TW380081B - Method for achieving a wear performance which is as linear as possible and tool having a wear performance which is as linear as possible - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 A7 _B7__ 五、發明説明（1 ) 本發明相關於晶Η狀工件（尤其半導體晶片）之除料機 械加工。本發明之技術內容是：⑴一種在晶片狀工件除料 機械加工實質平整工作表面，以達成磨耗工作儘可能圼線 性之方法，⑵一種使磨耗性能儘可能呈線性之工具。本發 明之技術内容亦是一種方法及一種裝置，該方法及裝置係 用以量測在晶片狀工件除料機械加工實質平整工作表面之 磨耗糙度。最後，本發明之技術内容亦是一種用Κ在晶片 狀工件兩面除料機械加工之載體，且該載體較美國專利US 4,739,589中所逑及之習知載體為優。 晶片狀工件可以不同之方法實施除料機械加工。通常 ,機械加工具有下列一種或更多種目的：除去近表面之傷 痕，增加晶圓面之平整度及平行度及使晶圓面光滑。所用 機具通常是磨光、研磨及拋光工具。該等工具之共同特點 是：具有實質平整之工作表面，該工作表可用以加工工件 之一個面。工件實施機械加工期間，工件及機具之工作表 面作相對蓮動。就同時實施機械加工工件之數量而言，可 區分為單晶圓機械加工及分批式機械加工。另外亦可能就 晶圓實施機械加工之面數而加以區分，亦即單面機械加工 及雙面機械加工。原則上本發明可應用於所有上述之機械 加工。 機具表面磨耗實際上經常與工件之除料機械加工有關 。在時間之歷程中，此項磨耗乃表示工件之機械加工將不 可能再均勻，所Μ經機械加工之工件之彤狀變得不正確。 因此，工具之工作表面必須定期加以修整，例如：再研磨 -3 - 本適用中關家蘇（CNS )峨格（2lQx297公慶） --*-- (請先閱讀背面之注意事項再績寫本頁) 裝. 、訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（2 ) 或用修整環加Μ整平。但修整時段所引起之工作中斷則嚴 重損及機械加工之生產力。 本發明所實施之方法可避免工作表面之修整工作或至 少可大幅增長兩個修整時段間之時間間隔。 本發明相關於：一種在晶片狀工件除料機械加工之實 質平整工作表面，用Μ達成磨耗工作儘可能呈線性之方法 ，其中 a) 工作表面之磨耗糙度得以測定； b) 工作表面由一經修飾之工作表面所替代，該經修飾之 工作表面係分成若干個表面單元，一個表面單元具有特定 之附磨耗強度並在該經修飾之工作表面上採取一特定位置 ,且每個表面單元在經修飾之工作表面上加以適當配置， 俾一方面所測定之磨耗糙度與另一方面表面單元耐磨耗強 度及位置之間有關聯（因果關係）。 本發明亦相關於一種實施該方法使用之工具。在該工 具内，工作表面係分成若干表面單元，每個表面單元有一 特定附磨耗強度並在該工作表面上採取一特定位置，且一 方面所測定之磨耗糙度與另一方面表面單元耐耗強度及位 置之間有關聯（因果關係）。 本發明尤其可能確保：工作表面不可避免之磨耗儘可 能均勻且與工件接觸之工作表面（例如：研磨輪表面或與 工件接觸之拋光布）仍能保持其實質上平整之彤狀。工作 表面之此項線性性能（亦即工具整個表面之磨耗更加均勻 之事實）乃表示工作表面不可避免之磨耗對經機械加工之 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） — I--------f ^------,π------線 '(請先閱讀背面之注意事項再琴寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___B7 五、發明説明（3 ) 工件形狀或機械加工方法之生產力不再產生負面影響。 由於工作表面業經條飾且已適應實際上既有之磨耗情 況，所以可Μ達成工作表面之優良磨耗性能。