研磨布及其加工方法及使用該研磨布的基板的制造方法

專利名稱：研磨布及其加工方法及使用該研磨布的基板的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種研磨布及該研磨布的加工方法及使用該研磨布的基板的制造方法，該研磨布用以研磨基板、特別是半導體基板主表面。
背景技術：
半導體基板為了在其主表面形成半導體裝置，而要求具有高表面平坦度。這是因為構成半導體裝置的配線的最小線寬非常小、為0.2微米以下，有必要使半導體基板主表面平坦來減少斷線等的不良情況產生。因為增大半導體裝置的集成度，該配線的最小線寬有更小的傾向，隨著這傾向而要求進一步提高半導體基板的表面平坦度。
提高半導體基板的表面平坦度，用以研磨該表面的研磨材料是重要的。在CMP(化學機械剖光)等的單片研磨時，如圖3所示，被固定于研磨頭10上的半導體基板11，以所希望壓力在壓住貼在研磨機平臺12上的研磨布13上面。而且，在研磨機平臺12與半導體基板11依規定旋轉數旋轉的同時，從平臺中央附近，噴出由噴嘴14供應的研磨劑(漿體)15，該研磨劑15進入半導體基板11與研磨布13之間進行研磨。
前述研磨方法無論半導體基板多大也大致相同，為了降低半導體裝置的成本，半導體基板的大小正朝向大型化進展。在研磨時半導體基板與平臺的旋轉有必要維持半導體基板面內的研磨均勻性，半導體基板的大口徑化使通過半導體基板的旋轉在半導體基板外周部形成的離心力隨著半導體基板外周部至中心部的距離而增加。因此，造成研磨劑難以進入半導體基板中心部的現象，因而使半導體基板面無法均勻地進行研磨，該結果成為使半導體基板平坦度惡化的主要原因。因此，為了使研磨到達半導體基板的中心部來均勻地進行研磨半導體基板面內，已發明形成有各式各樣圖案形狀的溝的研磨布。
溝的形狀有格子狀(例如參照日本專利特開2002-100592號公報、特開2000-286218號公報、特開2000-354952號公報、特開2002-367937號公報)、三角格子狀(例如參照特開2000-354952號公報)、龜甲狀、放射狀(例如參照特開平7-321076號公報、特開2002-100592號公報)、同心圓狀(例如參照特開2002-100592號公報)、組合放射狀溝與同心圓或螺旋狀溝(例如參照特開2000-286218號公報、特開2000-354952號、特開2002-367937號公報)等，其目的都是通過提高研磨劑的保持性及流動性、使研磨劑到達半導體基板的中心部，使在半導體基板面內的研磨量均勻化。
在研磨布上形成具有格子狀、龜甲狀、三角格子狀的圖案的溝時，雖然也有溝與平臺的直徑方向平行的情況，但是幾乎所有的溝都非平行。當溝與平臺的直徑方向平行時，因為通過平臺旋轉離心力可以直接傳導至研磨劑，所以可以大程度地保持其流動性，研磨劑可以通過溝而到達與緊貼研磨布的半導體基板表面中心部。但是，溝與直徑方向非平行時，離心力分開成為溝方向的力和與垂直交叉的方向的力，能夠對研磨劑有作用的只有溝方向的力，所以研磨劑的流動性變小。而且，因為進入基板正下方的溝的研磨劑，在朝向平臺外周方向前進期間在溝的分歧點被分流，所以通過1條溝的研磨劑的量本身一直減少。接著，當通過溝到達半導體基板表面中心部的研磨劑減少時，進入研磨布與半導體基板間的研磨劑也減少。其結果，因為在半導體基板表面外周部，研磨劑可以容易地從溝以外的部分進入研磨布與半導體基板之間，比較研磨速度時，會有半導體基板表面中心部的研磨速度較小而使半導體基板的主表面的平坦度惡化的情形。
另一方面，在研磨布上形成同心圓狀、或是螺旋狀的溝時，使用這種研磨布所研磨而成的半導體基板的表面，會形成被稱為所謂研磨環的微小同心圓狀凹凸。這是因為研磨布經常接觸半導體基板表面中心的某半徑區域表面，由溝所形成的研磨布凹凸轉印在該半徑區域而發生。因此使用形成有同心圓狀、或是螺旋狀的溝的研磨布來研磨半導體基板時，會有半導體基板表面平坦度惡化的情況。研磨布中有復合放射狀的溝和同心圓狀或是螺旋狀的溝來形成研磨布表面，但只要在研磨布上存在有同心圓狀或是螺旋狀的溝，一定會發生研磨環的問題，而對基板的表面平坦度帶來不良的影響。
在研磨布上形成放射狀的溝時，因為不會發生因離心力的分散所造成的研磨劑流動性降低、基板正下方的溝部的研磨劑的分流、以及研磨劑環，和上述的溝形狀比較時可以期待具有較好的研磨。在前述的日本專利特開平7-321076號公報、特開2002-100592號公報、以及特開2000-354952號公報，有公開形成這種放射狀的溝的研磨布。
