TWI552217B - Grinding method and grinding device for semiconductor wafers - Google Patents

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Description

半導體晶圓之研磨方法及研磨裝置
本發明係有關於半導體晶圓之研磨方法及研磨裝置。
一般，半導體晶圓之研磨係分成複數段來實施。具體而言，大致分成以半導體晶圓之高平坦度化為目的的粗研磨、與以降低表面粗糙度為目的的精加工研磨。而且，檢討用以高精度地進行這種半導體晶圓之研磨的方法(例如，參照專利文獻1)。
在記載於專利文獻1之方法所使用的雙面研磨裝置，將發出平行光線之發光部、與接受平行光線之受光部配置成與內齒輪相對向。
在這種雙面研磨裝置，載具及被插入該載具之載具孔的半導體晶圓進入發光部與受光部之光線透過區域時，平行光線照射於從上下平台所露出之載具及半導體晶圓。藉該平行光線之照射，以受光部檢測出半導體晶圓之影子，測量以受光部所檢測出之影像的厚度，直接作為半導體晶圓的厚度。而且，以受光部檢測出影像的厚度達到目標值時，上下平台之轉動就停止。
【先行專利文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]特開平11-285969號公報
可是，在專利文獻1所記載之方法，因為在研磨中測量，所以因研磨裝置的振動、環境温度所造成之發光部或受光部之固定部的膨脹、研磨漿之水滴對半導體晶圓之附著等的擾亂而發生量測精度變低的不良。
為了消除這種不良，想出在研磨結束後從研磨裝置取出半導體晶圓，藉形狀量測裝置測量半導體晶圓，並將該量測結果回授至下次以後之研磨。
在使用該形狀量測裝置之方法，需要在形狀量測前洗淨半導體晶圓，使量測面變成清潔，而且使其變成乾燥。然後，對清潔且乾燥之面，藉形狀量測裝置測量。
可是，水滴殘留於半導體晶圓時，在測量時發生擾亂等，而發生量測精度變低的不良。因此，需要另外檢查是否水滴殘留。又，因為在水滴殘留的情況增加除去水滴的作業，所以發生從研磨結束至回授的時間變長之別的不良。
本發明之目的在於提供可高精度地進行半導體晶圓之研磨之半導體晶圓的研磨方法及研磨裝置。
本發明之半導體晶圓之研磨方法的特徵在於包括：研磨步驟，係研磨半導體晶圓；量測步驟，係在研磨後之該半導體晶圓的研磨面成為親水面之前，測量該半導體晶圓的 形狀；及研磨條件設定步驟，係根據該半導體晶圓之形狀的量測結果，設定在該研磨步驟之研磨條件。
研磨後之半導體晶圓係其研磨面是疏水面的狀態，預先保持於空氣中或水中固定時間後，成為親水面。
半導體晶圓之研磨面成為親水面時，水滴殘留，而在量測步驟，無法測量研磨後之半導體晶圓的形狀。
因此，在本發明，在研磨後之半導體晶圓成為親水面之前，即在疏水面之狀態測量半導體晶圓的形狀。藉此，不會發生量測誤差，而可高精度地測量研磨後之半導體晶圓的形狀。 而且，根據該量測結果，設定下次之研磨步驟的研磨條件，依此方式，因為可將研磨後的量測結果將迅速地回授至下次之研磨步驟的研磨條件，所以結果，可製造高精度之真平度的半導體晶圓。
又，在本發明之半導體晶圓的研磨方法，包括以下之步驟較佳：浸泡步驟，係在進行該量測步驟之前，將該研磨後的半導體晶圓浸泡於有機酸水溶液；及撈起步驟，係在該浸泡步驟之浸泡時間經過60分鐘之前，從該有機酸水溶液撈起該半導體晶圓。
若依據本發明，在進行量測步驟之前，將研磨後的半導體晶圓浸泡於有機酸水溶液。藉半導體晶圓之對有機酸水溶液的浸泡，可保持研磨後之半導體晶圓表面的疏水面。又，可中和殘留於研磨步驟後之已純水沖洗之半導體晶圓表面的研磨漿等。
在浸泡步驟所使用之有機酸水溶液的濃度係0.001質量% 以上且10質量%以下較佳，0.01質量%以上且1.0質量%以下更佳，0.1質量%尤其佳。若有機酸水溶液之濃度未滿0.001質量%，因為半導體晶圓的表面不會成為清潔之疏水面，所以可能水滴殘留於在撈起步驟所撈起之半導體晶圓的表面。另一方面，若有機酸水溶液之濃度超過10質量%，可能發生水溶液中所混入之異物的微粒子附著於半導體晶圓表面的不良。
而且，在浸泡步驟之浸泡時間超過60分鐘之前，從有機酸水溶液撈起半導體晶圓。若浸泡時間超過60分鐘，則研磨面成為親水面。在此情況，從有機酸水溶液撈起半導體晶圓時，水滴殘留於研磨面。若水滴殘留於研磨面，因為無法測量，所以需要用以除去水滴之步驟。
另一方面，若在浸泡時間超過60分鐘之前，從有機酸水溶液撈起半導體晶圓，因為研磨面保持疏水面，所以水滴不會殘留於研磨面。
