TWI500479B - 雙面研磨裝置以及雙面研磨方法 - Google Patents

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TWI500479B TW099116583A TW99116583A TWI500479B TW I500479 B TWI500479 B TW I500479B TW 099116583 A TW099116583 A TW 099116583A TW 99116583 A TW99116583 A TW 99116583A TW I500479 B TWI500479 B TW I500479B
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Description

雙面研磨裝置以及雙面研磨方法
本發明是關於晶圓之雙面研磨裝置以及雙面研磨方法者。
當欲雙面研磨半導體晶圓時，進行研磨之際ㄒ以一研磨完成之晶圓厚度相同之托架來阻止磨布之劣化，以便製作具有如鏡面般，絕對平整，其外緣不被磨圓的晶圓。
然而當晶圓厚度達於完成時，磨布會接觸托架。由於相接觸結果，托架被磨損而減小其厚度，因此就須頻繁的更新托架。當然，磨損的托架不可再使用。又，當晶圓厚度達於完成時，磨部接觸整個晶圓及托架，因此增加磨損阻力。於是就有強大負荷施加於研磨裝置而須動用高功率的驅動源。
為了解決上述問題的先前技術如日本公刊11-254305A號所揭示者，設置一厚度調整件於托架貫穿孔(晶圓握持孔)的緣部，以便使貫穿孔緣部厚度大於托架本體部的厚度。
以此構造，晶圓的完成厚度得以調整。而且，當厚度調整件被磨損時，可以更換，因而得以防止托架本體部的磨損，上述問題即可得以解決。
然而上述日本公刊11-254305A號所揭示的先前 技術中，其厚度調整件乃設於貫穿孔的緣部。位於厚度調整件正中的已完成晶圓外緣部之厚度，就一定大於已完成晶圓中央部，而且已完成晶圓的平整度將會不良。再者，晶圓外緣撞擊托架貫穿孔的內周面，容易受損傷。
因此，本發明一形態中之目的在提供一種晶圓雙面研磨裝置以及雙面研磨方法，其能均勻研磨晶圓，而極力防止晶圓外緣的受損傷。
為了達成此一目的，本發明之雙面研磨裝置的第一基本結構包含：一具有上部表面的下部研磨片，其上貼有磨布；一設置於下部研磨片上方的上部研磨片，其可以上下移動，該上部研磨片具有一下部表面，其上貼附有磨布；一設置於下部研磨片與上部研磨片間的托架，該托架具有一本體部，其中開設有用以握持晶圓的貫穿孔；一用來以研磨片兩軸線為中心轉動下部研磨片及上部研磨片的研磨片驅動單元；一用以轉動托架的托架驅動單元；及一泥漿供應源，其中下部研磨片，上部研磨片及托架被轉動，藉 此供應泥漿於下部研磨片，以便研磨夾置於下部研磨片與上部研磨片間的晶圓之雙面，托架上部表面與下部表面內的貫穿孔緣部係施有塗佈層，其係由抗磨損物質組成，而係具有預設寬度與預設厚度，一樹脂墊環，其具有預設寬度，而其厚度等於托架本體部的厚度，該樹脂墊環係設置於貫穿孔之內周面，及該晶圓係被保持於樹脂墊環內。
其次，本發明之雙面研磨裝置的第二基本構造包括：一具有上部表面的下部研磨片，其上貼有磨布；一設置於下部研磨片上方的上部研磨片，其可以上下移動，該上部研磨片具有一下部表面，其上貼附有磨布；一設置於下部研磨片與上部研磨片間的托架，該托架具有一本體部，其中開設有用以握持諸晶圓的複數貫穿孔；一用來以兩軸線為中心轉動下部研磨片及上部研磨片的研磨片驅動單元；一用以轉動托架的托架驅動單元；及一泥漿供營源，其中下部研磨片，上部研磨片及托架被轉動，藉此供應泥漿於下部研磨片，以便研磨夾置於下部研磨 片與上部研磨片間的諸晶圓之雙面，貫穿孔係等距離排列於托架之周圍方向，各該貫穿恐之部份緣部係緊接於托架本體部之緣部，該托架之下緣部與上緣部包含該等貫穿孔之部份緣部係施有塗佈層，其係由抗磨損物質組成，而具有預設寬度與預設厚度，數具樹脂墊環，其具有預設寬度，而其厚度等於托架本體部的厚度，該等樹脂墊環係分別設置於該等貫穿孔之內周面，及該等晶圓係被保持於該等樹脂墊環內。
