TWI600495B - Double-sided grinding device carrier and wafer double-sided grinding method - Google Patents

Description

雙面研磨裝置用載具及晶圓的雙面研磨方法

本發明關於一種雙面研磨裝置用載具及晶圓的雙面研磨方法，該雙面研磨裝置用載具用以在雙面研磨裝置中保持晶圓。

過去，在研磨晶圓的雙面時，藉由雙面研磨裝置用載具來保持晶圓，並將該載具配設於雙面研磨裝置的上磨盤與下磨盤之間的預定位置。此載具形成為比晶圓更薄，且具備用以保持晶圓的保持孔。要被研磨的晶圓被插入並保持於此保持孔內，晶圓的上下表面被研磨工具夾住，該研磨工具是設置於上磨盤與下磨盤的相對面上的研磨布等，且一邊對研磨面供應研磨劑一邊進行研磨。

雙面研磨時，載具是藉由太陽齒輪、內齒輪所驅動，且晶圓的兩個表面與載具的上下的主要表面一起被研磨。在雙面研磨中，為了防止載具破損，有必要使用強度優良的材質的載具。

由於雙面研磨後的晶圓的平坦度是受到載具厚度與晶圓的成品厚度(完工厚度)的差值所影響，因而使用具有會使此差值在預定範圍內(舉例而言，0.5μm以下)的厚度的載具。

但是，如上述，載具會在晶圓的雙面研磨中被研磨，由於會因磨耗使得厚度減少，因此若重複進行研磨，就變得無法在規定的晶圓成品厚度的範圍內保持載具厚度與晶圓成品厚度的差值，而變得無法滿足所需的晶圓平坦度。舉例而言，在將成品厚度控制在774~778μm之間的情形下，磨耗掉4μm的載具就會無法保持此差值。像這種厚度減少，而變得無法滿足所需的晶圓的平坦度的載具會被廢棄。

過去的載具的材質是從強度方面考量而使用金屬。此外，在研磨矽晶圓的情形下，由於屬於周期表的4A族、5A族的元素污染矽晶圓的危險性較少，因此使用鈦(Ti)(舉例而言，參照專利文獻1、2)。

[先前技術文獻] (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2006-26760號公報

專利文獻2：日本特開2008-23617號公報

為了延長載具的可使用時間，並改善載具的成本，必須利用耐磨耗性優良之材質的載具。然而，用於過去的載具的鈦雖然強度優良但價格高昂，且因其耐磨耗性低故載具的壽命短。因此，載具的成本變成一個問題。

本發明是鑒於前述的問題而完成，目的在於提供一種雙面研磨用載具，其耐磨耗性優良，且可降低成本。

為了達成上述目的，依據本發明，提供一種雙面研磨裝置用載具，在雙面研磨裝置中，被配置於各自貼附有研磨布之上磨盤和下磨盤之間，該雙面研磨裝置用載具形成有保持孔，且該保持孔用以在研磨時保持已夾在前述上磨盤和下磨盤之間的晶圓，並且，該雙面研磨裝置用載具的特徵在於：該載具的上下的主要表面部是由β型鈦合金所構成，且該β型鈦合金是使純鈦中含有0.5重量%以上的β穩定元素(β-stabilizing element)而成。

若是這樣的載具，由於耐磨耗性優良，因此載具壽命較長，且可降低成本。

前述載具可以是全體以前述β型鈦合金所構成。若是這樣的載具，不但強度優異，也可長時間保持高耐磨耗性來進行研磨。

或者，前述載具可以是以將前述β型鈦合金的被膜覆蓋於金屬母材的上下的主要表面的方式所構成。

若是這樣的載具，可藉由β型鈦合金的被膜來實現高耐磨耗性並可降低載具本身的成本。

此外，前述金屬母材，較佳是由純鈦或前述β型鈦合金所構成。

若是這樣的載具，例如在矽晶圓的研磨時，就不用擔心會污染矽晶圓。此外，特別是若將純鈦作為金屬母材，例如能夠以在現有的已磨耗的載具上形成β型鈦合金的被膜的方式，使載具再生來再利用，而更能降低成本。

此外，依據本發明，提供一種晶圓的雙面研磨方法，是對晶圓進行雙面研磨的方法，其特徵在於：在各自貼附有研磨布之上磨盤和下磨盤之間，配置上述本發明的雙面研磨裝置用載具，將晶圓保持於已形成在該雙面研磨裝置用載具中的保持孔來進行雙面研磨。

