TWI441250B - 半導體基板之平坦化加工裝置及平坦化加工方法 - Google Patents

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Description

半導體基板之平坦化加工裝置及平坦化加工方法
本發明係關於一種在IC(integrated circuit，積體電路)基板之前處理步驟中對直徑300~450mm之下一代DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)、SOI(Silicon On Insulator，絕緣層上覆矽)晶圓、3D-TSV晶圓(Through Silicon Vias Wafer，直通矽晶穿孔晶圓)、藍寶石基板等之半導體基板之背面進行研削及研磨以使基板實現薄壁化、平坦化時所使用的平坦化裝置及半導體基板之平坦化方法。本發明特別係關於一種在進行薄壁化平坦化加工而將DRAM之矽基盤(Infrastructure)層之厚度加工成20~70μm為止的厚度時，或者在使TSV晶圓、SOI晶圓等之積層基板之上側位置之基盤實現薄壁化、平坦化時，可不產生破裂或碎屑地對半導體基板進行加工的半導體基板之平坦化加工裝置及平坦化加工方法。
作為對半導體基板進行研削˙研磨而使基板實現薄壁化及鏡面化之平坦化加工裝置，已提出一種將包含基板之裝載/卸載平台、基板之研削平台、基板之研磨平台及基板之洗淨平台的平坦化加工裝置裝配於室內，且將基板裝載埠之基板收納盒設置於室外的平坦化加工裝置，並得以實用化。該等平坦化裝置係具有能以7~20塊/小時之處理量使直徑300mm之半導體基板之750μm左右的厚度實現薄壁化之平坦化加工之能力。
例如，日本專利特開2001-252853號公報(專利文獻1)中，提出一種平坦化加工裝置，其包含：研削機構，對晶圓進行研削；研磨機構，對經該研削機構研削後之晶圓進行研磨；倒角加工(chamfering)機構，其具有形成為較上述晶圓之直徑更小的晶圓保持構件、及對保持於該晶圓保持構件上之晶圓之周緣進行倒角加工的倒角加工用砥石；以及搬送機構，其將藉由該倒角加工機構進行倒角加工後之晶圓搬送至上述研削機構，或者將藉由上述研磨機構進行研磨加工後之晶圓搬送至上述倒角加工機構之晶圓保持構件，並提出如下方法：將經研削加工及研磨加工後之晶圓裝載於倒角加工機構之平台上之後，藉由倒角加工用砥石對研磨後之晶圓之銳利的邊緣部進行倒角加工，其後，將該經平坦化加工後之晶圓收納於盒內。
日本專利特開2005-98773號公報(專利文獻2)中，提出一種平坦化加工裝置，其係於同一索引型旋轉台上設置有4組基板固持台(真空夾盤)，將其中之1組基板固持台作為基板之裝載/卸載平台，於其餘之3組基板固持台之上方，分別配置有具備粗研削杯形磨輪型金剛石砥石的旋轉主軸、具備修飾研削杯形磨輪型金剛石砥石的旋轉主軸、及具備幹式拋光平砥石的旋轉主軸。
又，本申請案專利申請人於美國專利第7,238,087號說明書(專利文獻3)中，揭示有圖4所示之基板之平坦化加工裝置10。該平坦化裝置10係如下的基板平坦化加工裝置：於室外具備複數之基板收納平台(裝載埠)13，於室內在基底 11上設置有：多關節型搬送機器人14；位置對準用暫置台15；移動型搬送墊16；研削加工平台20，其係將構成基板裝載/卸載平台S1、粗研削平台S2、及修飾研削平台S3該3個平台之構件的基板固持器30a、30b、30c於第1索引型旋轉台2上配置於同心圓上；以及研磨加工平台70，其將構成基板裝載/卸載/修飾研磨平台ps1之基板固持台70a、及構成粗研磨平台ps2之基板固持台70b於第2索引型旋轉台71上配置於同心圓上。
又，本申請案專利申請人於日本專利第4,260,251號說明書(專利文獻4)中提出一種晶圓之研磨裝置，其係包含：將複數(n台，其中，n為2~4之整數)之研磨盤配置於同一圓周上所形成之基台；於該基台之上方將複數(n+1組)之夾盤機構旋動自如地支持於旋轉軸上所形成之索引型頭；及載置有從盒中移送之研磨前之晶圓、及由夾盤機構移送之研磨後之晶圓的晶圓承載台，且將晶圓從背面以夾盤機構予以保持，將其表面按壓於研磨盤以進行晶圓表面之研磨，連結上述複數組夾盤機構之旋轉軸之中心線的圓周係在上述圓周上，上述承載台係將晶圓之承載板與夾盤機構掃除用之旋轉刷一體地併設於直線上者，且將併設有承載板與旋轉刷之承載台設置成於直線方向上進退自如，承載台進退之直線方向之垂直面係位於上述索引頭之下方，且以與上述圓周上交叉之方式於直線方向進退自如地設置上述承載台。
進而，本申請案專利申請人於已申請之日本專利特開 2002-219646號公報(專利文獻5)中，亦提出一種基板之研磨裝置，其係包含：基板夾盤機構，其安裝於在上方軸承於旋轉軸之索引頭上之以該旋轉軸為中心且等間隔地設置於同一圓周上的4組主軸上；旋動機構，其使上述索引頭之旋轉軸按順時針方向逐次旋動90度、90度、90度、90度、或者逐次旋轉90度、90度、90度、-270度；升降機構，其使上述基板夾盤機構之主軸進行升降；旋轉機構，其使上述主軸於水平方向旋轉；基板裝載/基板卸載/夾盤洗淨平台，其以與上述4組基板夾盤機構之下方相對向之方式，等間隔地設置於自使上述索引頭之旋轉軸之軸心為相同之中心點起的同一圓周上；第1拋光平台、第2拋光平台與第3拋光平台；索引台，於其上表面同一圓周上等間隔地設置有第1基板裝載/卸載平台、基板夾盤機構用洗淨平台、及第2基板裝載/卸載平台(其中，該等3個平台係透過索引台之旋轉而移動並構成上述基板裝載/基板卸載/夾盤洗淨平台)；旋動機構，其使上述索引台按順時針方向逐次旋動120度、120度、120、或者逐次旋動120度、120度、-240度；基板供給機構，其設置於上述索引台近前之左右，且包含基板裝載盒與基板裝載搬送機器人；及基板排出機構，其包含基板卸載盒與基板卸載搬送機器人。
於日本專利特開2007-165802號公報(專利文獻6)中，提出一種基板之平坦化加工裝置，其係將基板之背面朝上而保持於索引型轉台上所配置之4組吸附台上來進行研削、 研磨加工者，且包含：旋轉刀片(切削機構)，其係對被上述吸附台所吸附之研削加工前之上述基板之外緣部(邊緣部)從背面跨及表面進行切削外緣部的加工；2組研削輪(研削機構)，其具備與上述吸附台對向而配置之研削砥石，在將外緣部切削加工後之上述基板保持於上述吸附台之狀態下，使上述研削砥石一邊旋轉一邊按壓於上述基板之背面，藉此進行研削加工；及研磨拋光機(研磨機構)，其具備與上述吸附台對向而配置之研磨襯(研磨墊)，在將經上述研削加工後之基板保持於上述吸附台之狀態下，使上述研磨襯一邊旋轉一邊按壓於上述基板之背面，藉此進行研磨加工；將該等平坦化加工裝置安裝於室內，並於室外設置複數之裝載埠(基板收納盒)，於上述裝載埠背後之室內，包含兩節鏈式之基板移送機器人、位置對準暫置台、及洗淨機器。
專利文獻1之平坦化加工裝置於進行研削加工、研磨加工或基板移送過程中導致基板產生碎屑之機會較多，加工基板之損耗率較高，故此處之平坦化加工裝置之上述切削機構(旋轉刀片)具有如下效果：可抑制以該旋轉刀片切削去除上述基板之整個外緣部後於基板之周緣部所產生的碎屑或半導體基板的破裂。
