TW202133994A - 基板處理方法及基板處理裝置 - Google Patents

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松本武志
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Abstract

本發明係在將第一基板與第二基板接合而成的疊合基板中，將該第一基板進行研磨處理的方法，其包含以下步驟：測量該疊合基板的總厚度分布；測量該第一基板的厚度分布；從該疊合基板的總厚度分布減去該第一基板的厚度分布，而計算該第二基板的厚度分布；基於該第二基板的厚度分布，而決定固持該疊合基板之基板固持部、與研磨該疊合基板之研磨部的相對之傾斜；及在以決定好的該傾斜將該疊合基板固持的狀態下，研磨該第一基板。

Description

基板處理方法及基板處理裝置
本發明係關於一種基板處理方法及基板處理裝置。
在專利文獻1中揭露了一種研磨方法，其包含以下步驟：在將第一板狀工件與第二板狀工件貼合而形成的板狀工件中，在被固持於固持台之第一板狀工件的至少三處之測量位置測量厚度的步驟；藉由測量到的厚度而調整第一板狀工件之平行度的步驟；及在平行度調整後研磨第二板狀工件的步驟。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開2014－226749號公報
［發明所欲解決之問題］
依本發明之技術，係在將第一基板與第二基板接合而成的疊合基板中，適當地使第一基板之平坦度提高。 ［解決問題之技術手段］
本發明之一態樣，係在將第一基板與第二基板接合而成的疊合基板中，將該第一基板進行研磨處理的方法，其包含以下步驟：測量該疊合基板的總厚度分布；測量該第一基板的厚度分布；從該疊合基板的總厚度分布減去該第一基板的厚度分布，而計算該第二基板的厚度分布；基於該第二基板的厚度分布，而決定固持該疊合基板的基板固持部、與研磨該疊合基板的研磨部的相對之傾斜；在以決定好之該傾斜固持該疊合基板的狀態下，研磨該第一基板。 ［發明效果］
依本發明，可在將第一基板與第二基板接合而成的疊合基板中，適當地使第一基板之平坦度提高。
近年來，在半導體元件的製程中，係對將表面形成有複數電子電路等元件的半導體基板(以下，稱為「第一基板」)與第二基板接合而成的疊合基板，進行研磨該第一基板之背面而使其薄化。
此第一基板的薄化，係在藉由基板固持部固持第二基板之背面的狀態下，藉由使研磨磨石抵接於第一基板的背面並加以研磨而進行。然而，如此進行第一基板之研磨時，若藉由基板固持部固持的第二基板之徑向上的厚度分布並不均勻，則研磨後之第一基板的平坦度(TTV：Total Thickness Variation)會有惡化的疑慮。具體而言，如圖1所示，於疊合基板T的面內，在第二基板S之厚度較小的部分中，第一基板W的厚度較大，而在第二基板S之厚度較大的部分中，第一基板W的厚度較小。
上述專利文獻1所記載的研磨方法，係用於「檢測此第二基板(第一板狀工件)之厚度的變動，並藉由調整基板固持部(固持台)的傾斜，而將第一基板(第二板狀工件)研磨至均勻的厚度」的研磨方法。在專利文獻1所記載的研磨方法中，係藉由從設於疊合基板(板狀工件)之上方的非接觸式厚度測量手段射出的測量光，而直接計算出第二基板(第一板狀工件)的厚度。又，測量光係透射過第一基板(第二板狀工件)。
然而，例如上述般在第一基板之表面形成有元件的情況，亦即，在第一基板與第二基板之間夾設有金屬膜亦即元件層的情況，並無法適當地計算包含該金屬膜之第二基板的厚度。具體而言，由於測量光(例如IR光)無法透射過金屬膜亦即元件層，因此無論從第一基板側或是第二基板側中任一者，均無法適當地量測包含金屬膜之第二基板的厚度。又，由於這般無法適當地量測包含金屬膜之第二基板的厚度分布，故無法適當地計算抵接於第一基板之研磨磨石的傾斜，亦即研磨量，而難以使研磨後之第一基板的平坦度提高。從而，在以往用於使第一基板成為均勻厚度的研磨方法中，尚有改善的餘地。
又，依本發明之技術，係在將第一基板與第二基板接合而成的疊合基板中，適當地使第一基板的平坦度提高。以下，一邊參照圖式一邊說明依本發明之實施態樣的作為基板處理裝置的加工裝置、及作為基板處理方法的加工方法。又，在本說明書及圖式中，在實質上具有相同功能構成的元素中，係藉由賦予相同的符號而省略重複說明。
如圖2所示，在依本發明之實施態樣的後述加工裝置1中，係對「將作為第一基板的第一晶圓W與作為第二基板的第二晶圓S接合而成的作為疊合基板的疊合晶圓T」，進行處理。又，加工裝置1係將該第一晶圓W加以薄化。以下，在第一晶圓W中，係將與第二晶圓S接合之側的面稱為表面Wa，將與表面Wa相反側的面稱為背面Wb。同樣地，在第二晶圓S中，係將與第一晶圓W接合之側的面稱為表面Sa，與表面Sa相反側的面稱為背面Sb。
