TWI337111B - - Google Patents

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1337111 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種在半導體元件等之製程中，使用於矽 晶圓等被研磨物之研磨的研磨墊。 【先前技術】 石夕晶圓等半導體晶圓之平坦化處理，一般係使用化學 機械研磨（Chemical Mechanical P〇iishing : CMP)法（例如， 參照專利文獻1)。 此CMP法，係將研磨墊保持於固定盤，將矽晶圓等被 研磨物保持於研磨墊，然後在一邊供給漿體、一邊對研磨 墊與被研磨物加壓的狀態下，使之相對滑動來進行研磨。 專利文獻1 :日本特開2000-334655號公報 【發明内容】 隨著半導體元件的高積集化，被研磨物之平坦化要求 也曰益嚴苛，因此為了要使得漿體可被均勻塗布在研磨墊 與被研磨物之間’係在研磨墊表面形成溝槽，或改善研磨 塾表面的平均表面粗糙《Ra等，但都不夠充分，尤其是 大型晶圓的研磨，欲在整體獲得高平坦度並不容易。 又 瓜之研磨墊，在將該研磨墊組裝於研磨裝置並 啟動研磨裝置的使用初期階段，必須藉由使用鑽石磨粒盤 等之G正處i里’破壞該研磨$的表面進行磨尖處理以期提 同。亥研磨墊的性此’亦即，必須要進行初始化⑻。 而為了要提兩半導體曰圓 导體βΒ圓的生產性，則期望縮短該初始化 所需的時間。 5 1337111 因此’本發明主要目的在於提高被研磨物的平坦度以 期提升其品質，並且以縮短初始化時間為目的。 本案發明人為了達成上述目的，經潛心研究的結果， 發現改善研磨墊表面的起伏可有效提升被研磨物的平坦 度’因而完成本發明。 在此所謂的起伏，係指週期為20mm〜200mm，振幅 為l〇//m〜200"m之凹凸。 本發明之研磨墊，係使用於被研磨物之研磨的研磨塾， ® 具有壓接於該被研磨物之研磨面，該研磨面的起伏為週期 5mm〜200mm，最大振幅在40 // m以下。 ，· 藉由本發明’由於減低壓接於被研磨物之研磨面的起 伏，因此可以減低研磨面之起伏對於被研磨物的影響而可 提升被研磨物的平坦度。 又’本發明的研磨墊，係使用於被研磨物之研磨的研 磨塾，具有壓接於該被研磨物之研磨面，該研磨面的$電 位（zeta potential)在-50mV 以上、未達 〇mv。 _ 藉由本發明’係使研磨墊之研磨面其負的f電位處在 -5 0mV以上、未達OmV，與習知研磨墊之研磨面的$電位 相較，由於為趨近於0之值，因此能抑制與漿體之負的研 磨粒子的反抗’使得研磨堅之研磨面與漿體的接觸良好， 故可以達成縮短初始化時間而提高生產性。 其中一實施形態，係使該研磨面的平均表面粗糙度Ra 在1/zm以上5//m以下。 較佳的實施形態’係形成為在具有該研磨面之研磨層 6 1337111 的下層具有底層的結構，藉由該底層賦予適當的緩衝性。 藉由本發明’由於係減低壓接於被研磨物之研磨面的 起伏’因此可以提升被研磨物的平坦度。 又’與習知研磨墊之研磨面的$電位相較’由於使研 磨面之負的f電位為趨近於0之值，因此能抑制與衆體之 負的研磨粒子的反抗，使得研磨墊之研磨面與漿體的接觸 良好，而可以達成縮短初始化時間，提高生產性。 【實施方式】 以下根據圖式，詳細說明本發明之實施形態。 圖1係本發明之實施形態之研磨塾的截面圖。 此實施形態之研磨墊I，係將聚胺甲酸乙酯等發泡性 樹脂加以發泡硬化而得。研磨墊並不限於發泡結構，亦可 為無發泡結構，又，亦可為不織布塾等。 