[專利文獻1]日本專利特開2001-252853號公報
[專利文獻2]日本專利特開2005-98773號公報
[專利文獻3]美國專利第7,238,087號說明書
[專利文獻4]日本專利第4,260,251號說明書
[專利文獻5]日本專利特開2002-219646號公報
[專利文獻6]日本專利特開2007-165802號公報
半導體基板加工廠商要求將下一代直徑300mm、下下代直徑450mm之半導體基板之厚度770μm左右的矽基盤層之厚度薄壁化至20~50μm，且作為基板之平坦化加工裝置，期望出現平坦化加工裝置精簡(佔用空間小)，對直徑300mm之半導體基板之處理量可為20~25塊/小時，且對直徑450mm之半導體基板之處理量可為7~12塊/小時的平坦化加工裝置。又，期望出現對直徑300mm之TSV晶圓之電極頭突出高度為0.5~20μm的經研削˙研磨加工後之TSV晶圓之處理量可為10~15塊/小時的平坦化加工裝置。
在獲取矽基盤之厚度為80μm以上之半導體基板時不會產生問題，但在獲取矽基盤之厚度為20~50μm之半導體基板時，半導體基板上會產生碎屑或破裂，故半導體基板加工廠商指出，必需如上述專利文獻1及專利文獻6中所記載而設置半導體基板之邊緣研削平台。
上述專利文獻1及專利文獻6所記載之平坦化加工裝置係於同一索引型旋轉台上進行半導體基板之邊緣(端面)研削加工與背面研磨加工，故存在如下缺陷：研磨平台部分會因研削平台上產生之研削屑而容易受到污染。特別在將平 坦化裝置之研磨平台利用於TSV晶圓(貫通電極晶圓)之電極頭突出(1~20μm高度)時，該等研削屑之存在將成為致命的缺陷。
進而，對於專利文獻6之邊緣部切削旋轉刀片或市場上所用之研磨帶邊緣部倒角加工裝置而言，進行TSV晶圓、SOI晶圓等晶圓之積層貼合部分之邊緣部(包含斜面部)的倒角加工較為困難。又，將保護半導體基板之佈線印刷面之保護帶於矽基盤邊緣部剝離，從而研削屑或研磨屑容易附著於矽基盤邊緣之外周。
進而，於下下代直徑450mm之半導體基板之製造中，經平坦化加工之面積與直徑300mm之半導體基板相比竟擴大2.25倍。因此，即便對上述先行技術之專利文獻群中記載之半導體基板之平坦化裝置單純地進行尺寸擴大化，亦無法達成高處理量化，無法獲得清潔的半導體基板。
本發明之目的在於提供一種半導體基板之平坦化加工裝置，其係於專利文獻3中記載之半導體基板之平坦化加工裝置之研磨平台上，將專利文獻4及專利文獻5中記載之2組夾盤研磨頭替換為4組索引型旋轉頭，使研磨加工平台上之半導體基板之研磨加工時間(處理量)提高，又，將專利文獻6中記載之邊緣部切削機構之旋轉刀片替換為砥石輪，藉此可進行積層晶圓之部分邊緣部之倒角加工。
技術方案1之發明提供一種半導體基板之平坦化加工裝置，其特徵在於： 其係將裝配有平坦化加工裝置之部室由間隔壁劃分為以下3室：自前方部起的L字狀之半導體基板之裝載/卸載平台室、中間部之半導體基板之研磨加工平台室、及裏部之半導體基板之研削加工平台室，於上述各平台室間之間隔壁上，設置有使鄰接之平台室相通且可使基板出入之開口部，於上述裝載/卸載平台室之前方部壁室之外，設置有複數台之裝載埠之基板收納盒，且於上述半導體基板之裝載/卸載平台室內，在上述裝載埠背後之室內設置有第一多關節型基板搬送機器人，於其左側設置有基板洗淨機器，於該基板洗淨機器之上方設置有第一定位暫置台，於上述第一定位暫置台之後方裏部設置有第二移送式多關節型基板搬送機器人；於上述研磨加工平台室內，設置有研磨加工平台，其中，由在同一圓周上且等間隔地設置有可載置4塊基板之尺寸之圓形狀之4組暫置台的暫置台定盤、及同時研磨加工2塊基板之平面圓形狀之第一、第二及第三研磨定盤等3組所構成的4組定盤之中心點係在同一圓周上，且設置有等間隔且旋轉自如地設置之研磨機構、與在上述3組研磨定盤各自之附近打磨研磨定盤之研磨布的3組打磨器，以及於該等4組定盤之上方，設置有1台索引型頭，於該索引型頭之下方，設置有基板夾盤機構，其係將使基板之被研磨之面朝下方而進行吸附之1對基板吸附夾盤同時獨立地且旋動自如地支持於主軸上而形成之基板吸附夾盤機構4組設置於同心圓上，而可吸附固定8塊基板者，並可使被 各基板吸附夾盤所吸附之基板分別與上述4組定盤中之任一組對應且相對；於上述半導體基板之研削加工平台室內，設置有研削加工平台，其中，將第二定位暫置台設置於上述第二移送式多關節型基板搬送機器人之背面側，於該第二定位暫置台之右橫側設置有機械手臂正反旋轉式之第三多關節型搬送機器人，於該第三多關節型搬送機器人之右橫側設置有基板表背面洗淨機器，於上述第三多關節型搬送機器人及該基板表背面洗淨機器之後側，設置有將4組基板夾盤台於1台索引型轉台上等間隔且可旋轉地設置於同一圓周上的基板夾盤定盤，上述4組基板夾盤台為裝載/卸載平台夾盤、基板粗研削平台夾盤、基板邊緣研削平台夾盤、及基板修飾研削夾盤之位置，將其索引儲存於數值控制裝置，以及於上述基板邊緣研削平台夾盤之附近設置有使邊緣研削砥石輪可進行前後移動及上下升降移動之邊緣研削裝置，且於上述基板粗研削平台夾盤之上方，以可進行上下升降移動及可旋轉之方式設置有杯形磨輪型粗研削砥石，且於上述基板修飾研削平台夾盤之上方，以可進行上下升降移動及可旋轉之方式設置有杯形磨輪型修飾研削砥石，並使上述第三多關節型搬送機器人進行以下作業：將上述第二定位暫置台上之半導體基板向上述裝載/卸載平台夾盤上移送；將上述裝載/卸載平台夾盤上之半導體基板向上述基板表背面洗淨機器上移送；及將上述基板表背面洗淨機器上之半導體基板向上述研磨加工平台室內之上 述暫置台定盤上移送。
技術方案2之發明提供一種半導體基板之背面平坦化加工方法，其特徵在於：使用如技術方案1之半導體基板之平坦化加工裝置，將收納於基板收納盒中之半導體基板向研削加工平台室內搬入，於該研削加工平台室內，使用杯形磨輪型砥石對半導體基板之背面進行粗研削加工，利用砥石輪對經該粗研削加工後之半導體基板之背面從外周緣起的1~3mm寬度進行邊緣研削加工而去除後，使用杯形磨輪型砥石進行修飾研削加工，使半導體基板之背面薄壁化，將該薄壁化之半導體基板向研磨加工平台室移送，於該研磨加工平台室內，對由1對吸附夾盤所保持的2塊已薄壁化之半導體基板背面實施與研磨定盤進行滑動摩擦之粗研磨加工、中度修飾研磨加工、及修飾研磨加工，使上述半導體基板背面得以平坦化。
在實施半導體基板背面之粗研削步驟與修飾研削步驟之間，設置有利用邊緣研削砥石而使半導體基板之邊緣部厚度減少的邊緣研削步驟，因此，於邊緣研削步驟以後之修飾研削步驟、研磨步驟、洗淨步驟及基板搬送步驟中，在半導體基板上產生破裂或在邊緣部產生碎屑之機會變得極少。又，經之前的粗研削加工，半導體基板之邊緣部及斜面部之厚度亦得以減少，故邊緣研削步驟中之研削部分變 得較少，且由於可使用直徑為25~50mm之砥石輪，故可將邊緣研削裝置之佔用空間(設置面積)設計得較小(精簡)。
