TW201351494A - 晶圓的雙面研磨方法 - Google Patents

Abstract

本發明是一種晶圓的雙面研磨方法，將晶圓保持於載具的保持孔內，並將所保持的晶圓夾在貼附有研磨布的上下磨盤之間，並使前述載具進行自轉及公轉，同時地研磨晶圓的雙面，且以批次方式反覆進行晶圓的研磨，該晶圓的雙面研磨方法的特徵在於：在前述以批次方式反覆進行晶圓的研磨中，將前述載具公轉的方向，在每批次切換成相反的方向。藉此，一邊能抑制由於修整所造成之生產性的降低，一邊能穩定地獲得高平坦度的晶圓。

Description

晶圓的雙面研磨方法

本發明關於將晶圓夾在貼附有研磨布的上下磨盤之間，並對晶圓同時地研磨雙面的雙面研磨方法。

習知，在矽晶圓等之晶圓製造中，在切割晶棒獲得晶圓後，依順序對該晶圓進行倒角、磨光、蝕刻等各步驟，然後，至少對晶圓的一主面施行鏡面化的研磨。在研磨步驟中，能採用研磨晶圓單面的單面研磨裝置及同時地研磨晶圓雙面的雙面研磨裝置。

作為雙面研磨裝置，通常具備有上磨盤和下磨盤，該上磨盤和該下磨盤貼附有由不織布等構成的研磨布；如第5圖所示，該雙面研磨裝置採用4方向方式的雙面研磨裝置，該4方向方式的雙面研磨裝置具有行星齒輪(planetary gear)構造，該行星齒輪構造，在中心部配置有太陽齒輪(sun gear)107，在外周部配置有內齒輪108。在該雙面研磨裝置中，將晶圓插入並保持於晶圓保持孔103的內部，該晶圓保持孔 103是於載具102上形成複數個，從載具102的上方將研磨劑供應給晶圓，一邊使上下磨盤旋轉一邊使研磨布按壓晶圓的正反雙面，並且在太陽齒輪107和內齒輪108之間，使載具102進行自轉公轉，藉此對各晶圓同時地研磨雙面。

當於雙面研磨裝置上使用相同的研磨布持續研磨後，晶圓形狀就會產生逐漸地變化的問題。其主要是起因於研磨布的壽命，隨著受到研磨布的壓縮率變化或孔堵塞等的影響、及使用頻率的增加，使得晶圓的外周部受到過度地研磨而變得容易產生所謂的外周塌邊。因此，為了防止外周塌邊，必須對研磨布表面進行修整(dressing)。

對雙面研磨裝置中所使用的研磨布進行修整，一般是於與晶圓研磨所使用的載具相同的載具或修整專用載具的保持孔內設置修整板，然後將該修整板夾在上磨盤和下磨盤之間，如同與通常的研磨一樣，藉由啟動雙面研磨裝置來進行修整。

當對研磨布進行修整時，為了穩定且提高研磨能力，重要的是，將研磨布表面進行如同絨毛豎立般地整形。為了充分地進行這種整形，有時使用一種在修整板的雙面上貼附有鑽石顆粒等之修整板。

當以批次方式反覆進行矽晶圓等的晶圓的雙面研磨時，為了確保加工穩定性，在開始使用新的研磨布時和以每既定 批次的間隔，便進行以研磨布的整形為目的之修整。由於修整而形成的研磨布的整形(起伏形狀)的粗糙度，因反覆進行批次研磨而逐漸減少，伴隨該研磨布的粗糙度逐漸減少，晶圓的外周塌邊會逐漸嚴重，因此必須進行適當的間隔修整。

研磨布的整形方向，有順向整形(順著起伏(紋路)方向來進行整形)和逆向整形(與起伏(紋路)方向成逆向地進行整形)，此方向是依據修整時的修整板的公轉方向來決定。在專利文獻1中，揭示有一種方法，該方法是將研磨時的載具的公轉方向設為與修整時的修整板的公轉方向相反(逆向)的方向，藉此能穩定地獲得高平坦度的晶圓。

