TWI653681B - 用於在二側拋光半導體晶圓的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種用於在二側拋光半導體晶圓的方法，將在室溫下蕭氏A硬度為至少80且具有在室溫下小於3%之壓縮率的拋光墊附著至上拋光板和下拋光板，半導體晶圓在上拋光墊和下拋光墊間進行二側拋光，該方法之特徵在於，透過以下方式將拋光墊附著至上拋光板和下拋光板：將拋光墊黏結至上拋光板和下拋光板，將具有在室溫下至少3%之壓縮率的墊作為中間層佈置在二個經黏結的拋光墊之間，然後將二個拋光墊與位於二個拋光墊之間的墊一起壓製一定時間。
Description
本發明關於一種用於在二側拋光半導體晶圓的方法。
雙側抛光（DSP）是一種源自化學–機械加工步驟群组的方法。半導體晶圓的DSP加工例如描述於US 2003/054650 A1中，且適用於它的裝置描述於DE 100 07 390 A1中。DSP包含藉由鹼性溶液的化學蝕刻和藉由分散在水性介質中的鬆散顆粒的機械腐蝕，其透過不包含與半導體晶圓接觸的硬物質的抛光墊而與半導體晶圓接觸，且因此導致在壓力和相對運動下從半導體晶圓移除材料。
在DSP中，工作層呈拋光墊的形式，它們藉由互鎖（例如，藉由鉤環緊固件）或藉由真空而黏合地、磁性地附著至工作盤，工作盤在DSP中也被稱為所謂的拋光板。DSP系統的二個拋光板都與拋光墊黏結（bond）。為了確保高品質的DSP加工，二個拋光墊應當在沒有任何氣泡的情況下黏結。同時，重要的是，拋光墊在整個拋光板上以均勻的強度黏合。為了透過黏合劑實現必要的黏合，在拋光墊黏結之後將拋光板在壓力下放在一起數小時。該過程也被稱為墊的壓製。該壓製使得黏合劑可以更好地流動並黏合的更好。用於墊壓製的適當方法例如可從EP 1775 068 A1和US 2008/0248728 A1知悉。
拋光墊可由熱塑性聚合物或熱固性聚合物組成。
許多材料可作為用於發泡拋光墊（發泡墊）的材料，例如聚胺甲酸酯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚丙烯酸酯、聚酯等。由聚合物生產的拋光墊例如公開於US 2008/0102741 A1中。
然而，拋光墊還可由用聚合物浸漬的發泡板或氈基材或纖維基材組成（非織造墊）。此類墊例如描述於US 5,510,175 A中。
德國公開說明書DE 10 2008 056 276 A1教示了一種用於調節雙側拋光機之工作間隙的方法。待拋光基材所在的該工作間隙由上工作盤和下工作盤形成，每個工作盤均用拋光墊（工作表面）覆蓋。藉由調節器，就可以使至少一個工作盤變形，因此工作間隙的形狀發生變化且工作表面盡可能平行。希望的是透過調節工作間隙的幾何形狀來確保最大程度地均勻去除材料。
US 2014/0206261 A1揭露了一種利用幾乎不可壓縮的硬拋光墊以一特定形狀的工作間隙同時在二側拋光至少一個半導體材料的晶圓的方法，特定形狀的工作間隙透過拋光墊的適當厚度輪廓特徵來實現。該方法對於所拋光的半導體晶圓的邊緣具有正面的作用。
在軟且可壓縮的拋光墊的情況下，特別地，晶圓稍微沒入拋光墊的工作表面中。結果，作用於晶圓的的邊緣區域中的力高於作用於晶圓的其它區域中的力，因此邊緣在拋光期間由於材料的移除增加而變圓。
基於此，使用硬且幾乎不可壓縮的拋光墊是有利的。尤其是在沒有任何氣泡或摺痕的情況下，為了能夠將硬且幾乎不可壓縮的拋光墊絕對均勻地黏結至拋光板，拋光墊的相反側可具有透過機器施加的黏合膜。
在黏結拋光墊時，根據US 2014/0206261 A1，可能有利的是加熱拋光板，因為加熱拋光板導致黏合膜的黏度降低，同時提高了黏合膜的黏合性。此後，將用拋光墊覆蓋的拋光板在至少3小時的時間內從設定用於黏結的溫度冷卻至期望的加工溫度，將拋光墊於整個冷卻操作期間以至少10000 帕（Pa）的壓力壓靠相對的拋光板。
