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TWI775622B - 矽晶圓的研磨方法及矽晶圓的製造方法 - Google Patents

矽晶圓的研磨方法及矽晶圓的製造方法 Download PDF

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TWI775622B
TWI775622B TW110136169A TW110136169A TWI775622B TW I775622 B TWI775622 B TW I775622B TW 110136169 A TW110136169 A TW 110136169A TW 110136169 A TW110136169 A TW 110136169A TW I775622 B TWI775622 B TW I775622B
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村上雅大
寺川良也
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日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司
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Abstract

一種矽晶圓的研磨方法，其特徵在於：包含進行前段研磨步驟與其後的精研磨步驟作為最終研磨步驟之矽晶圓的研磨方法，其中前述最終研磨步驟中的前述精研磨步驟包含：使用研磨粒的密度為1×10 13個/cm 3以上的研磨液作為第二研磨液之精漿料研磨步驟；以及在上述精漿料研磨步驟之前進行，使用研磨粒的密度為1×10 10個/cm 3以下的研磨液作為第二研磨液之預研磨步驟。一種矽晶圓的製造方法，包括：以柴可拉斯基法生長的單結晶矽錠的外周部上形成缺口部，接著切片，得到矽晶圓後，藉由上述的矽晶圓的研磨方法，對所得的矽晶圓施予研磨處理。

Description

矽晶圓的研磨方法及矽晶圓的製造方法
本發明關於矽晶圓的研磨方法及矽晶圓的製造方法。
用於製造矽晶圓的製程，主要由用於製作單結晶錠的單結晶提拉步驟、與製作的單結晶錠的加工步驟所構成。此加工步驟，一般來說，包含切片步驟、研光(lapping)步驟、倒角步驟、蝕刻步驟、鏡面研磨步驟、洗淨步驟等，藉由經由這些步驟，製造表面經鏡面加工的矽晶圓。
鏡面研磨步驟中，進行多階段的研磨步驟，包含：同時研磨矽晶圓的兩面的兩面研磨步驟（粗研磨步驟）、其後，鏡面化矽晶圓的單面的最終研磨步驟。一般來說，最終研磨步驟中使用包含表面設置研磨墊的定盤、與保持矽晶圓的研磨頭之研磨單元來進行。保持於研磨頭的矽晶圓的單面按壓於研磨墊上，一邊於研磨墊上供給包含研磨粒的鹼水溶液之研磨液（研磨漿料），一邊同時旋轉研磨頭與定盤。由此，矽晶圓的片面，藉由由研磨粒的機械研磨作用、與由鹼水溶液的化學研磨作用結合之化學機械研磨(CMP)來研磨，成為具有優異平滑性的鏡面。
在此，最終研磨步驟中，由一個以上的前段研磨單元中進行的一個以上的前段研磨步驟，其後精研磨單元中進行的精研磨步驟所構成的兩階段以上的研磨來進行。
在此，專利文獻1、2中記載最終研磨步驟中在漿料研磨後使用清洗（rinse）液進行研磨。根據這樣的手法，可以抑制研磨漿料的研磨粒累積在研磨頭上。 [先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平11-243072號公報 專利文獻2：日本專利特開2007-103703號公報