又，可將裝配有平坦化裝置之部室由間隔壁劃分為3室：前方部之倒L字狀之半導體基板之裝載/卸載平台室、中間部之半導體基板之研磨加工平台室、及裏部之半導體基板之研削加工平台室，並且於裝載/卸載平台室中設置有基板洗淨機器，及於半導體基板之研削加工平台室中設置有基板表背面洗淨機器，藉此可將經平坦化加工後之半導體基板清潔達其上所附著之異物之粒徑未滿0.1μm且數量在100個以下。
由於使半導體基板與較半導體基板之直徑更大之直徑的研磨定盤之研磨布進行滑動摩擦而實施研磨加工，故可加快研磨加工速度，且由於遍及半導體基板整個面而使研磨定盤之研磨布面壓所施加之壓力分佈成為大致固定，故可獲得膜厚分佈均勻之經平坦化加工後的半導體基板，以及在半導體基板為銅電極貫通矽基板時，可獲得與研磨部分(矽基盤之研磨去除量)相應之自矽基盤面起的1~20μm高度之銅電極頭突出的TSV晶圓。
半導體基板之研磨加工步驟係需要研削步驟之約2倍時間的速率控制步驟，故採用包含可同時研磨加工2塊基板之1對基板吸附夾盤之CMP研磨裝置而能調整為具備以下處理量的佔用空間，即，使用上述研磨定盤可同時研磨加工經研削加工所獲得之2塊研削加工基板。
以下，利用附圖更詳細地說明本發明。
圖1所示之半導體基板背面之平坦化加工裝置1之部室11被間隔壁劃分為以下3室：自前方部起的L字狀之半導體基板之裝載/卸載平台室11a、中間部之半導體基板之研磨加工平台室11c、及裏部之半導體基板之研削加工平台室11b。於上述各平台室間之間隔壁上，設置有使鄰接之平台室(11a、11c或者11c、11b)相通且可使基板出入之開口部，於上述裝載/卸載平台室11a之前方部壁室之外，設置有複數台之基板收納盒13、13、13，於部室之前方部壁之與上述基板收納盒背後相接的部分上，亦設置有開口部之裝載埠部，並配置有可開閉該裝載埠部之門。為了看清各室11a、11b、11c之器具之狀況，於各室中設置有半旋轉式透明窗11d、11d、11d、11d、11d、11d、11d。圖1中以假想線圓弧表示旋轉軌跡。又，於上述基板收納盒13、13、13中，安裝有可確認半導體基板之存在的AFM公司之非接觸式三維粗度測量計(inspector)。
於半導體基板之平坦化加工過程中，上述研磨加工平台室11c之室內壓力係設定為高於上述研削加工平台室11b之室內壓力。
於上述半導體基板之裝載/卸載平台室11a內，在上述裝載埠背後之室內之基底12上設置有第一移送式多關節型基板搬送機器人14，於其左側設置有基板洗淨機器3，於該基板洗淨機器之上方設置有第一定位暫置台15，於上述第 一定位暫置台(定心機器)之後方裏部設置有第二移送式多關節型基板搬送機器人16。如圖1所示，該第二移送式多關節型基板搬送機器人16可在以實線表示之移送式多關節型基板搬送機器人16與以假想線表示之第二移送式多關節型基板搬送機器人16'之間透過滾珠螺桿16a驅動而進行前後移動。
上述第一移送式多關節型基板搬送機器人14係可沿導軌14a而於左右方向(X軸方向)移動，以機械手14b把持上述基板收納盒13內之半導體基板，並移送(裝載)至上述第一定位暫置台15上，及以機械手14b把持上述基板洗淨機器3上之半導體基板，向基板收納盒13內移送並收納(卸載)。第二移送式多關節型基板搬送機器人16係可透過滾珠螺桿16a驅動而於前後方向(Y軸方向)移送。該第一移送式多關節型基板搬送機器人14亦可係機械手臂之伸縮長度於基盤移送中能伸長充分距離之多關節型基板搬送機器人14。
上述第一定位暫置台4係進行半導體基板之定中心(定心位置調整)之定位裝置。
上述基板洗淨機器3係洗淨半導體基板之經研磨加工之矽基盤面之旋轉方式的基板洗淨機器，從其中一個洗淨液供給噴嘴3a將純水供給至上述矽基盤面上，從另一個洗淨液供給噴嘴3b將藥劑洗淨液供給至上述矽基盤面上。洗淨液供給噴嘴3a、3b係可揺動。
作為純水，可使用蒸留水、深層海水、去離子交換水、含有界面活性劑之純水等。作為藥劑洗淨液，可使用雙氧 水、臭氧水、氫氟酸水溶液、SC1液、SC1液與臭氧水之混合液、氟化氫液與雙氧水及水溶性胺系化合物之混合液等、或者於該等中調配有水溶性陰離子性或非離子性、陽離子性或甜菜鹼型兩性界面活性劑之任一個而成者。
作為上述基板洗淨機器3，亦可使用日本專利特開2010-23119號公報(特願2008-183398號說明書)中記載之藥劑洗淨機器。該藥劑洗淨機器3於洗淨槽內具備旋轉夾盤，該旋轉夾盤係載置有半導體基板w並使其於水平方向旋轉。旋轉夾盤軸承於中空旋轉軸上，於中空旋轉軸內設置有純水供給管，純水係為了洗淨保護帶面而使用。於上述中空旋轉軸內側及純水供給管外側設有減壓流體通路。於上述旋轉夾盤之上方，將鹼洗淨液供給噴嘴3b設置於藉由旋轉驅動機構而立起之支持桿上，以便透過機械臂而在通過旋轉夾盤中心點之軌道上進行振動子旋轉運動。又，將酸洗淨液供給噴嘴3b設置於藉由旋轉驅動機構而立起之支持桿上，以便透過機械臂而在通過旋轉夾盤中心點之軌道上進行振動子旋轉運動。又，將淋洗液供給噴嘴設置於淋洗液從基底上到達旋轉夾盤中心點之角度內。著想於可滿足耗時短之優點而完成本發明。
作為鹼洗淨液，可利用氨水(SC1)、三甲基銨水等，在去除附著於矽基盤面上之異物時被利用。又，作為酸液洗淨液，可使用臭氧溶解水、雙氧水、氫氟酸水溶液、氫氟酸˙過氧化氫˙異丙醇混合水溶液、過氧化氫˙鹽酸˙純水之混合液(SC2)等，發揮使已氧化之矽基盤表面(SiO2)還原成 矽(Si)之作用。
作為淋洗液，可使用去離子交換水、蒸留水、深層海水等純水。淋洗液發揮洗掉鹼或酸以使其不殘存於半導體基板面上之作用。關於半導體基板之矽基盤面之洗淨，第一進行鹼洗淨，第二進行酸洗淨，第三進行淋洗洗淨。視需要，在第一鹼洗淨與第二酸洗淨之間亦可添加淋洗洗淨。
在使用平坦化裝置1而使矽基盤為單層之半導體基板(DRAM)之矽基盤面之厚度減少720~770μm並向10~80μm之矽基盤面之厚度進行平坦化研削˙CMP研磨加工時，以紫外線硬化型丙烯酸系樹脂黏著劑膠帶來保護半導體基板之印刷佈線面，或者使用蠟或加熱分解型發泡接著劑將半導體基板之印刷佈線面貼附於玻璃圓盤、聚碳酸酯圓盤、聚甲基丙烯酸甲酯圓盤、聚醚醚酮(PEEK)製圓盤等之模板上並收納於收納盒13中。TSV晶圓或SOI晶圓之厚度充分，且剛性高，故無需使用上述保護帶或保護圓盤。
上述第二移送式多關節型基板搬送機器人16係以機械臂16b來把持於上述第一定位暫置台4上已定中心之半導體基板，並向設置於上述研削加工平台室11b內之第二定位暫置台5上移送半導體基板，及以機械臂16b來把持研削加工平台室11b內之基板表背面洗淨機器6上之半導體基板，並向上述研磨加工平台室11c內之圓形狀之暫置台定盤PS1之近前的暫置台PS1f上移送。假想圓16c係表示第二移送式多關節型基板搬送機器人之機械臂16b可移動之最大區域。
