TW201628787A - 研磨墊 - Google Patents

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木村毅
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羅門哈斯電子材料Ｃｍｐ控股公司
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Abstract

本發明之圓形研磨墊包含圓形研磨層，前述圓形研磨層具有同心圓槽與一個十字狀槽，前述十字狀槽於前述圓形研磨層之中心大致正交。根據本發明之圓形研磨墊，可抑制研磨速率下降並抑制微粒或刮痕之產生，而減少研磨不良。

Description

研磨墊
本發明係關於一種研磨墊及使用其之半導體元件之製造方法，該研磨墊用於透鏡、反射鏡等光學材料或矽晶圓、硬碟用玻璃基板、鋁基板、及一般金屬研磨加工等要求高度表面平坦性的材料之平坦化加工。
於製造半導體裝置時，要進行藉由在晶圓表面形成導電性膜並進行光刻、蝕刻等而形成線路層之步驟、及於線路層上形成層間絕緣膜之步驟等，因該等步驟會使晶圓表面產生由金屬等導電體或絕緣體所構成之凹凸。近年來，以半導體積體電路高密度化為目的而進行線路之微細化及多層線路化，隨之使晶圓表面之凹凸平坦化之技術變得重要。
作為使晶圓表面之凹凸平坦化之方法，通常採用化學機械研磨(以下稱為CMP；chemical mechanical polishing)。CMP為如下技術：在將晶圓之被研磨面壓抵於研磨墊之研磨面之狀態下，使用分散有研磨粒之漿液狀研磨劑(以下稱為漿液)進行研磨。CMP通常使用 之研磨裝置係例如圖1所示，具備：研磨壓盤2，係支撐研磨墊1；支撐台(研磨頭)5，係支撐被研磨材(半導體晶圓)4；襯墊材，係用於對晶圓進行均勻加壓；及漿液供給機構。研磨墊1例如藉由以雙面膠帶貼附而安裝於研磨壓盤2。研磨壓盤2與支撐台5係以各自所支撐之研磨墊1與被研磨材4相對向之方式配置，且各自具備旋轉軸6、7。又，於支撐台5側設有用於將被研磨材4壓抵於研磨墊1之加壓機構。
為了提高研磨速度及平坦化特性等研磨特性，重要的是使新的漿液均勻地分散至研磨墊整面、及將使用完之漿液高效率地排出。又，就成本面而言，較佳為使新的漿液盡可能保持於研磨墊上，以減少漿液之消耗量。因此，通常研磨墊之與被研磨材接觸之研磨表面係具有用於保持、更新漿液之槽(例如，專利文獻1~3)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2010-234458號公報
專利文獻2：日本專利特開2011-177884號公報
專利文獻3：日本專利特開2011-235425號公報
通常，於研磨開始前及研磨中途進行研磨表面之修整。多數情況下會於剛進行該修整後之研磨墊之表面殘留有修整屑，該修整屑會引起微粒或刮痕產生。另外，若持續研磨則產生研磨屑，故亦因該研磨屑而產生微粒或刮痕。藉由在研磨墊之表面設置多個格子狀及/或放射狀之槽，可將研磨屑或修整屑排出而防止微粒或刮痕(專利文獻1~3)，但若槽變多則研磨面之表面積變小，研磨速率變低。另一方面，若為了增大研磨面之面積而減小槽寬或減少槽數，則無法高效率地排出研磨屑或修整屑，而產生微粒或刮痕，造成研磨不良。即，極難以兼具高研磨速率與低研磨不良。
本發明係鑒於前述情況而完成，其目的在於提供一種研磨墊，係可抑制研磨速率下降並抑制微粒或刮痕產生，而減少研磨不良的研磨墊。
本發明係一種圓形研磨墊，係包含圓形研磨層，前述圓形研磨層具有同心圓槽與一個十字狀槽，前述十字狀槽於前述圓形研磨層之中心大致正交。
根據本發明，可提供一種研磨墊，係能抑制研磨速率下降並抑制微粒或刮痕之產生，而減少研磨不良。本發明 發揮此種效果之原因雖不確定，但考慮為如下。
同心圓槽之漿液保持力較高，因此可獲得良好之研磨速率，但有槽內之漿液排出較難之問題。認為藉由在前述同心圓槽上設置一個十字槽而非複數個放射狀槽，可抑制研磨速率下降並排出修整屑或研磨屑，而可減少微粒或刮痕之產生。
