TWI548486B - The method of manufacturing a dresser of the polishing pad sapphire discs - Google Patents

The method of manufacturing a dresser of the polishing pad sapphire discs Download PDF

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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
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools

Description

藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法
本發明係一種藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，尤其是指在製程過程中包含使用一種轉印材料及網版之圖案化製程技術，以精密控制網印圖案及薄膜厚度。
因為半導體及光電產業之蓬勃發展，對元件之線寬要求逐漸嚴苛，以及電路積體化的高度發展導致平坦化之製程日趨重要，其中，化學拋光法能夠滿足電子元件製程中高度平坦化的要求；近來，採用高硬度之藍寶石基材，製造出一外觀形狀及裸露高度均一之修整器以提升修整器使用壽命及拋光良率之方式已被提出，然而目前修整粒之製造方式為採用濕式及乾式蝕刻形成，此兩種手法的前製程皆為利用黃光定義圖案的能力定義出整修器之修整粒分佈、修整顆粒尺寸大小及間距，再透過蝕刻製程將修整顆粒所需之高度、大小、角度蝕刻出來，但由於修整粒的高度需要在50μm以上，以光阻及藍寶石基材(即單晶氧化鋁)之乾蝕刻選擇比(單晶氧化鋁/光阻厚度消失速率比值)小於0.5來估算，乾蝕刻製程所需要的光阻蝕刻阻擋層需100μm以上，均勻塗佈如此之厚膜有其困難度，而在越高修整粒的需求下光阻厚度更顯重要，因此如何提升阻擋層之耐蝕刻能力又能兼顧厚膜塗佈及修整粒圖案定義是一大課題，另外藍寶石硬度較高，其平坦化研磨不易，而其平坦度又會影響到黃光製程良率，所以如何克服藍寶石平 坦度不足亦為另一重要課題。
習知技術之藍寶石圖案化採用光阻塗佈、曝光顯影或壓印法，形成圖案，進而蝕刻將圖案轉移到藍寶石基板上，上述方式之優點為可進行數微米至數百奈米尺寸之圖案轉移，但缺點是不利很深的蝕刻溝槽製造如：幾十微米至數百微米，歸究其根本原因有二，其一為光阻薄膜之厚度太薄不利於長時間的乾式蝕刻之離子轟擊，其二為高分子材質不耐高溫硫磷酸混合液之濕式蝕刻條件；另外，在修整碟的使用上極希望能盡可能提高使用壽命及次數，而晶圓之雙面皆可製作修整粒(以下稱雙面製程)，可將碟片材料的使用次數變成兩倍，可達到材料成本減半因而顯得極為重要，但習知技術之藍寶石之黃光微影製程存在數項缺點，其一缺點為黃光微影製程需用一吸盤進行固定該晶圓之動作而吸住該藍寶石晶圓其中一面，如欲翻轉進行第二面光阻塗佈製程時，第一面光阻層將會因該真空吸盤進行的固定動作而有所磨擦及壓傷，而不利於雙面製程；其二缺點為，若該晶圓為具穿孔之設計，亦將無法採真空吸盤吸附旋轉塗佈；其三缺點為在進行黃光微影製程時因晶圓本身為透明材料的關係，曝光時紫外光極易穿透而直接影響到晶圓之另一面所塗部的光阻，因此也不利於雙面製程，造成良率之下降，而此等問題之存在都讓傳統晶圓製程提升製程良率面臨相當大的挑戰。
又因習知技術之藍寶石之黃光顯影製程需用一吸盤進行固定該晶圓之動作而吸住該藍寶石晶圓其中一面，如欲翻轉進行第二面光阻塗佈製程時，第一面已完成之光阻將會因該真空吸盤進行的固定動作而有 所磨擦、壓傷，而不利於雙面製程，因此無法大幅提升產能，另外在進行黃光顯影製程時因晶圓本身為透明的關係，曝光時紫外光極易穿透直接干擾影響到晶圓之另一面所塗部的光阻，因此也不利於雙面製程，也會造成良率之下降，再者，為提高蝕刻阻擋層可耐受高縱深之乾式或濕式蝕刻條件，而此等問題之存在都讓傳統晶圓製程提升製程良率面臨相當大的挑戰，因此衍伸出本發明之想法。