第一晶圓W例如為矽基板等半導體晶圓，其在表面Wa形成有包含複數元件的元件層D。在元件層D上更形成有表面膜F，並經由該表面膜F與第二晶圓S接合。作為表面膜F例如可列舉：氧化膜(SiO2 膜，TEOS膜)、SiC膜、SiCN膜或是黏接劑等。另外，第一晶圓W為了抑制因加工裝置1中的研磨處理而在周緣部形成尖銳之形狀(所謂的刀緣形狀)的情形，係預先去除該周緣部。周緣部例如係從第一晶圓W之外端部起，往徑向0.5mm～3mm的範圍。又，亦有在第二晶圓S中形成有元件層D及表面膜F，而在第一晶圓W中未形成有元件層D及表面膜F的情況。
第二晶圓S例如具有與第一晶圓W相同的構成，其在表面Sa形成有元件層D及表面膜F。又，第二晶圓S的周緣部係進行了倒角加工，周緣部的剖面係越朝其前端厚度越小。又，第二晶圓S並不必為形成有元件層D的元件晶圓，例如亦可為支撐第一晶圓W的支撐晶圓。此情況下，第二晶圓S係作為保護第一晶圓W之表面Wa之元件層D的保護材而發揮功能。
又，在以下說明中，為了避免圖示的複雜性，有時係將元件層D與表面膜F合併顯示，並將元件層及表面膜賦予元件符號「DF」。
如圖3所示，加工裝置1具有將搬入搬出站2與處理站3一體地連接的構成。搬入搬出站2例如係在與外部之間，將可收納複數疊合晶圓T的晶圓匣盒Ct搬入搬出。處理站3具備對疊合晶圓T施予所期望之處理的各種處理裝置。
在搬入搬出站2中，設有晶圓匣盒載置台10。在圖示的例子中，在晶圓匣盒載置台10上，係在X軸方向上呈一列地自由載置有複數例如四個晶圓匣盒Ct。又，載置於晶圓匣盒載置台10的晶圓匣盒Ct之個數，並不限定於本發明之實施態樣，可任意決定。
在搬入搬出站2中，晶圓搬運區域20係於晶圓匣盒載置台10的Y軸正方向側，與該晶圓匣盒載置台10鄰接設置。在晶圓搬運區域20中設有晶圓搬運裝置22，其在沿X軸方向上延伸的搬運路21上移動自如。晶圓搬運裝置22具有固持並搬運疊合晶圓T的搬運叉具23。搬運叉具23在其前端分支成兩根，並吸附固持疊合晶圓T。搬運叉具23例如係搬運研磨處理前後的疊合晶圓T。又，搬運叉具23係在水平方向上、在鉛直方向上、繞著水平軸及繞著鉛直軸而移動自如。
又，晶圓搬運裝置22的構成並不限定於本發明之實施態樣，可採取任意構成。例如，晶圓搬運裝置22亦可具備分別搬運研磨處理前、研磨處理後之疊合晶圓T的兩根搬運叉具23。
在處理站3中，係對疊合晶圓T進行研磨或清洗等加工處理。處理站3包含：旋轉台30、搬運單元40、對準單元50、第一清洗單元60、第二清洗單元70、粗研磨單元80、中研磨單元90及精研磨單元100。
旋轉台30係藉由旋轉機構(未圖示)而旋轉自如。在旋轉台30上，設有四個吸附固持疊合晶圓T之作為基板固持部的夾頭31。夾頭31係均等地亦即每隔90度地配置於和旋轉台30相同的圓周上。四個夾頭31藉由旋轉台30旋轉，而可移動至傳遞位置A0及加工位置A1～A3。又，四個夾頭31可分別藉由旋轉機構(未圖示)而繞著鉛直軸旋轉。
如圖3所示，在本發明之實施態樣中，傳遞位置A0係在旋轉台30之X軸正方向側且Y軸負方向側的位置，並在傳遞位置A0的Y軸負方向側，配置有第二清洗單元70、對準單元50及第一清洗單元60。對準單元50與第一清洗單元60係從上方依此順序疊設配置。第一加工位置A1係在旋轉台30之X軸正方向側且Y軸正方向側的位置，並配置有粗研磨單元80。第二加工位置A2在係旋轉台30之X軸負方向側且Y軸正方向側的位置，並配置有中研磨單元90。第三加工位置A3在係旋轉台30之X軸負方向側且Y軸負方向側的位置，並配置有精研磨單元100。
夾頭31例如係採用多孔夾頭。夾頭31係吸附固持形成疊合晶圓T之第二晶圓S的背面Sb。在側面觀察中，夾頭31的表面亦即疊合晶圓T的固持面，其中央部和端部相比具有突出的凸形狀。又，由於此中央部的突出很微小，因此在以下的說明中係省略夾頭31的凸形狀之圖示。
夾頭31係被固持於夾頭基座32。如圖4所示，在以下說明中，有時係將位於加工位置A1～A3及傳遞位置A0的四個夾頭基座，分別稱為第一夾頭基座321、第二夾頭基座322、第三夾頭基座323及第四夾頭基座324。夾頭基座321～324分別固持夾頭311～314。
如圖5所示，在夾頭基座32中設有傾斜調整部33，其調整夾頭31及夾頭基座32之來自水平方向的傾斜。傾斜調整部33具有設於夾頭基座32之底面的固定軸34及複數升降軸35。各升降軸35係伸縮自如以使夾頭基座32升降。藉由此傾斜調整部33，能夠以夾頭基座32之外周部的一端部(與固定軸34對應的位置)為基點，並藉由升降軸35使另一端部在鉛直方向升降，藉此使夾頭31及夾頭基座32傾斜。又，藉此，可調整研磨面亦即第一晶圓W之背面Wb相對於加工位置A1～A3的各種研磨單元所具備之研磨磨石的傾斜。
又，傾斜調整部33的構成並不限定於此，只要能調節第一晶圓W對於研磨磨石的相對角度(平行度)，可任意選擇。
如圖3所示，搬運單元40係具備複數例如三個臂部41的多關節型機械臂。三個臂部41係分別迴旋自如。在前端的臂部41中，安裝有吸附固持疊合晶圓T的搬運墊42。又，基端的臂部41係安裝於使臂部41在鉛直方向上升降的升降機構43。又，具備此構成的搬運單元40可對傳遞位置A0、對準單元50、第一清洗單元60及第二清洗單元70，搬運疊合晶圓T。
