TW202327803A - 模板組件、研磨頭及晶圓的研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種模板組件，是晶圓支持用的模板組件，用於晶圓的單面研磨，該模板組件具備背墊、及沿著該背墊的外周部而被固定的導環部；前述背墊，其在支持晶圓之面上的徑向的形狀輪廓的PV值為0.9mm以下，支持晶圓之面的表面粗糙度Ra為1.1μm以下。藉此，可提高單面研磨後的晶圓的邊緣平坦度的面內均勻性。

Description

模板組件、研磨頭及晶圓的研磨方法
本發明關於一種模板組件、研磨頭及晶圓的研磨方法。
半導體晶圓的研磨，一般是進行下述流程：在雙面研磨(DSP)加工後，利用單面研磨(CMP等)加工實行二次研磨與精加工研磨。在使用單面研磨裝置的研磨中，主要是使用一種研磨頭，其包含晶圓支持用的模板組件。此模板組件具備背墊與位於其外周部之導環部，晶圓被支持在由背墊與導環部所包圍之部分。晶圓支持面是背墊，利用在研磨時對此面進行加壓，使晶圓在已貼附於平台上的研磨墊(研磨布)上滑接來實行研磨。
在專利文獻1中，記載著：在單面研磨裝置中，以晶圓的自轉角速度為25度/分鐘以上且60度/分鐘以下的方式將前述晶圓進行研磨，藉此來減少晶圓外周部的圓周方向的平坦度偏差量。
在專利文獻2中，記載一種研磨方法，該方法利用由雙面研磨裝置與單面研磨裝置所實施之多段研磨步驟來進行研磨，藉此，在最終段的單面研磨中不會發生刮痕。
在專利文獻3中，記載一種製造方法，針對再生晶圓，在雙面研磨後，藉由實行單面研磨，實施50μm以下的厚度減少，而能夠再生加工出一種對應於0.13μm元件製程之再生晶圓。
在專利文獻4中，記載一種研磨方法，該方法使用一種單面研磨裝置的晶圓保持具，其保持墊的厚度為0.25~1.0mm且保持部的深度為40~150μm。
在專利文獻5中，記載一種研磨方法，該方法使用一種支撐環(retaining ring)，該支撐環是保持基板並往研磨墊按壓之基板保持裝置用的支撐環，其具備內側環與外側環，內側環的徑向的厚度為0.05mm以上且5mm以下，支撐環的底面的表面粗糙度Ra為1.6μm以下。
在專利文獻6中，記載一種研磨方法，該方法使用一種保持環，該保持環是單面研磨裝置的保持環，其內側環的內壁的表面粗糙度Ra被研磨至未滿30微英吋。 [先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2021-091081號公報 專利文獻2：日本特開2010-131683號公報 專利文獻3：日本特開2001-358107號公報 專利文獻4：日本特開2016-043446號公報 專利文獻5：日本特開2016-155188號公報 專利文獻6：日本特開2016-178304號公報
[發明所欲解決的問題] 雖然從以往便持續實行提高研磨晶圓的平坦度，但是研磨晶圓的平坦度要求日漸提高。尤其，進一步要求提高晶圓的周邊部的平坦度(邊緣平坦度)的圓周方向的均勻性。
本發明是為了解決上述問題而開發出來，其目的在於提供一種晶圓支持用的模板組件、具備該模板組件之研磨頭、以及使用該研磨頭之晶圓的研磨方法，該模板組件用於晶圓的單面研磨，並可提高化學機械研磨(CMP)等的單面研磨後的晶圓的邊緣平坦度的圓周方向的均勻性。
[解決問題的技術手段] 本發明是為了達成上述目的而開發出來，提供一種模板組件，是晶圓支持用的模板組件，用於晶圓的單面研磨，該模板組件具備背墊、及沿著該背墊的外周部而被固定的導環部；前述背墊，其在支持晶圓之面上的徑向的形狀輪廓的PV值為0.9mm以下，支持晶圓之面的表面粗糙度Ra為1.1μm以下。
根據如此的模板組件，變成可改善單面研磨後的晶圓的邊緣平坦度的圓周方向的均勻性，並提高平坦度的面內均勻性。
此時，能夠作成一種研磨頭，其具備有關本發明的上述的模板組件、及被配置在與前述導環部對應的位置之支撐環。
藉此，成為一種研磨頭，可提升單面研磨後的晶圓的邊緣平坦度的圓周方向的均勻性。
此時，能夠作成一種晶圓的研磨方法，其使用有關本發明的上述研磨頭，一邊將晶圓對研磨墊進行按壓一邊進行研磨。
根據如此的晶圓的研磨方法，能夠改善單面研磨後的晶圓的邊緣平坦度的圓周方向的均勻性，並提高平坦度的面內均勻性。