本發明提出一種藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，其步驟包含：提供一具有特定軸向的藍寶石晶圓，該特定軸向為a軸向、c軸、r軸、m軸、n軸以及v軸的其中之一；一種固定手段，固定該藍寶石晶圓的兩側邊緣；以網版印刷之方式，使用一網版將一轉印圖案轉印至該藍寶石晶圓之至少一面，並藉由一固化手段固化該轉印圖案；以及進行一蝕刻法以在該藍寶石晶圓表面形成複數個具有特定形狀之微結構。
較佳地，其中該轉印圖案之材料組成包括：一聚合物(polymer)或寡聚合物(oligomer)或聚合物單體(monomer)；一光敏感起始劑(photoactive compound,PAC)或熱敏感應起始劑；一添加劑(additive)，該添加劑為耐濕式蝕刻混合液或耐乾式蝕刻之材料；以及一溶劑(solvent)。
較佳地，其中該耐濕式蝕刻之材料為奈米級微粒之SiO2或TiO2。
較佳地，其中更包括將該轉印圖案轉印至該藍寶石晶圓之一面，再將該轉印圖案轉印至該藍寶石晶圓之另一面。
較佳地，其中更包括將該轉印圖案同時轉印至該藍寶石晶圓之兩面。
較佳地，其中轉印至該藍寶石晶圓之該轉印圖案之厚度大於50μm，最佳地係大於100μm。
較佳地，其中該網版包含：一天然網布，該天然網布之材料為天然絲線織成之網布；或一合成網布，該合成網布為合成纖維提煉製造如：尼龍網、特多龍網、多撚絲聚酯網、碳纖維網、UV網、有色網布、高張力網；或一金屬網布，該金屬網布為金屬絲線可藉由電鑄法或酸蝕刻法製作而成。
較佳地，其中該蝕刻法包含乾式蝕刻法及濕式蝕刻法。
較佳地，其中該等微結構之形狀為對稱平頭錐柱、對稱尖頭錐柱、不對稱平頭錐柱，或不對稱尖頭錐柱。
本發明之優點在於可以克服需當該藍寶石碟片拋光墊修整器之修整粒對高度需求甚高時傳統方法遇到的困難，無須透過黃光製程直接將圖案印刷至藍寶石之表面，且該網版印刷包含單面印刷以及雙面印刷，克服習之技術無法突破產能的瓶頸。
1‧‧‧藍寶石晶圓
11‧‧‧第一面
12‧‧‧第二面
2‧‧‧網版
21‧‧‧刮板
22‧‧‧固定手段
3‧‧‧轉印材料
31‧‧‧轉印圖案
4‧‧‧微結構
41‧‧‧對稱平頭錐柱
42‧‧‧不對稱平頭錐柱
43‧‧‧對稱尖頭錐柱
44‧‧‧不對稱尖頭錐柱
a~d‧‧‧步驟
第一圖顯示藍寶石碟片拋光墊修整器製造方法之流程圖。
第二圖顯示具有特定軸向的藍寶石晶圓之剖面圖。
第三A~三C圖顯示第一實施例中藍寶石碟片拋光墊修整器製造方法之單面印刷圖組。
第三D~三G圖顯示第一實施例中藍寶石碟片拋光墊修整器製造方法之單面蝕刻圖組。
第四A圖顯示藍寶石碟片拋光墊修整器之單面對稱平頭錐柱微結構。
第四B圖顯示藍寶石碟片拋光墊修整器之單面不對稱平頭錐柱微結構。
第四C圖顯示藍寶石碟片拋光墊修整器之單面對稱尖頭錐柱微結構。
第四D圖顯示藍寶石碟片拋光墊修整器之單面不對稱尖頭錐柱微結構。
第五A~五C圖顯示第二實施例中藍寶石碟片拋光墊修整器製造方法之雙面印刷圖組。
第五D~五G圖顯示第二實施例中藍寶石碟片拋光墊修整器製造方法之雙面蝕刻圖組。
第六A圖顯示藍寶石碟片拋光墊修整器之雙面不對稱平頭錐柱微結構之剖面圖。
第六B圖顯示藍寶石碟片拋光墊修整器之雙面對稱尖頭錐柱微結構之剖面圖。
第六C圖顯示藍寶石碟片拋光墊修整器之雙面不對稱尖頭錐柱微結構之剖面圖。