其中，特開平7-321076號公報的半導體裝置的制造方法，公開一種研磨布，該研磨布的放射布的放射狀的溝是直線、或是相對于研磨布的旋轉方向為朝相反方向彎由的研磨布。該文獻的實施，雖然形成的放射狀的溝的條數、溝的形成間隔等可以有種種的變形，但是當基板的直徑是200mm以上的大口徑化時，若未規定由放射狀的溝所形成、在被研磨基板正下方的溝部體積時，即使進行研磨平臺或基板的旋轉速度、推壓基板的負荷、研磨的種類、以及濃度等各式各樣的變更，也有研磨劑難以進入到達基板主表面的中心部而導致基板表面的平坦度惡化的可能性。
而且，特開2002-100592號公報，公開一種將扇狀的研磨布片貼在研磨平臺表面而制成的具有放射狀溝的研磨布，但是，和上述特開平7-321076號公報同樣，由于并未規定由放射狀的溝所形成、在被研磨基板正下方的溝部體積而有同樣的問題存在。
而且，特開2002-367937號公報是由無發泡樹脂所構成的研磨布，有規定在該研磨布所形成溝與溝之間所形成凸部的上邊、底邊、及溝底部的寬度。確實地，在由無發泡樹脂所構成的研磨布上形成的溝，若是格子狀、三角格子狀、同心圓狀、螺旋狀時，因為溝的間距可以一定，所以可以形成規定尺寸的溝。但是，當在研磨布上只有形成放射狀的溝時，即使要應用該文獻所規定的溝尺寸于放射狀溝，是否應用于研磨布的最外周就可以，或是應用于放射狀溝的中心附近就可以，或是在所形成的溝整體都必須有這樣的規定尺寸就可以并不清楚，而有以下的問題存在，也就是說無法提供一種研磨布其具有最適合的放射溝的溝間隔，用以供應研磨劑至研磨中的基板的中心部，與上述特開平7-321076號公報及特開2002-100592號公報具有相同的問題存在。
而且，如上所述的半導體基板中，SOI晶片(即，絕緣層上覆硅晶片)的重要性正在提高。這是因為在具有電絕緣性的硅氧化膜上形成有硅活性層的SOI晶片，在支撐晶片與硅晶片活性層之間具有絕緣體的氧化膜(以下稱為BOX氧化膜)，在硅活性層上所形成的電子元件具有耐電壓高、α線的軟錯誤(soft error)率低等重大優點，具有優良的元件高速性、低耗電性、高耐壓性、耐環境性等。
而且，在硅活性為1微米以下厚度的薄膜SOI晶片，在硅活性層上所形成的MOS(金屬氧化物半導體)型半導體裝置，因為使其以完全耗盡型工作時，可以減少源極及漏極的PN接合面積，所以可以謀求元件驅動的高速化。而且，因為絕緣層的BOX氧化膜的電容與在柵極氧化膜正下方所形成的耗盡層電容串聯，實質上耗盡層電容減少、可以實現低耗電化。
這樣的SOI晶片，例如在至少單面具有平坦化及鏡面化主面的第1晶片(以下稱為黏著晶片)及第2晶片(以下稱為基片晶片)中至少一方設置有BOX氧化膜，將該二片的主面間貼在一起而接合，并且施加熱處理來強固接合后，從與黏著晶片主面的相反面側進行磨削及研磨并在絕緣膜上形成規定厚度的硅活性層而制成。
而且，因為SOI晶片的硅活性層由半導體元件所形成，要求硅活性層具有高膜厚均勻性。特別是硅活性層為0.3微米以下，特別是0.1微米程度時，因為可以研磨的硅活性層本身也較薄，所以允許研磨量也有減少的傾向，在保持膜厚均勻性的同時，如何通過微小研磨來去除硅活性層表面的微小凹凸成為一重要課題。
因此，形成有如上所述的格子狀、三角格子狀、龜甲狀、放射狀、同心圓狀、螺旋狀的溝的絨面型研磨布雖然也可以使用來研磨SOI晶片的硅活性層，但是會發生研磨環以及無法得到良好的膜厚均勻性的質量上的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種研磨布，在進行研磨半導體基板時，通過研磨劑可以供應必要量至基板中心部而可以得到高平坦度的研磨，而且，特別是SOI晶片的研磨，在維持硅活性層的膜厚均勻性的同時，可以去除其表面的微小凹凸。而且，本發明的目是提供一種研磨布的加工方法，及使用這種研磨布的基板的制造方法，該研磨布的加工方法，在研磨布表面形成溝時，不會發生研磨布的扭曲及毛邊、不會使半導體基板表面發生傷痕。
為達到上述目的，本發明提供一種研磨布，用以研磨基板，其特征為，在該研磨布的表面形成具有放射狀圖案的溝，該溝中，存在于前述基板正下方的溝部分總體積的平均值(mm3)/基板面積(mm2)為0.06以上且0.23以下。
這樣，在基板研磨用研磨布表面所形成的放射狀溝的中，存在于前述基板正下方的溝部分的總體積的平均值，相對于基板面積為上述0.06以上時，與基板面積的絕對值無關，因為通過在研磨布表面所形成的溝在研磨時供應至基板與研磨布之間的研磨劑，只有必要量存在于基板的正下方部，所以能夠制造表面平坦度高的基板、或是膜厚均勻高的SOI硅晶，而且若0.23以下時可以作為不會發生研磨傷痕的研磨布。
而且，本發明提供一種研磨布，用以研磨基板，其特征為，在該研磨布的表面形成具有放射狀圖案的溝，該溝的形成是位于比前述基板更中心側的溝部分的溝深度比位于前述基板正下方的溝部分的溝深度淺，在前述溝的放射狀圖案的中央部，溝與溝重疊一起的交點未存在于前述基板的正下方。
