TWI465317B - 工作件的硏磨方法及工作件的硏磨裝置 - Google Patents

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Description

工作件的研磨方法及工作件的研磨裝置
本發明是有關於一種藉由研磨墊同時研磨例如半導體晶圓等工作件的正背面的工作件的研磨方法及研磨裝置。
於作為供研磨的工作件的典型例的矽晶圓等半導體晶圓的製造中，為了獲得更高精度的平坦度品質或表面粗糙度品質的半導體晶圓，而利用具有研磨墊的一對壓盤夾持半導體晶圓，進行同時研磨該半導體晶圓的正背面的雙面研磨。半導體晶圓所要求的形狀(主要是整個面及外周的平坦程度)視其用途而有各式各樣，且必須根據各種要求來決定半導體晶圓的研磨量的目標，從而準確地控制半導體晶圓的研磨量。尤其是為了提高大規模積體電路的積體度，半導體晶圓的平坦度為重要的因素之一，因此要求適當地控制半導體晶圓的研磨量的方法。
此處，於專利文獻1中記載有如下研磨方法：伴隨著工作件的研磨的進行，檢測工作件的厚度變得與保持工作件的載板的厚度相等時的驅動壓盤的馬達的驅動電流的變化(具體而言為電流值的反曲點)，而結束研磨。該研磨方法是基於馬達的驅動電 流、即壓盤的轉矩的變化來檢測研磨的結束的方法。
另外，於專利文獻2中記載有如下半導體晶圓的研磨方法：測定半導體晶圓的雙面研磨裝置的壓盤負載電流值，並針對每個基準時間算出該壓盤負載電流值的標準偏差，根據該標準偏差的變化推斷研磨的進行度。進而，記載有如下意旨：伴隨著研磨的進行，摩擦阻力減少，由此導致壓盤負載電流值的標準偏差變小，標準偏差的最小值被認為是晶圓的厚度與載板的厚度變得相等的時間點。該研磨方法是基於壓盤的轉矩的標準偏差來推斷研磨的進行狀況的研磨方法。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2004-363181號公報
[專利文獻2]日本專利特開2012-69897號公報
然而，於專利文獻1所記載的研磨方法中，認為只有是如下的限定性裝置構成才能檢測出電流值的反曲點，即，於工作件較載板厚的階段中，設置於壓盤的研磨墊不接觸於載板，而於工作件變為與載板相等的厚度時才使研磨墊接觸於載板。另外，即便在可檢測出反曲點的情況下，亦是於電流值達到最小之後、即工作件達到與載板相等的厚度之後才能檢測反曲點，因此若於檢測到反曲點後結束研磨，則無法防止工作件的研磨過多，工作件的研磨結束的準確性差。另外，該研磨方法中，於研磨結束前無法把握研磨的進行程度。如此，於專利文獻1所記載的研磨方法中，無法高精度地控制研磨量。
另外，於專利文獻2所記載的研磨方法中，由於以下原 因而無法高精度地控制半導體晶圓的研磨量。首先，在由摩擦阻力的變化所引起的負載電流值大幅小於為了啟動雙面研磨裝置而穩定地產生的作動電流或雜訊等背景負載的情況下，會被背景負載本身的差異所掩蓋，因此難以判別標準偏差的變化。進而，即便可判別標準偏差的變化，所算出的標準偏差中除了包含由摩擦引起的差異以外，亦包含由背景負載所引起的差異，且由背景引起的差異本身會產生波動，故而把握研磨量的精度亦不充分。另外，由於標準偏差的最小值只有於較標準偏差取得最小值的時間點靠後才能檢測出，因此，若於檢測出標準偏差的最小值後結束研磨，則工作件的研磨結束的準確性依舊差。亦即，於專利文獻2所記載的研磨方法中，亦無法充分地獲得研磨量的控制精度。
因此，鑒於上述問題，本發明的目的在於提供一種可更高精度地進行工作件的研磨量的控制的工作件的研磨方法及工作件的研磨裝置。
為了達成上述目的，本發明者等人經過反覆進行努力研究，結果獲得了以下所述的見解。
即，若將工作件保持於在自載板的中心隔開距離的位置上具有中心的保持孔，且將載板夾持於上壓盤及下壓盤之間，而驅動研磨裝置，則於載板每次旋轉時，上壓盤及下壓盤的中心與工作件的中心的距離會週期性地變化。於載板的驅動機構、上壓盤或下壓盤的轉矩中，存在與該距離的週期性變化同步地進行週期性變化的轉矩成分，可根據轉矩的測定值而提取該轉矩成分。該轉 矩成分是不易受到背景負載的影響的指標。進而，發現該轉矩成分的振幅隨著研磨的進行而減少，尤其當工作件變為與載板相等的厚度時明顯減少。本發明者等人基於此種見解而完成了本發明。
本發明的主旨構成如下所述。
