TWI730818B - 研磨方法、晶圓的製造方法、以及兩面同時研磨裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種研磨方法，用於一載盤內研磨一研磨物，其中載盤被一太陽齒輪以及一內齒輪轉動。前述研磨方法包括以下步驟：根據所期望的研磨物的目標之加工形狀，設定研磨條件的步驟；依據研磨條件，開始研磨的步驟；在研磨中，檢測太陽齒輪的扭矩(Ti)以及內齒輪的扭矩(To)的步驟；計算太陽齒輪的扭矩(Ti)以及內齒輪的扭矩(To)的扭矩和(Ti+To)、與扭矩比(Ti/To)的值的步驟；設定扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)的控制範圍的步驟；以及，比較扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)的值是否在控制範圍內，以確認是否要變更研磨條件的步驟。

Description

研磨方法、晶圓的製造方法、以及兩面同時研磨裝置
本發明係有關研磨方法、晶圓的製造方法、以及兩面同時研磨裝置，特別係有關使用兩面同時研磨裝置的研磨方法以及晶圓的製造方法。
在習知的晶圓製造中，係包括有對於晶圓的表面進行研磨之製程。例如，使用具有研磨墊的上下定盤夾住晶圓進行兩面同時研磨。近年來，隨著半導體的小型化，對於晶圓的研磨精度的要求係逐漸變高。並且，為了提高大型積體電路的集積度，除了提高研磨精度之外，也必須提高晶圓的平坦度。關於晶圓的平坦度，一般係例如使用GBIR值(Global Backside Indicated Reading，整體背面指示讀數）以及ESFQR值(Edge flatness metric, Sector based, Front surface referenced, Site Front least sQuares Range，邊緣部位正表面基準的最小平方/範圍)來表示。其中，GBIR值係一般用於表示晶圓的整體平坦度，ESFQR值係一般用於表示晶圓的外周平坦度。
在研磨晶圓時，必須嚴格的控制研磨條件，在既定的定盤溫度以及使用既定的研磨液的情況下，使兩面同時研磨裝置中的載盤內的晶圓的旋轉維持在所期望的範圍。因此，為了達到提高研磨精度以及晶圓平坦度之目的，如何設定研磨裝置的旋轉條件係為其中一個重要的課題。
在先前技術(日本特許公開第2011-056630號公報)中，揭露了一種研磨方法，在兩面同時研磨時，使用研磨電阻測定裝置計算晶圓的研磨電阻質，將此研磨電阻值傳送至控制裝置，藉由控制裝置控制載盤的自轉比率(即，載盤在一次公轉之間的自轉次數)。
但是，在先前技術中，雖然藉由控制載盤的自轉比率，而可避免晶圓的研磨精度的下降，不過對於晶圓的研磨精度的提高係有限。
[發明所欲解決之課題]
有鑑於此，本發明係提供一種研磨方法，藉由控制內齒輪扭矩以及太陽齒輪扭矩的和與比在既定的範圍內，以便能良好的控制晶圓研磨後的厚度精度，進而可得到具有高平坦度的晶圓。 [解決課題之手段]
為了達成上述課題，本發明提供一種研磨方法，用於一載盤內研磨一研磨物，其中前述載盤被一太陽齒輪以及一內齒輪轉動，且前述研磨方法包括： 根據所期望的前述研磨物的目標之加工形狀，設定研磨條件的步驟； 依據前述研磨條件，開始研磨的步驟； 在研磨中，檢測前述太陽齒輪的扭矩(Ti)以及前述內齒輪的扭矩(To)的步驟； 計算前述太陽齒輪的扭矩(Ti)以及前述內齒輪的扭矩(To)的扭矩和(Ti+To)、與扭矩比(Ti/To)的值的步驟； 設定前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)的控制範圍的步驟； 比較前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)的值是否在前述控制範圍內，以確認是否要變更前述研磨條件的步驟； 在研磨開始前，取得前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)對於前述研磨物的前述加工形狀的關係之步驟； 其中，前述設定前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)的前述控制範圍的步驟係基於前述關係進行； 前述研磨物的前述加工形狀係以GBIR值以及/或是ESFQR值定義； 前述載盤係設置在一轉動定盤的一上定盤以及一下定盤之間，前述研磨條件係為前述下定盤的旋轉數、或前述轉動定盤施加於前述研磨物的加工負荷。
於一實施例中，將前述太陽齒輪的扭矩(Ti)以及前述內齒輪的扭矩(To)的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值，當以前述GBIR值定義前述加工形狀時，設定前述扭矩和(Ti+To)的前述控制範圍為30至35，並設定前述扭矩比(Ti/To)的前述控制範圍為1.5至2.1； 馬達運作功率的比值係以[運作之馬達功率值/額定馬達功率值×100]之式算出。
