CN105531082B - 用于研磨的发泡聚胺酯垫的修整装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种修整装置，其使钻石磨粒压抵且滑动接触至用于研磨的发泡聚胺酯垫，来修整用于研磨的发泡聚胺酯垫，其特征在于：钻石磨粒被支撑在台座上，被该台座支撑的钻石磨粒具有多种粒度号数，该多种粒度号数的钻石磨粒是由粒度号数在#170以上的高粒度号数的钻石磨粒与在#140以下的低粒度号数的钻石磨粒构成，并以使多种粒度号数的钻石磨粒各自与发泡聚胺酯垫接触的修整面的高度位置在同一平面上的方式，被支撑在台座上。由此，提供一种修整装置，其在不闭塞发泡聚胺酯垫的发泡孔的情况下，利用一次的修整就能将表面充分地粗化，并能够缩短修整时间且能够设定较长的修整间隔，从而能够抑制生产率降低。

Description

用于研磨的发泡聚胺酯垫的修整装置
技术领域
本发明涉及一种修整装置，其修整用于研磨晶圆的发泡聚胺酯垫。
背景技术
在晶圆的研磨中，为了提升晶圆的表面的平坦度而使用发泡聚胺酯垫。该用于研磨的发泡聚胺酯垫，在开始使用前，要实行用于磨合的初期修整，之后，要定期地在研磨批次之间实行批次间修整。这样，通过定期地修整发泡聚胺酯垫，来实行发泡聚胺酯垫的整形，以维持研磨后的晶圆的平坦度质量。
一般使用具有钻石磨粒的修整装置来修整发泡聚胺酯垫。修整装置，是将规则或不规则地排列在台座上的一种粒度号数的钻石磨粒，压抵且滑动接触至发泡聚胺酯垫上，来实行修整。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开平成11-000868号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
树脂硬度柔软的发泡聚胺酯垫(特别是萧氏D型硬度(ショアD硬度，shore Dhardness)在30以下的发泡聚胺酯垫)的修整，如上所述，虽然是利用具有钻石磨粒的修整装置来实行，但是钻石磨粒通常使用一种粒度号数的钻石磨粒，可以使用粒度号数是#60、#100、#325的钻石磨粒中的任一种。但是，如果仅利用粒度号数是#60或#100的低粒度号数的钻石磨粒来修整发泡聚胺酯垫，则坚硬的钻石磨粒会卡在发泡部的洞中，造成聚胺酯树脂拉伸而使垫子内的发泡部的洞闭塞。而且，发泡部的洞被闭塞的发泡聚胺酯垫，在研磨加工时不能够充分地保持浆液，从而产生所研磨的晶圆的平坦度不够良好的问题。
此外，如果仅利用粒度号数为#325的高粒度号数的钻石磨粒来修整发泡聚胺酯垫，则发泡部的洞不会被闭塞，但是由于钻石的磨粒变细，从而不能够充分地粗化发泡部的聚胺酯垫的表面。因此，发泡聚胺酯垫的表面的粗糙度变小，研磨后晶圆的平坦度的良好状态不能持久，而造成修整间隔(ドレスインターバル，dress interval)必将变短。例如，在使用粒度号数为#325的钻石磨粒的情况下，如果没有每隔3个批次就进行修整，则继续研磨的晶圆的平坦度就不会良好。其结果是，只好增加实行修整的次数，从而产生在晶圆的制造中生产率降低的问题。
作为能够充分地粗化发泡聚胺酯垫的表面且能够减少发泡部的洞的闭塞的修整方法，有使用具有高粒度号数的钻石磨粒的修整装置与具有低粒度号数的钻石磨粒的修整装置，逐一地各自实行1次修整的方法。但是，该方法的可操作性差，在修整上耗时从而会使晶圆制造中的生产率降低。