專利文獻1：日本特開2004-98264號公報

然而，在修整後，即使暫時穩定地進行研磨，假如修整的間隔過長，則也逐漸變得無法確保研磨的穩定性，尤其是，會因產生外周塌邊而導致晶圓平坦度惡化。另一方面，假如縮短修整的間隔，則需增加修整時間，造成生產性變惡化，因此在穩定性和生產性之間，有權衡(trade-off)的關係。

本發明是有鑑於前述問題而作成，其目的在於提供一種晶圓的雙面研磨方法，一邊能抑制由於修整所造成之生產性的降低，一邊能穩定地獲得高平坦度的晶圓。

為了達成上述目的，本發明提供一種晶圓的雙面研磨方法，將晶圓保持於載具的保持孔內，並將該所保持的晶圓夾在貼附有研磨布的上下磨盤之間，並使前述載具進行自轉及公轉，同時研磨晶圓的雙面，且以批次方式反覆進行晶圓的研磨，該晶圓的雙面研磨方法的特徵在於：在前述以批次方式反覆進行晶圓的研磨中，將前述載具公轉的方向，在每批次切換成相反的方向。

假如是這種雙面研磨方法，則即使反覆進行批次研磨，也能一直將載具的公轉方向設定於與研磨布的整形的逆向整形相對向的方向，且能將研磨布的整形狀態長時間穩定地保持良好。藉此，能抑制平坦度的惡化，且能穩定地獲得高平坦度的晶圓，此外，能減低修整頻率，並能抑制由於修整所造成之生產性的降低。

此時，較佳是具有對前述研磨布進行修整的步驟，使得當在與前述研磨布的整形的逆向整形相對向的方向，使接觸式粗糙度計掃描時，前述研磨布的由表面凹凸的標準偏差所示的粗糙度SMD成為4μm以上且5μm以下。

在修整前述研磨布的步驟中，能使用修整手段，該修整手段是在修整面設置有#100以下的鑽石磨粒。

若依照這種方式進行，則能將研磨布的粗糙度SMD確實地設定在4μm以上且5μm以下的範圍內。

又，此時，較佳是在前述修整剛結束後所實施之前述晶圓的批次研磨中，將前述載具的公轉方向設定為與前述修整後的研磨布的整形的逆向整形相對向的方向。

若依照這種方式進行，則在前述修整剛結束後所實施的前述晶圓的批次研磨中，能確實地獲得高平坦度的晶圓。

本發明，在以批次方式反覆進行晶圓的雙面研磨中，將載具公轉的方向，在每批次切換成相反的方向，來對晶圓進行研磨，因此能一直將齒輪公轉的方向設定在與研磨布的整形的逆向整形相對向的方向，並能將研磨布的整形狀態長時間穩定地保持良好。藉此，尤其是能抑制外周塌邊等之平坦度的惡化，並能穩定地獲得高平坦度的晶圓，又，能減低修整頻率，並能抑制由於修整所造成之生產性的降低。