本發明的工作件的研磨方法是利用分別設置有研磨墊的上壓盤及下壓盤夾持工作件，該工作件由設置於載板且在自該載板的中心隔開距離的位置上具有中心的保持孔保持，藉由驅動機構使上述載板旋轉，且使上述上壓盤及下壓盤旋轉，藉此於上述載板每次旋轉時，上述上壓盤及下壓盤的中心與上述工作件的中心的距離週期性地變化，並且藉由上述研磨墊同時研磨上述工作件的正背面，該工作件的研磨方法的特徵在於：測定上述驅動機構、上述上壓盤及下壓盤的轉矩中的至少一個轉矩；基於因上述距離的週期性變化所產生的轉矩成分的振幅、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述轉矩成分、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的上述轉矩成分的差，而控制上述工作件的研磨量。
另外，於本發明的研磨方法中，較佳為將分別配設有一個工作件的多個上述載板配設於上述上壓盤與下壓盤之間，關於各個上述工作件，使上述距離一致地變化。
另外，於本發明的研磨方法中，較佳為於上述轉矩成分的振幅消失時、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述轉矩成分的變化消失時、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角 的時間點時的上述轉矩成分的差消失時，結束上述工作件的研磨。
另外，於本發明的研磨方法中，較佳為測定上述上壓盤及下壓盤的兩者的轉矩，使用兩者的轉矩控制上述工作件的研磨量。
另外，於本發明的研磨方法中，較佳為上述工作件是將矽晶錠切片而獲得的矽晶圓。
進而，本發明的另一工作件的研磨方法是利用分別設置有研磨墊的上壓盤及下壓盤夾持工作件，該工作件由設置於載板且在自該載板的中心隔開距離的位置上具有中心的保持孔保持，藉由驅動機構使上述載板旋轉，且使上述上壓盤及下壓盤旋轉，藉此於上述載板每次旋轉時，上述上壓盤及下壓盤的中心與上述工作件的中心的距離週期地變化，並且藉由上述研磨墊同時研磨上述工作件的正背面，該工作件的研磨方法的特徵在於：測定上述驅動機構的馬達的電流值、以及使上述上壓盤及下壓盤的至少一者旋轉的馬達的電流值中的至少一個電流值；基於因上述距離的週期性變化所產生的電流值成分的振幅、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述電流值成分、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的上述電流值成分的差，而控制上述工作件的研磨量。
另外，本發明的工作件的研磨裝置包括：載板；保持孔，設置於該載板，且在自該載板的中心隔開距離的位置上具有中心； 上壓盤及下壓盤，夾持由該保持孔保持的工作件，且分別設置有研磨墊；以及驅動機構及一對馬達，該驅動機構使上述載板旋轉，該一對馬達使上述上壓盤及下壓盤分別旋轉，於上述載板每次旋轉時，上述上壓盤及下壓盤的中心與上述工作件的中心的距離週期性地變化，並且藉由上述研磨墊同時研磨上述工作件的正背面，該工作件的研磨裝置的特徵在於包括：測定部，測定上述驅動機構、上述上壓盤及下壓盤的轉矩中的至少一個轉矩；以及控制部，基於因上述距離的週期性變化所產生的轉矩成分的振幅、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述轉矩成分、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的上述轉矩成分的差，而控制上述工作件的研磨量。
進而，本發明的另一工作件的研磨裝置包括：載板；保持孔，設置於該載板，且在自該載板的中心隔開距離的位置上具有中心；上壓盤及下壓盤，夾持由該保持孔保持的工作件，且分別設置有研磨墊；以及驅動機構及一對馬達，該驅動機構使上述載板旋轉，該一對馬達使上述上壓盤及下壓盤分別旋轉；且於上述載板每次旋轉時，上述上壓盤及下壓盤的中心與上述工作件的中心的距離週期性地變化，並且藉由上述研磨墊同時研磨上述工作件的正背面，該工作件的研磨裝置的特徵在於包括： 測定部，測定上述驅動機構的馬達的電流值、以及使上述上壓盤及下壓盤的至少一者旋轉的上述一對馬達的電流值中的至少一個電流值；以及控制部，基於因上述距離的週期性變化所產生的電流值成分的振幅、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述電流值成分、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的上述電流值成分的差，而控制上述工作件的研磨量。