這樣，通過位于研磨布的比研磨基板更中心側的溝部分的溝深度比存在于基板正下方的溝部分的溝深度淺而形成前述溝時，在研磨時研磨劑通過溝供應必要量至半導體基板正下方，而且，在溝形成加工時，因研磨布中心附近夾在溝與溝間的研磨布的寬度較窄而發生的研磨布扭曲、自平臺剝離等，可以通過形成較淺的溝深度而不會發生，而且，因為在溝的放射狀圖案的中央部，溝與溝重疊一起的交點并未存在于基板的正下方，所以可以防止與基板接觸的溝部分發生毛邊。其結果，可以作為一種在基板表面不會發生有因毛邊造成的傷痕的具有高水平研磨狀態的研磨布。形成這樣的溝的研磨布，特別是使用作為研磨布中心部未剪下的單片式CMP用研磨布為較佳。這時，溝與溝的形成角度大于5度時，即使通過溝加工方法使研磨布外周部至中心的溝深度一定，在研磨平臺中心附近不會發生研磨布從平臺剝離、扭曲、毛邊等問題，但是若是溝與溝的形成角度為5度以下時，因為在研磨平臺中心附近會發生研磨布從平臺剝離、扭曲、毛邊等，有對晶片造成傷痕等影響的可能性，所以使用本發明研磨布為較佳。當然，即使溝與溝的形成角度大于5度時，也可以使用如前所述位于比前述基板更中心側的溝部分的溝深度比位于前述基板正下方的溝部分的溝深度淺而形成的研磨布。
這時，前述溝最好是溝寬一定，溝與溝的形成角度最好是大于下述數學式1所得到的數值。
(數學式1)
溝與溝的形成角度＝2×sin-1(溝寬/(2×(從研磨布中心至基板中心的距離-基板半徑)))若以溝與溝所形成的角為數學式1所得到數值以下的角度來形成溝時，溝與溝重疊在一起的部分會位于研磨基板的正下方。若基板的正下方有溝與溝重疊在一起的部分存在時，在基板的正下方也會有夾于放射狀溝間的研磨布的三角狀端部存在。該三角狀端部在進行溝加工中會在基板表面發生研磨傷痕。但是，若是大于前述角度所形成的溝，因為在基板的正下方沒有溝疊在一起部分，所以可以避免這種的研磨傷痕發生。
而且，前述溝的溝寬最好是2.0mm以下為較佳。
這樣，若溝寬為2.0mm以下時，由研磨布表面與溝所形成的研磨布上的凹凸，較不會有轉印至研磨基板表面而對其表面帶來不良影響的可能性。進而溝寬在1.5mm以下時，因帶來不良影響的可能性更低而較佳。而且，為了確保在溝中流動的研磨劑的量在某程度，溝寬以0.4mm以上更佳。
而且，本發明的研磨布，最好是不織布型或是絨面型。不織布型、絨面型的研磨布，一般而言被廣泛地使用，在這樣的研磨布上形成上述的溝時，可以提供一種研磨布，該研磨布能夠制造表面平坦度更高的基板、膜厚均勻性更高的SOI晶片。
而且，本發明提供一種基板的制造方法，其特征為，使用形成有上述的溝的研磨布來研磨基板。
使用形成有上述的溝的研磨布來研磨基板的制造方法，因為可以將必要量的研磨劑供應至基板與研磨布之間而進行均勻的研磨，所以可以制造一種表面平坦度更高的基板、膜厚均勻性更高的SOI晶片。而且，因為使用不會發生剝離、扭曲、毛邊的研磨布來研磨基板，所以可以制造表面沒有發生研磨傷痕的基板。
這種情況，最好是使用單晶硅晶片或是SOI晶片作為前述研磨基板。
為了形成半導體裝置，單晶硅晶片必須具有高的表面平坦度，而且，因為SOI晶片必須維持其硅活性層的膜厚均勻性，所以采用這樣的制造方法時，可以適當地適應單晶硅晶片對高表面平坦度、SOI晶片對硅活性層的膜厚均勻性的要求。而且，因為也不會在表面發生研磨傷痕而較佳。
而且，本發明提供一種研磨布的加工方法，是一種在用以研磨基板的研磨布的表面形成溝的方法，其特征為，該溝的形成，具有放射狀圖案，這時，前述溝中，存在于前述基板正下方的全部溝部分的總體積的平均值(位于基板正下方部分的溝體積的總和的平均值)，以(位于基板正下方的溝體積的總和的平均值(mm3)/基板的面(mm2))來表示時，滿足0.06以上且0.23以下的關系。
這樣，在基板研磨用研磨布表面上放射狀溝的形成，該溝中，存在于前述基板正下方的全部溝部分的總體積的平均值，如上所述，相對于該基板的面積，滿足如上所述0.06以上的關系時，無關基板面積的絕對值，因為可以通過基板與研磨布之間的溝來供應，研磨時必要量的研磨劑，所以可以制造一種具有高表面平坦度的基板、或是膜厚均勻性高的SOI晶片，而且，滿足如上所述0.23以下的關系時，可以加工成為一種不會發生研磨傷痕的研磨布。
而且，本發明提供一種研磨布的加工方法，是一種在用以研磨基板的研磨布的表面形成溝的方法，其特征為，該溝的形成，具有放射狀圖案，這時，前述溝中，位于比前述基板更中心側的溝部分的溝深度比前述基板正下方的溝部分的溝深度淺，同時在前述溝的放射狀圖案的中央部的溝與溝重疊在一起的交點，不存在于前述基板的正下方。
