TWI411030B - 晶圓研磨機之加工品質判斷方法及晶圓研磨機 - Google Patents

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Description

晶圓研磨機之加工品質判斷方法及晶圓研磨機
本發明係關於一種晶圓研磨機之加工品質判斷方法及晶圓研磨機。
近幾年半導體裝置之整合與封裝有不斷向更高遞增的趨勢，而半導體晶片(晶粒)之厚度已相對應地予以減小。因此，在切割之前，該晶圓之背面係藉由一研磨裝置予以研磨。在該晶圓背面研磨程序中，該晶圓之前表面藉由一貼附於其上的保護帶予以保護。
進一步，拋光經研磨之該晶圓的背面以消除變形已經成為普遍的做法。
在晶圓空白處較堅硬且難以研磨的狀況下，舉例而言，可能造成諸如"表面燒傷"或"毛邊"的研磨缺陷，由此較難得到理想的研磨程序。
有鑒於此，日本未經審查專利公開案第2007-301665號提出具有一研磨石之一研磨輪，該研磨石是由混合有研磨金剛砂與微金屬球的一樹脂黏合劑形成。
與其他稍微軟的物體接觸之該等金屬球在該等研磨金剛砂與該晶圓之間作為一緩衝器，且另一方面由於高熱傳導率而具有一冷卻功能。與藉由該等球形金屬球之掉落轉而引發該等金剛研磨砂之掉落而產生的削切功能相耦合的這些功能可在不產生表面燒傷與毛邊的狀況下，對於較難研磨物質之晶圓產生一高效率的研磨操作。
日本未經審查專利公開案第2007-301665號未揭示該晶圓之背面係予以監控，以執行理想的研磨程序。
在非理想之研磨繼續的情況下，未能避免一產品缺陷且產量減少。
本發明經提出以改進上述問題，且其目的為提供一種晶圓研磨機之加工品質判斷方法及晶圓研磨機，其中該晶圓背面係經研磨，同時對基於一研磨裝置之進給量的該晶圓厚度與實際測量的該晶圓厚度進行比較，由此判斷一加工故障，諸如該研磨表面之表面燒傷，以防止發生一產品缺陷。
為達到上述目的，依照本發明之第一態樣，係提供一加工品質判斷方法用於靠著該晶圓之背面進給及擠壓該研磨裝置，由此研磨該晶圓之背面，其中該晶圓研磨程序以下列方式予以監控，其中一方面從該研磨裝置之進給量獲取該晶圓厚度，且另一方面被恰當地實際測量，及將基於該研磨裝置進給量之該晶圓厚度與基於實際測量值之該晶圓厚度被相互比較，由此判斷該晶圓之研磨表面的加工品質，以致當判斷該加工程序發生故障時，發出一指令以停止該研磨操作。
因此，在該晶圓研磨程序中，可即時判斷一晶圓加工故障，且可立即發出一加工停止指令以防止一產品缺陷。
依照本發明之第二態樣，提供一加工品質判斷方法，其中該晶圓厚度係藉由基於一接觸型感測器之一接觸型晶圓厚度偵測裝置而予以偵測。
即時產生的該晶圓厚度之精確偵測造成一高精確加工品質判斷。
依照本發明之第三態樣，係提供一研磨機，其包括一研磨裝置用於固定與研磨一晶圓，一進給裝置用於饋送該研磨裝置以進行研磨操作，一偵測裝置用於如所需而實際測量該晶圓厚度，一運算單元，其藉由該進給裝置恰當地對該研磨裝置之進給位置進行監控並計算該研磨裝置之進給量，一獲取單元用於基於該進給量決定相應於該進給量之該晶圓厚度，及一加工品質判斷單元，其用於對相應於該進給量之該晶圓厚度與從該偵測裝置被擷取到之作為一測量信號的該晶圓之實際測量值進行比較，由此判斷該晶圓之研磨表面的加工品質，並當判斷到一加工故障時，發出一指令以停止該研磨操作。
