TW202230499A - 承載板的研磨方法、承載板及半導體晶圓的研磨方法 - Google Patents
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Abstract
提供一種能夠有效地研磨於半導體晶圓的兩面研磨裝置使用的製造後未使用的承載板之內外面之方法。
作為兩面研磨裝置中的研磨墊，使用表面具有含研磨粒層之研磨墊，該含研磨粒層埋入粒徑2 μm以上的研磨粒，以兩面研磨裝置中的上定盤與下定盤夾持製造後未使用的研磨對象承載板，相對地旋轉研磨對象承載板、上定盤及下定盤並供給研磨液，以研磨研磨對象承載板的兩面。
Description
本發明關於一種承載板的研磨方法、承載板及半導體晶圓的研磨方法。
在作為半導體裝置的基板使用的矽晶圓等的半導體晶圓的製造，為了實現更高的平坦度或表面粗糙度，藉由貼附有研磨墊的一對上定盤與下定盤夾持半導體晶圓並供給研磨液，以進行同時研磨其兩面的兩面研磨步驟。在此之際，半導體晶圓保持在承載板的晶圓保持孔中。
作為上述承載板，存在有不銹鋼或鈦等金屬製者（例如，參照專利文獻1）、或樹脂製者（例如，參照專利文獻2），但上述任一的承載板在製造後未使用的厚度皆大於半導體晶圓可研磨的厚度、或者承載板的平坦度低。因此，在配置於兩面研磨裝置並研磨半導體晶圓之前的階段，施予研磨承載板內外面的處理。
舉例而言，專利文獻3中記載，在配置於兩面研磨裝置並對晶圓施予兩面研磨處理之前的階段，使用與用於兩面研磨晶圓的兩面研磨裝置不同的兩面研磨裝置，藉由進行2階段兩面研磨，其由使用含有研磨粒的漿料之一次研磨、以及使用不含有研磨粒的無機鹼溶液之二次研磨所構成，以防止在兩面研磨步驟中發生晶圓損傷之方法。
［先前技術文獻］
［專利文獻］
［專利文獻1］日本特許第5648623號說明書
［專利文獻2］日本特開2002-254299號公報
［專利文獻3］日本特開2017-104958號公報
［發明欲解決的問題］
對於以專利文獻3所載之方法製造後的未使用承載板施予兩面研磨處理時，與研磨矽晶圓的情況相比，研磨率為1/10以下，因而會有需要大量時間才能到達可用於晶圓的兩面研磨的厚度之問題。
［解決問題的手段］
本發明為有鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種能夠有效研磨使用於半導體晶圓的兩面研磨裝置且製造後未使用的承載板的內外面之方法。
解決上述課題之本發明如下所述。
［1］一種承載板的研磨方法，其為於兩面研磨裝置中研磨上述承載板之方法，該兩面研磨裝置具備：具備保持半導體晶圓之晶圓保持孔之承載板；以及以夾持上述承載板的方式對向配置，且表面設有研磨墊之上定盤與下定盤，藉由相對地旋轉上述承載板、上述上定盤及上述下定盤並供給研磨液，以將保持於上述晶圓保持孔的半導體晶圓的內外面同時進行化學機械研磨，其特徵在於，
作為上述兩面研磨裝置中的上述研磨墊，使用表面具有含研磨粒層之研磨墊，該含研磨粒層埋入粒徑2 μm以上的研磨粒，
以上述兩面研磨裝置中的上述上定盤與上述下定盤夾持製造後未使用的研磨對象承載板，相對地旋轉上述研磨對象承載板、上述上定盤及上述下定盤並供給研磨液，以研磨上述研磨對象承載板的兩面。
［2］如上述［1］所載之承載板的研磨方法，其中上述研磨粒的材料為氧化鋁或金剛石。
［3］如上述［1］或［2］所載之承載板的研磨方法，其中研磨液為漿料、水或含有界面活性劑的水溶液。
［4］如上述［1］至［3］中任一項所載之承載板的研磨方法，其中上述研磨墊是於上述含研磨粒層下方，更進一步具有不埋入上述研磨粒之無研磨粒層。
［5］一種承載板，其特徵在於平坦度為2 μm以下。
［6］一種半導體晶圓的研磨方法，其特徵在於將研磨對象半導體晶圓充填至由如上述［1］至［4］中任一項所載之承載板的研磨方法所研磨之承載板或如上述［5］所載之承載板之晶圓保持孔中，並夾持於兩面研磨裝置的上定盤與下定盤之間，藉由相對地旋轉上述承載板、上述上定盤及上述下定盤並供給研磨液，以研磨上述研磨對象半導體晶圓的內外面。
［7］如上述［6］所載之半導體晶圓的研磨方法，其中上述半導體晶圓為矽晶圓。
［發明效果］
根據本發明，能夠有效研磨使用於半導體晶圓的兩面研磨裝置且製造後未使用的承載板的內外面之方法。