這樣，前述溝的形成，位于比前述基板更中心側的溝部分的溝深度比前述基板正下方的溝部分的溝深度淺時，在研磨時必要量研磨劑可以供應至基板的正下方，而且在溝的形成加工時，由于在研磨布中心附近，夾于溝與溝間的研磨布的寬度變窄而發生的研磨布扭曲、自平臺剝離等，通過加工使溝深度較淺而不發生，而且與此同時，因為在溝的放射狀圖案中央部的溝與溝疊在一起的交點不是位于基板的正下方，所以可以防止與基板接觸的溝部分發生毛邊。其結果，可以加工成為一種可以在沒有因毛邊造成基板傷痕的高水平狀態進行研磨的研磨布。這樣的溝加工，特別是適合于加工成為一種研磨布中心部未剪下的單片式CMP用研磨布時。這樣，和上述相同理由，溝與溝所形成角度為5度以下時，因為在研磨平臺中心附近，有發生研磨布從平臺剝離、扭曲、毛邊而對晶片造成傷痕等影響的可能性，所以最好是使用本發明的加工方法。當然，溝與溝的形成角度大于5度以上時，也可以依照本發明，加工成為位于比前述基板更中心側的溝部分的溝深度比前述基板正下方的溝部分的溝深度淺的研磨布。
這時，上述溝最好是溝與溝所形成的角度以大于下述數學式1所得到的數值來形成。
(數學式1)溝與溝的形成角度＝2×sin-1(溝寬/(2×(從研磨布中心至基板中心的距離-基板半徑))若用比數學式1所得到數值的更小角度的溝與溝的形成角度來形成溝時，溝與溝之間疊在一起的部分會位于研磨基板的正下方。基板正下方若有溝與溝疊在一起的部分時，在基板正下方也會存在有夾于放射狀溝間研磨布的三角狀端部，該三角狀端部在溝加工中容易發生從平臺剝離、扭曲、毛邊等，所述若發生時，進行研磨加工時會使基板表面發生毛邊。因此，若形成大于前述角度的溝時，因為溝的重疊部分不是位于基板正下方，所以可以加工成為這樣不會發生研磨傷痕的研磨布。
而且，前述溝的形成，溝寬為最好是2.0mm以下。
這樣，形成溝寬為2.0mm以下的溝時，由研磨布表面與溝所形成的研磨布上的凹凸轉印至研磨基板表面而帶來其表面不良影響的可能性降低。而且，溝寬為1.5mm以下時，帶來不良影響的可能性更低而較佳。而且，為了確保在溝中流動的研磨劑的量，形成溝寬為0.4mm以上的溝為更佳。
而且，前述研磨布最好是不織布型或絨面型。
不織布型或絨面型的研磨布，一般而言被廣泛地使用，通過在這樣的研磨布上形成上述的溝時，可以簡單地加工成為研磨布，該研磨布能夠制造表面平坦度更高的基板、膜厚均勻性更高的SOI晶片。
而且，本發明提供一種基板的制造方法，其特征為，使用通過上述的方法所加工成的研磨布研磨基板。
使用上述的方法所加工成的研磨布研磨基板的制造方法時，因為可以對基板與研磨布之間供應必要量的研磨劑來進行均勻的研磨，所以可以制造表面平坦度更高的基板、膜厚均勻性更高的SOI晶片。而且，因為用不會發生剝離、扭曲、毛邊的研磨布研磨基板，所以可以制造表面上無發生研磨傷痕的基板。
這時，作為前述研磨基板，最好是使用單晶硅晶片或是SOI晶片。
為了形成半導體裝置，單晶硅晶片必須具有高的表面平坦度，而且，因為SOI晶片必須維持其硅活性層的膜厚均勻性，所以采用這樣的制造方法時，可以適當地適應單晶硅晶片對高表面平坦度、SOI晶片對硅活性層的膜厚均勻性的要求。而且，因為也不會在表面發生研磨傷痕而較佳。
本發明的研磨布，可以作為制造表面平坦度高的基板、或是膜厚均勻性高的SOI晶片的研磨布，而且，可以作為不會在基板表面發生研磨傷痕的研磨布。該研磨布特別是作為研磨布中心部未剪下的單片式CMP用研磨布時，效果很好。
而且，本發明的研磨布的加工方法，可以加工成為可以制造表面平坦度高的基板、或是膜厚均勻性高的SOI晶片的研磨布，而且，可以加工成為基板表面無發生研磨傷痕的研磨布。
而且，本發明的基板的制造方法，可以制造表面平坦度更高的基板、膜厚均勻性更高的SOI晶片。而且，因為使用不會發生剝離、扭曲、毛邊的研磨布來研磨基板，所以可以制造表面無發生傷痕的基板。


圖1是說明依照本發明的研磨布的加工方法的概略圖。
圖2是依照本發明的研磨布的概略圖。
圖3是以往使用研磨布研磨半導體基板的概略圖。
圖4是在研磨布表面所形成的溝的剖面斜視圖。
圖5是顯示晶片正下方的溝部分的概略圖。
圖6是顯示研磨布表面所形成的溝與其溝體積剖面斜視圖。
圖7是顯示通過研磨平臺旋轉在晶片正下方的溝體積部分的總和的變化的圖(晶片為直徑300mm時)。
圖8是顯示在研磨布表面所形成的溝及其溝面積的剖面斜視圖。
圖9是顯示通過研磨平臺旋轉在晶片正下方的溝面積部分的總和的變化的圖(晶片為直徑300mm時)。
圖10是顯示溝與溝的交點位置的概略圖。圖10(a)是溝與溝間的角度比數學式1大時，圖(b)是溝與溝間的角度比數學式1小時。
其中，附圖標記說明如下A研磨布表面B溝深度
