TWI532091B - Double-sided grinding method - Google Patents

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Description

雙面研磨方法
本發明有關於一種使用雙面研磨用的載體同時研磨晶圓的雙面之雙面研磨方法。
於利用拋光等同時研磨晶圓的雙面時，藉由雙面研磨裝置用的載體來保持晶圓。
第8圖是說明利用一直以來所使用之普通的雙面研磨裝置所實施之晶圓的雙面研磨之示意圖。如第8圖所示般，雙面研磨裝置101的載體102具備用以保持晶圓W之保持孔104。載體102形成為薄於晶圓W之厚度。
此保持孔104中插入並保持有晶圓W，並利用上平板105與下平板106的相對面上所設置之研磨布107來夾持晶圓W的上下面。
載體102與太陽齒輪(sun gear)108和內齒輪(internal gear)109嚙合，並藉由太陽齒輪108的驅動旋轉而自轉公轉。又，藉由一邊向研磨面供給研磨劑一邊使上平板105與下平板106相互逆向旋轉，來利用上平板105、下平板106上所黏貼之研磨布107同時研磨晶圓W的雙面。
此種晶圓W的雙面研磨步驟中所使用之載體102 中，金屬製之載體為主流。因此，為保護晶圓W的周緣部免受由金屬製之載體102所導致之損壞，而沿著載體102的保持孔104的內周部安裝有樹脂插入物103(參照例如專利文獻1)。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2011-25322號公報
若使用如上所述地具有樹脂插入物之載體來反復進行雙面研磨，則在晶圓的外周會有容易產生塌邊等平坦度變得惡化之問題。
因此，本發明人調查其原因後，得知伴隨載體的使用時間的經過，樹脂插入物的內周面上所形成之輕微的凹凸會由於磨耗而逐漸變大，其為使平坦度惡化之原因。
本發明是鑒於如前述的問題而完成，其目的在於提供一種雙面研磨方法，該雙面研磨方法，可抑制如外周塌邊這樣的研磨後的晶圓的平坦度的惡化，該平坦度的惡化是由於載體的樹脂插入物的內周面的形狀變化所導致。
為達成上述目的，根據本發明，提供一種雙面研磨方法，其於載體上保持晶圓，且利用黏貼有研磨布之上平板和下平板來夾持前述載體，並同時研磨前述晶圓的雙面，其中，該載體具有：保持孔，其用以保持晶圓；及，環狀的樹脂插入物， 其沿著該保持孔的內周而配置，且具有接觸前述所保持之晶圓的周緣部之內周面；並且，該雙面研磨方法的特徵在於：在將前述樹脂插入物的內周面上的凹凸的最大高低差定義為前述內周面的平面度，並將連結前述內周面的上端部與下端部之直線與垂直於載體主面之直線所夾之角度定義為前述內周面的垂直度時，一邊將前述平面度維持在100μm以下，並將前述垂直度維持在5°以下，一邊研磨前述晶圓的雙面。
若為此種雙面研磨方法，則可抑制由於載體的樹脂插入物的內周面的形狀變化所導致之晶圓的平坦度的惡化。
此時，研磨前述晶圓的雙面後，可藉由對前述樹脂插入物的內周面進行磨削加工或切削加工，來維持前述平面度和前述垂直度。
如此一來，可容易地將平面度和垂直度維持在上述範圍內。
又此時，較佳為，一邊將前述平面度維持在25μm以下，並將前述垂直度維持在2°以下，一邊研磨前述晶圓的雙面。
如此一來，可確實地抑制由於載體的樹脂插入物的內周面的形狀變化所導致之晶圓的平坦度的惡化。
又，此時，可利用前述上平板和下平板來夾持複數個前述載體，1次研磨複數個晶圓的雙面。