此外，在专利文献1中，记载有一种修整装置，其将粒径(粒度号数)不同的钻石磨粒配列在一个底座上。但是，因为底座的高度固定，所以各个钻石磨粒的修整面的高度位置不同，造成研磨垫与钻石磨粒的接触量会根据磨粒的粒径而改变。即，磨粒直径小的高粒度号数的钻石磨粒与研磨垫的接触量减少，从而产生高粒度号数的钻石磨粒没有充分发挥功能的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种修整装置，其在不会闭塞发泡聚胺酯垫的发泡部的洞的情况下，只要一次的修整就能充分地将表面粗化，从而能够缩短修整时间且能够设定较长的修整间隔，并能够抑制晶圆制造中的生产率降低。
(二)技术方案
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种修整装置，其使钻石磨粒压抵且滑动接触至用于研磨的发泡聚胺酯垫，以修整所述用于研磨的发泡聚胺酯垫，其特征在于，所述钻石磨粒被支撑在台座上，被该台座支撑的钻石磨粒具有多种粒度号数，该多种粒度号数的钻石磨粒是由粒度号数在#170以上的高粒度号数的钻石磨粒与在#140以下的低粒度号数的钻石磨粒构成，并以所述多种粒度号数的钻石磨粒各自与所述发泡聚胺酯垫接触的修整面的高度位置在同一平面上的方式，使所述钻石磨粒被支撑在台座上。
如果是这种修整装置，能够使高粒度号数与低粒度号数的钻石磨粒同时滑动接触至发泡聚胺酯垫上，而且能够在不使发泡聚胺酯垫的发泡孔闭塞的情况下，利用1次的修整来将表面充分地粗化。其结果为，只要较短的修整时间即可，能够进一步设定较长的修整间隔，从而能够在不降低生产率的情况下来实行修整。
此时，通过所述台座来支撑钻石片(ダイヤメンドプレット，diamond pellet)，在该钻石片上各自固定有所述多种粒度号数的钻石磨粒，并利用调节所述钻石片的厚度，能够使各个钻石磨粒的所述修整面的高度位置变成在同一平面上。
这样，如果调节所述钻石片的厚度，则能够容易地使各个钻石磨粒的所述修整面的高度位置在同一平面上。
此外，此时，通过调节所述台座的高度，能够使各个钻石磨粒的所述修整面的高度位置变成在同一平面上。
这样，如果调节所述台座的高度，则在直接将钻石磨粒电沉积(electrodeposition)在台座上的情况下，也能够使各个钻石磨粒的修整面的高度位置在同一平面上。
此时，所述台座是甜甜圈形状，该台座被分割成多个片段(セグメント，segment)，被分割而成的该多个片段各自支撑所述高粒度号数的钻石磨粒与所述低粒度号数的钻石磨粒中的任一方，优选支撑所述高粒度号数的钻石磨粒的片段与支撑所述低粒度号数的钻石磨粒的片段在同一圆周上被交互地配置。
如果是这种装置，则能够更有效且没有不均匀地修整发泡聚胺酯垫，并能够更切实且不使生产率降低地进行修整。
此外，能够使用本发明的修整装置来修整萧氏D型硬度在30以下的所述用于研磨的发泡聚胺酯垫。
如果是这种修整方法，则能够将高粒度号数与低粒度号数的钻石磨粒同时滑动接触至发泡聚胺酯垫上，而且能够有效且高效地修整柔软的发泡聚胺酯垫，该柔软的发泡聚胺酯垫用以研磨高平坦度的晶圆。
(三)有益效果
如果是本发明的修整装置，其在不使发泡聚胺酯垫的发泡部的洞闭塞的情况下，利用1次的修整就能将表面充分地粗化，从而能够缩短修整时间。通过使用该装置进行1次的修整，修整后的发泡聚胺酯垫的表面的浆液的保持性良好，且表面的粗糙度能够长时间维持在适当的状态，所以能够设定较长的修整间隔。其结果为，在晶圆的制造中能够大幅改善生产率。
附图说明
图1是表示本发明的修整装置的一例的概略图。
图2是表示本发明的修整装置的台座的配列的概略图。
图3是表示将本发明的修整装置中的钻石磨粒规则排列时的概略图。
图4是表示将本发明的修整装置中的钻石磨粒不规则排列时的概略图。
图5是从侧面来观察本发明的修整装置的一部分的放大图。
图6是从侧面来观察使用本发明的修整装置来修整发泡聚胺酯垫时的概略图。