又，在本發明之半導體晶圓的研磨方法，該撈起步驟係以100mm/sec以下之速度撈起該半導體晶圓較佳。
若依據本發明，藉由以100mm/sec以下之速度撈起半導體晶圓，因為不會從液面撈起水溶液，所以水滴不會殘留於撈起後之半導體晶圓的研磨面。在從有機酸水溶液撈起半導體晶圓之速度超過100mm/sec的情況，可能從有機酸水溶液之液面撈起水滴。其中，半導體晶圓之撈起速度係10mm/sec以上100mm/sec以下更佳，30mm/sec以上60mm/sec以下尤其佳。
又，在本發明之半導體晶圓的研磨方法，該撈起步驟係一面維持該半導體晶圓之研磨面與水平面大致正交的 姿勢一面撈起較佳。
若依據本發明，在撈起時，藉由維持半導體晶圓之研磨面與水平面大致正交的姿勢，因為水滴藉重力而易落下，所以水滴迅速地從研磨面消失。因此，可迅速地移往量測步驟。
在此，研磨面與水平面大致正交，這不僅包含研磨面與水平面嚴格地正交之姿勢，而且只要是水滴不會殘留於撈起後之半導體晶圓之表面的程度，亦可研磨面係從與水平面正交之姿勢產生稍微的傾斜。例如，亦可撈起時之半導體晶圓係其研磨面從與水平面正交之姿勢發生約正負5°的傾斜。
又，在本發明之半導體晶圓的研磨方法，該量測步驟係使用光學感測器或靜電電容感測器，測量該半導體晶圓的形狀較佳。
若依據本發明，藉由在量測步驟使用光學感測器或靜電電容感測器，可縮短量測時間或使量測裝置小形化。因此，可更迅速地進行對下次之研磨步驟之研磨條件的回授。
又，在本發明之半導體晶圓的研磨方法，該有機酸水溶液所使用之有機酸係檸檬酸、蟻酸、醋酸、丁酸、草酸、丙二酸及琥珀酸中之至少任一種較佳。
若依據本發明，藉由對使用該列舉之各種有機酸的水溶液浸泡，可保持研磨後之半導體晶圓表面的疏水面。
半導體晶圓之研磨裝置的特徵在於包括：研磨手段，係研磨半導體晶圓；保管槽，係可收容該半導體晶圓而且可保管有機酸水溶液；量測手段，係測量該半導體晶圓的形狀；移動手段，係在該研磨手段、保管槽及該量測手段之間使 該半導體晶圓移動；及研磨條件設定手段，係根據在該量測手段的量測結果，設定在該研磨手段之研磨條件。
若依據本發明，藉由具備該構成，因為作成藉移動手段，在研磨手段、保管槽及量測手段之間使研磨後之半導體晶圓可移動，所以可比以往大幅度地縮短各手段間之半導體晶圓的移動時間。
而且，藉量測手段所得之量測結果，即，研磨後之半導體晶圓之形狀的量測結果被送至研磨條件設定手段。在該研磨條件設定手段，根據該量測結果，分析研磨條件，並回授至下次之研磨步驟的研磨條件。依此方式，因為可將研磨後之量測結果迅速地回授至下次之研磨步驟的研磨條件，所以結果，可製造高精度之真平度的半導體晶圓。
又，在本發明之半導體晶圓的研磨裝置，該有機酸水溶液所使用之有機酸係檸檬酸、蟻酸、醋酸、丁酸、草酸、丙二酸及琥珀酸中之至少任一種較佳。
若依據本發明，藉由對使用該列舉之各種有機酸的水溶液浸泡，可保持研磨後之半導體晶圓表面的疏水面。
1‧‧‧研磨手段
2‧‧‧保管槽
3‧‧‧量測手段
4‧‧‧移動手段
51‧‧‧研磨條件設定手段
第1圖係表示本發明之半導體晶圓之研磨裝置的示意圖。
第2圖係表示本實施形態之雙面研磨裝置之構成的示意圖。
[第1實施形態]
首先，參照圖面，詳細說明本發明之第1實施形態。
第1圖係表示本發明之半導體晶圓之研磨裝置的示意圖。如第1圖所示，本發明之半導體晶圓的研磨裝置包括研磨手段1、保管槽2、量測手段3、移動手段4及研磨條件設定手段51。又，本發明之半導體晶圓的研磨裝置具備可收容複數片半導體晶圓W與載具15的保管單元6。此外，在第1圖，為了簡化圖示，以1片表示載具15內所收容之半導體晶圓W的片數，但是在本發明，未限定為一片之收容，當當可收容複數片半導體晶圓。
本實施形態之研磨手段1如第2圖所示，係雙面研磨裝置10。
<雙面研磨裝置的構成>
說明在本實施形態之研磨步驟所使用之雙面研磨裝置10。
第2圖係表示本實施形態之雙面研磨裝置之構成的示意圖。
如第2圖所示，雙面研磨裝置10在構造上包括上平台11、下平台12、內齒輪13、外齒輪14及複數個載具15。在載具15內，收容複數片半導體晶圓W。此外，在第2圖，構成為在一個載具15內收容3片半導體晶圓W。
上平台11在構造上包括平台本體111、及使該平台本體111對下平台12接近遠離的升降機構112。
平台本體111形成大致圓板形，在第2圖省略圖 示，在研磨半導體晶圓W時與半導體晶圓W抵接之研磨墊113設置於其下面。又，在平台本體111之上面，鑽設在研磨時用以供給研磨漿或以純水沖洗的複數個供給孔，而可將研磨漿或純水供給至上平台11與下平台12之間。
升降機構112具有設置於平台本體111之大致中央的軸部，省略圖示，藉在配置於上部之門型機架所設置的馬達，使平台本體111在上下升降。
