TWI469208B - 研磨輪、研磨系統及研磨一晶圓之方法 - Google Patents

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Description

研磨輪、研磨系統及研磨一晶圓之方法
本發明是有關於一種研磨系統，特別是有關於一種研磨輪。
矽晶圓是被使用做為建構大多數半導體裝置之基材。矽晶圓的製造是以單晶矽錠之生成開始。一連串的製程是被採用去轉換一矽錠成多個晶圓。一晶圓能是一完整的晶圓或一被切片的矽(基材)晶圓。此製程典型地包括下列的步驟：切片、邊緣分析或去角、平坦化(研磨)、蝕刻及拋光。研磨是對於矽晶圓之表面(而非對於邊緣)之一平坦化製程。
在一晶圓之前側上，半導體裝置是被建構。一晶圓之背側是藉由研磨被典型地薄化成某一厚度。此種研磨晶圓之背側的做法是被稱為背側研磨，通常是以一鑽石輪來完成。在背側研磨之中，移除量典型地是幾百微米(於晶圓厚度中)，並且其是典型地以兩個步驟來執行：粗研磨及精研磨。
粗研磨運用具有較大鑽石研磨料之一粗研磨鑽石輪來移除大多數的總需要移除量，以及一較快的進給率來達成較高的生產量。對於精研磨而言，一較慢的進給率與具有較小鑽石研磨料之一精研磨鑽石輪是被使用來移除少量的矽。
一習知之研磨工具典型地具有複數個研磨模組，其是被使用去研磨一半導體晶圓之背側於不同階段的研磨過程中。粗研磨是以一第一研磨輪於一第一階段或第一站被完成，以及精研磨是隨後以一第二研磨輪於一第二階段被完成。在兩個不同階段或站之間的移動會造成延遲及誤校直的問題，其會影響整體製程之成本及品質。
本發明基本上採用如下所詳述之特徵以為了要解決上述之問題。
本發明之一實施例提供一種研磨輪，其包括一外底座，具有一第一附著晶粒墊；一內框架，係被該外底座圍繞，並且具有一第二附著晶粒墊，其中，該第二附著晶粒墊之晶粒尺寸係不同於該第一附著晶粒墊之晶粒尺寸；以及一軸心，係由該外底座及該內框架所共用，其中，該外底座及該內框架中之至少一個係能沿著共用的該軸心獨立移動，以及該外底座、該內框架及該軸心皆具有一相同的旋轉中心。
根據上述實施例，該外底座及該內框架皆能沿著共用的該軸心獨立移動。
根據上述實施例，該外底座具有杯形的形狀。
根據上述實施例，該內框架具有杯形的形狀。
根據上述實施例，該第一附著晶粒墊具有從1000號至4000號之一晶粒尺寸，以及該第二附著晶粒墊具有從3號至240號之一晶粒尺寸。
根據上述實施例，該研磨輪更包括一第二內框架，係被該外底座及該內框架圍繞，並且具有一第三附著晶粒墊，其中，該第三附著晶粒墊之晶粒尺寸係不同於該第一附著晶粒墊及該第二附著晶粒墊之晶粒尺寸。
根據上述實施例，該外底座及該內框架係呈現同心環的形狀。
本發明之另一實施例提供一種研磨系統，其包括一研磨輪，包括一外底座，係以可分離之方式容納一第一晶粒墊；一內框架，係被該外底座圍繞，並且以可分離之方式容納一第二晶粒墊；以及一軸心，係由該外底座及該內框架所共用，其中，該外底座及該內框架中之至少一個係能沿著共用的該軸心獨立移動；一控制模組，係控制該外底座及該內框架中之至少一個沿著共用的該軸心之移動，其中，該外底座、該內框架及該軸心皆具有一相同的旋轉中心；一輪頭，附著於該研磨輪之該外底座及該內框架之共用的該軸心，以垂直地移動；一馬達，係驅使該研磨輪旋轉；以及一夾持台，容置一晶圓，其中，該研磨輪係重疊於該夾持台之一部份，以及該夾持台與該研磨輪係以相反的方向旋轉。
根據上述實施例，該研磨輪之該外底座係重疊於該夾持台之中心。
根據上述實施例，該研磨輪之該內框架係重疊於該夾持台之中心。
根據上述實施例，該輪頭係向下移動，以使得該研磨輪之該外底座與該內框架接觸該夾持台。
根據上述實施例，該研磨系統更包括一控制單元，係選擇性地使具有一第一附著晶粒墊之該外底座、或具有一第二附著晶粒墊之該內框架、或該外底座及該內框架兩者移動至該夾持台。
根據上述實施例，該研磨輪係可相對於該夾持台傾斜，或該夾持台係可相對於該研磨輪傾斜。
根據上述實施例，該研磨系統更包括該第一晶粒墊，係附著於該研磨輪之該內框架，並且具有從1000號至4000號之一晶粒尺寸。
根據上述實施例，該研磨系統更包括該第二晶粒墊，係附著於該研磨輪之該外底座，並且具有從3號至240號之一晶粒尺寸。
根據上述實施例，該研磨系統更包括一拋光站。
根據上述實施例，該研磨系統更包括一第二內框架，係設置於該內框架之內，並且係以可分離之方式容納一第三晶粒墊。