[發明的效果] 如以上所述，根據本發明的模板組件，變成可改善單面研磨後的晶圓的邊緣平坦度的圓周方向的均勻性，並提高平坦度的面內均勻性。
以下，詳細地說明本發明，但是本發明並未限定於這些例子。
如上所述，要求改善單面研磨後的晶圓的邊緣平坦度的圓周方向的均勻性，並提高平坦度的面內均勻性。本發明人為了要解決此問題而深入地調查後的結果，發現：CMP等的單面研磨後的晶圓的邊緣平坦度的圓周方向的均勻性降低(惡化)，是因為晶圓的自轉沒有充分地實行的緣故。針對以往的研磨頭所使用的模板，發現：背墊的形狀呈起伏，即便提高了晶圓的自轉，此起伏也會以負載分布(不均)的形態被轉移在晶圓上，晶圓在此狀態下隨著研磨頭一起旋轉而被研磨，因此晶圓的邊緣平坦度的圓周方向的均勻性降低(惡化)。
因此，本發明人著眼於晶圓支持用的模板組件的構造而深入檢討後的結果，發現下述事實而完成本發明，亦即：一種模板組件，是晶圓支持用的模板組件，用於晶圓的單面研磨，該模板組件具備背墊、及沿著該背墊的外周部而被固定的導環部；前述背墊，其在支持晶圓之面上的徑向的形狀輪廓的PV值為0.9mm以下，支持晶圓之面的表面粗糙度Ra為1.1μm以下。根據該模板組件，變成可改善邊緣平坦度的圓周方向的均勻性，並提高平坦度的面內均勻性。
以下，參照圖式來進行說明。
[研磨頭] 圖1表示在晶圓的單面研磨中所使用的研磨頭的剖面示意圖。如圖1所示，研磨頭100，具備模板組件3、及被配置在與模板組件3的導環部2對應的位置之支撐環4。模板組件3，以使支撐環4位於與導環部2對應的位置的方式貼在支撐環4上。藉此，背墊1的外周部被夾在支撐環4與導環部2之間。進一步，圖1的例子中所示的研磨頭100，進一步具備裏板7與上部凸緣組件6等，該上部凸緣組件6被配置在支撐環4的與模板組件3相反的一側。沿著上部凸緣組件6的外周部，固定有支撐環4。由裏板7、背墊1及支撐環4所包圍的空間，成為流體封入部也就是背墊加壓部(流體封入部)5。
[模板組件] 晶圓支持用的模板組件3，具備背墊1、及沿著背墊1的外周部而被固定的導環部2。有關本發明的背墊，其在支持晶圓之面上的徑向的形狀輪廓的PV(峰谷(Peak-to-Valley))值為0.9mm以下，支持晶圓之面的表面粗糙度Ra為1.1μm以下。若是如此的背墊，由於與晶圓的接觸阻力變大，所以變成可有效地促進晶圓的自轉。其結果，變成可提高邊緣平坦度的圓周方向的均勻性。另外，有關本發明的背墊，其在支持晶圓之面上的徑向的形狀輪廓的PV值的下限值為0.0mm以上，支持晶圓之面的表面粗糙度Ra的下限值為0.0μm以上。
作為背墊，例如可使用一種在發泡聚氨酯製的片材、不織布片、PET(聚對苯二甲酸乙二酯)膜等的基材層上形成有發泡氨酯等的層而成者。有關如上述般的本發明的形狀的背墊，關於其製作方法，針對粗糙度Ra，在將發泡氨酯形成在基材上之後，改變調整表面的粗糙度的拋光輪(磨輪)表面的鑽石磨粒的粒度號，藉此能夠製作出粗糙度相異的背墊。又，形狀輪廓的PV值，利用改變作為基材的PET材料、不織布片等的基材，能夠製作出形狀輪廓的PV值相異的背墊。利用變更如此的背墊的製作條件，能夠獲得各式各樣的形狀的背墊。
背墊的形狀的測定，能夠使用眾所皆知的測定裝置來實行。背墊的支持晶圓之面上的徑向的形狀輪廓的PV值，能夠藉由三次元形狀測定機來實行針對圖2的箭頭所示的徑向的形狀輪廓的測定，並加以算出。背墊的表面粗糙度Ra，能夠使用接觸式的粗糙度測定機來進行測定。 [實施例]
以下，關於本發明，舉出實施例和比較例來具體地說明，但是本發明並未限定於這些例子。
(模板組件) 準備一種具備背墊之模板組件，該背墊具有各式各樣的形狀。比較例1是以往使用的模板組件(現有產品)。比較例2是PV值未滿足本發明的條件之背墊，比較例3是表面粗糙度Ra未滿足本發明的條件之背墊。
模板組件的背墊的形狀測定，使用一種三次元形狀測定機，其使用雷射探針。將模板組件貼在陶瓷的支撐環上，並將組成品作為頭組件而放置在台座上，且使模板側朝上來進行測定。藉由東京精密製雷射探針式三次元形狀測定機XYZAX-SVA(型號)，如圖2所示進行全面掃描來實行支持晶圓之面上的徑向的測定，藉此來求出以表面作為基準時的徑向的形狀輪廓的PV(Peak-to-Valley)值。圖3表示在實施例1、實施例2、比較例1~3中所使用的背墊的支持晶圓之面上的徑向的形狀輪廓的PV值。
