TWI271263B - A double side polishing carrier and method of polishing semiconductor wafers - Google Patents

Description

1271263 九、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】 、…本發明，係有關於一種適用於做為半導體元件素材之 半導體晶圓雙面拋光之雙面研磨用載具，以及使用雙面研 磨用載具之半導體晶圓研磨方法；更詳細說明時，其係有 關於一種非常適用於葉片式雙面研磨裝置之雙面研磨用載 具。 秋 【先前技術】 二做為半導體元件素材之半導體晶圓的雙面拋光，自先 月以來，多使用遊星齒輪方式之雙面研磨裝置。遊星齒輪 方式雙面研磨#置，係同時雙面研磨複數塊晶圓之批次式 裝置的-種。此方式之雙面研磨裝置中，在旋轉之上下平 台間，载具係被配置在旋轉中心周圍。複數個載具係比平 台逛要小很多’於保持们塊或複數塊晶圓之狀態下，使 一邊在平台間旋轉，—邊在旋轉中心周圍旋轉。藉由前述 載具之遊星運動，被保持在各載具上之晶圓係於平台間被 雙面研磨。

可疋被雙面研磨之半導體晶圓的直徑在近年來急速 大型化’甚至達到300職。將來可能會更加大型化。當雙 面研磨這種大直徑之晶圓時，如遊星齒輪方式，在使用複 數個載具之多載具方式的雙面研磨裝置中，裝置規模會變 得非常大’要確保機械精度或實施裝置保養點檢之保養性 曰交差X 4 了滿足晶圓要求之高平坦度，最好每塊晶 2215-7542-PF 5 1271263 園皆改變加工條件。於這些要點 日f一&# Λ ^ ” 在大直徑之雙面研磨 子曰曰圓塊塊加工之葉片式裝置非常_。 ===磨裝置之構造上最大特徵，係使用比旋 以前mi:還要Α直徑之—塊載具的單載具方式。 以則述一塊載具來保持 m 卞σ罝仫還要小直徑的一塊晶 固，精由使前述載具在上下旋轉 疋将十口間％轉運動，將1塊 大直徑日日圓加以雙面研磨。盘 + …使用複數塊載具而使複數塊 曰曰圓同時實施雙面研磨之多載呈

夕戰/、万式的雙面研磨裝置相比 較下’裝置會小型化，在價格面等非常有_。此種葉片式 雙面研磨裝置係以專利文獻1來提示。 【專利文獻1】日本特開2001-315057號公報 在以專利文獻1提示之葉片式雙面研磨裝置中，晶圓 被保持在相對於載具中心偏心之位置上。而且，該載具係 在上下平台間成同心狀配置，繞著平台中心旋轉。藉此， 被偏心保持之晶圓，係在旋轉之平台間繞著載具中心旋轉 而雙面研磨。 而且’平台中心點處之旋轉圓周速度係為零，此圓周 速度係愈離開平台中心愈增大，於外周緣處為最大。結果， 以平台之研磨速率，自圓周速度之觀點來看，中心部與外 周部會產生很大差異。 葉片式雙面研磨裝置，也包含專利文獻1記載之物 件，係同時使用平台之幾乎全表面而研磨1塊晶圓。因此， 與如遊星齒輪方式地同時使用複數塊載具之多載具方式的 雙面研磨裝置相比較下，葉片式雙面研磨裝置，係平台之 2215-7542-PF 6 1271263 外側與内側有圓周速度差，晶圓研磨量會有參差。當研磨 量有參差時，就不利於確保晶圓之平坦度。 當使用複數塊載具之多載具方式雙面研磨裝置時，該 複數塊載具係配置於上下平台間之外周部，所以，在該外 周部中之外側與内側之圓周速度差會很小。結果，載具隨 著載具公轉或晶圓自轉，被保持在載具上之晶圓會均句 被研磨。 使用葉片式雙面研磨裝置之實際研磨中，會有在載具 _ 内之晶圓的旋轉。X，必須講求補償圓周速度差而增加更 多研磨液供給量到中心部之對策。因此，在結束時，平坦 度不會降低。可是，要完全吸收此大圓周速度差係很困難， 平坦度之確保也很困難。 為了解決此種葉片式雙面研磨裝置之問題，使載具在 上下平台間複雜地運動係很有效。如此一來，載具各部之 運動軌跡會變得複雜，作用在載具各部之平台圓周速度會 平均化，晶圓平坦度會被改善。基於這種觀點，本申請人， 係在使載具在圓周方向自轉之同時，使該載具以自中心偏 離之位置為中心而做圓周運動，而且，因應需要而使平台 在垂直旋轉軸之方向上移動之雙面研磨方法及裝置，藉由 曰本特願2004-127074號來提出專利申請。 可疋，當載具使對於平台實施這種含有徑向運動成分 之複合動作時，為了讓載具不自平台間脫離，必須使載具 外桎比平台外徑還要大很多。例如對於研磨⑽⑽爪晶圓之 380mm平台，必需要有超過5〇〇mm之載具。結果，載具在

