TWI710018B - 晶圓的雙面研磨方法及雙面研磨裝置 - Google Patents

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    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Abstract

本發明提供一種晶圓的雙面研磨方法及雙面研磨裝置，係於雙面研磨裝置中配設複數個雙面研磨用載體而雙面研磨晶圓，在準備配設於上下定盤之間的複數個雙面研磨用載體所構成的載體套組時，自載體套組的所有複數個雙面研磨用載體中，取得自使用形狀測定機所測定出的雙面研磨用載體的形狀的資料所計算的波紋量，選定而準備載體套組內的複數個雙面研磨載體中的波紋量的最大值與最小值的差為在固定值以下的載體套組，將所準備的載體套組的複數個雙面研磨用載體配設於雙面研磨裝置而雙面研磨晶圓。

Description

晶圓的雙面研磨方法及雙面研磨裝置
本發明係關於一種使用複數個面研磨用載體將晶圓雙面研磨的方法及雙面研磨裝置。
於用以將矽晶圓等的晶圓平坦化的雙面研磨裝置中，一般係使用設置有用以支承晶圓的工件孔的圓盤狀的雙面研磨用載體。
作為雙面研磨裝置，使用有一般係具備貼附有由不織布等所構成的研磨布(研磨墊)的上定盤及下定盤，具有於中心部配置有太陽齒輪，於外周部配置有內齒輪的行星齒輪構造的所謂4way形式之物。如此的雙面研磨裝置中，於單數或複數形成於雙面研磨用載體(以下亦單稱為載體)的工件孔的內部插入晶圓而支承。
並且，自上定盤側供給泥漿至晶圓，一邊使上下定盤旋轉並一邊將研磨布推壓至晶圓的表裏雙面的同時，使載體於太陽齒輪與內齒輪之間自轉公轉以同時時研磨各晶圓的雙面。
另外，已知對被雙面研磨的晶圓的平坦度而言，支承該晶圓的載體的厚度很重要。由此，曾嘗試使載體的厚度參差減少，以使被雙面研磨的晶圓的平坦度參差減少(參照專利文獻1)。 〔先前技術文獻〕
專利文獻1：日本特開2015-174168號公報
〔發明欲解決的問題〕 但是，即使載體的厚度均一，亦會於載體間，於各自在雙面研磨時所支承的雙面研磨晶圓彼此的邊緣平坦度產生差異。
本發明鑑於上述問題，目的在於提供一種能夠抑制使用複數個雙面研磨用載體進行雙面研磨所得的晶圓彼此的平坦度差(參差)的晶圓的雙面研磨方法及雙面研磨裝置。 〔解決問題的技術手段〕
為了達成上述目的，本發明提供一種晶圓的雙面研磨方法，係於一雙面研磨裝置中，於貼附有研磨布的一上定盤及一下定盤之間配設複數個雙面研磨用載體，將晶圓支承於複數個該雙面研磨用載體各自所形成的工件孔，且夾入於該上定盤及下定盤之間而雙面研磨，其中在準備配設於該上定盤及下定盤之間的複數個雙面研磨用載體所構成的載體套組時，自該載體套組的所有複數個該雙面研磨用載體中，取得自使用形狀測定機所測定出的該雙面研磨用載體的形狀的資料所計算的波紋量，將該載體套組內的複數個該雙面研磨載體中的波紋量的最大值與最小值的差為在固定值以下的載體套組予以選定而準備，將所準備的載體套組的複數個該雙面研磨用載體配設於該雙面研磨裝置而雙面研磨該晶圓。
本案發明人經由研究發現雙面研磨用載體的波紋(翹曲)會影響雙面研磨晶圓的平坦度。並且，依據如同上述的雙面研磨方法，則由於選定載體套組內複數個雙面研磨用載體彼此的波紋量的最大值與最小值的差在固定值以下的載體套組以使用，因此能夠抑制自該雙面研磨所得的雙面研磨晶圓彼此間的平坦度的差異。因此，能夠防止如習知的雙面研磨晶圓彼此間的平坦度產生差異因而平坦度超出規定值的雙面研磨晶圓的比例增加，進而能改善產率。
此時，於該波紋量的計算中，使用具有雷射感應器的三次元座標測定機作為該形狀測定機，自經測定出該雙面研磨用載體的全體的點群資料計算波紋量。