如此一來，可於1批次內同時研磨複數個晶圓，從而可縮短步驟時間。
又，此時，較佳為，一邊將前述複數個載體各自的 前述樹脂插入物間的內徑的差維持在0.5mm以內，一邊研磨前述晶圓的雙面。
如此一來，於1批次內同時研磨複數個晶圓時，可抑制由於樹脂插入物間的內徑的差變大而引起的各晶圓的研磨速度產生差異，並可藉此抑制晶圓的加工厚度的偏差，進一步抑制平坦度的惡化。
於本發明中，於晶圓的雙面研磨中，由於一邊將載體的樹脂插入物的內周面的平面度維持在100μm以下，並將垂直度維持在5°以下，一邊研磨晶圓的雙面，因此，可抑制由於載體的樹脂插入物的內周面的形狀變化所導致之晶圓的平坦度的惡化。
1‧‧‧雙面研磨裝置
2‧‧‧載體
3‧‧‧樹脂插入物
4‧‧‧保持孔
5‧‧‧上平板
6‧‧‧下平板
7‧‧‧研磨布
8‧‧‧太陽齒輪
9‧‧‧內齒輪
10‧‧‧內周面
101‧‧‧雙面研磨裝置
102‧‧‧載體
103‧‧‧樹脂插入物
104‧‧‧保持孔
105‧‧‧上平板
106‧‧‧下平板
107‧‧‧研磨布
108‧‧‧太陽齒輪
109‧‧‧內齒輪
a‧‧‧內周面10的最為凹陷之部分
b‧‧‧內周面10的最為突出之部分
c‧‧‧連結內周面10的上端部與下端部之直線
d‧‧‧垂直於載體主面之直線
t‧‧‧凹凸的最大高低差
θ‧‧‧c與d所夾之角度
W‧‧‧晶圓
第1圖是說明利用本發明的雙面研磨方法所實施之晶圓的研磨之示意圖。
第2圖是說明本發明的雙面研磨方法中的樹脂插入物的內周面的平面度和垂直度之說明圖。
第3圖是繪示實施例1、比較例中的載體使用時間與平面度的關係之圖。
第4圖是繪示實施例1、比較例中的載體使用時間與垂直度的關係之圖。
第5圖是繪示實施例1、比較例中的ESFQRmax與平面度的關係之圖。
第6圖是繪示實施例1、比較例中的ESFQRmax與垂直 度的關係之圖。
第7圖是繪示實施例2中的樹脂插入物間的內徑的差與加工厚度的關係之圖。
第8圖是說明利用先前的雙面研磨裝置所實施之晶圓的雙面研磨之示意圖。
以下，說明本發明的實施形態，但本發明並不限定於此。
如上所述，於使用具有樹脂插入物之載體之晶圓的雙面研磨中，存在以下問題：伴隨載體的使用時間的經過，樹脂插入物的內周面因與晶圓的周緣部接觸而磨耗，且樹脂插入物的內周面上所形成之凹凸逐漸變大，晶圓的外周產生塌邊等，於是經研磨之晶圓的平坦度變得容易惡化。
因此，本發明人為了解決此問題而反復努力研究。其結果為，發明人想到以下事項，從而完成本發明。
首先，為了評價樹脂插入物的內周面的凹凸的狀態，將內周面上的凹凸的最大高低差定義為內周面的平面度，並將連結內周面的上端部與下端部之直線與垂直於載體主面之直線所夾之角度定義為內周面的垂直度。藉由在將此平面度維持在100μm以下，並將垂直度維持在5°以下之狀態下進行雙面研磨，可抑制經研磨之晶圓的平坦度的惡化。為了維持樹脂插入物的內周面的平面度和垂直度，以使內周面平坦之方式加工即可。
進一步，發明人瞭解到當使用複數個載體(複數個 樹脂插入物)，於1批次內同時研磨複數個晶圓的雙面時，會產生如下所述的問題。若反復進行上述的內周面的加工，則存在各個樹脂插入物間的內徑的差變大之傾向。因此，每一載體的研磨速度變化，且相同批次內經研磨之晶圓間的加工厚度的偏差增加。於雙面研磨中，由於晶圓的平坦度被晶圓的加工厚度與載體的厚度的差亦即間隙所影響，因此，由於加工厚度的偏差增加，平坦度惡化。