與半導體基板之裝載/卸載作業時間相比，研削加工平台20上之半導體基板之研削加工作業時間較長。於半導體基板之上述半導體基板之研削加工平台室11b內，將上述第二定位暫置台5設置於上述第二移送式多關節型基板搬送機器人16之背面側，於該第二定位暫置台之右橫側設置有機械手臂正反旋轉式之第三多關節型搬送機器人17，於該第三多關節型搬送機器人之右橫側設置有上述基板表背面洗淨機器6。於上述第三多關節型搬送機器人16及基板表背面洗淨機器6之後側，設置有將4組基板夾盤台30a、30b、30c、30d於1台索引型轉台2上等間隔且可旋轉地設置於同一圓周上的基板夾盤定盤，上述4組基板夾盤台自近前側起按逆時針方向為裝載/卸載平台夾盤30a、基板粗研削平台夾盤30b、基板邊緣研削平台夾盤30c、及基板修飾研削夾盤30d之位置，將其作為索引位置而儲存於數值控制裝置之記憶體(未圖示)中所儲存的加工程式中。上述第三多關節型搬送機器人17具有如下功能：將上述第二定位暫置台5上之半導體基板向上述裝載/卸載平台夾盤30a上移送；將上述裝載/卸載平台夾盤30a上之半導體基板向上述基板表背面洗淨機器6上移送；及將上述基板表背面洗淨機器6上之半導體基板向上述研磨加工平台室11c內之暫置台PS1f、PS1b上移送。
上述索引型轉台2係軸承於旋轉軸上，該旋轉軸係藉由未圖示之旋轉驅動裝置而按逆時針方向逐次旋轉90度，或者為了防止電線或冷卻液、空氣等之伺服配管之扭曲破損 而於4次旋轉中進行1次順時針方向旋轉270度。透過該索引型轉台2之旋轉，4對基板夾盤台30a、30b、30c、30d成為另外名稱之基板夾盤台30b、30c、30d、30a之位置，並將變更夾盤名記錄於數值控制記錄部(未圖示)。
於上述裝載/卸載平台夾盤30a之上方，設置有美國專利第7,238,087號說明書(專利文獻3)中揭示之夾盤洗淨機器38。該夾盤洗淨機器38具備：電刷38a、旋轉式夾盤清洗砥石38b、及純水供給噴嘴。一邊由純水供給噴嘴向旋轉之上述裝載/卸載平台夾盤30a表面供給純水，一邊使旋轉之電刷38a下降而與上述裝載/卸載平台夾盤30a表面抵接，產生滑動摩擦，去除附著於夾盤30a面上之研削殘渣或砥粒屑後，使電刷上升，隨後，使正在旋轉的旋轉式夾盤清洗砥石38b下降而與夾盤30a表面抵接，產生滑動摩擦，去除由純水供給噴嘴所供給之純水及紮進多孔陶瓷夾盤30a內之研削殘渣。進而，自上述多孔陶瓷夾盤30a之背面噴出加壓水，使紮進多孔陶瓷夾盤30a內之研削殘渣自多孔陶瓷夾盤30a內噴出而完全取去。
於上述基板粗研削平台夾盤30b之上方設置有粗研削機構90，其透過馬達90e之驅動而使滑行板90d在導引軌90f上可進行上下升降移動，上述滑行板90d係於管柱之前面具備固定有對砥號300~2,000之金剛石杯形磨輪型粗研削砥石90a進行軸承之砥石軸90b的固定板90c。上述砥石軸90b之旋轉驅動裝置即馬達或滑車(pulley)、傳送帶等之旋轉驅動器具因設置於管柱內而未顯示於附圖中。基板夾盤 之旋轉速度為8~300rpm(min-1)，杯形磨輪型研削砥石之旋轉速度為1,000~4,000min-1，向矽基盤面之研削液供給量為100~2,000cc/min。
上述金剛石杯形磨輪型粗研削砥石90a與半導體基板相抵接之研削加工點上係藉由研削液供給噴嘴(未圖示)而被供給研削液。作為該研削液，可使用純水、二氧化鈰粒子水分散液、氣相二氧化矽(fumed silica)水分散液、膠體二氧化矽(colloidal silica)水分散液、或者於該等研削液中調配有四甲基銨、乙醇胺、氫氧化鉀、咪唑啉鎓鹽等而成者。
於上述基板邊緣研削平台夾盤30c附近之基底12上，設置有邊緣研削裝置9，其使邊緣研削砥石輪9a之滑動件9d於導引軌9c上在馬達9e之驅動下進行前後移動，及使固定於對上述邊緣研削砥石輪9a進行軸承之砥石軸上的滑行板在馬達9g之驅動下於導引板軌9f上可進行上下升降移動。
為了使用上述邊緣研削裝置9對經粗研削加工後之半導體基板w之矽基盤外周緣實施邊緣研削，以如下方式進行：如圖2所示，使於正在旋轉的上述基板邊緣研削平台夾盤30c上之半導體基板w之矽基盤外周緣上方進行旋轉的上述邊緣研削砥石輪9a朝前方移動(圖2a)，隨後，使上述邊緣研削砥石輪9a下降，並使邊緣研削砥石輪9a之圓周表面與矽基盤外周緣起的0.5~3mm內進行抵接˙滑動摩擦，實施進給研削加工(圖2b)，在減少所需厚度後，使上述邊緣研削砥石輪9a上升，自半導體基板w之邊緣研削加工面 遠離。
作為對上述邊緣研削砥石輪9a與半導體基板之矽基盤外周緣相抵接之研削加工點所供給的研削液，可使用純水、二氧化鈰粒子水分散液、氣相二氧化矽水分散液、膠體二氧化矽水分散液、或者於該等研削液中調配有四甲基銨、乙醇胺、氫氧化鉀、咪唑啉鎓鹽等而成者。
於上述基板修飾研削平台夾盤30d之上方設置有修飾研削機構91，其透過馬達91e之驅動而使滑行板91d在導引軌91f上可進行上下升降移動，上述滑行板91d係於管柱之前面具備固定有對砥號2,500~30,000之金剛石杯形磨輪型修飾研削砥石91a進行軸承之砥石軸91b的固定板91c。上述砥石軸91b之旋轉驅動裝置即馬達或滑車、傳送帶等之旋轉驅動器具因設置於管柱內而未顯示於附圖中。基板夾盤之旋轉速度為5~80rpm(min-1)，杯形磨輪型研削砥石之旋轉速度為400~3,000min-1，向矽基盤面之研削液供給量為100~2,000cc/min。
將研削加工平台20上之厚度750~770μm左右之矽基盤面的研削部分(730~750μm厚度)利用上述半導體基板之粗研削加工平台、修飾研削加工平台而去除10~40μm之厚度。
於基板粗研削平台夾盤30b及基板修飾研削夾盤30d附近之基底12上，設置有測定半導體基板厚度之兩點式厚度指示器89、89。該測定半導體基板厚度之厚度測定機器亦可使用日本專利特開2009-88073號公報中揭示之非接觸式厚度測定器，其具備感測器頭保持具、控制單元、及資料 解析機構，上述感測器頭保持具上設有流體通路，可將氣體供給至包含雷射光投光器與受光器之感測器頭之外周。
作為上述市售之利用雷射光反射率之厚度測定器，係將近紅外光(波長1.3μm)以雷射光束點直徑1.2~250μmΦ而照射至計測平台上之矽基板之單面，由受光器檢測到其反射光，並計算矽基板之厚度的矽基板厚度測定器，可獲得PRECISE GAUGES有限公司之LTM1001(商品名)，PHOTOGENIC有限公司之厚度測定裝置C8125(商品名)，美國FRONTIER SEMICONDUCTOR公司之FSM413-300(商品名)。又，作為使用有將650nm~1,700nm波長之近紅外光以光束點直徑100~1,000μm而利用之反射率分光法的非接觸光學式厚度測定器，可獲得美國FILMETRICS,INC.公司之非接觸光學式厚度測定器F20-XT(商品名)、大塚電子有限公司之生產線上(In-Line)膜厚測定器MCPD5000(商品名)。測定半導體基板之印刷佈線基板面厚度之分光的波長可使用白色光(420~720nm波長)，測定矽基盤厚度之分光的波長可使用650nm或1.3μm波長。
上述機械手臂正反旋轉式之第三多關節型搬送機器人7係以機械手臂7a把持裝載/卸載平台夾盤30a上之半導體基板，並向上述基板表背面洗淨機器6上搬送。
