TWI740606B - 工件的兩面研磨方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的目的在於提供工件的兩面研磨方法，可以有意圖地控制工件的外周形狀。
本發明工件的兩面研磨方法，其中，具有支撐工件的1個以上的支撐孔之輸送板(carrier plate)在上述支撐孔中支撐上述工件，進行上述工件的兩面研磨，上述方法包括取得上述支撐孔的內周徑與上述工件的邊緣下降(edge roll-off)量的關係之步驟；根據預期的邊緣下降(edge roll-off)量以及取得的上述支撐孔內周徑與上述工件的邊緣下降(edge roll-off)量間的關係，決定上述支持孔內周徑的步驟；以及使用具有決定的內周徑的上述支撐孔的上述輸送板，進行上述工件的兩面研磨的步驟。
Description
本發明係有關於工件的兩面研磨方法。
供研磨的工件典型例即矽晶圓等的半導體晶圓的製造中，為了得到更高精度的晶圓平坦度品質、表面粗糙度品質，一般採用同時研磨晶圓正反面的兩面研磨步驟(例如，專利文獻1)。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2014–2467號公報
[發明所欲解決的課題]
可是，要求根據其用途等種種控制晶圓形狀，例如，進行磊晶成長的情況下，尤其成長4μm(微米)以上的膜厚的磊晶層之際，有時候最好有意圖地下降晶圓外周。
這樣的情況下，例如，透過使用硬度低的研磨墊進行兩面研磨，根據研磨墊的彈性變形，考慮有意圖地下降晶圓外周等。
但是，使用硬度低的研磨墊時，恐怕有晶圓全面的平坦度(例如，GBIR)下降等的問題產生。因此，要求其它可以有意圖地控制晶圓外周形狀的手法。於是，這樣的問題，不只是晶圓，提供給兩面研磨的工件中一般也會產生。
本發明的目的在於提供工件的兩面研磨方法，可以有意圖地控制工件的外周形狀。
[用以解決課題的手段]
本發明的要旨構成，如下：
本發明工件的研磨方法係工件的兩面研磨方法，具有支撐工件的1個以上的支撐孔之輸送板(carrier plate)在上述支撐孔中支撐上述工件，進行上述工件的兩面研磨，上述方法的特徵在於包括：
取得上述支撐孔的內周徑與上述工件的邊緣下降(edge roll-off)量的關係之步驟；
根據預期的邊緣下降(edge roll-off)量以及取得的上述支撐孔內周徑與上述工件的邊緣下降(edge roll-off)量間的關係，決定上述支持孔內周徑的步驟；以及
使用具有決定的內周徑的上述支撐孔的上述輸送板，進行上述工件的兩面研磨的步驟。
在此，所謂「roll–off(下降)」，係指工件外周部下垂，外周部厚度減少。所謂「下降量」，係工件外周部的下垂量，邊緣下降量越大，工件外周部的下垂越大，因此意味外周部的厚度越薄。
作為「邊緣下降量」的指標，例如可以使用ESFQR。所謂「ESFQR」，係指示SEMI規格規定的晶圓平坦度之指標，關於晶圓全周的周緣區域中形成的扇形(離晶圓外周30mm(毫米)的範圍往圓周方向72等分)各區域的晶圓厚度，透過算出離最小平方法求出的基準面之最大變位量絕對值和求出。「ESFQRmax」，係其中最大值。但是，工件是晶圓的情況下等，因為外緣有可能去角，例如，可以將離外周緣往徑方向1mm的區域除外作為除外區域。
