TWI523096B

TWI523096B - 晶圓硏磨機台及晶圓硏磨方法

Info

Publication number: TWI523096B
Application number: TW102139344A
Authority: TW
Inventors: 張棠貴; 魏國修; 陳科維; 羅唯仁; 王英郎
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2016-02-21
Also published as: US20140213152A1; TW201430928A; US9339912B2; US20140213153A1; US9931726B2

Description

晶圓研磨機台及晶圓研磨方法

本申請案主張2013年1月31日申請的美國臨時專利申請案第61/759076號名稱為「使用研磨帶的晶圓研磨工具」、以及2013年1月31日申請的美國臨時專利申請案第61/759098號名稱為「使用研磨帶的晶圓邊緣修整機台」的權益，在此將申請案一併列入參考。

本申請案與同一天申請之名稱為「使用研磨帶的晶圓邊緣修整機台」(代理人編號為TSMC12-1340)的專利申請案有關，在此含括此申請案列入參考。

本揭露有關於一種積體電路，大體而言是有關一種晶圓研磨機台。

在一些積體電路的製造製程中，晶圓研磨製程(例如清洗及/或背面/斜面清潔製程)可使用蝕刻技術或化學與機械製程(例如化學機械研磨)的組合來研磨並清洗一晶圓(例如晶圓的背面及斜面)的表面。一般來說，可利用晶圓研磨製程在晶圓表面上達到平坦地形。一個平坦的晶圓表面有利於改善後續的製程步驟，例如改善光重疊準確度。然而，傳統的晶圓研磨製程在達到真正平坦之晶圓表面上的能力可能受限於蝕刻技術。再者，傳統的晶圓研磨製程可能會導致晶圓表面的損壞，例如破裂或剝離。

因此，本發明之一態樣是在提供一種晶圓研磨機台及晶圓研磨方法，藉由將研磨帶在滾筒上收納成捲的方式，在研磨帶已使用的部分開始磨損時，可轉出研磨帶之未磨損的部分。因此，透過本發明實施例揭露之晶圓研磨機台及晶圓研磨方法，在晶圓研磨製程不需要經常中斷來更換研磨帶磨損的部分。

本發明之另一態樣是在提供一種晶圓研磨機台及晶圓研磨方法，透過研磨帶所研磨之晶圓具有較使用傳統方法所研磨之晶圓不容易損壞或不平整之優點，且較平坦的晶圓表面有利於改善後續製程步驟的精確度，例如其可改善光重疊準確度。

根據本發明之上述目的，提出一種晶圓研磨機台，包含研磨帶、研磨頭及旋轉模組。研磨頭夾持研磨帶。旋轉模組係配置以在晶圓研磨製程中轉動晶圓，且其中研磨頭係配置以在晶圓研磨製程中對研磨帶施以朝向晶圓之第一表面的壓力。

依據本發明之一實施例，上述之晶圓研磨機台更包含底盤。底盤係配置以在晶圓研磨製程中對晶圓之第二表面提供支撐。其中，第二表面係相對晶圓之第一表面。

依據本發明之另一實施例，上述之底盤係配置以在晶圓研磨製程期間施加液體在晶圓之第二表面上。

依據本發明之又一實施例，上述之研磨帶包含研磨材料層接合於基膜。

依據本發明之再一實施例，上述之研磨材料層包含鑽石、二氧化矽、氧化鈰、碳化矽、氧化鋁或其任意組合。

依據本發明之再一實施例，上述之研磨材料層包含粒徑尺寸從0.5μm到30μm的鑽石粉末。

依據本發明之再一實施例，上述之基膜包含聚對苯二甲酸乙二酯或聚酯，且研磨頭包含聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚醚醚酮、橡膠或其任意組合。

根據本發明之上述目的，提出一種晶圓研磨方法，包含：放置晶圓在旋轉模組上；使晶圓與旋轉模組一起旋轉；以及藉由利用研磨頭對晶圓之第一表面施加研磨帶，來研磨晶圓的第一表面。

依據本發明之一實施例，上述之晶圓研磨方法，更包含：使用底盤來對晶圓之第二表面提供支撐，其中第二表面相對於晶圓的第一表面；以及使用底盤來施加液體在晶圓的第二表面上。