然而，專利文獻1的手法中，產生如以下的問題。即，專利文獻1中雖然使用超純水作為清洗液，假使研磨用墊上殘留的漿料狀的研磨液藉由超純水稀釋的話，研磨液的pH下降到中性附近，研磨粒變得無法保持分散狀態而凝聚，同時容易附著在矽晶圓表面上而殘留。此研磨液中凝聚的研磨粒，藉由pH下降到中性附近與矽晶圓表面相互作用，由此在矽晶圓表面上產生微刮痕（micro scratch）、損傷等的缺點。進一步，在矽晶圓表面上殘留研磨粒的情況，從研磨裝置移除後的洗淨步驟中，在矽晶圓表面上形成凹痕（pit）。
此外，在專利文獻2的手法中，前段研磨步驟中在漿料研磨後使用清洗液進行，雖然可以抑制漿料的研磨粒累積在前段研磨所用的研磨頭上，但對發生精研磨步驟中的矽晶圓表面的損傷等的對策並不充分，例如在研磨單元之間搬送時附著的顆粒、精研磨頭上附著的精研磨漿料殘渣有招致LPD（light point defect）發生的情況。
因此，本發明的目的係提供一種可以抑制LPD的發生之矽晶圓的研磨方法及矽晶圓的製造方法。
本發明的要旨構成，如以下所述： （1）一種矽晶圓的研磨方法，其特徵在於：包含進行以下步驟作為最終研磨步驟之矽晶圓的研磨方法： 前段研磨步驟，使用包含表面設置第一研磨墊的第一定盤、與第一研磨頭之前段研磨單元，藉由一邊供給第一研磨液到前述第一研磨墊，一邊在由前述第一研磨頭保持的矽晶圓與前述第一研磨墊接觸的狀態下旋轉前述第一定盤及前述矽晶圓，研磨前述矽晶圓的表面；以及 精研磨步驟，在前段研磨步驟之後，使用包含表面設置的第二研磨墊的第二定盤、與第二研磨頭之精研磨單元，藉由一邊供給第二研磨液到前述第二研磨墊，一邊在由前述第二研磨頭保持的矽晶圓與前述第二研磨墊接觸的狀態下旋轉前述第二定盤及前述矽晶圓，進一步研磨前述矽晶圓的表面， 其中前述最終研磨步驟中的前述精研磨步驟包含： 精漿料研磨步驟，使用研磨粒的密度為1×10 13個/cm 3以上的研磨液作為前述第二研磨液；以及 預研磨步驟，在前述精漿料研磨步驟之前進行，使用研磨粒的密度為1×10 10個/cm 3以下的研磨液作為前述第二研磨液。 在此，「研磨粒的密度為1×10 10個/cm 3以下的研磨液作為前述第二研磨液」中也包含純水等、不含研磨粒之研磨液。
（2）如上述（1）所記載之矽晶圓的研磨方法，其中前述預研磨步驟中使用的前述第二研磨液為純水。
（3）如上述（1）或（2）之矽晶圓的研磨方法，其中前述預研磨步驟在10~60秒的範圍內進行。
(4)如上述(1)至(3)中任一項之矽晶圓的研磨方法，其中前述預研磨步驟中的前述第二研磨頭的旋轉數，比前述精漿料研磨步驟中的前述第二研磨頭的旋轉數大。
(5)如上述(4)所記載之矽晶圓的研磨方法，其中前述預研磨步驟中的前述第二研磨頭的旋轉數為，前述精漿料研磨步驟中的前述第二研磨頭的旋轉數的1.5倍以上。
(6)一種矽晶圓的製造方法，包括：將以柴可拉斯基法(Czochralski method)生長的單結晶矽錠切片，得到研磨前矽晶圓後，藉由如請求項(1)至(5)中任一項之矽晶圓的研磨方法，對所得的研磨前矽晶圓施予研磨處理。
根據本發明，可提供一種可抑制LPD的發生之矽晶圓的研磨方法及矽晶圓的製造方法。
[用以實施發明的形態]
以下，針對本發明的實施形態，參照圖式進行詳細的示例性說明。
(矽晶圓的研磨方法)
