TWI711081B - 用於拋光半導體晶圓的方法 - Google Patents
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Abstract
一種拋光半導體晶圓的方法,係在拋光劑存在的情況下,將半導體晶圓的至少一側壓靠至黏附於旋轉拋光板的拋光墊上,該拋光墊具有被通道中斷的表面,該方法的特徵在於,該拋光墊黏接至該拋光板,並藉由合適的工具在該通道的區域內壓靠該拋光板。
Description
本發明之目的是一種用於拋光半導體晶圓的方法。
CMP(化學機械拋光)是通常用於降低半導體晶圓正面粗糙度的單面拋光製程。因此也稱為鏡面拋光。在CMP期間,具有待拋光側的晶圓係藉由旋轉拋光頭壓靠至旋轉拋光墊上,並在供應的拋光劑存在下平滑化。這描述於例如US 5,916,016中。
雙面拋光(DSP)是一組化學-機械加工步驟的過程。根據專利說明書EP 0208315 B1中描述的設計,具有適當尺寸之凹槽的金屬或塑膠載具中的半導體晶圓在二個覆蓋有拋光墊的旋轉拋光板之間移動,該等拋光板之間形成工作間隙,且半導體晶圓在拋光劑存在下,在由機器和製程參數所預定的路徑上進行拋光。
用於DSP的拋光墊係藉由黏合劑、磁鐵、形狀配合(form-fit)(例如藉由鉤環固定件)或藉由真空方法而附接到拋光板,DSP系統的二個拋光板都覆蓋有拋光墊。二個拋光墊應無氣泡地黏貼到拋光板,以便保證高品質的DSP製程。重要的是拋光墊均勻地黏附在整個拋光板上。為了實現黏合劑必要的黏合,在黏貼拋光墊後,將拋光板在壓力下閉合一定時間。此過程也稱為墊加壓(pad pressing)。藉由這種加壓使得黏合劑更好地流動並黏合。例如,從EP 1 775 068 A1和US 2008/0248728 A1中已知相應的墊加壓方法。
US 2001/0014570 A1描述一種用於製造具有正面及背面及拋光邊緣的半導體晶圓的方法,包括在二個旋轉的下拋光板和上拋光板之間以連續供應鹼性拋光劑來同時拋光半導體晶圓的正面和背面,下拋光板和上拋光板二者都覆蓋有拋光墊,其中二個拋光墊實質上係由多孔均勻的無纖維(fiber-free)聚合物發泡體組成,並且其中下拋光板的拋光墊具有光滑表面且上拋光板的拋光墊具有經通道(channels)結構化的表面。
黏附在上拋光板上的拋光墊係散佈有通道的網路,而黏附在下拋光板上的拋光墊則沒有這種紋理而是光滑的表面。這種紋理化導致所用之拋光漿料的分佈改善,這對拋光晶圓邊緣的品質有影響。
例如,通道可藉由去除材料的銑削製程而施加到拋光墊上。上拋光墊較佳具有規則的棋盤狀通道排列,其截面尺寸為5毫米×5毫米至50毫米×50毫米,且通道寬度為0.5至2毫米。
拋光墊可由熱塑性或可熱固化的聚合物製成。可考慮多種材料作為發泡拋光墊的起始材料,例如聚胺基甲酸酯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚丙烯酸酯、聚酯等。例如,在US 2008/0102741 A1中揭示一種由聚合物製成的拋光墊。
拋光墊也可由浸漬有聚合物的發泡板或氈或纖維基材(非織造墊)組成。例如,在US 5,510,175 A中描述了這種墊。
根據US 2014/0206261 A1,在膠合拋光墊時加熱拋光墊可能是有利的,因為加熱拋光墊降低了黏合劑膜的黏度,且同時改善了黏合劑膜的黏合性。然後,在至少3小時期間內將覆蓋有拋光墊的拋光板從設定用於黏貼的溫度冷卻至所需的處理溫度,在此期間在整個冷卻過程中拋光墊係以至少10000 Pa的壓力壓靠至相對的拋光板。
然而,特別是當使用硬的、壓縮性較小的拋光墊時,存在的問題是,對於傳統的墊加壓,通常不能實現拋光墊與拋光板的均勻黏合。這是由於在上拋光板和下拋光板之間存在高達300微米的拋光間隙,這是由上拋光墊和下拋光墊之間的相應距離造成的。拋光墊的不均勻黏附也會影響所拋光的半導體晶圓的品質。
