TWI382464B - 晶圓研磨方法及晶圓研磨機 - Google Patents

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Description

晶圓研磨方法及晶圓研磨機
本發明係關於一晶圓研磨方法及一晶圓研磨機。
近幾年來,隨著半導體裝置向更高整合及封裝不斷增長之趨勢,半導體晶片(晶粒)之厚度亦相應地減小。如此一來,在切割該晶圓之前,由一研磨構件研磨其背表面。在將一保護帶附著至該晶圓前表面以保護形成於該晶圓前表面上之電路圖案之情況下,研磨該晶圓之背表面。
進一步,拋光該晶圓之已研磨背表面以移除畸變係慣常作法。
隨著晶圓厚度之減小,該晶圓之完成厚度需要高尺寸準確度。由於該晶圓之完成厚度通常被認為包含該保護膜;然而該晶圓之厚度變化直接影響該晶圓之完成厚度。
鑒於此,日本未審查專利公開案第2007-335458號採用下文所描述之構件以藉由準確地量測僅該晶圓(排除該保護帶)之厚度而無氮化物或氧化物對該晶圓之背表面之影響之狀況下保證具有一目標厚度之晶圓。
具體而言,根據日本未審查專利公開案第2007-335458號,在粗研磨製程期間藉由使用一接觸式測厚計量測總晶圓厚度(包含保護帶)及在精研磨製程期間藉由使用一非接觸式測厚計量測僅該晶圓之厚度來研磨該晶圓之背表面。一旦達到目標完成厚度,即結束該研磨製程,藉此獲得一準確目標完成厚度。
一非接觸式測厚計闡述於(例如)日本未審查專利公開案第2007-113980號中。
根據日本未審查專利公開案第2007-113980號,在儀本體之底部表面上安裝一用於一渦電流位移儀之中空圓柱形探針,且在該探針前端處配置一線圈。在該底部表面上,在該中空圓柱形探針內側上亦配置雷射位移儀之一雷射輻射單元及一雷射光接收單元。
由該線圈產生一AC磁場且一渦電流被感應至一金屬板。偵測該線圈因如此感應之渦電流而造成之感應變化以計算自該探針至該金屬板之距離L2。
另一方面,自該雷射輻射單元輻射出一雷射束,且由一雷射接收單元偵測反射在該塗層之表面上之該雷射束。根據三角法計算該雷射位移儀與該塗層表面之間的距離L1。根據距離L1及L2計算塗層之厚度。
然而,在該研磨製程期間,由於該研磨液及該研磨泥之緣故,該晶圓之所研磨表面之環境不穩定,且如日本未審查專利公開案第2007-335458號中所述,在該精研磨製程期間使用非接觸式測厚計將使得難以進行一穩定量測且同時弄髒該量測儀器。在未加工工件時所實施之量測將受到形成於該晶圓之背表面上之氧化物膜或氮化物膜影響,由此經常使得不可能準確地量測該晶圓厚度。
提出本發明意在消除上述問題且其目的係提供一晶圓研磨機,在該晶圓研磨機中在粗研磨製程之後最終精研磨製程之前使用一非接觸式測厚計進行量測,以使得可在無研磨液及研磨泥影響之情況下穩定地量測僅該晶圓厚度,由此使得可絕對保證一具有目標厚度之晶圓。
為解決上述該等問題,根據本發明之一第一態樣,提供一種用於在切割該半導體晶圓之前藉由粗研磨製程及精研磨製程來研磨其背表面之晶圓研磨方法,其中在粗研磨製程之後精研磨製程之前,用一非接觸式測厚計實際量測該晶圓厚度。
如此一來,可在非研磨製程期間的一穩定狀態中不受該研磨液或該研磨泥影響地用該非接觸式測厚計實際量測該晶圓厚度。
根據本發明之一第二態樣,提供一種晶圓研磨方法,其中在該精研磨製程期間,使用該接觸式測厚計實際量測該晶圓厚度,且根據在該精研磨製程之前由該非接觸式測厚計獲得之該實際量測資料來精細地調整該完成厚度。
鑒於在精研磨製程之前用非接觸式測厚計實際量測僅該晶圓之厚度之事實,在精研磨製程期間,可在無該保護帶影響之情況下使用諸如加工中測量儀(in-process gauge)等接觸式測厚計以高準確度將該晶圓加工至目標厚度。
