TW503157B - Method of polishing semiconductor wafer - Google Patents

Description

503157 A7 B7 五、發明説明（彳） 〔技術領域〕 本發明係有關一種半導體晶圓的硏磨方法，其係藉由 利用特定的硏磨布做爲半導體晶圓（以下有時簡稱爲晶圓 )的鏡面硏磨工程，尤其是拋光時所使用的硏磨布，俾使 晶圓表面不致發生微小傷痕或潛傷。 〔背景技術〕 半導體晶圓之加工方法是經過由單晶錠切出薄板（晶 圓）的切割工程，晶圓的倒角、拋光（lapping )、蝕刻、 硏磨、淸洗等工程來製程。 被化學蝕刻之晶圓表面係在鏡面硏磨工程加工成平順 無歪的鏡面。矽晶圓的鏡面硏磨是一邊供應硏磨劑，一邊 對晶圓與硏磨布之間施予恆定加壓與相對速度來進行。硏 磨劑主要使用在鹼性溶液中分散膠體二氧化矽（colloidal s i 1 i c a )的東西。 在硏磨工程中，通常採用以平坦化爲目的之粗硏磨（ 俗稱1次硏磨）與以改善表面粗糙度或去除硏磨傷痕爲目 的之拋光等2階段以上之多階段硏磨工程。 在第1次硏磨使用起泡聚胺酯片材或聚酯等之非織布 浸漬聚胺酯樹脂之硬質硏磨布（絲絨型）與添加硏磨促進 劑之高效率硏磨劑。 在拋光工程時使用在非織布之底布上使脲烷樹脂起泡 之雙層之絨面（suede)狀硏磨布（suede type)與爲了控制 名叫霧狀（haze )的在聚光燈下觀測到之晶圓上霧暈而加 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210'乂297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503157 A7 —B7 五、發明説明（2 ) 入添加劑之硏磨劑等。 茲特別針對使用於拋光作業之絨面狀硏磨布進一步詳 細說明，如第1圖所示，使聚酯縮絨（polyester felt)浸漬 聚胺酯之基材上塗敷（層合）聚胺酯，使在聚胺酯內成長 起泡層，去除表面部並在起泡層具備開口部者。該層又稱 絨毛（Nappe )層，其厚度或長度雖然設有大致上之規定， 但通常係以4 5 0 左右之範圍內使用。 拋光後之晶圓表面，可能由於硏磨之原因，有時候會 發生微小傷痕或潛傷。如發生該項傷痕時，在裝置工程等 當中產率變差而成問題。 在此，所謂晶圓表之微小傷痕（又稱硏磨微傷痕）係 指用顆粒計數器（particle counter )以粒徑小於0 · 1 0 # m所計量之非常小的硏磨傷痕。 另外，所謂晶圓表面之潛傷是以通常的外觀檢查無法 觀測到之缺陷（damage )，係將晶圓選擇鈾刻及觀察之方 法來評估。 〔發明之揭示〕 本發明係鑑及上述之先前技術之問題而完成者，其目 的在提供一種半導體晶圓之硏磨方法，其係藉由利用特定 的硏磨布做爲半導體晶圓之鏡面硏磨工程，尤其是拋光時 所使用之硏磨布，俾使晶圓表面不致發生微小傷痕或潛傷 〇 爲解決上述之課題，本發明之半導體晶圓之硏磨方法 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Z 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503157 A7 B7 五、發明説明（3 ) 之特徵爲使用絨面狀之硏磨布並在硏磨半導體晶圓之硏磨 工程中，利用絨毛層之厚度爲5 0 0 以上之硏磨布硏 磨。 關於絨毛（Nappe )層之厚度（絨毛長），先前就有大 致上之規定，但並未特別嚴格管理，通常是以4 5 0 // m 左右之絨毛長進行硏磨。經本發明人等著眼於絨毛長度與 微小傷痕，潛傷之發生之關係進行硏究的結果得知，如絨 毛長度變短與微小傷痕與潛傷之發生有關聯，反之，也得 知如將絨毛長度設成5 0 0 // m以上，即幾乎不發生微小 傷痕及潛傷之新知識。 