TWI553720B - 拋光半導體晶圓的方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種拋光至少一由半導體材料(半導體晶圓)構成之晶圓的方法，其包含至少一使用具有低壓縮率的薄拋光墊的同時雙面拋光步驟。
作為用於有特別要求之部件的基材，由半導體材料(半導體晶圓)構成的晶圓必須要特別平坦，如那些例如最小結構長度22奈米，即根據ITRS(國際半導體技術藍圖(International Technology Roadmap for Semiconductors))之22奈米設計規範的元件。
根據現有技術，從半導體材料的單晶鋸成的晶圓在多個工作步驟中加以平整。
- 機械晶圓加工(磨片、研磨)，- 化學晶圓加工(鹼性或酸性蝕刻)，- 化學機械晶圓加工：單面拋光(SSP)、雙面拋光(DSP)、使用軟拋光墊的單面無霧或鏡面拋光(化學機械拋光，CMP)。
半導體晶圓的機械加工主要用於半導體晶圓的整體調平，此外用於半導體晶圓的厚度校準，且用於去除先前之分離過程所產生的結晶損壞表面層和加工痕跡(鋸槽、切口標記)。
在蝕刻的情況下，從半導體晶圓的表面以化學方式去除污染物及/或自然氧化物。
最後藉由化學機械拋光對半導體晶圓的表面進行最後的平滑處理。
在單面拋光(SSP)的情況下，半導體晶圓藉由蠟、經由真空或藉由黏著裝置而在加工期間保持在支撐板的背面上，且在另一面上進行拋光。
例如，文獻US 6,116,997 A中公開了適合的單面拋光機。
在傳統雙面拋光(DSP)的情況下，將半導體晶圓鬆散地插入到薄載板中之適合尺寸的切口中，且在各自覆蓋有拋光墊的上拋光板與下拋光板之間以「自由浮動」方式在正面和背面上同時進行拋光。
這種拋光法藉由供應通常基於二氧化矽溶膠的拋光劑漿液來實現。在DSP的情況下，同時拋光半導體晶圓的正面和背面。
例如，申請案DE 100 07 390 A1中公開了適合的雙面拋光機。
例如，專利說明書US 3,691,694中描述了相應的DSP方法。
根據專利說明書EP208315B1所描述的DSP的具體實施態樣，在拋光劑存在下由金屬或塑膠構成並具有適合尺寸之切口之載板中的半導體晶圓，在由機器參數和加工參數預先確定的路徑上，在覆蓋有拋光墊的二個旋轉拋光板之間移動，從而進行拋光(該文獻中採用術語「載板」)。
例如，如文獻DE10004578C1中所描述，通常使用均質的、多孔聚合物泡沫構成的拋光墊進行DSP。
取決於將要進行的拋光加工和分別所需要的從半導體晶圓的一或多個表面材料去除，可使用各自具有特定性能的不同拋光墊。
拋光墊可由熱塑性或熱固性聚合物構成。作為被稱作發泡拋光墊(發泡墊)的這些墊的材料，眾多材料係被列入考慮，例如聚氨酯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚丙烯酸酯、聚酯等。例如，US 2008/0102741 A1中描述了由聚合物製備的拋光墊。
然而，拋光墊還可由浸漬有聚合物的發泡板或氈或纖維基材構成(非織造墊)。例如，US 5,510,175 A中描述了這種墊。
原則上，可能區分例如在表面中不含黏合研磨劑的拋光墊與含有黏合研磨劑的拋光墊。這些拋光墊被指定為固定研磨墊(FA墊)。
例如，歐洲專利申請案EP 2 266 757 A1中公開了不含黏合研磨劑的拋光墊。
例如，申請案US 2005 0 227 590 A1中公開了含有黏合研磨劑的拋光墊。美國專利5,958,794教導了一種使用含有黏合研磨劑的墊處理由半導體材料構成之基材表面的方法。
例如，拋光墊的另一個差異化特徵是各拋光墊的硬度。較硬的拋光墊比較軟的拋光墊壓縮率較小，但缺點為由於鬆散的粒子無法壓進墊中，因此在拋光期間在半導體晶圓的拋光表面可能發生損壞。