根據本發明之一第三態樣,提供一晶圓研磨機,其包括:一用於固持及研磨一晶圓之研磨構件,及一用於饋送該研磨構件且同時研磨該晶圓之饋送構件;一非接觸式測厚計,其用於在精研磨製程之前粗研磨製程之後在該研磨構件被推向所固持晶圓之狀況下量測該晶圓厚度;一接觸式測厚計,其用於在精研磨製程期間量測該晶圓厚度;及一控制單元,其用於適當地以接觸式測厚計量測該晶圓厚度,且同時藉由參照非接觸式測厚計之量測資料對完成厚度進行精細調整。
以此方式,係於粗研磨製程之後使用非接觸式測厚計,且因此,可在不受研磨液或研磨泥影響之穩定狀態中實際量測該晶圓厚度。
由於在精研磨製程之前量測僅該晶圓之厚度,所以在精研磨製程期間,在不受該保護帶影響之情況下可甚至用接觸式測厚計以高準確度將該晶圓研磨至目標厚度。
結合該等附圖,可自本發明之較佳實施例之說明(如下文所述)更充分地瞭解本發明。
圖1顯示一用於研磨一半導體晶圓之半導體晶圓研磨機1之一實例。該半導體晶圓研磨機1(下文中稱為研磨機1)包含:一固持構件(稍後闡述),其用於固持一半導體晶圓2(下文中稱為晶圓2);一研磨構件3,其用於研磨晶圓2;及一饋送構件4,其用於研磨饋送研磨構件3。
附帶而言,晶圓2之研磨製程採用一用於執行粗研磨製程及精研磨製程之加工方法,且在該粗研磨製程作為前一製程在一研磨機(未顯示)中執行之後將研磨機1用於實施該精研磨製程。
如圖2中所示,舉例而言,晶圓2構造有一保護膜5,該保護膜附著在隨一電路圖案2c形成之表面2a上。附帶而言,晶圓2可替代性地構造成該保護膜5附著在隨電路圖案2c形成之表面2a上且其上進一步附著有一支撐基礎元件(未顯示)。
晶圓2由一固持構件固持,該固持構件例如在由一電動機6旋轉之一轉臺7之上表面上構成一吸附板(卡盤)(未顯示)。附帶而言,轉臺7形成為一光碟形狀,且在其下表面上,電動機6之輸出軸8安裝在與轉臺7之中心軸線相同之軸線上。電動機6之驅動力沿箭頭A之方向旋轉該轉臺7。
該晶圓2之厚度由一稍後所述之構件量測。μ例如,在精研磨製程之前,晶圓2之厚度係約750μm且保護膜5之厚度係約100μm。
稍後所述之研磨構件3由饋送構件4推壓且同時被致使與構成欲研磨晶圓2之表面的背表面2b接觸,以便將晶圓2研磨至一約30μm之預定小厚度。
研磨構件3配置在一大致L形壓桿10之前端處,壓桿10豎立在機體9上且安裝在可在Z字方向往復之饋送構件4上。
具體而言,研磨構件3具有一研磨石13,其安裝在由構成饋送構件4之軸部分(稍後闡述)在軸向方向上移動之電動機11之輸出軸12之前方處。在該製程中,電動機11之輸出軸12安裝在研磨石13之上表面上與研磨石13之中心軸線相同之軸線上,且電動機11之驅動力沿箭頭B之方向旋轉輸出軸12。
研磨石13係用於研磨藉由吸附在轉臺7上而固持之晶圓2的背表面2b,且由(例如)一金剛石與一作為一耦合材料之液態黏合劑而形成。由於使用液態黏合劑作為一耦合材料,所以該研磨石獲得彈性,且當研磨石13與晶圓2彼此發生接觸時,衝擊得以舒緩。因此,晶圓2之背表面2b可加工至高準確度。研磨石13具有與藉由吸附在轉臺7上而固持之晶圓2之背表面2b呈對置關係之石部分13a。
接下來,用於研磨饋送研磨構件3之饋送構件4包含一滾珠螺桿14等。滾珠螺桿14由一電動機(未顯示)透過一饋送控制單元(稍後闡述)驅動。然後,可在Z字方向上相對於晶圓2移動研磨石13。藉由在與晶圓2之背表面2b壓力接觸之狀況下饋送研磨石13,因此可用研磨石13研磨晶圓2之背表面2b。
滾珠螺桿14固定在一L形壓桿10上。雖然研磨機1之壓桿10係固定型,但可替代地為可移動型。