在對準單元50中，係調節研磨處理前之疊合晶圓T的水平方向之方向。例如，一邊使被旋轉夾頭(未圖示)固持的疊合晶圓T旋轉，一邊以檢測部(未圖示)檢測第一晶圓W之切口的位置，藉此調節該切口的位置而調節疊合晶圓T之水平方向的方向。
在第一清洗單元60中，係清洗研磨處理後之第一晶圓W的背面Wb，更具體而言係進行旋轉清洗。例如，一邊使被旋轉夾頭(未圖示)固持的疊合晶圓T旋轉，一邊從清洗液噴嘴(未圖示)將清洗液供給至第一晶圓W的背面Wb。如此一來，供給的清洗液會在背面Wb上擴散，並清洗該背面Wb。
在第二清洗單元70中，係在研磨處理後之疊合晶圓T被固持於搬運墊42之狀態下，清洗第二晶圓S之背面Sb，並同時清洗搬運墊42。
在粗研磨單元80中，係將第一晶圓W的背面Wb進行粗研磨。粗研磨單元80具有粗研磨部81。如圖5所示，粗研磨部81包含：粗研磨輪82、裝設部83，旋轉軸84及驅動部85。粗研磨輪82在底面具備粗研磨磨石，並具有環狀形狀。粗研磨輪82係被裝設部83所支撐。驅動部85係經由旋轉軸84而設於裝設部83。驅動部85例如內建馬達(未圖示)，以使粗研磨輪82旋轉，同時使其沿著圖3所示之支柱86在鉛直方向上移動。又，在粗研磨單元80中，係藉由在使被夾頭31固持之疊合晶圓T的第一晶圓W與粗研磨輪82之圓弧的一部分抵接的狀態下，使夾頭31與粗研磨輪82分別旋轉，而將第一晶圓W的背面Wb進行粗研磨。
在中研磨單元90中，係將第一晶圓W的背面Wb進行中研磨。如圖3及圖5所示，中研磨單元90的構成與粗研磨單元80的構成幾乎相同，其包含：中研磨部91、中研磨輪92、裝設部93、旋轉軸94、驅動部95及支柱96。又，中研磨磨石的磨粒粒度係小於粗研磨磨石的磨粒粒度。
在精研磨單元100中，係將第一晶圓W的背面Wb進行精研磨。如圖3及圖5所示，精研磨單元100的構成與粗研磨單元80及中研磨單元90的構成幾乎相同，其包含：精研磨部101、精研磨輪102、裝設部103、旋轉軸104、驅動部105及支柱106。又，精研磨磨石的磨粒粒度係小於中研磨磨石的磨粒粒度。
又，如圖4所示，在處理站3中設有：測量中研磨結束後之疊合晶圓T之總厚度的總厚度測量部110、測量中研磨結束後之第一晶圓W之厚度的厚度測量部120、及測量精研磨結束後之第一晶圓W之厚度的厚度測量部130。總厚度測量部110與厚度測量部120係分別設於例如加工位置A2。厚度測量部130係設於加工位置A3。又，總厚度測量部110與厚度測量部120亦可設於加工位置A3，厚度測量部130亦可設於傳遞位置A0。又，在加工位置A1～A3設有厚度測量機構(未圖示)，用於進行各加工位置A1～A3中之各種研磨處理的終點偵測。若藉由該厚度測量機構所進行之測量的第一晶圓W之厚度達到目標厚度，便使旋轉台30旋轉而使第一晶圓W移動。又，在加工位置A2及A3中，亦可將上述厚度測量部120、130作為用於進行終點偵測的該厚度測量機構。
如圖6所示，總厚度測量部110包含：晶圓側感測器111、夾頭側感測器112及運算部113。晶圓側感測器111例如為非接觸式的高度感測器，其測量第一晶圓W中背面Wb之複數點的高度。夾頭側感測器112例如為非接觸式的高度感測器，其測量夾頭31之表面的高度。晶圓側感測器111與夾頭側感測器112的測量結果係分別傳輸至運算部113。在運算部113中，係藉由從晶圓側感測器111的測量結果(第一晶圓W之背面Wb的高度)減去夾頭側感測器112的測量結果(夾頭31之表面的高度)，而計算疊合晶圓T的總厚度。又，在運算部113中，係從晶圓側感測器111之複數點的測量結果，取得疊合晶圓T的總厚度之分布，並取得該總厚度的TTV(總厚度之平面度：Total Thickness Variation)資料。又，如圖7(a)所示，疊合晶圓T的總厚度Ha包含：第一晶圓W的厚度(矽部分的厚度)、元件層D的厚度、表面膜F的厚度及第二晶圓S的厚度(矽部分的厚度)。
又，晶圓側感測器111與夾頭側感測器112亦可分別為接觸式的高度感測器。
如圖6所示，厚度測量部120包含感測器121及運算部122。感測器121例如為使用IR光的非接觸式感測器，其測量第一晶圓W的厚度。感測器121係測量第一晶圓W中複數點的厚度。感測器121的測量結果係被傳輸至運算部122。在運算部122中，係從感測器121之複數點的測量結果(第一晶圓W的厚度)，取得第一晶圓W的厚度之分布。此時，亦可進一步計算第一晶圓W的TTV資料。又，如圖7(a)所示，以厚度測量部120測量的第一晶圓W之厚度Hb，係第一晶圓W中的矽部分之厚度，並不包含元件層D及表面膜F的厚度。