根據本發明的工作件的研磨方法及工作件的研磨裝置，可獲得因上壓盤及下壓盤的中心與工作件的中心的距離週期地變化而產生週期性變化的驅動機構的轉矩成分及用以使壓盤旋轉的轉矩成分，且可基於該成分的振幅等而更高精度地控制工作件的研磨量。
1‧‧‧研磨裝置
20、21~25‧‧‧工作件
30、31~35‧‧‧載板
40‧‧‧保持孔
50a‧‧‧上壓盤
50b‧‧‧下壓盤
60a、60b‧‧‧研磨墊
70‧‧‧太陽齒輪
80‧‧‧內齒輪
90a、90b、90c‧‧‧馬達
110‧‧‧測定部
120‧‧‧控制部
D、D1~D5‧‧‧距離
P、Q0、Q1‧‧‧點
θ‧‧‧角
圖1是按照本發明的一實施形態的工作件的研磨裝置的模式圖。
圖2(A)~圖2(F)是於按照本發明的一實施形態的工作件的研磨方法中用以說明研磨初期的狀態的圖，圖2(A)是表示壓盤的中心與工作件的中心的距離D成為最短時的模式圖，圖2(B)是表示距離D成為最長時的模式圖，圖2(C)是圖2(A)中的I-I剖面圖，圖2(D)是圖2(B)中的II-II剖面圖，圖2(E)是表示距離D與研磨時間的關係的圖，圖2(F)是表示距離D與壓 盤的轉矩成分的關係的圖。
圖3(A)~圖3(F)是於按照本發明的一實施形態的工作件的研磨方法中用以說明研磨末期的狀態的圖，圖3(A)是表示壓盤的中心與工作件的中心的距離D成為最短時的模式圖，圖3(B)是表示距離D成為最長時的模式圖，圖3(C)是圖3(A)中的III-III剖面圖，圖3(D)是圖3(B)中的IV-IV剖面圖，圖3(E)是表示距離D與研磨時間的關係的圖，圖3(F)是表示距離D與壓盤的轉矩成分的關係的圖。
圖4(A)~圖4(B)是於按照本發明的一實施形態的工作件的研磨方法中說明載板的旋轉角的圖，圖4(A)是旋轉前的圖，圖4(B)是旋轉中的圖。
圖5是表示於按照本發明的一實施形態的工作件的研磨方法中，載板的旋轉角與轉矩成分的關係的圖。
圖6(A)~圖6(B)是表示於按照本發明的一實施形態的工作件的研磨方法中，同時研磨多個工作件的正背面的情況下的該些多個工作件彼此的較佳的位置關係的模式圖，圖6(A)表示各工作件的距離D最短且一致的狀態，圖6(B)表示各工作件的距離最長且一致的狀態。
圖7是表示於實施例1中研磨時間與轉矩成分的振幅的關係的圖表。
圖8是表示於實施例1中轉矩成分的振幅與晶圓的厚度的關係的圖表。
圖9是表示於實施例1中轉矩成分的振幅與GBIR的關係的圖表。
圖10是表示於實施例1中轉矩成分的振幅與ESFQR的最大值的關係的圖表。
圖11是表示於實施例2中研磨時間與轉矩成分的振幅的關係的圖表。
圖12是表示於實施例2中轉矩成分的振幅與晶圓的厚度的關係的圖表。
圖13是表示於實施例2中轉矩成分的振幅與GBIR的關係的圖表。
圖14是表示於實施例2中轉矩成分的振幅與ESFQR的最大值的關係的圖表。
以下，一面參照圖式，一面對按照本發明的一實施形態的工作件的研磨裝置1及研磨方法進行說明。
首先，使用圖1，具體地說明按照本發明的一實施形態的工作件的研磨裝置1。研磨裝置1包括：載板30，具有用以保持工作件20的保持孔40；上壓盤50a及下壓盤50b，分別設置有研磨墊60a、研磨墊60b；以及一對馬達90a及馬達90b，使上壓盤50a及下壓盤50b分別旋轉。保持孔40的中心位於自載板30的中心隔開距離的位置上。上壓盤50a及下壓盤50b能以固定的壓力夾持由保持孔40保持的工作件20。馬達90a及馬達90b使上壓盤50a及下壓盤50b向反方向旋轉。另外，於載板30上設置有外周齒輪(未圖示)，該外周齒輪用以與設置在上壓盤50a與下壓盤50b之間的太陽齒輪(sun gear)70及內齒輪(internal gear) 80嚙合。此處，太陽齒輪70及/或內齒輪80由與馬達90a及馬達90b不同的馬達驅動，且為使載板30旋轉的驅動機構。載板30的外周齒輪與太陽齒輪70及內齒輪80嚙合，使載板30旋轉。此外，為了簡化研磨裝置1而未對太陽齒輪70、內齒輪80及外周齒輪的齒輪嚙合進行圖示。另外，內齒輪80包含於圓周方向上配置有多個旋轉驅動軸銷的各個軸銷，藉由使各個軸銷嚙合於載板30的外周齒輪而使載板30旋轉。然而，為了簡化研磨裝置1而未對各個軸銷進行圖示。另外，為簡化起見，而於圖1中僅圖示內齒輪80的一個軸銷的馬達90c，未圖示太陽齒輪70的馬達。
