TW201503283A - 半導體晶圓保持用治具、半導體晶圓硏磨裝置、及工件保持用治具 - Google Patents

Abstract

模板(44)具有收納半導體晶圓(W)的貫通孔(44a)，並由碳石墨等碳素纖維所形成。模板(44)隔著背墊(43)層疊於支持板(42)上。背墊(43)包含具有吸水性的彈性體層。藉由模板(44)的貫通孔(44a)及背墊(43)所形成的收納孔(46a)的底部收納適配器(50)。適配器(50)使半導體晶圓(W)從收納孔(46a)突出規定量。半導體晶圓研磨裝置(10)具備研磨被收納在收納孔(46a)的半導體晶圓(W)的其中一個面的研磨手段。研磨手段由定盤(20)及研磨布(30)所構成。

Description

半導體晶圓保持用治具、半導體晶圓研磨裝置、及工件保持用治具

本發明係關於半導體晶圓保持用治具、半導體晶圓研磨裝置、以及工件保持用治具。

當製造半導體裝置時，將執行半導體晶圓的拋光步驟。在拋光步驟中，藉由化學機械拋光(chemical mechanical polishing)將半導體晶圓的其中一個面或兩面研磨為鏡面狀。化學機械拋光係為一種藉由含於研磨液中的化學成分之作用，增加藉由磨粒的機械研磨效果而有效率地形成平滑的研磨面的技術。

在化學機械拋光，在被治具保持的半導體晶圓之其中一個面或兩面上按壓研磨布，並一邊倒入研磨液於研磨布，一邊使半導體晶圓與研磨布相對移動而研磨半導體晶圓。作為保持半導體晶圓的方法，有使用蠟的保持方法，或使用模板的無蠟保持方法(例如，參照專利文獻1)。使用模板的保持方法中，由以下的方法保持半導體晶圓。

首先，由合成樹脂等所形成的支持板之其中一個面上，隔著背墊固定模板。背墊包含具有吸水性的彈性體層，使該彈性體層含浸水。模板被形成得比半導體晶圓薄一些，並具有一個或複數個貫通孔。半導體晶圓容納在該貫通孔中、並將半導體晶圓的其中一個面壓接於背墊而擠壓出含在背墊中的水。藉由此時所發生的水的負壓與表面張力，半導體晶圓被吸附在背墊。

接著，將從貫通孔突出的半導體晶圓的另一個面按壓在被固定於定盤上的研磨布。然後一邊將研磨液供給於研磨布一邊旋轉定盤，藉由含在研磨液的化學成分與磨粒的複合作用將半導體晶圓研磨為鏡面狀。

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開平09-321001號公報

然而，在無蠟保持方法的情況下，一種模板的話，會有不能因應不同厚度的複數種類的半導體晶圓之情況發生。即，因半導體晶圓從模板的貫通孔所突出的量，係根據半導體晶圓的厚度而變化，故在只有一種模板的情況下，若半導體晶圓從模板的貫通孔所突出的量相對於模板的厚度而言太大時，半導體晶圓則不能穩定地保持。另一方面，若半導體晶圓從模板的貫通孔所突出的量相對於模板的厚度而言太小時，則產生研磨布接觸模板等不當的問題。

若因應半導體晶圓的厚度而準備不同厚度的複數種類的模板，則能夠解決上述問題，但是在此情況下，因模板的製作費用會增加，故會產生成本增加的問題。

本發明鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種能夠因應不同厚度的複數種類的半導體晶圓，並且能夠抑制成本之增加的半導體晶圓保持用治具。

本發明的第1態樣，係為一種保持半導體晶圓的半導體晶圓保持用治具，具備治具主體、適配器，其中該治具主體具有收納該半導體晶圓的有底收納孔，該適配器配置於該收納孔的底部，使該半導體晶圓從該收納孔突出規定量。

本發明的半導體晶圓保持用治具，因能夠藉由交換適配器來改變半導體晶圓從治具主體之收納孔所突出的晶圓突出量，故能 夠以一種治具主體對應不同厚度的複數種類的半導體晶圓。由於適配器的製作費用比治具主體的製作費用廉價，則與製作複數種類的治具主體之情況相比，能夠抑制成本的增加。