C研磨布中心D溝深度4溝體積5研磨布6溝6′ 溝7交點 8溝部分區域9主表面區域10 研磨頭11 基布 12 平臺13 研磨布14 噴嘴15 研磨劑20 研磨布21 溝具體實施方式
以下說明本發明的實施例，是以研磨單晶硅晶片和SOI晶片的基板為例子進行說明，但是本發明并不限定于此。
如前所述，在研磨布上形成放射狀的溝時，因為不會發生因離心力的分散而造成研磨劑的流動性下降、在基板正下方的溝部的研磨劑分流、以及研磨環等，若和格子狀、同心圓狀等其它溝形狀比較時，可以期待具有良好的研磨。但是，形成放射狀溝的研磨布有以下的問題。
通常放射狀的溝，是以一定的溝與溝的形成角度在研磨布上形成。在如CMP裝置等單面研磨裝置的平臺上，貼上這種具有放射狀溝的研磨布來研磨單晶硅晶片和SOI晶片時，因為該晶片被固定于通過距研磨布中心一定距離的研磨頭的推壓圈，所以晶片中心與研磨布中心的距離為一定。因此，若晶片直徑不同時，在晶片正下方存在的溝條數也不同，使通過溝供應至研磨布之間的研磨劑量有所差異。因此，即使使用同一研磨裝置、同一研磨布、同一研磨條件進行研磨，研磨晶片的直徑也不同，最后的晶片表面的平坦度也會出現差異。
另一方面，形成放射狀的溝，例如使用開溝工具對研磨布進行開溝加工時，這時，溝條數若較多時，因為在研磨布中心附近存在于溝與溝之間的研磨布寬度會變為狹窄，所以在開溝加工中會發生研磨布會從平臺剝離、扭曲等而無法正確地開溝，同時，在所形成的溝端面會發生毛頭。該毛頭若在研磨中與晶片表面接觸時，會在該表面發生傷痕而帶來晶片質量上的重大不良影響。這特別是發生于單片式CMP裝置等所使用中心部未剪下的研磨布的問題。
因此，如前所述，例如特開2002-100592號公報公開一種具有放射狀溝的研磨布，該研磨布將扇狀的研磨布片貼在平臺表面而制成。確實地，因為不必在研磨布形成溝，所以不會發生剝離、扭曲、毛頭，但是，因為必須一片一片的研磨布的表面高度都整齊才可以，而且為了形成具有一定寬度的溝，貼上平臺的精密度也是必要的，所以，實際上研磨使單晶硅晶片具有高表面平坦度、邊保持膜厚均勻性高的SOI晶片邊進行研磨是困難的。
本發明人等在研磨布上形成放射狀的溝，對各種直徑的單晶硅晶片、SOI晶片進行研磨實驗，發現放射狀溝的體積和單晶硅晶片、SOI晶片的面積之間有特別的關系而完成本發明。而且，以各種條件對研磨布進行溝形成實驗，在形成溝時發現在平臺中心附近即便使夾于溝之間的研磨布的寬度變小，也不會發生研磨布扭曲或是從平臺剝離的溝形成方法，而完成本發明。
以下，使用本實施的附圖具體地進行說明，但是本發明不限定于所述。
圖1是說明依照本發明的研磨布的加工方法的概略圖。
首先，在加工前，相對于進行研磨的規定單晶硅晶片、SOI晶片(以下有只有敘述為晶片的情形)，使在研磨布上所形成的溝，滿足具有放射狀圖案、存在于晶片正下方的所有溝部分的總體積(在晶片正下方的溝體積的總和的平均值)除以晶片面積得到數值為0.06以上且0.23以下的關系，算出晶片半徑、算出從研磨布中心至晶片中心的距離、以及由寬度算出溝之間的重疊不會進入晶片正下方時的溝與溝的角度。這樣，使用溝與溝所形成角度大于前述所求得的角度，來決定適合形成的溝，該溝滿足前述關系的溝體積。
在此，更詳細地說明上述在晶片正下方的溝體積總和的平均值。溝體積如圖6所示，在研磨布5上所形成的溝6的體積4。將溝體積4中，存在于晶片正下方的溝部分(參照圖5)全部加起來，得到在晶片正下方的溝體積總和。該晶片正下方的溝體積總和，如圖7所示，由于貼有研磨布的研磨平臺的旋轉而依照旋轉角(移動角)呈現周期變化。該一周期之間的溝體積總和的平均值為在晶片正下方的溝體積總和。這與單晶硅晶片表面的面內平坦度、SOI晶片的膜厚均勻性有關系，本發明人根據調查結果，清楚地知道若是具有上述關系時，與基板面積的絕對值無關，不會發生研磨傷痕而可以保持在單晶硅晶片的晶片表面具有良好的面內平坦度、SOI晶片具有良好的膜厚均勻性等。
而且，研磨布會因為研磨時賦予在單晶硅晶片、或是SOI晶片的負荷而被壓縮。因此，在晶片正下方的溝體積總和也有變化的可能性。在晶片正下方存在的溝部分(圖5中的符號8的區域)的溝面積(圖8的符號16所示區域)總和，如圖9所示因研磨平臺的旋轉而有周期性的變化。晶片的主表面(圖5的符號9區域)減去存在于晶片正下方的溝部分(圖5的符號8區域)后的區域承受晶片所賦予負荷，如上所述，因為晶片正下方的溝部分的溝面積總和周期性變化，所以承受負荷的晶片域區域的面積也呈周期性變化，隨著這周期性變化而被壓縮的晶片直徑的溝體積也呈周期性變化。從上所述，要算出的真正位于晶片正下方的溝體積，須要非常煩雜的作業，然而，經由本發明人的實驗，清楚知道在研磨布在被壓縮之前，若晶片正下方的溝體積總和的平均值與晶片的面積是上述關系時，可以保持在單晶硅晶片具有良好的表面平坦度、SOI晶片具有良好的膜厚均勻性等。