上述基板表背面洗淨機器6具備例如：對半導體基板表背面之外周緣部進行電刷洗滌器洗淨之1對電刷6a、6a； 及對半導體基板表背面供給洗淨液之洗淨液供給噴嘴6b、6c。半導體基板表背面之洗淨係以如下方式進行：將半導體基板移送至基板表背面洗淨機器6之圓板狀多孔陶瓷吸附夾盤6d上，隨後，一邊對所載置之半導體基板之表背面供給洗淨液，一邊旋轉圓板狀多孔陶瓷吸附夾盤6d而進行電刷洗滌器洗淨，其後，以6對固定爪把持半導體基板之外周緣，且使等間隔地支持該6對固定爪之環上升，藉此使半導體基板自圓板狀多孔陶瓷吸附夾盤6d上面遠離，自上述洗淨液供給噴嘴6b、6c向半導體基板表背面供給洗淨液。又，日本專利特開2009-277740號公報中揭示之基板表背面洗淨機器6具體而言亦可係如下的基板表背面洗淨機器6：於洗淨機器之中央部設置有洗淨液貯水槽，於該貯水槽之中央部立起而設置的旋轉主軸之周圍設置有支持凸緣，自該支持凸緣以與上述旋轉主軸平行之方式立起設置有行星旋轉軸，於行星旋轉軸之上方設置有直徑為自半導體基板之外周緣至中心點為止之距離的基板面擦拭具，藉由旋轉驅動上述旋轉主軸而使該基板面擦拭具進行行星旋轉，從而對自半導體基板w之外周緣至中心點為止的面實施行星旋轉洗淨。
作為粗研削液、修飾研削液、洗淨液，一般為純水，但由於之後的步驟中半導體基板係供研磨步驟或洗淨步驟之用，故純水中亦可含有鹼或水溶性胺化合物。
基板表背面洗淨機器6上之表背面已洗淨之半導體基板係被上述第三移送式多關節型基板搬送機器人17之機械臂 17a把持，並向上述研磨加工平台室11c內之圓形狀暫置台定盤PS1之暫置台PS1f、PS1b上移送。
上述研磨加工平台室11c內之半導體基板之研磨加工作業所需之時間為上述研削加工平台20上之研削加工作業之約2倍。因此，研磨加工平台70係以可同時實施2塊半導體基板之研磨加工作業之方式構成。
於上述研磨加工平台室11c內，構成為研磨加工平台70，其中，在同一圓周上且等間隔地設置有可載置4塊基板之圓形狀之4組暫置台的暫置台定盤PS1、及同時研磨2塊基板之平面圓形狀之研磨定盤第一、第二及第三該3台研磨定盤PS2、PS3、PS4其等4組定盤PS1、PS2、PS3、PS4之中心點係在同一圓周上，且設置有等間隔且旋轉自如地設置之研磨機構、與在上述3組研磨定盤PS2、PS3、PS4各自之附近打磨研磨定盤之研磨布的3組打磨器76、76、76，於打磨器之支柱旁，配置有打磨器洗淨噴嘴76a、76a、76a，於該等4組定盤PS1、PS2、PS3、PS4之上方，設置有1台索引型頭71，於該索引型頭之下方，設置有基板夾盤機構，其係將使基板之被研磨之面朝下方而進行吸附之1對基板吸附夾盤70a、70b同時獨立地且旋動自如地支持於主軸上而形成之基板吸附夾盤機構4組設置於同心圓上，而可吸附固定8塊基板者。
如圖3所示，上述1對基板吸附夾盤70a、70b係透過索引型頭71之旋轉軸71s進行90度旋轉而可使各基板吸附夾盤70a、70b分別與上述4台定盤PS1、PS2、PS3、PS4中之 任一組對應且相對。
又，上述1對基板吸附夾盤70a、70b之主軸70s、70s係分別獨立地透過馬達70m、70m之驅動而可旋轉，且利用轉軸78將支持兩基板吸附夾盤70a、70b之固定板的支持板70e之上部吊下，於固定該轉軸78之滑行板78a背面設置有與滾珠螺桿擰在一起的固定螺釘移動台，其係藉由將伺服馬達78m之旋轉驅動傳達至上述滾珠螺桿而於導引軌78b上可進行上下滑行。由該上下移動而使上述1對基板吸附夾盤70a、70b進行上下移動。
上述4組定盤PS1、PS2、PS3、PS4之旋轉軸79係藉由伺服馬達79m而旋轉。
被主軸70s、70s正在旋轉之上述1對基板吸附夾盤70a、70b所吸附之2塊(第一與第二)半導體基板w、w之矽基盤面，係實施與旋轉軸79正在旋轉之研磨定盤之研磨布PS表面進行抵接˙滑動摩擦的研磨加工。
於上述半導體基板之研磨加工時，上述半導體基板w、w與研磨定盤之研磨布PS進行滑動摩擦的加工點上係藉由供給噴嘴72、72而被供給水系研磨劑。作為該水系研磨劑，可使用純水、二氧化鈰粒子水分散液、氣相二氧化矽水分散液、膠體二氧化矽水分散液、或者於該等研削液中調配有四甲基銨氫氧化物、乙醇胺、氫氧化鉀、咪唑啉鎓鹽等之鹽基、界面活性劑、螯合劑、pH調整劑、氧化劑、防腐劑而成者。水系研磨劑係以50~2,500cc/min之比例供給至研磨布(研磨墊)面。
作為研磨定盤PS2、PS3、PS4之研磨布，較好的是於發泡聚氨基甲酸酯積層體片材、不織布上塗佈並含浸包含具有胺基甲酸酯預聚物與活性氫基之硬化劑化合物的塗敷劑，且使其加熱發泡而成者。關於研磨布，可從NITTA HAAS有限公司及東洋紡有限公司購買聚氨基甲酸酯積層片材墊，從TORAY COATEX有限公司及三井化學有限公司購買聚酯纖維製不織布墊，從東洋紡有限公司購買含有二氧化鈰之聚氨基甲酸酯製墊。作為TSV晶圓之電極頭突出用之研磨布，較好的是JIS-A硬度60~85之柔軟的發泡聚氨基甲酸酯製墊。
圖1中未圖示，作為測定經研磨加工後之半導體基板之厚度的厚度測定機器，較好的是使用既已描述之日本專利特開2009-88073號公報中揭示的非接觸式厚度測定器。
上述主軸70s、70s正在旋轉之上述1對基板吸附夾盤70a、70b之轉速於研磨定盤PS2、PS3上為5~100min-1，於研磨定盤PS4上為2~55min-1。研磨定盤PS2、PS3之轉速宜為5~100min-1，研磨定盤PS4之轉速宜為2~55min-1。研磨定盤與半導體基板接觸之壓力為50~300g/cm2，較好的是80~250g/cm2。粗研磨加工與中度修飾研磨加工之研磨加工條件、水系研磨劑之種類可相同，亦可不同。
以上述半導體基板之粗研磨加工平台及中度修飾研磨加工平台而去除研磨加工平台70上之半導體基板之研磨部分(5~20μm厚度)的85~95%，並以修飾研磨加工而去除0.1~2μm之厚度。水系研磨劑中係使用含有二氧化鈰粒子或二 氧化矽粒子之研磨劑漿料，因此矽基盤面優先於金屬電極而被研磨，故由矽基盤面可獲得電極頭突出高度為1~20μm之TSV基板。
在使用表面物性均勻之研磨布時，關於所獲得之TSV晶圓之電極頭突出高度，在電極孤立存在之部位，為研磨部分量之90~95%之突出高度，在電極密集存在之部位，為研磨部分量之55~60%之突出高度。因此可予測，若形成為使研磨電極密集存在之部位之研磨布的JIS-A硬度低於研磨電極孤立存在之部位之研磨布的JIS-A硬度之圖案的研磨布花紋，則可獲得與兩者之電極頭突出高度最近似的TSV晶圓。
使用圖1所示之基板之平坦化加工裝置1而使半導體基板背面之矽基盤面、或TSV基板背面之貫通電極矽基盤面實現薄壁化˙平坦化的作業係經由以下步驟進行。再者，括弧內之作業時間亦依賴於半導體基板之直徑、薄壁化之矽基盤部分(厚度)，且係表示以300mm直徑及450mm直徑之半導體基板作為加工對象的作業時間。
1)使用第一多關節型基板搬送機器人14，將保管於基板收納盒13內之半導體基板w搬送移動至裝載/卸載平台室11a內，進而移送至定位暫置台4，於該定位暫置台上進行半導體基板之定中心。(3~8秒)