2215-7542-PF 7 •1271263 平台周圍之懸吊量會很多。 題。而且，懸吊領域，當援過判斷會引起下列問 平台50到外側領域。肖第2圖來表示時，會成為自 作為半導體元件素材之 貝丨J厚产t I 〇ηπ 日日回厗度，係當愈大直徑化 ，_晶圓之標準厚度 曰曰囫研磨到此厚度之載 籀戸嘀丄士- 叙係〇· 75mm左右。在此 種厗4下，大直徑載具為 璃纖維強化之環氧樹月，卜機械性強渡，而以使用玻 告 軋树知荨尚剛性材料來製作。 當以這種大直徑而很薄 施複合動作時，因為自外二：具 平台間實 力，懸吊部會變形：亦即用齒輪所造成之外 在載具上時，載具會往板厚；=力：驅動用齒輪施加 吊部會產生板厚方向之負：、’果’在載具之懸 pa ' 田載具大部分被保持在平台 間時，即使承受板厚方向 是，當平台與载具之直徑差=，：具也:會變形。可 部侷限於載具中央部時 ^千口所致之拘束 形。結果，載具會頻繁地會因為板厚方向負荷而變 ^ ^載具懸吊部往;te厘t + 高，伴隨載具變形而產生具之剛性愈 生之負何愈會施加平台。結果，自 口“晶圓上之負荷會變得不穩定，而研磨精度會降 低0 個問題’有當載具係以玻璃纖維強化之環氧樹 月:時太伴隨著外周側之驅動用齒輪的驅動，會產生細微纖 、㈣末。前述纖維粉末會造成晶圓表面受傷而對研磨有不

2215-7542-PF 8 1271263 良影響。 、又，在重複使用載具中，保持晶圓之保持孔内表面會 1=1為與晶®磨擦而損傷。結果’載具必須在使用數十次後 更換。先前之載具在外周面必須形成齒輪而比較高價，所 以，因為更換所致之營運成本上升也無法忽視。

【發明内容】 【發明所欲解決的課題】 裝置 型， 磨精 本發明之目的，係提供一種使用於單載具式雙面研磨 ，而且即使是實施含有徑向成分之複合動作的大直徑 也能有效避免m吊部之變形及因變形所致之破損或研 度降低之雙面研磨用載具。 【用於解決課題的手段】

為達成上述目的’本發明之雙面研磨用載具係包括： 載具碟片，呈圓板狀，設有收容工件之工件收容孔；以及 支撑架，呈環狀，必須支樓前述載具碟片而設於前述載且 碟片的外周側，其壁厚比前述載具碟片還要厚，同時，驅 動用齒輪會咬合之齒部係形成在外周面。 本發明之雙面研磨用載具係使用於單載具方式及複合 運動方式之雙面研磨裝置，所以，相對於平台之懸吊量會 :大。可是，在設有收容工件之工件收容孔的圓板狀載具 碟片外周侧處’設置支揮載具碟片之厚壁支撐架，所以， 即使自驅動用齒輪施加旋轉扭力，該扭力會以厚壁支揮竿 來承受。因此，板厚方向之變形會被抑制。同日寺，外周側