背墊的粗糙度測定，使用三豐(Mitsutoyo Corp.)製接觸式粗糙度測定機SURFTEST SJ-410(型號)。將測定長度設為400μm，並將濾波器設為高斯濾波器(截止波長80μm、λs濾波器2.5μm)。圖4表示在實施例1、實施例2、比較例1~3中所使用的背墊的支持晶圓之面的表面粗糙度Ra。
(研磨加工) 評價是使用已實行雙面研磨並實行SC1洗淨後的直徑300mm的矽晶圓。所使用的晶圓的厚度為775μm。研磨片數在各實施例、比較例設為各25片。研磨加工是以下述方式來實行：將氨酯含浸不織布製的研磨墊貼在陶瓷平台上，然後一邊將包含二氧化矽系磨粒之KOH基劑的鹼性水溶液(pH11)的研磨漿供給至研磨墊上，一邊使研磨頭與平台以40rpm旋轉而使晶圓滑接。研磨加工裕度設為300nm。
(平坦度評價) 實行研磨後的晶圓的平坦度的測定。平坦度是利用KLA公司製造的WaferSight2+(型號)來實行測定，關於各晶圓，求取研磨前後的ESFQR Range(邊緣部位正面基準最小平方/範圍)的差值(外周除外範圍:E.E.(Edge Exclusion)=2mm)，並計算出各條件25片的加工後的平均值。將評價結果示於表1、圖5。另外，表1中也記載有關背墊的支持晶圓之面上的徑向的形狀輪廓的PV值、背墊的支持晶圓之面的表面粗糙度Ra、背墊表面的粗糙度的調整所使用的拋光輪的磨粒的粒度號、背墊的基材。
[表1]
   背墊 粗糙度Ra [μm] 背墊形狀 輪廓PV [mm] 拋光輪的磨粒的粒度號    基材 △(ESFQR range,N=25) 差值[nm]
比較例1 2.66 1.8 240 PET 6.7
比較例2 0.61 1.4 沒有拋光輪 PET 4.8
比較例3 1.96 0.6 240 不織布 5.5
實施例1 0.57 0.7 沒有拋光輪 不織布 1.9
實施例2 1.10 0.9 320 不織布 2.2
如表1、圖5所示，可知使用了滿足本發明的條件的背墊之實施例1、實施例2與使用了未滿足本發明的條件之背墊之比較例1~3，其ESFQR Range(邊緣部位正面基準最小平方/範圍)的差值大幅地相異。根據本發明的實施例，研磨前後的晶圓的ESFQR Range的變化，能夠獲得比各比較例小的良好的結果。此良好的結果被認為是由於研磨頭的旋轉所導致的晶圓自轉的促進與由於背墊的形狀的轉移抑制的效果所導致。
另外，本發明並未限定於上述實施形態。上述實施形態為例示，任何具有與本發明的申請專利範圍所述的技術思想實質相同的結構並達到同樣的作用效果的技術，均包含在本發明的技術範圍內。
1:背墊 2:導環部 3:模板組件 4:支撐環 5:背墊加壓部(流體封入部) 6:上部凸緣組件 7:裏板
圖1表示研磨頭的剖面示意圖。 圖2表示背墊的形狀輪廓(PV值)測定方向。 圖3表示在實施例和比較例中所使用的背墊的PV值。 圖4表示在實施例和比較例中所使用的背墊的表面粗糙度Ra。 圖5表示實施例和比較例的平坦度評價結果。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
1:背墊
2:導環部
3:模板組件
4:支撐環
5:背墊加壓部(流體封入部)
6:上部凸緣組件
7:裏板

Claims (3)

  1. 一種模板組件，是晶圓支持用的模板組件，用於晶圓的單面研磨，其特徵在於： 前述晶圓支持用的模板組件，具備背墊、及沿著該背墊的外周部而被固定的導環部； 前述背墊，其在支持晶圓之面上的徑向的形狀輪廓的PV值為0.9mm以下，支持晶圓之面的表面粗糙度Ra為1.1μm以下。
  2. 一種研磨頭，其特徵在於： 具備請求項1所述之模板組件、及被配置在與前述導環部對應的位置之支撐環。
  3. 一種晶圓的研磨方法，其特徵在於： 使用請求項2所述之研磨頭，一邊將晶圓對研磨墊進行按壓一邊進行研磨。
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