於一實施例中，將前述太陽齒輪的扭矩(Ti)以及前述內齒輪的扭矩(To)的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值，當以前述ESFQR值定義前述加工形狀時，設定前述扭矩和(Ti+To)的前述控制範圍為25至30，並設定前述扭矩比(Ti/To)的前述控制範圍為1.4至1.9。 馬達運作功率的比值係以[運作之馬達功率值/額定馬達功率值×100]之式算出。
於一實施例中，研磨方法係更包括： 在研磨開始前，量測前述研磨物形狀的步驟； 基於量測的前述研磨物形狀，將前述研磨物的研磨行程分割成複數個副行程的步驟； 其中，前述設定前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)的控制範圍的步驟，係在前述副行程的每一個中進行；以及 其中，前述比較前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)的值是否在前述控制範圍內、以確認是否要變更前述研磨條件的步驟，係在前述副行程中的每一個中進行； 前述副行程包括： 降低前述研磨物的圓周方向上的變異程度的副行程；以及 降低前述研磨物的半徑方向上的變異程度的副行程。
又，本發明係提供一種晶圓的製造方法，以上述的研磨方法製造晶圓。
又，本發明係提供一種兩面同時研磨裝置，包括： 一轉動定盤，具有可旋轉的一上定盤以及一下定盤； 一太陽齒輪，設置於前述轉動定盤的中心部；以及 一內齒輪，設置於前述轉動定盤的外周部； 一載盤，設置於前述下定盤上，乘載一晶圓，並在前述上定盤以及前述下定盤之間被前述太陽齒輪以及前述內齒輪轉動； 一第一扭矩檢測器，電性連接前述太陽齒輪，在研磨中檢測前述太陽齒輪的扭矩(Ti)； 一第二扭矩檢測器，電性連接前述內齒輪，在研磨中檢測前述內齒輪的扭矩(To)； 一計算處理部，電性連接前述第一扭矩檢測器與前述第二扭矩檢測器以接收扭矩資訊，根據前述扭矩資訊，計算前述太陽齒輪的扭矩(Ti)與前述內齒輪的扭矩(To)的扭矩和(Ti+To)、以及扭矩比(Ti/To)的值；以及 一條件設定部，設定前述晶圓的加工形狀以及研磨條件，並連接前述計算處理部以接收前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)的值； 一記憶部，電性連接前述條件設定部，預先記憶前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)對於前述晶圓的前述加工形狀的關係； 其中，前述條件設定部比較前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)是否在一控制範圍內，以確認是否要變更前述研磨條件； 在研磨開始前，前述條件設定部從前述記憶部取得前述關係，基於取得的前述關係，設定前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)的前述控制範圍； 前述條件設定部係以GBIR值以及/或是ESFQR值定義前述加工形狀。
於一實施例中，將前述太陽齒輪的扭矩(Ti)以及前述內齒輪的扭矩(To)的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值，當前述條件設定部以前述GBIR值定義前述晶圓的前述加工形狀時，前述條件設定部設定前述扭矩和(Ti+To)的前述控制範圍為30至35，並設定前述扭矩比(Ti/To)的前述控制範圍為1.5至2.1； 馬達運作功率的比值係以[運作之馬達功率值/額定馬達功率值×100]之式算出。
於一實施例中，將前述太陽齒輪的扭矩(Ti)以及前述內齒輪的扭矩(To)的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值，當前述條件設定部以前述ESFQR值定義前述晶圓的前述加工形狀時，前述條件設定部設定前述扭矩和(Ti+To)的前述控制範圍為25至30，並設定前述扭矩比(Ti/To)的前述控制範圍為1.4至1.9； 馬達運作功率的比值係以[運作之馬達功率值/額定馬達功率值×100]之式算出。
於一實施例中，前述條件設定部更包括： 一機械學習裝置，藉由機械學習的方式，使前述條件設定部根據前述扭矩和(Ti+To)與前述扭矩比(Ti/To)而自動地設定研磨條件，以滿足所期望的GBIR值以及/或是ESFQR值。
於一實施例中，兩面同時研磨裝置係更包括： 一第一馬達，電性連接前述第一扭矩檢測器，並且連接前述太陽齒輪；以及 一第二馬達，電性連接前述第二扭矩檢測器，並且連接前述內齒輪； 其中，前述第一扭矩檢測器係檢測前述第一馬達之旋轉前述太陽齒輪的扭矩，以作為前述太陽齒輪的扭矩(Ti)，前述第二扭矩檢測器係檢測前述第二馬達之旋轉前述內齒輪的扭矩，以作為前述內齒輪的扭矩(To)。
於一實施例中，兩面同時研磨裝置係更包括一下定盤馬達，電性連接前述條件設定部，並且連接前述下定盤，其中，前述條件設定部經由前述下定盤馬達控制前述下定盤的轉速； 其中，前述轉動定盤係沿著一上下方向對於前述晶圓施加加工負荷，前述條件設定部係電性連接前述轉動定盤，以控制前述加工負荷； 其中，前述條件設定部藉由變更前述下定盤的轉速或前述加工負荷，而變更前述研磨條件。 [發明的功效]