1‧‧‧積層研磨墊
2‧‧‧研磨壓盤
3‧‧‧研磨劑(漿液)
4‧‧‧被研磨材(半導體晶圓)
5‧‧‧支撐台(研磨頭)
6、7‧‧‧旋轉軸
8‧‧‧圓形研磨片
9‧‧‧最外周部之凸部
10‧‧‧同心圓槽(凹部)
11‧‧‧十字狀槽(凹部)
圖1係表示CMP研磨所使用之研磨裝置之一例之概略構成圖。
圖2係表示研磨層之槽形狀之概略圖。
本實施形態之圓形研磨墊包含圓形研磨層，前述圓形研磨層具有同心圓槽與一個十字狀槽，前述十字狀槽於前述圓形研磨層之中心大致正交。
前述研磨層之材料並無特別限定，例如可列舉：聚胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯樹脂、鹵素系樹脂(聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等)、聚苯乙烯、烯烴系樹脂(聚乙烯、聚丙烯等)、環氧樹脂、及感光性樹脂等。聚胺基甲酸酯樹脂由於耐磨耗性優異，且可藉由對原料組成進行 各種改變而調整成所需物性，故作為研磨層之材料係較佳。
前述研磨層既可為發泡體，亦可為無發泡體，較佳為由聚胺基甲酸酯樹脂發泡體形成。
作為聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之製造方法，可列舉添加中空珠之方法、機械發泡法、化學發泡法等。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之平均氣泡直徑較佳為30μm~80μm，更佳為30μm~60μm。於脫離該範圍之時，有研磨速度下降、或研磨後之被研磨材(晶圓)之平面性(平坦性)下降的傾向。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之比重較佳為0.5~1.3。於比重未達0.5時，有前述研磨層之表面強度下降，被研磨材之平面性下降之傾向。另外，於大於1.3時，前述研磨層表面之氣泡數變少，雖平面性良好但有研磨速度下降之傾向。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之硬度以ASKER-D硬度計較佳為40度~70度。於ASKER-D硬度未達40度時，有被研磨材之平面性下降之傾向，另外，於大於70度時，雖平面性良好但有被研磨材之均勻性(均一性)下降之傾 向。
圓形研磨層之大小並無特別限定，通常直徑為30cm~100cm左右。
亦可於圓形研磨層設置光學終點檢測用窗(光透過區域)。
圓形研磨層之厚度並無特別限定，通常為0.8mm~4mm左右，較佳為1.5mm~2.5mm。作為製作前述厚度之圓形研磨層之方法，可列舉：使用帶鋸方式或刨方式之切片機將發泡體塊切片成特定厚度之方法；將樹脂流入具有特定厚度之模腔之模具中並使其硬化之方法；及採用塗佈技術或片成形技術之方法等。
以下，一面參照圖式一面說明本實施形態之研磨墊。圖2是表示本實施形態之研磨墊之研磨層之表面的概略圖。如圖2所示，前述研磨層8於其表面具有同心圓槽10及十字狀槽11。
前述同心圓槽10之槽間距並無特別限制，就抑制研磨速率降低之觀點、及排出修整屑或研磨屑之觀點而言，較佳為1.0mm~6.5mm，更佳為1.2mm~4.5mm，又更佳為1.5mm~4.0mm。
就研磨層之捲縮、與壓盤之固定穩定性等研磨中之墊端部穩定性之觀點而言，前述研磨層之最外周部9之寬度為同心圓槽10之槽間距之1/2以上，較佳為槽間距以上，更佳為寬於槽間距。
前述同心圓槽10之槽寬並無特別限制，就抑制研磨速率降低之觀點、及排出修整屑或研磨屑之觀點而言，較佳為0.15~1.2mm，更佳為0.2mm~0.7mm，又更佳為0.25mm~0.5mm。
前述同心圓槽10之槽深係根據圓形研磨層之厚度而適當調整，通常就抑制研磨速率降低之觀點、及排出修整屑或研磨屑之觀點而言，較佳為0.3mm~1.5mm，更佳為0.4mm~1.2mm，又更佳為0.45mm~1.0mm。
