TWI453092B - Double-sided grinding device - Google Patents

Description

雙面研磨裝置

本發明是關於一種雙面研磨裝置，具體來說，是關於一種雙面研磨裝置，其在製造晶圓時的雙面研磨製程中，可於晶圓厚度到達目標厚度的時點，停止研磨。

為了安定地製造出已達成高平坦化的半導體晶圓，必須將半導體晶圓研磨成為預定的精加工厚度。

先前的研磨加工方法，係基於作業開始時等的前次加工批次的研磨速度，計算出本次加工批次的研磨時間，以精加工成為預定厚度。

但是，此種方法，受到研磨布、研磨漿液、載具的磨耗等所造成的研磨狀態的變化的影響，研磨速度與計算時產生變化，而變成難以將每一批次作成預定的精加工厚度。

而且，此研磨加工時的精加工厚度的偏差，會成為平坦度惡化的原因之一。

對此，必須一邊檢測研磨中的半導體晶圓的精加工厚度，一邊進行研磨，而用以測定厚度的裝置被稱為定尺寸裝置。

作為定尺寸裝置的一例，存在有：直接測量晶圓的厚度的光學方式、渦電流方式、靜電容方式、置入水晶板並藉由共振來測量晶圓厚度的方式(Transat方式)等(例如參照專利文獻1)。

例如，以渦電流感測器、靜電容量感測器等的測定範圍狹小型式的感測器來測定厚度的情況，必須將感測器接近晶圓來使用。因此，先前的雙面研磨裝置中，如第3圖所示，於上磨盤102的旋轉軸方向設置貫通孔108，感測器係被配置於貫通孔108內，且靠近晶圓的上磨盤102的下端附近。

此時，必須有感測器夾持具107，使感測器106被保持於該感測器夾持具107的前端(下端)。

例如，感測器夾持具107，是以較被設於上磨盤102的貫通孔108略小而不直接接觸上磨盤102的尺寸，被固定於上磨盤上部。而且，感測器106被固定於距研磨布104約500μm的位置。

此感測器夾持具107的內部，為了降低熱傳導而成為空洞，例如，以超恆範合金等的金屬製材料而被製作出來，並以從上磨盤102上面懸吊的形態來安裝。

然後，利用此種被感測器夾持具保持的感測器，一邊檢測晶圓的厚度，一邊進行晶圓的雙面研磨，以精加工成為預定厚度。

[先前專利文獻]

(專利文獻)

專利文獻：日本特開平10-202514號公報

但是，即使以具有如此的感測器之雙面研磨裝置來進行晶圓的雙面研磨，也無法將實際研磨後的晶圓的厚度與預定厚度的誤差，降低至例如1μm以下的目標的範圍內，而被期望能更提高研磨精度。

對此，本發明人調查此誤差無法降低的原因，得知：雖然對於感測器夾持具施加如上述般的防止熱膨脹對策，但是在加工中產生的熱會從上磨盤被傳達至感測器夾持具，感測器夾持具發生膨脹、收縮，於是感測器的位置產生偏移，此為發生誤差的重大原因。

本發明是鑑於前述的問題而開發出來，其目的在於提供一種雙面研磨裝置，可藉由確實地抑制在研磨晶圓時所產生的熱的影響而造成感測器夾持具發生變形的情況，降低相對於晶圓的預定厚度的誤差來研磨晶圓。

為了達成上述目的，若依據本發明，提供一種雙面研磨裝置，其特徵在於至少具有：上下磨盤，其貼附有研磨布；載具，其形成有保持孔，用以將晶圓保持在該上下磨盤之間；感測器，其被配置於已設在前述上磨盤的旋轉軸方向的貫通孔，用來檢測研磨中的前述晶圓的厚度；以及感測器夾持具，其保持該感測器；其中，前述感測器夾持具的材質為石英。