2215-7542-PF 9 1271263 支擇架之尺寸，相對於1ιηπ]以下 1—，徑向寬度包含齒部係15_。 ”碟片厚度係例如 乂卜„，可為相對於内側之載具碟片為一體成 y或者，與内側之載具碟片為獨立分 — 支撐架為另一構件，能改 聋成。猎由使 產生纖維粉末之66尼龍等，==質，猎由變更成不 成不良影響。 “避面因為纖維粉而對研磨造 前述二糟Γ使支撐架為另一構件，可使載具碟片相對於 支；加二卸自如地被支標。藉此，可僅更換載具碟片， 用。藉由使支律架壁厚增加，能減少因為 間使用支^合所致之摩耗，使用壽命會延長。長期 載且榉Η :木’僅更換載具碟片’藉此，載具成本會降低。 要低係在外周面不具有齒部，所以比先前載具之 還要低。 當針對本發明雙面研磨用載具之尺寸說明時，被夾於 平台間之薄壁載具碟片外徑D2，係#將D11作平台直徑 寺（1.2〜1·8) XD1為適當值，而（1.3〜1.5) XD1會更 好^參照第2圖）。相對於平台直㈣卜當載具碟片夕曰卜徑 D 2並不特別大時’懸吊部會很小’該變形很小，所以不會 變成很大的問題。相對於平台直徑D1，當載具碟片外徑的 j j大時，其在研磨上無必要且不切實際，假如即使實現 這種載具’也無法充分抑制變形。 支撐术壁厚d2，係將載具碟片壁厚當作di，（ι〇〜3〇) Xdl為適當值’而（15〜2〇) Xdi會更好（參照第】圖）。

2215-7542-PF 1271263 相對於載具碟片壁厚dl，當支#_#d2 無法消除載具整體強度不足之問題，：:大時， 果不足。相對於載具碟片壁厚dl，當支揮¥=吏形之效 大時，重量及體積會增加，而很難處理。而且V2特別 上無必要且不切實際，假如即使實現這種載具’’ j研磨 :抑制變形。載具碟片壁厚dl係對應工件之 = 疋，在石夕晶圓之情形下，現在係0.7随左右。度來決 支撐架徑向寬度W(包含齒部之寬 載具碟片外…比率來表示，（。.〇5〜〇1)== 當值，而（0.07~0·08) XD2會更好。當 為、 窄時，無法消除載具整體強度不足之問題，二木1 太 形之效果不足。當支撐架寬度 以抑制该變 又W苁見時，重量及體積會增 :’而很難處理。會妨礙作為葉片式機械特徵之裝置小型 化0 載具碟片上表面之高度’可以與支撐架上表面同高， =矣比支撑架上表面還要低。在前者之情形下，供給到 載具表面之研磨液係往周圍被順暢排出，周圍的支撐架不 會變成阻礙研磨液汁原因。另外，在後者之情形下，供仏 到載具表面之研磨液係在載具碟片上停留，工件被該停留 的研磨液研磨。亦即，在後者之情形下，可在液中研磨。 在專利文獻1中記載的葉片式雙面研磨裝置中，雖狹 載具外周部為厚壁之構成’但是，要將使相對於平台同心 旋轉的載具相對於平台在徑向定位當做目的時，需使敌合 有平口之凹。p形成於載具上。因此’被厚壁外周部之薄壁

2215-7542-PF 11 1271263 部係與平台同一外 形也不會產生。又：即：；薄壁部不會自平台懸吊，變 些許，幾乎不會發揮壁部’其壁厚僅比薄壁部大 形成用於定位之平…：果：前述厚壁部之目的’僅為 人a用凹部。因此，血本發 磨用載具在用途、構成及作用效果都明顯不、同。 晶圓’係對於以1塊載具保持1塊 以！塊二Ϊ: 方法特別有效，但是，也可適用於 龙載八保持複數塊晶圓之多載具式雙面 【發明效果】 明雙面研磨用載具，係使用於以單載具方 载具實施包含徑向運動成分之複合動作的雙面研磨裝置上 之大直徑载具’同肖，在設有收容工件之工件收容孔的圓 板狀載具碟片外周側處’設置支撐前述載具碟片之厚壁環 狀支撐架’所以’能抑制很大懸吊部之變形，而能避免因 為該變形所致之破損或研磨精度降低。因此，具有能使大 直徑工件以低成本實施高精度雙面研磨之效果。 【實施方式】 以下，依據圖面來說明本發明之實施形態。第i圖係 表不本發明一實施形態之雙面研磨用載具的主要部縱剖面 圖；第2(a)圖係前述載具中載具碟片的俯視圖；第2(b) 圖係b-b線箭視剖面圖；第3 ( a )圖係前述載具中支撐架 的俯視圖，第3 ( b )圖係第3 ( a )圖的b-b線箭視剖面圖Ί 本實施形態之雙面研磨用載具，係包括由薄圓板所構 2215-7542-PF 12 1271263 成之載具碟片10、以及必 ..y r 為了支撐載具碟片10而安裝於其 外周側之環狀支撲架2〇。 _ . k 、 支撐架20係自載具碟片10分離 」、載m 〇以螺絲鎖固方式而裝卸自如地結合。 雙面研磨用載具’係用於3。〇咖晶圓，收容該晶 =固形工件收容孔u係設於載具碟片中心部。工件 :::?相對於載具碟片10，係位於同心位置或自中心 偏離少許之位置。在裁且 在載”碟片外周部處’為了與支撐架 ::疋’複數螺絲插通孔12，12係於圓周方向以既定間 運動=片係在上下平台間於垂直中心線之平面内 所以，全表面係相同壁厚。 成比晶圓研磨厚声」、此致w 雙与係被叹疋 時，載且磾片1二：厂 晶圓研磨厚度係。.775mm 載八碟片10之壁厚係選擇〇 7 磨最終階段為止’既定負荷會施加在晶圓之雙面到研 為了賦予充分的機械性強度（剛性） 碟片1。上’其材質係使用例如以玻璃纖維強化== (GFRP)等。除此之外，也可 f化之^乳樹脂 載且磾κ ιη 也了使用⑽或SK材料等金屬。 載碟片10之外徑D2，係以上下平台間 動量，尤其是盥中心鉦千古 士 載，、運 定。外"2,… 表面内之徑向運動量來決 二2係例如相對於300inra強之工 擇—當徑向運動量很小時’可使栽:孔二 1〇之外徑D2 ㈣動^大時’也必需加大載具碟片 支撐架2〇,係安裝在載具碟片10外周部之環體。前

