CN110181355A - 一种研磨装置、研磨方法及晶圆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨装置、研磨方法及晶圆，该装置包括：上定盘；下定盘；承载盘，设置于上定盘和下定盘之间，承载盘上设有多个承载盘孔，承载盘孔内承载有待研磨元件；驱动机构，在驱动机构驱动下，承载盘绕自身轴线自转，并绕下定盘的中心公转，以相对上定盘、下定盘运动，研磨待研磨元件；承载盘孔内设置有边缘导向环，待研磨元件套设于边缘导向环内，且以相对承载盘孔可自由活动的方式设置在承载盘孔内，以使待研磨元件在研磨过程中发生运动时带动边缘导向环运动。本发明的研磨装置、研磨方法及晶圆，能够使得例如晶圆等待研磨元件表面相对脆弱的边缘部位的机械损伤碰撞最小化，且还能够改善由此导致的待研磨元件折断和碎片缺陷发生率。

Description

一种研磨装置、研磨方法及晶圆

技术领域

本发明涉及半导体材料制造领域，尤其涉及一种研磨装置、研磨方法及晶圆。

背景技术

作为半导体元件制造的材料，硅晶圆(Si wafer)被广泛应用。硅晶圆是在硅表面生长同种硅的晶圆。硅晶圆因其使半导体集成化的区域的纯度及结晶特性优秀，且有利于半导体器件(device)的收率及元件特性而被广为利用。

通常，晶圆制作工序大体可以分为切片(slicing)、边缘磨削(edge grinding)、研磨(lapping)、腐蚀性蚀刻(caustic etching)、双面磨削(double side grinding)、双面抛光(double side polishing)、边缘抛光(edge polishing)、最终抛光(final polishing)等工序。其中，在切片工序中，通常利用线锯(wire saw)等通过丘克拉斯基提拉法(Czozhralski)等方法，将生长的圆筒形的硅单晶锭切断为晶圆形态，被切断的晶圆表面和外周形貌无法均匀成型，呈现不规则状，因此，需要通过边缘磨削工序来磨削其外周面，将晶圆的整体形状制成具有预定直径大小的圆形状，同时通过晶圆的边缘形貌(edge shape)加工，来防止后续研磨工序中的晶圆边缘与研磨承载盘碰撞而受损导致破片现象。在研磨工序中，为了改善在切片工序中产生的晶圆表面锯痕(saw mark)等，并提高晶圆的平坦度，而进行研磨。在之后的腐蚀性蚀刻工序中，用碱性蚀刻液实施化学蚀刻，以去除研磨工程中的机械损伤(damage)。然后，再次通过边缘磨削(edge grinding)二次工程去除在经过研磨(lapping)和蚀刻(etching)工程时未被去除而残留的晶圆边缘部位的崩边(chip)、裂纹(crack)等表面缺陷状态，并以使晶圆的边缘轮廓按照客户要求规格变化的方式进行加工。

其中，在现有技术中，虽然在研磨(lapping)工序之前进行边缘磨削(edgegrinding)前作业，但晶圆边缘(wafer edge)依然会与研磨(lapping)承载盘(carrier)碰撞而发生晶圆折断(wafer broken)的状况。通过分析以往工艺中在研磨(lapping)工序中发生的晶圆破片(wafer broken)及崩边(chip)类型，发现晶圆的结晶方向性破片(broken)缺陷率占较大比例，碎片(chip)缺陷也呈现研磨(lapping)工序起因性的印记性损伤(damage)，这样，可以判断晶圆破片的原因是，尽管在研磨(lapping)作业前予以加工晶圆边缘部位，但在研磨(lapping)作业过程中，晶圆在进行晶圆自身的旋转和承载盘旋转引起的公转的同时，会在承载盘孔(carrier hole)内进行晶圆的线性移动，导致依然发生承载盘孔(lapping carrier hole)与晶圆(wafer)的直接碰撞摩擦(collision friction)，产生损伤(damage)。因此，为了减少晶圆边缘部位的损伤，向承载盘的孔边缘部位***(insert)固定在承载盘孔内的树脂层，以使与晶圆边缘部位的碰撞最小化。这样虽然减少了研磨(lapping)工序中的晶圆折断(wafer broken)、碎片(chip)缺陷的发生，但是，树脂层固定在承载盘孔内，晶圆在研磨过程中相对于承载盘孔内的树脂层也会发生上、下、左、右的线性运动，依然存在晶圆边缘(wafer edge)部位的研磨加工损伤较脆弱的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种研磨装置、研磨方法及晶圆，能够使得例如晶圆等待研磨元件表面相对脆弱的边缘部位的机械损伤碰撞最小化，且还能够改善由此导致的待研磨元件折断和碎片缺陷发生率。