本發明係根據所期望的該研磨物的目標之加工形狀，設定研磨條件。又，本發明係設定太陽齒輪與內齒輪的扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)的控制範圍，並在研磨中，比較前述扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)的值是否在前述控制範圍內，以確認是否要變更研磨條件。藉此，可使得研磨後的晶圓形狀被良好地控制，並提高研磨精度。又，由於研磨精度提高，所以可以得到高平坦度的晶圓。
又，在本發明中，係將研磨物的加工形狀係以GBIR值以及/或是ESFQR值定義，並根據所欲之GBIR值以及/或是ESFQR值設定對應的太陽齒輪與內齒輪的扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)控制範圍。藉由將扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)控制在控制範圍，可高精度地得到所欲的晶圓形狀。
有關本發明之實施例，一邊參照圖面以做說明。
如第1A圖以及第1B圖所示，本發明一實施例之兩面同時研磨裝置1，係包括一轉動定盤2、一上定盤馬達11、一下定盤馬達13、五個載盤14、一上研磨墊15、一下研磨墊16、一太陽齒輪20、以及一內齒輪30。轉動定盤2係具有可旋轉的一上定盤10以及一下定盤12，其中，上定盤馬達11係用於旋轉上定盤10，下定盤馬達13係用於旋轉下定盤12。又，用於研磨的上研磨墊15以及下研磨墊16分別設置在上定盤10以及下定盤12。太陽齒輪20係設置於轉動定盤2的中心部，內齒輪30係設置於轉動定盤2的外周部。在本實施例中，載盤14係圍繞太陽齒輪20排列，並用於乘載晶圓W，載盤14在上定盤10以及下定盤12之間被太陽齒輪20以及內齒輪30轉動。需特別說明的是，載盤14的數量並不限於此，可做適宜之調整，例如，亦可僅設置一個載盤14。
如第1A圖所示，在本實施例中，當晶圓W進行研磨時，上定盤10的轉動方向A1係為逆時針方向，下定盤12的轉動方向A2係為順時針方向，太陽齒輪20的轉動方向A3係為順時針方向，內齒輪30的轉動方向A4係為順時針方向，但是並不限於此，可做適宜之調整，例如，轉動方向A1為順時針方向，轉動方向A2為逆時針方向亦可。
又，如第1B圖所示，當晶圓W進行研磨時，兩面同時研磨裝置1之內係更包括有研磨液17。載盤14係設置在下定盤12的下研磨墊16以及上定盤10的上研磨墊15之間，乘載於載盤14的晶圓W則是藉由下定盤12的下研磨墊16與上定盤10的上研磨墊15、以及被供給至晶圓W的研磨液17，使晶圓W的兩面同時進行化學機械研磨。
請參閱第2圖，兩面同時研磨裝置1更包括一太陽齒輪馬達(第一馬達)21、一第一扭矩檢測器22、一內齒輪馬達(第二馬達)31、以及一第二扭矩檢測器32。太陽齒輪20係藉由太陽齒輪馬達21旋轉。第一扭矩檢測器22係電性連接太陽齒輪20以及太陽齒輪馬達21。在研磨中，第一扭矩檢測器22係直接檢測太陽齒輪20的扭矩Ti，或是將太陽齒輪馬達21之旋轉太陽齒輪20的扭矩作為太陽齒輪20的扭矩Ti。又，內齒輪30係藉由內齒輪馬達31旋轉。第二扭矩檢測器32係電性連接內齒輪30以及內齒輪馬達31。在研磨中，第二扭矩檢測器32係直接檢測內齒輪30的扭矩To，或是將內齒輪馬達31之旋轉內齒輪30的扭矩作為內齒輪30的扭矩To。
請繼續參閱第2圖，兩面同時研磨裝置1更包括一計算處理部40、一條件設定部50、一記憶部60、以及一加壓裝置70。計算處理部40係電性連接第一扭矩檢測器22與第二扭矩檢測器32以接收扭矩資訊。根據扭矩資訊，計算處理部40係計算太陽齒輪20的扭矩Ti與內齒輪30的扭矩To的扭矩和Ti+To、以及扭矩比Ti/To的值，並在處理後送至條件設定部50。
條件設定部50係設定晶圓W的加工形狀以及研磨條件，並電性連接計算處理部40以接收太陽齒輪20與內齒輪30扭矩和Ti+To與扭矩比Ti/To的值，以此判斷如何控制上定盤10與下定盤12的轉速，以及/或是控制加壓裝置70。其中，加壓裝置70係使轉動定盤2沿著一上下方向對於晶圓W施加加工負荷F。記憶部60係電性連接條件設定部50，並預先記憶扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)對於晶圓W的加工形狀的關係。
接著，係說明本發明之條件設定部50係控制定盤轉速或加工負荷之理由。在兩面同時研磨裝置中，有關晶圓受力的控制因素係例如包括上定盤扭矩、下定盤扭矩、內齒輪扭矩、太陽齒輪扭矩等。本案之發明人們，在分析兩面同時研磨裝置中的載盤內的晶圓的受力狀況與晶圓形狀的相關性後，係發現太陽齒輪的扭矩以及內齒輪的扭矩為主要影響晶圓的GBIR值以及ESFQR值的因素。因此，本案之發明人們係認為，若能將內齒輪扭矩以及太陽齒輪扭矩的和與比控制在既定的範圍內，則可良好的控制晶圓的研磨精度。
