TW201826367A - 晶圓之製造方法以及晶圓 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可平坦化晶圓的製造方法，且不影響半導體裝置的製造。在晶圓W的一面W1形成樹脂層RH的樹脂層形成步驟包括：保持步驟，以保持構件吸引保持晶圓W的另一面W2；平坦面形成步驟，在平板的平坦部與晶圓W的一面W1之間夾入黏度在1000mPa．s以下的硬化性樹脂，在硬化性樹脂上形成貼平於平坦部的硬化前平坦面；保持解除步驟，解除另一面W2的吸引保持；硬化步驟，使硬化性樹脂硬化以形成樹脂層RH；以及分離步驟，使平坦部從樹脂層RH分離。
Description
本發明係有關於晶圓的製造方法及晶圓。
半導體裝置製造過程中，晶圓上會形成多層的金屬或絕緣膜層。形成在這個晶圓上的各層的膜厚均一性會影響到裝置的性能，因此各層形成後會進行CMP(ChemicalMechanical Polishing)來平坦化。然而，如果晶圓上有起伏，CMP的精度會下降，而形成膜厚不均的層。習知技術中，將具有起伏的晶圓平坦化的技術，如以下說明的技術是為人所知的。
首先，在晶圓的一面塗布硬化性樹脂，加工這個硬化性樹脂使其平坦並硬化，藉此形成樹脂層。之後，保持樹脂層的平坦面，研削晶圓的另一面，在除去樹脂層後或不除去的狀態下，保持著平坦化的另一面來研削晶圓的一面，使其平坦化。以下，有時會將上述技術稱為「貼樹脂研削」。然後，有一文獻應用了這種貼樹脂研削並且更進一步對平坦化進行檢討(例如參照專利文獻1)。
專利文獻1的方法中，以保持構件吸引保持具有起伏的晶圓的另一面，又滴下硬化性樹脂至平台上的膜片，推壓晶圓的一面至這個滴下的硬化性樹脂，在硬化性樹脂上形成 貼平於膜片的硬化前平坦面。之後，解除另一面的吸引保持，使硬化性樹脂硬化，形成具有硬化後平坦面的樹脂層。
專利文獻1：日本特開2011-249652號公報
然而，專利文獻1的方法中，從膜片脫離後的樹脂層的硬化後平坦面並沒有充分被平坦化，無法充分減小鏡面研磨後的晶圓表面上的奈米形貌，有無法適切地製造出半導體裝置的疑慮。
本發明的目的是提供一種晶圓的製造方法及晶圓，能夠平坦化並且不對半導體裝置的製造帶來影響。
本發明人為了解決上述的問題，重複地研究後，得到了適當設定硬化前的硬化性樹脂的黏度，就能夠充分平坦化樹脂層的硬化後平坦面的結論。本發明基於上述結論而完成。
也就是說，本發明提出一種晶圓的製造方法，包括：樹脂層形成步驟，對於從單晶矽棒切下來的晶圓或經過研磨的晶圓的一面形成樹脂層；第1平面研削步驟，夠過該樹脂層保持該一面，並且平面研削該晶圓的另一面；樹脂層除去步驟，除去該樹脂層；以及第2平面研削步驟，保持該另一面，並且平面研削該一面。該樹脂層形成步驟包括：保持步驟，以保持構件吸引保持該晶圓的另一面；平坦面形成步驟，在平坦面形成構件的平坦部與該晶圓的一面之間夾入黏度在1000mPa．s以下的硬化性樹脂，在該硬化性樹脂上形成貼平於該平坦部的硬化前平坦面；保持解除步驟，解除該另一面的 吸引保持；硬化步驟，使該硬化性樹脂硬化，形成該樹脂層；以及分離步驟，使該平坦部從該樹脂層分離。
