TWI289095B - Device for the simultaneous double-side grinding of a workpiece in wafer form - Google Patents

Description

1289095 ‘ 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 用於同時雙面研磨晶件（例如：半導邀晶圓或特殊發晶 圓）之裝置，為既有技術公開之内容。該等裝置通稱為雙面研磨 機。雙面研磨常見的共同變式為雙碟式研磨或簡稱DDG加工方法。 【先前技術】 根據既有技術（例如：日本專利JP2〇〇〇_28〇155A及 •办膽-删㈣所揭示者，DDG機具有兩個磨輪，彼此對立 並與旋轉轴共線。在研磨期間，位於磨輪之間的晶圓工件，被環 繞軸旋轉的兩個磨輪同時雙面_ L件由環狀爽持具與旋 轉裝置定位，同時也繞著本軸旋轉。在研磨期間，兩個磨輪轴向 磨進直至到達工件預期最終厚度為止。 該夾持具與旋轉裝置可包含(例如）摩擦輪，該摩擦輪在工件 邊緣喊合。然而，也可以是下述裝置：該裝置圍繞環形工件，在 工件1緣之刮痕、槽溝或v型槽嗔合。此種類型的裝置通稱為V 型槽才曰針。切削工件整個表面，該工件相對於磨輪被導引，該磨 輪之研磨段形成-在工件上方、怪速運行之軌道。 在這種結構，通常工件並不在固定位置，而是被兩個流體-Μ轴承裝置（以下稱為流體靜態塾）轴向央持，該塾設於工件之 一邊。此種類型的裝置見於日本專利JP2000_280155A。依據既 有，術’該一個流體"靜態墊的表面（面對工件）係平面構形且彼此 平行每個流體_靜態墊包含許彡流體_靜態轴承，其間為槽溝， 1289095 用於排除介質，該介質係用於流體-靜態軸承（以下稱為Η流體_轴 承介質··）且尚有研磨冷卻劑。 【發明内容】 本發明之内容為一種同時雙面研磨晶圓工件之裝置。 本發明之目的係基於提供改善之流體-靜態墊，在下述研磨 期間，使用DDG機使用之流體-靜態墊以改善工件的幾何形狀。 【實施方式】 • 在每一種情況下，一個或多個量測感應器整合在流體-靜態 墊内，可在研磨中量測流體-靜態墊與工件表面間之間隔。此間隔 量測工作通常藉助於動壓管作氣體動壓量測。動壓管設計為簡單 之孔狀，位於流體-靜壓轴承之邊緣，形成導面。為能在儘量靠近 研磨加工處量測流體_靜態墊與工件間的間隔，動壓管通常設在接 近流體—靜態墊的邊緣，該流體-靜態墊靠近磨輪。 此項間隔量測為控制工序的一部份，控制工序負責使工件始 •終保持在$體谱態墊間之中央的位置。此控制工序之操縱器為一 對磨輪，該磨輪對應旋轉轴，轴向位移，作為動壓量測結果之函 數，以此方式量測動壓，所以在工件與流體_靜態塾間的間隔在工 件二邊相等。 為明圓工件裝置此種性質之軸承在研磨期間發生下述問 題·導致切削加工工件在對幾何形方面受到破壞特別是在奈表 面結構的幾何參數方面受到破壞。 ι祕4喊在研磨_實施。此意指充紅件·之流體- 1289095 1承介質及研磨冷卻劑進人動絲，會__i。所以，在 研磨期私件並不是準確地在二_-靜態塾間等距離的位置。 兩。個磨輪純性不同，結果紅件表面形成不同的麼縮應力 下抽傷）導致J1件f曲。此曲度通常轉動對稱。反過來意指 件的‘區域並不位於流鳢谱態塾正中間。因為流體-靜態抽 承反抗工件這種趨向，工件被不均衡地愿在兩個磨輪上，而且一 對應旋轉對稱曲度被磨入工件中。 利用同時雙面研磨晶圓工件的裝置可達成此目的，該裝置包 括兩個與研磨軸共線、實質為_之磨輪，其中磨輪之研磨表面 在轴向處魏崎蚊位置，Μ輪之旋轉轴為基準 ’界定一中 平面’該中平面位於磨輪與兩個流體-靜態塾之間該兩個流體_ 靜態塾同樣彼此對立，以流體姻支承晶圓工件，每個流體谱 態塾至少包括-流體-靜態轴承及（在每種情況）至少一動壓管 (用以量測工件與流艘-靜態支承裝置間的間隔），其中面對工件之 兩個流體-㈣支承裝置係非平面構形，在這種_，表面與磨輪 間中平面之間隔（在面向磨輪之流體.