請同時參閱第1A圖以及第3圖，以下係以第3圖為例，說明在研磨時的晶圓W的受力狀況。如前所述，下定盤12的轉動方向A2係為順時針方向，太陽齒輪20的轉動方向A3係為順時針方向，內齒輪30的轉動方向A4係為順時針方向，此外，載盤14的公轉方向A5係為順時針方向，載盤14的自轉方向A6係為逆時針方向。在此狀況下，研磨時的晶圓W總共受到四種力，分別是：太陽齒輪20轉動給予載盤14的力Fi、內齒輪30轉動給予載盤14的力Fo、下研磨墊16給予載盤14的力Fd(因下定盤12旋轉所造成)、以及載盤14產生的摩擦力Fs(因正向力、即加工負荷F所造成)。本案發明人們在假設載盤14能夠順時針公轉與逆時針自轉的情況下，分別使用力矩原理進行力學分析。
首先，在載盤14可順時針公轉的情況下，可得到下列式(1)，其中，ri為太陽齒輪20的外徑，ro為內齒輪30的內徑，rc為載盤14的半徑。 Fo×ro+Fi×ri+Fd×(rc+ri)>Fs×(rc+ri)......式(1)
將式(1)整理後得到下列式(2)，其中，To為太陽齒輪20的扭矩，Ti為內齒輪30的扭矩，F為加工負荷，m為下定盤12的質量，α為下定盤12的角加速度。 To+Ti+m×(rc+ri)×α×(rc+ri)>μ×F×(rc+ri)......式(2)
再將式(2)整理後得到下列式(3)，其中，X以及Y係為常數。 To+Ti>F×X-α×Y......式(3)
接著，在載盤14可逆時針自轉的情況下，可得到下列式(4)。 Fi×rc>Fo×rc......式(4)
將式(4)兩邊同時乘上ro與ri後得到下列式(5)。 Fi×rc×ro×ri>Fo×rc×ro×ri......式(5)
再將式(5)整理後得到下列式(6)，其中，ri除以ro係為常數。 Ti/To>ri/ro......式(6)
又，將式(3)兩邊同除To後，整理可得到下列式(7)。 Ti/To>(F×X-α×Y)/To-1.....式(7)
再將式(6)與式(7)合併整理後可得到下列式(8)。 Ti/To>(F×X-α×Y)/To-1>ri/ro.....式(8)
最後，根據式(3)與式(8)可看出，太陽齒輪20與內齒輪30的扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To係與加工負荷F以及下定盤12的角加速度有關。
換言之，藉由控制加工負荷F以及下定盤12的轉速(即，控制下定盤馬達13之輸出)，可控制太陽齒輪20與內齒輪30的扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To。
又，如前所述，本案發明人們係發現太陽齒輪20的扭矩To以及內齒輪30的扭矩Ti的矩和Ti+To與扭矩比Ti/To為主要影響晶圓的GBIR值以及ESFQR值的因素，因此，基於上述力學分析之結果，在實驗後得到了如第4A圖至第4D圖之GBIR、ESFQR變化率與扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To的關係圖。其中，縱軸的GBIR變化率以及ESFQR變化率係為比值，橫軸的Ti/To的單位為比值。需特別說明的是，在第4A圖、第4C圖以及本說明書中的扭矩和Ti+To的單位，並非一般的力矩單位，而是將太陽齒輪20的扭矩Ti以及內齒輪30的扭矩To的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值後，將兩個馬達運作功率的比值相加而得出的值。又，馬達運作功率的比值係以[運作之馬達功率值/額定馬達功率值×100]之式算出，也就是說，馬達運作功率的比值例如為15的話，係表示當前的馬達的運轉功率為其額定功率的15%。此外，在為固定電壓之電流控制的馬達的情況下，亦可使用電流值取代功率值。
請參閱第4A圖以及第4B圖，當扭矩和Ti+To的控制範圍在30至35之間時，以及，當扭矩比Ti/To的控制範圍在1.5至2.1之間時，GBIR的變化率係較小，也就是晶圓W的整體平坦度較高。因此，在本實施例中，當以GBIR值定義晶圓W的加工形狀時，較佳為設定扭矩和Ti+To的控制範圍為30至35，以及設定扭矩比Ti/To的控制範圍為1.5至2.1。需特別說明的是，在第4A圖以及第4B圖的GBIR變化率的關係圖中，隨著橫軸的值變大，晶圓W的整體形狀係從凹形狀逐漸變成凸形狀。此外，如前所述，GBIR變化率係為比值，其定義為，各晶圓的GBIR值/最小的晶圓的GBIR值，也就是說，在第4A圖以及第4B圖中，對於具有最良好的GBIR值的晶圓而言，其GBIR變化率為1。
接著，請參閱第4C圖以及第4D圖，當扭矩和Ti+To的控制範圍在25至30之間時，以及，當扭矩比Ti/To的控制範圍在1.4至1.9之間時，ESFQR的變化率係較小，也就是晶圓W的外周平坦度較高。因此，在本實施例中，當以ESFQR值定義晶圓W的加工形狀時，較佳為設定扭矩和Ti+To的控制範圍為25至30，以及設定扭矩比Ti/To的控制範圍為1.4至1.9。需特別說明的是，在第4C圖以及第4D圖的ESFQR變化率的關係圖中，隨著橫軸的值變大，晶圓W的外周形狀係逐漸從內低外高的傾斜形狀變內高外低的傾斜形狀。此外，如前所述，ESFQR變化率係為比值，其定義為，各晶圓的ESFQR值/最小的晶圓的ESFQR值，也就是說，在第4C圖以及第4D圖中，對於具有最良好的ESFQR值的晶圓而言，其ESFQR變化率為1。
