元9之記憶部90，預先，在晶圓W之研磨時，記憶比較以保持具荷重感測器77所測定之荷重值之臨限值G1N(參照圖3)。此臨限值G1N係實驗性、經驗性或理論性選擇之值，將對於研磨墊76之晶圓W之上面Wb之接觸，經由具備圖1、2所示控制單元9之判斷部91加以判斷而記憶之荷重值。然而，圖3所示圖表F2係顯示保持具荷重感測器77所測定之荷重值的變化。
圖3所示臨限值G1N係成為例如特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N之中間值。此特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N係實驗性、經驗性或理論性選擇之值，為了經由研磨墊76，適切施加研磨於晶圓W之上面Wb，記憶於記憶部90之荷重值之範圍。
如圖3所示，第1次之判斷工程之保持具荷重感測器77所進行之第1次之荷重測定中，以保持具荷重感測器77所測定之荷重值係非臨限值G1N以上。因此，對於從保持具荷重感測器77送來之荷重值，比較監視資訊(例如，荷重值0N)與臨限值G1N的控制單元9之判斷部91，判斷保持具荷重感測器77所測定之荷重值不足預先設定之臨限值G1N。然而，經由保持具荷重感測器77測定荷重之中，研磨墊76之下降雖為停止，但此下降停止時間係成為非常短時間之為安定保持具荷重感測器77所進行之測定之例如0.5秒的程度。
(4-1)第1次之重覆工程 於第1次之判斷工程中，以該保持具荷重感測器77測定之荷重值判斷為不足臨限值G1N之故，實施重覆上述下降工程、和上述判斷工程之重覆工程。
(2-2)第n次之下降工程 例如，複數次重覆上述下降工程與判斷工程之後，上下移動機構5則經由執行僅以預先設定之距離50μm份，以2mm/秒下降研磨墊76加以停止之步進輸送，研磨單元7之研磨墊76之下面則定位於圖3所示之接觸高度位置Z2。
(3-2)第n次之判斷工程 經由第n次之下降工程，停止研磨墊76後，判斷保持具荷重感測器77測定之荷重值是否為預先設定之臨限值G1N以上。如圖3所示，第n次之判斷工程之保持具荷重感測器77所進行之第n次之荷重測定中，保持具荷重感測器77係測定臨限值G1N以上之荷重值G4N。然後，對於從保持具荷重感測器77送來之荷重值G4N，比較監視資訊與臨限值G1N的控制單元9之判斷部91，判斷測定之荷重值G4N為預先設定之臨限值G1N以上。然後，判斷部91則判斷研磨墊76接觸到晶圓W之上面Wb。 然而，判斷部91係如以下，經由以預先設定之距離下降研磨墊76，研磨墊76既已接觸到晶圓W之上面Wb，但由於保持具荷重感測器77所測定之荷重值G4N不足預先設定之臨限值G1N之狀態，於實施下降工程、和判斷工程之後，在保持具荷重感測器77所測定之荷重值G4N成為預先設定之臨限值G1N以上之時，判斷研磨墊76接觸至晶圓W亦可。
(4-2)第n次之重覆工程 於第n次之判斷工程中，以保持具荷重感測器77測定之荷重值判斷為臨限值G1N以上之故，不實施重覆下降工程、和判斷工程的重覆工程，實施後述之研磨工程。然而，於第n次之判斷工程中，非所有3個保持具荷重感測器77，測定到臨限值G1N以上之荷重G4N，至少一個保持具荷重感測器77測定到臨限值G1N以上之荷重G4N之時，可不實施第n次之重覆工程，移轉至後述之研磨工程。
(5)研磨工程 經由第n次之判斷工程，判斷以保持具荷重感測器77測定之荷重值G4N為臨限值G1N以上之故，將包含臨限值G1N特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N內之荷重，附予晶圓W下，研磨晶圓W。 即，圖2所示研磨單元7經由上下移動機構5以特定之研磨輸送速度，即例如以較從準備位置Z1至接觸高度位置Z2之下降速度的氣割下降速度為慢之速度下降，研磨墊76之下面擋接於晶圓W之上面Wb，進行研磨加工。更且，研磨加工中，伴隨保持單元30以特定旋轉速度加以旋轉，保持於保持面300a上之晶圓W亦旋轉，經由研磨墊76，研磨晶圓W之上面Wb整面。