此外，本發明之方法係由本發明之雙面研磨裝置所完成者，而且，當晶圓厚度已達於預設值範圍內，亦即自其厚度等於托架本體部之厚度至其厚度等於本體部上部表面之塗佈層與本體部下部表面之塗佈層間距離時，研磨操作即停止。
以本發明可製作一種其上下緣部適當直立而不被磨圓，且具良好平整性的晶圓。
藉墊環的使用，可以極力防止晶圓緣部的損傷。
此外，該塗佈層含有抗磨損物質，因此得以延長托架之使用壽命。
本發明之目的與優點可藉申請專利範圍所特別指出的因素與組成來實現並達成。
所須明瞭者，前述一般說明或下述之詳細說明皆 屬例示，並非用以限制本發明之內容。
茲參照附圖詳細說明本發明之實施形態如下：第1圖為表示雙面研磨裝置30一實施例之正視說明圖。已知之基本構造可利用於雙面研磨裝置30。準此說明雙面研磨裝置30的要點。
雙面研磨裝置30具有一下部研磨片32，其上部表面為研磨面，另有一上部研磨片36，其係位於下部研磨片32的上方，並能上下移動，而其下部表面形成研磨面。
下部及上部研磨片32與36以相反方向以兩者軸線為中心被研磨片驅動單元40所轉動。亦即上部研磨片36係被位於基座38的研磨片驅動單元40環繞其軸線轉動。此外，研磨片36還可以被上下移動。例如，研磨片驅動單元40具有垂直驅動單元(未圖示)，亦即一圓柱單元。下部研磨片32係被馬達42以軸線為中心轉動。
數具托架44各具有貫穿孔藉以握持晶圓，其係設置於下部研磨片32與上部研磨片36之間。托架44係固接於一恆星齒輪(內銷輪)46與內齒輪(外銷輪)48，因此托架44可以各自之軸為中心轉動並環繞恆星齒輪46移動(參照第2圖)。恆星齒輪46與內齒輪48係利用一已知之機構(未圖示)轉動者。
一可轉片52位於上部研磨片36之上方並以桿50連結於上部研磨片36。以如此結構，可轉片52可與上部研磨片36一起轉動。
複數的環形溝(第1圖表示二個溝54及56)以同軸方式固定於可轉片52上。
泥漿孔60係開設於環形溝54，56的底面，以便向下引導泥漿。
泥漿係從泥漿功應源64經管子62供應予環形溝54與56。在管子62的中間部設有流量控制閥66。
首先，泥漿從管子62導入於管子70，其係分別由臂68豎立者。此外，泥漿經分配管(未圖示)從管子70導入於環形溝54與56。臂68等係使用已知之方法(未圖示)安裝於基座38上。
用以向下引導泥漿的泥漿孔76係形成於上部研磨片36。泥漿孔76係以等間隔徑向配置。上部研磨片36之泥漿孔係藉供應管78連通於環形溝54與56之泥漿孔60。泥漿係經供應管78供應於下部研磨片32之研磨面。
從同軸配置之內環形溝54，泥漿供應予上部研磨片36之泥漿孔76中之三個孔，其係位於內側者，因而泥漿得以供應予下部研磨片32之研磨面內部區域。
從同軸配置之外環形溝56，泥漿供應子上部研磨片36之泥漿孔76中之三個孔，其係位於外側者， 因而泥漿得以供應予下部研磨片32之研磨面外部區域。
從下部研磨片32向下流出之泥漿經一收集溝80及一返回管82返回泥漿供應源64，以備再使用。
所須注意者，泥漿供應機構並不限定於上述包含環形溝之機構者。尚有很多形式之供應機構可以採用。
其次，本發明之托架44說明如下。請注意第2圖之托架44為一般托架。
