TWI521587B - 利用同時雙面拋光來拋光半導體晶圓的方法 - Google Patents

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Description

利用同時雙面拋光來拋光半導體晶圓的方法
本發明係關於一種用於拋光半導體晶圓的方法，係在一拋光裝置的一下拋光墊與一上拋光墊之間的間隙中在供應拋光劑的同時利用同時雙面拋光(simultaneous double-side polishing)來進行，該下拋光墊覆蓋一下拋光板以及該上拋光墊覆蓋一上拋光板，且該等拋光板與該等拋光墊具有一內邊緣(inner edge)及一外邊緣(outer edge)。該方法包括用修整工具對一個或全部二個拋光墊進行修整以及在修整後於間隙中拋光半導體晶圓。
半導體晶圓，特別是單晶矽的半導體晶圓，被需要作為用於製造電子元件的基本材料。這種元件的製造商要求所交付的半導體晶圓具有盡可能平坦且彼此平行的前側面及後側面。為了滿足該要求，用於製造這種半導體晶圓的加工步驟(processing step)中通常包括拋光。雙面拋光(DSP)是特別適合的，在雙面拋光中，半導體晶圓的前側面及後側面在拋光劑存在的情況下同時被拋光。在DSP過程中，半導體晶圓係與其他半導 體晶圓一起放置在下拋光墊與上拋光墊之間的間隙中。各拋光墊皆覆蓋相應的下拋光板及上拋光板。在DSP過程中半導體晶圓位於能引導並保護半導體晶圓的承載盤(carrier)的開口中。承載盤是外部有齒的盤(externally toothed disk)，其佈置在拋光裝置的內有齒輪(inner toothed wheel)與外有齒輪(outer toothed wheel)或針齒輪(pin gear)之間。有齒輪或針齒輪在下文中被稱為驅動齒輪(drive gear)。在拋光過程中，承載盤藉由內驅動齒輪或藉由內驅動齒輪及外驅動齒輪繞著承載盤的中心及拋光板的中心開始旋轉運動。另外，拋光板通常也繞著其軸線逆向旋轉，從而產生了DSP的動力學特徵，其中，在待拋光的半導體晶圓側面上的一點係在相應的拋光墊上沿擺線路徑(cycloid path)行進。
在首次使用之前及達到一定程度的損耗之後，通常要修整下拋光墊及上拋光墊。在修整過程中，拋光墊的表面被粗糙化並引入少量的材料磨損，以便使拋光墊呈有利的工作狀態。
根據US 2012/0189777 A1，使拋光板經過成形修整(shaped dressing)("整形(truing)")、從而使拋光墊之間的間隙寬度盡可能均勻是有益的。另外，此處描述了，為了修整拋光墊，承載盤被更換為修整環。修整係在冷卻潤滑劑存在的情況下實施，修整環在無半導體晶圓嵌入的情況下，在類似於DSP的動力學特徵的運動中移動經過下拋光墊及上拋光墊。
本發明的一個目的是提供一種能使半導體晶圓的平 面度在已經實施DSP後得以改善的途徑。
該目的藉由一種用於拋光半導體晶圓的方法來實現，係在一拋光裝置的一下拋光墊與一上拋光墊之間的間隙中在提供拋光劑的同時利用同時雙面拋光來進行，該下拋光墊覆蓋一下拋光板以及該上拋光墊覆蓋一上拋光板，且該等拋光板與該等拋光墊具有一內邊緣及一外邊緣，該方法包括：用修整工具對一個拋光墊、或首先對一拋光墊且其後對另一拋光墊進行修整，其中覆蓋有待修整之拋光墊的拋光板旋轉，且修整工具以如下方式安裝在間隙中：修整工具從待修整拋光墊之內邊緣延伸至外邊緣；以及在修整後於間隙中拋光半導體晶圓，其特徵在於，在修整過程中，該修整工具和與待修整拋光墊相對的拋光墊之間在該拋光墊的內邊緣處的距離係與在該拋光墊的外邊緣處的相應距離不同。