（承載板的研磨方法）
以下，參照圖式說明，針對本發明的實施形態進行說明。本發明之承載板的研磨方法為於兩面研磨裝置中研磨承載板之方法，該兩面研磨裝置具備：具備保持半導體晶圓之晶圓保持孔之承載板；以及以夾持承載板的方式對向配置，且表面設有研磨墊之上定盤與下定盤，藉由相對地旋轉承載板、上定盤及下定盤並供給研磨液，以將保持於晶圓保持孔的半導體晶圓的內外面同時進行化學機械研磨。在此，作為兩面研磨裝置中的上述研磨墊，使用表面具有含研磨粒層之研磨墊，該含研磨粒層埋入粒徑2 μm以上的研磨粒，以兩面研磨裝置中的上定盤與下定盤夾持製造後未使用的研磨對象承載板，相對地旋轉研磨對象承載板、上定盤及下定盤並供給研磨液，以研磨研磨對象承載板的兩面。
如上所述，兩面研磨裝置中的承載板在製造後未使用的階段，研磨至能夠進行半導體晶圓的兩面研磨之厚度。然而，本發明者們判斷根據專利文獻3所載之方法進行承載板的研磨時，在研磨上需要大量時間。
在此，本發明者們針對能夠更有效地研磨承載板之方法深入探討。其結果發現，在使用兩面研磨裝置研磨製造後未使用的研磨對象承載板之際，作為安裝至上定盤及下定盤之研磨墊，可使用表面具有埋入固定研磨粒之固定研磨粒層之研磨墊。
然而，如後述實施例所示，發現即使僅使用表面具有固定研磨粒層之研磨墊研磨承載板，會有無法提升研磨率的情況。在此，本發明者們進一步探討的結果，發現藉由將固定研磨粒的粒徑設為2 μm以上，能提升研磨率，進而完成本發明。以下，針對各要件進行說明。
首先，研磨對象承載板為製造後未使用的承載板，在兩面研磨裝置中具有保持半導體晶圓的保持孔。保持孔的數目可設為1以上的適當數目。
作為研磨對象承載板，可使用具備具有保持半導體晶圓的保持孔的金屬部、以及沿著界定上述保持孔的內壁配置的環狀樹脂部之承載板、或者可使用全體以樹脂部構成之承載板。上述金屬部可以不銹鋼（Steel Special Use Stainless，SUS）或鈦等金屬構成。又，上述樹脂部可以環氧樹脂、苯酚、聚醯亞胺等樹脂構成，可進一步以樹脂中含有玻璃纖維、碳纖維、醯胺纖維（aramid fiber）等強化纖維之纖維強化塑膠等構成。
作為保持於承載板的保持孔中進行研磨的半導體晶圓，可為矽或鍺、砷化鎵等。半導體晶圓的直徑並未特別限定，可為150 mm以上，例如為150 mm、200 mm、300 mm、450 mm等。作為半導體晶圓，可為添加適當摻質的N型、P型者。
本發明中，使用兩面研磨裝置研磨研磨對象承載板。此時，重要的是貼附於上定盤及下定盤之研磨墊具有埋入粒徑2 μm以上的研磨粒之含研磨粒層。研磨粒的粒徑小於2 μm時，如後述的實施例所示，研磨承載板表面的能力低下，而無法有效地進行研磨。在此，研磨粒的粒徑設為2 μm以上。研磨粒的粒徑以3 μm以上為佳。藉此，能夠大幅地增加研磨率。
另一方面，針對研磨粒的粒徑上限，在承載板的研磨效率性方面並未特別限定，但研磨粒的粒徑超過20 μm時，會在承載板表面形成損傷、或在承載板端部殘留很多損壞，而有經研磨的半導體晶圓上產生許多損傷的可能性。在此，研磨粒的粒徑以20 μm以下為佳。
再者，本發明中，研磨粒的粒徑是根據雷射繞射・散射法（JIS Z 8825）進行測定。
又，構成埋入研磨粒的含研磨粒層母體之基質，可以能夠將研磨粒緊固地保持之適當材料構成。作為如此的材料，可使用樹脂或陶瓷材料等。作為樹脂，可使用環氧樹脂或丙烯酸樹脂等。環氧樹脂或丙烯酸樹脂為能夠充分保持研磨粒則不論詳細的種類。
配置於研磨墊表面的固定研磨粒層所埋入的研磨粒材料，只要是能夠研磨承載板表面者則未特別限定，但自研磨能力高的方面，以氧化鋁或金剛石為佳。
又，研磨粒以均勻分散於固定研磨粒層內為佳。藉此，能夠以相同的品質持續地進行承載板的研磨。
含研磨粒層的厚度以0.2 mm以上且2.5 mm以下為佳。含研磨粒層的厚度為0.2 mm以上，則能夠在不減慢承載板的研磨速度的情況下良好地進行。另一方面，含研磨粒層的厚度為2.5 mm以下，則能夠完成具有良好平坦度的承載板。
含研磨粒層的基質以樹脂構成的情況下，以不發泡的非發泡樹脂構成為佳。藉此，能夠提高承載板的硬度。含研磨粒層的蕭氏硬度D（JIS K6253）以40以上為佳。藉此，在研磨之際，能夠在研磨後獲得平坦度高的承載板，而無需於晶圓保持孔中填充虛擬晶圓（dummy wafer）等。
