CN104347383A - 蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其步骤包含：提供一具有特定轴向的蓝宝石晶圆，该特定轴向为a轴向、c轴、r轴、m轴、n轴以及v轴的其中之一；以网版印刷的方式，使用一网版将一转印图案转印至该蓝宝石晶圆的至少一面，并藉由一固化手段固化该转印图案；以及进行一蚀刻法以在该蓝宝石晶圆表面形成多个具有特定形状的微结构，此微结构即为抛光垫修整器的修整粒。
Description
技术领域
本发明一种蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，尤其是指在制程过程中包含使用一种转印材料及网版图案化制程技术，以精密控制网印图案及薄膜厚度。
背景技术
因为半导体及光电产业的蓬勃发展，对组件的线宽要求逐渐严苛，以及电路积体化的高度发展导致平坦化的制程日趋重要，其中，化学抛光法能够满足电子组件制程中高度平坦化的要求；近来，采用高硬度的蓝宝石基材，制造出一外观形状及裸露高度均一的修整器以提升修整器使用寿命及抛光良率的方式已被提出，然而目前修整粒的制造方式为采用湿式及干式蚀刻形成，此两种手法的前制程皆为利用黄光定义图案的能力定义出整修器的修整粒分布、修整颗粒尺寸大小及间距，再透过蚀刻制程将修整颗粒所需的高度、大小、角度蚀刻出来，但由于修整粒的高度需要在50μm以上，以光阻及蓝宝石基材(即单晶氧化铝)的干蚀刻选择比(单晶氧化铝/光阻厚度消失速率比值)小于0.5来估算，干蚀刻制程所需要的光阻蚀刻阻挡层需100μm以上，均匀涂布如此的厚膜有其困难度，而在越高修整粒的需求下光阻厚度更显重要，因此如何提升阻挡层的耐蚀刻能力又能兼顾厚膜涂布及修整粒图案定义是一大课题，另外蓝宝石硬度较高，其平坦化研磨不易，而其平坦度又会影响到黄光制程良率，所以如何克服蓝宝石平坦度不足为另一重要课题。
现有技术的蓝宝石图案化采用光阻涂布、曝光显影或压印法，形成图案，进而蚀刻将图案转移到蓝宝石基板上，上述方式的优点为可进行数微米至数百奈米尺寸的图案转移，但缺点是不利很深的蚀刻沟槽制造如：几十微米至数百微米，归究其根本原因有二，其一为光阻薄膜的厚度太薄不利于长时间的干式蚀刻的离子轰击，其二为高分子材质不耐高温硫磷酸混合液的湿式蚀刻条件；另外，在修整碟的使用上极希望能尽可能提高使用寿命及次数，而晶圆的双面皆可制作修整粒(以下称双面制程)，可将盘片材料的使用次数变成两倍，可达到材料成本减半因而显得极为重要，但现有技术的蓝宝石的黄光微影制程存在数项缺点，其一缺点为黄光微影制程需用一吸盘进行固定该晶圆的动作而吸住该蓝宝石晶圆其中一面，如欲翻转进行第二面光阻涂布制程时，第一面光阻层将会因该真空吸盘进行的固定动作而有所磨擦及压伤，而不利于双面制程；其二缺点为，若该晶圆为具穿孔的设计，将无法采真空吸盘吸附旋转涂布；其三缺点为在进行黄光微影制程时因晶圆本身为透明材料的关系，曝光时紫外光极易穿透而直接影响到晶圆的另一面所涂部的光阻，因此也不利于双面制程，造成良率的下降，而此等问题的存在都让传统晶圆制程提升制程良率面临相当大的挑战。
发明内容
又因现有技术的蓝宝石的黄光显影制程需用一吸盘进行固定该晶圆的动作而吸住该蓝宝石晶圆其中一面，如欲翻转进行第二面光阻涂布制程时，第一面已完成的光阻将会因该真空吸盘进行的固定动作而有所磨擦、压伤，而不利于双面制程，因此无法大幅提升产能，另外在进行黄光显影制程时因晶圆本身为透明的关系，曝光时紫外光极易穿透直接干扰影响到晶圆的另一面所涂部的光阻，因此也不利于双面制程，也会造成良率的下降，再者，为提高蚀刻阻挡层可耐受高纵深的干式或湿式蚀刻条件，而所述问题的存在都让传统晶圆制程提升制程良率面临相当大的挑战，因此衍伸出本发明的想法。