藉由此種齒輪的嚙合，載板30隨著利用馬達90b的下壓盤50b的旋轉以及太陽齒輪70及/或內齒輪80的旋轉，而一面以載板30的中心作為中心軸進行旋轉(以下，簡稱為「自轉」)，一面以上壓盤50a及下壓盤50b的中心作為中心軸圍繞太陽齒輪70進行旋轉(以下，簡稱為「公轉」)。於本實施形態中，保持孔40的中心自載板30的中心隔開距離而存在，即工作件20相對於載板30的中心偏心，因此，每自轉一圈，上壓盤50a及下壓盤50b的中心與工作件20的中心的距離週期地變化。研磨裝置1一面使夾入的載板30自轉且公轉，一面藉由研磨墊60a及研磨墊60b與滴加漿料(未圖示)對工作件20的正背面同時進行化學機械研磨。
進而，研磨裝置1包括下述測定部110，該測定部110測定馬達90a及馬達90b、以及馬達90c及/或未圖示的馬達的電流值。亦即，測定部110測定上壓盤50a及下壓盤50b以及驅動機構(即太陽齒輪70及/或內齒輪80)的轉矩。另外，研磨裝置1包括控制部120。控制部120所進行的控制的詳細情況將於下文進 行敍述。
此處，使用圖2(A)~圖2(F)及圖3(A)~圖3(F)，對應於對工作件20的研磨的進行，而說明上壓盤50a的轉矩的變化。此外，下壓盤50b及驅動機構的轉矩的變化亦相同。如圖2(A)、圖2(B)及圖3(A)、圖3(B)所示，隨著下壓盤50b的旋轉及驅動機構的驅動，載板30進行自轉且公轉，並且每自轉一次，上壓盤50a及下壓盤50b的中心與工作件20的中心的距離D週期地變化。圖2(E)及圖3(E)是對距離D相對於研磨時間產生週期性變化的情況進行圖示者。
此處，如圖2(C)、圖2(D)所示，於研磨初期，工作件20具有較載板30厚的厚度，故而自上壓盤50a、下壓盤50b受到的壓力集中於工作件20的中心部。因此，上壓盤50a的轉矩中存在和上壓盤50a、下壓盤50b的中心與工作件20的中心的距離D的週期性變化(即載板30的自轉的旋轉週期)同步地進行週期性變化的轉矩成分(圖2(F))。以下將此種與距離D的週期性變化同步地進行週期性變化的轉矩成分簡稱為「轉矩成分」。
另一方面，如圖3(C)、圖3(D)所示，於研磨末期，工作件20的厚度與載板30的厚度一致。因此，無論距離D如何，載板30及工作件20自上壓盤50a、下壓盤50b受到的壓力均成為均質。因此，上述轉矩成分與該距離D無關而變得固定(圖3(F))。
另外，在研磨的中間階段，與研磨初期相比，工作件20的厚度與載板30的厚度的差逐漸減少。因此，於研磨初期集中於工作件20中心部的自上壓盤50a、下壓盤50b受到的壓力逐漸分散。因此，上述轉矩成分的最大位移對應於研磨的進行而逐漸減 少。
如此，上述轉矩成分的振幅自研磨初期起隨著研磨的進行而逐漸減少，於研磨末期即工作件20的厚度與載板30相等時，大致為零。(可認為轉矩成分本身消失)
於藉由測定部110而獲得的上壓盤50a的轉矩的實測值中，除了包含上述轉矩成分以外，亦包含用以啟動研磨裝置1的作動電流或雜訊等背景負載。然而，可自上壓盤50a的轉矩中提取上述轉矩成分。具體而言，於對所檢測出的轉矩信號藉由其檢測時的載板的旋轉角度進行整理後，算出其振動波形即可。於算出振動波形時，例如可使用利用最小平方法等的對三角函數的近似法。振動波形的算出方法除上述方法以外，例如，亦可使用載板每個旋轉角度的平均化、利用快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform，FFT)等的頻率解析等方法。因此，轉矩成分的振幅成為將用以啟動研磨裝置1的作動電流或雜訊等背景負載的影響排除後的指標。因此，只要自轉矩的測定值中提取轉矩成分，進而算出轉矩成分的振幅，則可基於轉矩成分的振幅的變化控制工作件20的研磨量。
測定部110於工作件20的研磨中測定馬達90a的電流值。於本實施形態中，上壓盤50a的轉矩可作為使上壓盤50a旋轉的馬達90a的電流值而把握。控制部120根據上述提取方法，自該電流值的測定值中提取對應於上述轉矩成分的電流值成分，並基於該電流值成分的振幅控制工作件20的研磨量。例如，預先使用試驗用工作件20測定電流值成分(即轉矩成分)的振幅與工作件20的研磨量的對應關係，並將該對應關係預先記錄於研磨裝 置1中。其後，只要研磨同種工作件20並且使測定馬達90a的電流值而獲得的電流值成分的振幅符合上述對應關係，則可把握任意時間點時的工作件20的研磨量，從而可高精度地控制工作件20的研磨量。另外，即便不預先將振幅與工作件20的研磨量的對應關係記錄於研磨裝置1中，只要使用電流值成分的振幅伴隨著研磨的進行的變化(振幅的減少)，則亦可控制研磨量。