又，研磨墊以於含研磨粒層下方，進一步具有不埋入研磨粒之無研磨粒層為佳。藉此，無研磨粒層發揮作為緩衝材的功能，有效地吸收承載板研磨時的振動，能夠提高研磨後的承載板的平坦度、使用研磨後的承載板所研磨的半導體晶圓的平坦度。
無研磨粒層可使用樹脂或陶瓷材料等。作為樹脂，可使用環氧樹脂或丙烯酸樹脂等。環氧樹脂或丙烯酸樹脂為能夠充分保持研磨粒則不論詳細的種類。
無研磨粒層的厚度以0.2 mm以上且2.0 mm以下為佳。無研磨粒層的厚度為0.2 mm以上，則能夠對無研磨粒層良好地賦予緩衝性。又，承載板的研磨能夠良好地進行。另一方面，無研磨粒層的厚度為2.0 mm以下，則能夠保持緩衝性，並且在不減少含研磨粒層對承載板的工作量的情況下獲得良好的研磨率。
又，無研磨粒層的硬度以小於含研磨粒層的硬度為佳。藉此，能夠對無研磨粒層良好地賦予緩衝性，並更有效地吸收承載板研磨時的振動，更提高承載板的平坦度。
上述無研磨粒層以與含研磨粒層一體化為佳。藉由將兩者一體化，能夠更有效地吸收承載板研磨時的振動，更提高承載板的平坦度。例如，此可藉由將兩者熱熔融來進行。
作為研磨承載板之際使用的研磨液，可為漿料、水或含有界面活性劑的水溶液。作為漿料所含有的研磨粒，可使用二氧化矽或氧化鋁、氧化鈰等。
（承載板）
本發明之承載板，其特徵在於平坦度為2 μm以下。
如上所述，藉由本發明之承載板的研磨方法，能夠有效地研磨製造後未使用的研磨對象承載板。並且，研磨後的高承載板具有2 μm以下的高平坦度。將如此的本發明之承載板配置於兩面研磨裝置並進行半導體晶圓的兩面研磨時，能夠獲得具有高平坦度的半導體晶圓。
再者，本發明中，承載板的平坦度是表示自承載板上方觀看，於包含承載板的中心及晶圓保持孔的中心之直線上，自距晶圓保持孔端10 mm的位置沿著上述直線至距承載板外周端30 mm的位置測定承載板的厚度之際，所測定的厚度最大值與最小值之差。
承載板可為具備具有保持半導體晶圓的保持孔的金屬部、以及沿著界定上述保持孔的內壁配置的環狀樹脂部之承載板、或者可為全體以樹脂部構成之承載板。上述金屬部可以不銹鋼（Steel Special Use Stainless，SUS）或鈦等金屬或其中施予類鑽碳（diamond like carbon，DLC）塗佈者構成。又，上述樹脂部可以環氧樹脂、苯酚、聚醯亞胺等樹脂構成，可進一步以樹脂中含有玻璃纖維、碳纖維、醯胺纖維等強化纖維之纖維強化塑膠等構成。
（半導體晶圓的研磨方法）
本發明之半導體晶圓的研磨方法，其特徵在於將研磨對象半導體晶圓充填至由上述本發明之承載板的研磨方法所研磨之承載板或本發明之承載板之晶圓保持孔中，並夾持於兩面研磨裝置的上定盤與下定盤之間，藉由相對地旋轉承載板、上定盤及下定盤並供給研磨液，以研磨研磨對象半導體晶圓的內外面。
本發明藉由上述本發明之承載板的研磨方法所研磨之承載板、或本發明之承載板，能夠獲得具有高平坦度之承載板。並且，將如此的承載板配置於兩面研磨裝置並進行半導體晶圓的兩面研磨時，能夠獲得具有高平坦度之半導體晶圓。
如此，本發明具有將由本發明之承載板的研磨方法所研磨之承載板、或本發明之承載板配置於兩面研磨裝置並進行半導體晶圓的兩面研磨之特徵，其他條件可自過去習知的方法中適當選擇而不受限制。
研磨對象半導體晶圓並未特別限定，但特別是能夠良好地研磨矽晶圓。
［實施例］
以下，針對本發明的實施例進行說明，但本發明並不限於實施例。
（習知例1）
使用兩面研磨裝置對研磨對象承載板施予研磨處理。作為研磨對象承載板，如第1圖的（a）所示，準備直徑500 mm，保持孔的直徑300 mm，玻璃環氧樹脂製的製造後未使用之承載板。將此承載板以兩面研磨裝置的上定盤與下定盤夾持，相對旋轉承載板、上定盤、下定盤以同時研磨承載板的內外面。此時，於上定盤及下定盤，使用NITTA DuPont製的不含研磨粒的胺甲酸乙酯製研磨墊，作為研磨液，使用含有粒徑100 nm的二氧化矽之漿料。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。
［表1］
（習知例2）
