TWI577498B - 基板研磨裝置 - Google Patents

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Description

基板研磨裝置
本發明係關於一種基板研磨裝置，特別是關於一種利用化學反應之基板研磨之基板研磨裝置。
習知，於半導體基板(晶圓)的研磨，雖使用以磨石(grindstone)研磨之研磨，或可用游離磨粒(loose abrasive)之拋光(lapping)研磨等得到更平坦的面，但該等機械性研磨中，要得到在原子級的平坦性及良好的表面結晶性是有難度，因此近年來係使用溼式蝕刻(wet etching)或電漿蝕刻(plasma etching)等之化學性研磨。又，進一步可得到高精度且良好的表面結晶性之研磨法，有彈射加工(Elastic Emission Machining，EEM)法受到注目。
另一方面，作為電力元件用的基板材料，帶間隙(band gap)廣且電性(electrical property)數值優異的SiC或GaN等受到注目，但上述EEM法中，具有機械性硬度與化學性穩定性之SiC等基板之研磨，存在有需要大量時間之問題，因此，有在氟化氫酸溶液中使白金等觸媒接觸乃至於接近基板表面，有效率地蝕刻研磨SiC等的半導體基板的表面，亦即所謂觸媒載體型化學研磨(Catalyst-referred etching，CARE)的方案提出。
可是，習知的基板研磨裝置，一般係如圖3所示，形成於旋轉的定盤91上接合研磨墊92，將固定於旋轉的固定器93之基板94，壓在該研磨墊92上，另一方面，從研磨液供給管95向研磨墊92上滴落供給研磨液L，使研磨液L進入研磨墊92與基板94之間之構造。此情形時，研磨液L係所謂排放狀態。此種基板研磨裝置之一範例係例如專利文獻1所示。
[專利文獻1]日本專利特開2010-205796號公報。
然而，在以化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)使用含鑽石磨粒的昂貴的研磨液之情形等，必須費力控制研磨液的使用量。又，在觸媒載體型化學研磨使用較昂貴且對人體有害之氟化氫酸作為研磨液之情形時，控制研磨液的使用量是理所當然的，且處理上需細心注意而作業效率容易降低，又有關通風設備等也需要成本。
因此，本發明之目的係為解決此種課題，提供一種基板研磨裝置，能以少量研磨液有效率且低成本地進行基板的化學研磨。
為達成上述目的，本案第1發明係具備：基板固定元件(3)，將基板(5)固定；基板旋轉裝置，使該基板固定元件(3)對該基板(5)的板面，以環繞垂直的旋轉軸(Y)方式旋轉；定盤(surface plate)(1)，使盤面(2)位於與該基板(5)的板面相對之位置；定盤旋轉裝置，使該定盤(1)對其盤面(2)，以環繞垂直的旋轉軸(X)方式旋轉；液體貯存元件(7)，具有包圍該基板(5)的周圍之壁部(71)，使該壁部(71)的一端以 液密(liquid tightness)形式靠近乃至於抵接該盤面(2)，於基板(5)周圍形成貯存研磨液(L)之液體貯存空間(S)。
根據本案第1發明，若向基板的外周的定盤上所形成的液體貯存空間內供給必要最小限度的研磨液，該研磨液進入基板的板面與定盤的盤面之間進行化學研磨，就能以少量研磨液有效率且低成本地進行基板的化學研磨。本案第1發明係可使用於觸媒載體型化學研磨，特別適合含鑽石磨粒的昂貴的研磨液，或於研磨液使用較昂貴之氟化氫酸等之情形。
