TW200817132A - Polishing pad - Google Patents

Description

200817132 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種在半導體元件等之製程中，使用於石夕 晶圓等被研磨物之研磨的研磨墊。 【先前技術】 石夕晶圓等半導體晶圓之平坦化處理，一般係使用化學 機械研磨（Chemical Mechanical Polishing : CMP)法（例如， 參照專利文獻1)。 此CMP法，係將研磨墊保持於固定盤，將矽晶圓等被 研磨物保持於研磨墊，然後在一邊供給漿體、一邊對研磨 墊與被研磨物加壓的狀態下，使之相對滑動來進行研磨。 專利文獻1 :日本特開2000-334655號公報 【發明内容】 隨著半導體元件的高積集化，被研磨物之平坦化要求 也曰益嚴苛，因此為了要使得漿體可被均勻塗布在研磨墊 與被研磨物之間，係在研磨塾表面形成溝槽，或改善研磨 塾表面的平均表面粗糖冑Ra等，但都不夠充分，尤其是 大型晶圓的研磨，欲在整體獲得高平坦度並不容易。 又 般之研磨塾，在將該研磨塾組裝於研磨裝置並 啟動研磨裝置的使用初期階段 寺之修整處理’破壞該研磨墊 高該研磨墊的性能，亦即，必 ，必須藉由使用鑽石磨粒盤