從WO2018/086912A1中已知一種拋光半導體晶圓之二面的方法,其中將在室溫下根據肖氏A(Shore A)硬度至少為80°且在室溫下的可壓縮性小於3%的拋光墊黏貼至上下拋光板,其中半導體晶圓在二側上在上下拋光墊之間被拋光,其特徵在於,在將這些拋光墊黏貼到上拋光板和下拋光板上時,將在室溫下的可壓縮性為至少3%的額外的墊置於二個膠合的拋光墊之間作為中間層,然後在該額外的墊位於該等二個拋光墊之間的情況下,將二個拋光墊壓向彼此一段特定的時間。
然而,已顯示,當使用根據US 2001/0014570 A1之散佈有通道的拋光墊並使用從WO 2018/086912 A1中已知的墊加壓時,所拋光之晶圓的幾何形狀比使用光滑的拋光墊時更差。
該問題引發本發明之目的。
本發明之目的係藉由如下拋光半導體晶圓的方法來實現:藉由在拋光劑存在的情況下,將半導體晶圓的至少一側壓靠至黏附於旋轉拋光板的拋光墊上,該拋光墊具有被通道中斷的表面,特徵在於,該拋光墊黏接至該拋光板,並藉由合適的工具在該通道的區域內壓靠該拋光板。
一實施態樣涉及單面拋光,比如CMP製程。
另一實施態樣涉及DSP拋光,即,在二個旋轉的下拋光板和上拋光板之間以連續供應鹼性拋光劑來同時拋光半導體晶圓的正面和背面。
在DSP中,二個拋光板都覆蓋有拋光墊,其中在一實施態樣中,下拋光板的拋光墊具有光滑表面,且上拋光板的拋光墊具有被通道中斷的表面。
為了將拋光墊附接到上拋光板和下拋光板,拋光墊係黏接或膠合到上拋光板和下拋光板,其中係使用合適的工具在通道的區域中將上拋光板的拋光墊壓靠至上拋光板。
在另一實施態樣中,上拋光板的拋光墊具有光滑表面,且下拋光板的拋光墊具有被通道中斷的表面。
在另一實施態樣中,二個拋光墊都具有被通道中斷的表面。
本發明係基於以下觀察:由於壓力僅施加於墊的表面上而不施加於通道中,因此難以均勻地加壓具有廣泛地被通道中斷的表面的拋光墊。在去除用過的拋光墊之後,這可在拋光板上以圖案的形式被部分地識別。結果,拋光墊在通道的位置處沒有被完全相同地加壓,這意味著拋光墊表面的平坦度略微劣化。
在雙面拋光的情況下,這導致所拋光的半導體晶圓的幾何形狀略微劣化。特別地,與正面相關的ZDD(=從中間平面處到半導體晶圓正面處的垂直高度的二次微分)和與背面相關的ZDD之間的差異略微加劇。ZDD描述了晶圓表面的平均近邊緣曲率,且係定義於SEMI M68-1015中。
本發明藉由分別對通道加壓來抵消這一點。
在一實施態樣中,這係藉由金屬或塑膠銷來完成,該銷具有適合於通道寬度的圓形尖端,且藉由使該尖端沿著該通道以便以這種方式將拋光墊壓靠至拋光板上。理想地,銷尖端的直徑對應於通道寬度。即使採用這種手動方法,所拋光的半導體晶圓的ZDD差異也明顯改善。
在另一實施態樣中,所使用的工具是在一側具有凸起的模板(template),該等凸起尺寸使得它們可被拋光墊的通道接收。凸起的寬度理想上係對應於通道的寬度。凸起的高度理想上係對應於通道深度或略微大於通道深度。
在一實施態樣中,模板的第二側是光滑的。這確保了在DSP中,當拋光板與位於它們之間的模板一起移動並施加壓力以在通道的區域中加壓拋光墊時,光滑的拋光墊不會被損壞。
在一實施態樣中,拋光墊另外被壓靠至拋光板上。這可在上述的在通道的區域中加壓拋光墊之前或之後完成。
對於單面拋光,這較佳係藉由輥軋完成。
在一實施態樣中,使用在室溫下具有至少60°肖氏A硬度並且在室溫下具有小於7%的可壓縮性的拋光墊。
另一實施態樣涉及DSP,其中將在室溫下的肖氏A硬度至少為70°且在室溫下的可壓縮性微小於3%的拋光墊黏附至上下拋光板。材料的可壓縮性係描述產生一定的體積變化所需的在所有面上的壓力變化。可壓縮性的測定類似於JIS L-1096(織造織物的測試方法)。此處和其他地方提到的可壓縮性值應在室溫(23℃±2℃)下測定。
在一實施態樣中,在室溫(23℃±2℃)下使用根據肖氏A(DIN EN ISO 868)之硬度為70°至95°的拋光墊。
對於墊加壓,可將在室溫下的可壓縮性為至少3%的墊置於二個所黏結的拋光墊之間作為中間層。然後在該墊位於該等二個拋光墊之間的情況下,將二個拋光墊一起加壓一段時間。