依據本發明之另一實施例，上述之晶圓研磨方法，更包含：將研磨帶以收納成一捲的方式儲放在研磨頭中；以及在研磨帶之使用部分磨損時，轉出研磨帶之新的部分。

100‧‧‧研磨機台

101‧‧‧研磨機台

102‧‧‧研磨帶/鑽石帶

102a‧‧‧研磨帶

102b‧‧‧研磨帶

104‧‧‧研磨頭

104a‧‧‧研磨頭

104b‧‧‧研磨頭

106‧‧‧旋轉模組

108‧‧‧晶圓

110‧‧‧箭頭

112‧‧‧箭頭

114‧‧‧機械式夾頭

116‧‧‧底盤

302‧‧‧線條

304‧‧‧線條

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式之下列描述，其中：第1A圖至第1C圖為依據各種實施例的一種示範的晶圓研磨機台的不同視圖；第1D圖為依據替代實施例的一種示範的晶圓研磨機台之示意圖；第2圖為一種依據不同實施例之使用第1A至1D圖所繪示之研磨機台之一種晶圓研磨示範方法的流程圖；以及第3圖為使用第1A至1D圖之研磨機台與傳統晶圓研磨機台研磨後之晶圓厚度變化的比較圖。

本實施例的製造及應用將詳細討論如下。然而，應當理解的是，本揭露提供了許多可應用的發明概念，其可可在廣泛的各種特定背景中加以體現。所討論的特定實施例僅係用以例示所揭露標的之製造及應用的特定方式，並非用以限制不同實施例的範圍。

此外，本揭露可能會在不同例子中重複參考符號及/或文字。這樣的重複係基於簡單及清楚的目的，且以其本身而言並非用以指定所討論之各實施例及/或配置之間的關係。再者，在本揭露中，一特徵形成於另一特徵上、連接於及/或耦合於另一特徵可能包含這些特徵以直接接觸的方式形成的實施例，也可能包含額外的特徵可能形成在這些特徵之間的實施例，如此這些特徵可能不會直接接觸。此外，空間相對用語，例如「較低的(lower)」、「較高的(upper)」、「水平的(horizontal)」、「垂直的(vertical)」、「在..之上(above)」、「在..上面(over)」、「在下方(below)」、「在.. 之下(beneath)」、「上(up)」、「下(down)」、「頂部(top)」、「底部(bottom)」等及其衍生字(例如「水平地(horizontally)」、「向下地(downwardly)」、「向上地(upwardly)」等)係用以便於說明一特徵與另一特徵的關係。這些空間相對用語意欲在涵蓋包含這些特徵之元件的不同方向。

各種實施例包含使用研磨帶來研磨晶圓的表面。研磨帶可不需使用化學研磨漿來研磨晶圓。透過研磨帶來研磨所產生之晶圓表面可較以傳統技術(例如蝕刻技術)研磨之晶圓表面顯示出更平坦之地形與較少之損傷。

第1A圖為依據各種實施例所繪示的一種示範的晶圓研磨機台100的示意圖。晶圓研磨機台100包含研磨帶102、研磨頭104夾持研磨帶102、以及旋轉模組106。在晶圓研磨製程期間，可將晶圓108放置在旋轉模組106上。將需研磨之晶圓108表面朝上放置。晶圓108可為一半導體晶圓，且包含矽、二氧化矽、氧化鋁、藍寶石(sapphire)、鍺、砷化鎵(GaAs)、矽鍺合金、磷化銦(InP)、及/或任何其他適合材料。

在晶圓研磨製程中，旋轉模組106支撐、托住並旋轉(如箭頭110所指)晶圓108。在各種實施例中，旋轉模組106可為機械式夾頭或真空夾頭。在第1A圖中，旋轉模組106係繪示為真空夾頭。雖然第1A圖係將旋轉模組106繪示成以如箭頭110所指之逆時針的方向旋轉，然旋轉模組106也可以相反之順時針方向旋轉。在晶圓研磨製程期間，研磨頭104施加向下的壓力(箭頭112所指)於研磨帶102 上，因此研磨帶102接觸晶圓108需研磨之晶圓108表面(即晶圓108之朝上的表面)。研磨頭104可旋轉也可不旋轉。當晶圓108抵著研磨帶102旋轉時，可透過機械研磨的力量來研磨接觸並且抵著研磨帶102的表面。特別是，不像一些傳統晶圓研磨製程，在晶圓研磨製程期間，晶圓研磨機台100並不需要在晶圓上施放化學研磨漿。