如此，首先 需要測定工作表面之磨耗糙度。由量測舊工作表面之磨耗 糙度或將機械加工過程中所顯琨之動態情況納入考畺以電 腦模擬磨耗糙度則可達成此目的。磨耗糙度之量測結果亦 可用以將橫擬蓮算所依據之橫式加以最適化。 工作表面所測定之磨耗糙度乃表示工作衷面因磨耗而 改變其形狀，僅將工作表面形狀之磨耗相關改變納入考量 。經由不同原因所引起之工作表面變形（例如：與製造相 關之工作表面彎曲）並未表琨出來。假若工作表面承受轉 動式對稱負荷（例如：研磨工具之研磨輪、磨削工具之磨 削及拋光工具之拋光布），即使一沿工作表面半徑方向測 定之徑向磨耗糙度亦可精確地顯示有關工作表面形狀所產 生之磨耗相關改變。本發明所正視的是：參考有關工作表 面磨耗局部差異之磨耗糙度所含有之資訊並製備一經修飾 之工作表面。該經修飾之工作表面係經由一適當方法造成 ，所以在曝露於較高負荷之部位，工作表面材料之耐磨強 度較高，而在曝露於較低負荷之部位，工作表面材料之耐 磨強度較低，因此該經修飾之工作表面之磨耗性能變得更 加均勻。該耐磨強度可將所用材料加Μ硬化或代以較硬材 料而獲得增加。藉將所用材料代Μ較軟材料或將工件實施 機械加工期間承受負荷之表面單元之基本表面面積減小亦 可減低耐磨強度。 -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請讀背面之注意事項再續寫本頁) -裝- 線. 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 依據本發明，經修飾之工作表面係依照特有之特定性 能分成若干表面單元。每個表面單元在該經修飾之工作表 面上採取一特定位置，且在平面圖中具有一特定幾何圖形 。原則上，該形狀並不受任何恃別限制。但，該等表面單 元之形狀最好係選自一個族群，其中包括：環形、環片段 、最好具有3至10個邊之多邊形，圓形及圓片段。表面單 元之數目以3至10,000個為佳。鄰近之表面單元無需彼此 毗連，若能以特定寬度之間隙相互隔開則更佳。若間隙寬 度為零，鄰近之表面單元則彼此毗連。製造表面單元所用 材料之硬度將賦予該單元以特定之耐磨強度，該耐磨強度 Μ下將稱作耐磨耗強度。因此，若一表面單元係由較形狀 相同及基本表面面積相同但由較硬材料製成之表面單元更 硬之材料所組成，其附磨耗強度將減低。若表面單元之基 本表面面積因有間隙、孔洞或其他可減小表面面積之因素 存在而減小，其耐磨耗強度亦將減低。在此情況下，當工 件實施機械加工時，該表面單元所承受之負荷大於具有較 大基本表面面積之類似表面單元。 若兩個表面單元之耐磨耗強度相互對應即經認定為靥 於同一類型。一方面所測定之磨耗糙度與另一方面經修飾 之工作表面上一表面單元之耐磨耗強度及位置之間有一連 帶關係^表面單元在經修飾之工作表面上之定位係依照預 期之隨位置而異之磨耗。在經修飾之工作表面上，耐磨耗 強度相等之表面單元係置於工作表面上承受相當負荷之部 位。耐磨耗強度增加之表面單元係置於：依照所測磨耗糙 -6 - (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 A7 B7 五、發明説明（5 ) 度承受較高負荷之部位。若所測磨耗糙度顯示某一部位應 承受較低負荷，耐磨耗強度減低之表面單元將置於該部位 。整體而言，該經修飾之工作表面係經適當製成，俾無論 若干部位之負荷儘管不同，而表面單元之磨耗則儘可能地 均匀。 為量測磨耗糙度，茲建議一種極易實施之方法，其中 a) 無需接觸許多量測點即可測得一平整參考表面與工作 表面間之距離； b) 將測得之距離轉換成可以表示量測點處工作表面實際 磨耗程度之磨耗深度；及 c) 依照磨耗深度製得工作表面之磨耗撻度。 量測點之密度愈高，磨耗糙度愈能表現承受負荷之工 作表面之實際形狀。若工件保持靜止不動，僅工具之工作 表面穩定地橫過工件移動，可獲得一精確之磨耗糙度。在 此情況下，工件之表面係轉換成磨耗糙度之鏡像。 