下平台12係在雙面研磨裝置10之台座上設置成轉動自如的圓板狀體，在此下平台12之與上平台11相對向的面，設置研磨墊121。而且，在研磨時該研磨墊121與半導體晶圓W之面抵接。
內齒輪13係在下平台12之圓板的大致中心設置成與下平台12獨立地轉動，在其外周側面，形成與載具15嚙合的齒131。
外齒輪14係由包圍下平台12之環狀體所構成，在環之內側面，形成與載具15嚙合的齒141。
驅動馬達之轉軸分別與上平台11、下平台12、內齒輪13及外齒輪14之轉動中心結合，並藉各驅動馬達各自獨立地轉動。
載具15係由圓板狀體所構成，與內齒輪13及外齒輪14嚙合之齒151形成於其外周側面。又，在圓板狀體內部，形成複數個晶圓固持孔152，半導體晶圓W被收容於此晶圓固持孔152的內部。
<保管槽的構成>
回到第1圖，保管槽2係可收容於複數片半導體 晶圓W而且可保管有機酸水溶液的水槽，可使用既有之水盒。半導體晶圓W係以半導體晶圓W之研磨面與有機酸水溶液之水平面大致正交的姿勢而且為了避免各半導體晶圓W接觸而在各半導體晶圓W之間隔著既定間隔之狀態的方式收容於保管槽2較佳。保管槽2中之有機酸水溶液係在將半導體晶圓W收容於保管槽2時，貯存半導體晶圓W的整個面浸泡於有機酸水溶液之程度的量即可。有機酸水溶液之液温係保持於0℃以上且60℃以下之範圍內即可，10℃以上且40℃以下之範圍較佳，20℃以上且30℃以下之範圍尤其佳。
<量測手段的構成>
量測手段3係為了測量半導體晶圓W的形狀所設置。具體而言，研磨前後之半導體晶圓W的形狀或研磨前後之半導體晶圓W的研磨容差形狀。在本實施形態，說明研磨後之半導體晶圓W的形狀量測。
本實施形態之量測手段3係光譜干涉位移裝置30。光譜干涉位移裝置30包括分別測量半導體晶圓W之形狀的感測器部31、與控制器單元32。感測器部31與控制器單元32係以光學式連接。
感測器部31係以位於可測量是量測對象之半導體晶圓W的表面及背面的位置，而且測量表面之感測器部31與測量背面之感測器部31相對向的方式所設置。又，感測器部31係以與半導體晶圓W之研磨面(表面、背面)正交之姿勢配置成與研磨面隔著間隔。
感測器部31構成為將寬波長頻帶之光投光至半導體晶圓 W之研磨面的量測位置，而且接受在量測位置所反射的光。控制器單元32係分析以感測器部31所接受之反射光，並算出感測器部31至量測位置的距離。
<移動手段的構成>
移動手段4係為了使半導體晶圓W在研磨手段1、保管槽2及量測手段3之間移動所設置。本實施形態之移動手段4係在既有之晶圓搬運裝置所使用的搬運單元40。
搬運單元40係6軸機器人，在其前端部具備可握持半導體晶圓W之晶圓握持部41。在本實施形態，如第1圖所示，構成為在搬運單元40的周圍，分別配置雙面研磨裝置10、保管槽2及光譜干涉位移裝置30，藉由使已握持半導體晶圓W之晶圓握持部41水平地轉動而可將半導體晶圓W分別搬運至雙面研磨裝置10、保管槽2及光譜干涉位移裝置30。
<研磨條件設定手段的構成>
控制裝置5係藉由將例如CPU或記憶體等組合所構成。而且，控制裝置5包括研磨條件設定手段51與研磨控制手段52。
研磨條件設定手段51設定下次之研磨步驟的研磨條件。研磨控制手段52係根據既定研磨條件，控制雙面研磨裝置10的動作。控制裝置5分別與雙面研磨裝置10及量測手段3之控制器單元32以電性連接。在控制裝置5，取得從雙面研磨裝置10所輸出之研磨條件，或輸出以研磨條件設定手段51所設定之研磨條件。又，控制裝置5取得從控制器單元32所輸出之半導體晶圓W的量測結果。而且，根據該半導體晶圓W之 量測結果，藉研磨條件設定手段51分析研磨步驟的研磨條件。
其次，說明本發明之半導體晶圓的研磨方法。
<研磨步驟>
首先，藉移動手段4，將保管單元6所收容之研磨前的半導體晶圓W搬運至雙面研磨裝置10。在第1圖，將保管單元6之研磨前的半導體晶圓W與載具15一起搬運至是研磨手段1之雙面研磨裝置10的下平台12上。然後，藉由從研磨控制手段52傳送動作命令，將研磨漿供給至上平台11與下平台12之間，並根據既定研磨條件研磨所搬運之半導體晶圓W。在研磨後，將純水供給至上平台11與下平台12之間，沖洗研磨後的半導體晶圓W。
<浸泡步驟>
已結束根據既定研磨條件之研磨的半導體晶圓W係藉移動手段4從雙面研磨裝置10取出後，搬運至保管槽2。所搬運之半導體晶圓W係以與有機酸水溶液之水平面大致正交的姿勢，而且為了避免各半導體晶圓W接觸而在各半導體晶圓W之間隔著間隔的狀態，於有機酸水溶液浸泡成半導體晶圓W之整個面浸泡於有機酸水溶液。
<撈起步驟>