如此，若前述感測器夾持具的材質為石英，則可確實地抑制由於在研磨時所產生的熱而造成感測器夾持具發生膨脹和收縮，並可確實抑制感測器的位置發生偏移。其結果，可精度良好地檢測晶圓的厚度，降低相對於晶圓的預定厚度的誤差。

此時，前述石英的線膨脹係數，較佳是5.4×10^-7 /K以下。

如此，若石英的線膨脹係數為5.4×10^-7 /K以下，則可更確實地抑制由於在研磨時所產生的熱而造成感測器夾持具發生膨脹和收縮的情況。

又，此時，前述感測器夾持具，較佳是可水冷。

如此，若前述感測器夾持具可水冷，則因可抑制感測器夾持具的熱變動，可更有效果地抑制由於在研磨時所產生的熱而造成感測器夾持具發生膨脹或收縮的情況。

又，此時，前述感測器夾持具，其形狀為被收容於前述上磨盤的貫通孔內的筒狀，於該筒狀的最下端的位置。保持前述感測器，並具有將冷卻水導入前述筒的內部的導入口與排出前述冷卻水的排出口。

如此，若前述感測器夾持具，其形狀為被收容於前述上磨盤的貫通孔內的筒狀，於該筒狀的最下端的位置，保持前述感測器，並具有將冷卻水導入前述筒的內部的導入口與排出前述冷卻水的排出口，則能以簡單的構造即可水冷，藉由感測器夾持具將感測器配置在更靠近晶圓的位置，而能更精度良好地檢測晶圓的厚度。

本發明，在雙面研磨裝置中，感測器夾持具的材質為石英，而該感測器夾持具是保持用以檢測晶圓的厚度的感測器，因此，可確實地抑制由於在研磨時所產生的熱而造成感測器夾持具發生膨脹和收縮的情況，而可確實地抑制感測器的位置發生偏移。其結果，可精度良好地檢測晶圓的厚度，降低相對於晶圓的預定厚度的誤差。

以下，說明本發明的實施形態，但本發明並未限定於此實施形態。

近年，為了安定地製造出已達成高平坦化的半導體晶圓，一邊檢測研磨中的半導體晶圓的精加工厚度，一邊進行研磨，亦即進行所謂的「定尺寸研磨」。

此晶圓的精加工厚度的檢測，係於被設於上磨盤的旋轉軸方向的貫通孔內的晶圓附近，配置以感測器夾持具加以保持的感測器，利用此感測器，一邊檢測晶圓的厚度，一邊進行晶圓的雙面研磨，以精加工成為預定厚度。

但是，即使以具有此種感測器之雙面研磨裝置來進行晶圓的雙面研磨，也有實際的研磨後的晶圓厚度與預定厚度的誤差，無法收歛在目標範圍內的情況，而被期望能更提高研磨精度。

對此，本發明人不斷努力檢討了應如何解決如此的問題。並且，依據本發明人的調查，得知：在加工中所產生的熱，會從上磨盤傳達至感測器夾持具，於是感測器夾持具發生膨脹、收縮，感測器的位置產生偏移，而在感測器的檢測信號中，包含了由於基準位置的變化所造成的雜訊，此為導致此誤差的重大原因。

而且，本發明人，想到了若將感測器夾持具的材質設為石英，對於因為在研磨中所產生的熱而造成的感測器夾持具的變形，具有增強抑制變形的效果，能確實地抑制感測器的位置偏移，進而完成本發明。

第1圖是表示本發明的雙面研磨裝置的一例的概略圖。

如第1圖所示，本發明的雙面研磨裝置1，至少具備：貼附有研磨布4的上磨盤2和下磨盤3；以及載具5，其形成有保持孔(未圖示)，用以將半導體晶圓W保持於上磨盤2和下磨盤3之間。