2)使用第二移送式多關節型基板搬送機器人16，將第一定位暫置台5上之半導體基板移送至研削平台室11b內之第二定位暫置台5上。於該第二定位暫置台上進行半導體基 板之定中心。(3~8秒)
3)使用第三多關節型搬送機器人17，將該第二定位暫置台5上之半導體基板載置於裝載有索引型轉台2之裝載/卸載平台夾盤30a上之後，接著，對夾盤30a進行減壓，將半導體基板之背面(矽基盤面)朝上方並固定於吸附夾盤30a上。(3~8秒)
4)使上述索引型轉台2按逆時針方向旋轉90度，使上述裝載/卸載平台夾盤30a上之半導體基板向基板粗研削平台夾盤30b位置移動。(0.5~2秒)
5)使基板粗研削平台夾盤30b以8~300min-1之旋轉速度旋轉，繼而，使杯形磨輪型粗研削砥石90a以1,000~4,000min-1之旋轉速度一邊旋轉一邊下降而與半導體基板之矽基盤面進行抵接˙滑動摩擦，並實施進給粗研削加工。減少之厚度例如為730μm。於進給粗研削加工過程中，上述杯形磨輪型粗研削砥石90a與半導體基板w接觸之作業點上係以100~2,000cc/min之比例被供給研削液。在由厚度測定機器89所測定的上述半導體基板之厚度成為所需之厚度之閾值後，使上述杯形磨輪型粗研削砥石90a上升而自上述半導體基板之矽基盤面遠離。(2.5~5分)
6)使上述索引型轉台2按逆時針方向旋轉90度，使上述基板粗研削平台夾盤30b上之經粗研削加工後之半導體基板向基板邊緣研削平台夾盤30c位置移動。(0.5~2秒)
7)使基板邊緣研削平台夾盤30c以50~300min-1之旋轉速度旋轉，同時使邊緣研削裝置之邊緣研削砥石輪9a以 1,000~8,000min-1之旋轉速度旋轉並向半導體基板所在之前方移動，接著，使該旋轉之邊緣研削砥石輪9a下降而進行進給邊緣研削加工，使基板邊緣研削平台夾盤30c上之半導體基板背面之矽基盤外周緣減少所需之厚度(20~100μm)。邊緣研削砥石輪9a與上述半導體基板w相接之作業點上係被供給研削液。在由厚度測定機器(未圖示)所測定的上述半導體基板之外周緣部之厚度成為所需之厚度之閾值後，使上述邊緣研削砥石輪9a上升而自上述半導體基板之外周緣部面遠離。隨後，使上述邊緣研削砥石輪9a後退，返回至邊緣研削開始點位置為止。(0.5~1分)
8)使上述索引型轉台2按逆時針方向旋轉90度，使上述基板邊緣研削平台夾盤30c上之經邊緣研削加工後之半導體基板向基板修飾研削平台夾盤30d位置移動。(0.5~2秒)
9)使基板修飾研削平台夾盤30d以8~300min-1之旋轉速度旋轉，隨後使杯形磨輪型修飾研削砥石91a以400~3,000min-1之旋轉速度一邊旋轉一邊下降而與經粗研削加工後之半導體基板之矽基盤面抵接，並實施進給修飾研削加工。減少之厚度為1~20μm，較好的是2~10μm。於進給修飾研削加工過程中，上述杯形磨輪型修飾研削砥石與半導體基板相接之作業點上係被供給研削液。在由厚度測定機器89所測定的上述半導體基板之厚度成為所需之厚度之閾值後，使上述杯形磨輪型修飾研削砥石91a上升而自上述半導體基板之矽基盤面遠離。(2~4分)
10)使上述索引型轉台2按順時針方向旋轉270度或者按 逆時針方向旋轉90度，使上述基板修飾研削平台夾盤30d上之半導體基板向裝載/卸載平台夾盤30a位置移動。(0.5~2秒)
11)使用第三多關節型搬送機器人17，將固定於上述裝載/卸載平台夾盤30a上之已實施粗研削加工、邊緣研削加工及修飾研削加工的半導體基板向基板表背面洗淨機器6移送，並於該場所洗淨上述半導體基板之表面與背面。(5~15秒)
12)使用上述第三多關節型搬送機器人17，將基板表背面洗淨機器6上之半導體基板w向上述研磨加工平台室11c內之暫置台定盤PS1上移送，且以使半導體基板之矽基盤面朝下方之方式進行表面背面反轉，隨後載置於上述暫置台PS1f上。(1~2秒)
13)使上述第三多關節型搬送機器人之搬送機械臂返回至等待位置。(0.5~1秒)
14)在實施上述1)步驟至13)步驟之期間，對另外新移送的第二半導體基板進行粗研削加工˙邊緣研削加工˙修飾研削加工˙兩面洗淨，使用上述第三多關節型搬送機器人17，將上述基板表背面洗淨機器6上之半導體基板w向上述研磨加工平台室11c內之暫置台定盤PS1上移送，且以使半導體基板之矽基盤面朝下方之方式進行表面背面反轉，隨後載置於上述暫置台PS1b上。(2~4秒)
15)使載置有上述2塊半導體基板w、w之暫置台定盤PS1之旋轉軸79進行180度旋轉。其次，使設置於索引型頭71 下方之1對基板吸附夾盤70a、70b自該暫置台定盤PS1之上方下降，對上述第一及第二2塊半導體基板w、w進行真空吸附，隨後使該1對基板吸附夾盤之70a、70b上升。(2~4秒)
16)使索引型頭之主軸按順時針方向旋轉90度，將保持於上述2塊半導體基板下面之1對基板吸附夾盤朝與第一研磨定盤PS2對向之位置移動。(1~2.5秒)
17)使第一研磨定盤PS2以5~100min-1之旋轉速度旋轉，同時使上述1對基板吸附夾盤70a、70b以5~100min-1之旋轉速度一邊旋轉一邊下降，使上述2塊半導體基板w、w之矽基盤面與上述第一研磨定盤PS2之研磨布進行滑動摩擦而實施粗研磨加工。於該粗研磨加工過程中，半導體基板之矽基盤面與第一研磨定盤之研磨布產生滑動摩擦之研磨作業點上，係自研磨液供給噴嘴72、72被供給研磨劑液。在對半導體基板之矽基盤面實施減少所需厚度(例如10μm)之粗研磨加工後，使上述1對基板吸附夾盤上升，停止1對吸附夾盤70a、70b之旋轉。(5~10分)
18)使索引型頭之主軸71s按順時針方向旋轉90度，將保持於上述經粗研磨加工後之2塊半導體基板w、w下面之1對基板吸附夾盤70a、70b朝與第二研磨定盤PS3對向的位置移動。(1~2.5秒)
19)使第二研磨定盤PS3以5~100min-1之旋轉速度旋轉，同時使上述1對基板吸附夾盤70a、70b以5~100min-1之旋轉速度一邊旋轉一邊下降，使上述2塊半導體基板w、w之 矽基盤面與上述第二研磨定盤PS3之研磨布產生滑動摩擦而實施中度修飾研磨加工。於該中度修飾研磨加工過程中，半導體基板之矽基盤面與第二研磨定盤之研磨布產生滑動摩擦之研磨作業點上，係自研磨液供給噴嘴72、72被供給研磨劑液。在對半導體基板之矽基盤面實施減少所需厚度(例如5μm)之中度修飾研磨加工後，使上述1對基板吸附夾盤上升，停止1對吸附夾盤之旋轉。(5~10分)
20)使索引型頭之主軸71s按順時針方向旋轉90度，將保持於上述經中度修飾研磨加工後之2塊半導體基板w、w下面之1對基板吸附夾盤70a、70b朝與第三研磨定盤PS4對向的位置移動。(1~2.5秒)
21)使第三研磨定盤PS4以2~55min-1之旋轉速度旋轉，同時使上述1對基板吸附夾盤70a、70b以2~55min-1之旋轉速度一邊旋轉一邊下降，使上述2塊半導體基板之矽基盤面與上述第三研磨定盤PS4之研磨布產生滑動摩擦而進行精密修飾研磨加工。於該精密修飾研磨加工過程中，半導體基板之矽基盤面與第三研磨定盤之研磨布產生滑動摩擦之研磨作業點上，係自研磨液供給噴嘴72、72被供給研磨劑液。在對半導體基板之矽基盤面實施減少所需厚度(例如1~2μm)之精密修飾研磨加工後，停止上述1對基板吸附夾盤70a、70b之旋轉，及亦停止上述第三研磨定盤PS4之旋轉。(2~8分)