然而，當使用幾乎不可壓縮的硬拋光墊時，存在的問題是在習知的墊壓製之後頻繁的出現拋光墊對拋光板的不足的黏合性。這是因為在上拋光板和下拋光板之間存在由上拋光墊和下拋光墊之間的特定距離所產生的高達300微米的拋光間隙。在沒有對策的情況下，拋光墊的不足的黏合性也對拋光的半導體晶圓的品質有影響。
JP 2004140215 A1揭露了一種由軟墊和硬墊組成的拋光墊的應用。這二種墊可藉由雙面黏合帶彼此連接。藉以拋光半導體晶圓的硬墊可以是由發泡PU構成的墊。軟墊用作拋光板和硬墊之間的阻尼。然而，這裡也存在晶圓的邊緣區域中作用於晶圓的力高於晶圓的其它區域中作用於晶圓的力的問題。
所述問題產生了本發明的目的。
本發明的目的是透過一種用於在二側拋光半導體晶圓的方法實現，其中將在室溫下蕭氏A硬度為至少80且具有在室溫下小於3%之壓縮率的拋光墊附著至上拋光板和下拋光板，半導體晶圓在上拋光墊和下拋光墊間進行二側拋光，該方法之一特徵在於，透過以下方式將拋光墊附著至上拋光板和下拋光板：將拋光墊黏結至上拋光板和下拋光板，將具有在室溫下至少3%之壓縮率的墊作為中間層佈置在二個經黏結的拋光墊之間，然後將二個拋光墊與位於這二個拋光墊之間的墊在一起壓製一定時間。
根據本發明，在墊壓製期間，在上拋光墊和下拋光墊之間提供中間墊層。上拋光墊和下拋光墊是硬的且幾乎不可壓縮的。用作中間層的墊比拋光墊更可壓縮。
材料的壓縮率描述了為實現一定體積的變化所需要的在所有面上的壓力的變化。壓縮率係類似於JIS L–1096（織物測試方法（Testing Methods for Woven Fabrics））地測定。
用作中間層的墊僅用於墊壓製。在墊壓製之後，將其從拋光系統中移除。
發泡拋光墊（發泡墊）和具有纖維結構的拋光墊（非織造墊）二者都適合作為具有高墊硬度和低墊壓縮率的拋光墊。
在一個實施態樣中，使用在室溫（23℃±2℃）下蕭氏A硬度為80至100（ DIN EN ISO 868）的拋光墊。
較佳使用具有低或非常低壓縮率的拋光墊。
較佳地，拋光墊的壓縮率小於2.5%。特別較佳地，拋光墊的壓縮率小於2.2%。尤其特別較佳地，拋光墊的壓縮率小於2.0%。壓縮率應在室溫（23℃±2℃）下測定。
在一個實施態樣中，拋光墊或其工作表面由熱塑性聚合物或熱固性聚合物組成，且具有多孔基質（發泡墊）。
許多材料可作為用於拋光墊的材料，例如聚胺甲酸酯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚丙烯酸酯、聚酯等。
在一個實施態樣中，拋光墊或其工作表面由固體微孔聚胺甲酸酯組成。
在另一實施態樣中，拋光墊由用聚合物浸漬的發泡板或氈基材或纖維基材組成（非織造墊）。
拋光墊的厚度可以是0.7至1.5毫米。在一個實施態樣中，拋光墊的厚度為0.7至1.3毫米，尤其特別較佳地為0.75至1.1毫米。
在本發明的上下文中，已經變得清楚的是，尤其是在硬發泡拋光墊的情況下，只有當可壓縮的中間層在墊壓製期間被佈置在待壓製的二個墊之間時，才能確保對拋光板的足夠黏合性。
在一個實施態樣中，用作中間層的墊由氈或纖維基材組成，即由非織造紡織物組成。
氈可由化學纖維或植物或動物來源的天然纖維產生。
在一個實施態樣中，氈係由PU彈性體纖維生產。
中間層的厚度可以是1.0至3.0毫米。在一個實施態樣中，中間層的厚度為1.5至2.6毫米。
在一個實施態樣中，用作中間層的墊的壓縮率為3至10%。尤其特別較佳地，用作中間層的墊的壓縮率為3.2至7.6%。該壓縮率應在室溫（23℃±2℃）下測定。
相比之下，如果使用具有小於3%或大於10%的壓縮率的墊作為中間層，則通常不能實現拋光墊對拋光板的均勻黏合。
在較佳的實施態樣中，用作中間層的墊包含黏結在一起的二個墊層。根據較佳的實施態樣，一個墊層的厚度為0.7至1.3毫米。
舉例而言，雙面黏合膜適於附著二個墊層。
在墊壓製中使用此類中間層補償了局部不均勻性，並實現了在整個拋光板上的均勻黏合。