如上文所述構造用於精研磨之研磨機1包含一作為一控制系統之偵測構件15,例如一功率控制器,其用於在精研磨製程期間即時偵測藉由吸附在轉臺7上而固持之晶圓2之厚度以量測晶圓2之厚度。偵測構件15之一實例係一接觸式測厚計,例如一製程儀。
該製程儀係所謂的一接觸式觸覺感測器。一差動變壓器將構成一接觸器之探針中之變化轉換成一電壓信號,且根據該如此轉換之電壓信號,即時量測轉臺7之上表面與晶圓2之背表面2b之間的距離(P1-P2),亦即晶圓2及保護膜5之厚度。
研磨機1之控制系統包含一控制單元16,其中饋送控制單元17自用於量測晶圓2之厚度之偵測構件15適當地擷取一與實際量測(P1-P2)相關聯之信號,以控制饋送構件4之電動機。然後,參照非接觸式測厚計20(參見圖3)之量測資料,將該控制信號施加至饋送構件4之電動機,以精細調整晶圓2之完成厚度。附帶而言,非接觸式測厚計20之一實例可為一IR(紅外線)感測器,其中利用紅外光傳輸穿過金屬及塑膠之特性,量測紅外光反射在晶圓2與保護5之間的邊界表面上之反射時間,藉以量測作為一單元之該晶圓之厚度。
關於如上文所述構造之研磨機1,下文闡明研磨及在該研磨操作時判斷該研磨品質之製程。
首先,將晶圓2設置在用於粗研磨之研磨機上(未顯示)且由此進行粗研磨。在粗研磨製程期間,由另一偵測構件即時量測該晶圓厚度,該另一偵測構件具有一與用於精研磨之研磨機1之偵測構件15類似的構造。
在此粗研磨製程中,將該所用研磨液及所產生之研磨泥自晶圓2之所研磨表面移除,然後使用非接觸式測厚計20(圖3)量測晶圓2之厚度。將該所得量測資料發送出至用於精研磨(稍後闡述)之研磨機1之控制單元16。
如上文所述,在用於粗研磨之研磨機中,在粗研磨製程之後量測晶圓2之厚度,且因此,可在無研磨液或研磨泥影響之情況下用非接觸式測厚計20準確地量測晶圓2之厚度。
由於以此方式可在粗研磨製程之後掌握晶圓2之準確厚度,所以用於精研磨之研磨機1可將晶圓2研磨至目標厚度。
在粗研磨製程之後,用附著在晶圓2之表面2a上之保護膜5將晶圓2固持在精研磨機1之轉臺7之上表面上,且如圖1中所示指向下方。
接下來,一方面由電動機6旋轉晶圓2且另一方面由電動機11旋轉安裝在壓桿10前端處之饋送構件4上之研磨構件3之研磨石13。然後,回應於一自饋送控制單元17發出之控制命令,將電供應至電動機11,以便驅動滾珠螺桿14及向下移動研磨石13。
在使研磨石13之石部分13a與晶圓2之背表面2b接觸之狀況下,以一針對轉臺7之每一旋轉之預定切削量來向下移動研磨石13,藉以執行精研磨製程。
在上述精研磨製程期間,使用製程儀作為偵測構件15(其適當地擷取一與轉臺7之上表面與晶圓2之背表面2b之間的距離(P1-P2)相關聯之信號)來即時量測藉由吸附在轉臺7上而固持之晶圓2之厚度。此與該距離(P1-P2)相關聯之信號被發送至饋送控制單元17以用於控制控制單元16之饋送構件4之電動機。
在粗研磨製程之後,將使用非接觸式測厚計20所量測之晶圓2之厚度之量測資料供應給饋送單元17。
如此一來,饋送控制單元17發送出該控制信號至饋送構件4之電動機,以根據使用非接觸式測厚計20所獲得之晶圓2之厚度量測資料及轉臺7之上表面與晶圓2之背表面2b之間的距離(P1-P2)(隨著精研磨製程之進展而由製程儀適當地量測)來執行晶圓2之完成厚度之精細調整,藉以使得可精研磨至晶圓2之目標厚度。
一旦以上述方式正常完成對背表面2b之研磨製程,將研磨石13自晶圓2向後移動且停止電動機11以停止研磨石13之旋轉。由此,結束研磨機1之研磨製程。
在該研磨製程之後,在晶圓2保持固定在轉臺7上之狀況下,由一拋光機(未顯示)執行拋光製程,藉以移除已損壞之層等。如此一來,防止晶圓2之諸如一不當裂紋等破損。因此,將如此完全研磨之晶圓2自轉台7移除且轉移至下一步驟(例如,用於塗層及切割之晶圓處理步驟)。