在各種實施例中，研磨帶102可為研磨材料接合於基膜(有時候稱為基帶)上。在晶圓研磨期間，研磨材料係面向晶圓。舉例來說，在第1A-1D圖中，研磨帶102的研磨材料將面朝下方(接觸晶圓108)，而研磨帶102的基膜將面朝上。研磨材料可為鑽石、鑽石粉末、二氧化矽、氧化鈰、碳化矽、氧化鋁、其組合及類似物。基膜可為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酯或類似物。此外，研磨帶102可具有，例如介於2mm到30mm的寬度、以及20m或以上的長度。

舉例而言，研磨帶102可包含粒徑尺寸介於0.5μm到30μm的鑽石粉末接合在具有介於20μm到150μm厚度的聚酯基膜上。在另一例子中，研磨帶102可包含一層具有粒徑尺寸9μm的鑽石粉末接合在具有寬度約25mm、厚度50μm與長度20m的聚對苯二甲酸乙二酯基膜。由於研磨帶102可包含鑽石或鑽石粉末，故研磨帶102可替代性地稱為鑽石帶102。

在各種實施例中，研磨帶102可呈長條矩形，並收納成一捲，且由研磨頭中的滾筒來分配。當部分之研磨帶102接觸晶圓108時，這些部分會被磨損而需要定期的更換。藉由將研磨帶102在滾筒上收納成捲，當研磨帶102使用的部分開始磨損時，可分配(即轉出)研磨帶102之新的(即未磨損的)部分。利用研磨帶102之新的部分，可在最短中斷下，持續進行晶圓研磨製程。也就是說，晶圓研磨製程不需要經常中斷來更換研磨帶102磨損的部分，因為新的部分會自動地轉出。

舉例來說，在各種實施例中，研磨頭104罩住滾筒(圖未示)夾住研磨帶102，研磨帶102可呈長條矩形並且於晶圓研磨製程期間配置在適當的位置。當使用的部分磨損時，在研磨頭104中的滾筒會轉出研磨帶102之新的部分。替代地，研磨頭104可透過另一方法將研磨帶102夾持在適當位子，且可將研磨帶102配置成替代形狀(例如：圓形)。需要時，可手動替換研磨帶102之磨損部分。

在各種實施例中，研磨頭104可由聚苯硫醚(PPS)、聚氯乙烯(PVC)、聚醚醚酮(PEEK)、橡膠、其組合或任何其他適合的材料所組成。研磨頭104可設置在晶圓108上方的任意相對位置。例如，研磨頭104可設置在第1B及1C圖中所繪示的任意相對位置。

第1B及1C圖為根據各種實施例的一種晶圓研磨機台，例如第1A圖中的晶圓研磨機台100，的俯視圖。第1B圖為一種示範的晶圓中心研磨機台的俯視圖，如此指稱是因為研磨頭104a係設置在晶圓108的中心上方。研磨頭104a為圓形，且可在晶圓研磨製程期間旋轉。研磨頭104a可例如具有約180mm的直徑，且夾持具有例如約25mm之寬度及約50μm之厚度的研磨帶102a。

舉例來說，晶圓108可以1500rpm的轉速轉動，且研磨頭104a可以約500rpm的轉速轉動。再者，研磨頭104a可施加範圍從約10N到50N的下壓力，以將研磨帶102a壓抵著晶圓108。

第1C圖為一種示範的晶圓邊緣研磨機台的俯視圖，如此指稱是因為研磨頭104b係設置在晶圓108的邊緣區域的上方。研磨頭104b為矩形且可能不旋轉。在各種實施例中，研磨頭104b具有例如約1100mm²-1350mm²的尺寸。例如，晶圓108可以約1000rpm的轉速轉動，且研磨頭104b可施以範圍從約10N到50N的下壓力。研磨頭104b夾持研磨帶102b，研磨帶102b可具有範圍從25mm到40mm的寬度及約50μm的厚度。

在替代實施例中，研磨頭104a/104b及研磨帶102a/102b可呈現與第1B圖及第1C圖所示之形狀不同的形狀。

在各種實施例中，可在個別的製程步驟中研磨晶圓108的個別部分。例如，可先使用晶圓中心研磨機台(如第1B圖所繪示)來研磨晶圓108的中心區域。接著可使用晶圓邊緣研磨機台(如第1C圖所繪示)來研磨晶圓108的邊緣部分。