在浸泡步驟之浸泡時間超過60分鐘之前，藉移動手段4，從有機酸水溶液撈起半導體晶圓W。半導體晶圓W係藉移動手段4，一面維持研磨面與有機酸水溶液之水平面大致正交的姿勢，一面以100mm/sec以下之速度撈起。
<量測步驟>
在本量測步驟，在研磨後之半導體晶圓W的研磨面成為親水面之前，即，在疏水面之狀態測量半導體晶圓W的形狀。
在該撈起步驟，在浸泡步驟之浸泡時間超過60分鐘之前，從保管槽2之有機酸水溶液所撈起之半導體晶圓W係藉移動手段4，搬運至量測手段3。在本發明，不必測量半導體晶圓W之整個面，而藉感測器部31僅測量半導體晶圓W之所要的位置。例如，從半導體晶圓W之中心往外周，在半徑方向以10μm間距測量。此外，如上述所示之複數個位置的量測係藉移動手段4，一面使半導體晶圓W在感測器部31、31之間移動，一面藉感測器部31測量，藉此所進行。
然後，藉控制器單元32對以感測器部31所採集之量測資料進行計算，而從晶圓中心部的厚度算出與自晶圓外周端開始內側1mm或內側2mm之點的厚度差。將該算出結果用作晶圓整個面的形狀。
又，藉控制器單元32對以感測器部31所採集之量測資料進行計算，算出自晶圓外周端開始內側1mm或內側2mm之點的厚度、與在至更內側30mm之範圍內所測量之全部的厚度之近似線的差。將該算出結果用作晶圓外周部的形狀。
以控制器單元32所算出之結果係被輸出往控制裝置5。
在量測手段3結束形狀量測後的半導體晶圓W係藉移動手段4，回到保管槽2。
<研磨條件設定步驟>
在控制裝置5，取得從雙面研磨裝置10所輸出之 研磨條件，而且取得從控制器單元32所輸出之研磨後的半導體晶圓W之形狀結果。
然後，在研磨條件設定手段51，對晶圓整個面的形狀，根據如以下所示之條件，分析研磨條件，藉此，設定下次之研磨步驟的研磨條件。
根據所取得之研磨後的半導體晶圓W之形狀結果，從晶圓中心部的厚度減去自晶圓外周端開始內側1mm或內側2mm的厚度，藉此，求得指數值。然後，根據所求得之指數值，根據以下之(A1)~(A3)所示的條件，自動設定下次之研磨步驟的研磨條件。此外，以下之調整參數n1係根據研磨速度所求得，根據該調整參數，調整研磨條件中之研磨時間。
(A1)：在該指數值為-100nm以上且+100nm以下的情況，保持上次之研磨步驟的研磨條件。
(A2)：在該指數值超過100nm的情況，對上次之研磨步驟的研磨條件加上調整參數n1。
(A3)：在該指數值未滿-100nm的情況，對上次之研磨步驟的研磨條件減去調整參數n1。
又，對晶圓外周部的形狀，根據如以下所示之條件，設定下次之研磨步驟的研磨條件。
根據自晶圓外周端開始內側1mm或內側2mm之點的厚度t1、與在至更內側30mm之範圍內所測量之全部的厚度之近似線之在t1位置之厚度t2的差(t1-t2)(以下稱為「與近似線之差」)，根據以下之(B1)~(B3)所示的條件，自動設定下次之研磨步驟的研磨條件。此外，以下之調整參數m1係根據研磨速 度所求得，根據該調整參數，調整研磨條件中之研磨時間。
(B1)：在與近似線之差為-5nm以上且+5nm以下的情況，保持上次之研磨步驟的研磨條件。
(B2)：在與近似線之差超過5nm的情況，對上次之研磨步驟的研磨條件加上調整參數m1。
(B3)：在與近似線之差未滿-5nm的情況，對上次之研磨步驟的研磨條件減去調整參數m1。
又，研磨條件係可如以下所示自動控制。
藉移動手段4，將研磨前的半導體晶圓W搬運至量測手段3，並預先測量研磨前之半導體晶圓W的厚度。在此之預先量測係與在研磨步驟後所實施之量測步驟一樣，不必測量半導體晶圓W之整個面，而藉感測器部31僅測量半導體晶圓W之所要的位置。
在測量研磨前的半導體晶圓W後，將研磨前的半導體晶圓W搬運至雙面研磨裝置10，分別實施研磨步驟、浸泡步驟、撈起步驟及量測步驟。
然後，從如下之數學式(1)，求得在研磨步驟所進行之研磨的推測研磨速度。
[數學式1]推測研磨速度=(研磨前之半導體晶圓W的厚度-研磨後之半導體晶圓W的厚度)/研磨時間...(1)
接著，將在下次的研磨步驟之研磨前的半導體晶圓W搬運至量測手段3，並預先測量研磨前之半導體晶圓W的厚度。然後，從如下之數學式(2)，求得下次之研磨步驟的研 磨時間(終點)。此外，數學式(2)中之推測研磨速度係在該數學式(1)所求得，係在研磨步驟所進行之研磨的推測研磨速度。
[數學式2]研磨時間=(在下次的研磨步驟之研磨前之半導體晶圓W的厚度-在下次的研磨步驟之研磨後之半導體晶圓W的目標厚度)/推測研磨速度...(2)
然後，根據在該數學式(2)所求得之研磨時間，設定下次之研磨步驟的研磨條件。所設定之研磨條件係從研磨條件設定手段51向研磨控制手段52所傳送。
依此方式，研磨後的半導體晶圓W之形狀的量測結果被回授至下次之研磨步驟的研磨條件。