有關於上述晶圓W的形狀變化的原因，本案發明人們係提出以下解釋。這是因為，當扭矩和Ti+To太低時，載盤14的公轉作用會被抑制，代表在研磨時，因為晶圓W的移動速度變慢，研磨液17中的砥粒與晶圓W中心接觸率變高，晶圓W中心的研磨量會較晶圓W外周多，所以晶圓W的形狀容易變凹形狀。當扭矩和Ti+To太高時，載盤14的公轉速度會變快，代表在研磨時，因為晶圓W的移動速度變快，研磨液17中的砥粒與晶圓W外周接觸率變高，晶圓W外周的的研磨量會較晶圓W中心多，所以晶圓W的形狀容易變凸形狀。
又，當扭矩比Ti/To太低時，研磨後形狀容易不穩定。因為載盤14的自轉會較不順，對晶圓W各外周的的研磨量會不均一，所以晶圓W的外周形狀會較不穩定。當扭矩比Ti/To太高時，因為載盤14自轉速度變快，對晶圓W各外周的研磨量會變多，所以晶圓W容易變凸形狀。
接著，請一併參照第5圖以及第6圖，說明本案一實施例之研磨方法的流程圖。
在步驟S01，條件設定部50在研磨開始前，係從記憶部60取得控制GBIR以及ESFQR之扭矩和Ti+To與扭矩比Ti/To與晶圓W形狀的相關性。
接著，在步驟S02，對於晶圓W當前的形狀進行量測。
接著，在步驟S03，兩面同時研磨裝置1係開始研磨。
開始研磨後，在步驟S04，首先進行GBIR之研磨(即，使晶圓整體平坦之研磨)。此時，條件設定部50係根據之前取得的GBIR之扭矩和Ti+To與扭矩比Ti/To與晶圓W形狀的相關性，根據所期望的晶圓W的加工形狀設定研磨條件。具體而言，條件設定部50係設定下定盤12的轉速或加壓裝置所施加的加工負荷F。
然後，在步驟S05，晶圓W係於步驟S04中所設定的研磨條件下持續被研磨。
在晶圓W持續被研磨的狀態下，在步驟S06，第一扭矩檢測器22係檢測太陽齒輪馬達21的扭矩Ti，並且，第二扭矩檢測器32係檢測內齒輪馬達31的扭矩To。
接著，在步驟S07，計算處理部40從第一扭矩檢測器22以及第二扭矩檢測器32取得扭矩Ti以及扭矩To，並將扭矩Ti以及扭矩To的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值後，得到扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To。
接著，在步驟S08，條件設定部50係基於之前取得的GBIR之扭矩和Ti+To扭矩比Ti/To與晶圓W形狀的相關性，根據所期望的晶圓W的形狀，設定扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To的控制範圍。
接著，在步驟S09，條件設定部50係從計算處理部40接收扭矩和Ti+To與扭矩比Ti/To的值，並比較扭矩和Ti+To與扭矩比Ti/To的值是否在控制範圍內。若不在控制範圍內，則進到步驟S04，重新設定下定盤12的轉速或加壓裝置所施加的加工負荷F。若滿足控制範圍，則進到步驟S10。
在步驟S10，判斷GBIR之研磨是否結束。若未結束，則進到步驟S05，若結束，則進到步驟S11，進行ESFQR之研磨(即，使晶圓外周平坦之研磨)。
在步驟S11，條件設定部50係根據之前取得的ESFQR之扭矩和Ti+To扭矩比Ti/To與晶圓W形狀的相關性，根據所期望的晶圓W的加工形狀設定研磨條件。具體而言，條件設定部50係設定下定盤12的轉速或加壓裝置所施加的加工負荷F。
然後，在步驟S12，係依據步驟S11中所設定的研磨條件持續研磨
在晶圓W持續被研磨的狀態下，在步驟S13，第一扭矩檢測器22係檢測太陽齒輪馬達21的扭矩Ti，並且，第二扭矩檢測器32係檢測內齒輪馬達31的扭矩To。
接著，在步驟S14，計算處理部40從第一扭矩檢測器22以及第二扭矩檢測器32取得扭矩Ti以及扭矩To，並將扭矩Ti以及扭矩To的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值後，得到扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To
接著，在步驟S15，條件設定部50係基於之前取得的ESFQR之扭矩和Ti+To扭矩比Ti/To與晶圓W形狀的相關性，根據所期望的晶圓W的形狀，設定扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To的控制範圍。
接著，在步驟S16，條件設定部50係接收從計算處理部40接收扭矩和Ti+To與扭矩比Ti/To的值，並比較扭矩和Ti+To與扭矩比Ti/To的值是否在控制範圍內。若不在控制範圍內，則進到步驟S11，重新設定下定盤12的轉速或加壓裝置所施加的加工負荷F。若滿足控制範圍，則進到步驟S17。
在步驟S17，判斷GBIR之研磨是否結束。若未結束，則進到步驟S12，若結束，則進到步驟S18，結束研磨。
接著，在步驟S19，晶圓W被送往下一個製程。具體而言，晶圓W係離開兩面同時研磨裝置1而被送往下一個機台。