外周緣下降的晶圓中，「ESFQR」越大，意味「下降量」越大。
又，「內周徑」，係支撐孔的內周面(例如樹脂製的)具有***物時，稱作上述***物的內周徑。
在此，上述邊緣下降量，最好是固定尺寸狀態下的邊緣下降量。
所謂「固定尺寸狀態」，係指直到工件厚度與輸送板的厚度相同為止，兩面研磨工件的狀態。
一般，兩面研磨中，因為使用彈性體的研磨墊同時研磨工件的正反面，如圖5的狀態A〜狀態C所示，研磨工件(圖5中，顯示為晶圓)下去。即，如圖5所示，研磨初期(狀態A)中，工件的全面形狀，係上凸形狀，工件外周也看到大的下垂形狀，邊緣下降量變大。此時，工件厚度比起輸送板厚度足夠厚。進行研磨時(狀態B)，工件全面形狀，成為大致平面形狀，晶圓外周的邊緣下降量變小。此時，工件厚度與輸送板厚度，大致相等。之後，進行研磨時(狀態C)，工件形狀漸漸形成中心部凹下形狀，工件外周成為上升形狀。狀態C中，輸送板厚度，成為比工件厚度厚的狀態。上述狀態B係固定尺寸狀態。
又，上述決定的內周徑，最好比上述工件的直徑大1mm〜5mm。
又，上述兩面研磨使用研磨墊進行。
上述研磨墊的表面硬度(ASKER C)最好是70〜90。
在此，「研磨墊的表面硬度(ASKER C)」是以ASKER C硬度計測量的。
又，上述工件，最好是矽晶圓。
又，更包含取得上述支撐孔的內周徑與上述工件的端面表面粗糙度的關係之步驟；
決定上述支撐孔內周徑的步驟中，上述支撐孔的內周徑，最好根據預期的上述工件端面表面粗糙度以及取得的上述支撐孔內周徑與上述工件端面表面粗糙度的關係決定。
[發明效果]
根據本發明，可以提供工件的兩面研磨方法，可以有意圖地控制工件的外周形狀。
以下，關於本發明的實施形態，參照圖面詳細例示說明。
＜工件的兩面研磨裝置＞
圖1係本發明的一實施形態的工件兩面研磨方法中使用的一兩面研磨裝置例概略圖。
兩面研磨裝置100，除了支撐孔1的內周徑以之後敘述的手法決定的點之外，可以與工件(晶圓W)的兩面研磨中通常使用的兩面研磨裝置形成相同構成。以下，說明關於其一例。
如圖1所示，本實施形態的工件的兩面研磨裝置100，具有1個以上(圖示例中1個)的輸送板2，輸送板2具有支撐工件(本實施形態是晶圓W(例如矽晶圓))的1個以上(圖示例中1個)的支撐孔1。
如圖1所示，本例的兩面研磨裝置100，包括：旋轉平台3，具有上平台3a以及其對向的下平台3b；太陽齒輪4，設置在旋轉平台3的旋轉中心部；以及內齒輪5，圓環狀設置在旋轉平台3的外周部。
如圖1所示，上下的旋轉平台3的對向面，即上平台3a研磨面的下面側以及下平台3b研磨面的上面側上，分別黏貼研磨墊6。
又，如圖1所示，輸送板2，設計在上平台3a與下平台3b之間。又，圖示例中，此兩面研磨裝置100，只有1個輸送板2，但具有複數輸送板2也可以，又，支撐孔1的數量也只要1個以上，2個以上也可以。圖示例中，支撐孔1中支撐工件(晶圓W)。
本例中，對兩面研磨裝置100的研磨提供的工件(晶圓W)直徑，是300mm，但不限定於此情況。又，工件是晶圓W的情況下，不特別限定晶體方位、導電型等。
在此，兩面研磨裝置100，係透過旋轉太陽齒輪4與內齒輪5，可以使輸送板2公轉運動及自轉運動的行星運動之行星齒輪方式的兩面研磨裝置。即，一邊供給研磨液，一邊使輸送板2行星運動，透過同時對輸送板2相對旋轉上平台3a與下平台3b，滑動上下的旋轉平台3上貼附的研磨墊6與輸送板2在支撐孔1中支撐的工件(晶圓W)兩面，可以同時研磨工件(晶圓W)兩面。