上述研磨加工中，係於晶圓W與研磨墊76之接觸部位，供給淤漿(研磨液)。即，從圖1所示研磨液供給源79，淤漿(例如、做為游離研磨粒，包含SiO2 、Al2 O3 等之研磨液)則對於主軸70進行送出，淤漿則供給至晶圓W與研磨墊76之接觸部位。
又，上述研磨加工中，於控制單元9所進行之控制下，例如減少供給至上下移動機構5之馬達52的動作信號，弱化對於研磨墊76之晶圓W之按壓、以及增加供給至上下移動機構5之馬達52的動作信號，強化對於研磨墊76之晶圓W之按壓，則令特定之時間間隔為基準，或令從保持具荷重感測器77送出之荷重值之變動之判斷部91所進行之監視為基準，將包含臨限值G1N之特定荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N內之荷重，附予晶圓W下，進行研磨晶圓W。 然後，進行研磨時間之控制(研磨量之控制)下，經由研磨單元7之研磨墊76之下面定位於圖3所示研磨終止高度位置Z3，終止研磨加工，上下移動機構5則上昇研磨單元7，從晶圓W遠離。
關於如上述本發明之晶圓之研磨方法係藉由具備在保持於保持面300a之晶圓W之上面Wb與研磨墊76之下面之間，於設定間隙之準備位置Z1，定位研磨墊76之準備位置定位工程、和於準備位置Z1，定位研磨墊76之後，使用上下移動機構5，以預先設定之距離與速度(例如較以往之氣割下降速度為快之速度)，下降研磨墊76加以停止之下降工程、和經由下降工程，停止研磨墊76後，判斷保持具荷重感測器77所測定之荷重值是否為預先設定之臨限值G1N以上的判斷工程、和經由判斷工程，直至判斷以保持具荷重感測器77所測定之荷重值為臨限值G1N以上，重覆下降工程、和判斷工程的重覆工程、和經由判斷工程，判斷以保持具荷重感測器77所測定之荷重值為臨限值G1N以上時，將包含臨限值G1N特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N內之荷重，附予晶圓W之下，研磨晶圓W的研磨工程，即使收容於晶圓卡匣21之複數枚之晶圓W之厚度並不均勻，亦可將薄厚不同之晶圓W加以研磨。即，厚度即使不同，可伴隨進行同樣之氣割，將同一研磨荷重(包含臨限值G1N特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N內之荷重)，附予晶圓W下，研磨晶圓W。為此，可防止研磨墊76之下面接觸到晶圓W之上面Wb之時間(氣割時間)變長等。
圖4所示圖表F3係顯示以往之晶圓W(較設定厚度為薄之晶圓W)之研磨方法之研磨墊76之高度位置之變化圖表。以往之研磨方法之設定厚度係收容於晶圓卡匣21之晶圓W之例如平均厚度。又，圖4所示圖表F4係顯示以往之晶圓W(較設定厚度為薄之晶圓W)之研磨方法之保持具荷重感測器77所測定之荷重值之變化圖表。以往之晶圓W之研磨方法中，自研磨單元7之研磨墊76之下面定位於氣割開始位置Z11，上下移動機構5則不進行研磨單元7之步進輸送，以較本發明之氣割下降速度(例如2mm/秒)慢之氣割下降速度(例如5μm/秒)，使研磨單元7下降。然而，氣割開始位置Z11係例如於保持單元30，保持設定厚度之晶圓W之時，相較對於設定厚度之晶圓W之上面Wb之接觸高度位置Z4，研磨墊76之下面則僅設定於特定距離(例如0.1mm)之高度位置。然後，研磨墊76之下面接觸到晶圓W之上面Wb之時間(氣割時間)，相較於關於本發明之晶圓W之研磨方法變長等之故，如圖3所示，關於本發明之晶圓之研磨方法可縮短氣割時間。 氣割時間係例如晶圓W之厚度為50μm之時，以往之研磨方法中，較從氣割開始位置Z11之晶圓W之上面Wb之100μm上方，以5μm/秒下降之故，需花費20秒。相較之下，本發明中，氣割時間係從較保持單元30之保持面300a之3.6mm上方，以2mm/秒，以50μm單位步進移動，於步進輸送之時，進行荷重值之測定之故，花費0.2秒，步驟次數實施71次，故而約為16秒。