發明人等認爲這是由於絨毛加長，使直接與晶圓接觸 之拋光布表層可以一邊保持更適度之彈性來硏磨，或可以 將可成爲發生傷痕之原因之微小雜質完全取入較長之絨毛 層中，因此抑制了傷痕之發生。 另外，硏磨布之形態宜爲由非織布所構成之基材部以 及具有由脲烷所構成之絨毛層之表層部之兩層所形成之絨 毛狀硏磨布（第1圖），或爲由硬質塑膠片材所構成之基 材部，.具有由脲烷所構成之絨毛層之表層部，以及由粘貼 於該硏磨布之基材部下面之彈性體片材所構成之下層部之 三層構造之絨面狀之硏磨布（第2圖）。尤其在基材不使 用非織布之後面三層之硏磨布爲佳。 在上述三層之硏磨布中，例如硬質塑膠片材可以使用 聚對苯二甲酸乙二醇酯（P ET)或聚醯亞胺、聚乙烯、 | 聚氨酯或脲烷等之屬於比較硬質種類之塑膠。另外，彈性 1 · ________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） _ β謹 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503157 A7 B7 五、發明説明（4 ) 體片材以起泡矽橡膠、起泡聚氨酯橡膠等之海綿狀之橡膠 彈性體爲佳。如使用該項硏磨布，藉由加長絨毛長度即可 幾乎免除微小傷痕與潛傷，同時亦即抑制因加工時的水平 方向的力量所引起之硏磨布之起伏（waviness)，尤其是下 層部之起伏傳達到表層部，且改善起因於晶圓本身之彎曲 或起伏之硏磨區之不均勻性，提升晶圓整體之平坦度維持 能力而製及防止晶圓外周部之腐蝕坑（dale)及具有優異的 平坦度與面粗度之鏡面硏磨晶圓。 使用該種硏磨布進行硏磨之工程以拋光工程爲適合。 在本發明中所稱之「拋光」是指在多個階段進行之硏磨之 最後硏磨。利用具有絨毛層之硏磨布所做之硏磨包括拋光 以外之硏磨，惟藉由將本發明之硏磨方法應用於拋光工程 ，即可防止拋光作業中發生之極微小之硏磨傷（硏磨微小 傷痕）。 之所以將本發明之方法中所使用之硏磨布之絨毛長度 設成5 0 0 μ m以上是因爲知道以顆粒計數器評估時 0 · 1 0 // m以下之信號（微小傷痕）顯著減少，而超過 該數値時即可防止起因於微小傷痕之發生所致。上限雖無 特別加以限制，但是要製造絨毛太長之硏磨布有其困難， 現在以大約6 0 0 μ m左右被認爲是可使用之範圍。 圖式之簡單說明 第1圖爲表示用於本發明方法之硏磨布之一例之圖式 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503157 A7 ___ _B7 _ 五、發明説明（5 ) 第2圖爲表示用於本發明方法之硏磨布之另一例之槪 略剖面圖。 第3圖爲表示用於本發明方法之硏磨裝置之一例之側 面說明圖。 第4圖爲表示比較例1之硏磨微小傷痕之發生狀態之 硏究晶圓之上面圖。 第5圖爲表示比較例1之潛傷之發生狀態之硏磨晶圓 之上面圖。 第6圖爲表示實施例1之硏磨微小傷痕之發生狀態之 硏磨晶圓之上面圖。 第7圖爲表示實施例1之潛傷之發生狀態之硏磨晶圓 之上面圖。 第8圖爲表示絨毛長度與硏磨微小傷痕之關係的圖表 〇 第9圖爲表示絨毛長度與潛傷之關係的圖表。 第1 0圖爲表示比較例3之硏磨微小傷痕之發生狀態 之硏磨晶圓之上面姻。 主要元件對照表 10 硏磨布 1 0 a 硏磨布 12 基材部 12a 基材部 14 表層部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） · ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503157 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 1 6 絨毛層 1 8 下層部 3 0 硏磨平台 3 3 工件保持盤 3 4 硏磨劑供應管 3 5 上部負載 3 7 旋轉軸 3 8 旋轉軸 3 9 硏磨劑溶液 W 晶圓 P 硏磨布 實施發明之最佳形態 以下要利用第1圖及第2圖說明使用於本發明之半導 體晶圓之硏磨方法之硏磨布之構造例，以及利用第3圖說 明硏磨裝置之構造例。 