若是這樣的雙面研磨方法，藉由使用耐磨耗性優良的本發明的載具，可以歷經長時間而不用更換載具，並得到滿足所需平坦度的晶圓。因此，可降低成本。

由於本發明的雙面研磨裝置用載具，其上下的主要表面部是由β型鈦合金所構成，且該β型鈦合金是使純鈦中含有0.5重量%以上的β穩定元素而成，因此耐磨耗性優良，且載具的壽命長。利用這種載具來雙面研磨晶圓的話，歷經長時間也不用更換載具，且可得到滿足所需平坦度的晶圓。因此，可大幅降低晶圓的製造成本。

W‧‧‧晶圓

1‧‧‧載具

2‧‧‧上主要表面部

3‧‧‧下主要表面部

4‧‧‧金屬母材

5‧‧‧保持孔

6‧‧‧上磨盤

7‧‧‧下磨盤

8‧‧‧研磨布

9‧‧‧太陽齒輪

10‧‧‧內齒輪

20‧‧‧雙面研磨裝置

第1圖是表示具備本發明的雙面研磨裝置用載具之雙面研磨裝置的一例的概略剖面圖。

第2圖是表示第1圖所示的雙面研磨裝置的內部構造圖。

第3圖是表示本發明的雙面研磨裝置用載具的一例的概略圖。

第4圖是表示在實施例、比較例中的載具的磨耗率的結果的圖式。

第5圖是表示在實施例、比較例中的晶圓的GBIR的結果的圖式。

以下，針對本發明來說明實施方式，但本發明並不限定於此實施方式。

首先，針對本發明的雙面研磨裝置用載具進行說明。

本發明的雙面研磨裝置用載具(以後簡稱為載具)，是用於例如第1、2圖所示的雙面研磨裝置20。如第1、2圖所示，雙面研磨裝置20具備上下相對向設置的上磨盤6與下磨盤7，上磨盤6與下磨盤7各自貼附有研磨布8。在上磨盤6與下磨盤7之間的中心部設置有太陽齒輪9，在邊緣部設置有內齒輪10。如第2圖所示，本發明的載具1形成有用以保持晶圓W的保持孔5。在雙面研磨時，載具1以將晶圓W保持在保持孔5內的狀態下，被配置於上磨盤6與下磨盤7之間。

此外，載具1的外周齒嚙合太陽齒輪9和內齒輪10的各齒部；隨著上磨盤6和下磨盤7藉由未繪示的驅動源而進行回轉，載具1一邊自轉一邊繞著太陽齒輪9公轉。此時，以載具1的保持孔5所保持的晶圓W的雙面，同時藉由上下的研磨布8而被研磨。晶圓的研磨時，研磨液從未繪示的噴嘴供應給晶圓的研磨面。

此時，因為載具1的上下的主要表面接觸到研磨布8，因此載具的主要表面也會與晶圓的表面一起被研磨，而漸漸地磨耗。

此處，如第3圖(A)所示，在本發明的載具1，其上主 要表面部2和下主要表面部3是由β型鈦合金所構成，且該β型鈦合金是使純鈦中含有0.5重量%以上的β穩定元素而成。若是這樣的載具，因為耐磨耗性會變得優良，故能長時間地維持可研磨出滿足所需的平坦度的晶圓的狀態。也就是說，載具的壽命比過去例如是純鈦製的載具還要更長。

如上述般，本發明的載具1，若上下的主要表面部2、3是由前述β型鈦合金所構成，並不特別限制主要表面部以外的部分的材質。如此一來，例如第3圖(B)所示，載具1可以是以將前述β型鈦合金的被膜覆蓋於金屬母材4的上下的主要表面的方式所構成。此時的β型鈦合金的被膜可以是藉由例如濺鍍法所形成。

若是這樣的載具，可藉由以前述β型鈦合金的被膜所形成的上下的主要表面部2、3來實現高耐磨耗性，且可對主要表面以外的部分使用成本低的材質而降低載具本身的成本。此外，對於因重複進行晶圓的研磨且磨耗而變得無法滿足所需的平坦度的載具，若形成前述β型鈦合金的被膜來增加厚度的話，可顯著改善載具的再利用頻率，因此可大幅地改善成本。