藉由將上述內徑的差維持在特定的範圍內，可抑制加工厚度的偏差，進一步可抑制平坦度的惡化。
以下，一邊參照第1圖一邊詳細地說明本發明的雙面研磨方法。
如第1圖所示般，雙面研磨裝置1的載體2具備用以保持晶圓W之保持孔4。載體2形成為薄於晶圓W之厚度。
於載體2上，沿著保持孔4的內周配置有環狀的樹脂插入物3。樹脂插入物3的內周面接觸晶圓的周緣部，保護晶圓免受由於載體2所導致之損壞。
此保持孔4中插入並保持有晶圓W，並利用上平板5與下平板6的相對面上所設置之研磨布7來夾持晶圓W的上下面。
載體2與太陽齒輪8和內齒輪9嚙合，並藉由太陽齒輪8的驅動旋轉而自轉公轉。
本發明的雙面研磨方法為使用此種雙面研磨裝置來同時研磨晶圓的雙面之方法。
首先，測定樹脂插入物3的內周面的平面度和垂直度。 可使用例如二維位移計來進行此測定。又，檢查平面度是否為100μm以下，垂直度是否為5°以下。
此處，一邊參照第2(A)圖和第2(B)圖，一邊說明平面度和垂直度。
如第2(A)圖所示般，樹脂插入物3的內周面10上存在輕微的凹凸。本發明中的「內周面的平面度」是指內周面10的最為凹陷之部分a與最為突出之部分b的高低差也就是凹凸的最大高低差(t)。
又，如第2(B)圖所示般，本發明中的「內周面的垂直度」是指連結內周面10的上端部與下端部之直線c與垂直於載體主面之直線d所夾之角度(θ)。
當上述檢查的結果為平面度超過100μm、或垂直度超過5°時，加工樹脂插入物3的內周面以使平面度為100μm以下、垂直度為5°以下。可藉由使用例如數控銑床(numerical control milling machine，NC銑床)等加工裝置之磨削加工或切削加工來進行此加工。
繼而，於具有將內周面10的平面度維持在100μm以下，並將垂直度維持在5°以下之樹脂插入物3之載體2的保持孔4中保持晶圓W。將保持有此晶圓W之載體2配置於上平板5與下平板6之間。
之後，藉由利用上平板5和下平板6上分別黏貼之研磨布7來夾持晶圓W的上下研磨面，並一邊向研磨面供給研磨劑一邊使上平板5與下平板6相互逆向旋轉，來利用研磨布7同時研磨晶圓W的雙面。
此時，其他研磨條件可與先前的雙面研磨方法相同。
於晶圓W的研磨後、下一次晶圓W的研磨前，測定、檢查內周面的平面度和垂直度，始終一邊將平面度維持在100μm以下，並將垂直度維持在5°以下，一邊進行研磨。
如果是此種本發明的雙面研磨方法，可抑制晶圓的外周塌邊等平坦度的惡化，該平坦度的惡化是因為先前由於樹脂插入物3的內周面10的磨耗所導致之形狀變化而產生。亦即，可獲得一種ESFQRmax的惡化得以抑制之晶圓。
於上述中，記載於晶圓W的研磨前、或晶圓W的研磨後，每次實施平面度和垂直度的測定與內周面的加工之態樣，但本發明並不限定於此。
亦可以定期進行實施此平面度和垂直度的測定與內周面的加工之時序。例如，可藉由預先調查載體(樹脂插入物)的使用時間與內周面的平面度和垂直度的經時變化的關係，計算需要內周面的加工之載體的使用時間，並將此載體的使用時間作為上述時序。
較佳為，維持之平面度和垂直度，如上所述般，分別為100μm以下和5°以下即可，尤佳為將平面度維持在25μm以下，並將垂直度維持在2°以下。如此一來，可確實地抑制經研磨之晶圓的平坦度的惡化。
又，亦可於雙面研磨的1批次中，利用上平板5、下平板6來夾持分別保持有晶圓W之複數個載體2，1次研磨複數個晶圓的雙面。
如此一來，可縮短研磨步驟時間，從而可提高生產率。