根據本發明，使用硬化前的黏度在1000mPa．s以下的硬化性樹脂來形成樹脂層，能夠形成具有充分平坦化的硬化後的平坦面之樹脂層，對於設置這種樹脂層的晶圓實行第1平面研削步驟、樹脂層除去步驟、第2平面研削步驟後，能夠充分減小晶圓的起伏。結果，能夠充分減小鏡面研磨後的晶圓表面的奈米形貌，能夠提供適合於製造半導體裝置的晶圓。
本發明的晶圓的製造方法中，該樹脂層形成步驟滿足以下的式(1)來形成該樹脂層為佳。
V/T≦10…(1)
V：該硬化性樹脂的硬化前的黏度(mPa．s)
T：該保持解除步驟後、該硬化步驟前的該硬化性樹脂的最厚部分的厚度(μm)
根據本發明，相對於硬化性樹脂的黏度，適當地設定硬化性樹脂的厚度，使V/T在10以下，藉此能夠抑制樹脂層的硬化後平坦面的變形，能夠將鏡面研磨後的晶圓表面的奈米形貌的最大值減到5nm以下。
本發明提出一種晶圓，其表面上的10mm×10mm的複數領域下測量的奈米形貌的最大值在5nm以下。
10‧‧‧保持推壓裝置
11‧‧‧平板(平坦面形成構件)
11A‧‧‧平坦部
12‧‧‧保持構件
121‧‧‧保持面
20‧‧‧平面研削裝置
21‧‧‧真空夾頭平台
22‧‧‧砥石
23‧‧‧定盤
F1‧‧‧壓縮彈性力
F2‧‧‧舒張彈性力
R‧‧‧硬化性樹脂
R1‧‧‧硬化前平坦面
R2‧‧‧晶圓接觸面
RH‧‧‧樹脂層
RH1‧‧‧硬化後平坦面
W‧‧‧晶圓
W1‧‧‧一面
W2‧‧‧另一面
W11、W21、W111‧‧‧起伏
第1圖係本發明一實施型態的晶圓的製造方法的流程圖。
第2A圖~第2C圖係上述晶圓的製造方法的說明圖。
第3A圖~第3C圖係前述晶圓的製造方法的說明圖，顯示接續第2圖的狀態。
第4圖係該晶圓的製造方法中的樹脂層形成步驟的流程圖。
第5A圖~第5C圖係使用硬化前黏度V為1000mPa．s以下的硬化性樹脂的作用說明圖。
第6A圖~第6B圖係使用硬化前黏度V為1000mPa．s以下的硬化性樹脂的作用說明圖，顯示接續第5圖的狀態。
第7圖係顯示本發明實施例的實驗1的結果。
第8圖係顯示該實施例的實驗2的結果。
第9圖係顯示該實施例的實驗3的結果。
參照圖式說明本發明的一實施型態。
如第1圖所示，晶圓的製造方法，首先以線鋸切斷矽、SiC、GaAs、藍寶石等的單晶矽棒(以下簡單稱為「晶棒」)，獲得複數的晶圓(步驟S1：切片步驟)。接著，藉由研磨裝置對晶圓的兩面同時進行平坦化加工(步驟S2：研磨步驟)、倒角(步驟S3：倒角)。此時，只有研磨步驟的話，要讓晶圓充分的平坦化是很困難的，因此如第2A圖所示，會獲得一面W1及另一面W2上有起伏W11、W21的晶圓W。之後，進行貼樹脂研削步驟。貼樹脂研削步驟包括：樹脂層形成步驟(步驟S4)，如第1圖所示，塗布硬化性樹脂R(參照第2B圖)到晶圓W的一面W1，形成樹脂層RH(參照第2B圖)；第1 平面研削步驟(步驟S5)，透過樹脂層RH保持一面W1，平面研磨晶圓W的另一面W2；樹脂層除去步驟(步驟S6)，除去樹脂層RH；以及第2平面研削步驟(步驟S7)，保持另一面W2，平面研削一面W1。