在這種情況下，可將金屬母材4設為純鈦。也就是說，藉由將β型鈦合金的被膜來形成於現有的純鈦製的載具上並再利用，可更加地降低成本。或者，為了使強度更高，也可以將金屬母材4設為前述β型鈦合金。不管是哪一種情況，由於在矽晶圓的研磨時，都不用擔心會污染矽晶圓，因而較佳。

β穩定元素並沒有特別限制，舉例而言，可以是V(釩)、Zr(鋯)、Nb(鈮)、Mo(鉬)、Hf(鉿)、Cr(鉻)、Mn(錳)、Fe(鐵)、Co(鈷)、Ni(鎳)。若考量不是稀有金屬且價格便宜、及考量向矽晶圓的擴散係數小，β穩定元素較佳的是Fe。

此外，β穩定元素的含量是在0.5重量%以上。從耐磨耗性的觀點來看，特佳是在1.5重量%以上；從矽晶圓的污染抑制的觀點來看，雖然較佳是在2.0重量%以下，但只要是在0.5重量%以上的話就沒特別限定。

雖然第2圖所示的載具1各自具有一個保持孔5，且各自保持有一片晶圓W，但本發明並不限於此。舉例而言，也可以是具有複數個保持孔5、或是也可以是在各載具內保持複數片的晶圓W。

此外，為了保護晶圓的邊緣部不受載具傷害，可沿著保持孔5的內周部裝有樹脂製的嵌件(insert)。

繼而，針對本發明的晶圓的雙面研磨方法進行說明。

在本發明的晶圓的雙面研磨方法中，使用上述本發明的載具。

如第1圖所示，首先，在雙面研磨裝置20的各自貼附有研磨布8之上下磨盤6、7之間，配置本發明的載具1，該載具1的至少兩主要表面部是由上述β型鈦合金所構成。

繼而，將晶圓W插入並保持於所配置的載具1的保持孔5內。

繼而，以各自貼附在上下磨盤6、7上的研磨布8夾住晶圓W的上表面和下表面，一邊對該研磨面供應研磨劑一 邊進行晶圓的雙面研磨。此時的研磨條件可以是設為與過去相同的條件。

若是如此進行雙面研磨，藉由使用耐磨耗性優良的本發明的載具，可以歷經長時間而不用更換載具，而得到滿足所需平坦度的晶圓。因此，可降低成本。

以下，雖然示出本發明的實施例及比較例以更具體地說明本發明，但本發明並不限於這些例子。

(實施例)

使用第1圖所示的雙面研磨裝置，其具備如第3圖(A)所示的本發明的載具，來評價載具的磨耗率。

製作本發明的載具，該載具是以使純鈦中含有Fe之β型鈦合金來構成全體。此處，各自製作5個使β型鈦合金的Fe含量變化的載具A(0.5重量%)、B(1.0重量%)、C(1.5重量%)、D(2.0重量%)。此外，將載具的厚度設為770μm，沿著保持孔的內周部裝有樹脂製的嵌件。另外，Fe的含量是利用螢光X射線分析法(X-ray florescent analysis)所測得。

載具的磨耗率的評價，是如第2圖所示般地將具有相同Fe含量的5個載具以未保持晶圓的狀態配置於雙面研磨裝置，與晶圓研磨時同樣地運轉雙面研磨裝置，並依據每單位時間的載具厚度的減少，來計算出載具的磨耗率。

作為此時研磨的條件是設定如下：研磨布是使用發泡胺甲酸乙酯型、 研磨劑是將含有膠態二氧化矽的鹼性溶液回收重複使用、施加於研磨面的表面壓力是200g/cm²。

載具的厚度是測定遍及保持孔的周邊的整個周圍400個點，並將測定的厚度的平均值用於計算磨耗率。磨耗率的結果示於表1及第4圖。如表1及第4圖所示，相較於後述的比較例的結果，磨耗率大幅地降低。此外，磨耗率是隨著β型鈦合金中的Fe含量上升而降低，而Fe含量在1.5重量%以上(載具C、載具D)時磨耗率的降低已達飽和。飽和後的磨耗率是0.04μm/h(0.04微米/小時)。

