TWI459457B - 拋光墊之表面處理方法及利用該拋光墊的晶圓之拋光方法 - Google Patents

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Description

拋光墊之表面處理方法及利用該拋光墊的晶圓之拋光方法
實施例關於一種拋光墊之表面處理方法及一種利用該拋光墊的晶圓之拋光方法。
目前，以GaN為基礎之發光二極體(LEDs)被用於多種領域中，例如用於照明之高亮度白光LEDs、液晶顯示器(LCD)背光單元、訊號、用於TFT-LCD之背光光源、用於攜帶式終端之背光光源及按鍵。
在LEDs之製程中，一藍寶石晶圓係用作一基本材料，在該藍寶石晶圓上係利用以GaN為基礎之化合物，例如GaN或GaAlN，而形成一半導體外延層。為了使用一藍寶石晶圓，一拋光程序通常應被執行。
然而，一般的機械拋光程序因為殘餘應力餘留在拋光的一藍寶石晶圓上而可能導致表面缺陷。因此，拋光刮痕、微裂紋或缺陷可能分布於拋光的晶圓之一表面上而造成在薄膜成長上的不良影響。意即，當一氮化物半導體薄膜在該晶圓之表面上成長時，由於機械應力，一晶體結構可能被扭曲且高錯位密度可能產生。因此，當LEDs被製造時，該機械應力可能在LEDs之亮度、光發射效率或生命週期上有不良的影響。
目前在市場上出現的大部分藍寶石晶圓係透過如第1圖所示之程序路線而被製出。首先，在操作S1中，一藍寶石晶錠係使用一鑽石線而被切 片被加工成與一基材具有相同直徑之一圓形，或在其直徑方向上被圓形地切片而成長成一平板形之一基材。接著，在操作S2中，一雙面研磨程序被執行在該晶圓之一表面上以移除線痕及晶圓翹曲，該晶圓翹曲係因為一厚度變化或在切片期間而發生。在操作S3中，一晶圓倒角程序被執行以移除該晶圓之一邊緣的尖銳部份。
接著，在操作S4中，使用蠟將該晶圓黏合至一陶瓷塊以達成該藍寶石晶圓之平坦化及拋光。藉由一氣壓將貼附至該陶瓷塊之晶圓緊密地貼附至一金屬板。
接著，一鑽石機械拋光(DMP)程序被執行以移除在研磨期間所產生之表面粗糙度及應力。該DMP程序一般可以兩階段執行。在第一階段(S5)中，使用具有約3 μm至約10 μm之尺寸的鑽石顆粒來移除研磨刮痕之DMP程序執行約1小時至約2小時。接著，在第二階段(S6)中，使用具有約0.5 μm至約3 μm之尺寸的鑽石顆粒來移除由於該第一階段所殘餘的刮痕及損傷以達成均勻的平坦化。在此，在DMP程序執行後，刮傷缺陷可能因為黏附於軟性金屬板中之鑽石顆粒而發生。
最後，用於該晶圓之表面光澤化的一化學機械拋光(CMP)程序係使用在操作S7中之一拋光墊及漿體來執行以自動地平坦化該機械拋光表面之粗糙度。透過上述程序所製成之藍寶石晶圓的表面應具有用於一裝置所需要之平坦化。
然而，在依據習知技術之上述拋光方法中，因為該藍寶石晶圓具有高硬度，其必須處理該平板的外形。再者，因為該平板頻繁的替換，設備產率可能被降低。此外，可能發生因為使用鑽石漿體而使金屬板變形、一不均 勻的拋光率及對於平坦化控制困難，而產生限制。
實施例提供一種方法，其中包含於一拋光墊中之一拋光材料係使用一拋光墊拋光材料之暴露以使用暴露的拋光材料來拋光一晶圓。
在一實施例中，一種拋光墊之表面處理方法包含：將一晶圓定位於包含一拋光材料之拋光墊上；在該拋光墊及該晶圓之間提供一拋光墊拋光材料以暴露包含於該拋光墊中之拋光材料；及使用暴露的拋光材料來拋光該晶圓。
在另一實施例中，一種晶圓之拋光方法包含：將一拋光墊拋光材料提供至一第一拋光墊上，該第一拋光墊包含一第一鑽石顆粒以在一晶圓上執行一第一拋光程序；將該拋光墊拋光材料提供至一第二拋光墊上，該第二拋光墊包含一第二鑽石顆粒以在已執行該第一拋光程序之晶圓上執行第二拋光程序；執行一第三拋光程序，其中已執行該第二拋光程序之晶圓係使用一原墊而被化學地及機械地拋光；及執行一第四拋光程序，其中已執行該第三拋光程序之晶圓係使用一後墊而被化學地及機械地拋光，該後墊係軟於該原墊。