22)使索引型頭之主軸71s按順時針方向旋轉90度或者按逆時針方向旋轉270度，將保持於上述經修飾研磨加工 後之2塊半導體基板w、w下面之1對基板吸附夾盤70a、70b朝與暫置台定盤PS1對向的位置移動，使被1對基板吸附夾盤70a、70b所吸附之2塊半導體基板抵接於暫置台定盤PS1表面。其後，自上述1對基板吸附夾盤70a、70b之背面吹入加壓空氣0.5~1秒，藉此鬆開由基板吸附夾盤對半導體基板之固定，接著，停止加壓空氣之供給後，使上述1對基板吸附夾盤70a、70b上升，藉此使2塊經精密修飾研磨加工後之半導體基板殘留於上述暫置台定盤PS1上，其後使上述暫置台定盤PS1進行180度旋轉。(2~4秒)
23)使用裝載/卸載平台室11a內之上述第二移送式多關節型基板搬送機器人16來把持載置於上述研磨加工平台室11c內之上述暫置台定盤PS1上之經精密修飾研磨加工後的半導體基板，即，位於上述第二移送式多關節型基板搬送機器人16近前側之暫置台PS1f上的第一半導體基板w，隨後，將該經精密修飾研磨加工後之第一半導體基板向基板洗淨機器3上移送，並於其上對經精密修飾研磨加工後之半導體基板進行旋轉洗淨。(0.5~2分)
24)使用第一移送式多關節型基板搬送機器人14來把持上述基板洗淨機器5上之洗淨後的第一半導體基板w，並移送至裝載埠位置之收納盒13內而收納。於此期間，使用上述第二移送式多關節型基板搬送機器人16來把持上述暫置台PS1b上之經精密修飾研磨加工後的第二半導體基板w，將該經精密修飾研磨加工後之第二半導體基板w向上述基板洗淨機器5上移送，並於其上對經精密修飾研磨加工後 之半導體基板進行旋轉洗淨。(0.5~2分)
25)使用第一移送式多關節型基板搬送機器人14來把持上述基板洗淨機器5上之洗淨後的第二半導體基板w，並移送至裝載埠位置之收納盒13內而收納。(1~3秒)
在實施上述1)步驟至25)步驟之期間，各基板裝載/基板卸載平台室11a、研削加工平台室11b、及研磨加工平台室內之機械要素係在進行與上述相同之基板裝載/基板卸載平台作業、研削加工平台作業、及研磨加工平台作業。
因此，對於在直徑300mm、厚度770μm之矽基盤之表面已實施佈線印刷的半導體基板背面矽基盤之減少740μm厚度之研削加工、及減少10μm厚度之研磨加工的2塊半導體基板之平面平坦化加工之處理量的最大時間約為5分鐘，故1小時可獲得最大處理量約24塊之經平坦化加工後的半導體基板。又，對於在直徑450mm、厚度770μm之矽基盤之表面已實施佈線印刷的半導體基板背面矽基盤之減少730μm厚度之研削加工、及減少10μm厚度之研磨加工的1對半導體基板之平面平坦化加工之處理量的最大時間約為11分鐘，故1小時可獲得約12塊之經平坦化加工後的半導體基板。
進而，積層有直徑300mm、厚度775μm之2塊貫通電極晶圓之1對銅電極頭突出TSV晶圓的平坦化加工處理時間約為10分鐘，故每1小時可獲得12塊之銅電極頭突出TSV晶圓。
[實施例]
實施例1
使用圖1所示之基板之平坦化裝置，在以下所示之加工條件下，對積層有直徑300mm、厚度775μm之基板之2塊貫通電極晶圓的TSV晶圓之銅電極貫通矽基盤(TSV晶圓，厚度1,550μm)進行銅電極頭突出平坦化加工。將所獲得之TSV晶圓之電極孤立部及電極密集部之銅電極頭突出高度分佈(單位μm)示於表1。於26塊TSV晶圓之銅電極頭突出平坦化加工過程中，未看到TSV晶圓之碎屑或破裂。
加工條件：粗研削加工部分：厚度700μm
邊緣研削部分：自外周緣向中心內側2mm寬度，厚度50μm
修飾研削加工部分：厚度33μm
粗研磨加工及中度修飾研磨加工部分：厚度10μm
修飾研磨加工部分：厚度12μm
加工速率控制平台及其處理時間：粗研磨加工平台及中度修飾研磨加工平台分別為5分48秒
研削液：離子交換水(純水)
用於粗研磨加工、中度修飾研磨加工、修飾研磨加工之研磨劑液：FUJIMI INCORPORATED公司之膠體二氧化矽系研磨劑漿料
「Glanzox-1302(商品名)」
基板表背面洗淨液：離子交換水
第一洗淨機器所使用之洗淨液：第1次為SC1，第2次為SC2，最後為離子交換水
金剛石杯形磨輪型粗研削砥石之砥號：500號
粗研削砥石軸之轉速：2,400min-1
金剛石陶瓷結合(Vitrified Bonded)砥石輪之砥號：500號
粗研削加工平台吸附夾盤之轉速：200min-1
金剛石杯形磨輪型修飾研削砥石之砥號：8,000號
修飾研削砥石軸之轉速：1,700min-1
修飾研削加工平台吸附夾盤之轉速：200min-1
各個研磨定盤之研磨布：NITTA HAAS公司製SUBA1400(商品名)
粗研磨加工、中度修飾研磨加工時之基板夾盤之轉速：41min-1
粗研磨加工、中度修飾研磨加工時之第二及第三研磨定盤之轉速：40min-1
修飾研磨加工時之基板夾盤之轉速：21min-1
實施例2~3
在表1所示之加工條件下對TSV矽基盤面之部分進行加工，此外與實施例1中同樣地對銅電極貫通矽基盤(TSV晶圓)進行銅電極頭突出平坦化加工。將所獲得之TSV晶圓之銅電極頭突出高度(μm)分佈示於表1。
實施例4
使用圖1所示之基板之平坦化裝置，在以下所示之加工條件下，對矽基盤之直徑300mm、厚度775μm之半導體基板之印刷佈線面上貼附有黏著保護片材之DRAM基板進行背面矽基盤之平坦化加工。所獲得之具有厚度25μm矽基盤之DRAM的表面平均粗度Ra為0.5nm。
再者，於研削步驟結束而轉移至研磨平台時，研削加工矽基盤面之平均粗度為：Ra為4nm，Ry為0.024μm，Rz為0.016μm。
於26塊DRAM之背面平坦化加工過程中，未看到DRAM之碎屑或破裂。每1塊DRAM之處理時間為4分42秒。
加工條件：粗研削加工部分：厚度540μm
邊緣研削部分：自外周緣向中心內側2mm寬度，厚度210μm
修飾研削加工部分：厚度200μm
粗研磨加工及中度修飾研磨加工部分：厚度8μm
修飾研磨加工部分：厚度2μm
加工速率控制平台及其處理時間： 粗研磨加工平台及中度修飾研磨加工平台分別為4分40秒
研削液：離子交換水(純水)
用於粗研磨加工、中度修飾研磨加工、修飾研磨加工之研磨劑液：FUJIMI INCORPORATED公司之膠體二氧化矽系研磨劑漿料
「Glanzox-1302(商品名)」
基板表背面洗淨液：離子交換水
第一洗淨機器所使用之洗淨液：第1次為SC1，第2次為SC2，最後為離子交換水
金剛石杯形磨輪型粗研削砥石之砥號：500號
粗研削砥石軸之轉速：2,400min-1
粗研削加工平台吸附夾盤之轉速：200min-1
金剛石陶瓷結合砥石輪之砥號：500號
金剛石杯形磨輪型修飾研削砥石之砥號：8,000號
修飾研削砥石軸之轉速：1,700min-1
修飾研削加工平台吸附夾盤之轉速：200min-1
各個研磨定盤之研磨布：NITTA HAAS公司製SUBA1400(商品名)