參閱第一圖，其顯示藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法流程圖，其步驟包含：(a)提供一具有特定軸向的藍寶石晶圓，該特定軸向為a軸向、c軸、r軸、m軸、n軸以及v軸的其中之一；(b)一種固定手段，固定該藍寶石晶圓的兩側邊緣；(c)以網版印刷之方式，使用一網版將一轉印圖案轉印至該藍寶石晶圓之至少一面，並藉由一固化手段固化該轉印圖案；以及(d)進行一蝕刻法以在該藍寶石晶圓表面形成複數個具有特定形狀之微結構。以上僅為各步驟之簡述，各具體實施例及實施步驟細節將進一步揭露如後。
第一實施例
請先參考第二圖，此為一剖面圖，透過長晶、晶格方向定位、套鑽、去頭尾、斷面磨平、晶棒滾圓、線切、雙面研磨以及拋光表面修整等等一連串習知手段提供一具有特定軸向的藍寶石晶圓1，該特定軸向為a軸向、c軸、r軸、m軸、n軸以及v軸的其中之一，較佳地，其中該a軸向包含[110]、[110]、[20]、[20]、[110]以及[20]、該c軸向為[0001]該r軸向包含[101]、[01]、[01]、[011]、[10]以及[101]、m軸向包含[010]、[100]、[010]、[100]、[100]以及[010]、該v軸向為[443]，以及n軸向為[223]。
接著請參考第三A圖，提供一網版2，在該網版2上定義一轉印圖案31後，將網版2吸附在藍寶石晶圓1之第一面11上。較佳地，其中該網版2為一天然網布，該天然網布之材料為天然絲線織成之網布；或一合成網布，該合成網布為合成纖維提煉製造如：尼龍網、特多龍網、多撚絲聚酯網、碳纖維網、UV網、有色網布、高張力網；或一金屬網布，該金屬網布為金屬絲線可藉由電鑄法或酸蝕刻法製作而成；而為改善網布之印刷適性與穩定性，使印刷效果更能掌握，乃取材於金屬絲線，以符合印刷條件之需求，該金屬網布有其它網布無法取代之優點，包含穩定性高故後製之彈性大，不易產生靜電、抗化性佳以及抗摩擦力佳故解析度高也可大量之印刷，但缺點是金屬價格昂貴且回復力差，故保存不易。
接著請參考第三B圖，提供一轉印材料3，包括：一聚合物(polymer)或寡聚合物(oligomer)或聚合物單體(monomer)；一光敏感起始劑(photoactive compound,PAC)或熱敏感應起始劑；一添加劑(additive)，該添 加劑為耐濕式蝕刻或耐乾式蝕刻之材料；以及一溶劑(solvent)。上述之添加劑，例如耐濕式蝕刻或耐乾式蝕刻之材料可以是奈米級微粒之SiO2或TiO2，該些成分在藍寶石圖案化之習知技術中從未被使用或直接添加於轉印材料中，該些成分可幫助轉印圖案抵抗高溫強酸的蝕刻條件。
並以一固定手段22(本實施例是夾持兩側緣的固定夾具)固定藍寶石晶圓1後，在該網版2塗佈上所需之該轉印材料3，利用一刮板21朝同一方向前進，將所需的轉印圖案31轉印到藍寶石晶圓1之第一面11上，藉由網版印刷的方式，可使轉印至該藍寶石晶圓1之該轉印圖案31之厚度大於100μm，以符合修整粒所需之高度(通常需大於50μm)。
接著請參考第三C圖，將該網版2取下即完成該單面印刷之步驟，後續使用該固化手段包括UV光、熱烤以及添加化學藥劑，即完成藍寶石晶圓1之單面印刷之步驟。
參閱第三D~三G圖，其顯示藍寶石碟片拋光墊修整器製造方法之單面印刷之蝕刻實施例圖。
參閱第三D圖，在藍寶石晶圓1之第一面11上進行蝕刻，其中該蝕刻法包含乾式蝕刻法及濕式蝕刻法，此實施例以濕式蝕刻法為例。 在此所述之濕蝕刻的蝕刻選擇率較佳為藍寶石蝕刻速率/轉印圖案蝕刻速率<0.5。
參閱第三E圖，藍寶石晶圓1進行了一段時間之濕式蝕刻，該轉印圖案31以及藍寶石晶圓1皆被侵蝕一小部份，逐漸形成類錐柱體之微結構4。
參閱第三F圖，當該蝕刻完成而產生該微結構4後，將藍寶 石晶圓1上之該轉印圖案31移除，並將該第一面11清洗乾淨即完成。
參閱第三G圖，為該藍寶石碟片拋光墊修整器完成之剖面圖，此為該微結構4中之對稱平頭錐柱41之實施例。