於一實施方式中、該適配器嵌合於該收納孔，並以下述方式形成：抑止該適配器相對於該收納孔繞該收納孔之軸線旋轉的方式來形成。在此情況下，因被固定在適配器的半導體晶圓相對於治具主體的旋轉被抑止，故半導體晶圓的加工性得以提高。

於一實施方式中、該治具主體具有層疊結構，該治具主體可以被層疊於支持元件，並具備止動器，該止動器將該治具主體在與層疊方向正交的方向相對於該支持元件進行定位。在此情況下，能夠抑制治具主體在與層疊方向正交的方向相對於該支持元件產生位置的偏移。因此，能夠抑制不良品的發生而提高半導體晶圓的良率。

於一實施方式中，該收納孔的內周面被形成為相對於該收納孔的軸線傾斜，該收納孔的底部側之直徑被形成為比該收納孔的開口側之直徑大。在此情況下，與收納孔的內周面平行於軸線的情況相比，半導體晶圓則不易從收納孔脫離。因此，能夠抑制不良品的發生而提高半導體晶圓的良率。

於一實施方式中，該治具主體的該收納孔的開口側的外周緣的整個外周上形成有倒角部。在此情況下，半導體晶圓保持用治具的外周緣則不易勾刮研磨布，故能夠抑制研磨布的傷害。因此，研磨布的壽命週期變長而減低維修保養的次數。結果，運轉成本會減低。

於一實施方式中，該治具主體可以具備模板、以及被層疊在該模板的其中一個面的背墊，其中該模板具有朝厚度方向貫通的貫通孔，該背墊包含具有吸水性的彈性體層。

於一實施方式中、該模板由碳素纖維來形成。在此情況下，因與習知的玻璃環氧製的模板相比，強度、耐熱性、以及耐酸性 會變高，故在高溫下的尺寸變化會變小。因此，即使謀求模板的薄型化和貫通孔的大徑化，亦可容易地確保所需要的強度，容易因應半導體晶圓的薄型化和大徑化的需求。

另外，本發明的第2態樣，係為一種半導體晶圓裝置，其具備第1態樣的半導體晶圓保持用治具、以及研磨該半導體晶圓的其中一個面的研磨手段。

本發明的半導體晶圓研磨裝置，藉由交換適配器，可以改變半導體晶圓從治具主體之收納孔所突出的晶圓突出量，故能夠以1種治具主體來應付不同厚度的複數種類的半導體晶圓。由於適配器的製作費用比治具主體的製作費用廉價，則與製作複數種類的治具主體之情況相比，能夠抑制成本的增加。

另外，本發明的第3態樣係為保持工件的工件保持用治具，其具備治具主體、以及適配器，該治具主體具有收納該工件的有底收納孔，該適配器配置於該收納孔的底部，使該工件從該收納孔突出規定量。

本發明的工件保持用治具，因藉由交換適配器可以改變工件從治具主體的收納孔所突出的突出量，故能夠以1種治具主體來應付不同厚度的複數種類的半導體晶圓。由於適配器的製作費用比治具主體的製作費用廉價，則與製作複數種類的治具主體之情況相比，能夠抑制成本的增加。

根據本發明，能夠對應不同厚度的複數種類的半導體晶圓，並且能夠抑制生產成本的增加。

10‧‧‧半導體研磨裝置

15‧‧‧研磨手段

20‧‧‧定盤

21‧‧‧旋轉軸

30‧‧‧研磨布

40‧‧‧晶圓保持工具

41‧‧‧平板保持部

42‧‧‧支持板(支持元件)

43‧‧‧背墊(治具主體的一部分)

44、44’、44”‧‧‧模板(治具主體的一部分)

44a、44’a‧‧‧貫通孔

44aa‧‧‧內周面

44c‧‧‧外周緣

44d‧‧‧倒角部

44e‧‧‧止動器

45‧‧‧旋轉軸

46‧‧‧治具主體

46a‧‧‧收納孔

50、50’‧‧‧適配器

W‧‧‧半導體晶圓(工件)