從而可獲取相應於該研磨裝置之進給量的該晶圓厚度。如所需要，被獲得之該晶圓厚度係與實際測得之該晶圓厚度進行比較。
在發生一加工缺陷(諸如一表面燒傷)的情況下，相較於該研磨裝置之進給量，該仍待研磨之背面區域係增加，且該晶圓之實際測量值導致一差值。
一加工故障可從該實際測量值之偏差而被簡單掌握。
藉由對基於該研磨裝置之進給量的該晶圓厚度與該晶圓厚度之實際測量值進行相互比較，及決定二者間的差值，從而，可判斷一加工故障及發出一指令，以停止該背面研磨程序。
本發明可由本發明下文所提出之較佳實施例的描述以及所附圖示而更充分地予以理解。
圖1顯示一半導體晶圓研磨機1之一實例。該半導體晶圓研磨機1(其在下文中被稱為該研磨機1)包含一固定裝置(稍後描述)用於固定一晶圓2，一研磨裝置3用於研磨該晶圓2，及一進給裝置4用於推進該研磨裝置3以進行研磨操作。
如圖2所示，該晶圓2配置有一保護膜5，其附接於(舉例而言)形成有一電路圖案2c的表面2a上。附帶地，該晶圓2可替代地被如此配置，以使該保護膜5附接於形成有電路圖案2c的該前表面2a上，且一支撐基底構件(未顯示)可被進一步附接於其上。
晶圓2藉由一固定裝置而予以固定，舉例而言，該固定裝置是由一未顯示的吸附板(晶圓座)構成，此吸附板是位於藉由一馬達6旋轉之一轉臺7的上表面上。附帶地，該轉臺7係以一圓盤形狀形成，且於其下表面上，該馬達6之輸出軸8被安裝在作為該轉臺7之中央軸的相同軸上。該轉臺7藉由該馬達6之驅動力而沿著箭頭A之方向旋轉。
晶圓2之厚度係藉由稍後描述之一裝置而予以測量。在該研磨程序之前，舉例而言，該晶圓2之厚度t1約為750μm且該保護膜5之厚度約為100μm。
稍後描述之該研磨裝置3係藉由該進給裝置4而予以推入，且被保持與該背面2b相接觸，其構成晶圓2之待研磨表面，從而該晶圓2被研磨至一預定較小厚度，其約為30μm。
該研磨裝置3經配置在一實質L形壓頭10之前端，該壓頭直立於該機體9，且安裝於可在方向Z上往復之該進給裝置4上。
具體地，該研磨裝置3具有一研磨石13，其安裝在該馬達11之輸出軸12之前端，該馬達11藉由組成該進給裝置4之軸部分(稍後描述)而在軸向移動。在此程序中，該馬達11之輸出軸12被安裝在作為該研磨石13之中央軸的相同軸於該研磨石13之上表面，且藉由該馬達11之驅動力沿箭頭B之方向旋轉。
該研磨石13係用於研磨該晶圓2之背面2b，該晶圓2係藉由吸附於該轉臺7上而予以固定，且(舉例而言)係由一金剛石以及作為耦合材料之一液體黏合劑所形成。由於使用作為耦合材料之一液體黏合劑，該研磨石獲取彈性，其可在該研磨石13與與該晶圓2彼此接觸時緩和衝擊。從而，該晶圓2之背面2b能被加工到一高精確度。該研磨石13具有磨削部分13a，其與藉由吸附於該轉臺7而固定之該晶圓2的背面2b成相對關係。
其次，用於在研磨該晶圓2時推進該研磨裝置3的進給裝置4包含一滾珠螺桿14等。該滾珠螺桿14藉由一馬達(未顯示)予以驅動而通過一進給控制單元(稍後描述)。接著，該研磨石13可在方向Z上相對於該晶圓2而移動。藉由推進該研磨石13與該晶圓2之背面2b加壓接觸，因此，該晶圓2之背面2b可藉由該研磨石13予以研磨。
該滾珠螺桿14係固定於一L形壓頭10。雖然依照本實施例該壓頭10為一固定型，但是其可替代地為可移動型。