傘發明亦相關於一種量測磨耗糙度之裝置，該裝置具 有：ω—量測體，其中附有若干支撐表面，用以將該量測 體置於工作表面上，及⑵至少一個傳感器，該傳感器係容 納在量測體内，且無需接觸參考表面之量測點即可量測一 參考表面與工作表面間之距離。 若係實施雙面分批式機械加工，欲使工作表面之磨耗 性能呈線性，可藉助於一特別設計之載體。 所以，本發明亦相關於一種載體，該載體係用以將工 件保持在一工具（該工具係用以實腌晶片狀工件機械加工) -7 - I 批水 I 訂 線 (請朱閱讀背面之注意事項再妒寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 五、發明説明（6 ) 實質上平整工作表面之間，該載體備有若干容納工件之圓 孔涧，其中該等圓孔洞之中心係配置在圓形路徑上及（假 若適當）該載體中心區域内，配置在圓形路徑上之鄰近圓 孔涧中心係位於不同之圓形路徑上。 使用該等載體時，工作表面之磨耗性能較使用傳統式 載體時更為均勻。 參照諸附圖，茲將本發明加以更詳细說明如下。有關 實跑晶片狀工件機械加工之裝置之說明，均採用最佳之具 體寶施例，在該等具體實施例中凡可用以研磨半導體晶圓 之裝置均加以顯示，俾說明本發明之所有應用場合。 圖1顧示一適玲量测磨耗糙度之裝置。/ 圓2圖示如何利用圔1之裝置以量測磨耗糙度。 圖.3顯示一研磨碟之典型徑向磨耗糙度。 圔4至7顯品研磨輪修龈表面之平面圔。 圔8顯^一附有孔洞之載體，該等孔洞係經適當配置 以便容納半導體晶圓。 圖1之裝置適於量測磨耗糙度。該裝置包括一附有支 撐表面2之量測體1 ,該支撐表面2係用Μ將量測體定位 在一工作表面上。該支撐表面2位於一單獨平面内。至少 一個電子傳感器3(無需接觸該傳感器即可用以量測參考平 面4與工作表面間之距離）係容納在量測體内。所用之傳 感器，最好是利用電容量測原理量測距離。參考平面係與 支撐表面所在平面相合或其所在之平面與該平面平行。在 所說明之具體實施例中，許多傳感器係按照一定之間隔， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210X297公釐） — I I "I ^ I n n n I I I i 線 i 一. (請先閲讀背面之注意事項再"寫本頁) 五、發明説明（ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 依照先後次序加以固定。若傳感器數目增加，量測精確度 可獲得改善。但，若一個傳感器可平行於參考表面移動， 僅使用一個傳感器亦可提高量測精確度。舉例言之，圖2 所示之量測體可不必設計成一直尺（如圖中所示），而設計 成一載體（滑板）（未顯示），傳感器得以沿該載體而導向， 以量測磨耗糙度。該裝置最好連上一電腦（計算機）5 ,藉 助該電腦，評估及顯示畺測結果。在實施量測前，可將該 裝置放在一比較標準6上加K校正。 圔2係圖示依照研磨機研磨輪之實例所作之磨耗糙度 量測。量測體1係放在下研磨輪7之表面上。參考表面4 與下研磨輪表面8間之距離係沿下研磨輪半徑方向在參考 表面之許多量測點量測，並將量測結果儲存起來。隨後在 上研磨輪9上量測期間，參考表面與上研磨輪表面間之距 離亦係沿上研磨輪半徑方向在參考表面上之同樣量測點量 測，並將量測結果儲存起來。為尋得下（上）研磨輪之磨耗 糙度，首先由在一量測點量得該量測點與下（上）研磨輪表 面間之距離減去量得該量測點與上（下）研磨輪表面間之距 離。所得之差即係磨耗深度且可表示前述相關量測點之實 際磨耗。以幾何術語而言，磨耗深度乃垂直於參考表面之 向量，且該向量之長度表示工作表面之磨耗。所以，工作 表面之磨耗糙度最好係藉内插法將諸向量端點連接在一起 而形成，因此可形成一光滑之曲線或表面。 實施工件單面機械加工之機器内所用工作表面之磨耗 糙度實際上係以上述之方法測得。但，在此情況下，待分 9 請