[第1實施形態之作用效果]
如上述所示，在上述之第1實施形態，可具有如以下所示之作用效果。
(1)進行在研磨後之半導體晶圓W的研磨面成為親水面之前，即，在疏水面之狀態測量半導體晶圓W的形狀量測。
因此，不會發生水滴所造成之量測誤差，而能以高精度測量研磨後之半導體晶圓W的形狀。
(2)在進行量測步驟之前，將研磨後的半導體晶圓W浸泡於有機酸水溶液。
藉半導體晶圓W之在有機酸水溶液的浸泡，因為將研磨後之半導體晶圓W的表面保持於疏水面，所以可縮短浸泡於有機酸水溶液之後之半導體晶圓W的表面之乾燥時間。又， 可中和在研磨步驟後之純水沖洗後殘留於半導體晶圓W的表面之研磨漿等。
(3)在撈起步驟，在浸泡步驟之浸泡時間超過60分鐘之前，從有機酸水溶液撈起半導體晶圓W。
在浸泡步驟之浸泡時間超過60分鐘之前，從有機酸水溶液撈起半導體晶圓W時，因為研磨面被保持於疏水面，所以在從有機酸水溶液撈起半導體晶圓W時，水滴不會殘留於研磨面。
(4)在撈起步驟，以100mm/sec以下之速度撈起半導體晶圓W。
藉由根據這種條件撈起半導體晶圓W，因為不會從液面撈起水溶液，所以水滴不會殘留於撈起後之半導體晶圓W的研磨面。因此，因為在撈起步驟後，不需要另外設置乾燥步驟，所以減少步驟、及導致縮短至進行量測之時間。
(5)在撈起步驟，一面維持半導體晶圓W之研磨面與有機酸水溶液之水平面大致正交的姿勢，一面撈起。
在撈起時，藉由維持半導體晶圓W之研磨面與水平面大致正交的姿勢，因為藉重力而水滴易落下，所以水滴迅速從研磨面消失。因此，可迅速移至量測步驟。
(6)在量測步驟，使用光學式感測器，測量半導體晶圓的形狀。
藉由使用光學式感測器，可縮短量測時間或使量測裝置小型化。因此，可更迅速地對下次之研磨步驟的研磨條件回授。
(7)在研磨條件設定步驟，根據在量測步驟之量測 結果，設定下次之研磨步驟的研磨條件。
依此方式，因為可將研磨後的量測結果迅速地回授至下次之研磨步驟的研磨條件，所以結果，可製造高精度之真平度(flatness)的半導體晶圓W。
[第2實施形態]
其次，說明本發明之第2實施形態。此外，因為第2實施形態之半導體研磨裝置的構成係與該第1實施形態相同，所以省略，而說明半導體晶圓之研磨方法。
<預先量測步驟>
首先，藉移動手段4，將保管單元6所收容之研磨前的半導體晶圓W搬運至量測手段3，預先測量研磨前之半導體晶圓W的厚度。在此之預先量測係與在研磨步驟後所實施之量測步驟一樣，不必測量半導體晶圓W之整個面，而藉感測器部31僅測量半導體晶圓W之所要的位置。
在測量研磨前的半導體晶圓W後，將研磨前的半導體晶圓W搬運至雙面研磨裝置10，與該第1實施形態一樣，分別實施研磨步驟、浸泡步驟及撈起步驟。
<量測步驟>
在本量測步驟，在研磨後之半導體晶圓W的研磨面成為親水面之前，即，在疏水面之狀態測量半導體晶圓W的研磨容差形狀。
在該撈起步驟，在浸泡步驟之浸泡時間超過60分鐘之前，從保管槽2之有機酸水溶液所撈起之半導體晶圓W係藉移動手段4，搬運至量測手段3。在本實施形態，與該第1實施形 態一樣，不必測量半導體晶圓W之整個面，而藉感測器部31僅測量半導體晶圓W之所要的位置。
然後，藉控制器單元32對以感測器部31所採集之量測資料進行計算，算出從晶圓中心部之研磨前後的厚度差減去與自晶圓外周端開始內側1mm或內側2mm之點之研磨前後的厚度差所求得之數值。將該算出結果用作晶圓整個面的研磨容差形狀。
又，藉控制器單元32對以感測器部31所採集之量測資料進行計算，算出自晶圓外周端開始內側1mm或內側2mm之點之研磨前後的厚度差、與在至更內側30mm之範圍內所測量之全部之研磨前後的厚度差之近似線的差。將該算出結果用作晶圓外周部的研磨容差形狀。
以控制器單元32所算出之結果係被輸出往控制裝置5。
在量測手段3結束形狀量測後的半導體晶圓W係藉移動手段4，回到保管槽2。
<研磨條件設定步驟>
在控制裝置5，取得從雙面研磨裝置10所輸出之研磨條件，而且取得從控制器單元32所輸出之研磨後的半導體晶圓W之形狀結果。
然後，在研磨條件設定手段51，對晶圓整個面的研磨容差形狀，根據如以下所示之條件，分析研磨條件，藉此，設定下次之研磨步驟的研磨條件。
根據所取得之研磨後的半導體晶圓W之形狀結果，從晶圓中心部之研磨前後的厚度差減去自晶圓外周端開始 內側1mm或內側2mm之研磨前後的厚度差，藉此，求得指數值。然後，根據所求得之指數值，根據以下之(C1)~(C3)所示的條件，自動設定下次之研磨步驟的研磨條件。此外，以下之調整參數n2係根據研磨速度所求得，根據該調整參數，調整研磨條件中之研磨時間。
(C1)：在該指數值為-50nm以上且+50nm以下的情況，保持上次之研磨步驟的研磨條件。