如果例如拋光墊表面的幾何形狀已改變，或過多固體已併入到拋光墊的表面上，那麼對用於拋光半導體晶圓的拋光墊的調節(重整)就變得有必要(上光)。由於併入的固體，拋光墊的性能發生持久改變，且因此特定拋光去除率首先受到不利影響，其次可能發生不均勻的拋光去除。
現有技術中已知的雙面拋光法的缺點為，在由半導體材料構成的晶圓的邊緣區域中去除的材料量一般高於晶圓的其他區域(邊緣滾壓(edge roll-off，ERO))，且因此導致較差的邊緣幾何形狀。
邊緣滾壓的嚴重程度尤其取決於晶圓陷入拋光墊中以及邊緣從而被磨圓到什麼程度。現有技術描述了用於減少或避免在拋光加工期間發生邊緣滾壓的多種措施。
Xin報導了較硬的拋光墊用於改進矽晶圓之平坦度的用途(International Journal for Manufacturing Science and Technology第1卷第2期第20-34頁，Xin,Y.B.1998年『Modeling of Pad-wafer contact pressure distribution in chemical mechanical polishing』)。這項研究顯示，在由半導體材料構成之晶圓的邊緣區域上的壓力在極軟墊的情況下比在極硬墊的情況下高約1.5倍。
文獻EP 2 345 505 A2教導了藉由以半導體晶圓在拋光加工後具有所需表面形狀的方式進行相應的修整來修改拋光墊的表面形狀。
美國專利US 7,364,495 B2教導了一種同時拋光半導體晶圓的正面和背面的裝置和方法，其中在拋光期間藉由拋光板幾何形狀的略微變化(微米範圍)來獲得半導體晶圓的所需表面形狀。根據US 7,364,495 B2，可例如藉由改變拋光板溫度，且以機械方式藉由相應的壓力單元來獲得拋光板幾何形狀。
申請案US 2003/0224604 A1描述了一種藉由使用犧牲環(sacrificial ring)避免邊緣滾壓的方法，這種犧牲環在拋光期間圈起半導體晶圓且因此保護晶圓的邊緣區域免於發生材料去除增加，這是因為半導體
晶圓的圓周被擴展了。在此情況下，由矽或陶瓷所製造的環具有有待拋光的半導體晶圓的厚度。
公開的專利申請案US 2003/0224604 A1中所描述之方法的缺點尤其為半導體晶圓的邊緣可能由拋光過程期間所存在的力而被周圍的環損壞。
歐洲專利申請案EP 1 852 899 A1描述了一種避免邊緣滾壓的方法，其中在半導體晶圓的雙面拋光後，在進行邊緣拋光前用樹脂膜保護半導體晶圓的一面或兩面。隨後使用例如鹼性水溶液再次去除保護膜。
在拋光半導體晶圓期間避免邊緣滾壓的其他方法涉及使用特定拋光墊及/或修整拋光墊。
例如，公開的歐洲專利申請案EP 2 345 505 A2描述一種修整拋光墊的方法，其中測量拋光板上拋光墊承載的輪廓，且基於此測量來選擇用於獲得半導體晶圓之所需表面性能的拋光參數。另外，還可藉由相應的修整過程來改變所測量之拋光墊的表面。
美國專利US 6,682,405 B2教導了使用環形工具修整拋光墊的方法，與現有技術相反，這個環形工具與拋光墊表面接觸的表面朝向拋光墊表面傾斜，由此在拋光墊修整期間獲得恆定壓力。
公開的德國專利申請案DE 10 2008 056 276 A1教導一種調節雙面拋光機的工作間隙的方法。待拋光之基材所處的這個工作間隙是由各自覆蓋有拋光墊的上拋光板和下拋光板(工作表面)形成。可由調節裝置使至少一拋光板變形，以使工作間隙的形狀改變且工作表面具有最大平行度。意圖藉由調節工作間隙的幾何形狀來確保盡可能均勻的材料去除。
此外，DE 10 2008 056 276 A1公開了以例如獲得一或兩個拋光板的特定凹度或凸度的方式調節工作間隙，其中該工作間隙在一面上的高度可能不同於另一面。
如公開的專利申請案DE 10 2008 056 276 A1中所教導的調節雙面拋光機之工作間隙的方法前提要有非始終可得之相應技術裝置。此外，即使在拋光板絕對平行的情況下也無法總是避免邊緣滾壓，因為邊緣滾壓並不僅僅受拋光板的平行度所影響。