本发明所提供的技术方案如下：

一种研磨装置，用于对待研磨元件进行研磨；所述装置包括：

上定盘；

下定盘，与所述上定盘相对设置；

承载盘，设置于所述上定盘和所述下定盘之间，所述承载盘上设有多个承载盘孔，所述承载盘孔内承载有所述待研磨元件；

驱动机构，在所述驱动机构驱动下，所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转，以相对所述上定盘、所述下定盘运动，研磨所述待研磨元件；

在所述承载盘孔内设置有边缘导向环，所述待研磨元件套设于所述边缘导向环内，且所述边缘导向环以相对所述承载盘孔可自由活动的方式设置在所述承载盘孔内，以使所述待研磨元件在研磨过程中发生运动时带动所述边缘导向环运动。

进一步的，所述边缘导向环为由树脂材料制成的环状结构。

进一步的，所述边缘导向环的外径小于所述承载盘孔的内径，以使所述边缘导向环与所述承载盘孔之间具有第一活动间隙。

进一步的，所述边缘导向环的外径与所述承载盘孔的内径之差为0.2mm。

进一步的，所述边缘导向环的内径大于所述待研磨元件的外径，以使所述待研磨元件与所述边缘导向环之间具有第二活动间隙。

进一步的，所述边缘导向环的内径与所述待研磨元件的外径之差为0.5～1mm。

进一步的，所述边缘导向环在垂直于所述承载盘的盘面方向上的厚度与所述承载盘的厚度相同。

进一步的，所述下定盘的中心设置有中心齿轮，所述中心齿轮的外周面具有轮齿；所述下定盘的周向边缘设置有内齿轮，所述内齿轮的内周面具有轮齿；其中，所述承载盘啮合于所述中心齿轮和所述内齿轮之间，所述驱动机构通过驱动所述下定盘、所述中心齿轮和所述内齿轮旋转，以驱动所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转。

一种研磨方法，采用如上所述的研磨装置对待研磨元件进行研磨，所述方法包括：

将所述待研磨元件装载于所述承载盘的所述承载盘孔内时，将所述边缘导向环同时装载于所述待研磨元件与所述承载盘之间；

通过驱动机构驱动所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转，以使所述承载盘相对所述上定盘、所述下定盘运动，研磨所述待研磨元件。

一种晶圆，采用如上所述的方法制成。

本发明所带来的有益效果如下：

上述方案，通过在待研磨元件(例如晶圆)的边缘部位与承载盘孔边缘之间设置边缘导向环，且边缘导向环本身在承载盘孔内不是固定式(fixed type)设置，而是以能够相对所述承载盘孔可自由活动的自由状态(free status)设置在承载盘孔内，这样，当待研磨元件在研磨过程中相对于承载盘发生运动时，所述边缘导向环可与待研磨元件一同进行运动，进而使得待研磨元件表面相对脆弱的边缘部位的机械损伤碰撞最小化，且还能够改善由此导致的待研磨元件折断和碎片缺陷发生率。

附图说明

图1表示本发明实施例提供的研磨装置的结构示意图；

图2表示本发明实施例提供的研磨装置中下定盘的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中在对晶圆的研磨工序中晶圆的边缘部位易发生机械损伤的问题，本发明实施例中提供了一种研磨装置，能够使得例如晶圆等待研磨元件表面相对脆弱的边缘部位的机械损伤碰撞最小化，且还能够改善由此导致的待研磨元件折断和碎片缺陷发生率。

本发明实施例中提供了一种研磨装置，该研磨装置用于对待研磨元件进行研磨。其中，所述待研磨元件可以是各种待研磨元件，例如，可以为晶圆，但是并不仅局限于晶圆。

以下就以所述待研磨元件为晶圆为例，来对本发明实施例提供的研磨装置进行详细说明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的研磨装置包括：

上定盘100；

下定盘200，与所述上定盘100相对设置；

承载盘300，设置于所述上定盘100和所述下定盘200之间，所述承载盘300上设有多个承载盘孔310，所述承载盘孔310内承载有待研磨元件10；

驱动机构，在所述驱动机构驱动下，所述承载盘300绕自身轴线自转，并绕所述下定盘200的中心公转，以相对所述上定盘100、所述下定盘200运动，研磨所述待研磨元件10；

在所述承载盘孔310内设置有边缘导向环400，所述待研磨元件10套设于所述边缘导向环400内，且所述边缘导向环400以相对所述承载盘孔310可自由活动的方式设置在所述承载盘孔310内，以使所述待研磨元件10在研磨过程中发生运动时带动所述边缘导向环400运动。