本案第2發明係將該液體貯存元件(7)一體設置於靜止之軸固定元件(6)，該軸固定元件(6)用可旋轉方式固定該基板旋轉裝置的主軸(4)。
本案第2發明中，將液體貯存元件設置於靜止之軸固定元件，故可確實劃定液體貯存空間。
本案第3發明係於該液體貯存元件(7)設置推壓元件(72)，使該壁部(71)的一端以固定壓力抵接該盤面(2)。
根據本案第3發明，可確保液體貯存空間之液密性。
本案第4發明係設置密封元件(8)，封閉該液體貯存空間(S)。
根據本案第4發明，藉由密封元件封閉液體貯存空間，所以可有效抑制研磨液的大氣排放，進而可將通風設備更加簡化。本案第4發明可適合使用於觸媒載體型化學研磨，即使用氟化氫酸等對 人體有害之研磨液。
本案第5發明係設置液體流通管(91)，進行向該液體貯存空間(S)內的研磨液(L)之供給乃至於來自該液體貯存空間(S)的研磨液(L)之回收。
根據本案第5發明，經由液體流通管進行研磨時的向液體貯存空間的研磨液之供給，乃至於研磨後的來自液體貯存空間的研磨液之回收，可再使用回收的研磨液，所以成本低，同時可減輕研磨液的供給、回收作業之負擔。
上述括弧內的符號，係表示與後述實施型態所記載之具體裝置之對應關係。
如上，根據本發明之基板研磨裝置，能以少量研磨液有效率且低成本地進行基板的觸媒載體型化學研磨。
1‧‧‧定盤
2‧‧‧研磨墊(盤面)
3‧‧‧固定器(基板固定元件)
31‧‧‧板狀基體
32‧‧‧固定板
321‧‧‧開口
33‧‧‧吸氣通路
34‧‧‧吸氣管
35‧‧‧外框
4‧‧‧主軸
41‧‧‧按壓元件
411‧‧‧支臂部
412‧‧‧按壓片
413‧‧‧彈簧元件
42‧‧‧球體
5‧‧‧半導體基板(基板)
6‧‧‧主軸套管(軸固定元件)
61‧‧‧支撐凸緣
7‧‧‧液體貯存元件
71‧‧‧壁部
72‧‧‧彈簧元件(推壓元件)
73‧‧‧輔助凸緣
8‧‧‧密封元件
91‧‧‧液體流通管
92‧‧‧研磨墊
93‧‧‧固定器
94‧‧‧基板
95‧‧‧研磨液供給管
L‧‧‧研磨液
S‧‧‧液體貯存空間
X‧‧‧旋轉軸
Y‧‧‧旋轉軸
圖1係表示本發明之一實施型態之基板研磨裝置的主要部份概略剖面圖。
圖2係表示本發明之一實施型態之基板研磨裝置的主要部份詳細剖面圖。
圖3係表示習知研磨裝置之一範例的概略側視圖。
以下所說明之實施型態僅為一範例，熟悉此技藝者凡在不脫離本發明的精神和範圍內所作之各種設計改良，皆應包含於本案之權利範圍內。特別是以下的實施型態係表示適用於觸媒載體型化學 研磨之範例，然而本發明亦可廣泛適用於化學機械研磨等其他研磨法。
圖1係表示本發明之一實施型態之基板研磨裝置的主要部份概略剖面圖。圖1中，定盤1係大直徑的圓形板，以環繞垂直的旋轉軸X方式藉由作為定盤旋轉裝置之習知的驅動機構，以水平姿態旋轉。於定盤1的上表面，接合有形成盤面之研磨墊2，在本實施型態中，該研磨墊2係於圓形的橡膠墊的上側表面形成有白金薄膜者。
於定盤1上的偏心位置，置放作為基板固定元件之固定器3，固定器3係以環繞主軸4的旋轉軸Y方式，以水平姿態旋轉。於固定器3的下面，以習知的構造固定SiC等之半導體基板5，其下側表面接觸研磨墊2的上側表面。
將主軸4以可旋轉方式固定之主軸套管6，在其外周突出設置有支撐凸緣61，於支撐凸緣61的下面，於周圍配置作為推壓元件之彈簧元件72，其構造說明如後文。於彈簧元件72的下端，黏固有環狀的壁部71的上端面，壁部71的下端面係藉由彈簧元件72的推壓力，緊密連接研磨墊2的上側表面。上述彈簧元件72與壁部71係構成液體貯存元件7。