在另一實施態樣中,中間層在拋光劑進料口(feedthrough)的區域中升高。
用作中間層的墊係僅用於墊加壓。墊加壓後,將其從拋光機中移除。這同樣適用於在其通道區域中加壓拋光墊的模板。
在一實施態樣中,用作中間層的墊係由氈或纖維基材,即非織造織物組成。
根據一實施態樣,該墊係由PU彈性體纖維所製成的氈構成。
中間層的厚度可為0.5至3.0毫米。在一設計中,中間層的厚度為1.5至2.6毫米。在較佳設計中,用作中間層的墊包括膠合在一起的二個或更多個墊層。
在一實施態樣中,中間層在拋光劑進料口的區域中升高200至300微米。這可藉由使用膠合在這些區域中的額外的墊或箔來實現。
在一實施態樣中,中間層包括一個或多個環形的墊層或箔,每個墊層或箔係膠合在拋光劑進料口周圍。
在一實施態樣中,環形墊層由PU彈性體纖維製成的氈構成。
在一實施態樣中,環形膜由PE製成。
在一實施態樣中,在拋光板彼此壓靠之前將中間層對準,使得具高度的位置對應於拋光劑進料口的位置。
由於拋光劑進料口區域中升高的部分,在這些區域中會實現特別高的黏合力,這可防止拋光劑在墊下面的滲透。
在一實施態樣中,用作中間層的墊的可壓縮性為3至10%。用作中間層的墊的可壓縮性為3.2至7.6%時是特別佳的。
在墊加壓過程之前,將拋光墊黏接至拋光機的相應拋光板。
膠合過程較佳包括以下步驟:
-藉由適當的清潔而製備拋光板表面
-去除墊的自黏性(self-adhesive)PSA層上的保護膜
-將拋光墊無氣泡地施加到拋光板上
在另一實施態樣中,在膠合拋光墊之前加熱拋光板。例如,拋光墊可以加熱到40至50℃的溫度。這會降低黏合劑膜的黏度,且同時改善其黏合性。
在黏貼拋光墊之後,如果需要則將拋光板冷卻。在一實施態樣中,將拋光板冷卻至所需的拋光溫度,該溫度通常在10℃至50℃之間。然後在拋光過程前達到拋光溫度。
在拋光墊黏合之前和之後,拋光板的加熱和冷卻較佳係藉由拋光板的內部溫度控制來進行。
在較佳實施態樣中,將拋光板冷卻一至數小時。
在另一實施態樣中,在墊加壓期間冷卻拋光板。
在一實施態樣中,加壓過程係藉由將二個較不可壓縮的拋光墊與它們之間的可壓縮墊壓在一起一段時間來進行。
墊加壓較佳在至少11000Pa的壓力下進行。在一實施態樣中,加壓過程持續約一分鐘至數小時。加壓過程較加在拋光墊製造商推薦的黏著溫度下進行。在一實施態樣中,加壓過程係在室溫下進行。
例如,對於DSP,您可按以下步驟操作:
- 黏貼拋光墊(頂部和底部)
- 藉由將板一起移動來視需要地正常加壓二個墊,若必要時則使用中間層
- 插入模板(例如在上板上)
- 將二個拋光板與插入的模板一起加壓
- 移除模板
- 藉由將板一起移動來視需要地正常加壓二個墊,若必要時則使用中間層
在雙面拋光機的情況下,視需要地正常加壓可藉由在拋光板一起移動時,以手動、使用輥筒或藉由壓力來完成。
將模板壓靠至具有通道的拋光墊上是如下進行:使模板的相應凸起位於所有通道中。模板的背面是平的。
較佳地,模板具有與拋光墊大約相同的尺寸並覆蓋所有通道。
在一態樣中,模板係由金屬(例如不銹鋼)或塑膠(例如,PEEK、PFA、PVDF)製成。
凸起較佳具有與通道相同的寬度(例如,2毫米通道寬度對應於2毫米的幅板(web)寬度)。
較佳地,凸起高度等於或略大於通道深度。
在一態樣中,通道深度為0.5毫米,由此模板的凸起高度為0.5毫米至1毫米。
凸起高度為0.5毫米至0.7毫米是特別佳的,0.5毫米至0.6毫米是特別佳的。
在一實施態樣中,凸起尖端的形狀適合於通道形狀,例如適於矩形通道的矩形或適於U形通道的圓形。
模板可以是單件式或多件式。
在雙面拋光系統的情況下,較佳係藉由使二個拋光板聚在一起來加壓模板。
使用模板加壓可應用於雙面拋光機的上板和下板。
也可以通過手動將模板壓到拋光板上或通過施加重量來施加壓力。
模板的加壓較佳係進行1秒至5分鐘,較佳20秒至3分鐘。
在一實施態樣中,拋光墊是預壓或後壓的。這在雙面拋光機的情況下,當拋光板聚在一起時,可以手動、使用輥筒或將藉由壓力完成。