2215-7542-PF 13 !271263 述支撐架20，係被設計成比載具碟片1 〇還要厚很多，例 如當載具碟片壁厚〇·75πηπ時，其被設計成l〇mm左右。 又’徑向寬度W，係例如被設計成2〇min左右，以使與壁厚 d2皆能確保充分之本身強度。 在支撐架20外周面處，組合到複數驅動用齒輪3〇之 齒部21係涵蓋全圓周設置。在支撐架2〇内面（使用時係 朝下之面）處，設有載具碟片1〇外周緣部會嵌合之環狀凹 部22。伴隨設置環狀凹部22,在其表面側設有當作載具碟 片1〇支撐部之環狀凸部23。於環狀凸部23處，設有貫穿 i厚方向之複數螺孔24, 24。複數螺孔24, 24之配置，係 與載具碟片10螺絲插通孔12，12之配置一致。 s支撐架20壁厚d2係1 Omm時，環狀凹部22深度係 例如4mm。在此情形下，環狀凸部23的壁厚為6随。 關於支撐架20之材質，因為尺寸限制很少，所以很容 易確保機械性強度，在材質選擇上之之自由度很大。舉一 _例況明時，可抓用強度比較高而廉價，即使與驅動用齒輪 30相咬合也不會產生纖維粉末之66尼龍。除此之外，也 可使用聚碳酸酯、P V C等樹脂或不銹鋼等金屬。 此種雙面研磨用載具，係使載具碟片10外周緣部嵌入 支撐架20環狀凹部22,以螺絲40固定在環狀凸部23而 在雙面研磨中，使晶圓收容在載具碟片1〇之工件收容 孔11，於此狀態下，使載具碟片10被夾入上下平台5〇(參 照第2圖）間，藉由自外周側咬合到支撐架2〇齒部21之 2215-7542-PF 14 1271263 複數驅動用齒輪30,使载具在圓周方 數驅動用齒輪30同步旋轉，藉 ：：。同時，使複 之筮1 ·番說士、々人丄 秋具係實施在圓周方向 之第1運動中溶入含有徑向運動。 動。結果，晶圓平坦度會提高。 第2運動的複合運 轉扭具係承受自外周側複數驅㈣絲3G來之旋 動，合產與平台'比較下其直徑較大，藉由徑向運

為薄i -^大之懸吊量。保持晶圓之載具碟片10雖然 為薄壁’猎由以外㈣厚壁之支撐架2()的支撐， 分之剛性。因此，在懸吊部上， b ^ 因為自驅動用齒輪30施加 方疋轉扭力所致之壁厚方向變形幾乎不產生。 藉此，能防止因為載具變形所致之破損。具體說來， ^明人確認到：當3〇〇韻晶圓之葉片式雙面研磨時，愈 全面專厚度之載具相比較下，破損頻率係01%以下。又， 免因為自平台50施加到晶圓之負荷所致之變形現 象’精由該負荷之穩定化，研磨精度能更加提高。 又’在本實施形態之雙面研磨用載具中，藉由被支樓 架20環狀凸部23包圍，在載具碟片1〇上會產生圓形凹部 14。在研磨時供給的研磨液會積存在前述圓形凹部η。結 果’也能對應晶圓在液中研磨。 又，藉由使用於驅動載具之齒部21的厚度變大，與驅 動用齒輪30之接觸厚度會增大。結果，能抑制兩者之摩 耗，載具之壽命會延長。當載具整體很薄而齒部厚度很小 $ :齒部之摩耗會很激烈。x，前述齒㈣局部與驅動用 齒輪30抵接，所以，驅動用齒輪30之摩耗會變得很激烈。