支承裝置之邊緣處）採 取最低值，而此間隔隨著與磨輪的増加距離而增加。 在理想的平坦工件之情形，流體谱態㈣表面與工件間的 間隔亦採用最低值，在流體-靜態塾表面與磨輪間中平面間隔的位 置上，採用最低值。就-理想平坦卫件而論，依據本發明簡化該 裝置，内容如下。 Λ 1289095 依據本發明，因為缺陷極化率隨著量測間隔之增加而增加’ 面向工件之流體-靜態墊表面，工件與流體-靜態墊間的間隔’在 動壓管處儘量短（該動壓管通常裝在磨輪附近）。然而，由於槓桿 作用，於流體-靜態支承，工件曲度對工件位置之影響隨著磨輪間 隔之增加而增大。所以，根據本發明，在流體-靜態墊與工件間之 間隔隨著磨輪或動壓管（動壓管通常裝在磨輪邊緣附近）間隔之增 加而增加。根據本發明可達成此項任務，面向工件之流體-靜態墊 的表面係非平面設計。舉例言之，流體-靜態墊的表面可為錐形或 凸面設計；最好是最接近工件之點（亦即，例如··錐點）係位於磨 輪的中央。流體-靜態墊的表面亦可設階梯，以符合要求：流體― 靜態塾與工件間的間隔隨著磨輪或動壓管（動壓管通常裝在磨輪 邊緣附近）間隔之增加而增加。流體_靜態墊表面最好以流體-靜態 墊與工件全部研磨表面間的間隔在磨輪附近以5〇至2〇〇微米為 佳（尤以80至120微米更佳），所以在動壓管附近，該間隔介於 150至250微米範圍（尤以130至Γ7〇微米更佳之相當距離。 根據既有技術，面向工件的流體-靜態墊表面包括一個或多 個流體-靜態轴承。在流艘_靜態轴承介質的進料處，每健體_ 靜態軸承有-凹處（稱之為"袋"）。該等袋利用其寬邊或管間隙而 彼此分開。該等管間隙形成流艘嗜態轴承的導向槽。"流體-靜態 塾表面"-詞_於本發明相關之導向槽，而與袋表面無關。所以 流體靜態墊表面"—詞定義為··包含面向辑之管賺所有覆蓋 1289095 區域，但不包括袋的縮回區域。 此目標亦可__雙面研磨晶圓卫件的裝置達成，該裝置 包括兩個與旋轉轴共線、實質為圓形之磨輪，其中該磨輪之研磨 表面在轴向處於彼此對立之位置，以磨輪之旋轉轴為基準，兩個 流體-靜態墊同樣彼此對立，喊體_靜態支承晶Sjl件，每個流 體-靜態墊包括至少一個流體-靜態轴承及（在每種情況）至少一 動壓管（用以量測工件與流體-靜態轴承裝置間的間隔），其中至少 ^ 一個孔，經由此孔液體及其他經研磨磨損之材料可從動壓管附近 排出。 研磨期間，流體-靜態轴承介質、研磨冷卻劑與工件碎屑之 混合物繞著動壓管周圍激烈的沖刷。因而使量測受到相當大之干 擾。為了解決此問題’根據本發明，此混合物可藉著最短可能路 徑排出，此路徑源於動壓管附近的臨界區域。該排出物透過一個 > 平行排列、最接近動壓管附近的孔直接完成。該干擾液體經由此 孔、經由流體-靜態墊從臨界區域排出。 為改善作業’多數孔最好設在動壓管附近。顧及相鄰的孔與 動壓管，該等孔最好等距離排列。 根據本發明（與上述情形比較），流體-靜態塾之形狀最好與 該等孔結合，且為了從動壓管附近排出液體，最好為專用的孔。 另一個改善作業的可能方法在於使該等孔（面向工件之流體 •靜態墊表面）形成的溝槽圍繞環狀動壓管。這種做法同樣比較 9 1289095. 好。該槽溝最好是圓形設計，但亦可為其他幾何構形。 Λ 以本發明為基礎，藉同時雙面研磨晶圓工件之裝置，同樣可 達成目標，該裝置包括兩個與旋轉轴共線、實質為圓形之磨輪， 其中該磨輪之研磨表面在轴向處於彼此對立之位置，以磨輪之旋 轉轴為基準’該兩個流體-靜態墊同樣彼此對立，以流體-靜態支 承晶圓工件，每個流體-靜態墊包括至少一個流體-靜態轴承及（在 每種情況）至少一壓力管（用以量測工件與流體-靜態轴承裝置間 >的間隔），其中面對工件之二個流體-靜態軸承裝置中之每一個的 表面（在鄰近磨輪的邊緣處）至少具有一個槽溝，該槽溝開始於流 體-靜態轴承裝置邊緣（該流體-靜態軸承並不面對磨輪），往面對 磨輪的邊緣方向流注，且在到達接近最後邊緣之前終止。 