依據如此，能夠更加高精度地測定雙面研磨用載體的形狀，而能夠更加正確地計算波紋量。結果，能夠選定更加適當的載體套組，能夠防止所得的雙面研磨晶圓彼此間產生平坦度的差異。
又於該波紋量的計算中，自以全部的經測定出的該點群資料進行平準化，自將波長20mm以下的雜訊成分除去所得的變換點群資料計算該雙面研磨用載體的波紋量。
藉此，能夠更加適當地計算雙面研磨用載體的波紋量。
又能夠將雙面研磨的該晶圓的直徑定為300mm，於該波紋量的計算中，自該變換點群資料，抽出自該工件孔的中心起175mm以內的資料，並將自抽出的資料所計算的算術平均粗糙Sk定為該波紋量，於該載體套組的選定中，將複數個該雙面研磨用載體中的Sk最大值與最小值的差為10μm以下的載體套組予以選定。
依據如此，能夠利用容易影響雙面研磨晶圓的平坦度的工件孔周邊的資料以計算波紋量，由於能夠以彼此間平坦度的差異被抑制的狀態取得經常使用的尺寸直徑300mm的雙面研磨晶圓而為適當。
又本發明提供一種雙面研磨裝置，包含：一上定盤及一下定盤，貼附有研磨布；一泥漿供給裝置，供給泥漿至該上定盤與該下定盤之間；以及一載體套組，配設於該上定盤與該下定盤之間，包括複數個雙面研磨用載體，複數個該雙面研磨用載體各自形成有用以於研磨時支承被夾入於該上定盤與該下定盤之間的晶圓的工件孔，其中，該載體套組內的複數個該雙面研磨用載體彼此的算術平均粗糙Sk的最大值與最小值的差為10μm以下，該算術平均粗糙Sk係為波紋量。
若為如此的雙面研磨裝置，則能夠抑制使用該裝置雙面研磨所得的雙面研磨晶圓彼此間的平坦度的差異，而抑制平坦度的參差，能夠改善產率。 〔對照先前技術之功效〕
如同上述，依據本發明的晶圓的雙面研磨方法及雙面研磨裝置，則能夠抑制使用複數個雙面研磨用載體以雙面研磨所得的晶圓彼此間的平坦度的差異。藉此，能夠改善基於平坦度的產率。
為了解決上述的問題，本案發明人進行精心研討，而得知若是雙面研磨用載體套組內的波紋量的差異大則會影響平坦度。 並且本案發明人們發現自複數個雙面研磨用載體所構成的載體套組中，以例如雷射式的三次元座標測定機等形狀測定機測定該載體，自該測定資料計算載體的波紋量，選定載體套組內的載體彼此的波紋量的最大值與最小值的差在固定值以下的載體套組而用於晶圓的雙面研磨，藉此能夠抑制所得的複數個雙面研磨晶圓彼此間的平坦度的差異，而完成本發明。
以下雖參照圖式而說明關於本發明的實施形態，但本發明並非限定於此。 圖1係顯示能夠於本發明的晶圓的雙面研磨方法使用的本發明的雙面研磨裝置之一例的垂直剖面圖，圖2係顯示以平面觀看本發明的雙面研磨裝置之一例的內部構造圖。
如圖1、圖2所示，具備有複數個雙面研磨用載體1的雙面研磨裝置2，具備有上下相對而設置的下定盤3及上定盤4，各定盤3、4的相對向面側，分別貼附有研磨布5。作為研磨布5，能夠使用例如發泡聚氨酯墊。 又上定盤4的上部，設置有將泥漿供給至上定盤4與下定盤3之間的泥漿供給機構6(噴嘴7，及上定盤4的貫通孔8)。作為泥漿，能夠使用含有膠體二氧化矽的無機鹼性水溶液。
另外，如圖1、2所示，上定盤4與下定盤3之間的中心部設置有太陽齒輪9，周緣部設置有內齒輪10，為4way式的雙面研磨裝置。
各個載體1能夠為金屬製之物。載體1中，除了流通泥漿的研磨液孔12，亦形成有用以支承半導體矽晶圓等的晶圓W的工件孔11。為了自金屬製的載體1所致的損傷保護晶圓W的周緣部，沿著載體1的工件孔11的內周部安裝有例如樹脂製的插入構件。 各載體1的工件孔11的數量並未特別限定，能夠藉由工件孔11本身的尺寸(所支承的工件W的尺寸)等適當決定。在此列舉於各載體1上形成有一個工件孔的狀況為例。 又配設於上下定盤間的載體1的數量只要為複數則未特別限定。圖2中顯示有為5片的例子。將此複數個載體1的組合作為一個載體套組。