一個或多個實施例之細節係在以下所附圖式及說明中被提出。其他特徵將由說明、圖式及申請專利範圍而明確。
S1‧‧‧操作S1
S2‧‧‧操作S2
S3‧‧‧操作S3
S4‧‧‧操作S4
S5‧‧‧操作S5
S6‧‧‧操作S6
S7‧‧‧操作S7
S10‧‧‧操作S10
S20‧‧‧操作S20
S30‧‧‧操作S30
S100‧‧‧程序S100
S200‧‧‧程序S200
S300‧‧‧程序S300
S400‧‧‧程序S400
S500‧‧‧程序S500
S600‧‧‧程序S600
S700‧‧‧程序S700
S800‧‧‧程序S800
第1圖為表示依據習知技術之藍寶石晶圓的拋光程序之流程圖。
第2圖為表示依據實施例之拋光墊的表面處理方法之流程圖。
第3圖為依據實施例之包含拋光材料的拋光墊之頂面的照片。
第4圖為表示依據實施例之藍寶石晶圓的拋光方法之流程圖。
在實施例之說明中，應了解的是，當各個板、墊、晶圓或層被提及係在另一板、墊、晶圓或層之「上」或「下」，「上」及「下」之術語包含「直接地」及「非直接地」兩種意涵。此外，關於在各個組件層「上」及「下」之參照將以圖式為基準。此外，元件之尺寸及元件之間的相對尺寸可能被誇大以用於進一步理解本發明。
若晶圓係使用本發明所屬技術領域中一般所使用之一材料，可包含在說明書中所使用之用語「晶圓」。更詳細而言，在說明書中所使用之用語「晶圓」可包含「藍寶石晶圓」，但並不限於此。
第2圖為表示依據實施例之拋光墊的表面處理方法之流程圖。
參照第2圖，依據實施例的一種拋光墊之表面處理方法包含：將一晶圓定位於包含一拋光材料之拋光墊上(S10)；在該拋光墊及該晶圓之間提供一拋光墊拋光材料以暴露包含於該拋光墊中之拋光材料(S20)；及使用該暴露的拋光材料來拋光該晶圓(S30)。
依據本實施例之拋光墊包含該拋光材料。因此，在本實施例中，其可能不需要將包含一拋光材料之漿體提供至一金屬板上。依據習知技術，因為在加工期間與一晶圓之摩擦，塗佈著包含一拋光材料之漿體的一金屬板可能變形。因此，因為經由漿體之不均勻塗佈所生之一不均勻拋光率及不均勻拋光量之改變，其係難以控制平坦化。再者，漿體及異物可能被滲透進入在一藍寶石晶圓之拋光表面上的加工缺陷部份而影響最終的顆粒品質。
另一方面，依據本實施例，該拋光材料可能被固定至該拋光墊 以容易地控制該拋光材料，藉以容易地控制該拋光量及平坦化。
包含該拋光材料之拋光墊可藉由在一噴灑方法中分散及混合一高硬度拋光材料及彈性聚合物顆粒而被製出。
基於需要，用於再次將分散的及混合的拋光材料-聚合物複合分散液形成一預定形狀之一程序可被額外地執行以提高在該拋光材料與該聚合物之間之一鍵結力。替代地，包含一拋光材料及一偶合劑前驅物之漿體可被製出，且接著，該漿體可被硬化及固化以製造包含該拋光材料之拋光墊。該偶合劑可能由包含一有機聚合物之偶合劑前驅物所衍生。再者，該偶合劑可能為一可硬化凝結聚合物或一加成聚合物，但並不限於此。
假若該拋光材料係為能夠拋光該藍寶石晶圓之一硬性材料且係在本發明所屬技術領域中被一般使用，該拋光材料可能不特別被限制。舉例而言，該拋光材料可為由一化合物所形成之顆粒，該化合物選自由銫、鋁、矽、氧化鋯顆粒、碳化矽化合物、氮化硼、鑽石及其組合所組成之群，但不限於此。舉例而言，該拋光材料可為鑽石顆粒。
該拋光材料可具有約1 μm至約100 μm之平均顆粒尺寸。該拋光材料之顆粒尺寸可能依據該藍寶石晶圓之一移除量而被調整。舉例而言，該拋光材料可具有約10 μm至約30 μm或約1 μm至約10 μm之平均顆粒尺寸，但並不限於此。
該拋光材料可被設置於該拋光墊之一頂面或被設置在該拋光墊之中。更詳細而言，該拋光材料可被設置在該拋光墊之中並藉由該拋光墊而被固定。舉例而言，包含於該拋光墊中之拋光材料可具有一內容物，該內容物逐漸增加鄰近於該拋光墊之頂面。如上所述，當該拋光材料被設置鄰近於該拋光 墊之頂面時，該拋光材料可藉由移除該拋光墊而更容易地被暴露(此程序將在以下進行說明)。