此量測的結果（盡量少研磨冷卻劑）從位在流體-靜態墊與工 件間之磨輪區域傳翻接近動壓管區域。配合制之液體數量因 量測而減少，從而改善量測的準確度。 根據本發明（與上述情形比較），後續量測最好與流體_靜態 塾的形狀及孔結合，且為了從動壓管附近排出液體最好有專用圓 形槽溝。 兹參考諸圖式將本發明最佳具體實施例說明如下： 第一圖係晶圓工件之矛咅 , 下蒽圖’該晶圓工件置放於兩個本發明之錐 形流體靜態塾之間，且被兩個與旋轉軸共線的磨輪切削加工。此 圖代表個平面的斷面圖，該平面包括工件的主轴與磨輪的主轴。 10 1289095 第二圖示一個流體-靜態墊（詳於第一圖）與相應（圖式）磨輪。 第三圖示動壓管最佳構形，具有環形槽溝切削加工進入圍繞動壓 管的流體-靜態墊中。 第四圖示經由動壓管（詳於第三圖）的剖面圖。 第一及第二圖為晶圓工件（1)之示意圖，依據本發明，該晶 圓工件放在兩個錐形流體-靜態整（2)之間，被兩個與旋轉轴（9) 共線之磨輪（3)切削加工。動壓管（4)位於工件中心之上方，亦即 • 在流體-靜態墊（2)邊緣（8)附近。固定之流體-靜態墊（2)與工件 表面間之間隔係用動壓管（4)量測。工件（1)與流體-靜態藝（2) 表面（7)間的間隔（該表面（7)面對工件）在流體-靜態塾（2)之邊 緣（8)處非常小’該流體-靜態塾（2)面對磨輪（3),所以在動壓 管（4)處，亦隨二磨輪（3)之間間隔之增加而增加。專有名詞"流 體_靜態墊表面（7)"之定義為覆蓋面積，包括面對工件（1)的管間 隙全部面積，但不包括袋（11)的回縮面積。 • 此外，兩個面對工件⑴之流體·靜態塾（2))中每一個的表 面（7)最好（如第一圖及第二圖所示）有數條槽溝（12)，該等槽溝 始於邊緣（I3)，不面對磨輪⑶，沿著面對磨輪⑶通往邊緣⑻ 之方向伸展，且在到達邊緣⑻之前終止。該等槽溝⑽用作排 放流體-轴承介質。該等槽溝（12)並不到達邊緣⑻僅少許研磨冷 卻劑從磨輪⑶處之流體-靜態塾⑵與工件⑴之間流出來，所 以在動歷管（4)周圍，距離量測的準碟度增加。 11 1289095 帛三圖與第四㈣賴f⑷的具體實施例。在圍繞動磨管 ⑷之圓環内，槽溝⑸經過切削加卫置人流體谱態塾⑵。源 於動麼管⑷之氣體介質與緊鄰的流體_轴承介質匯集在槽溝⑸ 内’且經由-通過流體-靜態塾⑵之孔（6)排出。結果在孔（6) 及槽溝⑸N之壓力大約相當於正常之環境壓力。如此，動壓量測 仍然實質不受外來介質影響。 實施例 > 傳統之多線鋸（MWS)係用於鋸割低於1〇〇〇微米厚約 10,000個晶圓，該等晶圓源於許多直徑為300公厘之發單晶體。 依據既有技術（比較實施例），半數晶圓承受雙面研磨方法，而另 一半依據本發明（實施例）承受雙面研磨方法，在任一種情況下， 自晶圓之每一面移除約50微米之材料。一台可商購之雙面研磨機 (DDG機），型號為DXSG 32〇(紅葉機械工業有限公司，日本）作 此用途。研磨後，再將梦晶圓姓刻和拋光。拋光過之發晶圓用奈 米繪圖法（ADE)SQM型量測。評估THA4值。 比較實施例： 根據既有技術，該研磨機具備兩個流體-靜態墊，其中表面 面對工件者為平面。每個流體_靜態墊具有一動壓管（4)，其位置 如第一圖與第二圖所示，而且，每個流體-靜態墊有許多槽溝，該 等槽溝源於流體-靜態墊（面對磨輪）之邊緣。對成品、拋過光之發 晶圓，奈表面結構的量測顯示THA4參數平均值為32 ·〇奈米，其 12 1289095 標準差為8.0奈米。 實施例： 根據本發明，該研磨機具備兩個流體-靜態墊，其中表面面 對工件（1)者為錐形設計’示於第一圖。