圖5所示圖表F7係顯示以往之晶圓W(設定厚度之晶圓W)之研磨方法之研磨墊76之高度位置之變化圖表。又，圖5所示圖表F8係顯示以往之晶圓W(設定厚度之晶圓W)之研磨方法之保持具荷重感測器77所測定之荷重值之變化圖表。以往之晶圓W之研磨方法中，自研磨單元7之研磨墊76之下面定位於氣割開始位置Z11，上下移動機構5則不進行研磨單元7之步進輸送，以較本發明之氣割下降速度(例如2mm/秒)慢之氣割下降速度(例如5μm/秒)，使研磨單元7下降。然而，氣割開始位置Z11係例如於保持單元30，保持設定厚度之晶圓W之時，相較對於設定厚度之晶圓W之上面Wb，研磨墊76之下面則僅設定於特定距離(例如0.1mm)之高度位置。然後，研磨墊76之下面接觸到晶圓W之上面Wb之時間(氣割時間)，則相較於關於本發明之晶圓W之研磨方法變長。
(晶圓之研磨方法之第2實施形態：對於厚晶圓之研磨) 以下，對於使用上述圖1、2所示研磨裝置1，研磨厚晶圓W之上面Wb時之各工程加以說明。當研磨裝置1實際執行研磨，例如，高精度掌握設定從保持單元30之保持面300a至研磨墊76之下面之Z軸方向之相對距離。
從經由對於最厚之晶圓W之厚度(例如厚3.5mm)之資料與設定掌握之保持面300a至研磨墊76之下面之Z軸方向之相對距離的資料，於圖2所示研磨墊76之下面與保持於保持單元30之最厚晶圓W之上面Wb之間，設定特定之間隙(例如，0.1mm)之研磨墊76之準備位置Z1(參照圖6)，則經由控制單元9掌握，記憶於記憶部90。然而，圖6所示圖表F9係顯示研磨墊76之高度位置之變化的圖表。
(1)準備位置定位工程 首先、未圖示搬送手段係從圖1所示晶圓卡匣21，引出一枚晶圓W，更且，使保持單元30之中心與晶圓W之中心略成一致地、保持單元30在保持面300a上，保持吸引晶圓W。然而，於本實施形態3中，保持於保持單元30之晶圓W係例如成為較收容於晶圓卡匣21內之晶圓W之平均厚度為厚之晶圓W。 接著、吸引保持厚晶圓W之狀態之保持單元30向Y軸方向移動，進行與保持於研磨單元7之研磨墊76和保持單元30之厚晶圓W的定位，則與第1實施形態同樣地進行。
控制單元9所成控制之下，上下移動機構5則例如將定位於原點高度位置之研磨單元7成為特定之速度，即較將研磨墊76擋接於晶圓W加以研磨時之下降速度，快速地加以下降。又，開始下降之研磨單元7之高度位置係經由控制單元9經常性加以掌握。然後，如圖2、6所示研磨單元7之研磨墊76之下面定位於準備位置Z1，於厚晶圓W之上面Wb與研磨墊76之下面之間，設置特定之間隙。該間隙之大小為0.1mm。又、圖1所示馬達72伴隨旋轉主軸70，研磨墊76則以特定之旋轉速度加以旋轉。
(2-1)第1次之下降工程 於圖2、6所示準備位置Z1，定位研磨墊76之後，在控制單元9之控制下，例如，上下移動機構5則執行僅以預先設定之距離50μm份，以預先設定之氣割下降速度2mm/秒，下降研磨墊76加以停止之步進輸送。預先設定之下降速度2mm/秒係較以往之研磨方法之氣割時之氣割下降速度為快地被加以設定。
(3-1)第1次之判斷工程 經由下降工程，停止研磨墊76後，例如判斷3個保持具荷重感測器77所測定之荷重值是否為預先設定之臨限值以上。記憶於控制單元9之記憶部90之圖6所示臨限值G1N係成為例如特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N之中間值。然後，對於第1次之判斷工程之保持具荷重感測器77所進行之第1次之荷重測定中，保持具荷重感測器77所測定之荷重值並非臨限值G1N以上之故，從保持具荷重感測器77送來之荷重值，比較監視資訊(例如，荷重值0N)與臨限值G1N的控制單元9之判斷部91，則判斷保持具荷重感測器77所測定之荷重值不足預先設定之臨限值G1N。 然而，圖6所示圖表F10係顯示保持具荷重感測器77所測定之荷重值的變化。又，經由保持具荷重感測器77測定荷重之中，研磨墊76之下降雖暫時停止，但此下降停止時間係成為非常短時間之0.5秒的程度。
(4-1)第1次之重覆工程 於第1次之判斷工程中，保持具荷重感測器77所測定之荷重值判斷為不足臨限值G1N之故，實施重覆下降工程、和判斷工程之重覆工程。
(2-2)第n次之下降工程 例如，重覆經由上述下降工程與判斷工程之複數次重覆的工程後，上下移動機構5則經由執行僅以預先設定之距離50μm份，以2mm/秒下降研磨墊76加以停止之步進輸送，研磨單元7之研磨墊76之下面則定位於圖6所示之厚晶圓W之接觸高度位置Z6。