硏磨微小傷痕與潛傷係在分批式之拋光工程及葉片式 之C Μ P拋光工程等被發現者，用於拋光之裝置之構造， 即硏磨裝置等並不限定於第3圖所示之裝置之例子。 第1圖爲表示本發明方法所使用之硏磨布之一例之圖 式’ （a )爲槪略剖面圖而（b )爲（a )之擴大槪略剖 面圖。在第1圖中，1 〇爲用於本發明方法之硏磨布，呈 由基材部1 2與設置於該基材部1 2上面之表層部1 4之 雙層構造。 本紙^尺度適用中周國家襟準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

503157 A7 B7 五、發明説明（7 ) 該基材部1 2是由非織布構成，而該表層部1 4具有 由脲烷（urethane )構成的絨毛層1 6。在本發明的硏磨方 法中，該絨毛層1 6的厚度必須大於5 0 0 //m。 第2圖爲表示本發明方法所使用的另一例之槪略剖面 圖。第2圖中，1 0 a爲本發明方法所用的硏磨布，與第 1圖一樣，雖然具有基材部1 2 a與設置於該基材部1 2 a上面的表層部1 4，但是，另外在該基材部1 2 a下面 設有下層部18而成爲三層構造爲其特徵。 該基材部1 2 a係由硬質塑膠製之剛性薄膜等所構成 之片材所形成，該表層部1 4與第1圖所示同樣地具有脲 烷所形成之絨毛層1 6。該下層部1 8是由粘貼於該基材 部1 2 a下面之彈性體片材所構成。在第2圖之構成中’ 絨毛層1 6之厚度必須大於5 0 0 μ m。 在實施本發明之半導體晶圓之硏磨方法時，雖然可以 使用先前習知之硏磨裝置，但例示中係使用如第3圖所示 之硏磨裝置。第3圖爲圖示分批式硏磨裝置之一例者，硏 磨裝置A具有藉由旋轉軸3 7以一定的旋轉速度旋轉的硏 磨平台3 0。該硏磨平台3 0上面粘貼著硏磨布P。

3 3爲工件保持盤，係經由上部載重3 5由旋轉軸 3 8加以旋轉。多片的晶圓W利用粘貼方法以保持在工件 保持盤3 3下面的狀態按壓到上述硏磨布P之表面，同時 藉由硏磨劑供應裝置（未圖示）透過硏磨劑供應管3 4以 特定之流量將硏磨劑溶液（淤漿）3 9供應到硏磨布P上 ，透過該硏磨劑溶液3 9，晶圓W之被硏磨面與硏磨布P (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 讎^ _ 503157 Α7 Β7 五、發明説明（8 ) 之表面滑動磨擦以進行晶圓W的硏磨。在本發明中，硏磨 布ρ可以使用如第1圖及第2圖所示之硏磨布10、10 a ° 葉片式之硏磨裝置之基本硏磨結構大致上與分批式相 同。與分批式之硏磨最大的不同在於保持晶圓之部分具有 葉片式之頭部，而每一頭部保持一片晶圓硏磨這一點。 以下，要提出實施例進一步具體地說明本發明。該等 實施例是做爲例示之用而不應解釋爲侷限於此，自不待言 (比較例1及2 ) 將外延層（exitaxiallayer)之厚度（外延厚度）爲 1 0 /i m之8吋外延晶圓（以下簡稱外延晶圓）以葉片式 之CM P拋光機硏磨。拋光條件爲硏磨壓力2 0 0公克/ cm2，相對速度50公尺/分鐘，硏磨區0·l#m。硏 磨劑是使用含有膠體二氧化矽之鹼性溶液（ρ Η = 1 0 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} •裝· 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 硏磨布係使用如第2圖所示之三層拋光硏磨布。具體 的構造是由使用聚對苯二甲酸乙二醇酯製之硬質塑膠片材 (這次使用厚度1 8 8 # m者。