從所說明的現有技術出發，本發明的目的是提供一種同時雙面拋光的改進方法，其可在無需雙面拋光機的特定技術前提下採用且同時防止邊緣滾壓。
本發明的目的是藉由拋光至少一具有正面和背面的由半導體材料構成之晶圓(5)的方法來達成，其包含至少一第一拋光步驟，藉由這個步驟，在加工溫度下在各自覆蓋有具有低壓縮率的硬拋光墊(1)的上拋光板與下拋光板(8)之間在兩面上同時拋光由半導體材料構成的晶圓(5)，且拋光墊(1)與待拋光的基材接觸的上表面與下表面(2)之間的距離形成一拋光間隙，且該拋光間隙從拋光墊(1)的內邊緣(B)延伸直到拋光墊(1)的外邊緣(A)，其中藉由以內邊緣(B)處的拋光間隙的高度不同於外邊緣(A)處的拋光間隙的高度的方式進行一第一修整來加工墊表面(2)。
根據本發明下文詳細描述用於達成這個目的的方法。所提及之具體實施態樣用於闡明，而不將方法的範圍限於該等具體實施態樣。
根據本發明使用同時雙面拋光至少一由半導體材料構成之晶圓的方法，可藉由具有低壓縮率的硬拋光墊與工作間隙的特定形狀(藉由拋光墊的適合厚度輪廓實現)的組合來顯著減少或甚至避免邊緣磨圓。
1‧‧‧拋光墊
2‧‧‧正面(工作表面)
3‧‧‧背面
4‧‧‧工作層
5‧‧‧晶圓
8‧‧‧拋光板
A‧‧‧外邊緣
B‧‧‧內邊緣
x1,x2‧‧‧差
第1a圖係一截面圖，顯示晶圓(5)稍稍陷入軟性並可壓縮的拋光墊(1)之工作表面(2)的情況。
第1b圖係一截面圖，顯示晶圓(5)未陷入具有較高硬度和較低壓縮率的拋光墊(1)之工作表面(2)的情況。
第2a圖係各拋光墊(1)和工作層(4)在第一修整前之截面圖。
第2b圖係各拋光墊(1)和工作層(4)在第一修整後之截面圖。
第2c圖係顯示各拋光墊(1)和工作層(4)以不同方式修整後之截面圖。
第2d圖係一環形拋光墊(1)的平面圖。
第3a圖顯示矽晶圓使用具有低壓縮率之硬拋光墊以平行拋光間隙進行雙面拋光後的厚度輪廓。
第3b圖顯示矽晶圓使用具有低壓縮率之硬拋光墊以V形拋光間隙進行雙面拋光後的厚度輪廓。
第1圖顯示出拋光墊的硬度和壓縮率對由半導體材料構成之晶圓邊緣的影響。第1a圖顯示在以黏著方式結合到拋光板(8)上的軟性並可壓縮之墊(1)的情況下，晶圓(5)稍稍陷入拋光墊(1)的工作表面(2)中。因此，與晶圓(5)的其他區域相比，在晶圓的邊緣區域中有較高力作
用於晶圓(5)上，使邊緣藉由拋光期間材料去除增加而被磨圓。第1b圖顯示根據本發明在使用具有較高硬度和較低壓縮率的拋光墊(1)同時拋光由半導體材料構成之晶圓(5)之正面和背面之方法的情況下，其中該拋光墊以黏著方式黏合到拋光板(8)上，晶圓(5)不會陷入拋光墊(1)的工作表面(2)中。
第2圖顯示出在修整之前和之後上拋光墊和下拋光墊(1)的墊厚度輪廓。第2a圖顯示在第一修整之前，各拋光墊(1)的特徵為工作層(4)的厚度為例如800微米到900微米的平面平行之正面(工作表面)(2)和背面(3)。第2b圖顯示在修整之後，在墊(1)的外邊緣(A)處工作層(4)的厚度為例如820微米，而在內邊緣(B)處工作層(4)的厚度為例如790微米。由此產生V形工作或拋光間隙。第2c圖之實例中以不同方式修整上拋光墊和下拋光墊(1)。雖然在外邊緣(A)處上拋光墊(1)的工作層(4)的厚度(820微米)大於內邊緣(B)處的厚度(750微米)，但下拋光墊(1)的工作層(4)在外邊緣(A)與內邊緣(B)之間具有相同厚度(在這個實例中為850微米)。另外，例如以較大程度地顯現V形拋光間隙的方式使下拋光板(未描繪)變形。第2d圖顯示平面圖中的環形拋光墊(1)以及點(A)(邊緣)和(B)(中心)的位置。(A)與(B)之間的關聯(connection)對應於如第2a圖和第2b圖中所示之墊表面的輪廓。
第3圖顯示由半導體材料構成且直徑為300毫米的拋光晶圓隨拋光間隙的形狀而變的兩種不同厚度輪廓(表面幾何形狀)。對拋光半導體晶圓從一面到另一面的整體厚度輪廓進行繪圖。較佳的晶圓在邊緣處厚度大於內部區域且因此具有凹面形狀。GBIR(整體平坦度背面理想範圍