(3-2)第n次之判斷工程 經由第n次之下降工程，停止研磨墊76後，判斷保持具荷重感測器77測定之荷重值是否為預先設定之臨限值G1N以上。如圖6所示，第n次之判斷工程之保持具荷重感測器77所進行之第n次之荷重測定中，保持具荷重感測器77係測定臨限值G1N以上之荷重值G4N。然後，對於從保持具荷重感測器77送來之荷重值G4N，比較監視資訊與臨限值G1N的控制單元9之判斷部91，判斷測定之荷重值G4N為預先設定之臨限值G1N以上，研磨墊76則判斷接觸於晶圓W之上面Wb。然而，判斷部91係如以下，經由以預先設定之距離下降研磨墊76，研磨墊76既已接觸到晶圓W之上面Wb，但由於保持具荷重感測器77所測定之荷重值G4N不足預先設定之臨限值G1N之狀態，於實施下降工程、和判斷工程之後，在保持具荷重感測器77所測定之荷重值G4N成為預先設定之臨限值G1N以上之時，判斷研磨墊76接觸至晶圓W亦可。
(4-2)第n次之重覆工程 於第n次之判斷工程中，保持具荷重感測器77所測定之荷重值判斷為臨限值G1N以上之故，實施後述之研磨工程。
(5)研磨工程 經由第n次之判斷工程，判斷以保持具荷重感測器77測定之荷重值G4N為臨限值G1N以上之故，將包含臨限值G1N特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N內之荷重，附予晶圓W下，研磨晶圓W。即，研磨單元7經由上下移動機構5以特定之研磨輸送速度下降，研磨墊76之下面擋接於晶圓W之上面Wb，進行研磨加工。又，伴隨保持單元30之旋轉，從研磨液供給源79，淤漿則供給至晶圓W與研磨墊76之接觸部位。
又，上述研磨加工中，經由控制單元9所進行上下移動機構5之控制，將包含臨限值G1N特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N內之荷重，附予晶圓W下，研磨晶圓W。然後，進行研磨時間之控制下，經由研磨單元7之研磨墊76之下面定位於圖6所示研磨終止高度位置Z7，終止研磨加工，上下移動機構5則上昇研磨單元7，從晶圓W遠離。
關於如上述本發明之晶圓之研磨方法係具備在保持於保持面300a之晶圓W之上面Wb與研磨墊76之下面之間，於設定間隙之準備位置Z1，定位研磨墊76之準備位置定位工程、和於準備位置Z1，定位研磨墊76之後，使用上下移動機構5，以預先設定之距離與速度(較以往之氣割下降速度為快之速度)，下降研磨墊76加以停止之下降工程、和經由下降工程，停止研磨墊76後，判斷保持具荷重感測器77所測定之荷重值是否為預先設定之臨限值G1N以上的判斷工程、和經由判斷工程，直至判斷以保持具荷重感測器77所測定之荷重值為臨限值G1N以上，重覆下降工程、和判斷工程的重覆工程、和經由判斷工程，判斷以保持具荷重感測器77所測定之荷重值為臨限值G1N以上時，將包含臨限值G1N特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N內之荷重，附予晶圓W之下，研磨晶圓W的研磨工程，即使收容於晶圓卡匣21之複數枚之晶圓W之厚度並非均勻，於厚晶圓W，供予包含臨限值G1N特定之荷重範圍之上限荷重值G2N~下限荷重值G3N內之荷重下，可進行研磨，又，以開始氣割前之高速下降之研磨墊76，則不會於厚晶圓W之上面Wb，高速接觸之故，不會產生晶圓W受到容許值以上(上限荷重值G2N以上)之荷重而破裂之情事。
圖7所示圖表F11係顯示以往之晶圓W(較設定厚度為厚之晶圓W)之研磨方法之研磨墊76之高度位置之變化圖表。以往之設定厚度係收容於晶圓卡匣21之晶圓W之例如平均厚度。又，圖8所示圖表F12係顯示以往之晶圓W(較設定厚度為薄之晶圓W)之研磨方法之保持具荷重感測器77所測定之荷重值之變化圖表。以往之晶圓W之研磨方法中，自研磨單元7之研磨墊76之下面定位於氣割開始位置Z11，上下移動機構5則不進行研磨單元7之步進輸送，以較本發明之氣割下降速度(例如2mm/秒)慢之氣割下降速度(例如5μm/秒)，使研磨單元7下降。但是，於此前階段，氣割開始位置Z11係例如於保持單元30，保持設定厚度之晶圓W之時，相較對於設定厚度之晶圓W之上面Wb，研磨墊76之下面則僅設定於特定距離(例如0.1mm)之高度位置之故，保持於保持單元30之晶圓W為較設定厚度為厚之晶圓W時，直至氣割開始時間Z11擋接於晶圓W，以較研磨時之下降速度更快之速度下降之研磨墊76，則高速接觸於較設定厚度為厚之晶圓W之上面Wb，晶圓W則會有受到容許值以上(上限荷重值G2N以上)之荷重而破裂之情形。
