TWI289889B - Method of polishing wafer and polishing pad for polishing wafer - Google Patents

Description

1289889 _ A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（1 ) 【發明所屬·之技術領域】 本發明係有關一種晶圓的硏磨方法及適合應用於晶圓 的硏磨方法之晶圓硏磨用硏磨墊。 【習知技術】 習知，作爲半導體基板材料使用的矽晶圓之製造方法 ，一般係使用拉晶（Czochralski ; CZ)法或浮動區熔融（ Floating Zone)法等，經過製造單晶錠之結晶成長步驟、切 割該單晶錠、且至少將一主面加工爲鏡面狀的晶圓加工步 驟。其詳細步驟係如下：晶圓加工步驟係具有以下步驟： 爲切割單晶錠而獲得薄圓板狀的晶圓之切割步驟；爲防止 因該切割步驟引起晶圓的割痕、缺口，而將其外周部去角 的去角步驟；擦光該晶圓的擦光（Lapping)步驟；將經去角 及擦光的晶圓所殘留的加工畸變除去的蝕刻步驟；鏡面化 其晶圓表面的硏磨（Polishing，拋光）步驟；以及清洗經過硏 磨的晶圓，以除去附著在晶圓的硏磨劑或異物之清洗步驟 。上述晶圓的加工步驟爲主要的步驟，一邊進行其他熱處 理步驟，一邊多階段進行相同的步驟，並且切換步驟順序 〇 上述步驟中，在硏磨（Polishing，拋光）步驟中有各種形 態的硏磨方式。例如，矽晶圓的鏡面硏磨方法，如擦光加 工，使兩面同時鏡面化之兩面硏磨方式或將一片片晶圓真 空吸附保持在托盤上以進行硏磨的葉片方式，晶圓不使用 鱲等接著劑，而是以襯墊與模板加以保持且進行硏磨之不 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — -5- C請先閎讀背面之注意事項再IPlir本頁} -裝 訂 線—— 1289889 A7 B7 五、發明説明（2 ) 含躐的硏磨.方式等各種方式。現今主流係使用在玻璃或陶 瓷等托盤上，以鱲黏貼複數片晶圓進行單面硏磨的蠛黏著 批（waxmount batch )式單面硏磨裝置進行硏磨的方式。在 該硏磨裝置中，將保持晶圓的托盤放在貼附硏磨墊之定盤 上，對上部頂環施加荷重 邊旋轉定盤及頂環 邊進 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 行硏磨。 上述的硏磨方式所使用的硏磨墊，一般係使用不織布 的硏磨墊或絨面革的硏磨墊等。由於不織布的硏磨墊係將 聚酯氈（polyester felt，組織爲不規則構造）含浸於聚胺酯 (polyurethane)，具有多孔性，且彈性亦適當，硏磨速度快 與平坦性優良，可進行歪曲少的加工。被廣泛地使用在矽 晶圓的一次硏磨。 絨面革的硏磨墊係在將聚酯氈含浸在聚胺酯之基材上 ，於聚胺酯內使發泡層成長，以除去表面部位，且於發泡 層設有開口部（該層稱爲絨毛層），尤其是在最後的硏磨步驟 使用，藉由使保持在發泡層內的硏磨劑在工作物與發泡層 內面之間起作用，以進行硏磨。這種硏磨墊多用在化學機 械硏磨，雖可獲得無損傷的表面，惟亦需花費相當多的時 間，容易使周邊產生歪曲。此外，亦有使用發泡聚胺酯薄 板等的硏磨墊。 硏磨墊的製造方法，例如不織布的硏磨墊等，係將聚 酯氈含浸在聚胺酯等的樹脂使之硬化，以附有超硬硏磨粒 的滾筒狀硏磨石在其表面進行硏削（擦光buffing)，以製作 任意特性的硏磨墊。根據樹脂的材質或含浸量及表面的擦 請 先 閱 讀 背 面 ϊ 畜 頁 本纸張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 - 1289889 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 光加工條件.，控制其硏磨墊的壓縮率等。現在已知有使用 壓縮率爲數％左右的硏磨墊，低壓縮率者對於外周歪曲的控 制有效。 在硏磨步驟中，保持所硏磨的晶圓具有固定品質相當 重要。因此，硏磨墊的穩定性甚爲重要，尤其是關於硏磨 墊表面的面粗糙度或硏磨墊的壓縮率、壓縮彈性率等的穩 定性。 