在此，本實施形態中，研磨墊6的表面硬度(ASKER C)最好是70〜90。
又，輸送板2的內周面，包括(例如樹脂製的)***物也可以，不包括也可以。
如之後敘述，輸送板2的支撐孔1內周徑，經由既定步驟決定，但上述內周徑，最好比工件直徑大1mm〜5mm。本例中，因為工件是直徑300mm的晶圓，輸送板2的支撐孔1內周徑，最好是301〜305mm。
＜工件的兩面研磨方法＞
圖2，係本發明的一實施形態的工件兩面研磨方法流程圖。
如圖2所示，本實施形態的工件兩面研磨方法中，首先，取得支撐孔1的內周徑與工件(晶圓W)的邊緣下降量的關係(步驟S101：第1步驟)。
在此，詳細說明支撐孔1的內周徑與工件(晶圓W)邊緣下降量的關係。圖3，係顯示輸送板的支撐孔內周徑與ESFQRmax的關係圖。又，如上述，ESFQR，係邊緣下降量指標之1。圖3的ESFQR，表示固定尺寸狀態中的ESFQR。關於圖3的實驗細節，之後在實施例中敘述。
本發明者們，為了解決上述課題專心研討的結果，如圖3所示，隨著輸送板的支撐孔內周徑變大，判明邊緣下降量(圖3中是ESFQRmax)變大。
在此，研磨初期(圖5的狀態A)中，因為晶圓厚度比輸送板厚度厚，晶圓外周部以有彈性的研磨墊直接研磨。從那兒起進行研磨，晶圓厚度變得與輸送板厚度同程度起來時，晶圓外周部成為由輸送板保護，研磨墊對晶圓外周部的作用減少，相對地晶圓中央部研磨量變大，晶圓變得平坦(狀態B)，之後，晶圓厚度變得比輸送板厚度薄時，晶圓外周部由輸送板保護的同時，因為晶圓中央部的研磨進行，晶圓中央部成為凹下的形狀(狀態C)。
由此可見，支撐孔內周面與工件(晶圓W)的間隙變大時，上述晶圓外周部由輸送板保護，外周部研磨量降低的效果變小，又，支撐孔的內周徑越大，研磨液的介入量越多，由於促進研磨等，透過研磨率及蝕刻力增大，隨著輸送板的支撐孔內周徑變大，認為邊緣下降量變大。
這樣，支撐孔1的內周徑與工件(晶圓W)的邊緣下降量有相關關係，具體地，如上述，具有隨著輸送板的支撐孔內周徑變大邊緣下降量變大的關係。
因此，步驟S101(第1步驟)中，關於兩面研磨工件(晶圓W)之際(例如研磨至固定尺寸狀態為止之際)的支撐孔1的內周徑以及當時的工件(晶圓W)的邊緣下降量，透過預先準備多數足夠的資料，根據其資料本身或對其資料施行統計處理等或其資料，可以取得數式化支撐孔1的內周徑與工件(晶圓W)的邊緣下降量的關係等，作為支撐孔內周徑與工件邊緣下降量的關係。
例如，上述支撐孔內周徑與工件邊緣下降量的關係，也可以收納在具有記憶部(記憶體等)的電腦內，或者，由具有通訊部的電腦等收發上述關係的資訊也可以。上述資訊，可以即時或適時更新。
其次，如圖2所示，本實施形態中，根據預期的邊緣下降量以及取得的上述支撐孔內周徑與工件邊緣下降量的關係，決定支撐孔的內周徑(步驟S102：第2步驟)。
如上述，支撐孔1的內周徑與工件(晶圓W)邊緣下降量有相關關係，具體地，具有隨著輸送板的支撐板內周徑變大邊緣下降量變大的關係，步驟S101(第1步驟)中，取得其關係。
因此，透過決定預期的邊緣下降量，使用取得的上述支撐孔內周徑與工件邊緣下降量的關係，可以決定兩面研磨中使用的輸送板的支撐孔內周徑。