繼而，除了將厚度設為771μm以外，使用與上述載具D(Fe含量2.0重量%)相同的載具，對直徑300mm的矽晶圓進行雙面研磨，並評價研磨後的晶圓的平坦度(GBIR：總體背面理想範圍(Global Back-Side Range))。此時，晶圓的成品厚度成為775μm。

研磨條件如下所述。使用與評價上述載具的磨耗率時所用的相同的雙面研磨裝置、研磨劑，每批研磨五片晶圓。施加於雙面研磨的晶圓上的表面壓力是設定為200g/cm²。

研磨後的晶圓的GBIR的測定是使用平坦度測定器(黑田精工製造，Nanometoro 300TT)。此時，依據同一批研磨的5片晶圓的GBIR的平均值來計算出晶圓的GBIR。

GBIR的結果示於第5圖。如第5圖所示，在實施例中，載具的使用時間超過45,000分鐘後GBIR就開始劣化，使用到載具的使用時間達50,000分鐘時的GBIR是0.25μm， 此時的載具的厚度是767μm。

相對地，在後述的比較例中，使用到載具的使用時間達20,000分鐘時的晶圓的平坦度是0.35μm。

像這樣，相較於後述的比較例，在實施例中可更長時間地抑制晶圓的平坦度的惡化，且載具的壽命較長。

更進一步地，於實施例中，對於已使用50,000分鐘的載具的兩主要表面，藉由Ar濺鍍法，覆膜上Fe含量為2.0重量%之β型鈦合金。在上下主要表面覆膜的β型鈦合金的厚度合計為4μm，覆膜後的載具的厚度與開始研磨前同為771μm。

使用這個覆膜後的載具，並以與上述相同條件來實施晶圓的雙面研磨的結果，晶圓的GBIR是0.17μm，而解決了GBIR的惡化。

之後，即便再使用15,000分鐘(從使用開始起65,000分鐘)晶圓平坦度也沒有惡化。

(比較例)

除了是以使純鈦中含有0.2重量%的Fe的β型鈦合金來構成全體的載具以外，以與實施例同樣的條件來評價載具的磨耗率及晶圓的平坦度(GBIR)。

磨耗率的結果示於表1及第4圖。如表1及第4圖所示，磨耗率是0.13μm/h，相較於實施例是惡化的。另外，過去的純鈦(不含有β穩定元素)的載具的磨耗率一般是0.14μm/h，因此比較例對於純鈦製載具的改善效果低。

GBIR的結果示於第5圖。如第5圖所示，載具的使 用時間超過12,500分鐘後GBIR就開始劣化，使用到載具的使用時間達20,000分鐘時的GBIR是0.35μm，載具的厚度是765μm。像這樣，在比較例中，只經過了比實施例還短的時間，平坦度就已惡化，載具的壽命較短。

另外，本發明並不限於上述實施方式。上述實施方式乃為例示，凡是具有與本發明的申請專利範圍所載的技術思想實施相同的結構，並可發揮相同功效的技術方案，都包含於本發明的技術範圍中。

1‧‧‧載具

2‧‧‧上主要表面部

3‧‧‧下主要表面部

4‧‧‧金屬母材

Claims (5)

1. 一種雙面研磨裝置用載具，在雙面研磨裝置中，被配置於各自貼附有研磨布之上磨盤和下磨盤之間，該雙面研磨裝置用載具形成有保持孔，且該保持孔用以在研磨時保持已夾在前述上磨盤和下磨盤之間的晶圓，並且，該雙面研磨裝置用載具的特徵在於：該載具的上下的主要表面部是由β型鈦合金所構成，且該β型鈦合金是使純鈦中含有0.5重量%以上的β穩定元素而成。
2. 如請求項1所述之雙面研磨裝置用載具，其中，前述載具是全體以前述β型鈦合金所構成。
3. 如請求項1所述之雙面研磨裝置用載具，其中，前述載具是以將前述β型鈦合金的被膜覆蓋於金屬母材的上下的主要表面的方式所構成。
4. 如請求項3所述之雙面研磨裝置用載具，其中，前述金屬母材是由純鈦或前述β型鈦合金所構成。
5. 一種晶圓的雙面研磨方法，是對晶圓進行雙面研磨的方法，其特徵在於：在各自貼附有研磨布之上磨盤和下磨盤之間，配置如請求項1到4中任一項所述之雙面研磨裝置用載具，並將晶圓保持於已形成在該雙面研磨裝置用載具中的保持孔來進行雙面研磨。