又如同後述，實際上配設於上下定盤之間的複數個載體1，各自預先被測定形狀，波紋量自該測定資料被計算。並且，載體1彼此間的該波紋量的最大值與最小值的差(Range)為固定值(以下亦稱管理值)以下。 設定如此的管理值，管理載體套組內載體1彼此的波紋量，能夠抑制所得的複數個雙面研磨晶圓彼此的平坦度的差異。此管理值的具體值並無特別限定，能夠對應所要求的雙面研磨晶圓的平坦度的規格值等適當決定，但於本發明的雙面研磨裝置中，能夠使此波紋量(後述的算術平均粗糙Sk)的管理值為10μm。即Range為10μm以下(0μm以上)。
並且，如圖1、2所示，太陽齒輪9及內齒輪10的各齒部嚙合有載體1的外周齒，伴隨著上定盤4及下定盤3藉由圖中未顯示的驅動源被旋轉，複數個載體1在自轉的同時繞著太陽齒輪9公轉。此時晶圓W被載體1的工件孔11支承，藉由上下的研磨布5而雙面同時被研磨。另外，研磨時自噴嘴7經由貫通孔8供給泥漿。
接著，說明關於使用如上述的雙面研磨裝置1的本發明的晶圓的雙面研磨方法。圖3係顯示本發明的晶圓的雙面研磨方法的步驟之一例的步驟圖。 如圖3所示，進行由步驟1、步驟2所構成的載體套組準備，於步驟3中，使用準備的載體套組的複數個載體進行晶圓的雙面研磨。以下詳述關於各步驟。
(步驟1：雙面研磨用載體的形狀測定及波紋量的計算) 於準備用於雙面研磨的載體套組時，首先測定關於構成載體套組的所有的複數個載體的形狀。並且，自該測定資料，計算各個載體的波紋量。 另外，計算波紋量的載體的數量並無特別限定。能夠對雙面研磨晶圓的製造經常使用的複數個載體套組預先進行計算。
此處，用於形狀測定的形狀測定機並無特別限定，只要能夠適當地得到能夠計算載體的波紋量的測定資料者即可。 例如能夠使用東京精密股份有限公司製的裝設線雷射感測器的三次元座標測定機XYZAX-SVA。使用如此的測定機時，測定能夠使感測器掃描以使關於載體整體的點群資料為200萬點以上。但是，資料點群數並不限定於此，能夠根據所求的形狀精度等適當決定。
使用如此的測定機測定，則能夠更加高精度地測定載體形狀，而能夠更加正確地計算波紋量，進一步能夠自基於該正確的波紋量的Range選擇適當的載體套組以進行雙面研磨。因此，能夠更加確實地得到平坦度的差異被抑制的複數個雙面研磨晶圓。 另外，上述例子中，雖使用感測器在工件(載體)為停止狀態下進行掃描的測定機，但其他亦可列舉例如黑田精工股份有限公司製的Nanometro FR等。
接著，自將關於上述所得的載體的點群資料整體進行平準化並且除去波長20mm以下(0mm以上)的雜訊成分所得的變換點群資料求取載體的波紋。 進行如此的平準化、雜訊成分的除去，而能夠更加適當地計算載體的波紋量。
又關於波紋量，例如若是雙面研磨的晶圓直徑為300mm的情況，則能夠使上述變換點群資料的自工件孔中心175mm以內的資料所求取的算術平均粗糙Sk為載體的波紋量。 能夠利用容易影響雙面研磨晶圓的平坦度的工件孔周邊的資料，以計算波紋量。
又此處雖說明將常用尺寸的300mm的晶圓雙面研磨的狀況的例子，但能夠依晶圓尺寸而適當設定資料的抽出範圍。 進一步，作為具體的波紋量並非限定於算術平均粗糙Sk，亦能夠為例如能夠在所得的雙面研磨晶圓的平坦度之間得到良好相關關係的其他參數。
(步驟2：載體套組的選定) 接著，自經計算波紋量的複數個載體套組中選定實際用於雙面研磨的載體套組。 更加具體而言，係選定載體套組內複數個載體彼此的波紋量的最大值與最小值的差異(Range)為固定值(管理值)以下之物。此管理值的具體值並未被特別限定。例如，能夠預先調查管理值與實際經雙面研磨的晶圓彼此間的平坦度的差異的相關關係，或是滿足關於平坦度的規格值的雙面研磨晶圓的比例等，自其結果以決定。
作為一例，於直徑300mm的晶圓，以如同前述的測定資料的抽出方法、計算方法求取波紋量時，能夠使管理值為10μm。即能夠選定載體套組內的載體彼此的Sk的最大值與最小值的差為10μm以下(0μm以上)的載體套組。依據如此，所得到的複數個雙面研磨晶圓彼此的平坦度的差異小，能夠抑制平坦度參差，以高產率得到所求的雙面研磨晶圓。