例如，取得(例如以一次式)數式化支撐孔內周徑與邊緣下降量的關係，作為步驟S101(第1步驟)中上述支撐孔內周徑與工件邊緣下降量的關係的情況下，代入預期的邊緣下降量至上述數式，可以求出兩面研磨中使用的輸送板的支撐孔內周徑。不特別限定，但因為輸送板的內周徑，也經常是整數值，也可以根據四捨五入等求出整數值。或者，上述支撐孔內周徑與工件邊緣下降量的關係，可以就這樣使用資料，使用可以達成預期的邊緣下降量(以及與其接近的邊緣下降量)之輸送板的支撐孔資料，可以決定兩面研磨中使用的輸送板的支撐孔內周徑。例如，可以算出可以達成預期的邊緣下降量(以及與其接近的邊緣下降量)之輸送板的支撐孔資料平均值。同樣地，不特別限定，但因為輸送板的內周徑，也經常是整數值，也可以根據四捨五入等求出整數值。或者，也可以決定可以達成預期的邊緣下降量(以及與其接近的邊緣下降量)最多數量的輸送板的支撐孔內周徑，作為兩面研磨中使用的輸送板的支撐孔內周徑。
又，對上述資料施行統計處理作為上述支撐孔內周徑與工件邊緣下降量的關係所得到的情況也可以實行。
例如，上述決定，可以以具有計算部(calculator)的電腦實行。
其次，如圖2所示，本實施形態，使用具有決定的內周徑支撐孔的輸送板，進行工件(晶圓W)的兩面研磨(步驟S103：第3步驟)。步驟S103(第3步驟)中的兩面研磨，例如，可以使用利用圖1說明的兩面研磨裝置100進行。此時，兩面研磨裝置的輸送板，最好換成具有決定的內周徑支撐孔之輸送板，但重新準備備置具有決定的內周徑支撐孔之輸送板的兩面研磨裝置也可以。兩面研磨，可以以通常的方法實行。例如，如上述，一邊供給研磨液，一邊使輸送板2行星運動，同時透過對輸送板2相對旋轉上平台3a與下平台3b，滑動上下的旋轉平台3上貼附的研磨墊6與輸送板2在支撐孔1中支撐的工件(晶圓W)兩面，可以同時研磨工件(晶圓W)兩面。
以下，說明關於本實施形態的工件的兩面研磨方法。
根據本實施形態的工件的兩面研磨方法，透過使用具有經過既定的步驟(第1及第2步驟)決定的內周徑支撐孔之輸送板的簡易手法，可以有意圖地控制工件(晶圓W)的外周形狀。即，決定的內周徑支撐孔，為了對應預期的邊緣下降量，有意圖地控制工件(晶圓W)的外周形狀。根據本實施形態的工件的兩面研磨方法，作為研磨墊，因為使用表面硬度(ASKER C)70〜90的研磨墊，相較於換成硬度低的研磨墊的情況，不會產生材料交換的損失等，又，也不產生使用硬度低的研磨墊引起的工件(晶圓W)全面平坦度(GBIR等)下降的問題。還有，根據本實施形態的工件的兩面研磨方法，工件(晶圓W)與輸送板支撐孔內周面的接觸面積減少，因為促進工件(晶圓W)的自轉，也如之後敘述的實施例所示，降低工件(晶圓W)的端面粗糙度，也可以提高端面的表面品質。
在此，邊緣下降量(步驟S101中的工件邊緣下降量及步驟S102中預期的邊緣下降量)，最好是固定尺寸狀態下的邊緣下降量。原因是，為了得到預期的邊緣下降量，相較於從固定尺寸狀態再施行研磨的情況，並沒有對工件全面的平坦度等的不好影響。另一方面，比固定尺寸狀態前面的狀態(圖5的狀態A)下，也可以得到更大的邊緣下降量(下垂量)。