厚度測量部130具有與厚度測量部120相同的構成。又，在厚度測量部130中，係取得第一晶圓W的厚度之分布，並進一步計算第一晶圓W的TTV資料。又，如圖7(b)所示，以厚度測量部130所測量的第一晶圓W之厚度Hd，係第一晶圓W中的矽部分之厚度，並不包含元件層D及表面膜F的厚度。 又，在使用厚度測量部110、120的第一晶圓W之厚度測量中，係在第一晶圓W之徑向上的複數測量點，測量第一晶圓W的厚度。又，在徑向上的各測量點上，係一邊使疊合晶圓T旋轉，一邊在周向上於複數點測量第一晶圓W的厚度。又，可計算在周向上之複數點測得的厚度之移動平均值值或是移動中位數，並將計算出的值作為在徑向上之測量點的第一晶圓W之厚度而使用。 又，例如亦可測量任意指定座標中的第一晶圓W之厚度，並將測得的厚度作為代表值來作為第一晶圓W之厚度而使用，以代替將複數點之移動平均值值或是移動中位數設為第一晶圓W的厚度。
又，厚度測量部120、130的構成並不限定於本發明之實施態樣，只要能取得第一晶圓W的厚度分布，並進一步計算TTV資料，可任意選擇。
如圖3所示，在以上的加工裝置1中，設有控制部140。控制部140例如為具備CPU及記憶體等的電腦，並具有程式儲存部(未圖示)。在程式儲存部中，儲存有控制加工裝置1中之疊合晶圓T之處理的程式。又，在程式儲存部中，亦儲存有用於控制上述各種處理單元及搬運裝置等驅動系統之動作，而使加工裝置1中之後述加工處理實現的程式。又，上述程式可記錄於電腦可讀取之記錄媒體H，亦可從該記錄媒體H安裝至控制部140。
接著，說明使用如上述般構成之加工裝置1而進行的加工方法。又，在本發明之實施態樣中，係在加工裝置1之外部的接合裝置(未圖示)中，將第一晶圓W與第二晶圓S接合，而預先形成疊合晶圓T。又，第一晶圓W的周緣部係預先去除。
首先，收納有複數疊合晶圓T的晶圓匣盒Ct，係被載置於搬入搬出站2的晶圓匣盒載置台10。
接著，藉由晶圓搬運裝置22的搬運叉具23取出晶圓匣盒Ct內的疊合晶圓T，並搬運至處理站3的對準單元50。
在對準單元50中，係如上述般一邊使被旋轉夾頭(未圖示)固持的疊合晶圓T旋轉，一邊調節第一晶圓W的切口位置，藉此調節疊合晶圓T之水平方向的方向。
接著，疊合晶圓T係藉由搬運單元40，從對準單元50搬運至傳遞位置A0，並傳遞至該傳遞位置A0的夾頭31。其後，使夾頭31移動至第一加工位置A1。又，藉由粗研磨單元80，將第一晶圓W的背面Wb進行粗研磨。此時，係在「於預先設定好的點上測量到設定好的第一晶圓W之厚度」的時點，結束粗研磨。
接著，使夾頭31移動至第二加工位置A2。又，藉由中研磨單元90，將第一晶圓W的背面Wb進行中研磨。此時，係在「於預先設定好的點上，測量到設定好的疊合晶圓T之總厚度或是第一晶圓W之厚度」的時點，結束中研磨。
接著，使夾頭31移動至第三加工位置A3。又，藉由精研磨單元100，將第一晶圓W的背面Wb進行精研磨。此時，係在「於預先設定好的點上，測量到設定好的疊合晶圓T之總厚度或是第一晶圓W之厚度」的時點，結束精研磨。
接著，使夾頭31移動至傳遞位置A0。此處，係使用清洗液噴嘴(未圖示)，並藉由清洗液將第一晶圓W的背面Wb進行粗清洗。在此步驟中，係進行將背面Wb之污漬洗掉至一定程度的清洗。
接著，疊合晶圓T係藉由搬運單元40，從傳遞位置A0搬運至第二清洗單元70。又，在第二清洗單元70中，係在疊合晶圓T被固持於搬運墊42的狀態下，清洗第二晶圓S的背面Sb並加以乾燥。
接著，疊合晶圓T係藉由搬運單元40，從第二清洗單元70搬運至第一清洗單元60。又，在第一清洗單元60中，係使用清洗液噴嘴(未圖示)並藉由清洗液將第一晶圓W的背面Wb進行精清洗。在此步驟中，係將背面Wb清洗至所期望的潔淨度並加以乾燥。
其後，實施完所有處理的疊合晶圓T，係藉由晶圓搬運裝置22的叉具23搬運至晶圓匣盒載置台10的晶圓匣盒Ct。又，當對於晶圓匣盒Ct內的所有疊合晶圓T進行之處理結束後，加工裝置1中的一連串之加工處理便結束。另外，在加工裝置1中，可單片地進行疊合晶圓T的加工處理，亦即一個疊合晶圓T的加工處理完成後，再開始另一個疊合晶圓T的加工處理，亦可連續地進行對複數疊合晶圓T之處理，亦即在加工裝置1中同時進行複數片疊合晶圓T的處理。
如上所述，在加工裝置1中，係對收納於晶圓匣盒Ct的複數疊合晶圓T，連續地進行處理。又，為了對各疊合晶圓T均勻地進行加工裝置1中的研磨處理，亦即，為了均勻地控制精研磨後的各疊合晶圓T中第一晶圓W的厚度分布，必須如上述般將第二晶圓S之面內的厚度分布列入考慮。以下，說明加工裝置1中之將第二晶圓S的面內厚度列入考慮的第一晶圓W之研磨方法。
在實現上述研磨方法時，加工裝置1係如圖4所示般包含總厚度測量部110及厚度測量部120、130。總厚度測量部110係測量中研磨後且精研磨前的疊合晶圓T之總厚度(總厚度的分布)。厚度測量部120係測量中研磨後且精研磨前的第一晶圓W之厚度(厚度的分布)。厚度測量部130係測量精研磨後的第一晶圓W之厚度(厚度的分布)。
在本發明之實施態樣中，首先，對在加工裝置1進行處理的疊合晶圓T，以粗研磨單元80將第一晶圓W的背面Wb進行粗研磨之後，如圖7(a)及圖8(a)所示，再以中研磨單元90將背面Wb進行中研磨。中研磨後，藉由總厚度測量部110測量疊合晶圓T之複數點的總厚度Ha，並測量總厚度Ha的分布。又，中研磨後，藉由厚度測量部120測量第一晶圓W之複數點的厚度Hb，並測量厚度Hb的分布。該等總厚度測量部110的測量結果與厚度測量部120的測量結果係分別輸出至控制部140。