樹脂層形成步驟中，使用如第2B圖所示的保持推壓裝置10，如第4圖所示，進行塗布步驟(步驟S11)、保持步驟(步驟S12)、平坦面形成步驟(步驟S13)、保持解除步驟(步驟S14)、硬化步驟(步驟S15)、分離步驟(步驟S16)。塗布步驟是在做為具有高平坦化的平坦部11A的平坦面形成構件之平板11上，塗布硬化性樹脂R。此時，做為硬化性樹脂R，會使用硬化前的黏度V(以下單純稱為「硬化前黏度」)在1000mPa．s以下者。在此，硬化前黏度V在100mPa．s以上為佳。
保持步驟如第2B圖的實線所示，保持構件12以保持面121吸引保持晶圓W的另一面W2。此時，晶圓W的另一面W2上的起伏W21貼平於保持面121而被矯正，一面W1上的起伏W11也變小。平坦面形成步驟會使保持構件12下降，如第2B圖的兩點鏈線所示，將硬化性樹脂R夾入平坦部11A與晶圓W的一面W1之間，將晶圓W推壓到硬化性樹脂R，在硬化性樹脂R上形成貼平於平坦部11A的硬化前平坦面R1。保持解除步驟會解持保持構件對晶圓W的另一面W2的吸引保持。硬化步驟會使硬化性樹脂層R硬化，形成樹脂層RH，其中與一面W1接觸的相反側的面成為硬化後平坦面RH1。分離步驟會使平坦部11A從樹脂層RH樹脂層RH脫離。
在此，關於使用了硬化前黏度V在1000mPa．s以下的硬化性樹脂R的作用，會使用將硬化性樹脂R的形狀誇張且單純化的第5圖來說明。當對如第5A圖所示的晶圓W進行保持步驟時，如第5B圖所示，另一面W2的起伏W21會貼平於保持面121而被矯正，且以兩點鏈線表示的一面W1的起伏W11變小，形成以實線表示的起伏W111。接著，當進行平坦面形成步驟時，會在硬化性樹脂R上形成貼平於平坦部11A的硬化前平坦面R1。
之後，當進行保持解除步驟，晶圓W的起伏恢復原狀，但如第5C圖所示，以兩點鏈線表示的一面W1的起伏W111恢復成以實線表示的起伏W11時，硬化性樹脂R的晶圓接觸面R2會追蹤這個恢復動作而變形。然而，硬化前平坦面R1緊貼著平坦部11A不分離。因此，硬化性樹脂R的晶圓接觸面R2變形成遠離硬化前平坦面R1的部分，會產生壓縮方向的彈性力(以下簡單稱為「壓縮彈性力」)F1，便形成接近硬化前平坦面R1的部分，會產生舒張方向的彈性力(以下簡單稱為「舒張彈性力」)F2。
硬化前黏度V比1000mPa．s大的情況下，硬化性樹脂R難以吸收晶圓接觸面R2的變形，因此會殘留壓縮彈性力F1或舒張彈性力F2。在這個狀態下進行硬化步驟形成樹脂層RH後，當進行分離步驟時，因為殘留的各彈性力F1、F2，如第6A圖所示，樹脂層RH的硬化後平坦面RH1變形，其平坦部下降。本實施型態中，因為使硬化前黏度V在1000mPa．s以下，因此硬化性樹脂R容易吸收晶圓接觸面R2的變形， 而變得難以殘留壓縮彈性力F1或舒張彈性力F2。結果，形成樹脂層RH後，進行分離步驟時，如第6B圖所示，樹脂層RH的硬化後平坦面RH1的變形被抑制，能夠形成具有充分平坦化的硬化後平坦面RH1的樹脂層RH。
又，樹脂層形成步驟滿足以下式(1)來形成樹脂層RH為佳。其中，硬化前黏度V在1000mPa．s以下。
V/T≦10…(1)
V：硬化性樹脂層R的硬化前黏度(mPa．s)
T：保持解除步驟後、硬化步驟前之硬化性樹脂R的最後部分的厚度(μm)(參照第5C圖)。