又，上磨盤2，於旋轉方向，設有貫通孔8。而且，檢測研磨中的晶圓W的厚度的感測器6，被配置於此貫通孔8。

又，研磨中，為了水冷上磨盤2和下磨盤3，可設置循環冷卻水的冷卻路徑(未圖示)。

又，感測器6，例如較佳是渦電流感測器、靜電容感測器等，其能以非接觸的方式精度良好地檢測晶圓W的厚度。

此感測器6，是藉由感測器夾持具7而被保持，並被配置於晶圓W的附近。此處，感測器6，可配置在例如距離研磨布4約500μm的位置。此感測器夾持具7的材質為石英。

如此，本發明的雙面研磨裝置1，其感測器夾持具7的材質為石英，因此，線膨脹係數非常小，可確實地抑制由於在研磨加工時所產生的熱而造成感測器夾持具7發生膨脹和收縮的情況，而可確實地抑制感測器6的位置偏移。因此，成為一種雙面研磨裝置，可精度良好地檢測晶圓W的厚度，並能以高精度的方式來將晶圓精加工成為預定厚度的晶圓。

此時，石英，更佳是其線膨脹係數為5.4×10^-7 /K以下。

又，感測器夾持具7，更佳為可水冷。

如此，若感測器夾持具7可水冷，則如上所述，不但感測器夾持具7的材質的線膨脹係數非常小而難以變形，更可抑制感測器夾持具7本身的熱變動，因此，可更有效地抑制因為在晶圓的研磨加工時所產生的熱而造成感測器夾持具7發生膨脹和收縮的情況。

第2圖是表示本發明的雙面研磨裝置的感測器夾持具的一例的概略圖。

如第2圖所示，感測器夾持具7的形狀為筒狀，其尺寸未被特別限定，但能縮小內徑至不會接觸如第1圖所示的上磨盤2的貫通孔8的程度。若感測器夾持具7的形狀為筒狀，則可提高冷卻效果，若感測器夾持具7不接觸上磨盤2的貫通孔8，則在研磨加工中所產生的熱，難以從上磨盤2傳熱至感測器夾持具7，所以較佳。

然後，使感測器夾持具7的殼體部12收容於上磨盤2的貫通孔8內。此時，感測器夾持具7被固定於上磨盤2，但固定收容方法並未被特別限定，例如，可於第2圖所示的螺孔11插通螺絲，而固定於上磨盤2。

又，感測器6，例如是利用螺絲等而被固定且保持於感測器夾持具7的最下端的位置。如此，藉由感測器夾持具7來保持感測器6，可將感測器6配置在更靠近晶圓的位置，能精度良好地檢測晶圓的厚度。

又，如第2圖所示，感測器夾持具7，具有將冷卻水導入其筒狀內部的導入口9、及排出該冷卻水的排出口10，筒狀內部係成為一種雙重構造，其具有冷卻水可循環的水路。如此，能以簡單的構造即可進行水冷。

此處，導入感測器夾持具7內的冷卻水的水量，是取決於感測器夾持具7的大小，例如可為約0.1L/min。

又，此處，從感測器夾持具7的導入口9導入的冷卻水，例如能作成從用以冷卻上述磨盤的冷卻路徑分歧而導入的構成。若為如此的構成，可降低上磨盤2與感測器夾持具7的溫度差，抑制感測器夾持具7的溫度變化，所以較佳。

又，亦可具備：終端檢測機構，其基於來自感測器6的晶圓W的厚度檢測值，來檢測晶圓W的研磨量；以及控制機構，其對應此終端檢測機構的檢測值，自動停止研磨。

利用如此的本發明的雙面研磨裝置，雙面研磨晶圓W時，一邊從未圖示的噴嘴供給研磨漿液，一邊以上下的研磨布4同時研磨晶圓W的雙面，該晶圓W被上下磨盤2、3挾持，且被載具5的保持孔保持，且藉由被配置於上磨盤2的感測器6，一邊檢測晶圓W的厚度，一邊進行研磨。

