以云母磨粒进行矽晶圆抛光研究-台大机械传统与非传统制造试验室.PDF

以雲母磨粒進行矽晶圓拋光研究 安永暢男及岡田昭次郎 共著 謝榮哲 翻譯 Possibility of micz abrasive for Si wafer polishinh Nobuo YASUNAGA and Shojiro OKADA Key words ：silicon wafer ，mica abrasive ，mechanochemical polishing ， hard polishing ，eco-polishing 一 、前言 由於矽晶圓製程之需求，已逐漸朝大尺寸與高平坦化發展 。特別是 Edge Exclusion 勢必由現有之 3 mm 朝向 1 mm 發展 。為順應此種嚴苛的需求 ，對 晶圓拋光製程之要求 ，勢必需要使用更高硬度之拋光墊來加工才能符合此種 規範 。但使用硬拋光墊配上傳統機械力較強之 Silica 磨粒時 ，會因拋光墊 之硬質化 ，導致晶圓拋光面容易產生 Scratch 等損傷 。因此 ，選用具機化學 (MCP)效果之軟質磨粒來拋光 ，縱使配上硬拋光墊 ，可使晶圓在拋光後得到 表面無損傷之高平坦化晶圓 。另外可用乾式拋光或僅以水與磨粒混合之拋光 液(Slurry)來加工將成為可能 。此種對環境污染較輕之潔淨加工技術 ，在今 後將適合使用於大尺寸矽晶圓之加工 。最近 ，以雲母材料做為矽晶圓拋光用 之 MCP 磨粒而言 ，特別對硬拋光墊具有很高之加工性 ，以下將針對雲母的 基礎加工特性做報告 。 二 、何為雲母 雲母自古以來 ，常被用於絕緣材料 ，最近則廣被使用於化裝品或塗料及 機械陶瓷之充填劑 ，但因硬度極低(莫氏 2-3 度) ，尚未有用於磨粒之報導 。 雲母主要成份為 SiO2 (40-50wt%) ，以結合度非常強之正四面體結構之 SiO4 以六角網狀之板狀相連 ，在上下二片的板狀間 ，與八面體配位之離子 (Al+3 、Mg+2 等)以離子鍵結合 ，此三明治層相互重疊 ，層間以非常弱之鍵 與鹼金屬上下之 12 個氧結合 ，故雲母在此位置很容易剝落 。圖 1 為氟素金 雲母的構造 。是具有結晶水(OH)基之天然雲母與 F 置換成 OH 基之合成雲 母 。本實驗乃使用不含 Al 之 KMg2.5(Si4O10)F2 微粉粒子做為拋光粉 ，此拋光 粉之 SEM 照片如圖 2 所示 。 雲 母 單位層 圖 1 ：合成雲母的結晶結構 圖 2 ：KMg2.5(Si4O10)F2 之雲母磨粒 SEM 照片 三 、實驗方法 拋光實驗乃使用如圖 3 之小型機器設備 ，將一片直徑為 30 mm 之矽晶 圓置於外徑 180 mm 之拋光墊上 ，並使拋光墊與晶圓可獨立轉動之方式來加工 。 在磨粒方面則選用軟質且具有機化學拋光能力之 CaCO3 與 ZnO 來與雲母做比 較 ，加工液則均只加純水 。拋光墊則選用 IC device 常用之(Rodel 公司之 IC 1000) 拋光墊與更硬之 PU- 1 試製拋光墊來進行對照實驗 。此拋光墊之 SEM 表面觀查 結果示於圖 4 之照片 ，加工條件則整理彙總於表 1 中 。 晶圓之加工去除量以電子天平量測後再換算成晶圓厚度 ，表面粗造度乃以小 ? 研究所發展之接觸式表面粗度儀(ET-30K ：最高倍率 100 萬倍) ，至於微表面形 狀之觀察則以 SII 公司生產之 AFM(SP13700)來量測 。 重錘 Air Pump 盤頭 壓克力板