如以上所說明般，根據按照本發明的一實施形態的工作件的研磨裝置，可排除作動電流或雜訊等背景負載的影響，而獲得和上壓盤及下壓盤的中心與工作件的中心的距離D的週期性變化同步地變化的轉矩成分，且可基於該轉矩成分的振幅高精度地控制工作件的研磨量。進而，藉由該裝置，可進行按照本發明的工作件的研磨方法。
此外，於本實施形態中是使用上壓盤50a的轉矩，但亦可測定下壓盤50b的轉矩而提取其轉矩成分，或亦可分別提取上壓盤50a及下壓盤50b的轉矩。
進而，亦可測定驅動機構中的例如內齒輪80的轉矩，並提取其轉矩成分來代替上述實施形態中的上壓盤50a的轉矩。當然，亦可分別提取內齒輪80的轉矩以及上壓盤50a及下壓盤50b的轉矩。另外，亦可測定太陽齒輪70的轉矩，並提取其轉矩成分來代替驅動機構中的內齒輪80的轉矩。
此處，於本發明中，根據以下兩個指標來代替上述轉矩成分的振幅，亦可控制研磨量。第1指標是載板取得特定的旋轉角的時間點時的轉矩成分。第2指標是載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的轉矩成分的差。以下進行詳細說明。
首先，使用圖4(A)、圖4(B)說明載板的旋轉角θ。關於旋轉角θ，無需考慮載板30的公轉，而僅考慮藉由自轉產生的旋轉。圖4(A)表示特定時間點時的載板30及工作件20，將該狀態假定為旋轉角為零。於圖4(A)中，點P為載板30的中心點，點P至工作件20的距離最大的點為Q0。圖4(B)是載板30僅自轉特定角θ後的圖。於圖4(B)中，點P至工作件20的距離最大的點為Q1，點Q0、點P、點Q1所成的角度為旋轉角θ。
圖5是表示載板30的旋轉角與轉矩成分的關係的圖。如圖5所示，作為第1指標，亦可基於載板30取得特定的旋轉角的時間點時的轉矩成分(C1、C2、．．．)而控制工作件20的研磨量。另外，作為第2指標，亦可基於載板30取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的轉矩成分的差(D1-E1、D2-E2、．．．)而控制工作件20的研磨量。其原因在於，該些指標的值亦對應於研磨的進行而減少，當工作件20的厚度與載板30相等時，該些指標的值變為零。此外，關於轉矩成分的振幅，如圖5所示，例如可分別進行一個週期內的最大值與最小值的差的一半即A1、最大值與平均值的差即A2、或平均值與最小值的差即A3等各種定義，亦能夠以任意方式進行定義。
載板30可使用例如不鏽鋼(SUS：Steel special Use Stainless)或於環氧、苯酚、聚醯亞胺等樹脂中複合玻璃纖維、碳纖維、芳族聚醯胺纖維等強化纖維而成的纖維強化塑膠等任意材質者，亦可使用於該些材質的表面塗佈有類鑽石-碳者以使耐磨性提高。另外，載板30除了具有保持孔40以外，亦可具有滴加漿料保持用的槽等，厚度設定為較工作件20的厚度薄。
為了進行化學機械研磨，研磨墊60a及研磨墊60b或漿料可使用任意者，例如，作為研磨墊，可使用包含聚酯製的不織布的墊、聚胺基甲酸酯製的墊等。作為滴加漿料，例如可使用含有游離研磨粒的鹼性水溶液、不含游離研磨粒的鹼性水溶液等。
上壓盤50a及下壓盤50b較理想為互相以相同的旋轉速度向反方向旋轉。太陽齒輪70、內齒輪80與載板30的外周齒輪嚙合，從而載板30如既述般進行自轉。此處，較理想為使載板30的自轉速度固定，藉此可根據自研磨開始經過的時間把握載板的旋轉週期，從而確實地算出轉矩成分的振幅。然而，即便自轉速度不固定，亦可使用例如旋轉計等測定載板30的旋轉角度，藉此算出轉矩成分的振幅，因此可實施按照本發明的研磨方法。在此情況下，亦可使用取得特定的旋轉角的時間點時的轉矩成分、或取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的轉矩成分的差。此外，於上述實施形態中，研磨裝置1是使載板30進行自轉且公轉而進行研磨，但藉由控制內齒輪80的旋轉而僅使載板30進行自轉，從而進行研磨，亦可實施按照本發明的研磨方法。
另外，轉矩的測定可如既述般藉由測定馬達90a的電流值而進行，但此外亦可使用轉矩感測器等測定轉矩。