此時，較佳為，一邊將複數個載體各自的樹脂插入物3間的內徑的差維持在0.5mm以內，一邊研磨晶圓W的雙面。
此處，「內徑」是指，將藉由使用位移計沿著樹脂插入物的內周面圓周狀地測定位移而獲得之圓形，利用最小平方中心法(LSC)擬合後所得之近似圓的直徑。
「內徑的差」是指，於雙面研磨的1批次中被同時使用之複數個載體的樹脂插入物的最大上述內徑與最小上述內徑的差。
藉由如此地管理樹脂插入物間的內徑的差，可使相同批次內經研磨之晶圓的加工厚度均等化，從而可減少晶圓的平坦度的偏差。
再者，於本發明的雙面研磨方法中，亦可使用1個載體上具有複數個保持孔和樹脂插入物之類型的雙面研磨裝置。此時，亦較佳為，與上述同樣地一邊將配置於各保持孔之樹脂插入物間的內徑的差維持在0.5mm以內一邊研磨。
[實施例]
以下，示出本發明的實施例和比較例，來更具體地說明本發明，但本發明並不限定於該等實施例。
(實施例1、比較例)
雙面研磨直徑300mm的矽晶圓。此時，使用具有各自保持1個晶圓之5個載體之雙面研磨裝置(DSP-20B不二越機械工業公司(Fujikoshi Machinery Corp.)製造)，1批次同時研磨5個晶圓。研磨布使用胺甲酸乙酯泡沫製成之研磨布，使用含有膠質氧化矽(colloidal silica)之鹼性溶液的研磨劑作為 研磨劑。
首先，以使所有載體的樹脂插入物內周面的平面度為25μm以下、及使垂直度為2°以下之方式進行切削加工。加工後，藉由使用基恩斯公司(Keyence Corporation)製造之二維位移計進行形狀測定來檢查所有載體的樹脂插入物的內周面的平面度、垂直度及內徑。其結果為，所有樹脂插入物的內周面的平面度在12.91μm到22.73μm的範圍內，垂直度在0.86°到1.9°的範圍內。又，樹脂插入物的內徑的最小值為301.069mm，最大值為301.510mm，內徑的差為0.441mm。
使用該等載體，連續地將雙面研磨重複31,000分鐘，測定內周面的平面度、垂直度及經研磨之晶圓的ESFQRmax。於ESFQRmax的測定中使用Wafer Sight(科磊半導體設備技術有限公司(KLA-Tencor Corporation)製造)。
平面度的測定結果示於第3圖，垂直度的測定結果示於第4圖。
如第3圖、第4圖所示得知，伴隨載體的使用時間的經過，平面度和垂直度一起惡化。又，載體的使用時間於10,000分鐘以內時，平面度和垂直度分別被維持在100μm以下、5°以下(實施例1)，載體的使用時間即將經過10,000分鐘之前的樹脂插入物的內周面的平面度和垂直度的測定結果為，5個載體的平均平面度在83.74μm到93.27μm的範圍內，平均垂直度在4.6°到4.9°的範圍內。
又，若載體的使用時間超過10,000分鐘，則內周面的平面度超過100μm，且垂直度超過5°(比較例)。
根據以上得知，於上述之研磨條件下，為將樹脂插入物內周面的平面度維持在100μm以下，並將垂直度維持在5°以下，只要將載體的使用時間10,000分鐘作為上限，定期地對樹脂插入物的內周面進行加工即可。
ESFQRmax的結果示於第5圖、第6圖。如第5圖、第6圖所示得知，在將平面度維持在100μm以下，並將垂直度維持在5°以下之狀態下，可獲得良好的ESFQRmax的結果。測定自研磨開始直到11批次為止之雙面研磨後的所有晶圓的平坦度後，ESFQRmax的平均值為0.050μm(N=55)，為良好的值。又，載體的使用時間達到10,000分鐘期間的ESFQRmax的平均值為0.048μm(N=2,000)，獲得與使用剛剛加工過樹脂插入物之後的載體來實施11批次的雙面研磨時的晶圓的平坦度大致相同且良好的值。