图7是实施例1、及比较例1、2中的发泡聚胺酯垫的表面状态的观察结果。
图8是实施例1、及比较例1、2中的单面研磨后的平坦度的测定结果。
图9是实施例2和比较例3中的全局平整度的测定结果。
具体实施方式
下面，针对本发明来说明实施方式，但是本发明不限定于该实施方式。
在使用了粒度号数小(平均粒径大)的钻石磨粒的修整装置中，发泡聚胺酯垫的发泡部的洞被闭塞是造成研磨晶圆的平坦度恶化的主要原因。此外，在使用了粒度号数大(平均粒径小)的钻石磨粒的修整装置中，不能充分地粗化发泡聚胺酯垫的表面，且必须设定较短的修整间隔，从而使得生产率恶化。
此处，本发明人等为了解决这种问题，想到将具有两种以上的钻石磨粒同时滑动接触至发泡聚胺酯垫上。而且，重复进行实验的结果，发现如果是下述构成，便能够同时解决上述问题，从而完成本发明：具有#170以上的高粒度号数的钻石磨粒与#140以下的低粒度号数的钻石磨粒，且各个钻石磨粒的修整面的高度位置相同。
下面，参照图1～图6来针对本发明的修整装置进行说明。
如图1、图2所示，修整装置1具有：甜甜圈形状的板体6和甜甜圈形状的台座3、及固定有钻石磨粒2的钻石片5a、5b。
甜甜圈形状的台座3被贴附且支撑在板体6的顶面。支撑台座3的板体6的材质，可以为金属或在表面施加了涂覆处理(コーティング処理，coating process)的金属。具体来说，可以使用不锈钢、涂覆有树脂的不锈钢、涂覆有类钻碳的不锈钢、涂覆有氮化钛的不锈钢等。涂覆处理，在与钻石片接触且需要平行度的部分，并未实施。
如图2所示，台座3可以被分割成多个扇形的片段8，且在被分割而成的片段8上，贴附且支撑有扇形的钻石片5a、5b。
在钻石片5a上，固定有高粒度号数的钻石磨粒2a。高粒度号数的钻石磨粒2a，在本发明中是指粒度号数在#170以上的钻石磨粒。此外，在钻石片5b上，固定有低粒度号数的钻石磨粒2b。低粒度号数的钻石磨粒2b，在本发明中是指粒度号数在#140以下的钻石磨粒。或者，也可以不是在钻石片的形式上，而是在台座3的各个片段8上直接电沉积钻石磨粒2a、2b，从而以台座3来支撑钻石磨粒2a、2b。而且，固定在钻石片5a、5b上或电沉积在台座3上的钻石磨粒2a、2b的排列方式，可以如图3所示的规则地排列，也可以如图4所示的不规则地排列。
此时，如图1所示，优选将支撑钻石片5a的片段8与支撑钻石片5b的片段8交互地配置在同一圆周上，在钻石片5a上固定有高粒度号数的钻石磨粒2a，而在钻石片5b上则固定有低粒度号数的钻石磨粒2b。这样，利用配置片段8，便能够有效且没有不均匀地修整发泡聚胺酯垫，并能够更切实地抑制生产率的低下。
在本发明中，如图5(图1中的a所示的部分)所示，高粒度号数的钻石磨粒2a与低粒度号数的钻石磨粒2b的修整面4的高度位置设定在同一平面上。具体来说，将如图5所示的钻石片5a的厚度L1与钻石片5b的厚度L2配合各自的钻石磨粒的粒度号数的不同来进行调节，从而能够使修整面4的高度位置变成在同一平面上。或者，将台座3的高度配合钻石磨粒的粒度号数的不同而部分地进行调节，由此也能够使修整面4的高度位置变成在同一平面上。或者，将钻石片的厚度与台座的高度的两方都进行调节，由此也能够使修整面4的高度位置变成在同一平面上。如果使修整面4的高度位置变成在同一平面上，则如图6所示，在修整时，能够使高粒度号数的钻石磨粒2a与低粒度号数的钻石磨粒2b双方的钻石磨粒，同时地压抵且滑动接触在发泡聚胺酯垫7表面上。