如上述配置之該研磨機1包含一偵測裝置15，其如一功率調節器而作為一控制系統，用於在研磨程序中即時偵測藉由吸附於該轉臺7而固定之該晶圓2的厚度，從而測量該晶圓2之厚度。該偵測裝置15之一實例為一接觸型厚度偵測裝置，其係基於一接觸型感測器(諸如一處理中(in-process)量規)。
該處理中量規具有一接觸器作為一探針，其變化藉由一差動變壓器而轉換為一電壓信號，且基於如此轉換的該電壓信號，在該轉臺7之上表面與該晶圓2之背面2b之間的距離(P1-P2)，亦即，該晶圓2之厚度係予以即時測量。
一非接觸型感測器也作為該偵測裝置15使用。
具體而言，一非接觸型感測器以下列方式操作，其藉由利用該紅外光透射通過該等金屬、玻璃與塑膠之性質對該紅外光在該晶圓2與該保護膜5之間的邊界表面之反射時間進行測量。如圖2所示，該IR(紅外線)感測器可被用於測量該單元晶圓之厚度t1。
此IR感測器係包含於該研磨機1，以組成一控制系統，其連同一資料分析器、具有一探針之階段單元或一功率調節器，未顯示。
該研磨機1之一控制系統係配備有一控制單元16，其包含一進給控制單元17、一運算單元18用於從控制該進給裝置4之馬達的進給控制單元17中擷取與該馬達之操作量相關的一信號，由此計算該研磨裝置3之進給量(於Z方向上之進給座標值)、一獲取單元19其用於決定相應於該進給量之晶圓2的厚度，及一加工品質判斷單元20其用於對相應於該進給量之晶圓2的厚度與從用於實際測量該晶圓2之厚度的偵測裝置15中所擷取到的實際測量(P1-P2)信號值進行比較，由此判斷該晶圓2之研磨表面的加工品質，並當判斷到一加工故障時，發出一指令以停止該背面研磨操作。
該運算單元18從在研磨程序之最初階段中該研磨裝置3的位置(座標值Zo)與自該加工程序開始起經過之任意時間t之進給位置(座標值Zt)之間的差值|Zo-Zt|來決定該進給量。
另一方面，該獲取單元19舉例而言從預先儲存的資料中擷取相應於|Zo-Zt|之晶圓2的厚度。
在該加工品質判斷單元20中，決定該差值Δ=|Zo-Zt|-|P1-P2|以對相應於該進給量之該晶圓2的厚度與從該偵測裝置15中擷取到的該晶圓2之厚度的實際測量值(P1-P2)進行比較，及監控該值Δ是否在一預定範圍內。具體而言，在該研磨程序中若有該值Δ之一變化則(舉例而言)由於某些原因或其他原因而未能藉由該研磨石13來研磨該待加工晶圓2之背面2b，且一加工故障(諸如一表面燒傷)可被認為已經發生。
隨後，在偵測到該值Δ之一變化時，該加工品質判斷單元20可發出一指令以停止該研磨機1之操作。
關於具有上述構造之該研磨機1，該研磨程序及在該研磨程序中執行的該加工品質判斷程序係於下文中解釋。
首先，如圖2所示，貼附於待加工晶圓2之表面2a的保護膜5係朝下配置，且該晶圓2係固定於該轉臺7之上表面。
接著，一方面該晶圓2藉由該馬達6予以旋轉，而另一方面安裝於該壓頭10前端之該進給裝置4上的該研磨裝置3之研磨石13係藉由該馬達11予以旋轉。隨後，該進給控制單元17發出一控制指令，以供電給該馬達，以使該滾珠螺桿14被驅動以向下移動該研磨石13。
該研磨石13之磨削部分13a係與該晶圓2之背面2b接觸，且該研磨石13藉由相當於該轉臺7之每一旋轉的一預定削切量之距離而向下移動，由此研磨該背面。