發明人已經發現，為了改善平面度、尤其是半導體晶圓的邊緣區域中的平面度，有益的是：使半導體晶圓經過DSP，且在該情況下使間隙的寬度從拋光墊的內邊緣到外邊緣發生改變，而不是保持不變。間隙的寬度是下拋光墊與上拋光墊之間的距離。該寬度較佳係線性地變化。與在拋光墊的外邊緣處相比，該間隙較佳係在拋光墊的內邊緣處更寬，且該間隙因此具有一呈楔形形狀的輪廓。當在拋光墊的內邊緣處的間隙寬度係與在拋光墊的外邊緣處的間隙寬度比較時，間隙寬度上的差的大小為10微米至250微米，較佳為30微米至150微米。因此，修整後的拋光墊 較佳係在內邊緣處比在外邊緣處更薄。
間隙的有利輪廓係藉由用修整工具對一個或全部二個拋光墊進行修整來實現。如果全部二個拋光墊都被修整，首先修整下拋光墊或上拋光墊，且其後修整與被修整的拋光墊相對的拋光墊。
修整工具較佳包括複數個修整環，且尤佳地包括三個修整環，該等修整環係代替承載盤放置在內、外驅動齒輪之間。各修整環均具有朝向待修整拋光墊的裝有研磨體(grinding body)的上側。位於下方的下側可同樣裝有研磨體。研磨體含有起磨耗作用的材料(abrasively acting material)，較佳是金剛石、立方氮化硼、金剛砂(corundum)或碳化矽的晶粒。平均粒徑較佳為60微米至300微米。
修整工具係從待修整拋光墊的內邊緣延伸至外邊緣。根據本發明，在修整過程中，從修整工具到與待修整拋光墊相對的拋光墊在該拋光墊的內邊緣處的距離係與在該拋光墊的外邊緣處的相應距離不同。此係藉由以如下方式安裝修整工具來實現：修整工具係佈置成相對於水平位置傾斜。較佳地，一間隔件(spacer)係放置在修整工具及與待修整拋光墊相對的拋光墊之間。修整工具和與待修整拋光墊相對的拋光墊之間在該拋光墊的內邊緣處的距離係大於在該拋光墊的外邊緣處的距離。此為由研磨體所形成的修整工具之表面及與待修整拋光墊相對的拋光墊的表面之間的距離。
根據一個實施態樣，該間隔件包括壓在與待修整拋光墊相對的拋光墊上的一或多個環。這種間隔件環從拋光墊的內邊緣延伸至外邊緣。在拋光墊的內邊緣處，間隔件環的厚度較佳係大於間隔件環在拋光墊的外邊緣處的厚度。修整工具在拋光墊的內邊緣與外邊緣的區域中壓在間隔件上。因此，與在拋光墊的外邊緣處相比，修整工具和與待修整拋光墊相對的拋光墊之間的距離係在拋光墊的內邊緣處更大。
較佳地，係提供三個間隔件，壓在與待修整拋光墊相對的拋光墊上，同時均勻地分布。該等間隔件較佳係藉由杆條(bar)彼此連接，杆條係作為能抵抗間隔件的扭曲的保護物(security)。
為了修整拋光墊，使拋光板閉合，且由待修整拋光墊所覆蓋的拋光板開始旋轉。另一拋光板不旋轉。另外，根據本發明安裝的修整工具係藉助於內驅動齒輪或外驅動齒輪或藉助於前述二者繞著修整工具自身的中心開始旋轉。上拋光板係完全地懸置，以便使修整工具及運動中的拋光板能夠相對移動，從而使待修整拋光墊之整個表面均被加工。
根據另一實施態樣，該間隔件是壓在與待修整拋光墊相對的拋光墊上的單個環。該間隔件環圍繞拋光墊的內邊緣及內驅動齒輪。修整工具在拋光墊的內邊緣的區域中壓在間隔件上，且在拋光墊的外邊緣的區域中壓在拋光墊上。在該拋光墊的內邊緣處，修整工具和與待修整拋光墊相對的拋光墊之間的距離 係等於修整工具的厚度及間隔件的厚度之總和。在拋光板的外邊緣處，間隔件的厚度使該距離較小。