如果是本发明的修整装置1，利用低粒度号数的钻石磨粒2b，将发泡聚胺酯垫拉伸并使表面带有伤痕而形成粗糙度(具体来说，是将表示垫子的表面粗糙度的SMD(meandeviation of surface roughness，表面粗糙度的平均偏差)维持在3μm以上)，同时，利用高粒度号数的钻石磨粒2a，将被低粒度号数的钻石磨粒2b拉伸的树脂切断，从而能够防止发泡部的洞被闭塞。而且，各个钻石磨粒的修整面4的高度位置是位于同一平面上，所以不仅是直径大的低粒度号数的钻石磨粒2b，就连直径小的高粒度号数的钻石磨粒2a也能够充分压抵至发泡聚胺酯垫7。其结果为，不会闭塞发泡聚胺酯垫7的发泡部的洞并能够粗化表面，从而能够设定较长的修整间隔且能够抑制制造晶圆时的生产率降低。
在上述的修整装置1中所表示的例子中，磨粒是使用一种高粒度号数的钻石磨粒和一种低粒度号数的钻石磨粒，也就是使用合计两种粒度号数的钻石磨粒的情况，但是当然不限于此，也能够使用三种以上的粒度号数的钻石磨粒。此外，在所表示的例子中，钻石片的厚度在各个钻石片上进行调节，而台座的高度在各个片段上进行调节，但是当然也不限定于此。为了使修整面4的高度位置在同一平面上，台座的高度和钻石片的厚度，也能够在台座和钻石片的表面上设置段差、或将表面作成圆弧状等来进行调节。
上述的本发明的修整装置1，能够在萧氏D型硬度在30以下的发泡聚胺酯垫的修整中使用。在实行修整时，例如通过可旋转驱动的圆盘状的机构等来保持修整装置1，能够一边使修整装置1旋转一边压抵至发泡聚胺酯垫7，从而实施修整。
如果是这种修整方法，由于在修整装置1上混合存在有修整面4的高度位置相同的2种以上的高粒度号数与低粒度号数的钻石磨粒，因此能够在不使发泡聚胺酯垫的发泡部的洞闭塞的情况下将表面充分地粗化。因此，能够高效地修整发泡聚胺酯垫从而制造平坦度良好的晶圆，并能够提升晶圆制造中的生产率。因此，使用本发明的修整装置1的修整方法，特别适用于萧氏D型硬度在30以下的发泡聚胺酯垫的修整。
[实施例]
下面，示出本发明的实施例和比较例以更具体地说明本发明，但是本发明不限定于这些例子。
(实施例1)
在晶圆的单面研磨装置(不二越机械公司所制造的单面研磨装置SRED)中，将本发明的修整装置，即如图1所示地将多种粒度号数的钻石磨粒的各自的高度位置变成在同一平面上，通过可旋转驱动的圆盘状的机构来保持，且使用该修整装置进行初期修整，该初期修整用于磨合已贴附在平台上的未使用的发泡聚胺酯垫。在实行初期修整后，利用显微镜来观察发泡聚胺酯垫的表面状态以确认发泡部的洞有无闭塞。之后，使用经修整后的发泡聚胺酯垫，以批次方式开始进行晶圆的单面研磨，在第10个批次测定经单面研磨后的晶圆的平坦度。
在发泡聚胺酯垫的初期修整中所使用的钻石磨粒，是粒度号数#200的高粒度号数的钻石磨粒与粒度号数#100的低粒度号数的钻石磨粒。修整条件，是将修整装置的旋转速度设为10rpm、平台的旋转速度设为20rpm、负荷设为35mg/cm2、初期修整时间设为300秒。此外，使用水来作为修整液。
进行单面研磨的晶圆，使用晶体取向<100>、P型、直径300mm的晶圆。作为研磨条件，研磨负荷设为80～200g/cm2、平台的旋转数设为30rpm、研磨头的旋转数设为30rpm。此外，使用NaOH基底的胶体氧化硅来作为研磨剂。
研磨后的晶圆平坦度，使用黑田精工公司所制造的平坦度测试器Nanometoro300TT-A(型号)来测定。
图7是表示刚完成初期修整后的发泡聚胺酯垫的表面状态的照片。如图7所示，可知发泡部的洞没有闭塞而敞开，且洞以外的表面变得充分地粗化。