又，決定的內周徑，最好比工件直徑大1mm〜5mm大。原因是，透過決定的內周徑比工件直徑大1mm以上的範圍，更確實地，支撐孔的內周面與工件(晶圓W)的間隙變大，可以得到外周部由輸送板保護的上述效果減弱以及研磨液的介入量變多的效果，另一方面，透過決定的支撐孔內周徑比工件直徑大5mm以下的範圍，可以更確實支撐工件在支撐孔中。
又，不特別限定，但因為工件直徑及輸送板的工件支撐孔內周徑經常是整數值，決定的內周徑在上述範圍內最好是整數值。
例如，工件直徑是300mm的情況下，輸送板的工件支撐孔內周徑，最好是301mm、302mm、303mm、304mm、305mm其中之一。
又，兩面研磨，使用研磨墊進行，研磨墊的表面硬度(ASKER C)最好是70〜90。原因是，相較於換成硬度低的研磨墊的情況，不會產生材料交換的損失，又，也不產生使用硬度低的研磨墊引起的工件(晶圓W)全面平坦度(GBIR等)下降的問題。
又，步驟S103(第3步驟)中的兩面研磨結束之際，最好測量工件外周部的下降量(例如ESFQR)。藉此，回饋上述結果，可以更新資料，能夠提高得到下次開始的兩面研磨之際預期的邊緣下降量的精度。
在此，更包含取得支撐孔內周徑與工件的端面表面粗糙度的關係之步驟，決定支撐孔內周徑的步驟中，支撐孔內周徑，最好根據預期的工件端面表面粗糙度以及取得的上述支撐孔內周徑與工件的端面表面粗糙度的關係決定。
也如之後敘述的圖4所示，因為有輸送板的工件支撐孔的內周徑越大而研磨後的工件端面表面粗糙度Ra越小的相關關係，鑑於預期的邊緣下降量與預期的工件端面表面粗糙度兩方，決定輸送板的工件支撐孔的適當內周徑，可以同時有意圖地控制工件的外周形狀與工件的端面表面粗糙度。
以上，說明關於本發明的實施形態，但本發明完全不受上述實施形態限定。例如，作為外周部的邊緣下降量，不限定於使用ESFQR作為指標的情況。
以下，說明關於本發明的實施例，但本發明完全不受以下實施例限定。
[實施例]
準備工件的支撐孔內周徑不同的輸送板(內周徑301mm、302mm、303mm、304mm、305mm)，對於徑300mm的晶圓，使用圖1所示的兩面研磨裝置，實施兩面研磨。
實施兩面研磨後，把離晶圓外周緣往徑方向1mm的區域作為邊緣除外區域除外的ESFQR，使用平坦度測量裝置(KLA Tencor公司製：Wafersight2)測量，求出其最大值(ESFQRmax)。
圖3及表1中，顯示其測量結果。結果，明白內周徑越大，ESFQRmax越大，可以邊緣下降。
[表1]
| 支撐孔的內周徑 | 樣品數 | 平均(nm) | 標準偏差(nm) |
| 301mm | 10 | 41.6 | 5.4 |
| 302mm | 10 | 45.4 | 3.9 |
| 303mm | 10 | 47.4 | 5.1 |
| 304mm | 10 | 55.6 | 7.0 |
| 305mm | 10 | 62.3 | 2.9 |
如圖3、表1所示，明白工件的支撐孔內周徑與晶圓的邊緣下降量有相關關係，具體地，有隨著輸送板的工件支撐孔的內周徑變大邊緣下降量變大的關係。
因此，透過取得此關係，根據預期的邊緣下降量以及取得的上述關係，可以決定工件的支撐孔內周徑。
其次，使用Chapman公司的MPS測量兩面研磨後的晶圓端面的粗糙度Ra。
圖4及表2中，顯示其測量結果。
[表2]
| 支撐孔的內周徑 | 樣品數 | 平均(Å) | 標準偏差(Å) |