如下式(1)所示，在控制部140中，係從疊合晶圓T的總厚度Ha減去第一晶圓W的厚度Hb，而計算第二晶圓S的厚度Hc。又，在測量總厚度Ha及厚度Hb之位置上的第二晶圓S之厚度Hc的分布，係成為該厚度Hc的分布。 ［厚度Hc］＝［總厚度Ha］－［厚度Hb］・・・(1)
第二晶圓S的厚度Hc，除了第二晶圓S的矽部分之厚度之外，亦包含第一晶圓W和第二晶圓S的元件層D及表面膜F的厚度。如此，在本發明之實施態樣中，可測量以往無法直接測量的第二晶圓S之厚度Hc。
在控制部140中，係如上述般計算第二晶圓S的厚度Hc之分布。又，基於厚度Hc之分布，而決定該精研磨中的第一晶圓W之研磨量，以使精研磨後的第一晶圓W之厚度Hd在面內變得均勻。
此精研磨中的第一晶圓W之研磨量，係基於第二晶圓S的厚度Hc之分布，而藉由「例如藉由傾斜調整部33調整夾頭31對於精研磨磨石的相對之傾斜」來加以調整。此夾頭31之傾斜係由控制部140決定。
接著，如圖7(b)及圖8(b)所示，以精研磨單元100將第一晶圓W的背面Wb進行精研磨。此時，係藉由傾斜調整部33調整夾頭31的傾斜，並在疊合晶圓T被該夾頭31固持的狀態下，基於控制部140所決定的第一晶圓W之研磨量，將背面Wb進行精研磨。如此一來，第一晶圓W在面內會被研磨成均勻的厚度Hd。
依以上實施態樣，可在中研磨後且精研磨前，測量疊合晶圓T的總厚度Ha之分布與第一晶圓W的厚度Hb之分布，並從其測量結果取得以往無法直接測量的第二晶圓S的厚度Hc之分布。又，可基於此第二晶圓S的厚度Hc之分布，而適當地調整精研磨中的夾頭31之傾斜，以適當地調整精研磨中的第一晶圓W之研磨量。其結果，第一晶圓W在面內會被研磨成均勻的厚度Hd，而可使該第一晶圓W的平坦度提高。
接著，說明依本發明之另一實施態樣的研磨方法。又，在以下的說明中，有時係將加工裝置1中第n片處理的疊合晶圓T，分別稱為「疊合晶圓Tn」。同樣地，有時係將構成第n片處理之疊合晶圓T的第一晶圓W、第二晶圓S，分別稱為「第一晶圓Wn」及「第二晶圓Sn」。
首先，對複數疊合晶圓T中第一片的疊合晶圓T1，以粗研磨單元80將第一晶圓W1的背面W1b進行粗研磨之後，如圖9(a)所示，再以中研磨單元90將背面W1b進行中研磨。中研磨後，藉由總厚度測量部110測量疊合晶圓T1之複數點的總厚度H1a，並測量總厚度H1a之分布。又，中研磨後，藉由厚度測量部120測量第一晶圓W1之複數點的厚度H1b，並測量厚度H1b之分布。該等總厚度測量部110的測量結果及厚度測量部120的測量結果，係分別輸出至控制部140。在控制部140中，係使用上式(1)而計算第二晶圓S1的厚度H1c，並計算第二晶圓S1的厚度H1c之分布。
又，在控制部140殿，係與上述實施態樣同樣地，基於第二晶圓S1的厚度H1c之分布，而決定精研磨中的夾頭31之傾斜，並決定精研磨中的第一晶圓W1之研磨量。又，精研磨中的第一晶圓W1之研磨量，係基於第二晶圓S的厚度H1c之分布，而藉由「例如藉由傾斜調整部33調整夾頭31對於精研磨磨石的相對之傾斜，並調整抵接於第一晶圓W的精研磨磨石之面積」來加以調整。
接著，如圖9(b)所示，以精研磨單元100將第一晶圓W1的背面W1b進行精研磨。此時，係藉由傾斜調整部33調整夾頭31之傾斜，並在疊合晶圓T被該夾頭31固持的狀態下，基於控制部140所決定的第一晶圓W之研磨量，而將背面W1b進行精研磨。精研磨後，藉由厚度測量部130測量第一晶圓W1之複數點的厚度H1d，並測量厚度H1d之分布。此厚度測量部130的測量結果係輸出至控制部140。
如此，第一晶圓W1係藉由根據「基於厚度H1c之分布而決定的研磨量」進行精研磨，而與上述實施態樣同樣地提高該第一晶圓W1的平坦度，亦即，可使第一晶圓W1的厚度H1d在面內變得均勻。
此處，為了進一步使第一晶圓W1的平坦度提高，較佳係使例如因精研磨磨石之磨損、夾頭31與精研磨磨石的平行度或其他裝置特性而造成的影響，不會對第一晶圓W1的平坦度產生影響。又，在本發明之實施態樣中，係如後所述，在將接著處理的第二片之疊合晶圓T2中的第一晶圓W2之背面W2b進行精研磨時，使用上述精研磨後的第一晶圓W1之厚度H1d，而決定夾頭31的傾斜與第一晶圓W2的研磨量。
在疊合晶圓T2的處理中，係以粗研磨單元80將第一晶圓W2的背面W2b進行粗研磨之後，如圖9(c)所示，再以中研磨單元90將背面W2b進行中研磨。中研磨後，藉由總厚度測量部110測量疊合晶圓T2之複數點的總厚度H2a，並測量總厚度H2a之分布。又，中研磨後，藉由厚度測量部120測量第一晶圓W2之複數點的厚度H2b，並測量厚度H2b之分布。該等總厚度測量部110的測量結果與厚度測量部120的測量結果係分別輸出至控制部140。在控制部140中，係使用上式(1)而計算第二晶圓S2的厚度H2c，並計算第二晶圓S2的厚度H2c之分布。