以下簡稱爲 # 1 8 8 P E T )所構成之基材部，以及絨毛層爲4 2 0 μ m (比較例1 )及4 7 0 // m (比較例2 )之表層部 F S — 3 (第1飾帶公司製商品名）所構成，且該硏磨布 之基材部下面再粘貼彈性體片材Η N - 4 0 0 (三聚合物 本紙張尺度適用中國國家標準( CNS) Α4規格（210Χ297公釐）^ ~ ' "" 503157 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_五、發明説明（9 ) 公司製商品名）做爲下部層之三層構造（以下簡稱F S — 3# 1 88PET/HN - 400) - 絨毛層之厚度係利用掃瞄型電子顯微鏡$ 一^： 〇 〇 〇 、4 1 6 0 (日本製作所公司製商品名）經由硏磨布剖面 之觀察而確認。 晶圓表面之微小傷痕（硏磨微小傷痕）經利用顆粒計 數器LS - 6 5 0 0 (日立電子技術公司製商品名）評估 爲計算爲小於0 · 1 0 # m之非常小的傷痕。 潛傷係將晶圓浸漬於5 0重量％ H F : 6 1重量％ ΗΝ〇3 ·· 1 00 重量 ％CH3C〇〇H : Η2〇=1 : 1 5 : 3 : 3 (體積比之混酸（mixedacid) J I S Η 〇 6 0 9 — Β液）1分鐘蝕刻後，在聚光燈 下藉由外觀檢查觀察。 在比較例1及2 (FS—3/#188PET/HN - 4 0 0 )中，雖然數量少，但是還是發生了硏磨微小傷 痕及潛傷。茲將晶圓W之代表性硏磨結果（比較例1之結 果）表示於第4圖（硏磨微小傷痕）及第5圖（潛傷）。 第4圖之硏磨微小傷痕（粒徑爲0 · l〇//m至〇 · 09 Mm)之計數爲338個。另外，在圖中，速大於 0 · 10/zm之粒徑者也圖示出來。 (實施例1及2 ) 以比較例1及2相同之構造的硏磨布將絨面型之拋光 硏磨布之表層部由FS〜3改變爲絨毛層爲520//m ( 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ΤΤτί (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1Τ 線 503157 Α7 Β7 五、發明説明（彳〇 ) 實施例1)及570/zm(實施例2)之FS - 7 (第一 飾帶公司製商品名）而做爲F S — 7/# 1 8 8 P ET/ HN - 4 0 0之三層構造，並以與比較例1與2之相同條 件及相同之硏磨劑進行硏磨。

在實施例 1 與 2 (FS - 7/#188PET/HN - 4 0 0 )幾乎未發生硏磨微小傷痕及潛傷。茲將晶圓的 代表性硏磨結果（實施例1之結果）表示於第6圖。另外 ，第6圖之硏磨微小傷痕（粒徑0 · 10//m至0 · 09 Am)之計數爲74個。 如將比較例1及2 ( F S — 3 / # 1 8 8 P E T / HN — 40 0)與實施例1及2 (FS — 7/ #188PET/HN — 400)兩者之結果圖示時，即 如第8圖及第9圖所示。在此，在第8圖中硏磨微小傷痕 之粒徑小於0 · 1 0 // m者之計數小於1 〇 〇個時當做無 ，大於該數者當做有。此外，第9圖之潛傷是在外觀檢查 中，即使可看到線狀之傷痕時即當做有。 (比較例3及4 ) 將8吋外延晶圓（外延厚度1 0 /i m )以分批式拋光 硏磨機硏磨。拋光硏磨布係使用由非織布與聚氨酯層所構 成如第1圖所示之雙層硏磨布，其絨毛層爲4 0 0 Mm ( 比較例3 )及4 5 Ο μ m (比較例4 )之硏磨布西加爾 7 3 5 5 F Μ (第一飾帶公司製商品名）。 