(Global Flatness Back Ideal Range，GBIR))是最大厚度差與最小厚度差之間的差異，需要盡可能低的GBIR。SFQR(區域平坦度正面最小平方區域範圍(Site Flatness Front Least Squares Site Range))描述在例如各個尺寸為26×8毫米的小區域內相對於作為參考平面的半導體晶圓的正面，半導體晶圓的厚度變化。因此，SFQR描述了相當局部的厚度變化，例如邊緣滾壓。第3a圖顯示使用具有低壓縮率的硬拋光墊拋光的矽晶圓的厚度輪廓，在此情況下在平面平行拋光間隙中進行雙面拋光。這產生具有50奈米的極差SFQR值(26×8 EE 2毫米)的壺形半導體晶圓。第3b圖顯示使用具有低壓縮率的硬拋光墊拋光的矽晶圓的厚度輪廓，在此情況下係在根據本發明的V形拋光間隙中進行雙面拋光，其中該拋光間隙在外部區域比內部區域窄。所產生的半導體晶圓的有利形狀的特徵為小於0.2微米的小GBIR、16奈米的小SFQR值(26×8 EE 22毫米)和低邊緣滾壓。
本發明涉及至少一由半導體材料構成的晶圓(半導體晶圓)的正面和背面的同時拋光(DSP)，其中半導體材料為化合物半導體(如砷化鎵)或元素半導體(如主要是矽，而且有鍺)或其層結構。
根據現有技術，用於同時拋光至少一由半導體材料構成的晶圓的正面和背面的拋光墊為環形，其中用於拋光機機構的圓形切口位於拋光墊表面的中心(第2e圖)。
根據本發明使用具有高墊硬度和低墊壓縮率的拋光墊同時拋光半導體晶圓的正面和背面的方法適合於所有晶圓直徑。
用於加工至少一由半導體材料構成的晶圓表面的更多拋光步驟或其他加工可在根據本發明的方法之後進行。
在由半導體材料構成的晶圓的正面和背面的同時拋光(DSP)期間，一般會發生不欲的晶圓邊緣磨圓(邊緣滾壓，ERO)。這種導致較差邊緣幾何形狀的磨圓尤其取決於在拋光期間晶圓陷入上拋光墊、下拋光墊中或陷入兩個拋光墊中到什麼程度。因為由半導體材料構成的晶圓陷入拋光墊中，所以作用於邊緣上的材料去除力高於作用於表面其餘部分上的力。
為了使在拋光期間由半導體材料構成的晶圓(5)陷入拋光墊(1)中的情況減到最少或完全避免，根據本發明之同時拋光至少一由半導體材料構成的晶圓(5)的正面和背面的方法中係使用具有高墊硬度(硬拋光墊)和低墊壓縮率的拋光墊(1)(第1b圖)。
關於本發明，硬拋光墊的根據蕭氏A(Shore A)的硬度為至少80°。
關於本發明，具有低壓縮率的拋光墊的壓縮率小於3%。材料的壓縮率描述了為引起特定體積變化所必須在所有面上提供的壓力變化。壓縮率係以類似於JIS L-1096(紡織品測試方法(Testing Methods for Woven Fabrics))來計算。
在已向墊表面施加規定壓力，例如300公克/平方公分之後，在1分鐘後測量墊厚度T1。之後，使壓力增加到第一個壓力的六倍，此處為1800公克/平方公分，且在1分鐘後測量墊厚度T2。由值T1和T2，使用公式壓縮率[%]=(T1-T2)/T1×100計算拋光墊的壓縮率。
因為根據本發明的方法中的上拋光板和下拋光板較佳地各自覆蓋有對於根據本發明的方法來說在硬度和壓縮率方面具有相同性能的
拋光墊(1)，所以下文將僅論述一個拋光墊(1)和其較佳的性能。與該等性能無關，上拋光墊和下拋光墊(1)的表面(工作表面(2))的幾何形狀可能不同。
發泡拋光墊(發泡墊)和具有纖維結構的拋光墊(非織造墊)都適合於根據本發明之使用具有高墊硬度和低墊壓縮率之拋光墊(1)同時拋光半導體晶圓之正面和背面的方法。
較佳地，拋光墊(1)或其工作表面(2)由熱塑性或熱固性聚合物構成且具有多孔基體(發泡墊)。作為材料，眾多材料可考慮，例如聚氨酯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚丙烯酸酯、聚酯等。