第1D圖為依據替代實施例所繪示的一種示範的晶圓研磨機台101的示意圖。晶圓研磨機台101可為第1B圖所繪示之晶圓中心研磨機台的一種替代實施例。研磨頭104 為圓形，且具有例如約180mm的直徑。研磨頭104可在晶圓研磨製程期間旋轉。

晶圓研磨機台101包含旋轉模組，且旋轉模組係由機械式夾頭114來實現(繪示成固定點)。機械式夾頭114可具有不同數量的固定點。例如，在各種替代實施例中，機械式夾頭114可具有三到八個固定點。機械式夾頭114裝在晶圓108的邊緣部分，並且在晶圓研磨製程期間將晶圓108夾持在適當的地方。

晶圓研磨機台101也包含了底盤116，底盤116在晶圓研磨製程期間提供晶圓108支撐。底盤116同時平衡了研磨頭104所施加在晶圓108上的壓力。底盤116可包含聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚醚醚酮、橡膠、其組合或任何其他適合的材料。

在第1D圖所示的各種實施例中，底盤116施加液體在晶圓108之欲研磨面的相對面(例如晶圓108的底面)上，以在晶圓研磨製程期間提供潤滑、清潔與支撐。舉例而言，可以範圍從0.6L/min至1.0L/min的速率對晶圓108之底面施加去離子水(DIW)。

第2圖為一種依據各種實施例之使用第1A至1D圖所示之研磨機台(例如晶圓研磨機台100或101)的一種示範晶圓研磨方法的流程圖。在步驟202中，將晶圓(例如晶圓108)放置在旋轉模組(例如旋轉模組106)上。將晶圓欲研磨的表面朝上放置。旋轉模組106可為真空式夾頭，或者可為具有數個固定點來夾持晶圓的邊緣、以及支撐晶圓之底盤的機械式夾頭。在一些實施例中，其中旋轉模組包含底盤，可將去離子水施加在相對於將經歷研磨製程之表面的晶圓表面上。去離子水的施加在晶圓研磨製程期間清潔並潤滑晶圓。旋轉模組在晶圓研磨製程期間旋轉晶圓。

在步驟204中，研磨頭(例如研磨頭104)對研磨帶(例如研磨帶102)施加朝向晶圓的下壓力。研磨頭可旋轉也可不旋轉。在晶圓研磨製程期間，研磨帶接觸晶圓，因此可透過機械研磨來研磨晶圓。研磨帶可收成一捲而儲放在研磨頭中。當部分之研磨帶磨損時，可將新的部分轉出。再者，可將研磨頭設置在晶圓上方的任何相對位置。例如，研磨頭可設置在晶圓的中心區域或邊緣區域的上方。可在個別的製程步驟中研磨晶圓之表面。

在一些實施例中，研磨帶包含基膜、以及研磨材料層接合在基膜上。研磨材料層包含鑽石、鑽石粉末、二氧化矽、氧化鈰、碳化矽、氧化鋁、其任意組合、或任何其他適合材料。基膜包含聚對苯二甲酸乙二酯或聚酯。在一些實施例中，研磨材料層包含粒徑尺寸介於0.5μm到30μm且接合在聚對苯二甲酸乙二酯基膜或聚酯基膜上的鑽石粉末。

亦可觀察到的是，使用研磨帶所研磨之晶圓較使用傳統方法所研磨之晶圓不容易損壞或不平整。例如，第3圖為使用研磨帶的研磨機台(例如研磨機台100或101)所研磨之晶圓的表面地形(晶圓厚度)與使用傳統方法(例如包含蝕刻技術)所研磨之晶圓的表面地形之比較圖。線條302表示使用研磨帶的研磨機台所研磨之晶圓的表面地形，而線條304表示使用傳統方法所研磨之晶圓的表面地形。如第3圖所示，線條302所代表的晶圓顯示出較線條304所代表的晶圓改善且具有較平坦的表面地形。這樣較平坦的表面地形有利於改善後續製程步驟的精確度，例如其可改善光重疊準確度。