在图8中表示单面研磨后的晶圆的平坦度的测定结果。如图8所示，在第10个批次结束时刻的晶圆的GBIR(Global Backside Ideal Range，总平整度)是0.077(μm)，SFQRmax(Site Front Squares Range max，最大局部平整度)是0.028(μm)，SBIRmax(Site BackIdeal Range max，最大局部平直度)是0.051(μm)，相较于后述比较例2变小，且相较于比较例2能够得到平坦度高的晶圆。从该结果来看，可知即使将修整间隔设为相较于后述比较例1更长的10个研磨批次，也能够得到相较于比较例2平坦度更高的晶圆。在表1中示出发泡部的洞的有无闭塞与可得到平坦度良好的晶圆的批次数的最大值的检证结果。
此外，除了在初期修整中所使用的钻石磨粒是粒度号数#170的高粒度号数的钻石磨粒与粒度号数#60的低粒度号数的钻石磨粒以外，利用与上述同样的条件来实行修整。之后，利用显微镜来观察发泡聚胺酯垫的表面状态的结果，确认了发泡部的洞没有闭塞，且表面已被充分地粗化。进一步，可知即使是在该情况下，连续研磨10个批次，还是可得到平坦度高的晶圆。同样地，除了在初期修整中所使用的钻石磨粒是粒度号数#170的高粒度号数的钻石磨粒与粒度号数#140的低粒度号数的钻石磨粒以外，利用与上述同样的条件来实行修整。即使在该情况下，发泡部的洞也没有闭塞且表面已被充分地粗化，可知即使连续研磨10个批次，还是可得到平坦度高的晶圆。从以上结果，可知如果使用本发明的修整装置，则能够改善在晶圆的制造中的生产率。
(比较例1)
除了仅使用粒度号数#325的钻石磨粒及在第3个批次测定经单面研磨后的晶圆的平坦度以外，利用与实施例1同样的条件来实施发泡聚胺酯垫的初期修整、晶圆的研磨、及平坦度测定。
其结果，如图7、表1所示，可知虽然发泡部的洞没有闭塞而是敞开，但是洞以外的表面并没有被充分地粗化。因此，如图8所示，可知虽然从实施修整的第3个批次所研磨的晶圆的GBIR是0.079(μm)，SFQRmax是0.029(μm)，SBIRmax是0.055(μm)，其平坦度良好，但是如果连续研磨3个研磨批次以上，就不能够得到平坦度良好的晶圆。这样，可知在比较例1中可得到平坦度良好的晶圆的批次数的最大值变小，于是必须将修整间隔设为较短的3个批次以下，所以在晶圆制造中的生产率相较于实施例1会恶化。
此外，将钻石磨粒的粒度号数改变成#170、#200、#230，且同样地实施发泡聚胺酯垫的初期修整、晶圆的研磨、及平坦度测定。其结果，如表1所示，可知仅使用粒度号数#230的钻石磨粒的情况，与仅使用粒度号数#325的钻石磨粒的情况相同，可得到平坦度良好的晶圆的批次数的最大值变短成3个批次。仅使用粒度号数#170或#200的钻石磨粒的情况下，可得到平坦度良好的晶圆的批次数的最大值稍有改善，变成5个批次，但是仅是实施例1的一半。
(比较例2)
除了仅使用粒度号数#100的钻石磨粒及在第1个批次测定经单面研磨后的晶圆的平坦度以外，利用与实施例1同样的条件来实施发泡聚胺酯垫的初期修整、晶圆的研磨、及平坦度测定。
其结果，如图7、表1所示，可知发泡部的洞被闭塞。因此，如图8所示，从刚实施修整后的第1个批次中所研磨的晶圆的GBIR是0.314(μm)，SFQRmax是0.038(μm)，SBIRmax是0.074(μm)，相较于实施例1大幅恶化。而且，研磨后的晶圆呈中间凹陷形状，晶圆形状恶化。这样，可知在该发泡聚胺酯垫的表面状态下，是不能得到如实施例1那样的平坦度良好的晶圆。
此外，将钻石磨粒的粒度号数改变成#60、#80、#120、#140，且同样地实施发泡聚胺酯垫的初期修整、晶圆的研磨、及平坦度测定。其结果，如表1所示，可知在全部情况中发泡部的洞均闭塞，而且不能得到如实施例1那样的平坦度良好的晶圆。
(比较例3)