較佳地，拋光墊(1)或其工作表面(2)由固體微孔聚氨酯構成。
且較佳為使用由浸漬有聚合物的發泡板或氈或纖維基材所構成的拋光墊(非織造墊)。
使用硬或極硬的拋光墊(1)係較佳的。
使用根據蕭氏A硬度為80至100°的拋光墊(1)係特佳的。
一種適合的市售拋光墊為例如獲自Rohm & Haas的SUBATM 1200，其根據蕭氏A的硬度為84°。
獲自Nitta Haas Inc.的MH-S24A型墊特定具有例如高達86 JIS-A(JIS K 6253A)的硬度，其中根據JIS-A的硬度對應於根據蕭氏A的硬度。
使用具有低或極低壓縮率的拋光墊(1)係較佳的。
拋光墊(1)的壓縮率較佳為小於2.5%。
拋光墊(1)的壓縮率特佳為小於2.2%。
拋光墊(1)的壓縮率尤佳為小於2.0%。
藉由使用薄的拋光墊(1)以獲得拋光墊(1)的低壓縮率。根據本發明的方法中，拋光墊(1)的厚度較佳為0.5毫米至1.0毫米，特佳為在0.5毫米至0.8毫米。
在發泡墊的情況下，藉由從由拋光墊材料構成的塊(餅)切出相應厚度來生產與現有技術相比較薄的拋光墊(1)，且從製造商獲取這些拋光墊(1)。
從製造商獲取相應厚度的非織造墊。
例如，用於根據本發明使用具有低壓縮率的硬拋光墊(1)同時拋光至少一由半導體材料構成的晶圓(5)的正面和背面的方法的拋光墊(1)必須絕對均勻地(即沒有氣泡或折痕)以黏著方式黏合到拋光機的各個拋光板(8)上。
出於此目的，在根據本發明的方法中，拋光墊(1)在其背面(3)上具有由機器塗覆的黏著膜。例如，獲自3M的雙面黏著膜PSA適合作為黏著膜。
為使拋光墊(1)可絕對均勻地以黏著方式黏合到拋光板(8)上，藉由內部溫度控制來加熱拋光板(8)。將拋光板(8)較佳地加熱到40至50℃，特佳地加熱到45至50℃。對拋光板(8)的加熱降低了黏著膜的黏度，同時改進黏著膜的黏著性。
拋光墊的硬度受拋光期間的溫度所影響。拋光墊的硬度隨著溫度增加而降低。
因此，在拋光墊(1)以黏著方式黏合之後，使拋光板的溫度下降到根據本發明之方法所需的加工溫度。為了在將覆蓋有拋光墊(1)的拋光板(8)冷卻到所需加工溫度期間避免以黏著方式黏合的拋光墊(1)中形成氣泡或折痕，此形成可能是拋光板(8)的溫度依賴性變形的結果，將拋光板(8)緩慢地冷卻到所需加工溫度。這是藉由調節拋光板(8)之內部溫度控制的相應公式來進行。
較佳地，將覆蓋有拋光墊(1)的拋光板(8)從設定用於以黏著方式黏合的溫度冷卻到所需加工溫度係經過至少三小時的時間，其在整個冷卻過程中，在至少1牛頓/平方公分的壓力下使拋光墊抵壓著各自相對的拋光板(8)。
4到8小時的持續冷卻時間是特佳的。
溫度的下降可在冷卻時間中以成線性地、按指數下降方式地或按階梯方式地發生。
由於拋光板通常可具有至多±50微米的局部平坦度差異，因此以黏著方式黏合到拋光板上的拋光墊(1)在拋光加工之前必須經過修改以適於拋光機的各個別板形狀。這種修改、第一墊修整和用於其等的必需方法為現有技術且描述於例如文獻EP 2 345 505 A2或US 6,682,405 B2中。
墊修整或修整為藉由一般包含金剛石研磨體的適合工具對位於拋光板上的拋光墊進行機械加工(修整方法)。修整的目的在於設定所需的拋光墊幾何形狀並因此設定所需的拋光間隙幾何形狀，且設定拋光墊的墊表面(工作表面)的所需性能。位於拋光板上的拋光墊在每種情況下都針對特定拋光機和拋光間隙加以優化。
對於根據本發明之使用具有低壓縮率之硬拋光墊(1)同時拋光由半導體材料構成之晶圓(5)之正面和背面的方法來說，在拋光墊(1)以黏著方式黏合到上拋光板和下拋光板(8)上之後在第一遍拋光之前進行第一墊修整。
較佳地，對於第一墊修整來說，以水力方式/以氣動方式使各抛光板(8)變形，如可例如由獲自Peter Wolters GmbH的DSP機器AC 1500-P3來實現。使拋光板變形的方法描述於德國申請案DE 10 2008 056 276 A1中。