在控制部140中，係如下式(3)所示，對第一晶圓W1之厚度H1d，加入第二晶圓S2之厚度H2c與第二晶圓S1之厚度H1c的差異量，而計算TTV修正量。又，TTV修正量係基於「在第一晶圓W與第二晶圓S2之晶圓面內的同一點所取得的厚度」而計算。 ［TTV修正量］＝［第一晶圓W1之厚度H1d］＋(［第二晶圓S2之厚度H2c］－［第二晶圓S1之厚度H1c］)・・・(3)
又，基於TTV修正量而決定精研磨中的夾頭31之傾斜，並決定精研磨中的第一晶圓W2之研磨量，而使精研磨後的第一晶圓W2之厚度H2d在面內變得均勻。具體而言，係藉由傾斜調整部33調整夾頭31對於精研磨磨石的相對之傾斜。
接著，如圖9(d)所示，以精研磨單元100將第一晶圓W2的背面W2b進行精研磨。此時，藉由傾斜調整部33調整夾頭31之傾斜，並在疊合晶圓T被該夾頭31固持的狀態下，基於控制部140所決定的第一晶圓W2之研磨量，而將背面Wb進行精研磨。如此一來，第一晶圓W2在面內會被研磨成均勻的厚度H2d。
又，在第二晶圓S2之厚度H2c的TTV與第二晶圓S1之厚度H1c的TTV相同時，並不需要藉由傾斜調整部33所進行之夾頭31之傾斜的調整。又，亦可設定臨界值，並僅在第二晶圓S2之厚度H2c的TTV與第二晶圓S1之厚度H1c的TTV之差異量大於設定臨界值時，藉由傾斜調整部33調整夾頭31之傾斜。
在以上的實施態樣中，亦可享有與上述實施態樣相同的效果。亦即，可適當地調整精研磨中的夾頭31之傾斜，而將第一晶圓W2在面內研磨成均勻的厚度H2d，以使該第一晶圓W的平坦度提高。
又，在以上的實施態樣中，係在進行精研磨時，藉由傾斜調整部33調整夾頭31之傾斜，但亦可在精研磨以外調整夾頭31之傾斜。
例如，在進行粗研磨時，藉由傾斜調整部33調整夾頭31之傾斜的情況，係在比粗研磨更之前先測量疊合晶圓T的總厚度Ha，並測量總厚度Ha之分布，同時測量第一晶圓W的厚度Hb，並測量厚度Hb之分布。上述的測量場所雖為任意，但例如亦可在對準單元50中設置總厚度測量部110及厚度測量部120。接著，計算第二晶圓S的厚度Hc之分布，並調整夾頭31之傾斜。
又例如，在進行中研磨時，藉由傾斜調整部33調整夾頭31之傾斜的情況，係在比中研磨更之前先測量疊合晶圓T的總厚度Ha，並測量總厚度Ha之分布，同時測量第一晶圓W的厚度Hb，並測量厚度Hb之分布。上述的測量場所雖為任意，但例如亦可在加工位置A1中設置總厚度測量部110及厚度測量部120。接著，計算第二晶圓S的厚度Hc之分布，並調整夾頭31之傾斜。
又例如，亦可在進行粗研磨時及進行中研磨時，兩者均藉由傾斜調整部33調整夾頭31之傾斜。
在任一情況中，若在精研磨以外預先調整夾頭31之傾斜，則可使精研磨中的夾頭31之傾斜的調整量較少。其結果，可使加工處理的處理量提高。
又，例如有時第二晶圓S之厚度Hc的TTV較大，即使在精研磨調整夾頭31之傾斜，亦無法使精研磨後的第一晶圓W之厚度Hd均勻地分布。此情況下，藉由在精研磨以外調整夾頭31之傾斜，可使第一晶圓W的厚度Hd變得均勻。
又，在以上的實施態樣中，加工裝置1包含粗研磨單元80、中研磨單元90及精研磨單元100三個研磨單元(三軸的研磨)，但亦有兩個或是一個研磨單元的情況。兩個研磨單元的情況，亦可在精研磨單元調整夾頭31之傾斜，亦可在其之前的粗研磨單元調整夾頭31之傾斜。一個研磨單元的情況，亦可在該研磨單元調整夾頭31之傾斜。
在以上的實施態樣中，總厚度測量部110包含晶圓側感測器111、夾頭側感測器112及運算部113，但總厚度測量部的構成並不限定於此。例如，如圖10所示，總厚度測量部200包含：上側感測器201、下側感測器202及運算部203。上側感測器201例如為非接觸式的高度感測器，其測量第一晶圓W中背面Wb之複數點的高度。下側感測器202例如為非接觸式的高度感測器，其測量第二晶圓S中背面Sb之複數點的高度。具體而言，下側感測器202係經由形成於夾頭31的穿通孔210，而測量背面Sb的高度。由上側感測器201所測量的測量點與由下側感測器202所測量的測量點係彼此相向，亦即係以上側感測器201與下側感測器202夾住疊合晶圓T的方式進行測量。上側感測器201與下側感測器202的測量結果係分別傳輸至運算部203。在運算部203中，係將上側感測器201的測量結果(第一晶圓W之背面Wb的高度)、與下側感測器202的測量結果(第二晶圓S之背面Sb的高度)之差異量，計算為疊合晶圓T的總厚度。又，在運算部203中，係從上側感測器201與下側感測器202的複數點之測量結果，取得疊合晶圓T的總厚度之分布，並計算該總厚度的TTV資料。
又，上側感測器201與下側感測器202亦可分別為接觸式的高度感測器。
又，在以上的實施態樣中，係將總厚度測量部110、200設於加工裝置1的內部，但總厚度測量部亦可設於加工裝置1的外部。例如，亦可藉由接合第一晶圓W及第二晶圓S的接合裝置來測量疊合晶圓T的總厚度，並將該測得的疊合晶圓T之總厚度加以使用。