另外，在同時研磨多片工作件的情況下，如圖6(A)、圖6(B)所示，將分別配設有一個工作件21~工作件25的多個載板31~載板35配設於上壓盤50a及下壓盤50b之間，關於各個工作件21~工作件25，較佳為使上壓盤50a、下壓盤50b的中心與工作件21~工作件25的中心的距離D1~距離D5一致地變化。圖6(A)表示距離D1~距離D5一致成為最小的狀態，圖6(B) 表示距離D1~距離D5一致成為最長的狀態。在此情況下，由各個工作件21~工作件25所引起的上述轉矩成分的週期性變化一致。因此，針對每個工作件，轉矩未相互抵消，反而相互加強，因此可自轉矩的測定值中更確實地提取轉矩成分，且可一次性高精度地控制多片工作件的研磨量。此外，當然，只要可提取轉矩成分，則無需如圖6(A)及圖6(B)所示般使距離D1~距離D5完全一致。
另外，只要可提取轉矩成分，則即便將兩片以上的工作件配設於一個載板上，亦可進行按照本發明的研磨方法。
另外，於控制研磨量時，亦較佳為在轉矩成分的振幅實質上消失時結束研磨。此處，所謂振幅實質上消失時，即轉矩成分的變化消失時，該狀況如既述般為工作件20的厚度與載板30的厚度一致時。因此，藉由在轉矩成分的振幅實質上消失時結束研磨，可將工作件20的目標研磨量準確地規定為載板30的厚度。此外，所謂轉矩成分的振幅實質上消失時，意指轉矩成分的振幅與研磨初期的振幅相比達到可忽視的程度時(例如小於5%)、或達到檢測下限值時。
較佳為於既述的第1指標即載板取得特定的旋轉角的時間點時的轉矩成分的變化消失時、或第2指標即載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的轉矩成分的差消失時亦同樣地結束研磨。
此外，在將工作件20的厚度較載板30的厚度厚的時間點設為研磨量的目標的情況下，只要於轉矩成分的振幅實質上消失前結束研磨即可。例如，只要根據工作件20的目標厚度，於達 到研磨初期的轉矩成分的振幅的30%、10%等的時間點時結束研磨即可。另外，在以使工作件20的厚度變得較載板30的厚度更薄的方式進行研磨的情況下，只要於上述振幅實質上消失後，進而設定相當於目標研磨量的研磨時間，並以所設定的研磨時間繼續進行研磨即可。如此，可準確地規定工作件20的目標研磨量。
進而，於本發明中，亦可測定上壓盤50a及下壓盤50b兩者的轉矩，使用兩者的轉矩控制工作件20的研磨量。例如，藉由使用自上壓盤50a的轉矩測定值所獲得的轉矩成分的振幅與自下壓盤50b的轉矩測定值所獲得的振幅的平均值而降低測定誤差，藉此可更高精度地進行工作件20的研磨量的控制。關於第1指標及第2指標亦相同。除此以外，亦可使用驅動機構的轉矩成分控制工作件20的研磨量。
進而，於本發明中，亦較佳為對將矽晶錠切片所獲得的矽晶圓進行研磨。即便為不具有氧化膜等的矽晶圓，轉矩成分亦無論有無膜而均會對應於研磨的進行而減少。因此，若如本發明般基於轉矩成分的振幅的變化，則即便為將單晶或多晶矽晶錠切片而獲得的矽晶圓，亦可準確地進行研磨量的控制。
然而，本發明中作為對象的工作件並不限定於矽晶圓。例如，SiC晶圓、藍寶石晶圓及化合物半導體晶圓等進行雙面研磨的任意工作件均包含於作為本發明的對象的工作件中。
另外，於圖1~圖4(B)、圖6(A)及圖6(B)中，工作件20的形狀圖示為圓形，但只要於自載板30的中心隔離的位置上具有工作件20的中心，則工作件20及載板30無需為圓形。例如，工作件20即便為切除圓形的一部分後所得的形狀或四邊形 等多邊形，亦可應用按照本發明的研磨方法。
[實施例]
其次，為了使本發明的效果進一步明確，而列舉以下實施例，但本發明並不受以下實施例任何限制。
(實施例1)
使用上述圖1及圖6(A)及圖6(B)中所示的構成的研磨裝置進行試驗。作為供研磨的工作件，使用初期厚度753μm、直徑300mm、結晶方位(110)、P型的矽晶圓。研磨時間設為1000秒鐘、1500秒鐘、1800秒鐘、2200秒鐘、2500秒鐘這5種，進行雙面研磨。對於5個載板，使用初期厚度為746μm的環氧樹脂製的平板。另外，矽晶圓的中心位於自載板的中心隔離30mm的位置上。研磨墊是使用霓塔哈斯(NITTA HAAS)公司製造的發泡胺基甲酸酯研磨布MHN15，研磨漿料是使用霓塔哈斯(NITTA HAAS)公司製造的漿料Nalco2350。藉由升降機以固定壓力將載板夾持於上下壓盤間，並且使上壓盤及下壓盤互相向反方向旋轉。載板是藉由內齒輪、太陽齒輪及載板的外周齒輪的嚙合而與上壓盤沿相同方向以10rpm等速旋轉，從而對裝填於載板內的5片矽晶圓的正背面進行研磨。此外，上壓盤、下壓盤、內齒輪及太陽齒輪是分別藉由不同的馬達而旋轉。
另外，藉由使用使上壓盤旋轉的馬達的電流值以一秒為單位進行測定，而測定研磨中的轉矩。藉由使用利用最小平方法的對三角函數的近似法，自測定所得的轉矩中算出轉矩成分的振幅。此外，於本實施例中，振幅是根據轉矩成分的最大值與最小值的差的一半而求出。