(C2)：在該指數值超過+50nm的情況，對上次之研磨步驟的研磨條件加上調整參數n2。
(C3)：在該指數值未滿-50nm的情況，對上次之研磨步驟的研磨條件減去調整參數n2。
又，對晶圓外周部的研磨容差形狀，根據如以下所示之條件，設定下次之研磨步驟的研磨條件。
根據自晶圓外周端開始內側1mm或內側2mm之點之研磨前後的厚度差、與在至更內側30mm之範圍內所測量之全部之研磨前後的厚度差之近似線的差，根據以下之(D1)~(D3)所示的條件，自動設定下次之研磨循環的研磨條件。此外，以下之調整參數m2係根據研磨速度所求得，根據該調整參數，調整研磨條件中之研磨時間。
(D1)：在與近似線之差為-5nm以上且+5nm以下的情況，保持上次之研磨步驟的研磨條件。
(D2)：在與近似線之差超過5nm的情況，對上次之研磨步驟的研磨條件加上調整參數m2。
(D3)：在與近似線之差未滿-5nm的情況，對上次之研磨 步驟的研磨條件減去調整參數m2。
又，研磨條件係可如以下所示自動控制。
藉移動手段4，將研磨前的半導體晶圓W搬運至量測手段3，並預先測量研磨前之半導體晶圓W的厚度。在此之預先量測係與在研磨步驟後所實施之量測步驟一樣，不必測量半導體晶圓W之整個面，而藉感測器部31僅測量半導體晶圓W之所要的位置。
在測量研磨前的半導體晶圓W後，將研磨前的半導體晶圓W搬運至雙面研磨裝置10，分別實施研磨步驟、浸泡步驟、撈起步驟及量測步驟。
然後，從如下之數學式(3)，求得在研磨步驟所進行之研磨的推測研磨速度。
[數學式3]推測研磨速度=(研磨前之半導體晶圓W的厚度-研磨後之半導體晶圓W的厚度)/研磨時間...(3)
接著，將在下次的研磨步驟之研磨前的半導體晶圓W搬運至量測手段3，並預先測量研磨前之半導體晶圓W的厚度。然後，從如下之數學式(4)，求得下次之研磨步驟的研磨時間(終點)。此外，數學式(4)中之推測研磨速度係在該數學式(3)所求得，係在研磨步驟所進行之研磨的推測研磨速度。
[數學式4]研磨時間=在下次的研磨步驟之研磨後之半導體晶圓W的目標容差/推測研磨速度...(4)
然後，根據在該數學式(4)所求得之研磨時間，設 定下次之研磨步驟的研磨條件。所設定之研磨條件係從研磨條件設定手段51向研磨控制手段52所傳送。
依此方式，研磨後的半導體晶圓W之形狀的量測結果被回授至下次之研磨步驟的研磨條件。
<變形例>
在第1及第2實施形態，採用對一台雙面研磨裝置10，具備1台量測手段3的構成，但是亦可採用將1台量測手段3配置於2台雙面研磨裝置10之間的構成。藉該構成。能以1台量測手段3測量在2台雙面研磨裝置10分別所研磨之半導體晶圓W的形狀。結果，可使設置一套半導體晶圓之研磨裝置時之量測手段3的新投資費用減半。
又，在該第2實施形態，作為研磨手段1，使用雙面研磨裝置10，但是亦可使用在中間精加工研磨所使用之單面研磨裝置。相對雙面研磨裝置10係容差大至5μm以上且30μm以下，而適合粗研磨的裝置，單面研磨裝置係容差小至0.2μm以上且1.0μm以下，而用以使半導體晶圓之表面的狀態變成良好的裝置。雙面研磨裝置適合第1實施形態，單面研磨裝置適合將研磨前後之半導體晶圓的形狀作為輪廓來回授的第2實施形態。
又，在第1及第2實施形態，採用設置2台感測器部31，分別測量半導體晶圓W之表面側及背面側的形狀的構成，但是亦可作成設置1台感測器部31，而僅測量半導體晶圓W之任一側的面側。這種採用設置1台感測器部31的構成適合所測量之半導體晶圓W的厚度例如薄至310μm以下的情況。
又，在第1及第2實施形態，採用將有機酸水溶液貯存於 保管槽2的構成，但是亦可使用氟化氫酸水溶液，替代有機酸水溶液。藉由使用氟化氫酸水溶液，可將半導體晶圓W之研磨面設為疏水面之狀態。
[實施例] <第1實施例>
藉第1圖所示之半導體晶圓的研磨裝置，研磨直徑300mm之半導體晶圓W的雙面。此外，保管槽2所貯存的水溶液係保持於25℃之0.1質量%濃度的檸檬酸水溶液。
首先，藉搬運單元40，從保管單元6將研磨前的半導體晶圓W與載具15搬運至雙面研磨裝置10。然後，供給研磨漿，在既定研磨條件，實施半導體晶圓W之雙面研磨。在雙面研磨後，供給純水，沖洗研磨後的半導體晶圓W。
在沖洗後，藉搬運單元40，從雙面研磨裝置10向保管槽2搬運研磨後的半導體晶圓W。所搬運之半導體晶圓W係浸泡於保管槽2之檸檬酸水溶液，並將半導體晶圓W保持於檸檬酸水溶液中1分鐘。
於檸檬酸水溶液保持固定時間後，藉搬運單元40，一面維持研磨面與水平面大致正交的姿勢，一面以100mm/sec之速度撈起半導體晶圓W。
在藉目視確認所撈起之半導體晶圓W的表面(研磨面)有無水滴時，係疏水面之狀態，而水滴係未殘留。