再者，前述同心圓槽10之槽間距、槽寬、槽深通常為固定，但為了使漿液之保持/更新性為所需者，亦可分別於某範圍改變槽間距、槽寬、槽深等。在分別於某範圍改變槽間距、槽寬、槽深等時，最外周部9之寬度為最靠近最外周部9之槽間距之1/2以上，較佳為槽間距以上，更佳為寬於槽間距。最外周部9之寬度上限並無特別限定，就無損保持、更新槽10之漿液之效果的觀點而言，較佳為同心圓槽10之槽間距之2倍以下。
前述十字狀槽11具有2條直線狀之槽大致正交之形狀。於前述研磨層設置有一個前述十字狀槽11。又，本說明書中所謂「大致正交」係指於90°±10°之範圍內交叉。
前述十字狀槽11之槽寬並無特別限制，就抑制研磨速率降低之觀點、及排出修整屑或研磨屑之觀點而言，較佳為2.0mm~8.0mm，更佳為2.0mm~6.0mm，又更佳為2.0mm~4.0mm。
前述十字狀槽11之槽深係根據圓形研磨層8之厚度而適當調整，通常就維持研磨速率之觀點、及排出修整屑或研磨屑之觀點而言，較佳為0.1mm~1.5mm，更佳為0.45mm~1.3mm，又更佳為0.45mm~1.2mm。就排出修整屑或研磨屑之觀點而言，前述十字狀槽之槽深較佳為與同心圓槽之槽深相同、或者深於同心圓槽之槽深。
於經常性地缺陷較多時或缺陷有隨時間增加之傾向時，就促進漿液排出之觀點而言，前述十字狀槽之槽深較佳為0.1mm以上。又，若槽深較深，則槽之容積變大，有漿液不足之傾向，故研磨速率會下降。因此，就抑制研磨速率下降之觀點而言，前述十字狀槽之槽深較佳為0.1mm以下。
若被研磨材與研磨層表面之接觸面積變少，則研磨速度會下降。因此，就維持高研磨速率並抑制微粒等產生之觀點而言，研磨層表面之面積與槽部之面積之比(表面之槽面積/墊表面之面積×100)較佳為5%~25%，更佳為12%~17%。又，所謂研磨層表面之面積係研磨層整體之面積，所謂槽部之面積係同心槽之面積與十字狀槽之面積之合計。
前述同心圓槽10之同心圓之中心部分、及前述十字狀槽11之2個直線狀槽之大致正交之部分較佳為位於前述圓形研磨層8之大致中心部分。於研磨中，會沿研磨方向對研磨層8表面施加力，由於在研磨層8表面、尤其是研磨層8之中央部並無該力之傳導處，故研磨層8會捲曲並引發微粒等，但藉由使同心圓槽10之同心圓之中心部分、及前述十字狀槽11之2個直線狀槽之大致正交之部分通過研磨層8之中心，可減輕研磨中產生之研磨層8表面之引縮，而抑制研磨層8中央部之捲曲，故可抑制微粒等之產生。
前述同心圓槽10及前述十字狀槽11之形成方法並無特別限定，例如可列舉：使用特定尺寸之車刀之類的治具進行機械切削之方法；藉由將樹脂流入具有特定表面形狀之模具並使其硬化而形成之方法；利用具有特定表面形狀之加壓板對樹脂進行加壓而形成之方法；採用光 刻而形成之方法；採用印刷手法而形成之方法；利用使用二氧化碳雷射等之雷射光之形成方法等。另外，亦可對前述十字狀槽10之大致正交部分之角進行倒角加工。
前述圓形研磨墊既可僅為前述圓形研磨層，亦可為圓形研磨層與其他層(例如緩衝層等)之積層體。
前述緩衝層係補充圓形研磨層之特性。緩衝層係於CMP中為了兼具處於折衷關係之平面性與均勻性兩者所必需者。所謂平面性係指研磨具有圖案形成時產生之微小凹凸之被研磨材時之圖案部之平坦性，所謂均勻性係指被研磨材整體之均一性。利用圓形研磨層之特性來改善平面性，利用緩衝層之特性來改善均勻性。前述圓形研磨墊中，緩衝層較佳為使用較圓形研磨層柔軟者。
作為前述緩衝層，例如可列舉：聚酯不織布、尼龍不織布、丙烯酸系不織布等纖維不織布；含浸聚胺基甲酸酯之聚酯不織布之類的含浸樹脂之不織布；聚胺基甲酸酯泡沫、聚乙烯泡沫等高分子樹脂發泡體；丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠等橡膠性樹脂；及感光性樹脂等。
作為將圓形研磨層與緩衝層貼合之手段，例如可列舉利用雙面膠帶夾著圓形研磨層與緩衝層並加壓之方法。