在墊壓製操作之前，將拋光墊黏結至拋光機的各個拋光板。
為此，在該方法的一個實施態樣中，拋光墊各自在它們的背面具有黏合膜。例如施加至拋光墊的背面的市售雙面黏合膜是適合的。
在又一實施態樣中，拋光板在拋光墊黏結之前被加熱。例如，拋光板可被加熱至40至50℃的溫度。結果降低了黏合膜的黏度，同時提高了其黏合性。
在拋光墊黏結之後，如果需要，將拋光板冷卻。在一個實施態樣中，將拋光板冷卻至期望的拋光溫度，該溫度通常為10至50℃。
拋光板在拋光墊黏結之前和黏結之後的加熱和冷卻較佳藉由拋光板的內部溫度控制元件來實現。
在一個較佳的實施態樣中，拋光板在一至數小時的時間內被冷卻。
在又一實施態樣中，拋光板在墊壓製期間冷卻，這將在下文更詳細地描述。
在一個實施態樣中，進行將二個幾乎不可壓縮的拋光墊在一起壓製一定時間的壓製操作，更可壓縮的墊位於二個拋光墊之間。
較佳地，墊壓製係在至少11000帕的壓力下進行。
在一個實施態樣中，壓製操作持續進行一個或多個小時的時間。
壓製操作較佳在拋光墊製造商推薦的黏結溫度下進行。
在一個實施態樣中，壓製操作在室溫下進行。
在現有技術中，至今尚未設想到當將拋光墊在一起壓製時在拋光墊之間的中間層。拋光墊被黏結至拋光板，然後被壓製在一起。在相對軟的墊的情況下，在不損害拋光的半導體晶圓的品質的情況下這樣也是可以的。然而，在硬拋光墊的情況下，需要可壓縮的軟氈墊，例如作為中間層，以滿足對於拋光的半導體晶圓的品質要求。
當使用沒有中間層的硬墊時，在一些情況下在壓製操作之後已經注意到內部區域中的墊未充分地被壓製，即該墊對拋光板具有不充分的黏合。
相比之下，在本發明使用中間層的情況下，在壓製操作之後，拋光墊被完全壓製，實現了拋光墊的更好且更均勻的黏合，達到產生品質更好的拋光的半導體晶圓。
在本發明的一個實施態樣中，在以此類方式對附著至拋光板的拋光墊之間的半導體晶圓的雙側拋光之前進行所謂的墊修整（dressing）。就這方面而言，在拋光操作之前，使黏結至拋光板的拋光墊適應於拋光機的特定單個板形狀。相關方法原則上可從現有技術知悉，並描述於例如文獻EP 2 345 505 A2或US 6,682,405 B2中。
墊修整是有利的，因為拋光板通常可以表現出高達±50微米的局部均勻性差異。其目的是透過藉由通常含有金剛石研磨料的適合工具對位於拋光板上的拋光墊進行機械加工，以設定拋光墊的期望幾何形狀和因此拋光間隙的期望幾何形狀以及拋光墊的墊表面（工作表面）的期望性質。位於拋光板上的拋光墊每次針對於特定的拋光機和拋光間隙進行最佳化。
在一個實施態樣中，進行二個拋光墊的墊修整，即進行拋光墊的工作表面的加工，使得拋光間隙在拋光墊的內邊緣和外邊緣處具有不同的高度，該拋光間隙由待拋光的半導體晶圓形成，在每種情況下都是拋光墊表面與半導體晶圓接觸，且從拋光墊的內邊緣延伸直至外邊緣。換句話說，該拋光墊在中心處具有與外邊緣處不同的墊厚度。
在該方法的一個實施態樣中，拋光間隙的高度，即上拋光墊和下拋光墊之間的具體距離在拋光墊的外邊緣處比在內邊緣處更低。
為了拋光，將半導體晶圓放置在載體的適當尺寸的狹槽（slot）中。較佳地，在拋光期間將液體進給至拋光墊的工作層之間形成的工作間隙中。所述液體較佳為拋光劑懸浮體。特別較佳係使用二氧化矽膠體分散體作為拋光劑懸浮體，其視需要地具有添加劑，例如碳酸鈉（Na2
CO3
）、碳酸鉀（K2
CO3
）、氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鉀（KOH）、氫氧化銨（NH4
OH）、氫氧化四甲銨（TMAH）。在半導體晶圓的前側和背側同時拋光中，較佳具有每側小於或等於15 微米、特別較佳每側5 微米至12 微米的表面去除。
以下基於實施例和比較實施例闡明本發明的優點。
除非另有說明，否則前文以及以下實施例和比較實施例中所述的所有參數均在環境氣氛的壓力下，即在約1000百帕（hPa）下且在50%的相對空氣濕度下測定。