以下，以表1、表2說明依據本發明實驗例之研磨結果。表1係顯示實驗例個別的加工負荷之設定、所量測到的扭矩、以及研磨結果。在各實驗例中，成為研磨對象的晶圓係使用未被形成有元件的矽晶圓。 表1
加工負荷 /daN 太陽齒輪 扭矩(Ti) 內齒輪 扭矩(To) Ti+To Ti/To GBIR 變化率 ESFQR 變化率
實驗例1 1000 23.4 14.98 38.38 1.56 2.19 1.04
實驗例2 800 16.66 13.26 29.92 1.26 2.76 1.12
實驗例3 1200 25.59 14 39.59 1.83 1 1
實驗例4 1400 29.45 12.58 42.03 2.34 1.56 1.57
此外，表1各例的共通研磨條件的設定係如下： 研磨墊：為具有材料為發泡聚氨酯、厚度約1mm、硬度(Shore A)為80至88(度)、壓縮率為1.4至3.4(%)等基本特性的研磨墊 研磨液：為具有砥粒的平均粒徑為45至65(nm)、比重為1.15至1.16、PH值為10.8至11.8等基本特性的研磨液 載盤種類：不鏽鋼製基材鍍上DLC鍍材 上定盤轉速：-9.4Rpm(負號表示逆時針旋轉) 下定盤轉速：25Rpm 太陽齒輪轉速：25Rpm 內齒輪轉速：4Rpm
研磨後的晶圓形狀係使用習知的測定器來量測即可。對於GBIR之量測，量測範圍係為298mm，外周1mm除外。對於ESFQR之量測，量測範圍係為298mm，外周1mm除外(長度為35mm，弧度為5度)。
第7A圖至第7D圖係依序顯示實驗例1至4的晶圓形狀。實驗例1係使用1000daN的加工負荷，研磨後的晶圓形狀如第7A圖所示為凹形狀。相對於此，實驗例2因為減少加工負荷，扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To的值變小，因此，研磨後的晶圓形狀係如第7B圖所示，容易成為更凹的凹形狀。又，實驗例3、4因為增加加工負荷，扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To的值變大，因此，研磨後的晶圓形狀係如第7C圖以及第7D圖所示，容易成為平坦狀或凸形狀。
表2係顯示實驗例個別的下定盤轉速之設定、所量測到的扭矩、以及研磨結果。 表2
下定盤轉速 /Rpm 太陽齒輪 扭矩(Ti) 內齒輪 扭矩(To) Ti+To Ti/To GBIR 變化率 ESFQR 變化率
實驗例5 25 12.98 12.39 25.37 1.05 1.72 1
實驗例6 22 16.72 12.35 29.07 1.35 1.18 1.33
實驗例7 19 19.81 11.57 31.38 1.71 1 1.24
此外，表2各例的共通研磨條件的設定係如下： 研磨墊：為具有材料為發泡聚氨酯、厚度約1mm、硬度(Shore A)為80至88(度)、壓縮率為1.4至3.4(%)等基本特性的研磨墊 研磨液：為具有砥粒的平均粒徑為45至65(nm)、比重為1.15至1.16、PH值為10.8至11.8等基本特性的研磨液 載盤種類：不鏽鋼製基材鍍上DLC鍍材 加工負荷：1000daN 上定盤轉速：-18.4Rpm(負號表示逆時針旋轉) 太陽齒輪轉速：25Rpm 內齒輪轉速：4Rpm
研磨後的晶圓形狀係使用習知的測定器來量測即可。對於GBIR之量測，量測範圍係為298mm，外周1mm除外。對於ESFQR之量測，量測範圍係為298mm，外周1mm除外(長度為35mm，弧度為5度)。
第8A圖至第8C圖係依序顯示實驗例5至7的晶圓形狀。實驗例5係將下定盤轉速設定為25Rpm，研磨後的晶圓形狀如第8A圖所示為凹形狀。相對於此，實驗例6、7因為降低下定盤轉速，扭矩和Ti+To以及扭矩比Ti/To的值變大，因此，研磨後的晶圓形狀係如第8B圖以及第8C圖所示，容易成為平坦狀或凸形狀。
以上，關於本發明，係提出實施例具體地說明，但是本發明係不限定於此，是有各種可能的變形。
例如，於一變形例中，條件設定部50可更包括一機械學習裝置。機械學習裝置係可以習知的任何演算法來進行機械學習，例如，以類神經網路等演算法學習太陽齒輪20與內齒輪30的扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)與晶圓形狀的關係。藉此，使條件設定部50能根據太陽齒輪20與內齒輪30的扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)而自動地設定研磨條件，以滿足所期望的GBIR值以及/或是ESFQR值。
又，雖然在本發明的研磨流程圖中，係依序進行GBIR之研磨以及ESFQR之研磨，但並不限於此，可交換研磨的順序，或是可僅進行其中一種研磨。
又，條件設定部50亦可基於量測的晶圓W的形狀，將晶圓W的研磨行程分割成複數個副行程，例如，副行程係可包括降低晶圓W的圓周方向上的變異程度的副行程，以及降低晶圓W的半徑方向上的變異程度的副行程。
又，條件設定部50在複數個副行程的每一個中，設定扭矩和Ti+To與扭矩比Ti/To的控制範圍，並且，比較扭矩和Ti+To與扭矩比Ti/To的值是否在控制範圍內、以確認是否要變更研磨條件。