5 200817132 因此，本發明主要目的在於提高被研磨物的平坦度以 期提升其σ口貝，並且以縮短初始化時間為目的。 本木毛明人為了達成上述目^，經潛心研究的結果， 發現改善研磨墊表面的# # ^ , 衣曲的起伏可有效提升被研磨物的平坦 度，因而完成本發明。 在此所謂的起伏，係指週期為2〇mm〜200mm，振幅 為10/zm〜200/zm之凹凸。 本發明之研磨墊，係使用於被研磨物之研磨的研磨墊， 具有壓接於該被研磨物之研磨面，該研磨面的起伏為週期 5mm〜200mm，最大振幅在40# m以下。 藉由本發明，由於減低壓接於被研磨物之研磨面的起 伏，因此可以減低研磨面之起伏對於被研磨物的影響而可 提升被研磨物的平坦度。 又，本發明的研磨墊，係使用於被研磨物之研磨的研 磨墊，具有壓接於該被研磨物之研磨面，該研磨面的右電 位（zeta potential)在-50mV 以上、未達 〇mV。 藉由本發明，係使研磨墊之研磨面其負的$電位處在 - 50mV以上、未達0mV，與習知研磨墊之研磨面的$電位 相較，由於為趨近於0之值，因此能抑制與漿體之負的研 磨粒子的反抗，使得研磨墊之研磨面與漿體的接觸良好， 故可以達成縮短初始化時間而提高生產性。 其中一實施形態，係使該研磨面的平均表面粗糙度 在1 // m以上5 /z m以下。 較佳的實施形態’係形成為在具有該研磨面之研磨層 6 200817132 的下f具有底層的結構，藉由該底層賦予適當的緩衝性。 藉由本發明，由於係減低壓接於被研磨物之研磨面的 起伏’因此可以提升被研磨物的平坦度。 又，與習知研磨墊之研磨面的I：電位相較由於使研 磨面之負的I：電位為趨近於〇之值，因此能抑制與漿體之 負的研磨粒子的反抗’使得研磨墊之研磨面與漿體的接觸 良好，而可以達成縮短初始化時間，提高生產性。 【實施方式】 以下根據圖式，詳細說明本發明之實施形態。 圖1係本發明之實施形態之研磨墊的截面圖。 此實施形態之研磨墊i，係將聚胺甲酸乙酯等發泡性 樹脂加以發泡硬化而得。研磨墊並不限於發泡結構，亦可 為黑發泡結構，又，亦可為不織布墊等。 此實施形態，為了提升矽晶圓等被研磨物之平坦度， 係對壓接於被研磨物之研磨面la之全面進行拋光加工，以 減低研磨面1 a的起伏。 藉由此拋光加工，將研磨面la中之週期5mm〜2〇〇mm 之起伏的最大振幅減低至40/zm以下。此最大振幅’可以 的話越小越好。 用以減低研磨面之起伏的加工，並不限於抛光加工， 也可以為銑削加工及加壓加工。 以下說明具體的實施例。 (實施例1) 此實施例及習知例，係使用霓塔•哈斯股份有限公司 7 200817132 • 製，適用於矽研磨之發泡徑較大的發泡胺甲酸乙酯墊之mh 型研磨墊。 圖2係顯示於研磨面實施使用#24〇號砂紙之拋光加工 的實施例1研磨墊、及沒有進行拋光加工之習知例丨研磨 墊之研磨面起伏的測量結果。 同圖中，橫軸係對應於研磨墊之研磨面上的位置，而 線L1及線L2係分別表示實施例1及習知例1。此研磨面 起伏的測里，係以日立造船股份有限公司製之測量器H s § _ _ 1700進行。 研磨面未進行拋光加工之習知例1研磨墊，如線L2 所示，上升急遽，研磨面之起伏多，其最大振幅也超過4〇 // m，相對於此，實施例丨之研磨墊，則如線L i所示，上 升緩慢，研磨面的起伏亦較少，其最大振幅亦減低至4〇# m以下。 使用此實施例1之研磨墊及習知例丨之研磨墊，以下 列條件進行300mm之矽晶圓的兩面研磨，評價矽晶圓的平 ⑩坦性以及研磨速率。 上固定盤旋轉數20rpm、下固定盤旋轉數丨5rpm、加 壓力lOOg/cm2,使用25°C的氧化矽漿體，而漿體流量為 2.5L/min 〇 研磨後的矽晶圓之 GBIR(Global Back Ideal Range)、 SFQR(Site Front Least Squares Range)、滾降（Γ〇η 〇ff)以及 研磨速率如表1所示。此表丨係顯示對5片矽晶圓進行研 磨試驗後的平均值。 8 200817132 [表1] 實施例1 習知初ιϊ 1 GBIR 0.207 ^ lx!] J ft SFQR 0.100 --- ：---- o m Roll-off οαοο _ ^_023 Removal rate 0.46 —----- ^^_ 二π π微之矽晶圓， 與使用習知例1之研磨墊所研磨之矽晶圓相較之下，以 GBIR、SFQR所表示之平坦性均獲得改盖 、， 又ϋ，亚且，滾降及 研磨速率亦得到改善。 又，使用實施例1之研磨墊研磨之々s m ^ M <矽晶回的形狀，以 及使用習知例1之研磨墊研磨之矽晶圓 日圓的形狀，分別如圖 3及圖4所示。 另外，矽晶圓的測量’係使用黑田精工股份有限公司 製的雷射式測量裝置之NANOMETR〇2〇〇TT。 如圖4所示’使用習知例i之研磨塾研磨的石夕晶圓， 中央部份較週邊部份受到更多的研磨’相對於此，使用實 施例i之研磨塾研磨的石夕晶圓，則如目3所示，全面皆均 勻地受到研磨。 如上所述，藉由減低研磨面之起伏的實施例！研磨塾， 可提升矽晶圓的平坦度，且可提升滾降及研磨速率。 圖5顯示實施例i研磨墊及習知例ι研磨塾之研磨次 數其研磨速率的變化。 實施例1之研磨塾，從第-次便顯示安定的高研磨速 9 200817132 率，相對於此，習知例 定的研磨速率。 之研磨墊則從第 2 _人以後才有安 由忒圖5可知，實施例丨的研磨墊，盥 磨墊相較之 一 “知例1的研 n ^ ^升研磨速率縮短至安定化的起動砗 此夠鈿短初始化時間，且可以提升研磨逮率 μ!: w 6及圖7顯示實施例1及習知例1之研磨塾之 摩擦力相對研磨時間之變化。