將上述5種研磨時間下的研磨結束時的轉矩成分的振幅示於圖7。此外，於圖7中，縱軸的研磨結束時的振幅是使用將研磨時間為1000秒的情況下的研磨結束時的振幅設為100%時的相對值表示，於圖8~圖10中亦相同。
於圖8中表示研磨結束時的轉矩成分的振幅與晶圓的厚度的關係。
進而，於圖9中表示轉矩成分的振幅與晶圓外周部附近的GBIR(Global Backside Ideal focal plane Range)的關係。此處，所謂GBIR是表示晶圓整個面的平坦度的指標，意指值越小，則平坦度越高。具體而言，以假定為完全吸附晶圓的背面的情況下的晶圓的背面作為基準，藉由算出晶圓整體的最大位移與最小位移的差而求出。於本實施例中，使用平坦度測定裝置(科磊(KLA-Tencor)公司製造：WaferSight)進行測定。
此外，於圖10中表示轉矩成分的振幅與晶圓外周部附近的ESFQR(Edge flatness metric,Sector based,Front surface referenced,Site Front least sQuares Range)的最大值的關係。此處，所謂ESFQR，意指值越小，則平坦度越高，且是測定形成於晶圓全周的外周區域的扇形區域(扇區(sector))內的SFQR。於本實施例中，使用平坦度測定裝置(科磊(KLA-Tencor)公司製造：WaferSight)進行測定。此外，所謂SFQR(Site Front least sQuares Range)，是表示國際半導體設備與材料協會(Semiconductor Equipment and Materials Institute，SEMI)規格的晶圓的外周部的平坦度的指標。具體而言，該SFQR是藉由如下方式求出：自晶圓取得多個特定尺寸的矩形狀樣品，並對所取得 的各樣品算出藉由最小平方法而求出的自基準面的最大位移量的絕對值的和。
由圖7可知，隨著研磨進行，轉矩成分的振幅逐漸收斂為零。進而，由圖8~圖10可知，轉矩成分的振幅與晶圓的厚度及平坦度存在較強的相關關係。亦即，根據本發明，可知不僅能夠控制晶圓的厚度，甚至能夠控制晶圓的平坦度。因此，可知藉由本發明的研磨方法能夠準確地控制晶圓的研磨量。
(實施例2)
測定作為驅動機構的內齒輪的馬達的電流值來代替使上壓盤旋轉的馬達的電流值，除此以外，與實施例1同樣地研磨矽晶圓的正背面。研磨時間設為1000秒鐘、1500秒鐘、1800秒鐘、2000秒鐘、2200秒鐘、2500秒鐘這6種。與實施例1同樣地，根據內齒輪的馬達的電流值測定轉矩，並根據所測定的轉矩算出轉矩成分的振幅。
將研磨結束時的轉矩成分的振幅示於圖11。於圖12中表示研磨結束時的轉矩成分的振幅與晶圓的厚度的關係。於圖13中表示轉矩成分的振幅與晶圓外周部附近的GBIR的關係。於圖14中表示轉矩成分的振幅與晶圓外周部附近的ESFQR的最大值的關係。
由圖11可知，與實施例1同樣地，隨著研磨進行，轉矩成分的振幅逐漸收斂為零。進而，與實施例1同樣地，由圖12~圖14亦可知轉矩成分的振幅與晶圓的厚度及平坦度存在較強的相關關係。因此，可知藉由驅動機構的轉矩成分，亦可準確地控制晶圓的研磨量。
[產業上的可利用性]
根據本發明的工作件的研磨方法及工作件的研磨裝置，可獲得因上壓盤及下壓盤的中心與工作件的中心的距離週期地變化而產生週期性變化的用以使壓盤旋轉的轉矩成分，且可基於該成分的振幅更高精度地控制工作件的研磨量。
1‧‧‧研磨裝置
20‧‧‧工作件
30‧‧‧載板
40‧‧‧保持孔
50a‧‧‧上壓盤
50b‧‧‧下壓盤
60a、60b‧‧‧研磨墊
70‧‧‧太陽齒輪
80‧‧‧內齒輪
90a、90b、90c‧‧‧馬達
110‧‧‧測定部
120‧‧‧控制部

Claims (8)

  1. 一種工作件的研磨方法，其是利用分別設置有研磨墊的上壓盤及下壓盤夾持工作件，上述工作件由設置於載板且在自上述載板的中心隔開距離的位置上具有中心的保持孔保持，藉由驅動機構使上述載板旋轉，且使上述上壓盤及上述下壓盤旋轉，藉此於上述載板每次旋轉時，上述上壓盤及上述下壓盤的中心與上述工作件的中心的距離週期性地變化，並且藉由上述研磨墊同時研磨上述工作件的正背面，上述工作件的研磨方法的特徵在於：測定上述驅動機構、上述上壓盤及上述下壓盤的轉矩中的至少一個轉矩；基於因上述距離的週期性變化所產生的轉矩成分的振幅、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述轉矩成分、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的上述轉矩成分的差，而控制上述工作件的研磨量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的工作件的研磨方法，其中將分別配設有一個上述工作件的多個上述載板配設於上述上壓盤與上述下壓盤之間，關於各個上述工作件，使上述距離一致地變化。