本發明人，進行以下的實驗，針對相對於本發明的雙面研磨裝置的感測器夾持具7的研磨加工熱而造成的變形量，進行評價。

將被設於如第1圖所示的本發明的雙面研磨裝置1的上磨盤2的貫通孔8的正下方的研磨布4，以略大於貫通孔8內徑貫穿，然後以雙面膠帶固定直徑35mm、厚度1mm的金屬板於該貫穿部分。而且，將用以檢測至此金屬板為止的距離的感測器，配置於貫通孔8，一邊檢測其距離，一邊進行晶圓的雙面研磨。

此時，對於將感測器藉由如第2圖所示的本發明的雙面研磨裝置的石英材(線膨脹係數為5.4×10^-7 /K)的感測器夾持具來保持的情況，與藉由如第3圖所示的先前的雙面研磨裝置的超恆範合金材(線膨脹係數為1.0×10^-6 /K)的感測器夾持具來保持的情況，評價感測器所檢測的至金屬板為止的距離的變化量。

此處，研磨條件是如以下所述。

晶圓：直徑300mm、P^- 型、結晶方位＜110＞

研磨布：胺基甲酸酯單一發泡墊

研磨漿液：NaOH基質矽酸膠

加工負載：100-200g/cm²

將結果表示於第4圖(A)、(B)中。第4圖(A)是使用本發明的雙面研磨裝置的情況，第4圖(B)是使用先前的雙面研磨裝置的情況，分別表示各測定三次的結果。又，測定是於裝置啟動後至安定為止的約7分鐘之後開始進行。

如第4圖(A)、(B)所示，相較於使用先前的雙面研磨裝置的情況，使用本發明的雙面研磨裝置的情況，檢測到的至金屬板為止的距離的變化量大幅變小。此時的研磨前與研磨後的檢測距離的差，相對於先前的0.58μm，本發明中係0.06μm，感測器夾持具的變形大幅地改善。

如此，若利用本發明的雙面研磨裝置來雙面研磨晶圓W，則可確實地抑制由於在研磨中所產生的熱而導致感測器夾持具7發生膨脹和收縮的情況，並確實地抑制感測器6的位置發生偏移，且能一邊藉由感測器6精度良好地檢測晶圓W的厚度，一邊進行研磨，因此，可降低相對於晶圓W的預定厚度的誤差。

[實施例]

以下，表示本發明的實施例及比較例，更具體地說明本發明本發明，但是本發明並未限定於這些例子。

(實施例1、實施例2)

利用如第1圖所示的本發明的雙面研磨裝置，一邊藉由感測器來檢測晶圓的厚度，一邊進行晶圓的雙面研磨。此時，將預定厚度(目標厚度)設定為775μm，當感測器的檢測值成為預定厚度時，即停止研磨。

此處，感測器係利用渦電流感測器，藉由沒有水冷構造的筒狀石英材的感測器夾持具(實施例1)、以及如第2圖所示的水冷構造的石英材的感測器夾持具(實施例2)來保持感測器。

又，研磨條件是如以下所述。

雙面研磨裝置：不二越機械製造的雙面研磨裝置

晶圓：直徑300mm、P^- 型、結晶方位＜110＞

研磨布：胺基甲酸酯單一發泡墊

研磨漿液：NaOH基質矽酸膠

加工負載：100-200g/cm²

然後，評價研磨後的晶圓的厚度與預定厚度之間的誤差。又，利用平坦度測驗器(黑田製作所製造的Nanometoro300TT-A)，測定最大局部平整度值SFQR(max)，來評價研磨後的晶圓的平坦度。

將厚度的誤差的相關結果表示於第1表中。由第1表所示可知，相較於後述的比較例的結果，實施例1、2的誤差的平均值皆變小。又，相較於實施例1可知，採用水冷構造的感測器夾持具之實施例2，其誤差的平均值約減半。