I 事 衰裝 訂 線 本紙張又度適用中國國家標準（CNS > A+規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（8 ) 配至某量測點之磨耗深度係由在該量測點量得參考表面與 工作表面間之兩個距離（其中一個距離係在工作表面有任 何磨耗之前量得，另一涸距離係在工作表面產生磨耗之後 量得）之差而求得。 圖3所示係一研磨輪之典型徑向磨耗糙度。研磨輪之 表面10並非平整，卻因不同程度之磨損而高低不平。研磨 輪內緣R t與研磨輪外緣Ra間之磨耗深度T並非恆常不變 。在内緣R t與局部最大值maXl之間，該等磨耗深度T穩 定地遞增，隨後通過局部最大值maXl與局部最大值max2 間之局部最小值min,隨後在局部最大值iaax2與外緣Ra 之間再穩定地遞減。該磨耗糙度顯示研磨輪上之負荷並不 均匀，依照本發明，對該種現象之反應是：將研磨輪之表 面加Μ修飾。 圖4所示係附有修飾表面之研磨輪之具體實施例。研 磨輪之表面經儘可能分成正方形表面單元11a及lib。並非 所有表面單元具有相同之耐磨耗強度。陰影部分之表面單 元11a之硬度較其餘部分之表面單元lib者為高。經修飾之 研磨輪上較硬表面單元之位置係經適當選擇，俾其所佔之 位置處（依照所測得之磨耗糙度），研磨輪表面上將承受一 較高層次之負荷。因此，較軟之表面單元將置於研磨輪表 面上承受較低負荷之處。表面單元之硬度係經適當選擇， 俾研磨輪之整體磨耗性能更為均匀。表面單元最適當之材 料最好依據試驗結果適當選擇。 圖5所示經修飾之研磨輪表面亦係分成正方形表面單 -----------^------II------ _ ί (請先閱讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 _ 五、發明説明（9 ) 元123及121>,該等表面單元具有不同之耐磨耗強度。與圖 4所示具體實施例相反的是，陰影部分表面單元12a(其耐 磨耗強度較低）係經適當地配置，俾該等表面單元之間保 留有一特定寬度之間隙13。該等表面單元所在之部位亦係 研磨輪表面上承受較低負荷者。該等間隙所需之空間係由 減小表面單元基本表面面積而造成。結果，該等表面單元 之耐磨耗強度更進一步減低，蓋因每個表面單元之負荷可 用之基本表面面積業已變得更小且預期之負荷卻保持未變。 圖6所示係一經修飾之研磨輪表面之另一具體實施例 。在此具體實施例中，表面係分成許多同心環形狀之表面 單元14a及Ube陰影部分表面單元14a之耐磨耗強度亦較 其他部分表面單元14b者為低。表面單元之位置亦經適當 選擇，俾耐磨耗強度較低之表面單元係位於工件實施機械 加工期間將承受較低層次負荷之區域（依照所測定之磨耗 糙度）及同樣地耐磨耗強度較高之表面單元係在將承受較 高層次負荷之位置。 圖7所示係一經修飾之研磨輪表面之另一具體實施例 。該研磨輪表面係分成環狀表面單元14。該等表面單元係 由同樣材料組成且其間之硬度並無差別。然而，表面單元 間之間隙15表示在研磨輪内緣及外緣區域內研磨輪表面之 耐磨耗強度減低。 在晶片實施雙面機械加工之案例中，尤其在半導體晶 片實施研磨及拋光之案例中，所用載體對研磨輪或拋光布 之磨耗性能亦具有特殊效果。 I I I I 辦冬 I i I I訂i i 屬 I ^ (請先閱讀背面之注意事項再續寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印策 A7 B7 五、發明説明（l〇) 圖8所示者係載體16特別好之具體實施例。該載體之 優異處是：工件容器17係經適當配置（將機械加工操作之 蓮動學納入考量），俾研磨輪或拋光布之表面承受之負荷 儘可能均勻。工件容器係載體內之圓孔洞。該等孔洞之中 心係位於圓彤路徑183及181>上。假若適當，可再增設一個 孔洞，該孔洞之中心係位於該載體中心之區域。位於圓形 路徑上鄰近孔洞之中心係位於不同圓形路徑上。最好圓形 路徑18a及18b所在之位置彼此不同心。 圖式簡單說明： 圖1:一適於量測磨耗糙度之裝置。 圖2:如何利用圖1之裝置量測磨耗糙度。 圖3:研磨碟之典型徑向磨耗糙度。 圖4至7:研磨輪修飾表面之平面圖。 圖8:附有孔洞之載體，該等孔洞係經適當配置以便容納 半導體晶圓。 