這時，上述溝最好是溝與溝所形成的角度以大于下述數學式1(數學式1)溝與溝的形成角度＝2×sin-1(溝寬/(2×(從研磨布中心至晶片中心的距離-晶片半徑))所得到的數值來形成。若通過溝與溝的形成角度比數學式1所得到數值更大的角度來形成溝時，如圖10(a)所示，因為溝6與溝6’疊在一起的交點7位于晶片9的外側而沒有問題，若比數學式1所得到數值更小的角度來形成溝時，如圖10(b)所示，交點7位于晶片9的正下方。該交點附近的研磨布，因為在其兩側進行溝加工，所以研磨布有剝離、扭曲而無法保持研磨布自身的平坦度的可能性，這樣的狀態通過研磨轉印至晶片表面時，會有單晶硅晶片的表面平坦度惡化、無法保持SOI晶片的膜厚均勻性的可能性。而且，由于研磨布的剝離、扭曲、毛邊等，在溝形成部分發生毛邊的可能性。若發生毛邊時，在研磨中會有單晶硅晶片、SOI晶片的表面發生傷痕的可能性。因此，溝與溝之間的角度，最好是比上述數式1所提供的角度大。
上述數學式，溝寬雖然可以依據從研磨布中心至晶片中心為止的距離、和研磨晶片的半徑而任意地決定，但是如前所述，最好是2.0mm以下。溝寬若太大時，由研磨布表面與溝所形成的研磨布上的凹凸，容易轉印至被研磨的晶片表面，會有對單晶硅晶片的表面平坦度、SOI晶片的膜厚均勻性帶來不良影響的可能性。溝寬2.0mm以下時，因為與晶片接觸的平坦的研磨表面這一方比與晶片接觸的溝大很多，所以研磨布上的凹凸，對被研磨晶片的表面帶來不良影響的可能性小。1.5mm以下時，對被研磨晶片的表面帶來不良影響的可能性更小而較佳。而且，為了確保在溝中流動的研磨劑量在某種程度，溝寬以0.4mm以上為更佳。
本發明的研磨布的材質，可以使用研磨硅等基板通常使用的材料，例如若是發泡性聚胺甲酸酯，不管其發泡密度、發泡尺寸等都可以使用，也可以使用絨面型聚胺甲酸酯、聚酯制不織布。特別是不織布型的研磨布時，可以適合使用于要求高表面平坦度的單晶硅晶片的研磨。若是絨面型的研磨布，可以適合使用于要求高膜厚均勻性的SOI晶片的研磨。
如上所述，適合形成的溝的溝體積、溝間角度、溝寬、溝深度等決定后，為了形成溝，將研磨布固定于以往的溝形成裝置上，使用溝形成夾具對研磨布進行開溝加工。具體上的加工順序的一個例子，使用圖1說明。分別顯示C為研磨布中心、A為溝形成前的研磨布表面。首先將開溝夾具的前端接觸研磨布表面A并以該高度為原點。接著將夾具暫時移動至研磨布外周側的未存在有研磨布的位置后，將溝形成夾具的前端降低至所希望溝深度的B高度。接著，由研磨布外周至研磨布中心方向使溝形成夾具切入而進行溝形成。這時所形成的B面相當于溝底，最初以一定的深度來形成。該一定深度的溝加工，從研磨布外周到至少晶片研磨時會進入晶片的正下方的溝部分，也就是說，進行至研磨布中心側的晶片端面的位置，較此更中心側的溝的溝深度加工則較淺。
這時溝深度較淺的形成方法，是在形成從研磨布外周緣部進入到晶片正下方位置的一定深度的溝后，緊接著邊使溝深度漸淺邊進行加工，在達到所希望的溝深度后至研磨布中心為止可以用一定的溝深度來形成溝。如圖1所示的例子，在形成進入基板正下方的溝部分的較外側的溝后，邊使溝深度漸淺邊朝向研磨布中心側進行溝成形加工，在溝深度為D時停止溝形成夾具的往上移動，隨后至研磨布中心為止形成一定深度的溝。D面顯示在研磨布中心側所形成的淺溝的底面。而且，溝形狀若能將研磨劑的必要量程度流至基板正下方時任何形狀都可以。例如，底可以使用V字形的V字溝，底也可以使用U字形的U字溝。關于溝深度，在至少從研磨布外周至研磨布中心側的基板端面的溝部分，以0.5～2mm程度為較佳，在較此更中心側的溝部分形成淺溝時以0.5mm程度以下為較佳。
而且，這種的加工，除了可以用上述的手動加工外，也可以通過機械加工。通過機械加工形成溝時，使旋轉的超硬制鉆孔器從研磨布外周側面與研磨布接觸，朝向研磨布中心進行加工。這時比晶片的研磨布中心側的晶片端面位置更內側的溝，必須如前所述一樣地形成淺溝。而且，機械加工時，雖然溝寬若大約0.1mm以上時即可以加工，但是和前述同樣的理由，溝寬以0.4mm以上為較佳。
而且，這樣的加工，特別是適合于加工成為一種研磨布中心部未剪下的單片式CMP用研磨布。研磨布的中心部未剪下時，旋轉中心附近的研磨布，因為是溝疊在一起的狀態，經過溝形成夾具許多的切削。因此，溝與溝之間存在的研磨布的寬度非常狹窄。在形成如狹窄寬度的研磨布的過程，若切削形成較深的溝深度時，研磨布本身會扭曲而無法保持平坦度。而且，在切削中若發生這樣的研磨布扭曲，會在溝部發生毛頭。這時，若形成較淺的溝深度時，因為可以減少研磨布的扭曲、不會發生毛頭而較佳。