又，在以上的實施態樣中，係透過藉由傾斜調整部33使夾頭基座32傾斜，而調整第一晶圓W的研磨量，並藉此使第一晶圓W的平坦度提高，但研磨量的調整方法並不限定於此。例如，傾斜調整部33亦可藉由使研磨磨石傾斜而調整第一晶圓W的研磨量。又例如，只要可調整第一晶圓W的研磨量，亦可不使用傾斜調整部33。
又，在以上的實施態樣中，係取得第一晶圓W1之精研磨前後的厚度分布資料，並基於取到的厚度分布資料而進行第一晶圓W1之平坦度的調節，但此平坦度的調節亦可在第一晶圓W1的粗研磨或中研磨時進行。亦即，亦可進一步取得粗研磨前後或中研磨前後的厚度分布資料，並基於取到的厚度分布資料，而調節夾頭基座32對於進行粗研磨或中研磨時之研磨磨石的相對之傾斜。
又，在以上的實施態樣中，係以「因夾設於第一晶圓W與第二晶圓S之間的金屬膜(元件層)之影響，而無法計算包含該金屬膜的第二基板之厚度的情況」為例子進行說明。然而，依本發明的技術並不限定於疊合晶圓T具有金屬膜的情況，在無法適當地計算第二晶圓S之厚度的任何情況下，均可適當地應用。 又，在以上的實施態樣中，例如，亦可在對準單元50設置測量研磨處理前的疊合晶圓T之總厚度Ha的總厚度測量部(未圖示)、及測量第一晶圓W之厚度Hb的厚度測量部(未圖示)。此情況下，亦可從研磨處理前的疊合晶圓T之總厚度Ha與第一晶圓W之厚度Hb，計算第二晶圓S的厚度Hc，並基於該厚度Hc之分布，而調整精研磨中的夾頭31之傾斜。 又，在以上的實施態樣中，例如，亦可在第一清洗單元60設置測量研磨處理後的第一晶圓W之厚度Hb的厚度測量部(未圖示)。此情況下，亦可基於研磨處理後的第一晶圓W的厚度Hb之分布，而調整精研磨中的夾頭31之傾斜。
吾人應瞭到，本次所揭露的實施態樣其所有內容僅為例示而非限制。上述實施態樣在不脫離附加的申請專利範圍及其主旨的情況下，能以各式各樣的形態進行省略、替換及變更。
1:加工裝置 2:搬入搬出站 3:處理站 10:晶圓匣盒載置台 20:晶圓搬運區域 21:搬運路 22:晶圓搬運裝置 23:搬運叉具 30:旋轉台 31:夾頭 32:夾頭基座 33:傾斜調整部 34:固定軸 35:升降軸 40:搬運單元 41:臂部 42:搬運墊 43:升降機構 50:對準單元 60:第一清洗單元 70:第二清洗單元 80:粗研磨單元 81:粗研磨部 82:粗研磨輪 83:裝設部 84:旋轉軸 85:驅動部 86:支柱 90:中研磨單元 91:中研磨部 92:中研磨輪 93:裝設部 94:旋轉軸 95:驅動部 96:支柱 100:精研磨單元 101:精研磨部 102:精研磨輪 103:裝設部 104:旋轉軸 105:驅動部 106:支柱 110:總厚度測量部 111:晶圓側感測器 112:夾頭側感測器 113:運算部 120:厚度測量部 121:感測器 122:運算部 130:厚度測量部 140:控制部 200:總厚度測量部 201:上側感測器 202:下側感測器 203:運算部 210:穿通孔 311~314:固持夾頭 321:第一夾頭基座 322:第二夾頭基座 323:第三夾頭基座 324:第四夾頭基座 A0:傳遞位置 A1~A3:加工位置 Ct:晶圓匣盒 D:元件層 F:表面膜 H1a:總厚度 H1b:厚度 H1c:厚度 H1d:厚度 H2a:總厚度 H2b:厚度 H2c:厚度 H2d:厚度 H:記錄媒體 Ha:總厚度 Hb:厚度 Hc:厚度 Hd:厚度 S:第二晶圓 S1:第二晶圓 S2:第二晶圓 Sn:第二晶圓 Sa:表面 Sb:背面 T:疊合晶圓 T1:疊合晶圓 T2:疊合晶圓 Tn:疊合晶圓 W:第一晶圓 W1:第一晶圓 W2:第一晶圓 Wa:表面 W1b:背面 W2b:背面 Wb:背面
圖1係示意地顯示以往之第一晶圓的TTV惡化之態樣的說明圖。 圖2係顯示疊合晶圓之構成之一例說明圖。 圖3係示意地顯示加工裝置之構成之一例的俯視圖。 圖4係示意地顯示旋轉台之構成之一例的俯視圖。 圖5係示意地顯示各研磨單元之構成之一例的側視圖。 圖6係示意地顯示依本發明之實施態樣之總厚度測量部與厚度測量部之構成之一例的側視圖。 圖7(a)、(b)係顯示疊合晶圓之總厚度、第一晶圓之厚度及第二晶圓之厚度的說明圖。 圖8(a)、(b)係顯示依本發明之實施態樣之加工處理的主要步驟之一例的說明圖。 圖9(a)～(d)係顯示依另一實施態樣之加工處理的主要步驟之一例的說明圖。 圖10係示意地顯示依本發明之實施態樣的總厚度測量部之構成之一例側視圖。
1:加工裝置
2:搬入搬出站
3:處理站
10:晶圓匣盒載置台
20:晶圓搬運區域
21:搬運路
22:晶圓搬運裝置
23:搬運叉具
30:旋轉台
31:夾頭
40:搬運單元
41:臂部
42:搬運墊
43:升降機構
50:對準單元
60:第一清洗單元
70:第二清洗單元
80:粗研磨單元
81:粗研磨部
86:支柱
90:中研磨單元
91:中研磨部
96:支柱
100:精研磨單元
101:精研磨部
106:支柱
110:總厚度測量部
120:厚度測量部
130:厚度測量部