再者，該拋光墊之頂面可被圖樣化。因為該拋光墊之圖樣化的頂面，在拋光期間所產生之殘餘物可自拋光表面被有效地移除。舉例而言，該殘餘物可為在拋光期間損耗之晶圓的一拋光材料、在拋光期間所移除之拋光材料及拋光墊或被提供以用於拋光該墊之墊拋光材料。
在此，若圖樣化形狀具有足以自外部移除在拋光期間所產生之殘餘物的一形狀，該圖樣化形狀係不特別限制。舉例而言，該拋光墊之頂面可能包含一突出結構。如第3圖所示，複數圖樣，各者具有一方形，可被設置以形成一瓦片形狀。該瓦片形狀代表一形狀，其中具有方形之瓦片係以一預設距離在垂直及水平方向上接續地排列。
再者，當由平面觀之時，至少一突出成一環形之圖樣，除該方形之外，可能被形成在該拋光墊之頂面上。替代地，至少一突出成一螺旋形之圖樣可能被形成在該拋光墊之頂面。
在操作S10中，一預定壓力被施加至暴露於該拋光墊之頂面及該藍寶石晶圓的拋光材料，以旋轉該拋光材料及該藍寶石晶圓，藉以拋光該藍寶石晶圓。在此，該拋光墊及該藍寶石晶圓可以相同方向或彼此以相反方向來旋轉。當該拋光程序被執行時，暴露於該拋光墊之頂面的拋光材料可能被損耗。
當該拋光程序被執行時，在該拋光墊及該藍寶石晶圓之間提供該拋光墊拋光材料。該拋光墊拋光材料可能自該拋光墊之一表面被接續地向內移除。因此，在操作S20中，設置在該拋光墊之中未損耗的拋光材料可能被暴露至外部。意即，依據該拋光墊之表面處理方法，設置於該拋光墊之中的拋光 材料可透過上述方法而被暴露以拋光該藍寶石晶圓，藉此維持並調整一拋光率。
再者，因為該拋光墊拋光材料只有機械地移除該拋光墊，不似依據習知技術之一鹼性拋光材料，即使提供少量的拋光墊拋光材料，該拋光墊拋光材料可能容易地移除該拋光墊。舉例而言，該拋光墊拋光材料可能以約0.5l /min至約1l /min之速率而被提供。
若該拋光墊拋光材料具有之硬度大於該拋光墊之硬度並可容易地移除該拋光墊，該拋光墊拋光材料可不特別限制。舉例而言，該拋光墊拋光材料可包含氧化鋁、氧化銫或氧化矽。更詳細而言，該拋光墊拋光材料可能為包含氧化鋁顆粒、氧化銫顆粒或氧化矽顆粒之一溶液或膠體。舉例而言，該溶液可為包含碳酸鈉(Na2 CO3 )化合物、鉀化合物或氫氧化四甲基銨(TMAH)化合物。再者，該拋光墊拋光材料可能為膠狀分散之二氧化矽。再者，該拋光墊拋光材料可具有約100/min至約1000/min之流速。
最後，在操作S30中，使用暴露之拋光材料來拋光該藍寶石晶圓之一程序係被執行。在該藍寶石晶圓之表面上的損傷層可能被移除如同藉由固定至該拋光墊之暴露的拋光材料之一旋轉摩擦力而被刮傷。因此，透過上述程序所形成之藍寶石晶圓的表面可能有非常淺的深度之刮傷。因此，在該晶圓之表面上的加工損傷層可被減少以提高該拋光量及平坦化之均勻度。
雖然在上述方法中該操作S10及該操作S30被分別地執行，但此僅為用於說明之方便的一範例，且因此本發明並不限於此。意即，該操作S10及該操作S30可同時被執行。
第4圖為表示依據實施例之晶圓的拋光方法之流程圖。
依據本實施例之一種拋光方法可參照上述的拋光墊之表面處理 方法來說明。意即，關於上述的拋光墊之表面處理方法的說明可實質地與關於依據本實施例之一種製造方法的說明結合。
在依據本實施例之一種晶圓之拋光方法中，該晶圓可使用上述的拋光墊之表面處理方法而被容易地拋光。更詳細而言，參照第4圖，依據本實施例之拋光方法包含：將一拋光墊拋光材料提供至一第一拋光墊上，該第一拋光墊包含一第一鑽石顆粒以在一晶圓上執行一第一拋光程序(S500)；將該拋光墊拋光材料提供至一第二拋光墊上，該第二拋光墊包含一第二鑽石顆粒，該第二鑽石顆粒具有之尺寸小於該第一鑽石顆粒之尺寸，以在已執行該第一拋光程序之晶圓上執行第二拋光程序(S600)；執行一第三拋光程序(S700)，其中已執行該第二拋光程序之晶圓係使用一原墊而被化學地及機械地拋光；及執行一第四拋光程序(S800)，其中已執行該第三拋光程序之晶圓係使用一後墊而被化學地及機械地拋光，該後墊係軟於該原墊。