圖1為，本發明的一實施形態中包含的矽晶圓的研磨方法之矽晶圓的製造步驟之流程圖。圖2為顯示本發明的一實施形態的矽晶圓的研磨方法中精研磨步驟所用的單面研磨裝置之示意圖。
如圖1所示的前步驟(步驟S1)中，進行切片步驟、研光步驟、倒角步驟、及蝕刻步驟等。
接著，藉由兩面研磨(DSP步驟)(步驟S2)，形成矽晶圓的形狀。
接著，對經兩面研磨的矽晶圓，提供洗淨(步驟S3)步驟。
針對這些步驟S1~步驟S3，可與以往的手法相同來進行，因此省略詳細說明。
接著，對洗淨後的矽晶圓，提供由前段研磨步驟(步驟S4)與精研磨步驟(步驟S5)所構成之最終研磨步驟。另外，前段研磨步驟可包含複數個階段，此外，精研磨步驟包含如後述的複數個階段。
前段研磨步驟S4可用以往的手法來進行，具體來說，使用包含於表面上設置第一研磨墊的第一定盤、與第一研磨頭之研磨單元，藉由一邊供給第一研磨液到第一研磨墊，一邊在由第一研磨頭保持的矽晶圓與第一研磨墊接觸的狀態下旋轉第一定盤及矽晶圓，研磨矽晶圓的表面。另外，前段研磨所用的研磨單元的構成，作為一例，可使用與後述精研磨所用的研磨單元相同者。
針對精研磨步驟(步驟S5)，後續將詳細說明。
對經最終研磨步驟的矽晶圓，提供在精研磨步驟(步驟S5)中洗淨後檢查(步驟S7)，確認矽晶圓的平坦度、可目視的損傷、汙點的有無等。
其後，對矽晶圓提供最終洗淨步驟(步驟S8)，並提供面檢查(步 驟S9)後出貨。
針對步驟S7~步驟S9，可與以往的手法相同來進行，因此省略詳細說明。
針對上述步驟中的最終研磨步驟的精研磨步驟(步驟S5)，以下詳細說明。首先，參照圖2，針對本發明的一實施形態的矽晶圓的研磨方法中使用的單面研磨裝置來說明。單面研磨裝置100具有貼附有用於研磨矽晶圓W的一個面的研磨墊12之旋轉定盤10、具備背墊22及扣環24(retaining ring)且對向配置於旋轉定盤10之研磨頭20、與將研磨漿料32供給於研磨墊12上之漿料供給部30，其中前述背墊22成為矽晶圓W的另一個面的保持面，前述扣環24安裝到前述背墊22的前述保持面側的外緣部。研磨漿料32可含有研磨粒及蝕刻劑。另外，扣環24可以以具有與矽晶圓W的直徑相同或以上的內徑的方式構成。
此外，研磨頭20可具備將研磨頭20升降及旋轉之軸桿(shaft)部26、與設置於軸桿部26的下端、且在下面安裝背墊22之旋轉框部28。此外，單面研磨裝置100可具備連接於旋轉定盤10、且使旋轉定盤10旋轉之定盤旋轉軸14。另外，軸桿部26、定盤旋轉軸14等可連接馬達等的驅動機構(圖式未顯示)。
精研磨步驟(步驟S5)為，在前段研磨步驟(步驟S4)之後，使用包含表面設置第二研磨墊(研磨墊12)的第二定盤(旋轉定盤10)、與第二研磨頭(研磨頭20)之精研磨單元(單面研磨裝置100)，藉由一邊供給第二研磨液到第二研磨墊(研磨墊12)，一邊在由第二研磨頭(研磨頭20)保持的矽晶圓W與第二研磨墊(研磨墊12)接觸的狀態下旋轉第二定盤(旋轉定盤10)及矽晶圓W，進一步研磨矽晶圓W的表面。
在此，最終研磨步驟中的精研磨步驟(步驟S5)，含：使用研磨粒的密度為1×1013個/cm3以上的研磨液作為第二研磨液之精漿料研磨步驟(步驟S52)、與在上述精漿料研磨步驟(步驟S52)之前進行，使用研磨粒的密度為1×10 10個/cm 3以下的研磨液作為第二研磨液之預研磨步驟（步驟S51）。