1:兩面同時研磨裝置
2:轉動定盤
10:上定盤
11:上定盤馬達
12:下定盤
13:下定盤馬達
14:載盤
15:上研磨墊
16:下研磨墊
17:研磨液
20:太陽齒輪
21:太陽齒輪馬達(第一馬達)
22:第一扭矩檢測器
30:內齒輪
31:內齒輪馬達(第二馬達)
32:第二扭矩檢測器
40:計算處理部
50:條件設定部
60:記憶部
70:加壓裝置
F:加工負荷
A1,A2,A3,A4:轉動方向
A5:公轉方向
A6:自轉方向
Fd,Fi,Fo,Fs:力
S01~S19:步驟
W:晶圓
第1A圖係為本發明一實施例的兩面同時研磨裝置的示意圖。 第1B圖係為本發明一實施例的兩面同時研磨裝置之部分剖面圖。 第2圖係為本發明一實施例的兩面同時研磨裝置之系統方塊示意圖。 第3圖係為晶圓在兩面同時研磨裝置內研磨時的受力狀況示意圖。 第4A圖至第4D圖係為GBIR、ESFQR變化率與太陽齒輪與內齒輪的扭矩和(Ti+To)與扭矩比(Ti/To)的關係圖。 第5圖係本發明一實施例的研磨方法之流程圖。 第6圖係為接續第5圖之流程圖。 第7A圖至第7D圖係為表1各例的研磨後的晶圓厚度示意圖。 第8A圖至第8C圖係為表2各例的研磨後的晶圓厚度示意圖。
S01~S11:步驟

Claims (17)

  1. 一種研磨方法，用於一載盤內研磨一研磨物，其中該載盤被一太陽齒輪以及一內齒輪轉動，且該研磨方法包括：根據所期望的該研磨物的目標之加工形狀，設定研磨條件的步驟；依據該研磨條件，開始研磨的步驟；在研磨中，檢測該太陽齒輪的扭矩(Ti)以及該內齒輪的扭矩(To)的步驟；計算該太陽齒輪的扭矩(Ti)以及該內齒輪的扭矩(To)的扭矩和(Ti+To)、與扭矩比(Ti/To)的值的步驟；設定該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)的控制範圍的步驟；比較該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)的值是否在該控制範圍內，以確認是否要變更該研磨條件的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的研磨方法，更包括：在研磨開始前，取得該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)對於該研磨物的該加工形狀的關係之步驟；其中，該設定該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)的該控制範圍的步驟係基於該關係進行。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的研磨方法，其中，該研磨物的該加工形狀係以整體背面指示讀數的值以及/或是邊緣部位正表面基準的最小平方/範圍的值定義。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的研磨方法，其中，將該太陽齒輪的扭矩(Ti)以及該內齒輪的扭矩(To)的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值，當以該整體背面指示讀數的值定義該加工形狀時，設定該扭矩和(Ti+To)的 該控制範圍為30至35，並設定該扭矩比(Ti/To)的該控制範圍為1.5至2.1；馬達運作功率的比值係以[運作之馬達功率值/額定馬達功率值×100]之式算出。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的研磨方法，其中，將該太陽齒輪的扭矩(Ti)以及該內齒輪的扭矩(To)的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值，當以該邊緣部位正表面基準的最小平方/範圍的值定義該加工形狀時，設定該扭矩和(Ti+To)的該控制範圍為25至30，並設定該扭矩比(Ti/To)的該控制範圍為1.4至1.9；馬達運作功率的比值係以[運作之馬達功率值/額定馬達功率值×100]之式算出。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中之任一項所述的研磨方法，其中，該載盤係設置在一轉動定盤的一上定盤以及一下定盤之間，該研磨條件係為該下定盤的旋轉數、或該轉動定盤施加於該研磨物的加工負荷。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中之任一項所述的研磨方法，更包括：在研磨開始前，量測該研磨物形狀的步驟；基於量測的該研磨物形狀，將該研磨物的研磨行程分割成複數個副行程的步驟；其中，該設定該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)的控制範圍的步驟，係在該等副行程的每一個中進行；以及其中，該比較該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)的值是否在該控制範圍內、以確認是否要變更該研磨條件的步驟，係在該等副行程中的每一個中進行。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的研磨方法，其中，該等副行程包括：降低該研磨物的圓周方向上的變異程度的副行程；以及降低該研磨物的半徑方向上的變異程度的副行程。