第1圖為表示半導體晶圓的加工方法的流程圖；第2圖為表示本發明第1實施方式之半導體研磨裝置的剖面圖；第3圖為表示於第2圖所示的半導體研磨裝置的主要部分的***立體圖；第4圖為表示於第2圖所示的半導體研磨裝置的主要部分的放大圖；第5圖為表示本發明第2實施方式之半導體研磨裝置的主要部分的***立體圖；第6圖為表示本發明第3實施方式之模板以及支持板的立體圖；以及第7圖為表示於第6圖所示的模板及支持板的組裝後的狀態的立體圖；

以下，參照圖式對本發明的第1實施方式進行說明。說明本實施方式之前、先參照第1圖對半導體晶圓的加工方法進行說明。第1圖為表示半導體晶圓的加工方法的流程圖。

如第1圖所示，首先，在步驟S10，將圓柱狀的鑄塊切片而獲得圓盤狀的半導體晶圓。其次，在步驟S20，為了避免於半導體晶圓的周緣部產生裂痕和缺損，對半導體晶圓的周緣部進行倒角處理。其次，在步驟S30，將半導體晶圓(工件)的其中一個面或兩面以研磨機研磨而使半導體晶圓的厚度變成規定的大小。其次，在步驟S40，將半導體晶圓進行蝕刻以除去藉由研磨所產生的加工應變。再者，在步驟S50，將半導體晶圓的其中一個面或兩面拋光為鏡面狀。最後，在步驟S60，將半導體晶圓用藥水清洗以除去顆粒等雜質。

本實施方式的半導體研磨裝置，例如於第1圖的步驟S50的拋光步驟中使用。第2圖為表示本發明第1實施方式之半導體研磨裝置10的剖面圖。

如第2圖所示，半導體研磨裝置10具備研磨手段15以及複數個晶圓保持工具40(僅圖示1個)。研磨手段15具備圓盤狀的定盤20以及貼在定盤20頂面的研磨布30。

定盤20固定在鉛直的旋轉軸21之頂端，而被支持為水平狀態。旋轉軸21被連接在馬達上，而定盤20藉由該馬達繞著旋轉軸21的中心軸旋轉。

研磨布30藉由固定手段固定在定盤20的頂面。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑或雙面膠。研磨布30的材質並沒有特別限定，例如作為研磨布30，在粗糙的研磨時可以使用NITTA HAAS股份有限公司製作的SUBA(註冊商標)，在最後研磨時可以使用SEAGULL股份有限公司製作的產品。

晶圓保持工具40具備平板保持部41、作為支持元件的支持板42、治具主體46以及適配器50。

平板保持部41係藉由金屬等形成為杯子狀。平板保持部41以開口面朝下的狀態被固定在鉛直的旋轉軸45的底端，而被支持為水平狀態。

參照第3圖以及第4圖對支持板42、治具主體46以及適配器50進行詳細說明。第3圖為表示半導體研磨裝置10的主要部分的***立體圖，第4圖為表示半導體研磨裝置10的主要部分的放大圖。

支持板42被形成為圓盤狀，且藉由合成樹脂等所形成。支持板42的其中一個面42a藉由固定手段被固定在平板保持部41。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑。

治具主體46具有收納半導體晶圓W的有底收納孔46a。治具主體46包含背墊43以及模板44。背墊43形成為圓盤狀，且包含具有吸水性的彈性體層。彈性體層例如藉由發泡胺基甲酸酯樹脂所形 成。背墊43的其中一個面43a藉由固定手段被固定在支持板42的另一個面42b。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑或雙面膠。

模板44的材質並沒有特別限定，在本實施方式的模板44係由碳石墨所形成。模板44隔著背墊43被層疊在支持板42的另一個面42b。模板44藉由固定手段被固定在背墊43。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑或雙面膠。

模板44具有朝厚度方向貫通的複數個貫通孔44a。貫通孔44a的一邊的開口藉由背墊43的另一個面43b阻塞。貫通孔44a的直徑比半導體晶圓W的直徑直大一些，並且貫通孔44a裝卸自如地收納半導體晶圓W。收納孔46a藉由貫通孔44a與背墊43的另一個面43b所構成。另，模板44的厚度比半導體晶圓W的厚度與適配器50的厚度之和小一些。