與習知例1同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。此時，作為研磨液，使用含有粒徑300 nm的二氧化矽之漿料。其他條件與習知例1完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
（習知例3）
與習知例1同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。此時，作為研磨液，使用含有粒徑300 nm的二氧化矽之漿料。又，研磨墊使用丙烯酸系樹脂含有粒徑300 nm的二氧化矽的含研磨粒層。其他條件與習知例1完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
（習知例4）
與習知例1同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。此時，作為研磨液，使用含有粒徑3 μm的氧化鋁之漿料。其他條件與習知例1完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
（發明例1）
與習知例1同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。此時，作為研磨液，使用純水。又，作為研磨墊，使用丙烯酸系樹脂含有粒徑2 μm的氧化鋁的含研磨粒層。其他條件與習知例1完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
（發明例2）
與發明例1同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。然而，研磨墊中的氧化鋁的粒徑設為3 μm。其他條件與發明例1完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
（發明例3）
與發明例2同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。然而，作為研磨液，使用含有粒徑3 μm的氧化鋁的漿料。其他條件與發明例1完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
（發明例4）
與發明例1同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。然而，使用金剛石作為研磨墊的含研磨粒層所含有的研磨粒。其他條件，與發明例1完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
（發明例5）
與發明例2同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。然而，使用金剛石作為研磨墊的含研磨粒層所含有的研磨粒。其他條件，與發明例2完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
（發明例6）
與發明例5同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。然而，研磨墊的含研磨粒層所含有的金剛石的粒徑設為6 μm。其他條件，與發明例5完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
（發明例7）
與發明例5同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。然而，研磨墊的含研磨粒層所含有的金剛石的粒徑設為9 μm。其他條件，與發明例5完全相同。研磨條件及承載板研磨時的研磨率示於表1。然而，研磨率是以相對於習知例1的研磨率之相對值表示。
＜研磨粒的粒徑與研磨率之關係＞
自表1可知，針對研磨墊具有埋入研磨粒的含研磨粒層，研磨粒的粒徑為2 μm以上的發明例1~7，為使用含有二氧化矽的研磨液進行研磨之習知例1的研磨率的2倍以上。特別是，針對研磨粒的粒徑為3 μm以上的發明例2、3、5~7，相對於習知例1研磨率為10倍以上，研磨粒以氧化鋁構成的情況為40倍以上，研磨率顯著地增大。進一步，自發明例5~7的比較可知，研磨粒的粒徑越大研磨率亦變大。