V/T超過10(不滿足式(1))的情況下，因為相對於硬化前黏度V硬化性樹脂R太薄，所以當實施保持解除步驟中晶圓接觸面R2追隨晶圓W的變形而跟著變形時，雖然與硬化前黏度V比1000mPa．s大的情況相比小了很多，但還是可能殘留各彈性力F1、F2在硬化性樹脂R。結果，分離步驟後的樹脂層RH的硬化後平坦部RH1的平坦度也僅僅稍微下降，後述的鏡面研磨後的晶圓W表面的奈米形貌可能無法形成在5nm以下。相對於此，V/T在10以下(滿足式(1))的情況下，因為相對於硬化前黏度V硬化性樹脂R的厚度適當，即使實施保持解除步驟晶圓接觸面R2變形，硬化性樹脂R能夠充分吸收這個變形，能夠抑制壓縮彈性力F1或舒張彈性力F2的殘留。結果，能夠充分地維持分離步驟後的樹脂層RH的硬化後平坦面RH1的平坦度，能夠將鏡面研磨後的晶圓W表面的奈米形貌減低至5nm以下。
做為塗布硬化性樹脂至晶圓W的方法，能夠藉由旋轉鍍法(以保持面121吸引保持晶圓W的另一面W2，使一面W朝向上，在一面W上滴下硬化性樹脂，旋轉晶圓W使硬化性樹脂在一面W上全面展開)、網版印刷法(配置網版於一面W，將硬化性樹脂載於網版並以刮刀塗布)、以電噴霧沈積的方式將噴滿一面W1全面的方法等，塗布硬化性樹脂後，再將高平坦化的平板11往硬化性樹脂推壓。硬化性樹脂當中，感性化性樹脂等的硬化樹脂在加工後容易剝離這點較佳。特別是，感光性樹脂在不會施加熱產生的應力這點也相當合適。本實施型態中，做為硬化性樹脂，會使用UV硬化樹脂。又，做為其他具體的硬化性樹脂的材質，可以舉出接著劑(臘等)等。
第一平面研削步驟會使用第2C圖所示的平面研削裝置20，對另一面W2進行平面研削。首先，在真空夾頭平台21的高平坦化的保持面211上，以硬化後平坦面RH1朝下的狀態載置晶圓W，真空夾頭平台21吸引保持晶圓W。接著，如第2C圖的實線所示，將下面設置砥石22的定盤23移動到晶圓W的上方。之後，一邊旋轉定盤23一邊下降，且旋轉真空夾頭平台21，如第2C圖的兩點鏈線所示，藉由砥石22與另一面W2相接觸，平面研削另一面W2。然後，當磨耗量到達磨耗最小值P以上時，結束平面研削。藉由以上的步驟，另一面W2會形成充分去除起伏的平坦面。
樹脂層除去步驟如第3A圖所示，將形成於晶圓W的一面W1的樹脂層RH從晶圓W剝下來。此時，也可以使用溶劑以化學的方式除去樹脂層RH。
第2平面研削步驟如第3B圖所示，使用與第1平面研削步驟相同的平面研削裝置20，平面研削一面W1。首先，在保持面211上，以高平坦化的另一面W2朝下的狀態載置晶圓W後，真空夾頭平台21吸引保持晶圓W，如第3B圖實線所示，一邊旋轉移動到晶圓W的上方的定盤23一邊下降，並且旋轉真空夾頭平台21，如第3B圖的兩點鏈線所示，平面研削一面W1。然後，當磨耗量到達磨耗最小值P以上時，結束平面研削。藉由以上的步驟，一面W1會形成充分去除起伏的平坦面。
藉由以上的貼樹脂研削步驟，充分地除去起伏W11、W21，如第3C圖所示，獲得一面W1及另一面W2高平坦化的晶圓W。