在精漿料研磨步驟（步驟S52）中，研磨液以鹼性為佳，以使用包含水溶性高分子與密度為5×10 13個/cm 3以下的研磨粒之鹼水溶液為佳。此鹼水溶液中對矽的研磨速度以設為5~20nm/分為佳。設為5nm/分以上的話，用於得到所期望的研磨量的研磨時間不會變長，因此生產性也不會惡化，此外，可充分得到去除在前段研磨步驟中矽晶圓表面形成的缺陷之效果。設為20nm/分以下的話，鹼的蝕刻效果不會變得過度，矽晶圓表面的粗糙度也不會惡化。從得到這樣的研磨速度的觀點來看，上述鹼水溶液，以含有氨為佳，以包含水溶性高分子為佳。作為水溶性高分子，以使用選自羥乙基纖維素（HEC）、聚乙二醇（PEG）、及聚丙二醇（PPG）之一種以上為佳。另外，上述鹼水溶液，使用溫度（18~25°C）中以黏度設為1.5~5.0mPa．s為佳。黏度未滿1.5mPa．s的情況下，研磨液變得容易流動，而有無法得到所期望的蝕刻速度的可能性，黏度在5.0mPa．s以上的情況下，即使在精研磨後進行洗淨，亦有研磨液殘留、固著在矽晶圓表面的可能性。
研磨粒，可使用由二氧化矽、氧化鋁等的陶瓷類、鑽石、碳化矽等的單體或化合物類、或者聚乙烯、聚丙烯等的高分子聚合物等所構成者，但從低成本、在研磨液中的分散性、研磨粒的粒徑控制之容易性等的理由來看，以包含SiO 2粒子為佳。另外，作為SiO 2粒子的種類，可使用例如以乾式法(燃燒法、電弧法)、濕式法(沈澱法、溶膠凝膠法)所製作的任一者。研磨粒的形狀，可使用球狀、繭型等。
精漿料研磨步驟（步驟S52）的研磨時間以設為60~900秒為佳。藉由設為60秒以上，可充分研磨矽晶圓，另一方面，藉由設為900秒以下，可防止矽晶圓表面的粗糙度過度粗糙
接著，另一方面，預研磨步驟（步驟S51）中，研磨液以中性或者鹼性為佳，研磨粒的密度為1×10 10個/cm 3以下。研磨液為鹼溶液的情況下，對矽的研磨速度以設為10nm/分以下為佳。這是因為，設為10nm/分以下的話，矽晶圓表面的粗糙度不會過度粗糙，可以將矽晶圓面內均勻研磨。研磨液，以純水為佳，以超純水為更佳。這是因為，可以防止矽晶圓的粗糙度過於粗糙。或者，研磨液，可為鹼溶液。鹼溶液的情況下，容易更進一步去除研磨頭（特別是扣環的內壁）上殘留的顆粒。在此情況下，以含有選自氫氧化鉀（KOH）、氫氧化鈉（NaOH）、四甲基銨（TMAH）、及四乙基銨(TEAH)之一種以上的鹼為佳，也可含有水溶性高分子。在此情況下，矽晶圓受到保護，可防止顆粒再附著到扣環上、劃傷等。研磨液為純水的情況下，在20°C下的研磨液的黏度為約1mPa·s。研磨液含有水溶液高分子的情況下，使用溫度（18~25°C）中研磨液的黏度以設為5.0mPa．s以下為佳。這是因為，黏度超過5.0mPa．s也不會得到進一步的效果，生產性惡化。針對研磨粒的種類，與針對上述精研磨步驟所用的研磨漿料所說明的相同。
預研磨步驟（步驟S51）以在10~60秒的範圍內進行為佳。藉由設為10秒以上，可更確實去除研磨墊上累積的顆粒，另一方面，藉由設為60秒以下，可防止矽晶圓表面的粗糙度過度粗糙。
預研磨步驟（步驟S51）中第二研磨頭的旋轉數，以比精漿料研磨步驟（步驟S52）中第二研磨頭的旋轉數大為佳。具體來說，預研磨步驟（步驟S51）中第二研磨頭的旋轉數，以精漿料研磨步驟（步驟S52）中第二研磨頭的旋轉數的1.5倍以上為佳。這是因為，使機械作用增大，更提升顆粒的去除作用。