此實施形態，為了提升矽晶圓等被研磨物之平坦度， 係對壓接於被研磨物之研磨面la之全面進行拋光加工，以 減低研磨面la的起伏。 藉由此抛光加工’將研磨面la中之週期5mm〜200mm 之起伏的最大振幅減低至40 " m以下。此最大振幅，可以 的話越小越好。 用以減低研磨面之起伏的加工，並不限於拋光加工， 也可以為銳削加工及加壓加工。 以下說明具體的實施例。 (實施例1) 此實施例及習知例，係使用霓塔•哈斯股份有限公司 7 1337111 氣’適用於矽研磨之發泡徑較大的發泡胺甲酸乙酯墊之ΜΗ 型研磨墊。 圖2係顯示於研磨面實施使用#24〇號砂紙之拋光加工 的實施例1研磨墊、及沒有進行拋光加工之習知例丨研磨 墊之研磨面起伏的測量結果。 同圖中’橫軸係對應於研磨墊之研磨面上的位置，而 線L1及線L2係分別表示實施例1及習知例1 ^此研磨面 起伏的測量，係以日立造船股份有限公司製之測量器HSS_ 1700進行。 研磨面未進行拋光加工之習知例i研磨墊，如線L2 所不’上升急遽，研磨面之起伏多，其最大振幅也超過4〇 M m ’相對於此，實施例1之研磨墊，則如線L1所示，上 升緩慢，研磨面的起伏亦較少，其最大振幅亦減低至4〇以 m以下。 使用此實施例1之研磨墊及習知例1之研磨墊，以下 列條件進行300mm之矽晶圓的兩面研磨，評價矽晶圓的平 坦性以及研磨速率。 上固定盤旋轉數20rpni、下固定盤旋轉數丨5rpm、加 壓力l〇〇g/Cm2,使用25。〇的氧化矽漿體’而漿體流量為 2.5L/min。 研磨後的矽晶圓之 GBIR(Gl〇bal Back Ideal Range)、 SFQR(Sne Front Least Squares Range)、滾降（r〇u 〇ff)以及 研磨速率如表1所示。此表！係、顯示對5片石夕晶圓進行研 磨試驗後的平均值。 8 1337111 表1 ] 實施例1 習知例1 _ GBIR 0.207 0.349 SFQR 0.100 0.152 Roll-off 0.100 0.23 Removal rate 0.46 0.39 如表1所示，使用實施例1之研磨墊所研磨之矽晶圓 與使用習知例1之研磨墊所研磨之矽晶圓相較之下，以 GBIR、SFQR所表示之平坦性均獲得改善，並且，滾降及 研磨速率亦得到改善。 又，使用實施例1之研磨墊研磨之矽晶圓的形狀，以 及使用習知例1之研磨墊研磨之矽晶圓的形狀，分別如圖 3及圖4所示。 另外’矽晶圓的測量，係使用黑田精工股份有限公司 製的雷射式測量裝置之NANOMETRO200TT。 如圖4所示’使用習知例1之研磨墊研磨的矽晶圓， 中央部份較週邊部份受到更多的研磨，相對於此，使用實 施例1之研磨塾研磨的石夕晶圓，則如圖3所示，全面皆均 勻地受到研磨。 如上所述’藉由減低研磨面之起伏的實施例1研磨整， 可提升矽晶圓的平坦度，且可提升滾降及研磨速率。 圖5顯不實施例1研磨墊及習知例1研磨墊之研磨次 數其研磨速率的變化。 實施例1之研磨墊，從第一次便顯示安定的高研磨速 9 1337111 率，相對於此，習知例1之研磨墊則從第2次以後才有安 定的研磨速率。 由該圖5可知，實施例1的研磨墊，與習知例丨的研 磨墊相較之下，可提升研磨速率縮短至安定化的起動時 間亦即，能夠縮短初始化時間，且可以提升研磨速率。’ 又’圖6及圖7顯示實施例1及習知例1之研磨墊之 摩擦力相對研磨時間之變化。 為了獲得一定的研磨速率，摩擦力必須為—定，實施 例1的研磨墊至獲得一定摩擦力的時間為6〇秒，相對於 此，習知例1的研磨墊則為15〇秒，實施例丨的研磨墊， 與習知例1的研磨墊相較之下，可知研磨的起動時間短。 