第3圖為本發明托架44之平面圖。
本實施形態中之托架44具有一本體部44a，其中開設有三個貫穿孔49以等間隔排列於周圍方向。半導體晶圓55(參照第4圖)係分別被保持於貫穿孔49內。請注意貫穿孔49之數目並不限制。第6圖所示之例中托架44具有一個貫穿孔49。
在第3圖中，有用以向下引導泥漿的泥漿孔61形成於托架44內。
形成於托架44之本體部44a上部表面與下部表面的各貫穿孔49的緣部，係施加以塗佈層51，其係含有抗磨損物質，及具有預設寬度與預設厚度。
托架44之本體部44a係由金屬，亦即不銹鋼組成。適用於塗佈層51的材料為似金鋼石的碳(DLC)。
DLC層(膜)可由例如電漿化學蒸氣澱積(CVD)法(參照例如日本公開專利第2005-254351A號)形 成。電漿CVD法為已知方法，因此於此不做解釋。DLC膜的硬度高如鑽石。此外，DLC膜具有優異的摩擦性與低磨損係數，此為鑽石所無者。因此，藉形成DLC膜於托架44之本體部44a內，可以抑制本體部44a之磨損，因此得以延長托架44之壽命。
除DLC以外，塗佈層51可由其他抗磨損物質，亦即硬陶瓷組成。
本體部44a之厚度約略等於已完成晶圓55之厚度，亦即0.7~0.8mm。
適宜的塗佈層51之厚度約為2μm。此外，塗佈層51之厚度約為8~15mm，最好為10mm。
請注意，晶圓55的尺寸為8~12吋。
在本實施例中，樹脂墊環53係分別繫固於貫穿孔49之內周面。樹脂墊環53之厚度等於托架44之本體部44a之厚度，而其寬度為3~6mm，最好為5mm。墊環53的內徑稍大於晶圓55之直徑。晶圓55係分別被保持於墊環53內(參照第4圖)。
墊環53的材質並未限定。在本實施形態中，墊環53係由環氧樹脂組成。
墊環53的材質係較金屬為軟，因此當做緩衝材料的墊環53能夠防止晶圓55之外緣部免於受傷。
墊環53最好以可拆卸及可更換方式繫固於貫穿孔49之內周面。墊環53係由樹脂組成，因此與托架44之本體部44a相較，其受磨損傾向較大。
為了以可拆卸方式裝設墊環53，如第5圖所示，倒梯形突出體57的各寬度係逐漸向內側增加，而從貫穿孔49的內周面突出。另一方面，倒梯形突出體59，各自可嵌入於相鄰之突出體57間之空間或與突出體(或多數)57結合，突出體59係從墊環53外側周面突出。藉互相結合突出體57與59，墊環53可從貫穿孔49拆卸。請注意有些情形下可利用結合劑黏貼墊環53於貫穿孔49之內周面。
在本實施例中，晶圓55係被保持於托架44之貫穿孔49內，而晶圓55之雙側皆被研磨。
當晶圓55之厚度(d)達於預設範圍時，研磨工作就停止。所謂厚度預設範圍乃指從厚度(d1)等於托架44之本體部44a的厚度(為墊環53的厚度)，至厚度(d2)等於塗佈層51在本體部44a上部表面與塗佈層51在本體部44a下部表面之間距離(參照第4圖)。亦即厚度範圍為d1≦d≦d2。
藉設定研磨操作的終點如上述，即可研磨晶圓成平整，而不致使緣部變圓。
傳統上，磨布研磨晶圓的外周面，因此晶圓的外緣會被磨圓。另一方面，晶圓中央部將被過度研磨而變成較外緣部更薄。
依據日本公刊專利第11-254305A，如第7圖所示，有一厚度調整件45設置於托架44之貫穿孔49緣部以便使緣部較托架44的本體部44a更厚。以此 結構，可調整已完成晶圓55的厚度。
然而在第7圖中，晶圓55恰好位於厚度調整件45內，因此晶圓55的外緣部較其中央部少被研磨。因此，外緣部將變過厚，已完成晶圓55的平整性一定很差。
在本實施例中，墊環53係設於塗佈層51間，其係相當於傳統技術的厚度調整件，及晶圓55的外緣部(上部外緣與下部外緣)，因此晶圓55外緣起因於磨布的磨圓，及起因於塗佈層51的外緣部豎立，互相抵銷。因此，晶圓55得以被研磨成極為平整，不致於將其外緣磨圓。