各元件編號說明： 1 量測體 2 支撐表面 3 電子傳感器 4 參考平（表）面 5 電腦 6 比較標準 -12 - (請先閲讀背面之注意事項再矿鳥本頁) 裝. 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 五、發明説明（11) 7 下研磨輪 8 下研磨輪表面 9 上研磨輪 10 上研磨輪表面 11a較軟表面單元 lib較硬表面單元 12a附磨耗強度較低之正方形表面單元 12b耐磨耗強度較高之正方形表面單元 13 間隙 14a耐磨耗強度較低之表面單元 14b耐磨耗強度較高之表面單元 15 間隙 16 載體 17 工件容器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-=5 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1. 一種在晶片狀工件除料機械加工過程中，使用實質平 整之工作表面，K逵成磨耗工作儘可能呈線性之方法，食 中 a) 工作表面之磨耗糙度得Μ測定； b) 工作表面由一經修飾之工作表面所替代，該經修飾之 工作表面係分成若干個表面單元，每個表面單元具有特定 之耐磨耗強度並在該經修飾之工作表面上採取（佔據）一特 定位置，且每個表面單元在經修飾之工作表面上加Μ適當 配置，俾測定之磨耗糙度與表面單元耐磨耗強度及位置之 間有關聯(因果關係）。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中藉減小表面面積 降低表面單元之耐磨耗強度。 3. —種在晶片狀工件除料機械加工過程中，具有實質平 整工作表面之工具，其中工作表面係分成若干表面單元， 每個表面單元有一特定附磨耗強度並在該Χ作表面上採取 一特定位置，且所測定之磨耗糙度與表面單元耐磨耗強度 及位置之間有關聯（因果關係）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4. 如申請專利範圍第3項之工具，其中表面單，元（平面圖) 之幾何形狀係選自一個族群，該族群包括：環形、環片段 、具有至少三個邊之多邊形、圓形及圓片段。 5. 一種量測在晶片狀工件除料機械加工所用工具之實質 „平整工作表面磨耗糙度之方法，其中 a)無需接觸許多量測點即可測得一平整參考表面與工作 表面間之距離； -14 - 本紙張尺度適用中國國家擦準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 b) 將測得之距離轉換成可Μ表示量測點處工作表面實際 磨耗程度之磨耗深度；及 c) 依照磨耗深度製得工作表面之磨耗槠度。 6. —種量測在晶片狀工件除料機械加工所用工具之實質 平整工作表面磨耗糙度之裝置，該裝置具有：⑴一量測體 ，其中附有若干支撐表面，用以將該量測體置於工作表面 上，及②至少一個傳感器，該傳感器係容納在量測體内， 且無需接觸參考表面之量測點即可量測一參考表面與工作 表面間之距離。 7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中有一設計成一直 尺形之量測體，該量測體内所容納之許多傳感器係按照一 定間隔，依照先後次序加以固定。 8. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中有一量測體，該 量測體係設計成一載體，該載體內容納之一個傳感器可沿 該載體作線性移動。 9. 一種係用Μ將工件保持在一工具（該工具係用Μ實狍 晶片狀工件機械加工）實質平整工作表面之間之載體，該 載體備有若干容納工件之圓孔洞，其中該等圓孔洞之中心 係配置在圓形路徑上及（假若適當）該載體中心區域内，配 置在圓形路徑上之鄰近圓孔洞中心係位於不同之圓形路徑 上。 10. 如申請專利範圍第9項之載體，其中該等圓形路徑彼 此不同心。 -15 - I--------"-裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）