本發明之又一實施例提供一種研磨一晶圓之方法，其包括：定位該晶圓於一研磨輪之下以及將該晶圓與該研磨輪校直；當使該晶圓與該研磨輪中之至少一個轉動時，使該研磨輪之一外底座之一研磨表面接觸該晶圓；當使該晶圓與該研磨輪中之至少一個轉動時，使該研磨輪之一內框架之一研磨表面接觸該晶圓，並且不改變在該晶圓與該研磨輪之間的校直狀態；以及將該晶圓從位於該研磨輪下之位置處移除。
根據上述實施例，該晶圓與該研磨輪係被校直，以使得該研磨輪之一外邊緣位於該晶圓之一中心上。
根據上述實施例，該研磨一晶圓之方法更包括：在第一個與第二個接觸步驟之至少一個步驟過程中，使該研磨輪相對於該晶圓之一主要表面側向擺動。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。
茲配合圖式說明本發明之較佳實施例。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向，而非用來限制本發明。
本發明將針對示範的實施例來被說明，亦即，一晶圓背側研磨系統，利用具有粗研磨及精研磨能力之一研磨輪。
第1(a)圖係顯示具有一單一研磨輪101之一研磨系統之一部份之示意圖，其中，研磨輪101具有粗研磨及精研磨之能力。一半導體晶圓201是藉由一機械手臂或人工方式被放置於一研磨夾持台202之上，以前側朝下去保持晶圓201於夾持台202之上。研磨夾持台202可以藉由抽真空來支承晶圓201。一雙面膠帶或一邊緣夾鉗亦可以被使用來確保晶圓201固定於夾持台202。研磨夾持台202是位於一轉盤203之上，在此，轉盤203能繞著一轉盤軸204旋轉。如同以下所詳述，研磨夾持台202會在研磨過程中旋轉。
一研磨輪頭103可以垂直移動。一研磨輪軸心102及一研磨輪101是被安裝至其下端，而用於驅使研磨輪軸心102之一馬達104是被安裝至其上部。研磨輪軸心102是由馬達104所驅使而轉動。輪頭103之活動是由位於系統中之一控制單元105所控制。研磨輪101是同時地被轉動，以及當輪頭103下降時，位在夾持台202之頂部上的晶圓201是被研磨輪101所研磨。研磨輪101能夠被輪頭103降低去接觸夾持台202，如此一來，一旦一晶圓是被放置於夾持台202之上時，研磨輪101便能被降低去接觸晶圓，不管晶圓之厚度為何。研磨輪101能選擇性地執行粗研磨及精研磨。控制單元106會選擇何種研磨運作是由研磨輪101來執行，根據來自使用者即時或預先設定的各種輸入資訊。
在研磨過程中，輪頭103會垂直向下移動，如此一來，研磨輪101之下表面(顯示於第1(b)圖中之研磨墊1013或1011)會與半導體晶圓201之一部份接觸。較佳地，研磨輪101之研磨墊與半導體晶圓201之重疊範圍至多是半導體晶圓201之半徑。當半導體晶圓201順時針移動時，研磨輪101是以逆時針旋轉移動，並且其速度能被自由地調整。藉由輪頭103之向下移動，晶圓201之表面是逐漸地被研磨。在研磨過程中，輪頭103向下移動之速度是與一進給速度相同。
在處理完成後，研磨輪101是被輪頭103升起，並且轉盤203是以例如一順時針方向轉動，以使得半導體晶圓201被移動至在研磨系統上之一不同的站，例如，一蝕刻站或一拋光站。
第1(b)圖係顯示具有粗研磨及精研磨能力之一單一研磨輪101之示意圖。研磨輪101具有形成一杯形框架之一一外底座1014。一第一研磨晶粒墊1013是附著於外底座1014之表面。外底座1014更圍繞著亦是杯形之一內框架1012，在此，一第二研磨晶粒墊1011是附著於內框架1012之表面。第一研磨晶粒墊1013及第二研磨晶粒墊1011可以是不同的材料，以鑽石所成型，或塗佈鑽石；並且可以是不同晶粒尺寸的，例如，粗晶粒(例如，在從4號至240號之範圍中)或細晶粒(例如，從1000號至4000號於網孔規模上)。具有較小晶粒尺寸的研磨輪一般會產生較平坦的表面。因此，第一研磨晶粒墊1013及第二研磨晶粒墊1011能在一晶圓上執行粗研磨或精研磨，由控制單元106所控制。第1(b)圖係說明顯示1011是粗晶粒以及1013是細晶粒。其他的選擇亦可以被採用，例如，1011是細晶粒以及1013是粗晶粒。由於晶圓從一站至另一站去執行粗研磨及精研磨之減少的活動，用於說明之研磨輪101能改善晶圓輸出。
