TW201900333A - 矽晶圓的研磨方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種矽晶圓的研磨方法，係使研磨漿存在於矽晶圓與研磨墊之間而研磨矽晶圓，其中，作為研磨漿，係為使用含有膠體二氧化矽及鹼並滿足下列條件之物：［（該研磨漿中的氫氧化物離子濃度[OH－
] (mol/l)）／（該研磨漿的質量中該膠體二氧化矽的質量分率）］≧0.1(mol/l)。藉此，即使使用硬質墊片亦能夠達成低缺陷性。
Description
本發明係關於一種矽晶圓的研磨方法。
隨著半導體裝置的輕薄化，作為基板的矽晶圓被要求進一步的平坦性及低缺陷。一般而言，矽晶圓為將藉由柴可拉斯基(CZ)法所提起的單晶矽塊切片後，進行多段研磨而製造(參照專利文獻1)。
特別是使用樹脂製的墊片的研磨步驟中，由於邊緣塌邊等而外周緣平坦性容易受損，結果晶圓外周部的裝置產率惡化。同時，由於刮痕等表面缺陷的帶入亦會成為裝置的產率惡化的原因，故於研磨步驟追求外周平坦性及低缺陷性。 〔先前技術文獻〕
專利文獻1：日本特開2008-205147號公報
〔發明欲解決的問題〕 如同上述雖然於研磨步驟追求平坦性及低缺陷性，但已知一般而言欲兼具兩者極為困難。為了於研磨步驟維持良好的外周平坦性使用硬質的研磨墊相當重要。這是由於使用硬質的研磨墊能夠抑制外周的墊片位移，抑制晶圓外周部的壓力集中。
但是，使用硬質的研磨墊時則難以達成低缺陷性。由於墊片為硬質，故墊片本身帶入刮痕至晶圓的可能性，及異物侵入晶圓／墊片間時，即使是相同的異物，硬質墊片對晶圓的傷害義大於軟質墊片，因此刮痕的帶入可能性提高。
自以上可知，外周平坦性與低缺陷性為於研磨墊的硬度的相互取捨關係，即使使用硬質墊片亦能夠達成低缺陷性成為課題。
本發明有鑑於上述問題點，目的在於提供一種能夠達成平坦性的提升及低缺陷性的矽晶圓的研磨方法。 〔解決問題的技術手段〕
為了解決上述問題，本發明提供一種矽晶圓的研磨方法，係使一研磨漿存在於一矽晶圓與一研磨墊之間而研磨該矽晶圓，其中，作為該研磨漿，係為使用含有膠體二氧化矽及鹼並滿足下列條件之物：［（該研磨漿中的氫氧化物離子濃度[OH－
] (mol/l)）／（該研磨漿的質量中該膠體二氧化矽的質量分率）］≧0.1(mol/l)。
如此，使用滿足上述條件的研磨漿研磨矽晶圓，則即使使用硬質墊片亦使達成低缺陷性成為可能。
又於此時，作為該研磨墊，使用邵氏A硬度在60以上的研磨墊為佳。
進一步，作為該研磨墊，使用邵氏A硬度在70以上的研磨墊為佳。
藉由如此使用硬質的研磨墊以研磨，能夠得到達成平坦性與低缺陷性兼得的矽晶圓。 〔對照先前技術之功效〕
依據本發明的矽晶圓的研磨方法，作為研磨中相對於機械性作用的化學性作用的強度的指標，著眼於將研磨漿中氫氧離子濃度[OH－
]除以研磨漿的質量中的膠體二氧化矽的質量分率的值，藉由使用該值為0.1以上的研磨漿，能夠達成低缺陷性。因此，即使使用硬質的研磨墊，由於能夠達成低缺陷，因此能夠得到達成平坦性與低缺陷性兼具的矽晶圓。
如同上述，習知尋求有即使使用硬質墊片亦能夠達成低缺陷性的矽晶圓的研磨方法。
本案發明人為了解決問題著眼於研磨中的化學性作用。習知雖有許多著眼於墊片硬度、墊片表面粗糙、磨粒粒徑、研磨壓力或研磨轉速等機械性作用的技術，但幾乎沒有著眼於化學性作用的例子。
研磨中的化學作用，為期待氧化矽與鹼所致的反應，具體而言，係起因於Si+OH
→SiOH的反應，這顯示了與鹼接觸的Si結晶藉由OH基而變質。