接著，藉搬運單元40，將半導體晶圓W搬運至光譜干涉位移裝置30。在光譜干涉位移裝置30，藉搬運單元40，使半導體晶圓W以3mm/sec之速度移動，再藉感測器部31，從半 導體晶圓W之中心朝向外周，自外周端至內側2mm之位置在半徑方向以10μm間距測量。然後，藉控制器單元32對量測資料進行計算，而算出晶圓整個面的形狀。
將該算出結果輸出至研磨條件設定手段51，再藉研磨條件設定手段51根據所取得之研磨後的半導體晶圓W的形狀結果，自晶圓中心部的厚度，減去自晶圓外周端開始內側2mm的厚度，藉此，求得指數值。然後，從該指數值，根據(A1)、(A2)及(A3)之條件，調整下次之研磨步驟的研磨條件後，進行研磨，測量了半導體晶圓W之形狀的結果，GBIR品質的工程性能提高。
此外，GBIR(Global flatness Back reference Ideal Range)係為了表示真平度所標準化的參數。
<第1比較例>
藉第1圖所示之半導體晶圓的研磨裝置，與該第1實施例一樣，研磨直徑300mm之半導體晶圓W的雙面。此外，在保管槽2，貯存保持於25℃之純水。
雙面研磨後，藉搬運單元40，從雙面研磨裝置10向保管槽2搬運研磨後的半導體晶圓W。所搬運之半導體晶圓W係浸泡於保管槽2之純水，並將半導體晶圓W保持於純水中60分鐘。
於純水保持固定時間後，藉搬運單元40，一面維持研磨面與純水之水平面大致正交的姿勢，一面以100mm/sec之速度撈起半導體晶圓W。
在藉目視確認所撈起之半導體晶圓W的表面(研磨面)有 無水滴時，成為親水面之狀態，而水滴殘留。因此，無法藉光譜干涉位移裝置30測量晶圓整個面的形狀。
<第2實施例>
藉控制器單元32對在該第1實施例之藉感測器部31的量測所得之量測資料進行計算，而算出晶圓外周部的形狀。
將該算出結果輸出至研磨條件設定手段51，再藉研磨條件設定手段51根據所取得之研磨後的半導體晶圓W的形狀結果，求得與近似線的差。然後，從該與近似線的差，根據(B1)、(B2)及(B3)之條件，調整下次以後的研磨條件後，進行研磨，測量了半導體晶圓W之形狀的結果，ESFQR品質的工程性能提高。
此外，ESFQR(Edge flatness metric，Sector based，Front surface referenced，least sQuares fit reference plane，Range of the data within sector)係測量了形成於晶圓整個周圍之外周部區域之扇形的區域(sector)內之SFQR的值。SFQR係將半導體晶圓W分割成多個部位，並設置在各部位內之基準面，從該基準面測量在各部位之正側與負側的最大變化量，再將該正側之最大變化量的絕對值與負側之最大變化量的絕對值相加者。
<第2比較例>
在該第1比較例，因為無法測量晶圓整個面的形狀，所以對晶圓外周部的形狀亦無法算出。
<第3實施例>
替代第1圖所示之雙面研磨裝置10，藉具備單面 研磨裝置(精加工研磨裝置)之半導體晶圓的研磨裝置，進行直徑300mm之半導體晶圓W的精加工研磨。此外，保管槽2所貯存的水溶液係保持於25℃之0.1質量%濃度的檸檬酸水溶液。
首先，接著，藉搬運單元40，將半導體晶圓W搬運至光譜干涉位移裝置30。在光譜干涉位移裝置30，藉搬運單元40，使半導體晶圓W以3mm/sec之速度移動，再藉感測器部31，從半導體晶圓W之中心朝向外周，在半徑方向以10μm間距測量。然後，藉控制器單元32對量測資料進行計算，而算出晶圓整個面的研磨容差形狀。
接著，藉搬運單元40，從保管單元6將研磨前的半導體晶圓W與載具15搬運至精加工研磨裝置。然後，供給研磨漿，在既定研磨條件，實施半導體晶圓W之精加工研磨。在精加工研磨後，供給純水，沖洗研磨後的半導體晶圓W。
在精加工研磨後，藉搬運單元40，從精加工研磨裝置向保管槽2搬運研磨後的半導體晶圓W。所搬運之半導體晶圓W係浸泡於保管槽2之檸檬酸水溶液，並將半導體晶圓W保持於檸檬酸水溶液中1分鐘。
於檸檬酸水溶液保持固定時間後，藉搬運單元40，一面維持研磨面與水平面大致正交的姿勢，一面以100mm/sec之速度撈起半導體晶圓W。
在藉目視確認所撈起之半導體晶圓W的表面(研磨面)有無水滴時，係疏水面之狀態，而水滴係未殘留。
接著，藉搬運單元40，將半導體晶圓W搬運至光譜干涉 位移裝置30。在光譜干涉位移裝置30，藉搬運單元40，使半導體晶圓W以3mm/sec之速度移動，再藉感測器部31，從半導體晶圓W之中心朝向外周，在半徑方向以10μm間距測量。然後，藉控制器單元32對量測資料進行計算，而算出晶圓整個面的研磨容差形狀。