同樣較佳地，對於第一墊修整來說，以溫度控制的方式使各拋光板變形。出於此目的，將拋光墊以黏著方式黏合在其上的拋光板(8)加熱到例如50℃，或在緩慢地冷卻拋光板(8)之前進行第一修整。
藉由第一修整來設定拋光墊(1)的工作表面(2)的所需幾何形狀和性能。
對於第一墊修整來說，以補償各拋光板的個別平坦度輪廓且可獲得具有所需幾何形狀的拋光間隙的方式，從拋光墊(1)的工作層(4)較佳地去除20至100微米，特佳地去除30至60微米。
根據本發明之同時拋光至少一由半導體材料構成之晶圓(5)之正面和背面的方法中拋光間隙的幾何形狀由在工作間隙的內邊緣(B)處上拋光板和下拋光墊(1)的表面(2)之間的距離(高度)與在工作間隙的外邊緣(A)處上拋光墊和下拋光墊(1)的表面(2)之間的距離的差異而產生。
拋光間隙的V形幾何形狀是較佳的，其中拋光間隙在內邊緣
(B)處比外邊緣(A)處小，反之亦然。
特佳地，拋光間隙的高度，即上拋光墊與下拋光墊之間的各距離，在外邊緣(A)處比內邊緣(B)處小。
在根據本發明的方法中拋光間隙的不同高度係依靠墊的外部區域(A)和內部區域(B)處拋光墊(1)的不同厚度而獲得且藉由相應的墊修整來產生。
為了藉由墊修整，例如藉由相比外邊緣(A)在內邊緣(B)處較高地去除拋光墊(1)的工作層(4)來獲得拋光間隙的所需幾何形狀，以在工作間隙中在修整期間相比外邊緣在內邊緣(B)處產生較大壓力的方式使DSP機器的上拋光板變形。
下拋光板較佳地在修整期間保持不變，即在特定方向上不發生變形。同樣較佳地，下板另外發生變形。
在此實例中，經過修整的拋光墊獲得具有在外邊緣(A)處工作層(4)的厚度大於內邊緣(B)處的厚度梯度(1)，使得在拋光期間在外邊緣(A)處，由於與內邊緣(B)相比拋光間隙較窄，所以作用於有待拋光之由半導體材料構成的晶圓邊緣上的拋光壓力高於作用於晶圓中心的壓力。
較佳地，在修整後拋光墊(1)之外邊緣(A)處工作層(4)的厚度大於在墊之內邊緣(B)處的厚度(第2b圖)。各自所需的厚度梯度，即沿著截面AB(第2d圖)之墊厚度的差異，且因此從內邊緣(B)到外邊緣(A)之工作層(4)的厚度，經修改以滿足至少一由半導體材料構成之晶圓(5)的同時雙面拋光的各需求。
厚度梯度可被設計成線性和非線性的(凸的或凹的)。
在工作間隙的內邊緣(B)與外邊緣(A)之間較佳設定線性厚度梯度(第2b圖)。
對於根據本發明之使用具有低壓縮率的硬拋光墊(1)同時拋光至少一由半導體材料構成之晶圓(5)之正面和背面的方法來說，上墊(1)的工作層(4)的厚度梯度可能不同於下墊(1)的情況(第2c圖)，其中可例如另外藉由拋光墊的變形來獲得V形拋光間隙。拋光間隙的高度梯度由上拋光墊和下拋光墊(1)的工作層(4)的各厚度梯度而產生。
可藉由上拋光墊的工作層、下拋光墊的工作層、上拋光板的變形及/或下拋光板的變形的四種個別貢獻來設定拋光間隙的所需幾何形狀。在此情況下，較佳應用一種個別貢獻或至少兩種個別貢獻的組合來設定拋光間隙的所需幾何形狀，例如V形拋光間隙。
高度梯度的量值主要取決於拋光板的尺寸。在此情況下，拋光墊的環寬度，即拋光墊的內邊緣與外邊緣之間的距離，是重要的。
在內邊緣與外邊緣間之拋光間隙的高度差較佳為相對於拋光墊的一米環寬度為70微米到至360微米，特佳為相對於抛光垫的一米環寬度為110微米到至220微米。
對於根據本發明之使用具有低壓縮率且例如環寬度為0.7米的硬拋光墊(1)同時拋光至少一由半導體材料構成的晶圓(5)之正面和背面的方法來說，在拋光墊的內邊緣與外邊緣之間的拋光間隙的高度差較佳為50微米與250微米，特佳為80微米與150微米，其中拋光間隙的高度差由邊緣處的差異x1和x2的總和產生，該邊緣由於修整的原因與拋光墊(1)
的相對邊緣相比較薄(第2b圖和第2c圖)。