接著，如第1圖所示，為了除去倒角時或貼樹脂研削時產生並殘留於晶圓W的加工變質層等，會進行蝕刻(步驟S8：蝕刻步驟)。之後，進行鏡面研磨步驟，包括：使用兩面研磨裝置研磨晶圓W的兩面的一次研磨步驟(步驟S9)、使用單面研磨裝置研磨晶圓W的兩面的最終研磨步驟(步驟S10)。晶圓的製造方法結束。在滿足上述式(1)的條件下進行貼樹脂研削，在這個鏡面研磨步驟後獲得的晶圓W，具有表面10mm×10mm的複數領域所測量的奈米形貌的最大值在5nm以下的特性。
如上述，使用硬化前黏度V在1000mPa．s以下的硬化性樹脂R來形成樹脂層RH，藉此能夠形成具有充分平坦 化的硬化後平坦面RH1的樹脂層RH。因此，能夠充分地縮小鏡面研磨後晶圓W表面的奈米形貌，能夠提供適合用於半導體裝置製造的晶圓。
另外，本發明並不限定於上述實施型態，在不脫離本發明的要旨的範圍內能夠做各種改良及設計的變更，此外，本發明實施時的具體步驟及構造等也可以是能夠達成本發明的目的的範圍下的其他的構造等。
例如，也可以不進行研磨步驟，以上述條件進行貼樹脂研削。即使在這個情況下，也能夠獲得具有上述特性的晶圓W。又，樹脂層RH的除去也可以不是用剝下的，而是利用做為樹脂層除去步驟的第2平面研削步驟來研削除去。
接著，藉由實施例更詳細說明本發明，但本發明並不受到這些例子的任何限制。
首先，準備UV硬化性樹脂A~C。樹脂A~C的硬化前黏度V如第7圖所示，是350mPa．s、700mPa．s、1050mPa．s。然後，進行第1圖所示的切片步驟，準備直徑300mm、厚度約900μm的晶圓。接著，對這些晶圓進行倒角步驟、貼樹脂研削步驟。
樹脂層形成步驟中，使用樹脂A，進行塗布步驟、保持步驟、平坦面形成步驟，使得保持解除步驟後、硬化步驟 前的硬化性樹脂的最厚的部分的厚度(以下，簡單稱為「樹脂厚度」)T成為70μm。藉由保持解除步驟後、硬化步驟的UV照射，使樹脂A硬化來形成樹脂層，進行分離步驟。V/T的值如第7圖所示是5，滿足上述式(1)。又，對其他的晶圓也使用第7圖所示的組合來塗布樹脂A~C，形成第7圖所示的樹脂厚度的樹脂層。
然後，對設置樹脂層的各晶圓進行第1平面研削步驟、樹脂層除去步驟、第2平面研削步驟。第1、第2平面研削步驟中，會使用DISCO公司製作的研削裝置(DFG8000系列)，分別進行磨耗量20μm的平面研削。之後，進行蝕刻步驟、鏡面研磨步驟、洗淨步驟。鏡面研磨步驟中，做為一次研磨步驟，會使用兩面研磨裝置來進行兩面合計5μm以上20μm以下的研磨，做為最終研磨，會使用單面研磨裝置來進行單面不滿1μm的研磨。另外，樣本會在各條件下分別製作一片。
使用光學干涉式的平坦度測量器Wafersight2(KLA-Tencor公司製)，測量各晶圓表面的10mm×10mm的複數領域的高度分布(高低差)，獲得奈米形貌。奈米形貌是將晶圓的測量結果做濾鏡處理除去20mm以上的波長成分後，以濃淡來圖示奈米形貌的測量結果。奈米形貌分布圖表示晶圓的非吸附狀態下的表面高低差。又，對奈米形貌分布圖進行以5nm為閾值的二元處理，產生奈米形貌在閾值以上的高低差大的領域以白色表示的二元圖像。第7圖顯示了各晶圓的奈米形貌的最大值、奈米形貌分布圖、二元圖像。又，二元圖像存在 白領域的情況下會標示「有圖樣」，不存在白領域的情況下會標示「無圖樣」。