表2係顯示使用Lazertec股份有限公司製之即時掃描 尘田射顯微鏡1LM21 D來測量實施例1及習知例i之研磨 墊之研磨面的平均表面粗糙度Ra的結果。此表2顯示在45 # mx45 // m的區域所測量之5處的測量結果及其平均值。 [表2] 實施例1 習知例1 樣太1 ----- 2.87 1.79 - 樣本2 2.94 1.68 樣太3 ------ 樣本4 - 1.49 2.42 1 50 _ 樣本5 '----- 2.44 1.92 -- 平均(Ave〇 2.51 1.68 不’於研磨面施以拋光加工後之實施例1， 與習知例1相較之了 乂之下，研磨面的平均表面粗糙度Ra變大’ 1337111 如上述’可知與習知例1相比，能夠提升研磨速率縮短至 安定化的初始化時間。 (實施例2) 上述實施例1及習知例1，係使用MH型的研磨墊， 但本實施例及習知例則是使用霓塔•哈斯股份有限公司製 之發泡徑較小的發泡胺甲酸乙酯墊之1C型研磨塾。 本實施例2，係製作於ic型研磨墊之研磨面以#1〇〇號 砂紙施以拋光加工的實施例2_丨、以及於研磨面以較#ι〇〇 更細的#240號砂紙施以拋光加工的實施例2_2，來與未進 行拋光加工的習知例2作比較。 與上述實施例同樣使用日立造船股份有限公司製之測 3：器HSS-1 700所進行之研磨面起伏的測量結果，實施例 2-卜實施例24之研磨墊，與習知例2之研磨墊相較之下， 可確認其研磨面的起伏少，其最大振幅也減低至40以m以 下。 其次，使用LaZertec股份有限公司製之即時掃描型雷 射顯微鏡丨LM2 1D，來測量實施例2-1、2-2及習知例2之 研磨蟄之研磨面的平均表面粗糙度Ra。 其結果如表3所示。該表3顯示在18# mxl8// m的區 域所測量之5處的測量結果及其平均值。 1337111 [表3] 平均表面粗糙度Ra(um) 實施例2-1 實施例2-2 習知例2 樣本1 1.75 1.25 0.45 樣本2 2.62 1.64 0.53 樣本3 2.70 0.99 0.63 樣本4 1.77 1.81 0.67 樣本5 1.75 1.10 0.63 平均(Ave.) 2.12 1.36 0.58 如表3所示’於研磨面施以拋光加工的實施例2_〖、2_ 2 ’與習知例2相較之下’研磨面的平均表面粗糙度Ra變 大’與習知例2相比能夠提升研磨速率縮短至安定化的初 始化時間。 此研磨面的平均表面粗糙度Ra，為了縮短初始化時 間，較佳是在1 " m以上，更佳是在丨A m〜5 # m。若平均 表面粗糙度Ra超過5 /z m時，則會產生刮痕等，故不佳。 然後’使用大塚電子股份有限公司製之$電位•粒徑 測量系統ELS-Z2，以雷射都卜勒法（LaserC)〇ppier)(動態· 電泳光散射法）及使用丨0mM的氣化鈉溶媒，來分別測量實 施例2-1、2-2與習知例2之研磨墊，以及初始化後之習知 例2之研磨墊的研磨面f電位。 其結果如表4所示。 12 ⑴ 7111 Λ 4] 穸電位(Μν) 實施例2-1 實施例2-2 習知例2 初始化後之習知例2 樣本1 -9.16 -10.57 -130.75 -32.59 _樣本2 -10.32 -13.26 -127.37 -32.25 樣本3 -8.05 -13.30 -141.36 -33,83 _ 平均(Ave.) -9.18 -12.38 -133.16 -32.89 士表4所示，貫施例2_丨、2_2之研磨墊之研磨面的厶 電位平均值’為·918 mV、_12 38 mv，相對於此，習知例 2之研磨墊之研磨面的$電位平均值為_l33」6mv，與習知 例2相較之下，為更接近〇 mv之值。