本案發明人們設想，藉由使研磨中的化學性作用增大，而使晶圓表面變質，於研磨墊與Si結晶部之間設置緩衝層，能夠減輕硬質墊片、或是硬質墊片所帶有的異物所致的損傷。
並且，本案發明人們認為，藉由化學性作用所形成的變質層(緩衝層)，由於會藉由機械性作用迅速地被移除，因此研磨中化學性作用的強度，不應作為pH值等的絕對強度的指標，而應為相對於機械性作用的化學性作用的強度之指標。在此，於本發明中，使化學性作用的強度為氫氧離子的濃度、機械性作用的強度為研磨漿的質量中膠體二氧化矽的質量分率(以下亦稱磨粒濃度)，將氫氧離子的濃度除以磨粒濃度的值作為相對於機械性作用的化學性作用之指標而使用，追求在使用硬質墊片時此指標進入指定的範圍即可。
並且，本案發明人，作為於研磨中化學性作用的強度之指標，著眼於將研磨漿中的氫氧離子濃度[OH－
]除以磨粒濃度的值，發現藉由調製研磨漿使該值為0.1以上，而用於研磨，藉此能夠在即使使用硬質的研磨墊片亦能夠達成低缺陷性，而達成本發明。
即本發明提供一種矽晶圓的研磨方法，係使一研磨漿存在於一矽晶圓與一研磨墊之間而研磨該矽晶圓，其中，作為該研磨漿，係為使用含有膠體二氧化矽及鹼並滿足下列條件之物：［（該研磨漿中的氫氧化物離子濃度[OH－
] (mol/l)）／（該研磨漿的質量中該膠體二氧化矽的質量分率）］≧0.1(mol/l)。
以下詳細說明本發明的矽晶圓的研磨方法。
作為本發明的矽晶圓的研磨方法所使用的研磨裝置，為雙面研磨裝置、單面研磨裝置中任一即可。能夠使用例如圖3所示的，具備貼附有研磨墊1的定盤2，及用以支承矽晶圓W的研磨頭3的單面研磨裝置10。此單面研磨裝置10，係自噴嘴4供給研磨漿於研磨墊1上的同時，使研磨頭3所支承的矽晶圓W的表面滑接於研磨墊1以研磨。
本發明中，係使研磨漿存在於矽晶圓W與研磨墊1之間而研磨矽晶圓，其中，作為此自噴嘴4所供給的研磨漿，係為使用含有膠體二氧化矽及鹼並滿足下列條件之物：［（研磨漿中的氫氧化物離子濃度[OH－
] (mol/l)）／（研磨漿的質量中膠體二氧化矽的質量分率）］≧0.1(mol/l)。
如此，使化學性作用的強度為氫氧離子的濃度、機械性作用的強度為研磨漿的質量中膠體二氧化矽的質量分率，將氫氧離子的濃度除以磨粒濃度的值作為相對於機械性作用的化學性作用的指標而使用，使用此值在0.1以上的研磨漿，以能夠達成低缺陷性。
習知的研磨漿，［（研磨漿中的氫氧化物離子濃度[OH－
] (mol/l)）／（研磨漿的質量中膠體二氧化矽的質量分率）］的值為未滿0.1，沒有使用過上述值在0.1以上的研磨漿，即相對於磨粒濃度的氫氧離子濃度為高的研磨漿。
若為［（研磨漿中的氫氧化物離子濃度[OH－
] (mol/l)）／（研磨漿的質量中膠體二氧化矽的質量分率）］的值為未滿0.1的研磨漿，則由於相對於機械性作用的化學性作用變弱，在使用硬質研磨墊時會將刮痕等的表面缺陷帶入，而無法達成低缺陷性。
若為滿足上述條件的研磨漿，則鹼的種類、pH、膠體二氧化矽的濃度及粒徑則沒有特別被限定。可使用例如pH 9至13，膠體二氧化矽的粒徑為15至17nm，膠體二氧化矽濃度為0.01至1wt%，滿足上述條件之物。作為鹼，能夠使用KOH、四甲基氫氧化銨(TMAH)等。
［（研磨漿中的氫氧化物離子濃度[OH－
] (mol/l)）／（研磨漿的質量中膠體二氧化矽的質量分率）］的上限並無特別限定，能夠為例如10mol/l以下。
作為研磨墊1，雖無特別限定，但以使用邵氏A硬度60以上，特別是70以上的研磨墊(例如不織布)為佳。此時作為研磨墊1的邵氏A硬度的上限值並無特別限定，但能夠為例如邵氏A硬度98以下。藉由使用如此的硬質的研磨墊進行研磨，能夠得到達成兼具平坦性及低缺陷性的矽晶圓。但是，由於藉由本發明達成低缺陷性，因此並不一定要使用如此的硬質研磨墊。因應目的，亦能夠適用於使用軟質墊片的狀況。