本发明提出一种蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其步骤包含：提供一具有特定轴向的蓝宝石晶圆，该特定轴向为a轴向、c轴、r轴、m轴、n轴以及v轴的其中之一；以网版印刷的方式，使用一网版将一转印图案转印至该蓝宝石晶圆的至少一面，并藉由一固化手段固化该转印图案；以及进行一蚀刻法以在该蓝宝石晶圆表面形成多个具有特定形状的微结构。
较佳地，其中该转印图案的材料组成包括：一聚合物(polymer)或寡聚合物(oligomer)或聚合物单体(monomer)；一光敏感起始剂(photoactive compound，PAC)或热敏感应起始剂；一添加剂(additive)，该添加剂为耐湿式蚀刻混合液或耐干式蚀刻的材料；以及一溶剂(solvent)。
较佳地，其中该耐湿式蚀刻的材料为奈米级微粒的SiO2或TiO2。
较佳地，其中更包括将该转印图案转印至该蓝宝石晶圆的一面，再将该转印图案转印至该蓝宝石晶圆的另一面。
较佳地，其中更包括将该转印图案同时转印至该蓝宝石晶圆的两面。
较佳地，其中转印至该蓝宝石晶圆的该转印图案的厚度大于50μm，最佳地大于100μm。
较佳地，其中转印至该蓝宝石晶圆的该转印图案之直径小于50μm。
较佳地，其中转印至该蓝宝石晶圆的该转印图案之直径最佳地小于20μm。
较佳地，其中该网版包含：一天然网布，该天然网布的材料为天然丝线织成的网布；或一合成网布，该合成网布为合成纤维提炼制造如：尼龙网、特多龙网、多捻丝聚酯网、碳纤维网、UV网、有色网布、高张力网；或一金属网布，该金属网布为金属丝线可藉由电铸法或酸蚀刻法制作而成。
较佳地，其中该蚀刻法包含干式蚀刻法及湿式蚀刻法。
较佳地，其中所述微结构的形状为对称平头锥柱、对称尖头锥柱、不对称平头锥柱，或不对称尖头锥柱。
本发明的优点在于可以克服需当该蓝宝石盘片抛光垫修整器的修整粒对高度需求甚高时传统方法遇到的困难，无须透过黄光制程直接将图案印刷至蓝宝石的表面，且该网版印刷包含单面印刷以及双面印刷，克服现有的技术无法突破产能的瓶颈。
附图说明
图1显示蓝宝石盘片抛光垫修整器制造方法的流程图。
图2显示具有特定轴向的蓝宝石晶圆的剖面图。
图3A～图3C显示第一实施例中蓝宝石盘片抛光垫修整器制造方法的单面印刷图组。
图3D～图3G显示第一实施例中蓝宝石盘片抛光垫修整器制造方法的单面蚀刻图组。
图4A显示蓝宝石盘片抛光垫修整器的单面对称平头锥柱微结构。
图4B显示蓝宝石盘片抛光垫修整器的单面不对称平头锥柱微结构。
图4C显示蓝宝石盘片抛光垫修整器的单面对称尖头锥柱微结构。
图4D显示蓝宝石盘片抛光垫修整器的单面不对称尖头锥柱微结构。
图5A～图5C显示第二实施例中蓝宝石盘片抛光垫修整器制造方法的双面印刷图组。
图5D～图5G显示第二实施例中蓝宝石盘片抛光垫修整器制造方法的双面蚀刻图组。
图6A显示蓝宝石盘片抛光垫修整器之双面不对称平头锥柱微结构的剖面图。
图6B显示蓝宝石盘片抛光垫修整器的双面对称尖头锥柱微结构的剖面图。
图6C显示蓝宝石盘片抛光垫修整器的双面不对称尖头锥柱微结构的剖面图。
其中，附图标记说明如下：
1蓝宝石晶圆
11第一面
12第二面
2网版
21刮板
22固定手段
3转印材料
31转印图案
4微结构
41对称平头锥柱
42不对称平头锥柱
43对称尖头锥柱
44不对称尖头锥柱
a～c步骤
具体实施方式
参阅图1，其显示蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法流程图，其步骤包含：(a)提供一具有特定轴向的蓝宝石晶圆，该特定轴向为a轴向、c轴、r轴、m轴、n轴以及v轴的其中之一；(b)以网版印刷的方式，使用一网版将一转印图案转印至该蓝宝石晶圆的至少一面，并藉由一固化手段固化该转印图案；以及(c)进行一蚀刻法以在该蓝宝石晶圆表面形成多个具有特定形状的微结构。以上仅为各步骤的简述，各具体实施例及实施步骤细节将进一步揭露如后。
第一实施例