將該算出結果輸出至研磨條件設定手段51，再藉研磨條件設定手段51根據所取得之研磨後的半導體晶圓W的形狀結果，自晶圓中心部之研磨前後的厚度差，減去自晶圓外周緣開始內側2mm之點之研磨前後的厚度差，藉此，求得指數值。然後，從該指數值，根據(C1)、(C2)及(C3)之條件，調整下次之研磨步驟的研磨條件後，進行研磨，測量了半導體晶圓W之研磨容差形狀的結果，GBIR品質的工程性能提高。
<第3比較例>
替代第1圖所示之雙面研磨裝置10，藉具備單面研磨裝置(精加工研磨裝置)之半導體晶圓的研磨裝置，與該第3實施例一樣，進行直徑300mm之半導體晶圓W的精加工研磨。此外，在保管槽2，貯存保持於25℃之純水。
在精加工研磨後，藉搬運單元40，從精加工研磨裝置向保管槽2搬運半導體晶圓W。所搬運之半導體晶圓W係浸泡於保管槽2之純水，並將半導體晶圓W保持於純水中60分鐘。
於純水保持固定時間後，藉搬運單元40，一面維持研磨面與水平面大致正交的姿勢，一面以100mm/sec之速度撈起半導體晶圓W。
在藉目視確認所撈起之半導體晶圓W的表面(研磨面)有 無水滴時，係親水面之狀態，而水滴殘留。因此，無法藉光譜干涉位移裝置30測量晶圓的研磨容差形狀。
<第4實施例>
藉控制器單元32對在該第3實施例之藉感測器部31的量測所得之量測資料進行計算，而算出晶圓外周部的研磨容差形狀。
將該算出結果輸出至研磨條件設定手段51，再藉研磨條件設定手段51根據所取得之研磨前後之半導體晶圓W的形狀結果，求得與研磨前後之厚度的差之近似線的差。然後，從該與近似線的差，根據(D1)、(D2)及(D3)之條件，調整下次之研磨步驟的研磨條件後，進行研磨，測量了半導體晶圓W之研磨容差形狀的結果，ESFQR品質的工程性能提高。
<第4比較例>
在該第3比較例，因為無法測量晶圓的研磨容差形狀，所以對晶圓外周部的研磨容差形狀亦無法算出。
1‧‧‧研磨手段
2‧‧‧保管槽
3‧‧‧量測手段
4‧‧‧移動手段
5‧‧‧控制裝置
6‧‧‧保管單元
10‧‧‧雙面研磨裝置
13‧‧‧內齒輪
14‧‧‧外齒輪
15‧‧‧載具
30‧‧‧光譜干涉位移裝置
31‧‧‧感測器部
32‧‧‧控制器單元
40‧‧‧搬運單元
41‧‧‧晶圓握持部
51‧‧‧研磨條件設定手段
52‧‧‧研磨控制手段
W‧‧‧半導體晶圓

Claims (10)

  1. 一種半導體晶圓之研磨方法，其特徵在於包括：研磨步驟，係將該半導體晶圓與研磨墊抵接，供給研磨漿，研磨該半導體晶圓；量測步驟，係在研磨後之該半導體晶圓的研磨面成為親水面之前，測量該半導體晶圓的厚度；及研磨條件設定步驟，係根據該半導體晶圓之厚度的量測結果，設定在該研磨步驟之研磨時間。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體晶圓的研磨方法，其中包括：浸泡步驟，係在進行該量測步驟之前，將該研磨後的半導體晶圓浸泡於有機酸水溶液；及撈起步驟，係在該浸泡步驟之浸泡時間經過60分鐘之前，從該有機酸水溶液撈起該半導體晶圓。
  3. 如申請專利範圍第2項之半導體晶圓的研磨方法，其中該撈起步驟係以100mm/sec以下之速度撈起該半導體晶圓。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之半導體晶圓的研磨方法，其中該撈起步驟係一面維持該半導體晶圓之研磨面與水平面大致正交的姿勢一面撈起。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體晶圓的研磨方法，其中該量測步驟係使用光學感測器或靜電電容感測器，測量該半導體晶圓的厚度。
  6. 如申請專利範圍第4項之半導體晶圓的研磨方法，其中該量測步驟係使用光學感測器或靜電電容感測器，測量該半導體晶圓的厚度。
  7. 如申請專利範圍第2或3項之半導體晶圓的研磨方法，其中該有機酸水溶液所使用之有機酸係檸檬酸、蟻酸、醋酸、丁酸、草酸、丙二酸及琥珀酸中之至少任一種。
  8. 如申請專利範圍第4項之半導體晶圓的研磨方法，其中該有機酸水溶液所使用之有機酸係檸檬酸、蟻酸、醋酸、丁酸、草酸、丙二酸及琥珀酸中之至少任一種。
  9. 如申請專利範圍第5項之半導體晶圓的研磨方法，其中該有機酸水溶液所使用之有機酸係檸檬酸、蟻酸、醋酸、丁酸、草酸、丙二酸及琥珀酸中之至少任一種。
  10. 如申請專利範圍第6項之半導體晶圓的研磨方法，其中該有機酸水溶液所使用之有機酸係檸檬酸、蟻酸、醋酸、丁酸、草酸、丙二酸及琥珀酸中之至少任一種。
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