2215-7542-PF 15 Ί271263 容孔载具碟片1〇之壽命，與先前相同地，因為工件收 Γ1二内周面會損傷，所以會有使用極限。在此情形下， 自支撐架20取下載且磔y 1Λ t 撐芊 。碟片10，與新物件更換。藉此，支 呈磾片^ ，僅更換載具碟片1G就能再使用。載 =，係與停滞的载具不同，在外周面不具有齒部， 本二I 因此’與先前載具相比較下，更換所需成 的載2 Γ使用在本發實施形g雙面研磨用載具 碟片的俯視圖。與前述載具碟心相比較下，在工

周圍設置複數小孔13，13係其差異點。小孔 :二係促進研磨液之排出。亦即，支撐架20上表面即使 排二載具碟片10上表面還要高，也能促進研磨液之 。研磨液排出之優點’在於能經常以新的研磨 來貫施研磨，研磨時間會縮短，研磨面之品質能夠提J 同樣的功能，係使支擋& 9 Λ L t π π 叉棕木20上表面與载具碟片10上 二二或者設定成比載具碟片10上表面還要低之位 磨置；：可獲得相同效果。藉由兩者之組合，能更加促進研 之載具碟片10上排出。只是，因為研磨種類 會較喜歡前述之液中研磨。 第5圖係使用在本發明又—實施形態雙面研磨用載且 的載具碟片的俯視圖。與前述載具碟片1Μ目比較下，1 複數工件收容孔11係其差異點。於此，為了使3塊二随 晶圓同時研磨，使内徑200mm強的3個工件收容孔u工 在中心周圍等間隔。平台直徑D1，係比晶圓直徑還要1二1

2215-7542-PF 16 1271263 許，其為23 0〜240mm。載具碟片10外徑D2及支撐架2〇尺 寸係與到目前為止的實施形態相同。 如此一來，當使支撐架20自載具碟片1〇分離時，即 使改隻栽具種類，也能共用支撐架2 〇，其優點很多。 【圖式簡單說明】 第1圖係表不本發明一實施形態之雙面研磨用載具的 主要部縱剖面圖。 第2(a)圖係前述載具中載具碟片的俯視圖；第2(b) 圖係b-b線箭視剖面圖。 第3(a)圖係前述載具中支撐架的俯視圖；第3(b) 圖係第3 ( a )圖的b—b線箭視剖面圖。 第4圖係使用在本發明另一實施形態雙面研磨用載具 的載具碟片的俯視圖。 第5圖係使用在本發明又一實施形態雙面研磨用載具 g 的載具碟片的俯視圖。 【主要元件符號說明】 10載具碟片 11 工件收容孔 螺絲插通孔 13小孔 2〇支樓架 21 齒部

2215-7542-PF 17 1271263 22 環狀凹部 23 環狀凸部 24 螺孔 30 驅動用齒輪 40 螺絲 50 平台

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Claims (1)

1. I271263 十、申請專利範圍： 1· 一種雙面研磨用載具，包括： 載具碟片，呈圓板狀，設有收容工件之工件收容孔； 以及 支撐架，呈環狀，必須支撐前述載具碟片而設於前述 栽具碟片的外周侧，其壁厚比前述載具碟片還要厚，同時， 驅動用齒輪會咬合之齒部係形成在外周面。 2广申請專利範圍帛i項所述之雙面研磨用載具，其 ^，前述支撐架係與前述載具碟片獨立存在之另一構件， 裝卸自如地支撐前述載具碟片。 ^如申請專利範圍第2項所述之雙面研磨用載具，其 中’刖述支撐架係以與前述載具碟片不同材質來構成。 ^如申睛專利範圍第i項所述之雙面研磨用載具，其 I’前述載具碟片上表面係位於與前述支撐架上表面同一 南度或比其還要高之位置。 • L如申請專利範圍第1項所述之雙面研磨用載具，其 中’前述載具碟片上表面係位於與前述支撐架上表 低之位置。 6.-種半導體晶圓之研磨方法，使用巾請專 1至5項中任-項所述之雙面研磨用載具。 2215-7542-PF 19