關於本發明之晶圓之研磨方法係非限定於本實施形態，又，對於附件圖面所圖示之研磨裝置1之構成等，亦非限定於此，在可發揮本發明之效果之範圍內，可適切加以變更。
W:晶圓 Wa:晶圓之下面 Wb:晶圓之上面 1:研磨裝置 10:裝置基座 11:柱 21:晶圓卡匣 215:擱板部 30:保持單元 300a:保持面 39:蓋板 34:Y軸移動機構 340:滾珠螺桿 342:馬達 343:可動板 36:傾斜調整機構 33:平台基座 38:平台荷重感測器 5:上下移動機構 50:滾珠螺桿 52:馬達 53:昇降板 7:研磨單元 70:主軸 71:殼體 72:馬達 73:固定板 76:研磨墊 75:保持具 75b:底板 75c:側板 77:保持具荷重感測器 773:固定螺栓 9:控制單元 90:記憶部 91:判斷部
[圖1]顯示研磨裝置之一例之斜視圖。 [圖2]顯示研磨單元及保持單元之構造之一例之剖面圖。 [圖3]顯示將薄晶圓以關於本發明之晶圓之研磨方法加以研磨之情形之研磨墊之高度位置的圖表，及顯示以保持荷重感測器測定之荷重值的圖表。 [圖4]顯示將較設定厚度為薄晶圓，採以往之晶圓之研磨方法加以研磨之情形之研磨墊之高度位置的圖表，及顯示以保持荷重感測器測定之荷重值的圖表。 [圖5]顯示將較設定厚度之晶圓，採以往之晶圓之研磨方法加以研磨之情形之研磨墊之高度位置的圖表，及顯示以保持荷重感測器測定之荷重值的圖表。 [圖6]顯示將厚晶圓，以關於本發明之晶圓之研磨方法加以研磨之情形之研磨墊之高度位置的圖表，及顯示以保持荷重感測器測定之荷重值的圖表。 [圖7]顯示將較設定厚度為厚晶圓，採以往之晶圓之研磨方法加以研磨之情形之研磨墊之高度位置的圖表，及顯示以保持荷重感測器測定之荷重值的圖表。
1:研磨裝置
5:上下移動機構
7:研磨單元
9:控制單元
11:柱
30:保持單元
33:平台基座
34:Y軸移動機構
36:傾斜調整機構
38:平台荷重感測器
50:滾珠螺桿
51:導軌
52:馬達
53:昇降板
70:主軸
71:殼體
73:固定板
74:壓板
75:保持具
75b:底板
75c:側板
76:研磨墊
77:保持具荷重感測器
90:記憶部
91:判斷部
300:吸附部
300a:保持面
301:框體
331:底板
332:底板
333:螺栓
341:導軌
343:可動板
360:桿
361:圓筒
773:固定螺栓
W:晶圓
Wa:晶圓之下面
Wb:晶圓之上面
Z1:準備位置

Claims (1)

  1. 一種晶圓之研磨方法，具備：在保持面保持晶圓之保持單元、和在保持於該保持單元之晶圓之上面，研磨接觸研磨墊之下面之晶圓的研磨單元、和將該研磨單元，在該保持面，向垂直之上下方向移動的上下移動機構、和在保持於該保持面之晶圓，測定按壓該研磨墊之荷重的荷重感測器的使用研磨裝置之晶圓之研磨方法，其特徵係包含： 在保持於該保持面之晶圓之上面與該研磨墊之下面之間，於設定間隙之準備位置，定位該研磨墊之準備位置定位工程、 和於該準備位置，定位該研磨墊之後，使用該上下移動機構，以預先設定之距離與速度，下降該研磨墊加以停止之下降工程、 和經由該下降工程，停止該研磨墊後，判斷以該荷重感測器測定之荷重值是否為預先設定之臨限值以上之判斷工程、 和經由該判斷工程，直至判斷以該荷重感測器測定之荷重值為該臨限值以上，重覆該下降工程、和該判斷工程的重覆工程、 和經由該判斷工程，判斷以該荷重感測器測定之荷重值為該臨限值以上時，將包含該臨限值特定之荷重範圍內之荷重，附予該晶圓下，研磨該晶圓的研磨工程的晶圓之研磨方法。
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