修整較佳係在冷卻潤滑劑存在的情況下實施。
在對一個或全部二個拋光墊進行修整後，位於承載盤中的半導體晶圓係於拋光墊之間的間隙中經過同時雙面拋光，複數個半導體晶圓在一次拋光運轉中同時被拋光。在拋光墊中的一個或全部二個拋光墊皆根據本發明再次被修整之前，實施多次拋光運轉。只要間隙的輪廓保留期望的楔形形狀，就可免除其後的修整。如果拋光在被拋光的半導體晶圓的平面度方面不再滿足對於拋光的期望，由於不均勻的拋光損耗，需要修復間隙的期望輪廓。在該情況下，實施另外的修整過程。可能需要預先更換拋光墊。
1‧‧‧上拋光板
2‧‧‧下拋光板
3‧‧‧上拋光墊
4‧‧‧下拋光墊
5‧‧‧旋轉軸線
6‧‧‧內針齒輪
7‧‧‧外針齒輪
8‧‧‧承載盤
9‧‧‧外齒
10‧‧‧半導體晶圓
11‧‧‧修整環
12‧‧‧歯
13‧‧‧研磨體
14‧‧‧間隔件環
16‧‧‧杆條
17‧‧‧間隔件環
18‧‧‧修整環
Di‧‧‧下拋光墊與修整環之間在拋光墊的內邊緣處的距離
Do‧‧‧在拋光墊的外邊緣處的相應距離
Wo‧‧‧在拋光墊的內邊緣處的間隙的寬度
Wi‧‧‧在拋光墊的外邊緣處的間隙的寬度
下面將藉助於附圖來闡述本發明。第1圖示出了根據本發明的第一實施態樣在拋光墊的修整過程中修整工具的佈置的截面示意圖；第2圖示出了在與待修整拋光墊相對的拋光墊的平面圖中根據第1圖的佈置；第3圖示出了根據本發明的第二實施態樣在拋光墊的修整過程中修整工具的佈置的截面示意圖；第4圖示出了在與待修整拋光墊相對的拋光墊的平面圖中根據第3圖的佈置； 第5圖示出了在具有楔形形狀的輪廓的間隙中在DSP過程中半導體晶圓的佈置的截面示意圖。
根據第1圖，下拋光板2及上拋光板1係從內邊緣徑向地延伸至外邊緣，覆蓋相應的拋光板的下拋光墊4及上拋光墊3也是如此。下拋光墊4形成一環形表面，該環形表面在內邊緣處鄰接拋光裝置的內針齒輪6，且在外邊緣處鄰接拋光裝置的外針齒輪7。三個修整環11係放置在下拋光墊4上，同時均勻地分布。三個修整環11係分別壓在由塑膠製成的間隔件環14上。間隔件環14在橫截面上具有楔形形狀。修整環11從待修整的上拋光墊3的內邊緣延伸至外邊緣，並在圓周上具有齒12，齒12嚙合到內針齒輪及外針齒輪6、7的針上。
修整環11的上側裝有研磨體13。在上拋光墊的修整過程中，上拋光墊1係繞著其旋轉軸線5旋轉。下拋光墊2在該過程中保持靜止。下拋光墊4與修整環11之間在拋光墊的內邊緣處的距離Di係大於在拋光墊的外邊緣處的相應距離Do。
由於間隔件環14的橫截面的楔形形狀構型，間隔件環14在拋光墊4的內邊緣及外邊緣上具有不同厚度，因此修整環11在修整過程中係採取相對於水平位置的傾斜位置。因此，在修整過程中引入的來自上拋光墊3的材料磨損係取決於徑向位置。材料磨損係從拋光墊的內邊緣到拋光墊的外邊緣降低。
如果打算其後也修整下拋光墊4，修整環11及間隔件 環14係轉動180°，並佈置在拋光墊之間的間隙中，且下拋光墊2(而不是上拋光墊1)係在修整過程中旋轉。
第2圖示出了在與待修整拋光墊3相對的下拋光墊4的平面圖中修整環11及間隔件環14的佈置。間隔件環14係藉由杆條16彼此連接，杆條16防止間隔件環14在拋光墊的修整過程中進行旋轉運動。