首先，在一切片程序(S100)及一研磨程序(S200)被執行之後，已清理的晶圓之一邊緣係在操作S300中被加工。接著，在操作S400中，一蠟黏合程序被執行在一陶瓷板上以移除一厚度變化。黏合至該陶瓷板之藍寶石晶圓係藉由一機器手臂而被傳輸、係在一承載升降機之中被上下顛倒、且係為了拋光而待命。
接續地，在操作S500及S600中，包含該鑽石顆粒的一拋光墊之一拋光程序被執行。包含該鑽石顆粒的拋光墊之拋光程序可能被執行一次或重複地執行多次。雖然包含該鑽石顆粒的拋光墊之拋光程序在第4圖中係以兩階段執行，但本發明並不限於此。舉例而言，該拋光程序視需要可能被執行一次或以三階段執行。
在第一拋光程序及第二拋光程序(S500及S600)中所使用之鑽石顆粒可彼此具有不同之尺寸。意即，該第二鑽石顆粒可具有之平均尺寸小於該第一鑽石顆粒之平均尺寸。舉例而言，該第一鑽石顆粒可具有約10 μm至約30 μm之平均尺寸，且該第二鑽石顆粒可具有約1 μm至約10 μm之平均尺寸。如上所述，每個鑽石顆粒可被調整尺寸以決定一拋光率。
如上所述，具有一漿體形態之一拋光材料係未提供於該第一拋光程序及該第二拋光程序(S500及S600)中。意即，該等拋光程序(S500及S600)可能使用包含該拋光材料之拋光墊而被執行。意即，依據本實施例，該拋光程序可不使用包含該拋光材料之漿體而被容易地執行以改良該不均勻拋光率及平坦化控制。再者，漿體黏合及因為漿體黏合之基材污染可被解決。
雖然在該第一拋光程序及該第二拋光程序中之藍寶石晶圓僅有單一表面被拋光，但本發明並不限於此。意即，該第一拋光程序及該第二拋光程序之每一者可包含用於拋光該藍寶石晶圓的兩側表面之一雙面拋光(DSP)程序。
在包含該鑽石顆粒的拋光墊之拋光材料被執行之後，一化學及機械拋光程序可被執行於操作S700及S800中。該化學及機械拋光程序可為一化學機械拋光(CMP)程序。再者，該化學及機械拋光程序可被執行一次或以兩階段以上執行。更詳細而言，該化學及機械拋光程序可包含使用該原墊之第三拋光程序(S700)及使用軟於該原墊的一後墊之第四拋光程序(S800)。
在第三拋光程序(S700)中所使用之原墊可包含一軟墊，其中聚氨酯被浸沒於非織物聚酯氈薄紙中。再者，在該第三拋光程序(S700)中，在該原墊及該晶圓之間提供原漿體。該原漿體可包含用於移除二氧化矽或氧化鋁漿體之 漿體。舉例而言，包含於該原漿體中之一拋光材料可具有約10 nm至約17 nm的平均顆粒尺寸，但並不限於此。
舉例而言，該第三拋光程序(S700)可包含一程序，其中膠狀分散之二氧化矽漿體或氧化鋁漿體被噴灑至一拋光裝置(見第2圖)上，其中聚氨酯拋光墊被貼附以按壓一陶瓷塊及旋轉該後墊及該塊，藉此執行該等拋光程序。在此，該第三拋光程序可以約5 μm以下之移除量而被執行。
在該第三拋光程序(S700)被執行之後，該第四拋光程序(S800)可被附加地執行以控制該晶圓及LLS之最後的粗糙度。
該後墊可能被使用於該第四拋光程序(S800)中。該後墊可軟於在第三拋光程序(S700)中所使用之原墊。再者，在第四拋光程序(S800)中，在該後墊及該晶圓之間提供後漿體。該後漿體可包含具有一膠狀二氧化矽拋光材料之漿體。再者，包含於該後漿體中之拋光材料可具有約30 nm至約40 nm之平均顆粒尺寸，但並不限於此。
舉例而言，在該第四拋光程序中，當每一陶瓷塊之一預定壓力被施加至拋光裝置(其貼附有一以polytex為基礎之拋光墊)的單一面時，一拋光程序可能被附加地執行。
在依據實施例的拋光墊之表面處理方法中，包含於該拋光墊之拋光材料可能使用該拋光墊拋光材料而被暴露以使用已暴露之拋光材料來拋光該晶圓。因此，依據該實施例，該拋光程序可能不使用包含該拋光材料之漿體而被容易地執行以調整該拋光率及改善該晶圓之不均勻移除量及該平坦化控制。再者，該漿體黏合及因為該漿體黏合之基材污染可能被解決。