固定於固定器3之基板5的周圍，形成有根據接觸研磨墊2的壁部7所劃分之環狀的液體貯存空間S。此外，固定器3的外緣與壁部71的內緣之間設置有密封元件8，從上方封閉液體貯存空間S。
於液體貯存空間S內，從上方分別插入液體流通管91與外部空氣 流通管92。而研磨作業時，藉由液體流通管91向液體貯存空間S內供給固定量的氟化氫酸等的研磨液L。此時，液體貯存空間S內的空氣經由外部空氣流通管92而被排放。在此情形，於液體流通管91以及外部空氣流通管92分別設置閥體，研磨作業中若關閉兩閥体，則研磨液L良好保留於液體貯存空間S內。結束研磨作業後，係經由液體流通管91吸出回收研磨液L，同時從外部空氣流通管92向液體貯存空間S內導入外部空氣。
圖2係表示本發明之一實施型態之基板研磨裝置的主要部份詳細剖面圖。圖2中，固定器3係於板狀基體31的下面內周部內嵌入固定多層構造之固定板32所構成，板狀基體31具備環狀的外框35，於固定板32，在板面的複數處形成有負壓吸引用的開口321。該等開口321係連通固定板32與基體31內所形成的吸氣通路33，而於吸氣通路33，連接吸氣管34的一端，其到達主軸4的上端部內所設置的圖式省略之排氣裝置。吸氣管34係插通於主軸4的中心部內。半導體基板5藉由上述開口321的負壓，被吸引固定於固定板32的下面，使基板5的下側表面(研磨面)接觸研磨墊2的上側表面。
主軸4係往上下方向貫通於筒狀的主軸套管6內，藉由作為基板旋轉裝置之習知的驅動機構，以環繞旋轉軸Y方式旋轉，筒狀的主軸套管6係以站立姿態所設置。按壓元件41係其中心部的下面藉由球體42被安置於固定器3的基體31上，且相對於基體31為可傾斜活動。從按壓元件41的中心部係向外延伸有複數個支臂部411(圖2僅顯示其一)，支臂部411的前端所設的按壓片412的下端 ，係利用彈簧元件413的推壓力而抵接基體31的上表面。藉此，若使主軸4旋轉，相對應於此，便可使固定器3及以其所固定的半導體基板5旋轉。
於主軸套管6的下端外緣，支撐凸緣61以水平姿態固定於周圍，於支撐凸緣61的外緣部下面，黏固有環狀的彈簧元件72的上端。本實施型態中，彈簧元件72係構成使其緣壁向內外彎曲而向上下方向伸縮以產生推壓力。彈簧元件72的下端係黏固於環狀的壁部71的上端。此種形狀之彈簧元件72，係難以向直徑方向產生變形，所以可有效抑制壁部71的橫向振動。又，將環狀的彈簧元件72的上端與下端，分別黏固於支撐凸緣61與壁部71，藉此亦具有效果，可將彈簧元件72下方以壁部71包圍的空間，氣密性(gas tightness)地封閉。因此，此情形係可以省略密封元件8。而使半導體基板5接觸研磨墊2狀態下，壁部71的下端面係因壓縮狀態的彈簧元件72的伸展推壓力，以固定壓力抵接研磨墊2的表面。藉此，於固定器3所固定的半導體基板5的周圍，形成有用研磨墊2與壁部7所包圍的環狀的液體貯存空間S。
從壁部7的內緣面，水平地突出設置輔助凸緣73，固定器3的外框35外緣部的下面周圍所設置的密封元件8，其前端延伸至輔助凸緣73，與其液密形式相接。藉此，液體貯存空間S從上方被封閉。沿壁部71，從上方分別插入液體流通管91與外部空氣流通管92至液體貯存空間S內，於基板研磨時，藉由液體流通管91向液體貯存空間S內供給固定量的氟化氫酸作為研磨液L。研磨液L進入半導體基板5與研磨墊2之間，而基板5的下面(研磨面)進行化 學研磨。此時，液體貯存空間S內的空氣藉由外部空氣流通管92排放。結束研磨作業後，係藉由液體流通管91，從液體貯存空間S吸出回收研磨液L，同時從外部空氣流通管92向液體貯存空間S內導入外部空氣。再者，設置切換閥，可將外部空氣流通管92切換、連接負壓來源，若可使液體貯存空間S內成為負壓，即可將研磨液L更確實地保留於液體貯存空間S內。