內框架1012及外底座1014共用一軸心102，其是附著於顯示於第1(a)圖中之輪頭103。軸心102、外底座1014及內框架1012皆具有相同的中心，其乃是軸心之中心，是在第1(b)圖中以一中心線1015所標示。藉由共用相同的中心對於粗研磨及精研磨，一晶圓之總厚度變化(TTV)能被降低。因此，較少的蝕刻化學物會被使用於下一個蝕刻階段之中，因而可以進一步降低成本。
一示範研磨機之一高度示意表示是繪示於第1(c)圖之中。如圖所示，一粗研磨站及一精研磨站能被體現為一單一的站，因而可改善校直與TTV表現，以及簡化機器與降低其成本。在其他實施例之中，分別的緩衝站亦能選擇性地被包含於單一結合站之中。被顯示於第1(a)圖及第1(c)圖中之研磨系統中之控制單元106所控制，一粗研磨或一精研磨之選取可以藉由使內框架1012沿著共用軸心102垂直移動向上或向下而被完成。一粗研磨或一精研磨之選取亦可以藉由使外底座1014沿著共用軸心102垂直移動向上或向下而被完成。內框架1012及外底座1014之垂直活動之相對位置是被顯示於第1(d)圖、第1(e)圖及第1(f)圖之中。第1(d)圖係顯示內框架1012被向上移動，如此一來，當研磨輪101與一晶圓接觸時，只有包含附著研磨墊1013之外底座1014是與晶圓接觸。第1(e)圖係顯示內框架1012被向下移動，如此一來，當研磨輪101與一晶圓接觸時，只有包含附著研磨墊1011之內框架1012是與晶圓接觸。第1(f)圖進一步顯示內框架1012與外底座1014是位於一同高度的位置處，其乃是一內定位置，當研磨輪101未執行粗研磨或精研磨時。
第1(g)圖至第1(h)圖係顯示根據第1(a)圖之研磨工具之部份俯視圖。更具體而言，第1(g)圖至第1(h)圖係顯示研磨輪101、半導體晶圓201、夾持台202及轉盤203。研磨輪101是在半導體晶圓201之一部份之上。晶圓201是被放置於轉盤203之上，以使得他們具有相同的中心。研磨輪101不是與半導體晶圓201及轉盤203同心。然而，只有一部份的研磨輪101是在半導體晶圓201與轉盤203之上。為了研磨半導體晶圓201，研磨輪101是被降低，以使得適當的研磨墊，1011或1013、或1011與1013兩者，接觸只有一部份的半導體晶圓201。第1(g)圖係顯示包含附著墊1013之外底座1014與晶圓201接觸之重疊，當研磨輪101是位在顯示於第1(d)圖中之位置處時。第1(h)圖係顯示包含附著墊1011之內框架1012與晶圓201接觸之重疊，當研磨輪101是位在顯示於第1(e)圖中之位置處時。在研磨輪與晶圓間之重疊的範圍是介於0-150mm之中。較佳地，研磨墊(1011或1013)與半導體晶圓201之重疊至多是半導體晶圓201之半徑，因此可以到達夾持台202之中心。研磨墊(1011或1013)與夾持台202會旋轉，以使得半導體晶圓201之所有區域皆能被研磨。
當研磨輪101是處於粗研磨或精研磨位置時，研磨輪101能相對於晶圓201傾斜。此傾斜可以藉由使晶圓201之軸傾斜而被執行(如第2(a)圖所示，例如藉由使轉盤203傾斜)或可以藉由使研磨輪101之軸傾斜而被執行(如第2(b)圖所示，例如藉由使輪頭103及/或軸心102傾斜)。研磨輪101能進一步地沿著軸心102擺動(如第2(a)圖所示)，在馬達104及/或另一個控制馬達(未顯示)之控制之下。研磨頭及墊沿著晶圓之擺動活動可以導致一更均勻的研磨製程。研磨劑(未顯示)能藉由相同之研磨輪101被進一步地使用於粗研磨或精研磨製程之中。
顯示於第1(a)圖中之系統是被垂直地校直，使得元件上下移動去研磨晶圓。一做為例證的系統能被水平地校直，以及顯示於第1(b)圖中之研磨輪亦可以被使用於如此一系統之中，其中，研磨輪可以沿著一水平軸前後移動，以研磨位在一對應位置處之一晶圓。熟習本技術領域之人士當可快速了解還有能實現相等功能之許多變化，以及用於說明的實施例僅是做為說明的用途。
雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101．．．研磨輪
102．．．研磨輪軸心
103．．．輪頭
104．．．馬達
105、106．．．控制單元
107‧‧‧上中心線
201‧‧‧晶圓
202‧‧‧夾持台
203‧‧‧轉盤
204‧‧‧轉盤軸
1011‧‧‧研磨墊、第二研磨晶粒墊、附著研磨墊、附著墊
1012‧‧‧內框架
1013‧‧‧研磨墊、第一研磨晶粒墊、附著研磨墊、附著墊