请先参考图2，此为一剖面图，透过长晶、晶格方向定位、套钻、去头尾、断面磨平、晶棒滚圆、线切、双面研磨以及抛光表面修整等一连串现有手段提供一具有特定轴向的蓝宝石晶圆1，该特定轴向为a轴向、c轴、r轴、m轴、n轴以及v轴的其中之一，较佳地，其中该a轴向包含 以及该c轴向为[0001]该r轴向包含 以及m轴向包含以及该v轴向为以及n轴向为
接着请参考图3A，提供一网版2，在该网版2上定义一转印图案31后，将网版2吸附在蓝宝石晶圆1的第一面11上。较佳地，其中该网版2为一天然网布，该天然网布的材料为天然丝线织成的网布；或一合成网布，该合成网布为合成纤维提炼制造如：尼龙网、特多龙网、多捻丝聚酯网、碳纤维网、UV网、有色网布、高张力网；或一金属网布，该金属网布为金属丝线可藉由电铸法或酸蚀刻法制作而成；而为改善网布的印刷适性与稳定性，使印刷效果更能掌握，乃取材于金属丝线，以符合印刷条件的需求，该金属网布有其它网布无法取代的优点，包含稳定性高故后制的弹性大，不易产生静电、抗化性佳以及抗摩擦力佳故分辨率高也可大量多印刷，但缺点是金属价格昂贵且回复力差，故保存不易。
接着请参考图3B，提供一转印材料3，包括：一聚合物(polymer)或寡聚合物(oligomer)或聚合物单体(monomer)；一光敏感起始剂(photoactive compound，PAC)或热敏感应起始剂；一添加剂(additive)，该添加剂为耐湿式蚀刻或耐干式蚀刻的材料；以及一溶剂(solvent)。上述的添加剂，例如耐湿式蚀刻或耐干式蚀刻的材料可以是奈米级微粒的SiO2或TiO2，该些成分在蓝宝石图案化的现有技术中从未被使用或直接添加于转印材料中，该些成分可帮助转印图案抵抗高温强酸的蚀刻条件。并以一固定手段22(本实施例是夹持两侧缘的固定夹具)固定蓝宝石晶圆1后，在该网版2涂布上所需的该转印材料3，利用一刮板21朝同一方向前进，将所需的转印图案31转印到蓝宝石晶圆1的第一面11上，藉由网版印刷的方式，可使转印至该蓝宝石晶圆1的该转印图案31的厚度大于100μm，以符合修整粒所需的高度，通常需大于50μm，大于100μm为最佳。而
既然提到了修整粒的高度，那就一并讨论修整粒的直径的标度(俯视修整粒类似一个圆的形状，因此讨论直径)。其中该修整粒所需的直径小于50μm，但如果当修整粒的直径小于20μm时，因为表面的单位积小造成较大的压力的缘故，其修整效果会最佳。
接着请参考图3C，将该网版2取下即完成该单面印刷的步骤，后续使用该固化手段包括UV光、热烤以及添加化学药剂，即完成蓝宝石晶圆1的单面印刷的步骤。
参阅图3D～图3G，其显示蓝宝石盘片抛光垫修整器制造方法的单面印刷的蚀刻实施例图。
参阅图3D，在蓝宝石晶圆1的第一面11上进行蚀刻，其中该蚀刻法包含干式蚀刻法及湿式蚀刻法，此实施例以湿式蚀刻法为例。在此所述的湿蚀刻的蚀刻选择率较佳为蓝宝石蚀刻速率/转印图案蚀刻速率＜0.5。
参阅图3E，蓝宝石晶圆1进行了一段时间的湿式蚀刻，该转印图案31以及蓝宝石晶圆1皆被侵蚀一小部份，逐渐形成类锥柱体的微结构4。
参阅图3F，当该蚀刻完成而产生该微结构4后，将蓝宝石晶圆1上的该转印图案31移除，并将该第一面11清洗干净即完成。
参阅图3G，为该蓝宝石盘片抛光垫修整器完成的剖面图，此为该微结构4中的对称平头锥柱41的实施例。
参阅图4A～图4D，为该蓝宝石盘片抛光垫修整器完成的多种实施例图，图4A显示微结构4为对称平头锥柱41的实施例图，图4B显示微结构4为不对称平头锥柱42的实施例图，图4C显示微结构4为对称尖头锥柱43的实施例图，图4D显示微结构4为不对称尖头锥柱44的实施例图。所述具有各种不同形状微结构的蓝宝石盘片抛光垫修整器，皆可藉由前述的制程制备而得，包括选择特定轴向的蓝宝石晶圆、转印材料的成分比例、蚀刻制程参数值的调整(温度、时间等)，在此不一一赘述，且该些图标中的微结构的大小、高度、角度的比例等仅是为了方便了解，并非仅限于图中所示的形状。
第二实施例