適配器50藉由金屬或合成樹脂等被形成為圓盤狀。適配器50通過固定手段，可以裝卸自如地被固定在半導體晶圓W的其中一個面Wa。作為固定手段，例如可以使用耐熱環氧系黏合劑等黏合劑或雙面膠。當半導體晶圓W及適配器50被收納於貫通孔44a時，半導體晶圓W從模板44的其中一個面44b突出規定量(例如，50μm~100μm)。

在玻璃環氧製的模板中，收納半導體晶圓的貫通孔由沖壓加工所形成。此情況下，貫通孔的內周面相對於貫通孔的軸線會大致平行。另一方面，因本實施方式的模板44a係由加工性佳的碳石墨所形成，故可以使貫通孔44a的內周面44aa藉由NC加工傾斜於貫通孔44a的軸線C.L。結果，能夠更確實地抑制半導體晶圓W的脫離。

將貫通孔44a的內周面44aa相對於軸線C.L傾斜角度α，使貫通孔44a中背墊43側的開口44ab的直徑(收納孔46a的底部邊的 直徑)比貫通孔44a中與背墊43相反側的開口44ac的直徑(收納孔46a的開口邊的直徑)大。若此，則與內周面44aa平行於軸線C.L的情況相比，半導體晶圓W不易從通孔44a脫離。角度α並沒有特別限定，例如可以設為10°≦α≦20°。

另，在本實施方式中，模板44中與背墊43相反側(收納孔46a的開口邊)的外周緣44c的整個外周形成有倒角部44d。若此，外周緣44c則不易勾刮研磨布30，故能夠抑制研磨布30(參照第2圖)的傷害。結果，由於研磨布30的壽命週期變長而減低維修保養的次數，故運轉成本會減低。另外，倒角部44d並不侷限於第4圖所示的平面狀，也可以為曲面狀。

其次，參照第2圖~第4圖對半導體研磨裝置10的使用方法進行說明。首先，將水含浸在晶圓保持器40的背墊43。接著，將已固定半導體晶圓W的適配器50分別收納在治具主體46的複數個收納孔46a中，並將適配器50壓接於背墊43。結果，含在背墊43的水被擠壓出來，藉由此時所發生的水的負壓與表面張力，適配器50被背墊43吸附而被保持。

其次，將從收納孔46a突出的半導體晶圓W的另一個面Wb按壓於固著在定盤20的研磨布30。接著，藉由一邊對研磨布30供給研磨液一邊旋轉定盤20，研磨半導體晶圓W的另一個面Wb為鏡面狀。作為研磨液，例如，可以使用混合水和鑽石磨粒的漿液。

在研磨與半導體晶圓W不同厚度的半導體晶圓的情況下，藉由將適配器50更換為不同厚度的適配器50，能夠使半導體晶圓從模板44突出的突出量變成與本實施方式相同的大小。因此，對不同厚度的複數種類的半導體晶圓W，能夠以一種模板44來應付。另，在調整半導體晶圓W從模板44突出的突出量的情況下，只要將適配器50更換為不同厚度的適配器50即可。進一步，在1塊模板44保持不同厚 度的複數片半導體晶圓W的情況下，藉由使用不同厚度的適配器50，能夠將所有半導體晶圓W從模板44突出的突出量變成相同的大小。

另，因適配器50不用像加工模板44的貫通孔44a的內周面44aa的加工那樣高精度加工，故沒有必要以NC加工來製作，可以由沖切加工來製作。因此，適配器50的製作能夠比模板44廉價。結果，在製作成本上，製作複數種類的適配器50的成本比針對半導體晶圓的厚度來製作複數種類的模板44的成本低，能夠抑制成本的增加。