1014‧‧‧外底座
1015‧‧‧中心線
第1(a)圖至第1(c)圖係顯示具有一單一研磨輪之一研磨系統之一實施例以及一控制器之一實施例之示意圖，其中，研磨輪具有粗研磨及精研磨之能力；
第1(d)圖至第1(f)圖係顯示一研磨輪之一實施例之示意圖，其中，研磨輪之精研磨/粗研磨零件沿著一共同軸向上移動、向下移動或不移動；
第1(g)圖至第1(h)圖係顯示在一晶圓上執行精研磨或粗研磨之研磨輪之相對位置之實施例之示意圖；以及
第2(a)圖至第2(b)圖係顯示傾斜於一晶圓之一研磨輪之相對位置之實施例之示意圖。
101．．．研磨輪
102．．．研磨輪軸心
103．．．輪頭
104．．．馬達
105、106．．．控制單元
107．．．上中心線
201．．．晶圓
202．．．夾持台
203．．．轉盤
204．．．轉盤軸

Claims (10)

  1. 一種研磨輪，包括：一外底座，具有一第一附著晶粒墊；一內框架，係被該外底座圍繞，並且具有一第二附著晶粒墊，其中，該第二附著晶粒墊之晶粒尺寸係不同於該第一附著晶粒墊之晶粒尺寸；以及一軸心，係由該外底座及該內框架所共用，其中，該外底座及該內框架中之至少一個係能沿著共用的該軸心獨立移動，以及該外底座、該內框架及該軸心皆具有一相同的旋轉中心。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨輪，更包括：一第二內框架，係被該外底座及該內框架圍繞，並且具有一第三附著晶粒墊，其中，該第三附著晶粒墊之晶粒尺寸係不同於該第一附著晶粒墊及該第二附著晶粒墊之晶粒尺寸。
  3. 一種研磨系統，包括：一研磨輪，包括：一外底座，係以可分離之方式容納一第一附著晶粒墊；一內框架，係被該外底座圍繞，並且以可分離之方式容納一第二附著晶粒墊；以及一軸心，係由該外底座及該內框架所共用，其中，該外底座及該內框架中之至少一個係能沿著共用的該軸心獨立移動；一控制模組，係控制該外底座及該內框架中之至少 一個沿著共用的該軸心之活動，其中，該外底座、該內框架及該軸心皆具有一相同的旋轉中心；一輪頭，附著於該研磨輪之該外底座及該內框架之共用的該軸心，以垂直地移動；一馬達，係驅使該研磨輪旋轉；以及一夾持台，容置一晶圓，其中，該研磨輪係重疊於該夾持台之一部份，以及該夾持台與該研磨輪係以相反的方向旋轉。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之研磨系統，其中，該研磨輪之該外底座係重疊於該夾持台之中心。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之研磨系統，其中，該研磨輪之該內框架係重疊於該夾持台之中心。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之研磨系統，其中，該輪頭係向下移動，以使得該研磨輪之該外底座與該內框架接觸該夾持台。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之研磨系統，更包括一控制單元，係選擇性地使具有該第一附著晶粒墊之該外底座、或具有該第二附著晶粒墊之該內框架、或該外底座及該內框架兩者移動至該夾持台。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之研磨系統，更包括：一第二內框架，係設置於該內框架之內，並且係以可分離之方式容納一第三附著晶粒墊。
  9. 一種研磨一晶圓之方法，包括：定位該晶圓於一研磨輪之下以及將該晶圓與該研磨輪校直； 當使該晶圓與該研磨輪中之至少一個轉動時，使該研磨輪之一外底座之一研磨表面接觸該晶圓；當使該晶圓與該研磨輪中之至少一個轉動時，使該研磨輪之一內框架之一研磨表面接觸該晶圓，並且不改變在該晶圓與該研磨輪之間的校直狀態，其中當該研磨輪轉動時，該研磨輪之該外底座與該內框架係共同受一軸心驅動而轉動；以及將該晶圓從位於該研磨輪下之位置處移除。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之研磨一晶圓之方法，其中，該晶圓與該研磨輪係被校直，以使得該研磨輪之一外邊緣位於該晶圓之一中心上。
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