依照一實施例，晶圓研磨機台包含研磨帶、夾持研磨帶的研磨頭以及旋轉模組。旋轉模組係配置來在晶圓研磨製程期間轉動晶圓，且研磨頭係配置來在晶圓研磨製程期間對研磨帶施加朝向晶圓之第一表面的壓力。

依照另一實施例，晶圓研磨方法包括放置晶圓在旋轉模組上；使晶圓與旋轉模組一同旋轉；以及藉由利用研磨頭對晶圓的第一表面上施加研磨帶，來研磨晶圓的第一表面。

依照再一實施例，晶圓研磨工具包含具有鑽石粉末黏合於基膜上之鑽石帶、夾持鑽石帶的研磨頭以及旋轉模組。旋轉模組係配置以在晶圓研磨製程期間轉動晶圓，且研磨頭係配置以在晶圓研磨製程期間對鑽石帶施加壓力，藉以將研磨帶抵著晶圓。

熟悉此項技藝者可了解到，本揭露可有許多實施例變化。雖然已詳細描述這些實施例及其特徵，然應該了解到的一點是，在不偏離這些實施例的精神與範圍下，當可在此進行各種改變、取代以及修正。此外，本申請案的範圍並非限制在說明書所描述之製程、機械、製造、物質成分、手段、方法及步驟的特定實施例中。此技術領域中具有通常知識者將可輕易從所揭露之實施例中了解到，現存或日後所發展出之可與在此所描述之對應實施例執行實質相同之功能、或達到實質相同之結果的製程、機械、製造、物質成分、手段、方法或步驟，可依據本揭露來加以應用。

上述方法實施例陳述示範步驟，但這些示範步驟無需按照所陳述之順序進行。依據本揭露之實施例的精神及範圍適當的情況下，可增加、取代、改變步驟之順序及/或省略步驟。結合不同專利範圍及/或不同實施例的實施例皆落在本揭露的範圍中，且對於檢閱本揭露後之熟悉此項技藝者來說是顯而易見的。

100‧‧‧研磨機台

102‧‧‧研磨帶

104‧‧‧研磨頭

106‧‧‧旋轉模組

108‧‧‧晶圓

110‧‧‧箭頭

Claims

一種晶圓研磨機台，包含：一研磨帶；一研磨頭，夾持該研磨帶；以及一旋轉模組，其中該旋轉模組係配置以在一晶圓研磨製程中轉動一晶圓，且其中該研磨頭係配置以在該晶圓研磨製程中對該研磨帶施以朝向該晶圓之一第一表面的壓力，且該研磨帶僅接觸到該晶圓之該第一表面的一部分。
如請求項1所述之晶圓研磨機台，更包含一底盤，配置以在該晶圓研磨製程中對該晶圓之一第二表面提供支撐，其中該第二表面係相對該晶圓之該第一表面。
如請求項2所述之晶圓研磨機台，其中該底盤係配置以在該晶圓研磨製程期間施加一液體在該晶圓之該第二表面上。
如請求項1所述之晶圓研磨機台，其中該研磨帶包含一研磨材料層接合於一基膜。
如請求項4所述之晶圓研磨機台，其中該研磨材料層包含鑽石、二氧化矽、氧化鈰、碳化矽、氧化鋁或其任意組合。
如請求項4所述之晶圓研磨機台，其中該研磨材料層包含粒徑尺寸從0.5μm到30μm的鑽石粉末。
如請求項4所述之晶圓研磨機台，其中該基膜包含聚對苯二甲酸乙二酯或聚酯，且該研磨頭包含聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚醚醚酮、橡膠或其任意組合。
一種晶圓研磨方法，包含：放置一晶圓在一旋轉模組上；使該晶圓與該旋轉模組一起旋轉；以及藉由利用一研磨頭對該晶圓之該第一表面施加一研磨帶，來僅對該晶圓的該第一表面的一中心區域或一邊緣部分進行研磨，其中該研磨頭對該研磨帶施加朝向該晶圓的一下壓力。
如請求項8所述之晶圓研磨方法，更包含：使用一底盤來對該晶圓之一第二表面提供支撐，其中該第二表面相對於該晶圓的該第一表面；以及使用該底盤來施加一液體在該晶圓的該第二表面上。
如請求項8所述之晶圓研磨方法，更包含：將該研磨帶以收納成一捲的方式儲放在該研磨頭中；以及在該研磨帶之一使用部分磨損時，轉出該研磨帶之一新的部分。