(步驟3：雙面研磨用載體的配設及晶圓的雙面研磨) 接著，將選定的載體套組的複數個載體配設於雙面研磨裝置，將被支承於各載體的工件孔的晶圓雙面研磨。 伴隨在自噴嘴供給泥漿的同時使上下定盤旋轉，使複數個載體自轉及公轉，以上下研磨布同時研磨複數個晶圓的雙面。
依據如同以上的本發明晶圓元的雙面研磨方法，能抑制雙面研磨晶圓彼此間的平坦度的差異。因此，能夠防止平坦度超出規定值的雙面研磨晶圓的比例增加，而能夠改善產率。如此，能夠解決僅進行習知的載體的厚度管理的方法所無法解決的問題。 〔實施例〕
以下表示實施例及比較例而具體說明本發明，但是本發明並非限定於這些。 (實施例1) 準備複數個由如同習知般地製造為厚度均一的5片雙面研磨用載體所構成的載體套組。另外，為用以雙面研磨直徑300mm的晶圓的載體。
並且，如圖3的步驟1，關於各載體套組內的載體，進行形狀測定以及波紋量的計算。測定、計算條件如下。 形狀測定使用東京精密股份有限公司製的，裝設線雷射感測器的三次元座標測定機XYZAX-SVA。 使線雷射的雷射寬度為24mm(Fh模式)，將包含載體的邊長540mm的四方形的區域以掃瞄速度20mm/sec整體測定。 自上述的測定資料抽出相關於載體的資料331萬點。 於上述的點群整體進行平準化並除去波長為20mm以下的雜訊成份，進一步自所抽出的自工件孔中心175mm以內的資料求取算術平均粗糙Sk。 另外，這些一連的手續所得的資料的一例顯示於圖4。
如同上述求得各載體套組內的5片載體的波紋量(Sk)後，如圖3的步驟2所示，計算於各載體套組內的5片載體彼此的波紋量的最大值與最小值的差(Range)，與預先設定的管理值(10μm)比較，選定該管理值以下的載體套組。 具體而言，選定Range為8.5μm的載體套組(Set C)。
並且，如圖3的步驟3，將選定的此載體套組的5片載體配設於雙面研磨裝置而進行晶圓的雙面研磨。雙面研磨的各種條件如下。 晶圓使用直徑300mm的P型單晶矽晶圓。 研磨裝置使用不二越機械工業製的DSP-20B。 研磨墊使用邵氏A硬度90的發泡聚氨酯墊。 載體為鈦基板，且使用於玻璃纖維含浸有環氧樹脂的FRP作為插入件。 泥漿使用含有二氧化矽磨粒、平均粒徑35nm、磨粒濃度1.0wt%、pH10.5，以KOH為基質之物。
加工載重設定為150gf/cm2 。 加工時間設定為使各載體套組成為最適當差距。 另外，雙面研磨晶圓的邊緣形狀，以自晶圓的完成厚度減去載體厚度的值(差距)決定。藉由本發明，得知波紋量大的載體，在差距為大時呈現良好的邊緣平坦度。因此，實施例1及後述的實施例2及比較例1、2中的加工時間，設定為使各載體套組成為最適當差距。
各驅動部的旋轉速度，上定盤設定為-13.4rpm，下定盤設定為35rpm，太陽齒輪設定為25rpm，內齒輪設定為7rpm。 研磨墊的修整，係藉由使電沉積有鑽石磨粒的修整盤以指定壓力流放純水的同時滑動接觸上下研磨墊以進行。 SC-1洗淨以NH4 OH:H2 O2 :H2 O＝1:1:15的條件進行。 以一批次5片，將五批次即合計25片的晶圓進行雙面研磨加工及洗淨。
將如此所得的雙面研磨晶圓以WaferSight(KLA Tencor公司製)測定。自測定的資料計算ESFQRmax，求取對規定值的產率。另外，計算ESFQRmax時，於M49 mode將區域(又稱Polar Sites)設定為72Sector的30mm Length(2mm E.E.)。
(實施例2) 除了自實施例1中最初準備的複數個載體套組進行選定時，選定Range為3.0μm的載體套組(Set D)，及前述的雙面研磨的加工時間以外，與實施例1同樣地進行晶圓的雙面研磨，之後計算ESFQRmax，求取對規定值的產率。