W‧‧‧晶圓

1‧‧‧雙面研磨裝置

2‧‧‧載具

3‧‧‧保持孔

4‧‧‧研磨布

5‧‧‧上磨盤

6‧‧‧下磨盤

7‧‧‧載具

8‧‧‧內齒輪

9‧‧‧修整專用載具

10‧‧‧修整板

102‧‧‧載具

103‧‧‧晶圓保持孔

107‧‧‧太陽齒輪

108‧‧‧內齒輪

第1圖是表示本發明的雙面研磨方法中能使用的雙面研磨裝置的一例之概略圖。

第2圖是俯視第1圖的雙面研磨裝置而得的內部構造圖。

第3圖是表示本發明的雙面研磨方法的一例之流程圖。

第4圖是說明研磨布的修整方法之說明圖。

第5圖是說明4方向方式的雙面研磨裝置之說明圖。

第6圖是表示修整研磨布時的鑽石磨粒號數和粗糙度SMD的關係之圖。

第7圖是表示實施例、比較例的ESFQR(max)的測定結果之圖。

第8圖是表示實施例、比較例的粗糙度SMD的測定結果之圖。

以下，說明本發明的實施形態，但本發明並非被限定於此實施形態。

通常，當使用雙面研磨裝置，以批次方式反覆地對晶圓研磨雙面之際，為了確保加工穩定性，在開始使用新的研磨布時和以每既定批次的間隔，以研磨布的整形為目的進行修整。

以往，已知有一種方法，該方法是為了穩定地獲得高平坦度的晶圓，將研磨時的載具的公轉方向設定為與修整時的修整板的公轉方向相反的方向，來對晶圓進行研磨。然而，在修整後，即使能暫時穩定地進行研磨，在反覆進行批次研磨期間，研磨布的整形狀態(起伏狀態)會惡化，因此有無法減低每既定批次的間隔便要實施的修整(以下，稱為間隔修整)的頻率之問題。

因此，本發明人為了一邊確保晶圓的高平坦度品質，一 邊減低間隔修整的頻率，反覆進行專心檢討。檢討結果，發現，假使如習知般，將載具的公轉方向一直設定為相同方向用以反覆進行批次研磨，則研磨布的整形(起伏狀態)較容易惡化。再者，本發明人又發現，在研磨晶圓後，由於對研磨布的整形的順向整形、逆向整形的方向進行逆轉，因此在下一批次研磨時，將載具的公轉方向設定為與前一批次研磨時相反的方向，藉此能將研磨時的載具的公轉方向一直設定為與研磨布的整形的逆向整形相對向的方向，能抑制研磨布的整形的惡化，並且能穩定地獲得高平坦度的晶圓，而完成了本發明。

此外，作為研磨布的整形狀態(起伏狀態、凹凸狀態)的指標，能使用例如使用接觸式粗糙度計來測定粗糙度。使用接觸式粗糙度計所測定的粗糙度，因測定時的掃描方向的不同而呈不同的值。本發明，作為研磨布之整形狀態的指標，使用粗糙度SMD(mean deviation of surface roughness：表面粗糙度的平均偏差)，該粗糙度SMD是在與研磨布的整形的逆向整形相對向的方向，使接觸式粗糙度計掃描時，依據研磨布的表面凹凸的標準偏差來表示。

首先，參照第1圖、第2圖，說明本發明的雙面研磨方法中能使用的雙面研磨裝置。

如第1圖所示，雙面研磨裝置1，具備：上磨盤5、下磨盤6、及用來保持晶圓W之載具2。上磨盤5和下磨盤6是設 置呈上下相對向，在各磨盤5、6上，分別貼附有研磨布4。如第2圖所示，在雙面研磨裝置1的中心部設置有太陽齒輪7，在周緣部設置有內齒輪8。晶圓W是保持於載具2的保持孔3內，並被夾在上磨盤5和下磨盤6之間。

又，載具2的外周齒是嚙合於太陽齒輪7及內齒輪8的各齒部。藉此，上磨盤5和下磨盤6藉由未圖示的驅動源進行旋轉，隨著此旋轉，載具2一邊進行自轉一邊繞著太陽齒輪7進行公轉。此時，被載具2的保持孔3所保持的晶圓W，藉由上下的研磨布4同時被研磨雙面。在研磨晶圓W時，從未圖示的噴嘴供應研磨劑。

第2圖是載具2保持1片晶圓W的情形，但亦可使用如第5圖所示的具有複數個保持孔之載具，將複數片晶圓保持於載具內。又，亦可使用具有複數個載具2之雙面研磨裝置。

以下，參照第1圖~第3圖來說明本發明的雙面研磨方法。

首先，對所使用的雙面研磨裝置1的研磨布4進行開始使用前修整(第3圖(a))。此開始使用前修整，是在開始使用新的研磨布4之前進行1次的修整。研磨布的開始使用前修整，能使用例如第4圖所示的修整板來進行。具體而言，如第4圖所示，在具有複數個保持孔之修整專用載具9中或與研磨晶圓所使用的載具相同之載具中設置修整板10，並將該 修整板10夾在上磨盤5和下磨盤6之間，如同與通常的研磨一樣，運轉雙面研磨裝置1，藉此能對上方、下方的研磨布4同時地進行修整。