此外，晶圓55可以均勻研磨，即使研磨晶圓55的終點設定於厚度d1-d2(參照第4圖)。因此，研磨工作的終點得以輕易把握。即使已完成晶圓55之厚度在d1與d2間時，晶圓55也可以研磨成平整。其原因在墊環53之厚度等於托架44之本體部44a厚度(d1)，而薄於在本體部44a上部與下部表面間距離(d2)，而其寬度約為3-6mm，申請人認為係導因於墊環53設於塗佈層51與晶圓55之外緣間。
第8圖表示磨布58施加於被握持於墊環53內晶圓55壓力的分佈情形。藉利用具有預設寬度的墊環53，壓力得以均勻從磨布58施加於晶圓55整個表面。
此外，藉墊環53的利用，得以極力避免損傷晶圓55的上、下緣。
藉具有高度抗磨損性塗佈層51的形成，得以延長托架44的使用壽命。
塗佈層51之作用有如制止器，用以抑制做為保持裝置的墊環53受磨傷。藉抑制墊環53的磨傷，可以減少更換墊環53之次數，並節省研磨工作成本。
除墊環53銷輪等外，由於塗佈層51係形成於托架44之本體部44a的限制部位，因此塗佈層51得以極力避免剝離，故亦可避免損及晶圓55。
茲參照第9圖及第10圖說明托架44的另一例。
在第9圖及第10圖所示例中，沿托架44的本體部44a周圍方向，有複數的貫穿孔49(第9圖中有3個)以等間隔配置，而各貫穿孔49的部份緣部緊鄰於本體部44a的外緣部。包含貫穿孔49緣部緊鄰部份之托架44的上緣部(斜線部)及下緣部(未圖示)係施以塗佈層51，其係以抗磨損物質組成而具有預設寬度與預設厚度者。請注意上緣部(斜線部)係形成於本體部44a之上部表面，而下緣部(未圖示)係形成於本體部44a的下部表面。
塗佈層51最好由DLC組成，如第3圖之例所示。
適當的塗佈層51厚度為大約2μm，而其適當的寬度為大約50mm。
請注意本例的貫穿孔乃用於握持直徑大約8吋之晶圓55者。
厚度等於本體部44a厚度，而寬度大約3-6mm 的樹脂墊環53，係分別設置於貫通孔49的內周面，如第3圖所示之例者。晶圓55則分別被握持於墊環53內。
第9圖及第10圖所示之例中，塗佈層51並非沿貫穿孔49整個緣部形成。然而塗佈層51係形成於托架44之本體部44a的整個外緣部(上緣部與下緣部)，而塗佈層51包含貫穿孔49緣部的緊鄰部份。塗佈層51之寬度頗大，亦即有50mm。此外，墊環53之厚度等於托架44之本體部44a之厚度，而薄於本體部44a上、下表面內塗佈層51間的距離。墊環53係設置於貫穿孔49的內周面。以此結構，此例可如同第3圖所示之例，獲得均勻研磨晶圓55之效果。
此外，可以避免損傷晶圓55之緣部，而可延長托架44之使用壽命。
本說明書中所敘述之所有例子與條件文句乃為了教導讀者明瞭本發明及發明人為本技藝之進步所做觀念之貢獻，並應解釋為對本例與條件之特殊敘述並未加以限制，本說明書之所舉例子的組織亦不表示對本發明之優越性與劣等性有所關連。雖然本發明之實施形態業已詳細說明，所須明瞭者，在不逸脫本發明之精神與範圍，可做各種變更、替代及修飾。
30‧‧‧雙面研磨裝置
32‧‧‧下部研磨片
36‧‧‧上部研磨片
38‧‧‧基座
40‧‧‧研磨片驅動單元
42‧‧‧馬達
44‧‧‧托架
46‧‧‧恆星齒輪
48‧‧‧內齒輪
50‧‧‧桿
52‧‧‧可轉片
54、56‧‧‧環形溝
60‧‧‧泥漿孔
62‧‧‧管子
64‧‧‧泥漿供應源
66‧‧‧流量控制閥
68‧‧‧臂
70‧‧‧管子
76‧‧‧泥漿孔
78‧‧‧供應管
82‧‧‧返回管
44a‧‧‧托架本體部
49‧‧‧托架貫穿孔
51‧‧‧塗佈層
53‧‧‧樹脂墊環
61‧‧‧泥漿孔
55‧‧‧晶圓