而且，在研磨布上所形成的溝，其形成最好從研磨布外周緣部至研磨布中心都沒有中斷。研磨布中心所形成的溝，其形成若只有到進入晶片正下方的研磨布位置而已時，在晶片正下方的溝終端部會發生由溝形成所造成的毛邊，所發生的毛邊有使晶片的研磨面發生傷痕的可能性。
而且，形成如上所述一定深度的溝的過程，溝的深度雖然在中途有變動的可能，但是因為若急速地切入而加大深度時，有在溝部發生毛邊的可能性，形成一定深度的溝時，最好是不要變更溝的深度。
而且，例如使用研磨直徑300mm晶片的裝置來研磨直徑200mm晶片時，溝與溝所形成的角度會大于5度。溝與溝所形成的角度有可能大于5度時，因為溝之間所存在的研磨布不會發生伴隨研磨布加工而發生的剝離、毛邊等，而進行溝形成時只要留使所形成的溝的深度從研磨部外周至中心為止一定溝體積與晶片面積的關系即可。當然，也可以如前所述，在從研磨布外周至研磨布中心側的晶片端面的位置，依規定溝深度進行加工，比其更中心側則加工成溝深度較淺。
這樣地在形成第1條溝時，依所決定的溝間角度旋轉研磨布，同樣地進行第2條溝的形成。該溝的形成，在溝的放射狀圖案的中央部的溝與溝疊在一起的交點，不要存在晶片的正下方。這樣加工而成的研磨布如圖2所示。該研磨布20最好是由不織布型或是絨面型，溝21以放射狀圖案形成，且(在晶片正下方部的溝體積總和的平均值(mm3)/晶片面積(mm2)為0.06以上且0.23以下，而且，該溝21從研磨布外周至研磨布中心側的晶片端面位置規定溝深度，較其更中心側為較淺的溝深度。而且，在溝21的放射狀圖案的中央部，溝與溝的疊在一起的交點不存在于晶片的正下方。而且，溝21的溝寬以2.0mm以下為較佳，以0.4mm以上為更佳。而且，溝與溝的角度最好是大于下述數學式1所得到的數值。
(數學式1)溝與溝的形成角度＝2×sin-1(溝寬/(2×(從研磨布中心至晶片中心的距離-晶片半徑)))而且，將本發明的研磨布或是本發明的加工方法所加工而成的研磨布貼在研磨裝置的平臺上，使用來研磨晶片時，可以制造表面平坦度的精密度高且無傷痕的晶片。特別是研磨的晶片為單晶硅晶片時，可以制造表面平坦度高的晶片，SOI晶片時可以制造硅活性層的膜厚均勻性高的晶片。
這樣，本發明的(在晶片正下方的溝體積總和的平均值/晶片面積)關系及溝深度的關系，個別滿足晶片時也可以具有充分的效果，同時滿足晶片時，可以進行平坦度更為良好的研磨。
以下，示出本發明的實施例及比較例，更具體地說明，但是本發明不限定于此。
(實施例1)設定從研磨布中心至研磨晶片中心的距離為200mm、研磨晶片為300mm的SOI晶片、溝形狀為V字溝、從研磨布外周至研磨布中心側的晶片端面位置的溝深度為1.5mm、從研磨布中心側的晶片端面位置至研磨布中心的溝深度為0.5mm、溝寬為2.0mm、溝與溝的形成角度為4度、溝條數為90條，采用本發明的方法對聚胺甲酸酯制的絨面型研磨布形成溝。這時，在SOI晶片正下方的溝體積總和的平均值除以SOI面積得到數值為0.117。將這種研磨布貼在研磨裝置的平臺上，對直徑300mm的SOI晶片進行研磨時，顯示其硅活性層的膜厚均勻性的指標，SOI膜厚范圍為4.21nm。而且，此處的SOI膜厚范圍表示硅活性層的最大膜厚與最小膜厚的差。而且，研磨后的SOI晶片表面未發生傷痕等。
(實施例2)在聚胺甲酸酯制研磨布，形成從研磨布中心至研磨晶片中心的距離為200mm、溝與溝的形成角度為12度、溝形狀為U字溝、溝寬為2.0mm、溝條數為30條的溝。因為該研磨布的溝與溝的形成角度大，所以設定使從研磨布外周端面位置至研磨布中心的溝深一定，為1.5mm。研磨晶片為直徑200mm的SOI晶片時，在晶片正下方的溝體積總和的平均值除以SOI晶片面積得到數值為0.065。將這種研磨布貼在研磨裝置的平臺上，研磨直徑200mm的SOI晶片時，該SOI膜厚范圍為4.87nm。而且，研磨后的SOI晶片表面沒有傷痕。
(比較例1)在聚胺甲酸酯制研磨布，形成從研磨布中心至研磨晶片中心的距離為200mm、溝與溝的形成角度為15度、溝形狀為U字溝、溝寬為2.0mm、溝條數為24條的溝。因為該研磨布的溝與溝的形成角度大，所以設定使從研磨布外周端面位置至研磨布中心的溝深一定，為1.5mm。研磨晶片為直徑300mm的SOI晶片時，在晶片正下方的溝體積總和的平均值除以SOI晶片面積得到數值為0.041。將這種研磨布貼在研磨裝置的平臺上，研磨直徑300mm的SOI晶片時，該SOI膜厚范圍為600nm。而且，研磨后的SOI晶片表面沒有傷痕。