流體-靜態墊與工件之間 隔，在動壓管處比在遠離磨輪（3)處，約小於5〇微米。每個流體 -靜態墊具有一動壓管（4)，其位置如第一圖與第二圖所示，且該 等動麼管具有環狀槽溝（5)及孔（6)。而且流體-靜態塾並無源於 • 流體-靜態墊（面對磨輪（3))邊緣之溝槽。對成品、拋過光之梦晶 圓，奈表面結構的量測顯示THA4參數平均值為26· 5奈米，其標 準差為4.4奈米。 依據本發明，流體-靜態墊之改變所以導致對奈表面結構顯 著的改善並獲得較高之加工穩定性，該項改進反應在低標準差 上。不同量測法之準確分析顯示流體-靜態墊形狀的改變，係導致 鲁降低平均值之最主要原因，而環狀槽溝及孔用於排出干擾液體以 及消除源於邊緣之槽溝，主要導致標準差降低。 根據本發明，可用傳統DDG機研磨晶圓工件，例如研磨半導 體晶圓，特別是矽晶圓。 13 1289095 【圖式簡單說明】 第一圖係晶圓工件之示意圖。 第二圖示一個流體-靜態墊（詳於第一圖）與相應（圖式）磨輪。 第三圖示動壓管最佳構形，具有環形槽溝切削加工進入圍繞動壓 管的流體-靜態墊中。 第四圖示經由動壓管（詳於第三圖）的剖面圖。 • 【主要元件符號說明】 1 晶圓工件 2 流體-靜態墊 3 磨輪 4 動壓管 5 槽溝 6 孔 7 表面 8 邊緣 φ 9 旋轉轴 11袋 12槽溝 13邊緣 14

Claims (1)

1289095 十、申請專利範圍： 1.種同時雙面研磨晶圓工件⑴之裝置，包括兩個與旋轉轴 (9)八線實質為圓形之磨輪（3)，其中該磨輪⑶之研磨表面 ()在轴向處於彼此對Α之位置，以旋轉轴⑼為基準，於兩 個流艘靜態塾（2)之間界定一中平面該中平面位於磨輪⑶與 兩個流體靜態塾U)之間’該兩個流體·靜態塾⑵同樣彼此對 立以流體靜態支承晶圓工件⑴每個流體-靜態整⑵包括至 少一個流體_靜態軸承、至少—個動壓管⑷’用以量測工件⑴ 與流艘靜態墊⑵間之間隔，其中.靜態塾⑵中的每一個表 ()面對J1件⑴，鱗平面設計，這樣表面⑺與巾平面間之 間隔’磨輪⑶間之_，採㈣體,塾⑵邊緣⑻之最低 值’面對磨輪⑶’此間隔隨磨輪間距離之増加而增加。 H能申料_第1項之裝置，其中面私件⑴的兩個流 靜態塾⑵中之任—個的表面⑺都為錐形設計。 1· 申請專利範圍第1項之裝置，其中面對工件⑴的兩個流 -w墊（2)巾之任一個的表面⑺都為凸面設計。 Ltirr第1項之裝置，其中面對工件⑴的兩個流 靜〜墊（2) +之任一個的表面⑺都呈階梯狀。 a線實質為圓形之磨輪⑶，其中磨輪(3)的研磨表面⑽， 在軸向之位置彼轉立；讀轉軸（9)衫準在㈣彼此對立， 15 1289095， 而以靜態支承晶圓工件（1)的兩個流體-靜態墊（2)，同樣也是彼 此對立；該流體-靜態墊（2)至少包含一個流體靜態轴承，同時至 少一個動壓管（4)用以量測工件（1)與流體-靜態墊（2)之間的間 隔；其中至少有一個孔（6)(此孔位於動壓管（4)的附近），經由此 孔’液體與被磨下的碎屑就可以從動壓管（4)附近排出。 6·如申請專利範圍第5項之裝置，其中該流體_靜態支承晶圓 工件之表面（7)，以環形圍繞動壓管，末端位於槽溝内。 、7 一種同時雙面研磨晶圓工件（1)之裝置，包括兩個與旋轉轴 (9) 共線、實質為圓形之磨輪（3)，其中該磨輪（3)之研磨表面 (10) ，在轴向處於彼此對立之位置，以旋轉轴（9)為基準，該兩 個流體-靜態塾（2)同樣彼此對立，以流體_靜態支承晶圓工件 (1)，每個流體-靜態塾（2)包括至少一個流體-靜態軸承、至少一 個動壓管（4)，用以量測工件（1)與流體_靜態墊（2)間之間隔， 其中流體-靜態墊（2)中的每一個表面（7)，面對工件（1)，具有 •至少-條槽溝U2) ’始自邊緣（13)，不面對磨輪（3)，沿邊緣⑻ 之方向，在到達邊緣（8)以前，面對磨輪（3)。 16