進一步，藉由使用適配器50，能夠抑制半導體晶圓W進入模板44與背墊43之間而損傷半導體晶圓W或背墊43。

另，模板44因由碳石墨所形成，故強度、耐熱性以及耐酸性比習知的玻璃環氧製的模板高。即，因碳石墨的耐熱性、傳熱性高，能夠承受急劇的熱變化，且其在高溫下強度增加，故在高温下的貫通孔44a的尺寸變化小。另，因碳石墨能夠進行精密的機械加工，故能夠高精度地形成貫通孔44a。因此，能夠使貫通孔44a的內周面44aa與半導體晶圓W的外周部的空隙變小而抑制半導體晶圓W在貫通孔44a內的移動。此外，碳石墨可以承受大部分的酸和鹼，並與玻璃、石英以及大部分的融解金屬不產生反應。進一步，因碳石墨的滑動阻抗小，而與半導體晶圓W不易產生摩擦，故貫通孔44a不易變形。因此，即使謀求模板44的薄型化和貫通孔44a的大徑化，也容易確保所需要的強度，容易因應半導體晶圓W的薄型化和大徑化的需求。

其次，參照第5圖對本發明的第2實施方式進行說明。第5圖為表示本發明第2實施方式之半導體研磨裝置的主要部分的***立體圖。另，本實施方式中，對應於第2圖~第4圖所示的第1實施方式的部分將使用相同的符號，並省略重複的說明。

本實施方式中，模板44’的貫通孔44’a被形成為矩形狀。 另，適配器50’也被形成為矩形狀，並裝卸自如地嵌合於貫通孔44’a。在適配器50’嵌合在藉由貫通孔44’a及背墊43所構成的有底收納孔的狀態下，會抑止適配器50’繞在該收納孔的軸線旋轉。半導體晶圓W藉由與第1實施方式相同的固定手段，裝卸自如地被固定於適配器50’。

本實施方式中，因適配器50’相對於該收納孔的旋轉被抑止，故固定於適配器50’的半導體晶圓W相對於該收納孔的旋轉也被抑止。當研磨半導體晶圓W時，若半導體晶圓W相對於該收納孔旋轉，則半導體晶圓W與研磨布30(參照第2圖)之間所產生的摩擦力會減低，並產生半導體晶圓W的研磨效率減低的問題。本實施方式能夠抑制如此的問題。

特別是，因SiC製的半導體晶圓與Si製的半導體晶圓相比，其研磨效率非常低(1/200~1/1000)，而又強烈要求提高研磨效率故將本實施方式的半導體晶圓保持用治具適用於SiC製的半導體晶圓的研磨製程，非常有效。

其次，參照第6圖、第7圖對本發明的第3實施方式進行說明。第6圖為表示本發明的第3實施方式之模板以及支持板的立體圖，第7圖為將第6圖所示的模板及支持板組裝後的狀態的立體圖。此外，本實施方式中，將對應於第2圖~第4圖所示的第1實施方式的部分使用相同的符號，並省略重複的說明。

如第6圖所示，在本實施方式，模板44”具備複數個止動器44e。止動器44e例如被形成為圓柱狀，從模板44”的其中一個面44f垂直突出。止動器44e可以與模板44”一體成形，也可以與模板44”以不同的元件分開各別地被形成。

支持板42上形成有複數個嵌合孔42c，並複數個嵌合孔42c上分別嵌合止動器44e。模板44”對支持板42由以下的方式來組裝。 即，在模板44’與支持板42之間配置背墊43，並使模板44’的各複數個止動器44e嵌合在支持板42上所對應的嵌合孔42c。結果，如第7圖所示，模板44”則以隔著背墊43層疊在支持板42上的狀態下被固定於支持板42。

模板44”藉由複數個止動器44e，在與層疊方向正交的方向相對於支持板42被定位。為了提高半導體晶圓的研磨效率而提高研磨溫度時，會減弱將模板固定於支持板的黏合劑之黏合力。本實施方式的模板44”藉由具備止動器44e，可以機械性地抑制模板44”在與層疊方向正交的方向相對於支持板42所產生位置的偏移。因此，根據本實施方式，能夠升高研磨溫度來提高半導體晶圓W的加工效率。特別是，因SiC製的半導體晶圓比Si製的半導體晶圓，其研磨效率非常小，故需要謀求研磨速度的高速化和研磨溫度的高溫化。因此，若本實施方式的模板44’用於SiC製的半導體晶圓的研磨，非常有效。