  9. 一種晶圓的製造方法，以如申請專利範圍第1至8項中之任一項的研磨方法製造晶圓。
  10. 一種兩面同時研磨裝置，包括：一轉動定盤，具有可旋轉的一上定盤以及一下定盤；一太陽齒輪，設置於該轉動定盤的中心部；以及一內齒輪，設置於該轉動定盤的外周部；一載盤，設置於該下定盤上，乘載一晶圓，並在該上定盤以及該下定盤之間被該太陽齒輪以及該內齒輪轉動；一第一扭矩檢測器，電性連接該太陽齒輪，在研磨中檢測該太陽齒輪的扭矩(Ti)；一第二扭矩檢測器，電性連接該內齒輪，在研磨中檢測該內齒輪的扭矩(To)；一計算處理部，電性連接該第一扭矩檢測器與該第二扭矩檢測器以接收扭矩資訊，根據該扭矩資訊，計算該太陽齒輪的扭矩(Ti)與該內齒輪的扭矩(To)的扭矩和(Ti+To)、以及扭矩比(Ti/To)的值；以及一條件設定部，設定該晶圓的加工形狀以及研磨條件，並連接該計算處理部以接收該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)的值；其中，該條件設定部比較該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)是否在一控制範圍內，以確認是否要變更該研磨條件。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的兩面同時研磨裝置，更包括：一記憶部，電性連接該條件設定部，預先記憶該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)對於該晶圓的該加工形狀的關係；在研磨開始前，該條件設定部從該記憶部取得該關係，基於取得的該關係，設定該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)的該控制範圍。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的兩面同時研磨裝置，其中該條件設定部係以整體背面指示讀數的值以及/或是邊緣部位正表面基準的最小平方/範圍的值定義該加工形狀。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的兩面同時研磨裝置，其中，將該太陽齒輪的扭矩(Ti)以及該內齒輪的扭矩(To)的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值，當該條件設定部以該整體背面指示讀數的值定義該晶圓的該加工形狀時，該條件設定部設定該扭矩和(Ti+To)的該控制範圍為30至35，並設定該扭矩比(Ti/To)的該控制範圍為1.5至2.1；馬達運作功率的比值係以[運作之馬達功率值/額定馬達功率值×100]之式算出。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的兩面同時研磨裝置，其中，將該太陽齒輪的扭矩(Ti)以及該內齒輪的扭矩(To)的值分別轉換成對應的馬達運作功率的比值，當該條件設定部以該邊緣部位正表面基準的最小平方/範圍的值定義該晶圓的該加工形狀時，該條件設定部設定該扭矩和(Ti+To)的該控制範圍為25至30，並設定該扭矩比(Ti/To)的該控制範圍為1.4至1.9；馬達運作功率的比值係以[運作之馬達功率值/額定馬達功率值×100]之式算出。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的兩面同時研磨裝置，其中該條件設定部更包括：一機械學習裝置，藉由機械學習的方式，使該條件設定部根據該扭矩和(Ti+To)與該扭矩比(Ti/To)而自動地設定研磨條件，以滿足所期望的整體背面指示讀數的值以及/或是邊緣部位正表面基準的最小平方/範圍的值。
  16. 如申請專利範圍第10至15項中之任一項所述的兩面同時研磨裝置，更包括：一第一馬達，電性連接該第一扭矩檢測器，並且連接該太陽齒輪；以及一第二馬達，電性連接該第二扭矩檢測器，並且連接該內齒輪；其中，該第一扭矩檢測器係檢測該第一馬達之旋轉該太陽齒輪的扭矩，以作為該太陽齒輪的扭矩(Ti)，該第二扭矩檢測器係檢測該第二馬達之旋轉該內齒輪的扭矩，以作為該內齒輪的扭矩(To)。
  17. 如申請專利範圍第10至15項中之任一項所述的兩面同時研磨裝置，更包括一下定盤馬達，電性連接該條件設定部，並且連接該下定盤，其中，該條件設定部經由該下定盤馬達控制該下定盤的轉速；其中，該轉動定盤係沿著一上下方向對於該晶圓施加加工負荷，該條件設定部係電性連接該轉動定盤，以控制該加工負荷；其中，該條件設定部藉由變更該下定盤的轉速或該加工負荷，而變更該研磨條件。
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