又，可確認：相較於比較例，在實施例1、2中，標準偏差的結果亦較小，不僅是誤差的平均值，分布也變小，離散性受到改善。

又，將SFQR(max)的結果表示於第2表中。由第2表所示可知，相較於後述的比較例的結果，實施例1、2的結果變小。如此，藉由本發明的雙面研磨裝置，可精度良好地檢測晶圓厚度，對於預定厚度，可於適當的時機停止研磨，也可藉此改善平坦度。

如此，確認了：本發明的雙面研磨裝置，可確實地抑制由於在研磨晶圓時所產生的熱的影響而造成感測器夾持具發生變形的情況，降低對於晶圓的預定厚度的誤差來研磨晶圓。

(比較例)

使用先前的雙面研磨裝置，其具有如第3圖所示的由超恆範合金材所構成且未被水冷的感測器夾持具，除此以外，與實施例1同樣地雙面研磨晶圓，並與實施例1同樣地進行評價。

其結果，由第1表所示可知，相較於實施例1、2，晶圓的厚度與預定厚度的誤差惡化。

又，由第2表所示可知，實施例1、2相較，相同地，SFQR(max)亦惡化

此種惡化情況，一般認為是因為先前的雙面研磨裝置的感測器夾持具，會由於在研磨中所產生的熱而變形，因而感測器的位置發生偏移，所以在由感測器所獲得的厚度的檢測結果中，包含有雜訊的緣故。

再者，本發明並未被限定於上述實施形態，上述實施形態僅為例示，凡是具有和本發明申請專利範圍中被記載之技術思想實質相同的構成，可達到同樣的作用效果者，皆包含在本發明的技術範圍中。

1．．．雙面研磨裝置

2．．．上磨盤

3．．．下磨盤

4．．．研磨布

5．．．載具

6．．．感測器

7．．．感測器夾持具

8．．．貫通孔

9．．．導入口

10．．．排出口

11．．．螺孔

12．．．殼體部

102．．．上磨盤

104．．．研磨布

106．．．感測器

107．．．感測器夾持具

108．．．貫通孔

W．．．半導體晶圓

第1圖是表示本發明的雙面研磨裝置的一例的概略圖。

第2圖是表示本發明的雙面研磨裝置的感測器夾持具的一例的概略圖。

第3圖是表示先前的雙面研磨裝置的一例的一部分的概略圖。

第4圖是表示感測器夾持具的加工熱所對應的關於變形量的實驗結果的圖；(A)使用本發明的雙面研磨裝置的情況、(B)使用先前的雙面研磨裝置的情況。

1．．．雙面研磨裝置

2．．．上磨盤

3．．．下磨盤

4．．．研磨布

5．．．載具

6．．．感測器

7．．．感測器夾持具

8．．．貫通孔

W．．．半導體晶圓

Claims (5)

1. 一種雙面研磨裝置，其特徵在於至少具有：上下磨盤，其貼附有研磨布；載具，其形成有保持孔，用以將晶圓保持在該上下磨盤之間；感測器，其被配置於已設在前述上磨盤的旋轉軸方向的貫通孔，用來檢測研磨中的前述晶圓的厚度；以及感測器夾持具，其保持該感測器；其中，前述感測器夾持具的材質為石英，且該感測器夾持具被收容於前述上磨盤的貫通孔內。
2. 如申請專利範圍第1項所述的雙面研磨裝置，其中：前述石英的線膨脹係數為5.4×10^-7 /K以下。
3. 如申請專利範圍第1項所述的雙面研磨裝置，其中：前述感測器夾持具可水冷。
4. 如申請專利範圍第2項所述的雙面研磨裝置，其中：前述感測器夾持具可水冷。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的雙面研磨裝置，其中：前述感測器夾持具，其形狀為筒狀，於該筒狀的最下端的位置，保持前述感測器，並具有將冷卻水導入前述筒的內部的導入口與排出前述冷卻水的排出口。