采用上述方案，本发明实施例提供的研磨装置可将待研磨元件10装载于承载盘孔310内时，将边缘导向环400同时装载于待研磨元件10与承载盘300之间，通过在待研磨元件10(例如晶圆)的边缘部位与承载盘孔310边缘之间设置边缘导向环400，且边缘导向环400本身在承载盘孔310内不是固定式(fixed type)设置，而是以能够相对所述承载盘孔310可自由活动的自由状态(free status)设置在承载盘孔310内，由此，针对以往在研磨作业时待研磨元件10，例如晶圆，在承载盘300内进行线性旋转运动，而与弹簧钢(spring steel)材质的承载盘300直接碰撞的问题，通过在待研磨元件10与承载盘孔310之间进一步设置一边缘导向环400，即使在待研磨元件10的边缘部位与承载盘孔310的边缘(hole edge)部位发生碰撞，中间的边缘导向环400部分由于未固定在承载盘孔310内，受待研磨元件10边缘(wafer edge)线性速度，而与待研磨元件10一同移动，从而起到缓冲作用，能够缓和研磨工序中待研磨元件10与承载盘300的直接碰撞摩擦，进而使得待研磨元件10表面相对脆弱的边缘部位的机械损伤碰撞最小化，且还能够改善由此导致的待研磨元件10折断和碎片缺陷发生率。

以下说明本发明实施例提供的研磨装置的示例性的实施例。

在一种示例性的实施例中，如图1和图2所示，所述边缘导向环400为由树脂材料制成的环状结构。

采用上述方案，所述边缘导向环400为环状结构，环套在待研磨元件10之外，所述待研磨元件10装载于承载盘孔310内时，该边缘导向环400位于待研磨元件10与承载盘300之间，该边缘导向环400采用树脂材料制成，可在待研磨元件10与承载盘300之间起到有效的缓冲冲击作用。当然可以理解的是，在实际应用中，所述边缘导向环400的具体材料也可以不限于树脂类材料。

此外，在一种示例性的实施例中，如图1和图2所示，所述边缘导向环400的外径小于所述承载盘孔310的内径，以使所述边缘导向环400与所述承载盘孔310之间具有第一活动间隙。

采用上述方案，所述边缘导向环400的外径小于所述承载盘孔310的内径，而与所述承载盘孔310之间具有第一活动间隙，这样保证了在研磨过程中待研磨元件10相对于承载盘300发生运动时，所述边缘导向环400可随所述待研磨元件10一同运动。

示例性的，所述边缘导向环400的外径与所述承载盘孔310的内径之差为0.2mm。

采用上述方案，所述边缘导向环400的外径与所述承载盘孔310的内径之差可根据待研磨元件10的内径大小及承载盘孔310的内径大小而进行选择，其中在所述边缘导向环400的外径与所述承载盘孔310的内径之差为0.2mm时，缓冲冲击效果最佳。

此外，示例性的，所述边缘导向环400的内径大于所述待研磨元件10的外径，以使所述待研磨元件10与所述边缘导向环400之间具有第二活动间隙。

采用上述方案，所述边缘导向环400的内径大于所述待研磨元件10的内径，而与所述待研磨元件10之间具有第二活动间隙，这样保证了在研磨过程中待研磨元件10相对于承载盘300发生运动时，所述边缘导向环400可随所述待研磨元件10一同运动。

示例性的，所述边缘导向环400的内径与所述待研磨元件10的外径之差为0.5～1mm。

采用上述方案，所述边缘导向环400的内径与所述待研磨元件10的外径之差可根据待研磨元件10的内径大小及承载盘孔310的内径大小而进行选择，其中在所述边缘导向环400的内径与所述待研磨元件10的外径之差为0.5～1mm时，缓冲冲击效果最佳。

此外，示例性的，所述边缘导向环400在垂直于所述承载盘300的盘面方向上的厚度与所述承载盘300的厚度相同。这样，可以使得在研磨过程中，所述边缘导向环400不会对待研磨元件10的研磨平面造成影响。

此外，在本发明所提供的示例性的实施例中，如图1和图2所示，所述下定盘200的中心设置有中心齿轮210，所述中心齿轮210的外周面具有轮齿；所述下定盘200的周向边缘设置有内齿轮220，所述内齿轮220的内周面具有轮齿；其中，所述承载盘300啮合于所述中心齿轮210和所述内齿轮220之间，所述驱动机构通过驱动所述下定盘200、所述中心齿轮210和所述内齿轮220旋转，以驱动所述承载盘300绕自身轴线自转，并绕所述下定盘200的中心公转。

采用上述方案，在下定盘200(lower plate)的中心设有中心齿轮210，在下定盘200的外周边缘设有内齿轮220(internal gear)，承载盘300啮合在中心齿轮210和内齿轮220之间，如图1和图2所示，在一种示例性实施例中，承载盘300有5个，每个承载盘300上具有4个承载盘孔310，每一承载盘孔310内装载有一个待研磨元件10，在5个承载盘300上共装载有20个待研磨元件10，承载盘300的材质可选用为弹性钢(spring steel)，为了能承受中心齿轮210(sun gear)和内齿轮220(internal gear)铸铁材质的压力，承载盘300同样由铸铁材质构成。