(比較例2)設定從研磨布中心至研磨晶片中心的距離為200mm、研磨晶片為300mm的SOI晶片、溝形狀為V字溝、從研磨布外周至研磨布中心側的晶片端面位置的溝深度為1.5mm、從研磨布中心側的晶片端面位置至研磨布中心的溝深度為0.5mm、溝寬為2.0mm、溝與溝的形成角度為2度、溝條數為180條，采用本發明的方法對聚胺甲酸酯制的絨面型研磨布形成溝。這時，在SOI晶片正下方的溝體積總和的平均值除以SOI面積得到數值為0.234。將這種研磨布貼在研磨裝置的平臺上，對直徑300mm的SOI晶片進行研磨時，溝的重疊部分進入晶片的正下方，研磨后的SOI晶片表面有傷痕發生。
而且，本發明不限定于上述實施例。上述實施例僅供示例而已，具有實質上與本發明權利要求書范圍所述的技術思想同一結構，達到同樣的效果的技術，無論如何以包含在本發明的權利要求書的范圍內。
例如，實施例及比較例雖然例示了SOI晶片，但是以可以是單晶硅晶片，而且，晶片直徑雖然例示了200mm和300mm，但是也可以在其以上或在其以下。
而且，所使用的研磨布，若可以防止在晶片表面發生傷痕的物，以可以使用至少其表面含有發泡聚胺甲酯制或是無發泡的環氧樹脂、壓克力樹脂、聚酯樹脂、氯乙烯樹脂及聚碳酸酯樹脂制的研磨布。
本發明是研磨以單晶硅晶片為首的基板時所使用的研磨布，及這種研磨布的溝形成步驟，以及使用該研磨布的基板的制造。
權利要求
1.一種用以研磨基板的研磨布，其特征為，在該研磨布的表面形成具有放射狀圖案的溝，該溝中，存在于該基板正下方的全部溝部分的總體積的平均值(位于基板正下方部分的溝體積的總和的平均值)，以(位于基板正下方的溝體積的總和的平均值(mm3)/基板的面(mm2))來表示時，滿足0.06以上且0.23以下的關系。
2.一種用以研磨基板的研磨布，在該研磨布的表面形成具有放射狀圖案的溝，其特征為，該溝的形成是位于比該基板更中心側的溝部分的溝深度比位于該基板正下方的溝部分的溝深度淺，在該溝的放射狀圖案的中央部，溝與溝重疊一起的交點未存在于該基板的正下方。
3.如權利要求1或2所述的研磨布，其中該溝的溝寬一定，溝與溝的形成角度大于下述數學式1所得到的數值(數學式1)溝與溝的形成角度＝2×sin-1(溝寬/(2×(從研磨布中心至基板中心的距離—基板半徑)))。
4.如權利要求1至3任一項所述的研磨布，其中該溝的溝寬為2.0mm以下。
5.如權利要求1至4任一項所述的研磨布，其中該研磨布為不織布型或是絨面型。
6.一種基板的制造方法，其特征為，使用權利要求1至5任一項所述的研磨布研磨基板。
7.如權利要求6所述的研磨布，其中該研磨基板使用單晶硅晶片或是SOI晶片。
8.一種研磨布的加工方法，在用以研磨基板的研磨布的表面形成溝，其特征為該溝的形成，具有放射狀圖案，這時，該溝中，存在于該基板正下方的全部溝部分的總體積的平均值(位于基板正下方部分的溝體積的總和的平均值)，以(位于基板正下方的溝體積的總和的平均值(mm3)/基板的面(mm2))來表示時，滿足0.06以上且0.23以下的關系。
9.一種研磨布的加工方法，是在用以研磨基板的研磨布的表面形成溝，其特征為該溝的形成是位于比該基板更中心側的溝部分的溝深度比位于該基板正下方的溝部分的溝深度淺，在該溝的放射狀圖案的中央部，溝與溝重疊一起的交點未存在于該基板的正下方。
10.如權利要求8或9所述的研磨布的加工方法，其中該溝的溝寬一定，溝與溝的形成角度大于下述數學式1所得到的數值(數學式1)溝與溝的形成角度＝2×sin-1(溝寬/(2×(從研磨布中心至基板中心的距離—基板半徑)))。
11.如權利要求8至10任一項所述的研磨布的加工方法，其中該溝的溝寬為2.0mm以下。
12.如權利要求8至11任一項所述的研磨布的加工方法，其中該研磨布為不織布型或是絨面型。
13.一種基板的制造方法，其特征為，使用權利要求8至12任一項所述的研磨布研磨基板。
14.如權利要求13所述的基板的制造方法，其中該研磨基板是使用單晶硅晶片或是SOI晶片。
全文摘要
一種研磨布及其加工方法及使用該研磨布的基板的制造方法，該研磨布用以研磨半導體基板，其特征為，該布表面至少形成具有放射狀圖案的溝，該溝位于基板正下方部位的溝體積總和的平均值/基板面積為0.06以上且0.23以下，而且，該溝的形成是位于比前述基板更中心側的溝部分的溝深度比位于前述基板正下方的溝部分的溝深度淺，在前述溝的放射狀圖案的中央部，溝與溝重疊一起的交點未存在于前述基板的正下方。借此，可以提供一種在半導體基板研磨時通過將必要量的研磨劑供應至基板中心部而可以高平坦度地進行研磨、而且不會發生剝離、扭曲、毛邊、不會使半導體基板表面發生傷痕的研磨布及其加工方法以及基板的制造方法。
文檔編號B24B37/20GK1852786SQ20048002663
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月17日 優先權日2003年9月26日
發明者添田康嗣 申請人:信越半導體股份有限公司