除了组合使用粒度号数#60与#140的2种低粒度号数的钻石磨粒及在第1个批次测定经单面研磨的晶圆的平坦度以外，利用与实施例1同样的条件来实施发泡聚胺酯垫的初期修整、晶圆的研磨、及平坦度测定。
其结果，如表1所示，可知发泡部的洞均闭塞，而且不能得到如实施例1那样平坦度良好的晶圆。
(实施例2)
施加与实施例1相同的条件，使用本发明的修整装置来实行初期修整和每隔10个研磨批次的批次间修整，并测定单面研磨后的晶圆的GBIR。在实施例2中，将批次间修整的时间设为180秒，在平坦度的测定中使用KLA-Tencor公司所制造的平坦度测试器WaferSight2。
其结果，如图9所示，可知GBIR的平均值(图9中的Ave值)变成107.9(nm)，标准偏差(图9中的s值)变成29.4(nm)，在修整后的第1个批次所研磨的晶圆的平坦度与在第10个批次所研磨的晶圆的平坦度的变化量少。因此，可知即使将修整间隔设为较长的10个研磨批次，还是可得到平坦度高的晶圆。
(比较例4)
除了仅使用粒度号数#325的钻石磨粒以外，利用与实施例2同样的条件来实施发泡聚胺酯垫的初期修整、批次间修整、晶圆的研磨、及平坦度测定。
其结果，如图9所示，可知GBIR的平均值(图9中的Ave值)变成142.4(nm)，标准偏差(图9中的s值)变成59.0(nm)，在修整后的第1个批次所研磨的晶圆的平坦度与在第10个批次所研磨的晶圆的平坦度的变化量大。因此，可知在该情况下如果将修整间隔设为较长的10个研磨批次，则只有在修整后的前几个批次中可得到平坦度高的晶圆。
在表1中归纳表示实施例、比较例中的实施结果。
[表1]
另外，本发明不限定于上述实施方式。上述实施方式是例示，只要是与本发明的权利要求书所记载的技术思想具有实质上相同的结构且发挥同样作用效果，均包含在本发明的技术范围内。

Claims (7)

1.一种修整装置，其使钻石磨粒压抵且滑动接触至用于研磨的发泡聚胺酯垫，来修整所述用于研磨的发泡聚胺酯垫，其特征在于，
所述钻石磨粒被支撑在台座上；
被该台座支撑的钻石磨粒具有多种粒度号数，该多种粒度号数的钻石磨粒是由粒度号数在#170以上的高粒度号数的钻石磨粒与在#140以下的低粒度号数的钻石磨粒构成，并以使所述多种粒度号数的钻石磨粒各自与所述发泡聚胺酯垫接触的修整面的高度位置在同一平面上的方式，使所述钻石磨粒被支撑在所述台座上。
2.根据权利要求1所述的修整装置，其特征在于，通过所述台座来支撑钻石片，在该钻石片上各自固定有所述多种粒度号数的钻石磨粒，并利用调节所述钻石片的厚度，使各个钻石磨粒的所述修整面的高度位置变成在同一平面上。
3.根据权利要求1所述的修整装置，其特征在于，利用调节所述台座的高度，使各个钻石磨粒的所述修整面的高度位置变成在同一平面上。
4.根据权利要求2所述的修整装置，其特征在于，利用调节所述台座的高度，使各个钻石磨粒的所述修整面的高度位置变成在同一平面上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的修整装置，其特征在于，所述台座是甜甜圈形状，该台座被分割成多个片段，被分割而成的该多个片段各自支撑所述高粒度号数的钻石磨粒与所述低粒度号数的钻石磨粒的任一方，且支撑所述高粒度号数的钻石磨粒的片段与支撑所述低粒度号数的钻石磨粒的片段在同一圆周上被交互地配置。
6.一种修整方法，其使用权利要求1至4中任一项所述的修整装置来修整萧氏D型硬度在30以下的所述用于研磨的发泡聚胺酯垫。
7.一种修整方法，其使用权利要求5所述的修整装置来修整萧氏D型硬度在30以下的所述用于研磨的发泡聚胺酯垫。
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