在上述背面研磨程序中，該研磨機1之控制系統以下列方式操作，即與該晶圓2之背面2b接觸的該研磨石13之磨削部分13a的位置(於Z方向之座標值)係從該進給控制單元17予以擷取而適當地作為自該研磨程序開始起與該馬達操作量相關的一信號，以使該研磨裝置3之該進給量|Zo-Zt|(於Z方向之進給座標值)藉由該運算單元18予以計算。
隨後，對應於該進給量|Zo-Zt|之該晶圓2的厚度係藉由該獲取單元19從該預先儲存的資料中取得。
在該加工品質判斷單元20中，決定該差值Δ=|Zo-Zt|-|P1-P2|，以對相應於該進給量之晶圓2厚度與從該偵測裝置15中擷取的該晶圓2厚度之實際測量值(P1-P2)進行比較，且監控該值Δ是否在一預定範圍內。
在該程序中該值Δ經歷一變化的情況下，舉例而言，由於某些原因該待加工晶圓2之背面2b未能藉由該研磨石13予以研磨，且該加工品質判斷單元20決定諸如一表面燒傷之一加工故障已經發生。
隨後，基於該值Δ之變化，該加工品質判斷單元20可發出一指令，以停止該研磨機1之操作，並停止該加工程序。
以此方式，一加工故障可在該加工程序之階段被發現，且因此，可藉由停止該加工操作以防止一產品缺陷。
當該背面2b之研磨操作正常完成時，從該晶圓2移回該研磨石13，且停止該馬達11，以停止該研磨石13之旋轉。從而，結束該研磨機1之該研磨程序。
在該研磨程序之後，該晶圓藉由一拋光機(未顯示)予以拋光，且該晶圓2被保持固定於該轉臺7，以消除該受損層等。因此，可防止該晶圓2之受損，如一過度破裂。該完全拋光之晶圓2係從該轉臺7移開，並被傳送至下一步驟，諸如塗佈或切割之晶圓處理步驟。
如上所述，在根據本實施例之晶圓2的研磨機1，對基於該研磨裝置之進給量的晶圓厚度與在該加工過程中即時實際測量到的該晶圓厚度進行比較。因此，可立即偵測到該加工故障，諸如該研磨表面之一表面燒傷，且可藉由發出一加工停止指令以防止一產品缺陷。
現在，圖3與4顯示該研磨石之該進給座標值(變換值)與藉由一接觸型厚度偵測裝置測量到的該晶圓厚度值(實際測量值)之間的關係。
圖3顯示該研磨程序正常執行之狀態，且圖4顯示該研磨程序未正常執行之狀態。
如可從圖3與4容易理解，只要該研磨程序係正常執行，該偏差係於該進給座標值(變換值)與藉由一接觸型厚度偵測裝置測量到的該晶圓厚度值(實際測量值)之間被最小化，且因此，該值Δ可被保持於一最小值。因此，假定該值Δ小於一預定值(20μm)，舉例而言，該加工程序可被判斷為令人滿意的。
如果發生一加工故障(諸如一表面燒傷)，可以理解的是一偏差發生於該進給座標值(變換值)與藉由一接觸型厚度偵測裝置測量到的該晶圓厚度值(實際測量值)之間，且該值Δ隨時間遞增。此狀態可被判斷為一加工故障，如一表面燒傷。
本發明並非必然受限於上述實施例。
作為該偵測裝置15之處理中量規，舉例而言，可由能測量固定於該轉臺7之該晶圓2的背面位置之任一其他測量裝置代替。
上述實施例也代表一種情況，其中該IR感測器係作為組成該偵測裝置15之非接觸型偵測裝置的一實例。然而，若有可能，任何其他非接觸型感測器或接觸型感測器能夠在該研磨程序中測量作為一單元之該晶圓2之厚度t1可帶有相同功效而予以使用。
雖然本發明已藉由參照經選擇以用於闡釋之目的之具體實施例予以描述，對熟習此項技術者來說，顯而易見的是可在不脫離本發明之基本概念與範圍的狀況下對其作許多修改。
1．．．晶圓研磨機