粗研磨加工、中度修飾研磨加工時之基板夾盤之轉速：41min-1
粗研磨加工、中度修飾研磨加工時之第二及第三研磨定盤之轉速：40min-1
修飾研磨加工時之基板夾盤之轉速：21min-1
[產業上之可利用性]
本發明之半導體基板之平坦化加工裝置可以高處理量進行半導體基板背面之矽基盤面之研削˙研磨加工。又，可製造出異物之附著個數較少且極薄之半導體基板。
1‧‧‧基板之平坦化加工裝置
2‧‧‧索引型轉台
3‧‧‧基板洗淨機器
4‧‧‧第一定位暫置台
5‧‧‧第二定位暫置台
6‧‧‧基板表背面洗淨機器
9‧‧‧邊緣研削裝置
11‧‧‧部室
11a‧‧‧基板之裝載/卸載平台室
11b‧‧‧基板之研削加工平台室
11c‧‧‧基板之研磨加工平台室
12‧‧‧基底
13‧‧‧收納盒
14‧‧‧第一多關節型基板搬送機器人
15‧‧‧第一定位暫置台
16‧‧‧第二移送式多關節型基板搬送機器人
17‧‧‧第三多關節型搬送機器人
20‧‧‧研削加工平台
30a、30b、30c、30d‧‧‧基板夾盤台
38‧‧‧夾盤洗淨器
70‧‧‧研磨加工平台
70a、70b‧‧‧基板吸附夾盤
71‧‧‧索引型頭
90‧‧‧粗研削加工平台
91‧‧‧修飾研削加工平台
PS1‧‧‧暫置台定盤
PS2、PS3、PS4‧‧‧研磨定盤
圖1係半導體基板之平坦化加工裝置之平面圖；圖2a係表示邊緣研削裝置之研削砥石輪前進之狀態，圖2b係表示邊緣研削裝置之研削砥石輪下降並抵接於半導體基板之邊緣部而進行邊緣研削的狀態，圖2c係表示邊緣研削裝置之研削砥石輪進一步下降而研削至半導體基板之支撐基板之斜面部為止的狀態，圖2d係表示半導體基板之邊緣研削加工結束從而邊緣研削裝置之研削砥石輪上升的狀態；圖3係表示以第三研磨定盤研磨2塊半導體基板之狀態之剖面圖；及圖4係半導體基板之平坦化加工裝置之平面圖。(公知)
1‧‧‧基板之平坦化加工裝置
2‧‧‧索引型轉台
3‧‧‧基板洗淨機器
3a、3b、6b、6c‧‧‧洗淨液供給噴嘴
4‧‧‧第一定位暫置台
5‧‧‧第二定位暫置台
6‧‧‧基板表背面洗淨機器
6a‧‧‧電刷
9‧‧‧邊緣研削裝置
9a‧‧‧邊緣研削砥石輪
9c、90f、91f‧‧‧導引軌
9d‧‧‧滑動件
9f‧‧‧導引板軌
9e、9g、90e、91e‧‧‧馬達
11‧‧‧部室
11a‧‧‧基板之裝載/卸載平台室
11b‧‧‧基板之研削加工平台室
11c‧‧‧基板之研磨加工平台室
11d‧‧‧透明窗
12‧‧‧基底
13‧‧‧收納盒
14‧‧‧第一多關節型基板搬送機器人
14a‧‧‧導軌
14b‧‧‧機械手
16、16'‧‧‧第二移送式多關節型基板搬送機器人
16a‧‧‧滾珠螺桿
16b、17a‧‧‧機械臂
17‧‧‧第三多關節型搬送機器人
20‧‧‧研削加工平台
30a、30b、30c、30d‧‧‧基板夾盤台
38‧‧‧夾盤洗淨器
70‧‧‧研磨加工平台
70a、70b‧‧‧基板吸附夾盤
71‧‧‧索引型頭
71s‧‧‧主軸
76‧‧‧打磨器
76a‧‧‧打磨器洗淨噴嘴
89‧‧‧厚度測定機器
90‧‧‧粗研削加工平台
90d、91d‧‧‧滑行板
91‧‧‧修飾研削加工平台
91a‧‧‧杯形磨輪型修飾研削砥石
91b‧‧‧砥石軸
PS1‧‧‧暫置台定盤
PS1b、PS1f‧‧‧暫置台
PS2、PS3、PS4‧‧‧研磨定盤

Claims (2)

  1. 一種半導體基板之平坦化加工裝置，其特徵在於：其係將裝配有平坦化加工裝置之部室由間隔壁劃分為以下3室：自前方部起的L字狀之半導體基板之裝載/卸載平台室、中間部之半導體基板之研磨加工平台室、及裏部之半導體基板之研削加工平台室，於上述各平台室間之間隔壁上，設置有使鄰接之平台室相通且可使基板出入之開口部，於上述裝載/卸載平台室之前方部壁室之外，設置有複數台之裝載埠之基板收納盒，且於上述半導體基板之裝載/卸載平台室內，在上述裝載埠背後之室內設置有第一多關節型基板搬送機器人，於其左側設置有基板洗淨機器，於該基板洗淨機器之上方設置有第一定位暫置台，於上述第一定位暫置台之後方裏部設置有第二移送式多關節型基板搬送機器人；於上述研磨加工平台室內，設置有研磨加工平台，其中，由在同一圓周上且等間隔地設置有可載置4塊基板之尺寸之圓形狀之4組暫置台的暫置台定盤、及同時研磨加工2塊基板之平面圓形狀之第一、第二及第三研磨定盤等3組所構成的4組定盤之中心點係在同一圓周上，且設置有等間隔且旋轉自如地設置之研磨機構、與在上述3組研磨定盤各自之附近打磨研磨定盤之研磨布的3組打磨器，以及於該等4組定盤之上方，設置有1台索引型頭，於該索引型頭之下方，設置有基板夾盤機構，其係將使基板之被研磨之面朝下方而進行吸附之1對基板吸 附夾盤同時獨立地且旋動自如地支持於主軸上而形成之基板吸附夾盤機構4組設置於同心圓上，而可吸附固定8塊基板者，並可使被各基板吸附夾盤所吸附之半導體基板分別與上述4組定盤中之任一組對應且相對；於上述半導體基板之研削加工平台室內，設置有研削加工平台，其中，將第二定位暫置台設置於上述第二移送式多關節型基板搬送機器人之背面側，於該第二定位暫置台之右橫側設置有機械手臂正反旋轉式之第三多關節型搬送機器人，於該第三多關節型搬送機器人之右橫側設置有基板表背面洗淨機器，於上述第三多關節型搬送機器人及該基板表背面洗淨機器之後側，設置有將4組基板夾盤台於1台索引型轉台上等間隔且可旋轉地設置於同一圓周上的基板夾盤定盤，上述4組基板夾盤台為裝載/卸載平台夾盤、基板粗研削平台夾盤、基板邊緣研削平台夾盤、及基板修飾研削夾盤之位置，將其索引儲存於數值控制裝置，以及於上述基板邊緣研削平台夾盤之附近設置有使邊緣研削砥石輪可進行前後移動及上下升降移動之邊緣研削裝置，且於上述基板粗研削平台夾盤之上方，以可進行上下升降移動及可旋轉之方式設置有杯形磨輪型粗研削砥石，且於上述基板修飾研削平台夾盤之上方，以可進行上下升降移動及可旋轉之方式設置有杯形磨輪型修飾研削砥石，並使上述第三多關節型搬送機器人進行以下作業：將上述第二定位暫置台上之半導體基板向上述裝載/卸載平台夾盤上移送；將上述裝載/卸載平台夾盤上之半導體基板向上述基板表背面洗 淨機器上移送；及將上述基板表背面洗淨機器上之半導體基板向上述研磨加工平台室內之上述暫置台定盤上移送。
  2. 一種半導體基板之背面平坦化加工方法，其特徵在於：使用如請求項1之半導體基板之平坦化加工裝置，將收納於基板收納盒中之半導體基板向研削加工平台室內搬入，於該研削加工平台室內，使用杯形磨輪型砥石對半導體基板之背面進行粗研削加工，利用砥石輪對經該粗研削加工後之半導體基板之背面從外周緣起的1~3mm寬度進行邊緣研削加工而去除後，使用杯形磨輪型砥石進行修飾研削加工，使半導體基板之背面薄壁化，將該薄壁化之半導體基板向研磨加工平台室移送，於該研磨加工平台室內，對由1對吸附夾盤所保持的2塊已薄壁化之半導體基板背面實施與研磨定盤進行滑動摩擦之粗研磨加工、中度修飾研磨加工、及修飾研磨加工，使上述半導體基板背面得以平坦化。
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