較佳地藉由應變壓力計以及根據現有技術的墊厚度和工作間隙測量來監測修整或墊/板輪廓的結果。
藉由應變壓力計，如果使用特定力將兩個接觸表面擠壓在一起的話，可由顏色來表示這兩個接觸表面之間的壓力分佈。從不同的顏色密度來看，不同的壓力分佈變得明顯。較高顏色密度表示具有較高壓力的區域，且較低顏色密度表示具有較低壓力的區域。
使用應變壓力計來測定DSP設備的兩個拋光板之間的徑向壓力分佈。出於此目的，將應變壓力計徑向地放置到下拋光板或下拋光墊上。隨後以類似於拋光加工施加作用於板之間的力的方式使兩個半板移動到一起。
較佳地，對於根據本發明的方法來說，拋光間隙的輪廓係設定成在拋光加工期間在基材之外部區域(拋光墊(1)的邊緣(A)處)處作用的壓力係稍大於在其內部區域(拋光墊(1)的內邊緣(B)處)處作用的壓力。
較佳達成該較佳的壓力輪廓，從而使得兩個拋光墊(1)中的至少一者(第2c圖)、較佳兩個拋光墊(1)(第2b圖)的工作層(4)的厚度在內邊緣(B)處稍低於外邊緣(A)處(工作層厚度(4)向外漸增的厚度梯度或拋光間隙向外漸減的高度梯度)。
例如，在第一修整之後上拋光墊和下拋光墊的工作層(4)的厚度在外邊緣(A)處可為820微米且在內邊緣(B)處可為790微米(第2b圖)。
上拋光墊和下拋光墊的工作層(4)的厚度還可以具有不同的厚度梯度。例如，在第一修整之後上拋光墊的工作層(4)的厚度在外邊緣(A)處可為820微米且在內邊緣(B)處可為750微米，而在第一修整之後下拋光墊的工作層(4)的厚度在外邊緣(A)處可為820微米且在內邊緣(B)處可為790微米。
同樣較佳地，係藉由拋光板(8)的經過相應修改的形狀(幾何形狀)來獲得該壓力輪廓。在根據本發明之使用具有低壓縮率的硬拋光墊(1)同時拋光由半導體材料構成的晶圓(5)之正面和背面的方法的這個實施例中，所需的拋光間隙幾何形狀，例如拋光間隙的向外漸減的高度梯度，是藉由各自覆蓋有拋光墊(1)的上拋光板和下拋光板(8)的相應形狀來獲得。
在此情況下，一或兩個拋光墊(1)的厚度可不具有厚度梯度或具有額外的厚度梯度，以例如以最佳方式將各個拋光板(8)的輪廓修改成拋光間隙的所需幾何形狀或補償不同拋光設備的性能(幾何形狀)。
藉由根據本發明之使用發泡拋光墊同時拋光由半導體材料構成的晶圓(5)之正面和背面的方法較佳地在10℃至50℃的加工溫度下、特佳地在15℃至35℃的加工溫度下、尤佳地在18℃至30℃的加工溫度下進行。
在使用無紡拋光墊時，較佳的加工溫度為35℃至50℃。
對於根據本發明的方法來說，將至少一由半導體材料構成的晶圓(5)放置到載板中的至少一適合尺寸的切口中。
所用載板的厚度取決於各雙面拋光法。如果使用正型切口拋
光至少一由半導體材料構成的晶圓(5)，那所用載板與由半導體材料構成的晶圓(5)將在雙面拋光之後達到的目標厚度相比稍薄，例如薄2到3微米。
如果使用負型切口拋光至少一由半導體材料構成的晶圓(5)，那所用載板與由半導體材料構成的晶圓(5)將在雙面拋光之後達到的目標厚度相比稍厚，例如厚2到3微米。
較佳地，在至少一由半導體材料構成的晶圓(5)之正面和背面的材料去除率相同。
在至少一由半導體材料構成的晶圓(5)之正面和背面上不同的材料去除同樣係較佳的。
較佳地，在加工期間將液體送到工作層(4)之間形成的工作間隙中。
該液體較佳為拋光劑漿液。
較佳地，所用拋光劑漿液含有選自元素鋁、鈰和矽的一或多種氧化物的研磨劑。
研磨材料粒子的尺寸分佈較佳為顯著單峰分佈。
在研磨材料粒子之單峰分佈的情況下，平均顆粒尺寸為5至300奈米，特佳為5至50奈米。
拋光劑漿液中研磨材料的比例較佳為0.1至20重量%，特佳為0.1至3重量%。
使用膠態分散二氧化矽作為拋光劑漿液係特佳的。
例如，可使用獲自Bayer AG的水性拋光劑Levasil® 200和獲自Dupont Air Products的Mazin SR330。