上述示例性实施例中提供的研磨装置的研磨作业过程如下：

将待研磨元件10装载于承载盘300的承载盘孔310内时，将边缘导向环400同时装载于待研磨元件10与承载盘300之间，通过驱动机构旋转下定盘200、内齿轮220、中心齿轮210这3个部分，与内齿轮220和中心相啮合的承载盘300即旋转，并拉动装载入承载盘孔310内的待研磨元件10，下定盘200旋转而引导待研磨元件10自身的旋转，同时研磨待研磨元件10背面表面(wafer backside surface)；上定盘100(upper plate)不旋转，而是向待研磨元件10正面表面(wafer front side surface)垂直下降，而向待研磨元件10施加一定的压力，此外，研磨液从主研磨(main lapping)装备旁单独的研磨液槽(slurry tank)通过管路(line)被投入至上定盘100。在向上定盘100与待研磨元件10之间投入研磨液(slurry)研磨剂的同时，进行待研磨元件10的研磨。

以待研磨元件10为晶圆为例，进入研磨工序所投入的晶圆的状态为直径均一的正圆型晶圆，晶圆在同时进行晶圆自身的旋转(自转)和承载盘300旋转引起的公转的同时，在承载盘孔310内进行晶圆的线性移动，而边缘导向环400以自由状态***在承载盘孔310内，可随晶圆进行线性移动，而减小晶圆与承载盘300之间的直接碰撞，从而减小机械损伤。

此外，本发明实施例中还提供了一种研磨方法，采用本发明实施例提供的研磨装置对待研磨元件10进行研磨，所述方法包括：

将待研磨元件10装载于承载盘300的承载盘孔310内时，将边缘导向环400同时装载于待研磨元件10与承载盘300之间；

通过驱动机构驱动所述承载盘300绕自身轴线自转，并绕所述下定盘200的中心公转，以使所述承载盘300相对所述上定盘100、所述下定盘200运动，研磨所述待研磨元件10。

此外，本发明实施例还提供一种晶圆，采用本发明实施例所提供的方法制成。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种研磨装置，用于对待研磨元件进行研磨；所述装置包括：

上定盘；

下定盘，与所述上定盘相对设置；

承载盘，设置于所述上定盘和所述下定盘之间，所述承载盘上设有多个承载盘孔，所述承载盘孔内承载有所述待研磨元件；

驱动机构，在所述驱动机构驱动下，所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转，以相对所述上定盘、所述下定盘运动，研磨所述待研磨元件；

其特征在于，在所述承载盘孔内设置有边缘导向环，所述待研磨元件套设于所述边缘导向环内，且所述边缘导向环以相对所述承载盘孔可自由活动的方式设置在所述承载盘孔内，以使所述待研磨元件在研磨过程中发生运动时带动所述边缘导向环运动。

2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述边缘导向环为由树脂材料制成的环状结构。

3.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述边缘导向环的外径小于所述承载盘孔的内径，以使所述边缘导向环与所述承载盘孔之间具有第一活动间隙。

4.根据权利要求3所述的研磨装置，其特征在于，

所述边缘导向环的外径与所述承载盘孔的内径之差为0.2mm。

5.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述边缘导向环的内径大于所述待研磨元件的外径，以使所述待研磨元件与所述边缘导向环之间具有第二活动间隙。

6.根据权利要求5所述的研磨装置，其特征在于，

所述边缘导向环的内径与所述待研磨元件的外径之差为0.5mm～1mm。

7.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述边缘导向环在垂直于所述承载盘的盘面方向上的厚度与所述承载盘的厚度相同。

8.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

所述下定盘的中心设置有中心齿轮，所述中心齿轮的外周面具有齿轮；

所述下定盘的周向边缘设置有内齿轮，所述内齿轮的内周面具有齿轮；

其中，所述承载盘啮合于所述中心齿轮和所述内齿轮之间，所述驱动机构通过驱动所述下定盘、所述中心齿轮和所述内齿轮旋转，以驱动所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转。

9.一种研磨方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的研磨装置对待研磨元件进行研磨，所述方法包括：

将所述待研磨元件装载于承载盘的承载盘孔内，同时将所述边缘导向环同时装载于所述待研磨元件与所述承载盘之间；

通过驱动机构驱动所述承载盘绕自身轴线自转，并绕所述下定盘的中心公转，以使所述承载盘相对所述上定盘、所述下定盘运动，研磨所述待研磨元件。

10.一种晶圆，其特征在于，采用如权利要求9所述的方法制成。