前述雙面膠帶具有於不織布或膜等基材之兩面設有接著層之一般構成。若考慮防止漿液向緩衝層之滲透等，則基材較佳為使用膜。另外，作為接著層之組成，例如可列舉橡膠系接著劑或丙烯酸系接著劑等。若考慮金屬離子之含量，則丙烯酸系接著劑由於金屬離子含量少，故較佳。又，圓形研磨層與緩衝層亦有組成不同之情況，因此亦可將雙面膠帶之各接著層之組成設為不同而使各層之接著力適當化。
前述圓形研磨墊亦可於與平台接著之面設置雙面膠帶。作為該雙面膠帶，可使用與上述同樣之具有於基材之兩面設有接著層之一般構成者。作為基材，例如可列舉不織布或膜等。若考慮圓形研磨墊使用後自平台之剝離，則基材較佳為使用膜。又，作為接著層之組成，例如可列舉橡膠系接著劑或丙烯酸系接著劑等。若考慮金屬離子之含量，則丙烯酸系接著劑由於金屬離子含量少，故較佳。
半導體元件係經過使用前述研磨墊對半導體晶圓之表面進行研磨之步驟而製造。半導體晶圓通常係於矽晶圓上積層有線路金屬及氧化膜者。半導體晶圓之研磨方法、研磨裝置並無特別限制，例如使用如下研磨裝置等而進行，該研磨裝置如圖1所示般具備：研磨壓盤2，係 支撐研磨墊(研磨層)1；支撐台(研磨頭)5，係支撐半導體晶圓4；襯墊材，係用於對晶圓進行均勻加壓；及研磨劑3之供給機構。圓形研磨墊1例如藉由以雙面膠帶貼附而安裝於研磨壓盤2。研磨壓盤2與支撐台5係以各自所支撐之研磨墊1與半導體晶圓4相對向之方式配置，且各自具備旋轉軸6、7。又，於支撐台5側設有用於將半導體晶圓4壓抵於圓形研磨墊1之加壓機構。研磨時，一面使研磨壓盤2與支撐台5旋轉一面將半導體晶圓4壓抵於研磨墊1，且一面供給漿液一面進行研磨。漿液之流量、研磨負荷、研磨壓盤轉速、及晶圓轉速並無特別限制，係適當調整而進行。
藉此，將半導體晶圓4之表面突出部分去除而研磨成平坦狀。之後，藉由進行切割、接合、封裝等而製造半導體元件。半導體元件被用於運算處理裝置或記憶體等。
[實施例]
以下列舉實施例說明本發明進行，但本發明並不限定於該等實施例。
<測定、評價方法>
〔研磨條件〕
使用ARW-8C1A(MAT公司製造)作為研磨裝置，於以下條件一面對研磨墊表面進行修整處理一面研磨。
‧監測晶圓：於8吋矽晶圓上形成有1μm之熱氧化膜者
‧漿液：將SS25(Cabot製造)稀釋2倍而使用
‧漿液供給流量：150ml/min
‧研磨負荷：5psi保持器負荷：6psi
‧轉速：研磨/晶圓=100/100rpm
‧修整器：SAESOL公司製造4in dresser 60rpm
〔研磨特性之評價〕
於實施磨合後處理10片虛設晶圓，然後研磨監測晶圓，對該監測晶圓進行初始評價。在此以後，於第50片、第100片流入監測晶圓而評價研磨速率變動及缺陷狀態。研磨速率變動之評價方法、及缺陷狀態之評價方法如下所述。
[研磨速率之評價]
針對僅有同心圓槽之研磨墊之研磨速率，將研磨速率下降未達5%者設為○，將為5%以上者設為×。
[缺陷之評價]
使用缺陷評價裝置(SP1 TBI)進行測定。將缺陷自初始評價起幾乎無變化者設為○，將自初始評價起有增加傾向者設為×。而且，將處理100片監測晶圓時於研磨墊中央部無剝離者評價為○，將有剝離者評價為×。
<製造例>
於容器中加入甲苯二異氰酸酯(2,4-體/2,6-體=80/20之混合物)1229重量分、4,4'-二環己基甲烷二異氰酸酯272重量分、數量平均分子量為1018之聚四亞甲基醚二醇1901重量分、二乙二醇198重量分，於70℃反應4小時而獲得異氰酸酯基末端預聚物A。另外，於容器中加入多聚化1,6-六亞甲基二異氰酸酯(Sumika Bayer Urethane公司製造，Sumidur N-3300，異氰尿酸酯型)100重量分、及數量平均分子量為250之聚四亞甲基醚二醇16.3重量分(NCO指數(index)：4)，於100℃反應3小時而獲得異氰酸酯基末端預聚物B(1)。將前述預聚物A 100重量分、前述預聚物B(1)23.3重量分、及矽系非離子界面活性劑(DOW CORNING TORAY SILICONE製造，SH-192)3.7重量分加入聚合容器內進行混合，調整至70℃並進行減壓脫泡。