参阅图5A～图5C，其显示蓝宝石盘片抛光垫修整器制造方法的双面印刷的实施例。
请如同上个实施例先参考图2，此为一剖面图，提供一具有特定轴向的蓝宝石晶圆1，该特定轴向为a轴向、c轴、r轴、m轴、n轴以及v轴的其中之一，较佳地，其中该a轴向包含以及该c轴向为[0001]该r轴向包含以及m轴向包含以及该v轴向为以及n轴向为
接着请参考图5A，提供两网版2，在该网版2上定义一转印图案31后，将网版2吸附在蓝宝石晶圆1的第一面11及第二面12上。较佳地其中该两网版2为一天然网布，该天然网布的材料为天然丝线织成的网布；或一合成网布，该合成网布为合成纤维提炼制造如：尼龙网、特多龙网、多捻丝聚酯网、碳纤维网、UV网、有色网布、高张力网；或一金属网布，该金属网布为金属丝线可藉由电铸法或酸蚀刻法制作而成；而为改善网布的印刷适性与稳定性，使印刷效果更能掌握，乃取材于金属丝线，以符合印刷条件的需求，该金属网布有其它网布无法取代的优点，包含稳定性高故后制的弹性大，不易产生静电、抗化性佳以及抗摩擦力佳故分辨率高也可大量的印刷，但缺点是金属价格昂贵且回复力差，故保存不易。
以及在该第一面11以及该第二面12上提供一转印材料3，而该转印材料3包括：一聚合物(polymer)或寡聚合物(oligomer)或聚合物单体(monomer)；一光敏感起始剂(photoactive compound，PAC)或热敏感应起始剂；一添加剂(additive)，该添加剂为耐湿式蚀刻(H2SO4+H3PO4)混合液或耐干式蚀刻(BCl3+Cl2+Ar)的材料，为奈米级微粒的SiO2或TiO2；以及一溶剂(solvent)。上述，例如耐湿式蚀刻或耐干式蚀刻的材料可以是奈米级微粒的SiO2或TiO2，该些成分在蓝宝石图案化的现有技术中从未被使用或直接添加于转印材料中，该些成分可帮助转印图案抵抗高温强酸的蚀刻条件。
在该两网版2上定义一转印图案31后，将该两网版2吸附在蓝宝石晶圆1的第一面11以及第二面12上。
接着请参考图5B，并以一固定手段22(本实施例是夹持两侧缘的固定夹具)固定蓝宝石晶圆1后，在该两网版2涂布上所需的该转印材料3，利用两刮板21朝同一方向前进，将所需的转印图案31转印到蓝宝石晶圆1的第一面11以及第二面12上，更佳地，其中转印至该蓝宝石晶圆1的该转印图案3的厚度大于100μm，以符合修整粒所需的高度(通常需大于50μm)。
上述转印动作需要注意该第一面11的转印材料3与第二面12的转印材料3成份上的差异，因为地心引力关系需要浓度不会相同，须按照使用者需求去调制、分配该转印材料3。
接着请参考图5C，将该两网版2取下，后续使用该固化手段包括UV光、热烤以及添加化学药剂，即完成蓝宝石晶圆1的双面印刷的步骤。
参阅图5D～图5G，其显示蓝宝石盘片抛光垫修整器制造方法的双面印刷的蚀刻实施例图。
参阅图5D，同时在蓝宝石晶圆1的第一面11及第二面12进行蚀刻，其中该蚀刻法包含干式蚀刻法及湿式蚀刻法，此实施例以湿式蚀刻法为例。
参阅图5E，蓝宝石晶圆1进行了一段时间的湿式蚀刻，该转印图案31以及该具有特定轴向的蓝宝石晶圆1皆被侵蚀一小部份，逐渐形成类锥柱体的微结构4。
参阅图5F，当该蚀刻完成且形成完整的该微结构4后，将该具有特定轴向的蓝宝石晶圆1上的该转印图案31移除，并将第一面11及第二面12清洗干净。
参阅图5G，为该蓝宝石盘片抛光垫修整器完成的剖面图，此为该微结构4中的对称平头锥柱41的实施例。