在比較例3與4之中，經由與比較例1及2同樣地評 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） —--------—裝- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 503157 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（n) 估晶圓表面之微小傷痕之結果，在整面內觀察到微小傷痕 。晶圓W之代表性硏磨結果（比較例3之結果）如第1 〇 圖（硏磨微小傷痕）所示。該硏磨微小傷痕（粒徑 〇 · 10//m至〇 · 〇9#m)之計數爲827個。另外 ，在比較例3及4中，也觀察到與第5圖相同之晶圓表面 之潛傷。 (實施例3及4 ) 以與比較例3及4相同構造之硏磨布（第1圖之雙層 硏磨布），利用將絨毛層改變爲5 3 0 μ m (實施例3 ) 以及550/zm (實施例4)者以比較例3與4相同之方 法硏磨晶圓。 其結果無論使用何種硏磨布皆幾乎觀察不到晶圓表面 之微小傷痕（硏磨微小傷痕）及潛傷。 (實施例5 ) 硏磨機係使用與比較例3及4相同之分批式硏磨裝置 ’而拋光硏磨布則使用三層硏磨布。 三層硏磨布係使用絨毛層5 7 0 //m (與實施例2相 同）之 FS — 7/# 1 88PET/HN — 4〇〇)。 • 其結果，觀察到晶圓表面之微小傷痕及潛傷。另外， 晶圓外周部之平坦度也比使用雙層硏磨布時更好。 如上所述，得知不管硏磨裝置之形態（分批式，_ # 式），不管雙層硏磨布、三層硏磨布等，隨著絨毛層的長 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂 本紙張尺度適用中国國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 503157 A7 B7 五、發明説明（12) 度即可防止晶圓表面的硏磨微小傷痕（微小傷痕）及潛傷 的發生。尤其是使用具有大於5 0 0 //m之長度之絨毛層 之拋光硏磨布有效。 另外，本發明並不侷限於上述實施形態及實施例之記 載。上述實施形態與實施例純屬例示，凡具有與本發明之 申請專利範圍所記載之技術思相實質上相同之構造，並發 揮同樣之作用效者，皆屬於本發明之技術範圍，自不待言 〔產業上之可利用性〕 如上所述，利用本發明之方法，藉由使用特定的硏磨 布做爲晶圓之鏡面硏磨工程，尤其是拋光時所使用之硏磨 布，即可達成穩定製造晶圓表面不發生微小傷痕及潛傷之 晶圓之莫大效果。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 線 ϋ! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） _ ) 5 _

Claims (1)

1. 503157 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種半導體晶圓的硏磨方法，其特徵爲在使用硏 磨布硏磨半導體晶匯之鏡面之硏磨工程中，使用絨毛層之 厚度5 0 0 //m以上之硏磨布進行硏磨。 2 .如申請專利範圍第1項之半導體晶圓的硏磨方法 ，其中上述硏磨布係由非織布形成的基材部，以及具有脲 烷形成的絨毛層之表層部兩層所構成。 3.如申請專利範圍第1項之半導體晶圓的硏磨方法 ，其中上述硏磨布係由硬質塑膠片材形成之基材部，具有 脲烷所形成之絨毛層的表層部，以及由粘貼於該硏磨布基 材部下面之彈性體片材所形成之下層部之三層所構成。 4 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體晶 圓的硏磨方法，其中使用上述硏磨布硏磨鏡面之工程爲拋 光硏磨工程。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -祀-