例如，當硏磨墊的壓縮率縮小時，有無法吸收會影響 硏磨裝置精確度（定盤的形狀或定盤的面震動或加工時的振 動等）的問題，而致使平坦度（以下稱爲平坦度）惡化。反之 ，當壓縮率過大時，將導致硏磨墊的沉入量變大，將引起 外周歪曲。 又，在硏磨墊的表面粗糙度中，表面平滑且含浸樹脂 的存在比多時，硏磨墊與晶圓外周部的接觸率變高，使外 周歪曲加深。反之，使擦光加粗且使硏磨墊表面的粗糙度 變大時，壓縮率本身將變大，亦即外周歪曲加深。 【發明之揭示】 本發明係有鑑於上述問題而硏創者，目的在於提供一 種晶圓硏磨用硏磨墊，係適用在有效防止晶圓的外周歪曲 之晶圓的硏磨方法及其晶圓的硏磨方法者。 壓縮率與表面粗糙度係具有相關性，當表面粗糙度變 粗時，將導致壓縮率則有變大的傾向。雖然使表面粗糙度 增大且使壓縮率縮小可盡量使外周歪曲消失，但反之，僅 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再本頁) I裝· 太 訂 線—— 1289889 * A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（4 ) 能控制一方面的品質。爲解決上述課題，本發明者等經過 精密的調查，在維持平坦度方面發現藉著取得上述特性之 比，可規定最佳硏磨墊的品質，而完成本發明。 亦即，本發明的晶圓硏磨方法，其特徵在於，係使晶 圓主面與將不織布含浸於樹脂之硏磨墊滑接，使上述硏磨 墊的表面粗糙度與壓縮率的比{表面粗糙度（// m)/壓縮率 (%)丨高於3.8而進行硏磨。 本發明的晶圓硏磨用硏磨墊，其特徵在於係將不織布 含浸於樹脂者，使上述硏磨墊的表面粗糙度與壓縮率的比{ 表面粗糙度（// m)/壓縮率（％)}高於3.8。 由於上述的表面粗糙度與壓縮率的比愈大，則平坦度 愈佳，故該比的上限雖無特別限定，惟當考慮表面粗糙度 或壓縮率時，以低於10最爲適當。尤其是考慮硏磨布的製 造谷易度時’以5至6左右最佳。 特別是壓縮率以高於2%低於4.5%最爲理想。在未滿2% 的壓縮率時，無法吸收硏磨裝置定盤形狀的影響或加工時 的些微震動的影響，反而導致外周歪曲。又，當壓縮率超 過4.5%時，藉由硏磨墊的沉入，將加深外周歪曲。 又，表面粗糙度以控制在1 5 /z m至1 9 // m的範圍最爲理 想。若爲該範圍的硏磨墊，則可硏磨出高品質的晶圓。 【圖式之簡單說明】 第1圖係顯示實驗例1的硏磨墊之{表面粗糙度m)/壓 縮率（％)丨與平坦度（邊緣2mm除外時）的關係。 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 裝· -5 線 本纸張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - 1289889 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（5 ) 第2圖係顯示實驗例1的硏磨墊之{表面粗糙度（// m)/壓 縮率（％)}與平坦度（邊緣2mm除外時）的關係。 第3圖係顯示實驗例1的硏磨墊之壓縮率（％)}與平坦度（ 邊緣2mm除外時）的關係。 第4圖係本發明方法所使用的硏磨裝置之一例的主要部 分槪略剖視說明圖。 主要元件對照 10 硏磨裝置 12 定盤 14 硏磨頭 16 硏磨劑供給管 18 旋轉軸 20 硏磨墊 22 晶圓保持盤基體 22a 晶圓保持面 L 硏磨劑 W 晶圓 24 保持盤背板 26 真空用溝 28 真空路 30 外蓋 32 環狀彈性體 3 4 空間 (請先閱讀背面之注意事項再_舄本頁) —裝 太 訂 線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9- 1289889 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 36 加壓空氣供給路 h 吸附貫通孔 【發明之實施形態】 以下雖依據添付圖面說明本發明一實施形態，惟圖式 例係爲例示者，在不脫離本發明的技術思想範圍內可進行 種種變更。