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的工作件的研磨方法，其中於上述轉矩成分的上述振幅消失時、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述轉矩成分的變化消失時、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的上述轉矩成分的差消失時，結束上述工作件的研磨。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的工作件的研磨方法，其中測定上述上壓盤及上述下壓盤的兩者的轉矩，使用兩者 的轉矩控制上述工作件的研磨量。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的工作件的研磨方法，其中上述工作件是將矽晶錠切片而獲得的矽晶圓。
  6. 一種工作件的研磨方法，其是利用分別設置有研磨墊的上壓盤及下壓盤夾持工作件，上述工作件由設置於載板且在自上述載板的中心隔開距離的位置上具有中心的保持孔保持，藉由驅動機構使上述載板旋轉，且使上述上壓盤及上述下壓盤旋轉，藉此於上述載板每次旋轉時，上述上壓盤及上述下壓盤的中心與上述工作件的中心的距離週期性地變化，並且藉由上述研磨墊同時研磨上述工作件的正背面，上述工作件的研磨方法的特徵在於：測定上述驅動機構的馬達的電流值、以及使上述上壓盤及上述下壓盤的至少一者旋轉的馬達的電流值中的至少一個電流值；基於因上述距離的週期性變化所產生的電流值成分的振幅、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述電流值成分、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的上述電流值成分的差，而控制上述工作件的研磨量。
  7. 一種工作件的研磨裝置，其包括：載板；保持孔，設置於上述載板，且在自上述載板的中心隔開距離的位置上具有中心；上壓盤及下壓盤，夾持由上述保持孔保持的工作件，且分別設置有研磨墊；以及驅動機構及一對馬達，上述驅動機構使上述載板旋轉，上述一對馬達使上述上壓盤及上述下壓盤分別旋轉，且 於上述載板每次旋轉時，上述上壓盤及上述下壓盤的中心與上述工作件的中心的距離週期性地變化，並且藉由上述研磨墊同時研磨上述工作件的正背面，上述工作件的研磨裝置的特徵在於包括：測定部，測定上述驅動機構、上述上壓盤及上述下壓盤的轉矩中的至少一個轉矩；以及控制部，基於因上述距離的週期性變化所產生的轉矩成分的振幅、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述轉矩成分、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的上述轉矩成分的差，而控制上述工作件的研磨量。
  8. 一種工作件的研磨裝置，其包括：載板；保持孔，設置於上述載板，且在自上述載板的中心隔開距離的位置上具有中心；上壓盤及下壓盤，夾持由上述保持孔保持的工作件，且分別設置有研磨墊；以及驅動機構及一對馬達，上述驅動機構使上述載板旋轉，上述一對馬達使上述上壓盤及上述下壓盤分別旋轉，且於上述載板每次旋轉時，上述上壓盤及上述下壓盤的中心與上述工作件的中心的距離週期性地變化，並且藉由上述研磨墊同時研磨上述工作件的正背面，上述工作件的研磨裝置的特徵在於包括：測定部，測定上述驅動機構的馬達的電流值、以及使上述上壓盤及上述下壓盤的至少一者旋轉的上述一對馬達的電流值中的 至少一個電流值；以及控制部，基於因上述距離的週期性變化所產生的電流值成分的振幅、上述載板取得特定的旋轉角的時間點時的上述電流值成分、或上述載板取得不同的特定的兩個旋轉角的時間點時的上述電流值成分的差，而控制上述工作件的研磨量。
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