為了獲得一定的研磨速率，摩擦力必須為一定， 例1的研磨塾至獲得—定摩擦力的時間為6G #，相對於 此’習知例1的研磨墊則為15〇秒，實施例i的研磨塾，、 與習知例1的研磨墊相較之下，可知研磨的起動時間短。 表2係顯示使用L_ec股份有限公司製之即時掃描 型雷射顯微鏡1LM21D來測量實施例1及習知合"之研磨 塾之研磨面的平均表面粗糙度Ra的結果。此表2顯示在45 —5/zm的區域所測量之5處的測量結果及其平均值。 [表2] 平均表面粗糙度Ra(；um> 實施例1 習知例1 樣本1 2.87 1 79 樣本2 —— --—-—.1 ____2.94 L68 樣本3 —^—--—--^. ___1.86 1.49 樣本4 2.42 1.50 樣本5 2.44 1.92 平均(Ave.> ----------—-J L_2^1_ 1.68 如承所不’於研磨面施以拋光加工後之實施例1， 與習知例1相較之下，研磨面的平均表面粗糙度Ra變大，

200817132 如上述，可知與習知例丨相比，能夠提升研磨速率縮短至 安定化的初始化時間。 (實施例2) 上述實施例1及習知例丨，係使用MH型的研磨墊， 但本實施例及習知例則是使用霓塔•哈斯股份有限公司製 之發泡徑較小的發泡胺甲酸乙酯墊之1C型研磨墊。 本實施例2，係製作於IC型研磨墊之研磨面以#1〇〇號 砂紙施以拋光加工的實施例24、以及於研磨面以較#1的 更細的#240號砂紙施以拋光加工的實施例2_2，來與未進 行拋光加工的習知例2作比較。 與上述實施例同樣使用日立造船股份有限公司製之夠 置器HSS-1700所進行之研磨面起伏的測量結果，實施例 2-卜貫施例2-2之研磨墊，與習知例2之研磨墊相較之下， 可確認其研磨面的起伏少，其最大振幅也減低至40从m以 下。 其次’使用Lazertec股份有限公司製之即時掃描型雷 射顯微鏡1LM21D，來測量實施例2-1、2-2及習知例2之 研磨塾之研磨面的平均表面粗糙度Ra。 其、、Ό果如表3所示。該表3顯示在18//mxl8/zm的區 域所測畺之5處的測量結果及其平均值。 11 200817132

[表3] 平均表面粗链度Ra(uir〇 j施例2-1 樣本1 ----------- _ 1.75 L25 樣本2 -------— —2.62 —_L64__ 樣本3 2.70 〇 99 樣本4__ LZZ_ _L81 樣本5 1.75 Ll〇 平均(Ave.) 2.12 1.36 如表3所示’於研磨面施以拋光加工的實施例2_ i、2_ 2，與習知例2相較之下，研磨面的平均表面粗糙度Ra變 習知例 0.45 0.53 0.63 0.67 0,63 0.58 大’與習知例2相比能夠提升研磨速率縮短至安定化的初 始化時間。 此研磨面的平均表面粗糙度Ra，為了縮短初始化時 間，較佳是在1 // m以上，更佳是在1 # m〜5 # m。若平均 表面粗糙度Ra超過5 // m時，則會產生刮痕等，故不佳。 然後，使用大塚電子股份有限公司製之I：電位•粒徑 測量系統ELS-Z2，以雷射都卜勒法（LaserDoppler)(動態· 電泳光散射法）及使用10mM的氯化鈉溶媒，來分別測量實 施例2-1、2-2與習知例2之研磨墊，以及初始化後之習知 例2之研磨墊的研磨面f電位。 其結果如表4所示。 12 200817132 [^4] f電位(Mv) 實施例2-1 實施例2-2 習知例2 初始化後之習知例2 樣本1 -9.16 -10.57 -130.75 -32.59 樣本2 J0.32 -13.26 -127.37 -32.25 樣本3 -8.05 -13.30 -141.36 -33.83 平均(Ave.) -9.18 -12.38 -133.16 -32.89