第4圖係本發明的硏磨方法所使用的硏磨裝置之 一例，係用以說明具備葉片式硏磨墊的工作硏磨裝置的構 成槪要之主要部分槪略剖視說明圖。 在第4圖中，符號10爲硏磨裝置，係用以硏磨晶圓W， 如矽晶圓等半導體晶圓單面之裝置而構成。硏磨裝置1〇係 具有：旋轉的定盤（旋轉台）12與硏磨頭14及硏磨劑供給管16 。該定盤12係藉由旋轉軸18以特定的旋轉速度旋轉，在其 上面貼附硏磨墊2 0。 繼而，晶圓W係藉由真空吸附等保持在硏磨頭14的晶 圓保持22的晶圓保持面22a，藉由硏磨頭14加以旋轉，同時 以特定的荷重按押定盤12的硏磨墊20。 硏磨劑L的供給係從硏磨劑供給管1 6以特定的流量供 給至硏磨墊2 0上，該硏磨劑L係藉由供給至晶圓W與硏磨 墊20之間，以硏磨晶圓W的表面。 再者，硏磨頭14係由具有晶圓保持面22a與多數個吸附 貫通孔h的晶圓保持盤本體22以及保持盤背板24所構成， 吸附貫通孔h經過保持盤背板24所設的真空用溝26，從真 空路28與未圖示的真空裝置連接，藉由真空的產生在晶圓 保持面22a吸附保持晶圓W。 (請先閱讀背面之注意事項再一^馬本頁) —裝 訂 線—— 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -10- 1289889 Α7 Β7 五、發明説明（7 請 先 閲 讀 背 意 畜 I» 本 頁 又，形成以外蓋30與保持盤背板24及環狀彈性體32所 包圍的空間34，在該空間34延設有加壓空氣供給路36，並 與未圖示的加壓空氣供給裝置連接。藉由調整該加壓空氣 供給裝置的壓力，可調整硏磨壓力。 本發明的晶圓之硏磨方法所使用的硏磨裝置當然不限 定於第4圖所示的形態。 本發明的晶圓硏磨方法係例如在第4圖所示的硏磨裝置 1 〇中，使用本發明具有特定性能的硏磨墊作爲硏磨墊20。 本發明所使用的硏磨墊，亦即本發明的硏磨墊係在硏磨前 的階段需高於{表面粗糙度（// m)/壓縮率（％)}3.8以上。亦即 ’在準備時（製造硏磨布的階段或購入的階段）以具有本發明 特定條件的方式調整硏磨墊的品質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此，硏磨墊的壓縮率係依據JIS L- 1096的方法測定。 具體而g ’係使用數位線性規（D i g i t a 1 1 i n e a r g a u g e)(例如 MITSUTOYO製1DB-112M)，在初荷重WO讀取出負載後1分 後的厚度T1，同時荷重增加至W1，讀取出1分鐘後的厚度 丁2。繼而，壓縮率（％)係以丨（丁1_丁2)/丁1丨乂1〇〇算出。初荷重 W0係 3 00g/cm2，荷重 W1係評價爲 1 800g/cm2。 X ’表面粗糙度係使用觸針式的粗糙度測定器（例如東 京精密製Surfc〇m480A)，並以特定的測定條件（測定長 1 2 · 5 mm、測定速度〇· 3 mm/miη、切斷2 · 5 mm、R a値）測定硏磨 墊的表面。 特別是，本發明所使用的硏磨墊即本發明硏磨墊的壓 縮率以高於2%低於4.5%爲佳。因而，根據所謂表面粗糙度 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -11 - 1289889 A7 B7 五、發明説明（8 )

Ra(//m)/壓縮率（％)=3.8以上之本發明特徵的關係式，本發 明的硏磨墊之表面粗糙度以高於7 · 6 // m較爲理想，最爲理 想者係控制在1 5 // m至1 9 // m的範圍內。例如，在表面粗糙 度18//m的硏磨墊中，壓縮率爲2 %至4.7%、表面粗糙度爲 15// m的硏磨墊，壓縮率以2%至3.9%左右的硏磨墊最佳。 本發明硏磨墊的製造方法與習知方法雖沒有特別不同 之處，惟在本發明的硏磨墊中，製造時必須注意壓縮率與 表面粗糙度的關係。在製造具有本發明的硏磨墊所要求的 條件之硏磨墊時，例如製造硏磨墊時的條件，以不織布的 硏磨布將聚酯氈含浸於聚胺酯者，調整聚胺酯的含有量， 首先將壓縮率設爲2%左右（約小於2%)，繼之，以顆粒粗糙 度爲#100前後的硏磨石，擦光（buffing)硏磨墊表面以調整粗 糙度，俾使滿足本發明的條件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，在本發明方法中，晶圓的硏磨中硏磨墊的{表面粗 糙度（// m)/壓縮率（％)}必須高於3.8。