參閱第四A~四D圖，為該藍寶石碟片拋光墊修整器完成之多種實施例圖，第四A圖顯示微結構4為對稱平頭錐柱41之實施例圖，第四B圖顯示微結構4為不對稱平頭錐柱42之實施例圖，第四C圖顯示微結構4為對稱尖頭錐柱43之實施例圖，第四D圖顯示微結構4為不對稱尖頭錐柱44之實施例圖。所述具有各種不同形狀微結構之藍寶石碟片拋光墊修整器，皆可藉由前述之製程製備而得，包括選擇特定軸向之藍寶石晶圓、轉印材料的成分比例、蝕刻製程參數值的調整(溫度、時間等)，在此不一一贅述，且該些圖示中的微結構之大小、高度、角度之比例等僅是為了方便了解，並非僅限於圖中所示之形狀。
第二實施例
參閱第五A~五C圖，其顯示藍寶石碟片拋光墊修整器製造方法之雙面印刷之實施例。
請如同上個實施例先參考第二圖，此為一剖面圖，提供一具有特定軸向的藍寶石晶圓1，該特定軸向為a軸向、c軸、r軸、m軸、n軸以及v軸的其中之一，較佳地，其中該a軸向包含[110]、[110]、[20]、[20]、[110]以及[20]、該c軸向為[0001]該r軸向包含[101]、[01]、[01]、[011]、[10]以及[101]、m軸向包含[010]、[100]、[010]、[100]、[100]以及[010]、該v軸向為[443]，以及n軸向為[223]。
接著請參考第五A圖，提供兩網版2，在該網版2上定義一轉 印圖案31後，將網版2吸附在藍寶石晶圓1之第一面11及第二面12上。較佳地其中該兩網版2為一天然網布，該天然網布之材料為天然絲線織成之網布；或一合成網布，該合成網布為合成纖維提煉製造如：尼龍網、特多龍網、多撚絲聚酯網、碳纖維網、UV網、有色網布、高張力網；或一金屬網布，該金屬網布為金屬絲線可藉由電鑄法或酸蝕刻法製作而成；而為改善網布之印刷適性與穩定性，使印刷效果更能掌握，乃取材於金屬絲線，以符合印刷條件之需求，該金屬網布有其它網布無法取代之優點，包含穩定性高故後製之彈性大，不易產生靜電、抗化性佳以及抗摩擦力佳故解析度高也可大量之印刷，但缺點是金屬價格昂貴且回復力差，故保存不易。
以及在該第一面11以及該第二面12上提供一轉印材料3，而該轉印材料3包括：一聚合物(polymer)或寡聚合物(oligomer)或聚合物單體(monomer)；一光敏感起始劑(photoactive compound,PAC)或熱敏感應起始劑；一添加劑(additive)，該添加劑為耐濕式蝕刻(H2SO4+H3PO4)混合液或耐乾式蝕刻(BCl3+Cl2+Ar)之材料，為奈米級微粒之SiO2或TiO2；以及一溶劑(solvent)。上述，例如耐濕式蝕刻或耐乾式蝕刻之材料可以是奈米級微粒之SiO2或TiO2，該些成分在藍寶石圖案化之習知技術中從未被使用或直接添加於轉印材料中，該些成分可幫助轉印圖案抵抗高溫強酸的蝕刻條件。
在該兩網版2上定義一轉印圖案31後，將該兩網版2吸附在藍寶石晶圓1之第一面11以及第二面12上。
接著請參考第五B圖，並以一固定手段22(本實施例是夾持兩側緣的固定夾具)固定藍寶石晶圓1後，在該兩網版2塗佈上所需之該轉印材料3，利用兩刮板21朝同一方向前進，將所需的轉印圖案31轉印到藍寶石晶 圓1之第一面11以及第二面12上，更佳地，其中轉印至該藍寶石晶圓1之該轉印材料3之厚度大於100μm，以符合修整粒所需之高度(通常需大於50μm)。
上述轉印動作需要注意該第一面11之轉印材料3與第二面12之轉印材料3成份上的差異，因為地心引力關係需要濃度不會相同，須按照使用者需求去調製、分配該轉印材料3。
接著請參考第五C圖，將該兩網版2取下，後續使用該固化手段包括UV光、熱烤以及添加化學藥劑，即完成藍寶石晶圓1之雙面印刷之步驟。
參閱第五D~五G圖，其顯示藍寶石碟片拋光墊修整器製造方法之雙面印刷之蝕刻實施例圖。
參閱第五D圖，同時在藍寶石晶圓1之第一面11及第二面12進行蝕刻，其中該蝕刻法包含乾式蝕刻法及濕式蝕刻法，此實施例以濕式蝕刻法為例。
參閱第五E圖，藍寶石晶圓1進行了一段時間之濕式蝕刻，該轉印圖案31以及該具有特定軸向的藍寶石晶圓1皆被侵蝕一小部份，逐漸形成類錐柱體之微結構4。