根據此種構造之基板研磨裝置，若可向半導體基板5的外緣的定盤1上所形成的液體貯存空間S內供給必要最小限度的研磨液L即可，在此前提上，研磨結束後係可回收液體貯存空間S內的研磨液L並且再使用。因此，可減輕研磨液L的供給、回收作業之負擔。於使用較高價值且使用較昂貴且對人體有害之氟化氫酸等作為研磨液，以進行觸媒載體型化學研磨之情形時，本發明效果非常大。特別是如本實施型態般設置密封元件8以封閉液體貯存空間S，可有效抑制研磨液的大氣排放，所以通風設備可被簡化，進一步得到極大的降低成本效果。
再者，壁部7的下端不需要一定是抵接研磨墊2，也可以是使其位於接近確保液密性之程度。此情形時，則不需要有彈簧元件71。又，也可以使壁部7形成與固定器3一體旋轉之構造。本發明也可適用於半導體基板以外之基板，又研磨液也並非侷限於氟化氫酸。
2‧‧‧研磨墊(盤面)
3‧‧‧固定器(基板固定元件)
31‧‧‧板狀基體
32‧‧‧固定板
321‧‧‧開口
33‧‧‧吸氣通路
34‧‧‧吸氣管
35‧‧‧外框
4‧‧‧主軸
41‧‧‧按壓元件
411‧‧‧支臂部
412‧‧‧按壓片
413‧‧‧彈簧元件
42‧‧‧球體
5‧‧‧半導體基板(基板)
6‧‧‧主軸套管(軸固定元件)
61‧‧‧支撐凸緣
7‧‧‧液體貯存元件
71‧‧‧壁部
72‧‧‧彈簧元件(推壓元件)
73‧‧‧輔助凸緣
8‧‧‧密封元件
91‧‧‧液體流通管
92‧‧‧研磨墊
L‧‧‧研磨液
S‧‧‧液體貯存空間
Y‧‧‧旋轉軸

Claims (4)

  1. 一種基板研磨裝置，係具備：一基板固定元件，將一基板固定；一基板旋轉裝置，使該基板固定元件對該基板的板面，以環繞垂直的旋轉軸方式旋轉；一定盤，使盤面位於與該基板的板面相對之位置；一定盤旋轉裝置，使該定盤對其盤面，以環繞垂直的旋轉軸方式旋轉；一液體貯存元件，具有包圍該基板的周圍之壁部，使該壁部的一端以液密形式靠近乃至於抵接該盤面，於基板周圍形成貯存研磨液之一液體貯存空間；具有一開關閥的一液體流通管，進行向該液體貯存空間內的研磨液之供給，以及來自該液體貯存空間的研磨液之回收；及具有一開關閥的一外部空氣流通管，自該液體貯存空間排放空氣，及導入空進入該氣液體貯存空間。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之基板研磨裝置，其中將該液體貯存元件一體設置於靜止之一軸固定元件，該軸固定元件係使用可旋轉方式固定該基板旋轉裝置的主軸。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項所述之基板研磨裝置，其中於該液體貯存元件設置一推壓元件，使該壁部的一端以固定壓力抵接該盤面。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項所述之基板研磨裝置，其中設置一密封元件，封閉該液體貯存空間。
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