如上文所述,在根據此實施例之用於晶圓2之研磨製程中,首先執行粗研磨製程,且在此之後,由非接觸式測厚計20量測晶圓2之厚度,隨後係最終精研磨製程。因此,不同於在研磨製程期間,晶圓2之所研磨表面不受所用研磨液或所產生研磨泥影響。因此,用非接觸式測厚計20可準確地量測僅晶圓2之厚度。
儘管在精研磨製程期間使用接觸式製程儀之事實,但在精研磨製程之前使用非接觸式測厚計20量測僅晶圓2之厚度可使得在無保護帶影響之狀況下將晶圓2以高準確度研磨至目標厚度成為可能。
附帶而言,在該研磨製程期間,可藉由自環境污染隔離來保護非接觸式測厚計20免遭弄髒或發生一故障。
本發明並不限於上述實施例。替代用作偵測構件15(例如)之製程儀,可使用能夠以同等效應量測固定在轉臺7上之晶圓2之背表面位置之任何其他量測構件。
進一步,雖然在上述實施例中係在粗研磨製程之後由非接觸式測厚計20在粗研磨軸上量測厚度,但可替代性地在精研磨製程之前以同等效應在精研磨軸上量測厚度。
儘管已於上文中參考出於圖解闡釋之目的所選擇之特定實施例闡述了本發明,但應瞭解,熟習此項技術者可另外在不背離本發明之基本概念及範疇的情況下,對本發明進行眾多修改。
2...晶圓
2a...表面
2b...後表面背表面
2c...電路圖案
3...研磨構件
4...饋送構件
5...保護膜
6...電動機
7...轉臺
8...軸
9...機體
10...L形壓桿
11...電動機
12...輸出軸
13...研磨石
13a...石部分
14...滾珠螺桿
15...偵測構件
16...控制單元
17...饋送控制單元
20...非接觸型接觸式厚度儀厚度規測厚計
在該等圖式中:
圖1係一顯示必要部件之一系統構造之圖式,其顯示一用於實施根據本發明之所有半導體晶圓研磨製程中之精研磨製程之晶圓研磨機之實例。
圖2係必要部件之一放大剖視圖,其闡明一圖1中欲研磨之晶圓之一實例及一用於實際量測其厚度之技術。
圖3係必要部件之一放大剖視圖,其闡明一用於在粗研磨製程之後用一非接觸式測厚計實際量測晶圓厚度之技術。
2...半導體晶圓
3...研磨構件
4...饋送構件
6...電動機
7...轉臺
8...軸
9...機體
10...L形壓桿
11...電動機
12...輸出軸
13...研磨石
13a...石部分
14...滾珠螺桿
15...偵測構件
16...控制單元
17...饋送控制單元
20...非接觸型接觸式厚度儀厚度規測厚計

Claims (2)

  1. 一種晶圓研磨方法,其係用於在切割之前藉由執行粗研磨製程及精研磨製程來研磨晶圓之背表面者,其特徵在於:包括在該精研磨製程之前該粗研磨製程之後用一非接觸式測厚計量測該晶圓之厚度的步驟;在該精研磨製程期間,用一接觸式測厚計適當地量測該晶圓厚度,且同時根據在該精研磨製程之前由非接觸式測厚計所獲得之資料來對完成厚度進行精細調整。
  2. 一種晶圓研磨機,其特徵在於包括:一研磨構件,其用於固持及研磨一晶圓;一饋送構件,其用於饋送用於研磨操作之該研磨構件;一非接觸式測厚計,其用於在精研磨製程之前粗研磨製程之後量測該晶圓厚度,該精研磨製程及該粗研磨製程係藉由使用該饋送構件朝該晶圓推壓該研磨構件來執行;一接觸式測厚計,其用於在該精研磨製程期間量測該晶圓之厚度;及一控制構件,其用於在該精研磨製程期間以該接觸式測厚計適當地量測該晶圓厚度,且同時藉由參照該非接觸式測厚計之該量測資料對完成厚度進行精細調整。
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