如表4所示，實施例2-丨、2_2之研磨墊之研磨面的铲 毛位平均值，為·9· 18 mV、-12.38 mV，相對於此，習知例 2之研磨塾之研磨面的f電位平均值為-1 33· 1 6mV，與習知 例2相較之下，為更接近〇 mV之值。 匕 灵施例2 -1、2_2之研磨面的負I：電位，與習知 例2之研磨面的g電位相比，由於為更趨近於〇之值，因 此月b夠抑制與漿體之負的研磨粒子的排斥，使得研磨墊之 研磨面與漿體的接觸良好，故可縮短初始化時間。 灵軛例2-1、2-2比習知例2之研磨墊進行初始化後的 研磨一 F包位平均值（亦即_32 89mV)為更趨近於〇之值， 』π只知例2-1、2-2無須進行如f知例般的初始化。 為了縮短初始化的時間，研磨塾之研磨面^電位，較 佳在_5〇mV以上未滿〇mV。 來使用貝施例2-1、習知例2以及初始化後的習 之研磨墊’以下述條件進行具有teqs膜之8对石夕 晶圓的研磨，評價研磨速率。 上固定盤旋轉數60rpm、下固定盤旋轉數、加 壓48kPa，使用電塔·哈斯股份有限公司製之聚體 13 200817132 ILD3225 ’裝體流量為〗· l里馬100ml/min，進行6〇秒研磨 進行此6〇秒的研磨並摻雜3〇秒的修整處理。 圖8係表示該結果。 飞理 乂▲表不的貝％例Π之研磨塾，與以•表示的習知 例2之研磨塾相較之下，研磨速率高且較快安定。又，實 %例2-1之研磨塾具有與初始化後之習知例ν以□表示）同 樣的研磨速率及安定性。 亦即貝施例2_1並無進行初始化，卻具有與初始化 後之白头合j 2同樣的特性，可知實施例丄的研磨墊不需 要如習知例2般的初始化。 又，對使用實施例2·1、2-2及習知例2之研磨墊研磨 後的石夕晶圓其平坦性，進行與實施例i同樣的評價。結果， 使用無初始化的實施例2-1、2_2之研磨墊研磨的矽晶圓， 可得到&、員示與使用初始化後之習知例2研磨墊研磨後的矽 晶圓同等以上之平坦性的GBIR、SFQR值。 上述實施形態的研磨墊，雖然為單層結構，然而如圖 所示亦可為在下層設有例如由浸潰過胺甲酸乙酯之不 織布或軟質發泡體所構成之底層2的多層結構。 本發明適用於矽晶圓等之半導體晶圓的研磨。 【圖式簡單說明】 圖1係研磨墊之概略截面圖。 圖2係顯示習知例1之研磨墊與實施例〗之研磨塾的 研磨面其起伏測量結果。 圖3係顯示使用實施例1之研磨墊研磨後之發晶圓的 14 200817132 形狀。 圖4係_示使用習知例1之研磨墊研磨後之矽晶圓的 形狀。 圖5係顯示實施例1及習知例1研磨次數之研磨速率 的變化。 圖6係顯示在使用實施例1之研磨墊的研磨中，研磨 時間與摩擦力之關係。 圖7係顯示在使用習知例1之研磨墊的研磨中，研磨 _ 時間與摩擦力之關係。 圖· 8係顯示使用實施例2-1、習知例2以及初始化後 習知例2之研磨墊之研磨速率的變化。 圖9係其他實施形態之研磨墊的概略截面圖。 【主要元件符號說明】 1 研磨墊 la 研磨面

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Claims (1)

1. 200817132 十、申請專利範圍： 1.一種研磨墊，係使用於被研磨物之研磨，其特徵在 於： 王 具有壓接於該被研磨物之研磨面，該研磨面的起伏& 週期5mm〜200mm，最大振幅在40 // m以下。 2·—種研磨墊，係使用於被研磨物之研磨，其特徵在 於： 具有壓接於該被研磨物之研磨面，該研磨面的$電位 ® 在-5〇mV以上、未達OmV。 3.如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中，該研磨面 的芒電位在-50mV以上、未達OmV。 4·如申請專利範圍第1至3項中任一項之研磨墊，其 中’該研磨面的平均表面粗糙度Ra在1 μ m以上、5 # m 以下。 5 ·如申清專利範圍第1至3項中任一項之研磨塾，其 中’在具有該研磨面之研磨層的下層設有底層。 _ 6·如申請專利範圍第4項之研磨墊，其中，在具有該 研磨面之研磨層的下層設有底層。 十一、圖式： 如次頁 16