2．．．晶圓
2a．．．前表面
2b．．．背面
2c．．．電路圖案
3．．．研磨裝置
4．．．進給裝置
5．．．保護膜
6．．．馬達
7．．．轉臺
8．．．輸出軸
9．．．機體
10．．．L形壓頭
11．．．馬達
12．．．輸出軸
13．．．研磨石
13a．．．磨削部分
14．．．滾珠螺桿
15．．．偵測裝置
16．．．控制單元
17．．．進給控制單元
18．．．運算單元
19．．．獲取單元
20．．．加工品質判斷單元
圖1為顯示該等基本部分之一系統構造之一圖式，其根據本發明作為一實例以解釋該晶圓研磨機之加工品質判斷方法。
圖2為該等基本部分之一放大截面圖，其用於解釋圖1所示之該待研磨晶圓之一實例及為測量其厚度之一技術。
圖3為一圖表，其顯示在令人滿意的研磨程序期間，該研磨石之進給座標值(轉換變換值)與藉由一接觸型厚度偵測裝置所測得的該晶圓厚度(實際測量值)之關係的一實例。
圖4為一圖表，其顯示在發生一加工故障時，該研磨石之該進給座標值(轉換變換值)與藉由一接觸型厚度偵測裝置所測得的該晶圓厚度(實際測量值)之關係的一實例。
1．．．晶圓研磨機
2．．．晶圓
3．．．研磨裝置
4．．．進給裝置
6．．．馬達
7．．．轉臺
8．．．輸出軸
9．．．機體
10．．．L形壓頭
11．．．馬達
12．．．輸出軸
13．．．研磨石
13a．．．磨削部分
14．．．滾珠螺桿
15．．．偵測裝置
16．．．控制單元
17．．．進給控制單元
18．．．運算單元
19．．．獲取單元
20．．．加工品質判斷單元

Claims (4)

  1. 一種用於研磨一晶圓之背面的一晶圓研磨機之加工品質判斷方法，該晶圓研磨機具有被推進而抵壓該晶圓之該背面的一研磨裝置，且前述加工品質判斷方法包含：於研磨程序期間，計算出該研磨裝置之進給量；於該研磨程序期間，從預先儲存的資料獲取晶圓厚度，該晶圓厚度係相應於該研磨裝置之該進給量；於該研磨程序期間，測量實際的晶圓厚度；對相應於該研磨裝置之該進給量的該晶圓厚度與該實際的晶圓厚度進行比較；及於該研磨程序期間，監控相應於該研磨裝置之該進給量的該晶圓厚度與該實際的晶圓厚度之間之差是否在特定的範圍內，而判斷該晶圓之該背面的加工品質。
  2. 如請求項1之晶圓研磨機之加工品質判斷方法，其中該實際的晶圓厚度係藉由一基於接觸型感測器之接觸型晶圓厚度偵測裝置而被測量。
  3. 一種晶圓研磨機，其包含：一研磨裝置，其用於固定與研磨一晶圓；一進給裝置，其用於推進該研磨裝置以進行研磨操作；一偵測裝置，其用於於該研磨程序期間測量實際的晶圓厚度；一運算單元，其用於於該研磨程序期間計算該研磨裝置之進給量； 一獲取單元，其用於於該研磨程序期間從預先儲存的資料獲取晶圓厚度，該晶圓厚度係相應於該研磨裝置之該進給量；及一加工品質判斷裝置，其用於對相應於該研磨裝置之該進給量的該晶圓厚度與藉由該偵測裝置測量到的該實際的晶圓厚度進行比較，並且於該研磨程序期間，監控相應於該研磨裝置之該進給量的該晶圓厚度與該實際的晶圓厚度之間之差是否在特定的範圍內，而判斷該晶圓之該背面的加工品質。
  4. 如請求項3之晶圓研磨機，其中該偵測裝置係構成為相應於一接觸型感測器而測量該實際的晶圓厚度。
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