參閱第五F圖，當該蝕刻完成且形成完整的該微結構4後，將該具有特定軸向的藍寶石晶圓1上之該轉印圖案31移除，並將第一面11及第二面12清洗乾淨。
參閱第五G圖，為該藍寶石碟片拋光墊修整器完成之剖面圖，此為該微結構4中之對稱平頭錐柱41之實施例。
參閱第五G、六A~六C圖，為該藍寶石碟片拋光墊修整器完 成之多種實施例圖，第五G圖顯示微結構4為對稱平頭錐柱41之實施例圖，第六A圖顯示微結構4為不對稱平頭錐柱42之實施例圖，第六B圖顯示微結構4為對稱尖頭錐柱43之實施例圖，第六C圖顯示微結構4為不對稱尖頭錐柱44之實施例圖。所述具有各種不同形狀微結構之雙面藍寶石碟片拋光墊修整器，皆可藉由前述之製程製備而得，包括選擇特定軸向之藍寶石晶圓、轉印材料的成分比例、蝕刻製程參數值的調整(溫度、時間等)，在此不一一贅述，且該些圖示中的微結構之大小、高度、角度之比例等僅是為了方便了解，並非僅限於圖中所示之形狀。此種雙面具有微結構的藍寶石碟片拋光墊修整器在使用時可先使用其中一面，當該面的微結構逐漸鈍化失去修整功能後，可再使用另一面，相較於單面具有微結構的藍寶石碟片拋光墊修整器而言，更具經濟效益，且透過本發明所揭露之製程，亦改善了以黃光製程製備此種雙面具有微結構的藍寶石碟片拋光墊修整器所具有之缺點。
以上所述只為本發明專利具體實施之詳細說明及圖示，並非用來限制本發明專利，本發明專利之所有範圍應以下面申請專利範圍為基準，任何熟之該技藝者在本發明之領域內，可輕易聯想之變化或修飾，皆可涵蓋在本發明專利所界定之專利範圍內。
a~d‧‧‧步驟

Claims (8)

  1. 一種藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，其步驟包含：提供一具有特定軸向的藍寶石晶圓，該特定軸向為a軸向、c軸、r軸、m軸、n軸以及v軸的其中之一；一種固定手段，固定該藍寶石晶圓的兩側邊緣；以網版印刷之方式，使用一網版將一轉印圖案轉印至該藍寶石晶圓之一面，再將該轉印圖案轉印至該藍寶石晶圓之另一面；或同時轉印至該藍寶石晶圓之兩面，並藉由一固化手段固化該轉印圖案；以及進行一蝕刻法以在該藍寶石晶圓表面形成複數個具有特定形狀之微結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，其中該轉印圖案之組成包括：一聚合物(polymer)或寡聚合物(oligomer)或聚合物單體(monomer)；一光敏感起始劑(photoactive compound,PAC)或熱敏感應起始劑；一添加劑(additive)，該添加劑為耐濕式蝕刻或耐乾式蝕刻之材料；以及一溶劑(solvent)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，其中該耐濕式蝕刻之材料為奈米級微粒之SiO2或TiO2。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，其中轉印至該藍寶石晶圓之該轉印圖案之厚度大於50μm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，其中轉印至該藍寶石晶圓之該轉印圖案之厚度最佳地係大於100μm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，其中該網版為天然網布、合成網布或金屬網布。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，其中 該蝕刻法包含乾式蝕刻法及濕式蝕刻法。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石碟片拋光墊修整器之製造方法，其中該等微結構之形狀為對稱平頭錐柱、對稱尖頭錐柱、不對稱平頭錐柱，或不對稱尖頭錐柱。
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