根據第3圖的實施態樣與根據第1圖的實施態樣的不同之處基本上在於，單個間隔件環17被用作為一間隔件，其係繞著下拋光墊4的內邊緣並繞著內驅動齒輪6放置。間隔件環17具有均勻的厚度。修整工具在該實施態樣中是修整環18，修整環18厚於另一實施態樣的修整工具，且因此具有更大的剛性(stiffness)。修整環18在下拋光墊4的內邊緣的區域中壓在間隔件環17上，且在下拋光墊4的外邊緣的區域中壓在下拋光墊4上。較佳地，係提供三個這種修整環18。修整工具11和與待修整拋光墊3相對的下拋光墊4之間在下拋光墊4的內邊緣處的距離Di係大於在下拋光墊4的外邊緣處的相應距離Do。厚度之間的差對應於間隔件環17的厚度。
第4圖示出了在下拋光墊4的平面圖中修整環18的佈置。修整環18在下拋光墊4的內邊緣的區域中壓在間隔件環17上。間隔件環17圍繞下拋光墊4的內邊緣及內驅動齒輪6。
第5圖示出了在具有楔形輪廓的間隙中在DSP過程中的半導體晶圓10的佈置的截面示意圖。輪廓的楔形形狀是二次相繼實施的操作的結果，拋光墊在該操作過程中以所描述的方式被 修整。半導體晶圓10位於承載盤8的凹部中。承載盤8具有外齒9，外齒9與內針齒輪6及外針齒輪7嚙合。在拋光墊的內邊緣處的間隙的寬度Wi係大於在拋光墊的外邊緣處的間隙的寬度Wo。拋光墊在內邊緣處比在外邊緣處更薄。在DSP過程中，拋光墊係繞著其旋轉軸線5逆向旋轉。
1‧‧‧上拋光板
2‧‧‧下拋光板
3‧‧‧上拋光墊
4‧‧‧下拋光墊
5‧‧‧旋轉軸線
6‧‧‧內針齒輪
7‧‧‧外針齒輪
11‧‧‧修整環
12‧‧‧歯
13‧‧‧研磨體
Di‧‧‧下拋光墊與修整環之間在拋光墊的內邊緣處的距離
Do‧‧‧在拋光墊的外邊緣處的相應距離

Claims (5)

  1. 一種拋光至少一個半導體晶圓的方法，其係在一拋光裝置的一間隙中在供應拋光劑的同時進行，該間隙介於一覆蓋有一下拋光墊的下拋光板與一覆蓋有一上拋光墊的上拋光板之間，該等拋光板與該等拋光墊具有一內邊緣(inner edge)及一外邊緣(outer edge)，該方法包括：用修整工具(dressing tool)對該上拋光墊及下拋光墊之第一個進行修整，所述修整包括使覆蓋有第一個拋光墊的對應拋光板旋轉，修整工具以如下方式安裝在間隙中：修整工具從第一個拋光墊之內邊緣延伸至外邊緣；以及該修整工具與該上拋光墊及下拋光墊之第二個之間在第二個拋光墊的內邊緣處的距離，係與在第二個拋光墊的外邊緣處的相應距離不同；以及在修整後，在該間隙中同時雙面拋光該至少一個半導體晶圓。
  2. 如請求項1之方法，其中更包含在修整第一個拋光墊之後修整第二個拋光墊。
  3. 如請求項1或2之方法，其中，修整係將一種輪廓(profile)施加於介於該上拋光墊及下拋光墊之間的間隙，使得在拋光墊的內邊緣處之間隙的寬度係大於在拋光墊的外邊緣處之間隙的寬度。
  4. 如請求項1或2之方法，其中，該修整工具包括一或多個環，該一或多個環係放置在該拋光裝置的內、外驅動齒輪之間，且 繞著環的中心藉由該內驅動齒輪、該外驅動齒輪之一者，或該內驅動齒輪與外驅動齒輪二者而進行旋轉。
  5. 如請求項3之方法，其中，該修整工具包括一或多個環，該一或多個環係放置在該拋光裝置的內、外驅動齒輪之間，且繞著環的中心藉由該內驅動齒輪、該外驅動齒輪之一者，或該內驅動齒輪與外驅動齒輪二者而進行旋轉。
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