由於本發明可被應用於拋光一晶圓之技術，產業利用係顯著地 高。
連同實施例而被描述之一特定特徵、結構或效果係被包含於本發明之至少一實施例中，且係未被限制在僅一個實施例中。此外，當一特定特徵、結構或特性係連同任一實施例描述時，其係被提供以在本發明所屬技術領域中具有通常知識者的範圍之內而實現連同其他實施例中的此特徵、結構或特性。因此，關於多種變換及修改之內容將被理解為包含於本發明之範疇中。
S10‧‧‧操作S10
S20‧‧‧操作S20
S30‧‧‧操作S30

Claims (11)

  1. 一種拋光墊之表面處理方法，該表面處理方法包含：將一晶圓定位於包含一拋光材料之拋光墊上；在該拋光墊及該晶圓之間提供一拋光墊拋光材料以暴露包含於該拋光墊中之拋光材料；及使用暴露的拋光材料來拋光該晶圓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該拋光材料包含由一化合物形成之一顆粒，該化合物選自由銫、鋁、矽、氧化鋯顆粒、碳化矽化合物、氮化硼、鑽石及其組合所組成之群。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該拋光墊拋光材料包含氧化鋁、氧化銫或氧化矽之至少一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該拋光墊具有一圖樣化頂面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之表面處理方法，其中至少一方形圖樣、環形圖樣或螺旋形圖樣被形成於該拋光墊之頂面。
  6. 一種晶圓之拋光方法，該拋光方法包含：將一拋光墊拋光材料提供至一第一拋光墊上，該第一拋光墊包含一第一鑽石顆粒以在一晶圓上執行一第一拋光程序；將該拋光墊拋光材料提供至一第二拋光墊上，該第二拋光墊包含一第二鑽石顆粒以在已執行該第一拋光程序之晶圓上執行第二拋光程序；執行一第三拋光程序，其中已執行該第二拋光程序之晶圓係使用一原墊而被化學地及機械地拋光；及 執行一第四拋光程序，其中已執行該第三拋光程序之晶圓係使用一後墊而被化學地及機械地拋光，該後墊係軟於該原墊。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之拋光方法，其中該第一拋光程序包含：將該晶圓定位於包含一拋光材料之第一拋光墊上；在該第一拋光墊及該晶圓之間提供該拋光墊拋光材料以暴露包含於該拋光墊中之第一鑽石顆粒；及使用暴露之第一鑽石顆粒來拋光該晶圓。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之拋光方法，其中該第二拋光程序包含：將該晶圓定位於包含一拋光材料之第二拋光墊上；在該第二拋光墊及該晶圓之間提供該拋光墊拋光材料以暴露包含於該拋光墊中之第二鑽石顆粒；及使用暴露之第二鑽石顆粒來拋光該晶圓。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之拋光方法，其中至少一方形圖樣、環形圖樣或螺旋形圖樣被形成於該第一拋光墊或第二拋光墊之頂面。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之拋光方法，其中該第一鑽石顆粒具有約10 μm至約30 μm之平均尺寸，且該第二鑽石顆粒具有約1 μm至約10 μm之平均尺寸。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之拋光方法，更包含在該第一拋光程序被執行於該晶圓上之前，清理該晶圓，其中該晶圓之清理包含：切片及研磨該晶圓；加工該晶圓之一邊緣；及執行一蠟黏合程序於該晶圓上以黏合至一陶瓷板。
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