140:控制部
A0:傳遞位置
A1~A3:加工位置
Ct:晶圓匣盒
H:記錄媒體
T:疊合晶圓

Claims (13)

  1. 一種基板處理方法，係在將第一基板與第二基板接合而成的疊合基板中，將該第一基板進行研磨處理的方法，其包含以下步驟： 測量該疊合基板的總厚度分布； 測量該第一基板的厚度分布； 從該疊合基板的總厚度分布減去該第一基板的厚度分布，而計算出該第二基板的厚度分布； 基於該第二基板的厚度分布，而決定固持該疊合基板之基板固持部、與研磨該疊合基板之研磨部的相對之傾斜；及 在以決定好的該傾斜將該疊合基板固持的狀態下，研磨該第一基板。
  2. 如請求項1所述之基板處理方法，其中， 該第一基板的研磨包含以不同研磨部連續進行的複數研磨； 該複數研磨中，在最後進行的精研磨中調整該傾斜。
  3. 如請求項2所述之基板處理方法，其中， 該複數研磨中，在該精研磨以外調整該傾斜。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之基板處理方法，其中， 對複數該疊合基板，依序進行該疊合基板的總厚度分布之測量、該第一基板的厚度分布之測量、該第二基板的厚度分布之計算、該傾斜之調整、及該第一基板的研磨； 對一個該疊合基板進行完該第一基板的研磨之後，測量該第一基板的厚度分布； 對於下一個該疊合基板的該傾斜之調整，係基於對研磨後之一個該第一基板的厚度分布，加入一個該第二基板的厚度分布與下一個該第二基板的厚度分布之差異量而得的厚度分布修正量來進行。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之基板處理方法，其中， 該疊合基板的總厚度分布之測量，係在進行該第一基板之研磨的基板處理裝置之內部進行； 該疊合基板的總厚度分布之測量，係測量固持該疊合基板的基板固持部之表面的高度、與被該基板固持部固持之該疊合基板的表面之高度，並將該疊合基板的表面之高度與該基板固持部的表面之高度的差異量，計算為該疊合基板的總厚度分布。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之基板處理方法，其中， 該疊合基板的總厚度分布之測量，係在進行該第一基板之研磨的基板處理裝置之內部進行； 該疊合基板的總厚度分布之測量，係測量被固持該疊合基板的基板固持部所固持之該疊合基板的表面之高度與背面之高度，並將該表面之高度與該背面之高度的差異量，計算為該疊合基板的總厚度分布。
  7. 如請求項1至4中任一項所述之基板處理方法，其中， 該疊合基板的總厚度分布之測量，係在進行該第一基板之研磨的基板處理裝置之外部進行。
  8. 一種基板處理裝置，係在將第一基板與第二基板接合而成的疊合基板中，將該第一基板進行研磨處理的裝置，其包含： 基板固持部，用於固持該疊合基板； 研磨部，在被該基板固持部所固持的該疊合基板中，研磨該第一基板； 傾斜調整部，調整該基板固持部與該研磨部的相對之傾斜；及 控制部，控制該研磨部與該傾斜調整部的動作； 該控制部係從該疊合基板的總厚度分布減去該第一基板的厚度分布，而計算出該第二基板的厚度分布，並基於該第二基板的厚度分布，而決定該傾斜調整部中的該傾斜。
  9. 如請求項8所述之基板處理裝置，其中， 具備複數該研磨部； 該傾斜調整部係在該複數研磨部中，最後將第一基板進行精研磨的精研磨部中，調整該傾斜。
  10. 如請求項9所述之基板處理裝置，其中， 該傾斜調整部係在該複數研磨部中，於該精研磨部以外調整該傾斜。
  11. 如請求項8至10中任一項所述之基板處理裝置，更具備： 厚度測量部，在進行完該研磨部中的該第一基板之研磨後，測量該第一基板的厚度分布； 該控制部更進行以下控制： 控制該研磨部及該傾斜調整部，而對複數該疊合基板，依序進行該第二基板的厚度分布之計算、該傾斜之調整、及該第一基板之研磨； 控制該厚度測量部，在對一個該疊合基板進行完該第一基板之研磨後，測量該第一基板的厚度分布；以及 控制該傾斜調整部，基於對研磨後之一個該第一基板的厚度分布，加入一個該第二基板的厚度分布與下一個該第二基板的厚度分布之差異量而得的厚度分布修正量，而進行對於下一個該疊合基板的該傾斜之調整。
  12. 如請求項8至11中任一項所述之基板處理裝置，更具備： 總厚度測量部，測量該疊合基板的總厚度分布； 該總厚度測量部，測量該基板固持部的表面之高度、與被該基板固持部所固持之該疊合基板的表面之高度，並將該疊合基板的表面之高度與該基板固持部的表面之高度的差異量，計算為該疊合基板的總厚度分布。
  13. 如請求項8至11中任一項所述之基板處理裝置，更具備： 總厚度測量部，測量該疊合基板的總厚度分布； 該總厚度測量部，測量被該基板固持部所固持之該疊合基板的表面之高度及背面之高度，並將該表面之高度與該背面之高度的差異量，計算為該疊合基板的總厚度分布。
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