如第7圖所示，奈米形貌的最大值在使用硬化前黏度V是1000mPa．s以下的樹脂A與樹脂B時是幾乎相同的。另一方面，使用硬化前黏度V在1000mPa．s以上的樹脂C之奈米形貌的最大值會比樹脂A與樹脂B大。關於二元圖像，能夠確認到樹脂C的白領域比樹脂A及樹脂B大。
從以上內容，能夠確認到當使用硬化前黏度V在1000mPa．s以下的硬化性樹脂來形成樹脂層時，能夠充分地縮小鏡面研磨後的晶圓表面的奈米形貌。
對於使用實驗1中的樹脂層A形成樹脂厚度T為25μm(V/T=14)的樹脂層的樣本，調查晶圓的徑方向的奈米形貌與硬化後平坦面的凹凸的關係。硬化後平坦面的凹凸測量中，會使用線性測量計(三豐公司製，形式LGF)，在直線範圍內測量該硬化後的平坦面的凹凸。奈米形貌的輪廓測量中，會使用上述的平坦度測量器Wafersight2，在上述範圍測量鏡面研磨後的表面。另外，各測量會在通過晶圓的中心的範圍內進行。這些測量結果顯示於第8圖。如第8圖所示，可知奈米形貌與硬化後平坦面的形狀非常相似。從此可知，硬化後平坦面的凹凸形狀會而轉印到晶圓上形成起伏。
如第7圖所示，即使硬化前黏度V在1000mPa．s 在以下，因應V/T的值的不同，也會有圖樣產生於二元圖像中的情況。因此，調查V/T與奈米形貌的關係。
首先，準備與實驗1中使用的相同的UV硬化性的樹脂A、B、以及晶圓。然後，然後，如以下的表1所示，除了將樹脂A、B與樹脂厚度T組合來形成樹脂層以外，與實驗1相同的條件各製作3片的樣本，各晶圓的V/T顯示於表1。之後，與實驗1同樣地，取得各晶圓的奈米形貌的測量結果。V/T與奈米形貌的最大值的關係顯示於第9圖。
如第9圖所示，可確認到樹脂A、B任一者的情況下，V/T在10以下的話，奈米形貌的最大值會在5nm以下。從以上內容可確認，硬化前黏度V在1000mPa．s在以下，且V/T在10以下的條件形成樹脂層，就能夠得到鏡面研磨後的奈米形貌的最大值在5nm以下的高品質的晶圓。
Claims (3)
- 一種晶圓的製造方法，包括：樹脂層形成步驟，對於從單晶矽棒切下來的晶圓或經過研磨的晶圓的一面形成樹脂層；第1平面研削步驟，夠過該樹脂層保持該一面，並且平面研削該晶圓的另一面；樹脂層除去步驟，除去該樹脂層；以及第2平面研削步驟，保持該另一面，並且平面研削該一面，該樹脂層形成步驟包括：保持步驟，以保持構件吸引保持該晶圓的另一面；平坦面形成步驟，在平坦面形成構件的平坦部與該晶圓的一面之間夾入黏度在1000mPa．s以下的硬化性樹脂，在該硬化性樹脂上形成貼平於該平坦部的硬化前平坦面；保持解除步驟，解除該另一面的吸引保持；硬化步驟，使該硬化性樹脂硬化，形成該樹脂層；以及分離步驟，使該平坦部從該樹脂層分離。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶圓的製造方法，其中該樹脂層形成步驟滿足以下的式(1)來形成該樹脂層。V/T≦10…(1)V：該硬化性樹脂的硬化前的黏度(mPa．s)T：該保持解除步驟後、該硬化步驟前的該硬化性樹脂的最厚部分的厚度(μm)
- 一種晶圓，其表面上的10mm×10mm的複數領域下測量的奈米形貌的最大值在5nm以下。
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