然後使用攪拌翼，於900rpm之轉速以向反應體系內摻入氣泡之方式進行約4分鐘激烈攪拌。於其中添加預先於120℃熔融之4,4'-亞甲基雙(鄰氯苯胺)36.1重量分(NCO指數：1.1)。將該混合液攪拌約70秒之後，流入平鍋型之敞模(注模容器)。於該混合液流動性消失之時間點放入烘箱內，於100℃進行16小時後硬化，而獲得聚胺基甲酸酯發泡體塊。使用切片機(Amitec公司製造，VGW-125)將加熱至約80℃之前述聚胺基甲酸酯發泡體塊切片，而獲得聚胺基甲酸酯發泡體 片。接著使用拋光機(Amitec公司製造)，將該片表面拋光處理成厚度成為2.0mm為止，而製成調整厚度精度之片。將該拋光處理過之片以直徑為61cm之大小沖裁。
<實施例1>
使用槽加工機(Techno公司製造)，於所製作之研磨片之表面形成圖2所記載之形狀之槽，同心圓槽以寬度0.4mm、深度0.8mm、間距3.1mm而形成，十字槽以寬度4.0mm、深度0.85mm(尺寸)而形成，而製作研磨層。使用層壓機，於該研磨層之與槽加工面為相反側之面貼附雙面膠帶(積水化學工業公司製造，雙面膠)。進一步對經電暈處理之緩衝片(Toray公司製造，聚乙烯泡沫，Toraypef，厚度0.8mm)之表面進行拋光處理，使用層壓機將其貼合於前述雙面膠帶。進一步使用層壓機，於緩衝片之另一面貼合雙面膠帶，而製作研磨墊。
<實施例2-6>
將槽之形狀設為表1所記載之形狀，除此以外以與實施例1同樣之方式製成研磨墊。
<比較例1>
使用槽加工機(Techno公司製造)，於所製作之研磨片之表面以寬度0.4mm、深度0.8mm、間距3.1mm(尺寸)形成同心圓形狀之槽，而製作研磨層。研磨表面之槽 圖案僅設為同心圓狀。之後利用與實施例同樣之方法製作研磨墊。
<比較例2>
使用槽加工機(Techno公司製造)，於所製作之研磨片之表面形成同心圓及格子形狀之槽，同心圓槽以寬度0.4mm、深度0.8mm、間距3.1mm而形成，格子狀槽以寬度4.0mm、深度0.85mm、間距15mm(尺寸)而形成，而製作研磨層。之後利用與實施例同樣之方法製作研磨墊。
<比較例3>
使用槽加工機(Techno公司製造)，於所製作之研磨片之表面以寬度4mm、深度0.85mm(尺寸)形成十字槽，而製作研磨層。之後利用與實施例同樣之方法製作研磨墊。
根據表1，實施例1之研磨墊即便在用於長時間研磨時亦維持研磨速率，且未見微粒或刮痕等缺陷。
[產業上之可利用性]
本發明之積層研磨墊之製造方法，係可用於進行透鏡、反射鏡等光學材料或矽晶圓、硬碟用玻璃基板、鋁基板、及一般之金屬研磨加工等要求高度表面平坦性之材料之平坦化加工的研磨墊之製造方法。
8‧‧‧圓形研磨片
9‧‧‧最外周部之凸部
10‧‧‧同心圓槽(凹部)
11‧‧‧十字狀槽(凹部)

Claims (7)

  1. 一種圓形研磨墊，係包含圓形研磨層；前述圓形研磨層具有同心圓槽與一個十字狀槽；前述十字狀槽於前述圓形研磨層之中心大致正文。
  2. 如請求項1所記載之圓形研磨墊，其中前述同心圓槽之槽寬為0.15mm~1.2mm。
  3. 如請求項1或2所記載之圓形研磨墊，其中前述同心圓槽之槽深為0.3mm~1.5mm。
  4. 如請求項1或2所記載之圓形研磨墊，其中前述同心圓槽之槽間距為1.0mm~6.5mm。
  5. 如請求項1或2所記載之圓形研磨墊，其中前述十字狀槽之槽寬為2.0mm~8.0mm。
  6. 如請求項1或2所記載之圓形研磨墊，其中前述十字狀槽之槽深為0.1mm~1.6mm，前述十字狀槽之槽深與前述同心圓槽之槽深相同或深於同心圓槽之槽深。
  7. 一種半導體元件之製造方法，係包括使用如請求項1至6中任一項所記載之圓形研磨墊對半導體晶圓之表面進行研磨的步驟。
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