以上，對本發明的具體實施方式進行了說明，但是本發明並不侷限於第1圖~第7圖所示的實施方式，可以對本實施方式進行各種改變。

例如，於本實施方式，雖然針對適用本發明的保持SiC製的半導體晶圓之治具的情況進行了說明，但是保持藉由SiC以外的材料所形成的半導體晶圓之治具也可以適用本發明。

另外，於本實施方式，雖然針對藉由碳石墨來形成模板44的情況進行了說明，但是也可以藉由沒有石墨化的碳素纖維來形成模板44。另，也可以藉由碳石墨以外的材料(例如玻璃環氧)來形成模板44。

另外，於本實施方式，雖然針對藉由模板44及背墊43構成治具主體46的情況進行了說明，但是治具主體46也可以藉由單一元件所構成。

另外，於第2實施方式，雖然針對治具主體的收納孔及適配器50’被形成為矩形狀的情況進行了說明，但是只要能夠抑止適配器50’繞治具主體之收納孔的軸線旋轉的形狀，治具主體的收納孔及適配器50’也可以為其他形狀(例如，三角形或五角形以上的多角形)。

另外，於本實施方式，雖然針對治具主體上形成4個或5個收納孔的情況進行了說明，但是也可以在工件保持用治具上形成3個以下或6個以上的收納孔。

另外，於本實施方式，雖然針對適用本發明的保持半導體晶圓之治具的情況進行了說明，但是也可以適用本發明於保持半導體晶圓以外的工件(例如，作為電腦外部記憶裝置載體的鋁碟(aluminum disk)、用於液晶顯示裝置的超薄板狀玻璃晶圓)的治具也可以適用本發明。

另外，在不超過本發明的要旨範圍內，可以對本實施方式進行各種改變。

10‧‧‧半導體研磨裝置

15‧‧‧研磨手段

20‧‧‧定盤

21‧‧‧旋轉軸

30‧‧‧研磨布

40‧‧‧晶圓保持工具

41‧‧‧平板保持部

42‧‧‧支持板(支持元件)

43‧‧‧背墊

44‧‧‧模板

45‧‧‧旋轉軸

46‧‧‧治具主體

50‧‧‧適配器

W‧‧‧半導體晶圓

Claims (9)

1. 一種半導體晶圓保持用治具，係為保持半導體晶圓之半導體晶圓保持用治具，具備：治具主體；適配器，其中該治具主體具有收納該半導體晶圓的有底收納孔，而該適配器配置於該收納孔的底部，使該半導體晶圓從該收納孔突出規定量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶圓保持用治具，其中該適配器係嵌合於該收納孔，且該適配器相對於該收納孔之繞該收納孔之軸線的旋轉可被抑止。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶圓保持用治具，其中該治具主體具有層疊結構，該治具主體被層疊在支持元件，並具備止動器，該止動器將該治具主體在與層疊方向正交的方向上可相對於該支持元件進行定位。
4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶圓保持用治具，其中該收納孔的內周面被形成為相對於該收納孔的軸線傾斜，該收納孔的底部側之直徑被形成為比該收納孔的開口側之直徑大。
5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶圓保持用治具，其中該治具主體的該收納孔的開口側的外周緣的整個外周上形成有倒角部。
6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶圓保持用治具，其中該治具主體具備：模板； 層疊於該模板的其中一個面的背墊，其中該模板具有朝厚度方向貫通的貫通孔，該背墊包含具有吸水性的彈性體層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之半導體晶圓保持用治具，其中該模板由碳素纖維所形成。
8. 一種半導體晶圓研磨裝置，具備：申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之半導體晶圓保持用治具；研磨該半導體晶圓的其中一個面的研磨手段。
9. 一種工件保持用治具，係為用於保持工件之工件保持用治具，具備：治具主體；適配器，其中該治具主體具有收納該工件的有底收納孔，該適配器配置於該收納孔的底部，使該工件從該收納孔突出規定量。