根據DIN EN ISO 868測定蕭氏A硬度。使用A型硬度計（Zwick 3130硬度測試儀）。硬化鋼棒的尖端穿透該材料。以0至100的等級測量穿透深度。鋼條具有截頭圓錐體的幾何形狀。在每種情況下進行五次測量，由此指定中值。測量時間為15 秒，將待測材料儲存在標準氣候條件（23℃，50%空氣濕度）下1 小時。硬度計的施加重量為12.5牛頓（N） ± 0.5。
比較實施例
比較實施例
1
由氈（PU）構成的拋光墊，其在23℃下的蕭氏A硬度為60，在23℃下的壓縮率為9.4%，厚度為1.27毫米。
在無中間層的情況下，在11000帕壓力下進行墊壓製2小時。
在墊壓製之後，拋光墊對拋光板的黏合性良好。
比較實施例
2
由氈（由PU彈性體纖維構成）構成的拋光墊，其在23℃下的蕭氏A硬度為84，在23℃下的壓縮率為2.6%，厚度為1.27毫米。
在無中間層的情況下，在11000帕壓力下進行墊壓製2小時。
在墊壓製之後，拋光墊的內部區域對拋光板的黏合性差。這將不可避免地導致半導體晶圓在拋光中的品質缺陷。
比較實施例
3
發泡拋光墊（PU），其在23℃下的蕭氏A硬度為93，在23℃下的壓縮率為2.5%，厚度為1.06毫米。
在無中間層的情況下，在11000帕壓力下進行墊壓製2小時。
在墊壓製之後，拋光墊的內部區域對拋光板的黏合性差。這將不可避免地導致半導體晶圓在拋光中的品質缺陷。
實施例
1
拋光墊由氈（由PU彈性體纖維構成）構成，其在23℃下的蕭氏A硬度為84，在23℃下的壓縮率為2.6%，厚度為1.27毫米。
在墊壓製（壓力11000帕，2小時）中使用中間層。
中間層：雙層PU氈，一層的厚度為1.27毫米，23℃下的壓縮率為3.3%，23℃下的蕭氏A硬度為83。
在墊壓製之後，拋光墊對拋光板具有極好的黏合。
實施例
2
發泡拋光墊（PU），其在23℃下的蕭氏A硬度為84，在23℃下的壓縮率為2.1%，厚度為0.86毫米。
在墊壓製（壓力11000 帕，2小時）中使用中間層。
中間層：雙層PU氈，一層的厚度為1.27 毫米，23℃下的壓縮率為3.3%，23℃下的蕭氏A硬度為83。
在墊壓製之後，拋光墊對拋光板具有極好的黏合。
上述說明性實施態樣的描述應理解為示例性的。由此獲得的本揭露內容使得本領域技藝人士能夠理解本發明和與其相關的優點，並且還可理解對本領域藝人士而言顯而易見的所述結構和加工處理的變更和修改。因此，所有此類變更和修改以及等同物均應被申請專利範圍的保護範圍所涵蓋。
Claims (10)
- 一種用於在二側拋光半導體晶圓的方法，將在室溫下蕭氏A硬度為至少80且具有在室溫下小於3%之壓縮率的拋光墊附著至上拋光板和下拋光板，半導體晶圓在上拋光墊和下拋光墊間進行二側拋光，其中透過以下方式將拋光墊附著至上拋光板和下拋光板：將拋光墊黏結至上拋光板和下拋光板，將具有在室溫下至少3%的壓縮率的墊作為中間層佈置在二個經黏結的拋光墊之間，然後將二個拋光墊與該位於二個拋光墊之間的墊一起壓製一定時間。
- 如請求項1所述的方法，其中拋光墊係以PU為基底的發泡墊。
- 如請求項1或2所述的方法，其中拋光墊具有在室溫下80至100的蕭氏A硬度。
- 如請求項1或2所述的方法，其中拋光墊在室溫下的壓縮率小於2.5%。
- 如請求項1或2所述的方法，其中該用作中間層的墊具有在室溫下3.2至7.6%的壓縮率。
- 如請求項1或2所述的方法，其中該用作中間層的墊係氈或纖維基材。
- 如請求項6所述的方法，其中該用作中間層的墊係以PU彈性體纖維為基底。
- 如請求項1或2所述的方法，其中該用作中間層的墊包含二個黏結在一起的墊。
- 如請求項1或2所述的方法，其中拋光墊的厚度為0.75至1.1毫米。
- 如請求項1或2所述的方法，其中該用作中間層的墊的厚度為1.5至2.6毫米。
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