参阅图5G、图6A～图6C，为该蓝宝石盘片抛光垫修整器完成的多种实施例图，图5G显示微结构4为对称平头锥柱41的实施例图，图6A显示微结构4为不对称平头锥柱42的实施例图，图6B显示微结构4为对称尖头锥柱43的实施例图，图6C显示微结构4为不对称尖头锥柱44的实施例图。所述具有各种不同形状微结构的双面蓝宝石盘片抛光垫修整器，皆可藉由前述的制程制备而得，包括选择特定轴向的蓝宝石晶圆、转印材料的成分比例、蚀刻制程参数值的调整(温度、时间等)，在此不一一赘述，且该些图标中的微结构的大小、高度、角度的比例等仅是为了方便了解，并非仅限于图中所示的形状。此种双面具有微结构的蓝宝石盘片抛光垫修整器在使用时可先使用其中一面，当该面的微结构逐渐钝化失去修整功能后，可再使用另一面，相较于单面具有微结构的蓝宝石盘片抛光垫修整器而言，更具经济效益，且透过本发明所揭露的制程，改善了以黄光制程制备此种双面具有微结构的蓝宝石盘片抛光垫修整器所具有的缺点。
以上所述只为本发明专利具体实施之详细说明及图示，并非用来限制本发明专利，本发明专利的所有范围应以下面权利要求为基准，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的领域内，可轻易联想的变化或修饰，皆可涵盖在本发明专利所界定的专利范围内。
Claims (12)
1.一种蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，其步骤包含：
提供一具有特定轴向的蓝宝石晶圆，该特定轴向为a轴向、c轴、r轴、m轴、n轴以及v轴的其中之一；
以网版印刷的方式，使用一网版将一转印图案转印至该蓝宝石晶圆的至少一面，并藉由一固化手段固化该转印图案；以及
进行一蚀刻法以在该蓝宝石晶圆表面形成多个具有特定形状的微结构。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，该转印图案的组成包括：一聚合物(polymer)或寡聚合物(oligomer)或聚合物单体(monomer)；一光敏感起始剂(photoactive compound，PAC)或热敏感应起始剂；一添加剂(additive)，该添加剂为耐湿式蚀刻或耐干式蚀刻的材料；以及一溶剂(solvent)。
3.根据权利要求2所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，该耐湿式蚀刻的材料为奈米级微粒的SiO2或TiO2。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，更包括将该转印图案转印至该蓝宝石晶圆的一面，再将该转印图案转印至该蓝宝石晶圆的另一面。
5.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，更包括将该转印图案同时转印至该蓝宝石晶圆的两面。
6.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，转印至该蓝宝石晶圆的该转印图案的厚度大于50μm。
7.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，转印至该蓝宝石晶圆的该转印图案的厚度最佳地大于100μm。
8.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，转印至该蓝宝石晶圆的该转印图案的直径小于50μm。
9.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，转印至该蓝宝石晶圆的该转印图案的直径最佳地小于20μm。
10.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，该网版为天然网布、合成网布或金属网布。
11.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，该蚀刻法包含干式蚀刻法及湿式蚀刻法。
12.根据权利要求1所述的蓝宝石盘片抛光垫修整器的制造方法，其特征在于，所述微结构的形状为对称平头锥柱、对称尖头锥柱、不对称平头锥柱，或不对称尖头锥柱。
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