57、59‧‧‧倒梯形突出體
45‧‧‧厚度調整件
58‧‧‧磨布
第1圖為本發明雙面研磨裝置一實施例之正視圖。
第2圖為普通托架之說明圖。
第3圖為本發明托架一例之平面圖。
第4圖為表示托架與已完成晶圓間關係之說明圖。
第5圖為墊環裝設結構之說明圖。
第6圖為本發明托架另一例之平面圖。
第7圖為表示以一傳統托架握持晶圓之說明圖。
第8圖為表示以本發名托架握持晶圓之說明圖。
第9圖為本發明托架再一例之平面圖。
第10圖為第9圖所示托架之部份放大圖。
30‧‧‧雙面研磨裝置
32‧‧‧下部研磨片
36‧‧‧上部研磨片
38‧‧‧基座
40‧‧‧研磨片驅動單元
42‧‧‧馬達
44‧‧‧托架
46‧‧‧恆星齒輪
48‧‧‧內齒輪
50‧‧‧桿
52‧‧‧可轉片
54、56‧‧‧環形溝
60‧‧‧泥漿孔
62‧‧‧管子
64‧‧‧泥漿供應源
66‧‧‧流量控制閥
68‧‧‧臂
70‧‧‧管子
76‧‧‧泥漿孔
78‧‧‧供應管
80‧‧‧收集溝
82‧‧‧返回管

Claims (2)

  1. 一種以雙面研磨裝置研磨晶圓之雙面的方法，包含：一具有上部表面的下部研磨片，其上貼附有第一磨布；一設置於該下部研磨片上方的上部研磨片，其可以上下移動，該上部研磨片具有一下部表面，其上貼附有第二磨布；一設置於該下部研磨片與該上部研磨片間的托架，該托架具有一本體部，其中開設有用以握持晶圓的至少一貫穿孔；一用來以研磨片兩軸線為中心轉動該下部研磨片及該上部研磨片的研磨片驅動單元；一用以轉動該托架的托架驅動單元；及一泥漿供應源，其中該下部研磨片、該上部研磨片及該托架被轉動，藉此供應泥漿於該下部研磨片，以便研磨夾置於該下部研磨片與該上部研磨片間的晶圓之雙面；該托架表面與下部表面內的至少一貫穿孔緣部施有似金鋼石的碳(DLC)塗佈層，其具有預設寬度與預設厚度；一樹脂墊環，其具有預設寬度，而其厚度等於該托架本體部的厚度，該樹脂墊環係設置於該至少一貫穿孔之內周面，及該晶圓係被保持於該樹脂墊環內；該方法包含：當該晶圓之厚度達於預設厚度範圍時，研磨工作就停止，所謂厚度預設範圍乃指從厚度等於該托架本體部的厚度，至厚度等於該塗佈層在本體部上部表面與該塗佈層在本體部 下部表面之間的距離。
  2. 一種以雙面研磨裝置研磨晶圓之雙面的方法，包含：一具有上部表面的下部研磨片，其上貼附有第一磨布；一設置於該下部研磨片上方的上部研磨片，其可以上下移動，該上部研磨片具有一下部表面，其上貼附有第二磨布；一設置於該下部研磨片與該上部研磨片間的托架，該托架具有一本體部，其中開設有用以握持諸晶圓的複數貫穿孔；一用來以研磨片兩軸線為中心，轉動該下部研磨片及該上部研磨片的研磨片驅動單元；一用以轉動該托架的托架驅動單元；及一泥漿供應源，其中該下部研磨片、該上部研磨片及該托架被轉動，藉此供應泥漿於該下部研磨片，以便研磨夾置於該下部研磨片與該上部研磨片間的諸晶圓之雙面；該等複數貫穿孔係等間隔排列於該托架之周圍方向，各該貫穿孔之部份緣部係緊接於該托架本體部之緣部；該托架之下緣部與上緣部包含該等複數貫穿孔之部份緣部係施有似金鋼石的碳(DLC)塗佈層，其具有預設寬度與預設厚度；數具樹脂墊環，其具有預設寬度，而其厚度等於該托架本體部的厚度，該等樹脂墊環係分別設置於該等貫穿孔之內周面；及該等晶圓係被分別保持於該等樹脂墊環內，該方法包含：當該晶圓之厚度達於預設厚度 範圍時，研磨工作就停止，所謂厚度預設範圍乃指從厚度等於該托架本體部的厚度，至厚度等於該塗佈層在本體部上部表面與該塗佈層在本體部下部表面之間距離。
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