(比較例1、2) 自實施例1中最初準備的複數個載體套組，隨機地(即與實施例1、2相異，不考慮Range與管理值(10μm)的關係)，分別選定載體套組(Set A)及載體套組(Set B)，進行晶圓的雙面研磨。雙面研磨的加工時間，設定為各自成為最適當的差距。除此之外的雙面研磨的條件與實施例1相同。 之後計算ESFQRmax，求取對規定值的產率。 另外，為了比較而計算載體套組(Set A)及載體套組(Set B)的Range時，分別為19.1μm、12.3μm，較實施例1、2中的管理值(10μm)為大。
將實施例1、2、比較例1、2中的波紋量、Range、平均差距、產率等彙整而表示於表1
【表1】
Figure 107109258-A0304-0001
如表1所示，實施了本發明的實施例1、2中，產率分別為92%、96%，大幅超越比較例1、2的72%、84%。如此，以亦對波紋進行管理的載體套組(實施例1、2)，與習知的僅對厚度進行管理的載體套組(比較例1、2)加工晶圓時，ESFQRmax的產率改善。 實施例1、2中，藉由管理載體套組內複數個載體彼此的波紋量的Range並抑制其值，能夠抑制所得的複數個雙面研磨晶圓彼此的平坦度的參差。結果，能夠使平坦度超出規定值的比率降低，而使產率提升。
另外，本發明並不為前述實施例所限制。前述實施例為例示，具有與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想為實質相同的構成，且達成同樣作用效果者，皆包含於本發明的技術範圍。
1‧‧‧雙面研磨用載體2‧‧‧雙面研磨裝置3‧‧‧下定盤4‧‧‧上定盤5‧‧‧研磨布6‧‧‧泥漿供給機構7‧‧‧噴嘴8‧‧‧貫通孔9‧‧‧太陽齒輪10‧‧‧內齒輪11‧‧‧工件孔12‧‧‧研磨液孔W‧‧‧晶圓
圖1係顯示能夠於本發明的晶圓的雙面研磨方法使用的本發明的雙面研磨裝置之一例的垂直剖面圖。 圖2係顯示以平面觀看本發明的雙面研磨裝置之一例的內部構造圖。 圖3係顯示本發明的晶圓的雙面研磨方法的步驟之一例的步驟圖。 圖4係顯示載體的形狀測定中測定資料之一例的測定圖。

Claims (4)

  1. 一種晶圓的雙面研磨方法，係於一雙面研磨裝置中，於貼附有研磨布的一上定盤及一下定盤之間配設複數個雙面研磨用載體，將晶圓支承於複數個該雙面研磨用載體各自所形成的工件孔，且夾入於該上定盤及下定盤之間而雙面研磨，其中在準備配設於該上定盤及下定盤之間的複數個雙面研磨用載體所構成的載體套組時，自該載體套組的所有複數個該雙面研磨用載體中，取得自使用形狀測定機所測定出的該雙面研磨用載體的形狀的資料所計算的波紋量，將該載體套組內的複數個該雙面研磨載體中的波紋量的最大值與最小值的差為在固定值以下的載體套組予以選定而準備，將所準備的載體套組的複數個該雙面研磨用載體配設於該雙面研磨裝置而雙面研磨該晶圓。
  2. 如請求項1所述的晶圓的雙面研磨方法，其中於該波紋量的計算中，使用具有雷射感應器的三次元座標測定機作為該形狀測定機，自經測定出該雙面研磨用載體的全體的點群資料計算波紋量。
  3. 如請求項2所述的晶圓的雙面研磨方法，其中於該波紋量的計算中，自以全部的經測定出的該點群資料進行平準化，自將波長20mm以下的雜訊成分除去所得的變換點群資料計算該雙面研磨用載體的波紋量。
  4. 如請求項3所述的晶圓的雙面研磨方法，其中將雙面研磨的該晶圓的直徑定為300mm， 於該波紋量的計算中，自該變換點群資料，抽出自該工件孔的中心起175mm以內的資料，並將自抽出的資料所計算的算術平均粗糙Sk定為該波紋量，於該載體套組的選定中，將複數個該雙面研磨用載體中的Sk最大值與最小值的差為10μm以下的載體套組予以選定。
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