第1圖為針對發明例6，顯示研磨後的承載板的位置與厚度之關係，亦即，顯示承載板的形狀，（a）顯示測定位置，（b）顯示各測定位置的承載板厚度。再者，第1圖中沒有數據的位置是因設置於承載板的晶圓保持孔之外的開口部而無法測定厚度所致。自第1圖可知，相對於研磨前承載板的厚度在測定位置產生變化，研磨後承載板的厚度變得均一，且平坦度提升。
（比較例1）
以與習知例1同樣的方式研磨承載板。然而，使用研削裝置作為研磨裝置進行。其他條件與習知例1完全相同。研磨條件及承載板的平坦度示於表2。
［表2］
（發明例8）
與發明例6同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。然而，於研磨墊的含研磨粒層下方配置無研磨粒層（胺甲酸乙酯樹脂製，厚度0.3 mm）。其他條件與發明例5完全相同。研磨條件及承載板的平坦度示於表2。
（發明例9）
與發明例8同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。然而，將無研磨粒層的厚度設為0.6 mm。其他條件與發明例5完全相同。研磨條件及承載板的平坦度示於表2。
（發明例10）
與發明例8同樣地，對研磨對象承載板施予研磨處理。然而，將無研磨粒層的厚度設為1.0 mm。其他條件與發明例5完全相同。研磨條件及承載板的平坦度示於表2。
＜承載板的平坦度＞
自表1可知，針對研磨墊不具有無研磨粒層的發明例6，研磨後的承載板平坦度是與比較例1及習知例5相同的程度。相對於此，可知針對研磨墊具有無研磨粒層的發明例8~10，研磨後的承載板平坦度極高。
第2圖顯示將習知例1及發明例7之承載板配置於兩面研磨裝置，將直徑300mm的矽晶圓各25片進行兩面研磨後的矽晶圓的GBIR（Global flatness Back Ideal Range，總平坦度背面理想範圍）。自第2圖可知，使用根據本發明研磨之承載板進行矽晶圓的兩面研磨，可獲得較習知的平坦度更高的矽晶圓。
［產業上的可利用性］
根據本發明，由於能夠有效地研磨於半導體晶圓的兩面研磨裝置使用的製造後未使用的承載板之內外面，因此在半導體晶圓製造業為有用的。
無。
第1圖為針對發明例6，顯示研磨後的承載板的位置與厚度之關係的圖式，（a）為測定位置，（b）為各測定位置的承載板厚度。
第2圖為使用經施予根據習知例及發明例的研磨處理之承載板施予兩面研磨處理之矽晶圓的GBIP的圖式。
Claims (8)
- 一種承載板的研磨方法，其為於兩面研磨裝置中研磨上述承載板之方法，該兩面研磨裝置具備：具備保持半導體晶圓之晶圓保持孔之承載板；以及以夾持上述承載板的方式對向配置，且表面設有研磨墊之上定盤與下定盤，藉由相對地旋轉上述承載板、上述上定盤及上述下定盤並供給研磨液，以將保持於上述晶圓保持孔的半導體晶圓的內外面同時進行化學機械研磨，其特徵在於， 作為上述兩面研磨裝置中的上述研磨墊，使用表面具有含研磨粒層之研磨墊，該含研磨粒層埋入粒徑2 μm以上的研磨粒， 以上述兩面研磨裝置中的上述上定盤與上述下定盤夾持製造後未使用的研磨對象承載板，相對地旋轉上述研磨對象承載板、上述上定盤及上述下定盤並供給研磨液，以研磨上述研磨對象承載板的兩面。
- 如請求項1所述之承載板的研磨方法，其中上述研磨粒的材料為氧化鋁或金剛石。
- 如請求項1或2所述之承載板的研磨方法，其中研磨液為漿料、水或含有界面活性劑的水溶液。
- 如請求項1或2所述之承載板的研磨方法，其中上述研磨墊是於上述含研磨粒層下方，更進一步具有不埋入上述研磨粒之無研磨粒層。
- 如請求項3所述之承載板的研磨方法，其中上述研磨墊是於上述含研磨粒層下方，更進一步具有不埋入上述研磨粒之無研磨粒層。
- 一種承載板，其特徵在於平坦度為2 μm以下。
- 一種半導體晶圓的研磨方法，其特徵在於將研磨對象半導體晶圓充填至由如請求項1至5中任一項所述之承載板的研磨方法所研磨之承載板或如請求項6所述之承載板之晶圓保持孔中，並夾持於兩面研磨裝置的上定盤與下定盤之間，藉由相對地旋轉上述承載板、上述上定盤及上述下定盤並供給研磨液，以研磨上述研磨對象半導體晶圓的內外面。
- 如請求項7所述之半導體晶圓的研磨方法，其中上述半導體晶圓為矽晶圓。
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