| 301mm | 20 | 43.7 | 12.5 |
| 302mm | 20 | 24.0 | 12.2 |
| 303mm | 20 | 20.7 | 4.2 |
| 304mm | 20 | 18.2 | 4.7 |
| 305mm | 20 | 15.4 | 2.7 |
如圖4及表2所示，明白透過使用工件的支撐孔內周徑大的輸送板，表面粗糙度Ra變小，表面品質提高。
1:支撐孔
2:輸送板
3:旋轉平台
3a:上平台
3b:下平台
4:太陽齒輪
5:內齒輪
6:研磨墊
100:兩面研磨裝置
W:晶圓
[圖1]係本發明的一實施形態的工件兩面研磨方法中使用的一兩面研磨裝置例概略圖；
[圖2]係本發明的一實施形態的工件兩面研磨方法流程圖；
[圖3]係顯示輸送板的支撐孔內周徑與ESFQRmax的關係圖；
[圖4]係輸送板的支撐孔內周徑與工件端面表面粗糙度Ra的關係圖；以及
[圖5]係用於說明關於固定尺寸狀態的圖。
S101:取得支撐孔內周徑與工件(晶圓W)邊緣下降量的關係
S102:根據預期的邊緣下降量以及取得的上述關係，決定支撐孔內周徑
S103:使用具有決定的內周徑的支撐孔之輸送板，進行工件(晶圓W)的兩面研磨
Claims (10)
- 一種工件的兩面研磨方法，其中，具有支撐工件的1個以上的支撐孔之輸送板(carrier plate)在上述支撐孔中支撐上述工件，進行上述工件的兩面研磨，其特徵在於包括：取得上述支撐孔的內周徑與上述工件的邊緣下降(edge roll-off)量的關係之步驟；根據預期的邊緣下降(edge roll-off)量以及取得的上述支撐孔的內周徑與上述工件的邊緣下降(edge roll-off)量間的關係，決定上述支持孔內周徑的步驟；以及使用具有決定的內周徑的上述支撐孔的上述輸送板，進行上述工件的兩面研磨的步驟。
- 如請求項1之工件的兩面研磨方法，其中，上述邊緣下降量，是固定尺寸狀態下的邊緣下降量，其中前述固定尺寸狀態係直到上述工件的厚度與上述輸送板的厚度相同為止，上述工件進行兩面研磨的狀態。
- 如請求項1之工件的兩面研磨方法，其中，上述決定的內周徑，比上述工件的直徑大1mm~5mm。
- 如請求項2之工件的兩面研磨方法，其中，上述決定的內周徑，比上述工件的直徑大1mm~5mm。
- 如請求項1~4中任一項之工件的兩面研磨方法，其中，上述兩面研磨使用研磨墊進行；上述研磨墊的表面硬度(ASKER C)是70~90。
- 如請求項1~4中任一項之工件的兩面研磨方法，其中，上述工件，是矽晶圓。
- 如請求項5之工件的兩面研磨方法，其中，上述工件，是矽晶圓。
- 如請求項1~4中任一項之工件的兩面研磨方法，更包括：取得上述支撐孔的內周徑與上述工件的端面表面粗糙度的關係之步驟；其中，上述決定上述支撐孔內周徑的步驟中，上述支撐孔的內周徑，根據預期的上述工件端面表面粗糙度以及取得的上述支撐孔內周徑與上述工件端面表面粗糙度的關係決定。
- 如請求項8之工件的兩面研磨方法，其中，上述兩面研磨使用研磨墊進行；上述研磨墊的表面硬度(ASKER C)是70~90。
- 如請求項8之工件的兩面研磨方法，其中，上述工件，是矽晶圓。
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