又，研磨時的研磨壓力、定盤轉速、頭轉速及研磨時間，能夠採用一般的條件，因應目的選擇即可，無特別限定。 (實施例)
以下雖顯示實施例及比較例而具體說明本發明，但本發明並非限定於此些實施例。
(實施例1至4、比較例1) 使用採用邵氏A硬度60的硬質墊片的單面研磨裝置，進行相對於機械性作用的化學性作用的驗證評價。首先，使粒徑35nm的高純度膠體二氧化矽的研磨漿中的質量分率(磨粒濃度)維持於0.01(即1%)，改變研磨漿的鹼濃度(氫氧離子濃度)，進行矽晶圓的研磨。pH的調整係藉由氫氧化鉀及四甲基氫氧化銨(TMAH)以進行。研磨壓力為20kPa，定盤轉速、頭轉速為30rpm，研磨進行3分鐘。
經過以硬質研磨墊進行的研磨步驟後，進行藉由軟質研磨墊的最終精加工研磨步驟後，進行研磨評價。研磨評價係藉由以KLA Tencor公司製SP2測定局部光散射(Localized Light Scattering, LLS)缺陷(37nm以上)的個數以進行。
於表1顯示各條件，於圖1顯示[OH－
] ／膠體二氧化矽的質量分率的值與LLS缺陷個數的關係的量表圖。得知若[OH－
] ／膠體二氧化矽的質量分率的值為0.1mol/l以上，LLS缺陷數減少。
【表1】
(實施例5至8、比較例2、3) 接著，將研磨漿的鹼濃度維持於固定(pH 10.5)，改變膠體二氧化矽的質量分率(磨粒濃度)進行研磨評價。其他的條件與實施例1至4及比較例1相同。於表2顯示各條件，於圖2顯示顯示[OH－
] ／膠體二氧化矽的質量分率的值與LLS缺陷個數的關係的量表圖。此處亦得知若[OH－
] ／膠體二氧化矽的質量分率的值為0.1mol/l以上，LLS缺陷數減少。
【表2】
自以上的結果，得知無關於使用了硬質墊片，使用了於研磨中相對於機械性作用的化學性作用的指標的[OH－
] ／磨粒濃度的值在0.1以上的研磨漿(實施例1至8)，與比較例1至3相比，LLS缺陷減少。並且，如同上述，所得的晶圓平坦度(SFQR)亦為高。
另外，本發明並不為前述實施例所限制。前述實施例為例示，具有與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想為實質相同的構成，且達成同樣作用效果者，皆包含於本發明的技術範圍。
圖1係顯示實施例1至4及比較例1中的[OH－
] ／膠體二氧化矽的質量分率的值與LLS缺陷個數的關係的量表圖。 圖2係顯示實施例5至8，比較例2、3中的[OH－
] ／膠體二氧化矽的質量分率的值與LLS缺陷個數的關係的量表圖。 圖3係顯示能夠使用於本發明的矽晶圓的研磨方法的單面研磨裝置之一例的示意圖。
Claims (3)
- 一種矽晶圓的研磨方法，係使一研磨漿存在於一矽晶圓與一研磨墊之間而研磨該矽晶圓，其中， 作為該研磨漿，係為使用含有膠體二氧化矽及鹼並滿足下列條件之物： ［（該研磨漿中的氫氧化物離子濃度[OH－ ] (mol/l)）／（該研磨漿的質量中該膠體二氧化矽的質量分率）］≧0.1(mol/l)。
- 如請求項1所述的矽晶圓的研磨方法，其中作為該研磨墊，使用邵氏A硬度在60以上的研磨墊。
- 如請求項1或2所述的矽晶圓的研磨方法，其中作為該研磨墊，使用邵氏A硬度在70以上的研磨墊。
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