實施例
實施例
1
藉由使用前端處被磨圓的金屬銷沿著通道/拋光劑通道來特別手動地加壓通道/拋光劑通道(例如,對於寬度為2毫米的通道係使用直徑為2毫米的圓形尖端)。
實施例
2
拋光墊是具有寬2毫米、深4毫米通道的發泡體聚胺基甲酸酯墊。
對於DSP,使用直徑為77"的PEEK模板來加壓通道。模板的厚度為3公分。凸起高度為0.5毫米,具有圓形尖端。
將二個拋光板在該二個拋光板之間具有模板的情況下,以1000 dN的接觸壓力壓在一起3分鐘。模板之暴露有凸起的一側壓靠至上拋光墊,而光滑側壓靠至下拋光墊。
出於處理目的,多部分模板(例如包括四個相同尺寸的區段)更適合於更容易地與通道匹配。
為了拋光,將半導體晶圓放置在載具的適當尺寸的凹槽中。較佳在拋光過程中將液體添加到拋光墊的工作層之間所形成的工作間隙中。該液體較佳是拋光懸浮液。特別佳為使用膠體分散的二氧化矽作為拋光懸浮液,其中可能添加碳酸鈉(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)等添加劑。當同時拋光半導體晶圓的正面和背面時,每面3微米至9微米的表面去除是較佳的。
除非另有說明,否則所有上述參數均在周圍大氣壓(即約1000hPa)下以及相對濕度50%下測定。
肖氏A硬度係根據DIN EN ISO 868測定。使用A型硬度計(Zwick 3130硬度測試儀)。將硬化鋼棒的尖端壓入材料中。壓痕深度係以0至100的標度測量。鋼銷具有截圓錐體形的幾何形狀。一次進行五次測量,其中給出中間值。測量時間為15秒,待測材料在標準氣候(23℃,50%濕度)下儲存1小時。硬度計的壓力重量為12.5 N±0.5。
根據本發明的發明方法的前述實施態樣所指示的特徵係可單獨地或組合地作為本發明的實施態樣實施。此外,它們可描述可獨立保護的有利實施態樣。
1:拋光板
2:拋光墊
3:通道
4:通道底部
5:工具
6:滯留的空氣
第1A圖示出拋光板1,在拋光板1上放置拋光墊2,拋光墊2包含具有通道底部4的通道3。藉由工具5加壓通道,工具5被引導到通道3,以便在通道底部4處將拋光墊2壓靠至拋光板1並移除滯留的空氣(air trap)6。
第1B圖示出在加壓通道3和額外的墊加壓之後的狀況。沒有空氣滯留(air entrapment)。拋光墊2也在通道底部4的區域中黏附至拋光板1。
1:拋光板
2:拋光墊
3:通道
4:通道底部
5:工具
6:滯留的空氣
Claims (4)
- 一種在拋光劑存在下雙面拋光半導體晶圓的方法,其中黏接至一個拋光板的拋光墊具有光滑表面,黏接至另一個拋光板的拋光墊具有被通道中斷的表面,該拋光墊係藉由工具在該通道的區域內壓靠該拋光板,其中使用模板(template)作為工具,該模板在一側具有凸起,該等凸起的尺寸使得它們可被拋光墊的該通道接收,且該模板的另一側是光滑的,其中該模板係放置在上下拋光板之間,使得該模板的該等凸起被該拋光墊的該通道接收,且該等拋光板係一起移動並施加接觸壓力以在該通道的區域中加壓該拋光墊,其中,在加壓該拋光墊之前或之後,將室溫下的可壓縮性為至少3%的墊置於該通道的區域中於該等二個黏接的拋光墊之間作為中間層,然後在該墊位於該等二個黏接的拋光墊之間的情況下,將該等二個拋光墊壓向彼此一段特定的時間,該中間層在拋光劑進料口(feedthrough)的區域中具有一高度(elevation)。
- 如請求項1所述的方法,其中該拋光是CMP拋光,且在加工該通道之前或之後,手動地或使用輥筒在該拋光板上額外地加壓該拋光墊。
- 如請求項1或2所述的方法,其中該拋光墊在室溫下的肖氏A(Shore A)硬度為至少60°,室溫可壓縮性為小於7%。
- 如請求項1或2所述的方法,其中黏接至上拋光板和下拋光板的該等拋光墊在室溫下的肖氏A硬度為至少70°、且室溫下的可壓縮性為小於3%。
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