另一方面，載體的使用時間超過10,000分鐘之後的ESFQRmax的平均值為0.090μm(N=20)，相較於實施例1的結果0.048μm，大幅惡化。
根據以上情況可確認，於本發明的雙面研磨方法中，由於一邊將樹脂插入物的內周面的平面度維持在100μm以下，並將垂直度維持在5°以下，一邊研磨晶圓的雙面，因此，可抑制由於載體的樹脂插入物的內周面的形狀變化所導致之晶圓的平坦度的惡化。
(實施例2)
使用與實施例1相同的條件進行矽晶圓的雙面研磨，測定相同批次內的樹脂插入物間的內徑的差與晶圓的加工厚度 的偏差。使用厚度在791.2μm到791.3μm的範圍內的晶圓進行雙面研磨。於晶圓的厚度測定中使用Wafer Sight(科磊半導體設備技術有限公司製造)。
結果示於第7圖。如第7圖所示般，當內徑差為0.5mm以下時，晶圓的加工厚度的偏差的平均值為良好，為0.107μm。又，於內徑差為0.5mm以下之4點的結果中，於任一情況下，晶圓的加工厚度的偏差中均未發現較大差異，即不存在由內徑差的差異所導致之加工厚度的偏差的惡化。
再者，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示，具有與本發明的申請專利範圍所述之技術思想實質上相同的構造、並發揮同樣作用效果之所有實施形態，均包含在本發明的技術範圍內。
1‧‧‧雙面研磨裝置
2‧‧‧載體
3‧‧‧樹脂插入物
4‧‧‧保持孔
5‧‧‧上平板
6‧‧‧下平板
7‧‧‧研磨布
8‧‧‧太陽齒輪
9‧‧‧內齒輪
W‧‧‧晶圓

Claims (6)

  1. 一種雙面研磨方法，其於載體上保持晶圓，且利用黏貼有研磨布之上平板和下平板來夾持前述載體，並同時研磨前述晶圓的雙面，其中，該載體具有：保持孔，其用以保持晶圓；及，環狀的樹脂插入物，其沿著該保持孔的內周而配置，且具有接觸所保持之前述晶圓的周緣部之內周面；並且，該雙面研磨方法的特徵在於：在將前述樹脂插入物的內周面上的凹凸的最大高低差定義為前述內周面的平面度，並將連結前述內周面的上端部與下端部之直線與垂直於載體主面之直線所夾之角度定義為前述內周面的垂直度時，一邊將前述平面度維持在100μm以下，並將前述垂直度維持在5°以下，一邊研磨前述晶圓的雙面。
  2. 如請求項1所述之雙面研磨方法，其中，研磨前述晶圓的雙面之後，藉由對前述樹脂插入物的內周面進行磨削加工或切削加工，來維持前述平面度和前述垂直度。
  3. 如請求項1所述之雙面研磨方法，其中，一邊將前述平面度維持在25μm以下，並將前述垂直度維持在2°以下，一邊研磨前述晶圓的雙面。
  4. 如請求項2所述之雙面研磨方法，其中，一邊將前述平面度維持在25μm以下，並將前述垂直度維持在2°以下，一邊研磨前述晶圓的雙面。
  5. 如請求項1至請求項4中任一項所述之雙面研磨方法，其中，利用前述上平板和下平板來夾持複數個前述載體，1次研 磨複數個晶圓的雙面。
  6. 如請求項5所述之雙面研磨方法，其中，一邊將前述複數個載體各自的前述樹脂插入物間的內徑的差維持在0.5mm以內，一邊研磨前述晶圓的雙面。
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