因此，實施例2-1、2-2之研磨面的負$電位，與習知 例2之研磨面的f電位相比，由於為更趨近於〇之值，因 此能夠抑制與聚體之負的研磨粒子的排斥，使得研磨墊之 研磨，與激體的接觸良好，故可縮短初始化時間。 貫施例2-i、2·2比習知例2之研磨塾進行初始化後的

研磨面^電位平均值（亦即·32·89ηιν)為更趨近於q之值， 顯不實施例2-1、2-2盞須谁并lΛ , ”貝進仃如習知例般的初始化。 為了縮短初始化的時間，讲成 研磨整之研磨面f電位，較 仏在-50mV以上未滿〇mV。 以及初始化後的習 TEOS膜之8吋矽 再來’使用實施例2-1、習知例2 知例2之研磨墊，以下述條件進行具有 晶圓的研磨，評價研磨速率。 壓力 上固定盤旋轉數6〇rpm 48kPa ’使用霓塔· 下固定盤旋轉數4 1 rpm、加 哈斯股份有限公司製之漿體 13 1337111 請225 ’毁體流量為1()()ml/min，進行6〇秒研磨。反覆 進盯此60秒的研磨並摻雜30秒的修整處理。 圖8係表示該結果。 以▲表示的實施例2-1之研磨塾，與以•表示的習知 例2之研磨墊相較之下’研磨速率高且較快安定。又實 施例2_1之研磨塾具有與初始化後之習知例2(以□表示）同 樣的研磨速率及安定性。

,亦即，實施例2-1並無進行初始化，卻具有與初始化 後之習知例2同樣的特性，可知實施例2_1的研磨墊不需 要如習知例2般的初始化。 又，對使用實施例2-1、2_2及習知例2之研磨墊研磨 後的矽晶圓其平坦性，進行與實施例丨同樣的評價。結果， 使用無初始化的實施例2_丨、2_2之研磨墊研磨的矽晶圓， 可得到顯示與使用初始化後之習知例2研磨墊研磨後的石夕 晶圓同等以上之平坦性的Gbir、SFQR值。 上述實施形態的研磨墊’雖然為單層結構，然而如圖 所示’亦可為在下層設有例如由浸潰過胺曱酸乙酯之不 織布或軟質發泡體所構成之底層2的多層結構。 本發明適用於矽晶圓等之半導體晶圓的研磨。 【圖式簡單說明】 圖1係研磨墊之概略截面圖。 圖2係顯示習知例1之研磨墊與實施例1之研磨墊的 研磨面其起伏測量結果。 圖3係顯示使用實施例丨之研磨墊研磨後之矽晶圓的 形狀。 圖4係_示使用習知例1之研磨墊研磨後之矽晶圓的 形狀。 圖5係顯示實施例1及習知例1研磨次數之研磨速率 的變化。 圖6係顯示在使用實施例1之研磨墊的研磨中，研磨 時間與摩擦力之關係。

圖7係顯示在使用習知例1之研磨墊的研磨中，研磨 時間與摩擦力之關係。 圖8係顯示使用實施例2-1、習知例2以及初始化後 t知例2之研磨墊之研磨速率的變化。 圖9係其他實施形態之研磨墊的概略截面圖。 【主要元件符號說明】 1 研磨墊 la 研磨面

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Claims (1)

1337111 \ 作//月观 申請專利範圍： 1.—種研磨墊，係使用於被研磨物之研磨，其特徵在於： 申請第96133194號 99年11月修正 具有壓接於該被研磨物之研磨面，該研磨面的起伏為 週期5mm〜200mm，最大振幅在40 μ m以下。 2.如申请專利範圍第1項之研磨墊，其中，該研磨面的 衣電位在-50mV以上、未達〇mv。 3 · —種研磨墊’係使用於被研磨物之研磨，其特徵在於： 具有壓接於該被研磨物之研磨面，使用中性之溶液所 測得之該研磨面的f電位在_5〇mV以上、未達OmV。 4 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之研磨墊，其 中，該研磨面的平均表面粗糙度尺&在1//m以上、5//m以 下0 5·如申請專利範圍第1至3項十任一項之研磨墊，其 中’在具有該研磨面之研磨層的下層設有底層。 6.如申請專利範圍第4項之研磨墊，其中，在具有該研 磨面之研磨層的下層設有底層。 十一、圖式： 如次頁 16