作為修整板，能使用例如圓板形，其正反雙面(表面和背面)與上下的研磨布4接觸，成為進行修整的修整面。作為修整板的材質，能使用例如是陶瓷般的硬質材質，且在修整面形成有微小的凹凸材質。其他，作為修整板，能使用例如中央形成有孔的之環狀修整板、或在修整面設置有鑽石磨粒的修整板等。

在開始使用前修整後，實施第1次的批次研磨(第3圖(b))。

首先，將晶圓W保持於載具2的保持孔3內。

繼而，將保持於保持孔3內的晶圓W的上下表面夾在貼附有研磨布4的上下磨盤5、6之間。然後，一邊使上下磨盤5、6旋轉一邊使載具2自轉及公轉，一邊對研磨面供應研磨劑一邊對晶圓W同時地研磨雙面。

此時，較佳是將載具2的公轉方向設定為與修整後的研磨布4的整形的逆向整形相對向的方向。若依照這種方式進行，則能穩定地進行研磨，且能獲得高平坦度的晶圓。

在第1次的批次研磨後，進行第2次的批次研磨(第3圖(c))。

此時，將載具2的公轉方向設為與第1次的批次研磨中的載具2的公轉方向相反的方向，其他則是與第1次的批次研磨同樣地進行，對晶圓W進行研磨。

如以上所述，當對晶圓進行研磨時，研磨布4的整形的順向整形、逆向整形的方向是進行逆轉。亦即，在第2次的批次研磨中，研磨布4的整形的逆向整形方向是與第1次的批次研磨中的方向呈相反方向。因此，將載具2的公轉方向設為與第1次的批次研磨中的載具的公轉方向相反的方向，藉此，載具2的公轉方向成為與研磨布4的整形的逆向整形相對向的方向。

在第2次的批次研磨後，反覆進行晶圓的批次研磨中(第3圖(d))，同樣地將載具公轉的方向，每批次切換為相反的方向。

如以上所述，本發明的雙面研磨方法，即使反覆進行批次研磨亦能隨時將載具公轉的方向設定為與研磨布的整形的逆向整形相對向的方向，尤其是能穩定地改善ESFQR(max)所代表的平坦度，且能將晶圓穩定地研磨成高平坦度。又，能將研磨布的整形狀態長時間穩定地保持良好，亦能減低每批次的平坦度的偏差。亦能在任意批次間進行間隔修整(第3圖(e))，相較於習知，其頻率減低，且能抑制由於修整所造成之生產性的降低。

此處，在本發明的雙面研磨方法中的開始使用前修整及間隔修整中，較佳是對研磨布4進行修整，使得上述的粗糙度SMD成為4μm以上且5μm以下。若依照這種方式進行，則能將研磨布4的整形狀態長時間穩定地保持良好，即使長時間不進行修整亦能穩定地獲得高平坦度的晶圓。

又，作為實施間隔修整的時點，較佳是在粗糙度SMD變成位在4μm以上且5μm以下的範圍外時。若依照這種方式進行，則平坦度不會受到惡化，且能明顯地減低修整的頻率。

在進行這些修整步驟中，能使用一種修整手段，該修整手段是在修整面上設置有#100以下的鑽石磨粒。第6圖是表示使用號數不同的鑽石磨粒來進行修整時的研磨布的粗糙度SMD之圖。如第6圖所示，鑽石磨粒號數為#100以下的情形，能將研磨布的粗糙度SMD確實地設定在4μm以上且5μm以下的範圍內。

[實施例]

以下，表示本發明的實施例及比較例，更具體說明本發明，但本發明並非被限定於這些實施例。

(實施例)

使用第1圖所示的雙面研磨裝置(DSP-20B不二越機械工業社製)，對直徑300mm的矽晶圓1批次5片合計75片連續反覆進行雙面研磨，對研磨後的晶圓進行ESFQR(max)評 價。ESFQR(max)的測定是使用Wafer Sight(KLA-Tencor公司製)。