然而，硏磨條件例如 因硏磨劑等的影響或使用時間等，無法避免硏磨墊的品質 在硏磨中產生變化。因而，現實情況中的硏磨作業，係至 少在使用硏磨墊的開始階段中進入該範圍。又，在進行反 覆的硏磨時，雖然硏磨墊的品質緩緩地變化，惟亦可在其 途中進行硏磨墊的修整等，俾使{表面粗糙度（// m)/壓縮率 (%)}高於 3.8 〇 實施例 以下舉出實施例具體說明本發明，惟上述實施例爲例 &張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~ -12 - 1289889 A7 ___ B7 五、發明説明（9 ) 示’並非限.定於所解釋者。 (實施例1 ) 使硏磨墊的{表面粗糙度（//m)/壓縮率（％)丨變化，調整 硏磨後的晶圓平坦度之關係。平坦度係使用ADE社的平坦 度檢查器9700E+，邊緣2mm除外，以25mm胞的尺寸測定 SFQR( Site Front least squares< site〉Range:每一側的晶 圓表面的高低差），評價晶圓面內的胞之Max値（SFQRmax) 〇 經蝕刻處理的8吋矽晶圓，在第4圖所示的硏磨裝置與 相同的硏磨裝置上貼附丨表面粗糙度（// m)/壓縮率（％)}不同 的硏磨墊，在硏磨壓力300g/cm2及硏磨時間15分的硏磨條件 下，使用含有砂酸膠（colloidal silica)的硏磨劑（ρΗ=10·5)進 行硏磨。 硏磨後的平坦度（SFQRmax :邊緣2mm除外時）的結果， 與硏磨墊的（{表面粗糙度（// m)/壓縮率（％)丨）之關係顯示在第 1圖。如第1圖所示，已知該比對於平坦度有很大的影響， 以直線狀爲最佳者。亦即，以{表面粗糙度（// m)/壓縮率 (%)}規定硏磨墊的品質甚爲重要。 在現狀下，平坦度係要求低於SFQRmax= 0.13 // m的品 質，在以該比規定時，可知若其該高於3.8，則可獲得穩定 且具高平坦度的晶圓。 此外，在第2圖中，硏磨墊的表面粗糙度（// m)與平坦 度（邊緣2mm除外時）之關係，第3圖係顯示硏磨墊的壓縮率 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 0¾ (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 1289889 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) 與平坦度（邊緣2mm除外時）之關係。從上述圖示可知，即使 個別控制表面粗糙度及壓縮率，如本發明般，藉由取得{表 面粗糙度（//m)/壓縮率（％)}的比，藉由平坦度的控制可易於 .規定硏磨墊。特別是當上述·(表面粗糙度（β m)/壓縮率（％)} 的比高於3.8時，更容易製造出符合今後所求平坦度的晶圓 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (實施例1 ) 在與第4圖所示的硏磨裝置相同的硏磨裝置中，使用壓 縮率3.9%、表面粗糙度16.2//111的硏磨墊（{表面粗糙度（//111)/ 壓縮率（％)} = 4.15)，硏磨8吋矽晶圓1〇〇片。經硏磨的晶圓 之平坦度在周邊3mm除外及周邊2mm除外的嚴格條件下進 行測定。 硏磨的結果，使全部晶圓皆可獲得低於SFQRmax= 0.12 // m的平坦度。即使2mm除外進行評價，亦爲低於 SFQRmax二0.12/z m的平坦度，可獲得一種穩定進行硏磨連 外周部都平坦的晶圓。 (實施例2 ) 在與第4圖所示的硏磨裝置相同的硏磨裝置中，使用壓 縮率4.6%、表面粗糙度17.8//m的硏磨墊（丨表面粗糙度（//m)/ 壓縮率（％)}= 3.87)，硏磨8吋矽晶圓1〇〇片。經硏磨的晶圓 之平坦度在周邊3mm除外及周邊2mm除外的嚴格條件下進 行測定。 (請先閲讀背面之注意事項再iPr本頁) —裝' 本 訂 線—— 本纸張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14 - 1289889 A7 B7 立、發明説明（11 ) 硏磨的.結果，全部的晶圓皆可獲得低於SFQRmax=0.13 // m的平坦度。即使在2mm除外時評價，亦爲低於 SFQRmax=0.13//m的平坦度，可獲得一種穩定進行硏磨連 外周部都平坦的晶圓。 (實施例3 ) 在與第4圖所示的硏磨裝置相同的硏磨裝置中，使用壓 縮率3.2%、表面粗糙度17.5//m的硏磨墊（丨表面粗糙度（//m)/ 壓縮率（％)}= 5.47)，硏磨8吋矽晶圓100片。經硏磨的晶圓 之平坦度在周邊3mm除外及周邊2mm除外的嚴格條件下進 行測定。 硏磨的結果，在全部的晶圓可獲得低於S F Q R m a X = 0.1 0 .// m的平坦度。即使在2mm除外時評價，亦爲低於 SFQRmax= 0.10// m的平坦度，可獲得一種穩定進行硏磨連 外周部都平坦的晶圓。 (比較例1 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在與第4圖所示的硏磨裝置相同的硏磨裝置中，使用壓 縮率4.6%、表面粗糙度14.5//m的硏磨墊（{表面粗糙度 壓縮率（％)}= 3.17)，硏磨8吋矽晶圓100片。經硏磨的晶圓 之平坦度在周邊3mm除外及周邊2mm除外的嚴格條件下進 行測定。 硏磨的結果’全部的晶圓皆無法獲得3mm除外之 SFQRmax=0.14//m左右，0.13//m以下的平坦度。即使在 本纸張尺度適用中國國家標準（CN’S ) A4規格（210X297公釐) ' -15- 1289889 A7 B7 五、發明説明（12 ) 2 m m除外時目平價’係獲得〇 · 1 6 // m左右比3 m m除外時更差的 値，可知在外周部平坦將產生歪曲。 【產業上利用的可能性】 如上所述，根據使用本發明硏磨墊之硏磨方法，每一 片晶圓進行硏磨時，可控制外周的歪曲，尤其可控制比邊 緣部3mm更外周的歪曲，在2mm除外時可達成低於 SFQRmax= 0.13 // m 的平坦度。 (請先閱讀背面之注-^事項再痛馬本頁)

、1T 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16-

Claims (1)

1289889 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍i 1. 一種矽晶圓的硏磨方法，係於不織布含浸於樹脂之硏 磨墊使矽晶圓主面滑接，使用含有矽酸膠之硏磨液，進行 鏡面硏磨之矽晶圓硏磨方法，其特徵爲： 作爲前述不織布而使用聚酯氈（polyester felt)，使該聚 酯氈含浸於聚胺酯，以前述硏磨墊的壓縮率成爲2%左右之 方式，調整前述聚胺酯的含浸量，接著利用藉由顆粒粗糙 度爲#100前後的硏磨石來擦光（buffing)前述硏磨墊表面， 藉此製造前述硏磨墊， 將前述硏磨墊的表面粗糙度與壓縮率的比{表面粗糙度（ // m)/壓縮率（％)丨設爲3.8以上10以下，將前述硏磨墊的壓 縮率設爲2%以上4.5%以下，將前述硏磨墊的表面粗糙度設 爲15//m至19//m而進行硏磨。 2. —種晶圓硏磨用硏磨墊，係使用於使用含有矽酸膠之 硏磨液之鏡面硏磨，且不織布含浸於樹脂之矽晶圓硏磨用 硏磨墊，其特徵爲： 作爲前述不織布而使用聚酯氈（Polyester felt)，使該聚 酯氈含浸於聚胺酯，以前述硏磨墊的壓縮率成爲2%左右之 方式，調整前述聚胺酯的含浸量，接著利用藉由顆粒粗糙 度爲#100前後的硏磨石來擦光（buffing)前述硏磨墊表面’ 藉此製造前述硏磨墊， 將前述硏磨墊的表面粗糙度與壓縮率的比丨表面粗糙度（ // m)/壓縮率（％)丨設爲3.8以上10以下，將前述硏磨墊的壓 縮率設爲2%以上4.5%以下，將前述硏磨墊的表面粗糙度設 爲 17//m 至 19//m。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- 1289889 . 陸、（一） (二） 、本案指定代表圖為··第1圖 、本代表圖之元件代表符號簡單說明：