拋光劑漿液可含有添加劑，如碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸鉀(K2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銨(NH4OH)、氫氧化四甲銨(TMAH)。
然而，拋光劑漿液可含有一或多種其他添加劑，例如表面活性添加劑(如濕潤劑和表面活性劑)、充當保護膠體的穩定劑、防腐劑、殺生物劑、醇和錯合劑。
在使用具有低壓縮率的硬拋光墊(1)同時拋光至少一由半導體材料構成的晶圓(5)的正面和背面期間，較佳地實現小於或等於每面15微米的表面去除，5微米到12微米的範圍係特佳的。
在根據本發明的方法中，由於根據本發明的方法能夠獲得拋光間隙的極精確設置(幾何形狀)，即拋光板的中心與邊緣之間的相應墊厚度，因此拋光墊(1)的可用期較長。
這使得根據本發明的方法與根據現有技術的DSP加工相比，經濟可行性顯著增加。
藉由根據本發明的方法拋光的由半導體材料構成的晶圓(5)具有較佳幾何形狀，特別是關於整體和局部平坦度，且邊緣滾壓顯著減少(第3圖)。
根據本發明以維持拋光間隙的所需幾何形狀的方式來實現第二和更多墊修整。
對於第二和更多墊修整來說，從拋光墊(1)的工作表面(2)較佳為去除5至100微米，特佳為去除10至40微米。第二和更多墊修整係藉由與第一墊修整相同的方法進行。
1‧‧‧拋光墊
2‧‧‧正面(工作表面)
3‧‧‧背面
4‧‧‧工作層
A‧‧‧外邊緣
B‧‧‧內邊緣
x1,x2‧‧‧差
Claims (10)
- 一種拋光至少一具有正面和背面的由半導體材料構成的晶圓(5)的方法，其包含至少一第一拋光步驟，藉由該第一拋光步驟，於各自覆蓋有一硬度為至少80°蕭氏A且壓縮率小於2.5%的拋光墊(1)之上拋光板與下拋光板(8)之間，在加工溫度下在該正面和該背面的兩面上同時拋光該由半導體材料構成的晶圓(5)，且該拋光墊(1)之與待拋光晶圓接觸的上表面與下表面(2)之間的距離係形成一拋光間隙，此拋光間隙從該拋光墊(1)的內邊緣(B)延伸直至該拋光墊(1)的外邊緣(A)，其中在該內邊緣(B)處的拋光間隙的高度係成線性地不同於在該外邊緣(A)處的拋光間隙的高度。
- 如請求項1之方法，其中該內邊緣與該外邊緣之間的拋光間隙的高度的差異相對於一米環寬度為70微米至360微米，其中該環寬度係定義為該拋光墊(1)的內邊緣(B)與該拋光墊(1)的外邊緣(A)之間的徑向距離。
- 如請求項1之方法，其中該拋光墊的硬度為80°蕭氏A至100°蕭氏A。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中該拋光墊的厚度為0.5毫米至1.0毫米。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中該拋光墊係以黏著方式結合至該拋光板上。
- 如請求項5之方法，其中係將該拋光板加熱到40℃至50℃，以便以黏著方式結合該拋光墊。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中在第一修整期間，係從該拋光墊(1) 的工作層(4)去除20微米至100微米。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中在該外邊緣(A)處的拋光間隙的高度係較在該內邊緣(B)處的拋光間隙的高度為低。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中該拋光間隙的高度係從該內邊緣(B)向該外邊緣(A)線性地減小。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中該雙面拋光係於10℃至50℃的加工溫度下進行。
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