作為載具，能使用在保持孔的內周部形成有樹脂製環之Ti(鈦)製載具；作為研磨布，能使用日本NITTA HAAS製的MH S-15A；作為研磨劑，能使用將粒徑35nm的膠質氧化矽(colloidal silica)懸浮於KOH基的鹼中而成的溶液。

首先，使用第4圖所示的修整專用載具及修整板，進行研磨布的開始使用前修整。此處，使用一種在修整面上設置有#60的鑽石磨粒之修整板，將負載設為100g/cm²，將修整時間設為60分鐘。

在開始使用前修整後，沒有在批次間進行間隔修整，連續反覆進行晶圓的研磨。此時，將載具公轉的方向，每批次切換成相反的方向。又，在第1次的批次研磨中，將載具的公轉方向設定為與開始使用前修整後的研磨布的整形的反向整形相對向的方向。

第7圖是表示研磨後的晶圓的ESFQR(max)的結果。如第7圖(A)所示，ESFQR(max)被穩定地抑制降低，所有的研磨能達成目標值亦即90nm以下。又，在實施例中，由於未進行間隔修整，因此能縮短步驟時間。另一方面，在後述的比較例中，ESFQR(max)的偏差變大，有時超出目標值亦即90nm。

第8圖是表示研磨後的研磨布的粗糙度SMD的測定結 果。如第8圖所示，粗糙度SMD能被維持在4μm以上且5μm以下的範圍內，看不到隨著批次研磨的次數的增加而逐漸減少的傾向。其原因在於考量將載具公轉的方向每批次切換成相反的方向，藉此用以抑制研磨布的整形惡化之故。

如此能確認，本發明的雙面研磨方法一邊能抑制由於修整所造成的生產性的降低，一邊能穩定地獲得高平坦度的晶圓。

(比較例)

使用與實施例相同的雙面研磨裝置，對直徑300nm的矽晶圓1批次5片合計75片進行雙面研磨後，與實施例同樣地進行評價。但是，在比較例中，在開始使用前修整後，將載具公轉的方向在所有批次中設為相同，反覆進行批次研磨，每5批次便進行間隔修整。開始使用前修整及間隔修整，是以與實施例同樣的方法進行，將間隔修整的時間設為5分鐘。

第7圖是表示研磨後的晶圓的ESFQR(max)的結果。從第7圖(B)所示可知，修整後，ESFQR(max)逐漸地惡化，偏差變大。其結果，偏差有時超出目標值亦即90nm。

第8圖是表示研磨後的研磨布的粗糙度SMD的測定結果。如第8圖所示，看到粗糙度SMD修整後逐漸地減少的傾向。這表示研磨布的整形逐漸地惡化。

此外，本發明並非被限定於上述實施形態。上述實施形 態是例示，凡是具有與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想實質上相同的構成，能達到同樣作用者，皆包含在本發明的技術範圍內。

Claims (4)

1. 一種晶圓的雙面研磨方法，將晶圓保持於載具的保持孔內，並將該所保持的晶圓夾在貼附有研磨布的上下磨盤之間，並使前述載具進行自轉及公轉，同時地研磨前述晶圓的雙面，且以批次方式反覆進行晶圓的研磨，該晶圓的雙面研磨方法的特徵在於：在前述以批次方式反覆進行晶圓的研磨中，將前述載具公轉的方向，在每批次切換成相反的方向。
2. 如請求項1所述之晶圓的雙面研磨方法，其中，具有對前述研磨布進行修整的步驟，使得當在與前述研磨布的整形的逆向整形相對向的方向，使接觸式粗糙度計掃描時，前述研磨布的由表面凹凸的標準偏差所示的粗糙度SMD成為4μm以上且5μm以下。
3. 如請求項2所述之晶圓的雙面研磨方法，其中，在修整前述研磨布的步驟中，使用修整手段，該修整手段是於修整面設置有#100以下的鑽石磨粒。
4. 如請求項2或請求項3所述之晶圓的雙面研磨方法，其中，在前述修整剛結束後所實施之前述晶圓的批次研磨中，將前述載具的公轉方向，設定為與前述修整後的研磨布的整形的逆向整形相對向的方向。