以下，針對本實施形態的矽晶圓的研磨方法的作用效果來說明。 本案發明人們發現，精研磨步驟所用的研磨頭，特別是扣環的內壁累積顆粒，在精研磨步驟時會由此顆粒對矽晶圓的表面造成損傷，而成為LPD發生的原因。 相對於此，根據本實施形態的矽晶圓的研磨方法，最終研磨步驟中的精研磨步驟（步驟S5），包含：使用研磨粒的密度為1×10 13個/cm 3以上的研磨液作為第二研磨液之精漿料研磨步驟（步驟S52）、與在精漿料研磨步驟（步驟S52）之前進行，使用研磨粒的密度為1×10 10個/cm 3以下的研磨液作為第二研磨液之預研磨步驟（步驟S51）。 如此一來，藉由預研磨步驟（步驟S51）在上述精漿料研磨步驟（步驟S52）之前進行，可去除精研磨的研磨頭（特別是扣環的內壁）上附著的顆粒，而可抑制起因於顆粒的LPD的發生。
在此，預研磨步驟中所用的第二研磨液，以純水為佳。這是因為，可以防止矽晶圓的粗糙度過度粗糙。
此外，如上所述，預研磨步驟，以在10~60秒的範圍內進行為佳。
進一步，如上所述，預研磨步驟中第二研磨頭的旋轉數，以比精漿料研磨步驟中第二研磨頭的旋轉數大為佳，特別是，預研磨步驟中第二研磨頭的旋轉數，以精漿料研磨步驟中第二研磨頭的旋轉數的1.5倍以上為佳。
（矽晶圓的製造方法） 本發明的一實施形態的矽晶圓的製造方法中，首先，將以柴可拉斯基法生長的單結晶矽錠切片，得到研磨前矽晶圓。針對單結晶矽錠的生長、切片步驟，可與以往的手法相同來進行。
之後，對所得的研磨前矽晶圓，藉由上述實施形態的矽晶圓的研磨方法，施予研磨處理。
據此，藉由與上述相同的機制，可去除精研磨的研磨頭（特別是扣環的內壁）附著的顆粒，可抑制起因於顆粒的LPD的發生。 [實施例]
以下，針對本發明的實施例來說明，但本發明不對以下的實施例做任何限定。
為了確認本發明的效果，以實施例及以往例1、2的方法，研磨矽晶圓，檢查LPD的個數而進行評價之試驗。實施例及以往例1、2中，作為矽晶圓，使用p型、直徑300mm、結晶面方位（100）者。另外，研磨裝置為使用如圖2所示者。
．實施例1 對完成前段研磨的矽晶圓，進行預研磨步驟之後，進行精研磨步驟。其後，洗淨矽晶圓，測定LPD。 預研磨步驟中，使用不包含研磨粒的純水作為研磨液。研磨時間設為30秒，研磨頭的旋轉速度設為精研磨步驟中的研磨頭的旋轉速度的2倍。 精研磨步驟中，使用用SiO 2作為研磨粒的鹼水溶液，研磨粒的密度為5×10 13/cm 3的研磨漿料。研磨時間設為180秒。 LPD的測定，使用KLA-Tencor公司製的Surfscan SP5，以測定模式DCN，檢測具有35nm以上的尺寸的LPD，計算個數。以四片矽晶圓進行此測定，算出LPD個數的平均值。
．以往例1 除了不進行預研磨步驟以外，以與實施例1相同的方法進行研磨。
．以往例2 除了前段研磨步驟之後，在精研磨步驟之前不進行研磨，且精研磨步驟之後，進行與實施例1的預研磨步驟相同的研磨步驟以外，以與實施例1相同的方法進行研磨。
評價結果顯示於圖3。如圖3所示，根據實施例1，可看出的是，與以往例1、2相比，可以降低LPD。
100:單面研磨裝置 10:旋轉定盤 12:研磨墊 14:定盤旋轉軸 20:研磨頭 22:背墊 24:扣環 26:軸桿部 28:旋轉框部 30:漿料供給部 32:研磨漿料 S1~S9:步驟 S51,S52:步驟 W:矽晶圓
圖1為顯示本發明的一實施形態中包含矽晶圓的研磨方法之矽晶圓的製造步驟之流程圖。
圖2為顯示本發明的一實施形態的矽晶圓的研磨方法中精研磨步驟所用的單面研磨裝置之示意圖。
圖3為實施例的評價結果之圖。
S1~S9:步驟 S51,S52:步驟

Claims (9)

  1. 一種矽晶圓的研磨方法，其特徵在於：包含進行以下步驟作為最終研磨步驟之矽晶圓的研磨方法： 前段研磨步驟，使用包含表面設置第一研磨墊的第一定盤、與第一研磨頭之前段研磨單元，藉由一邊供給第一研磨液到前述第一研磨墊，一邊在由前述第一研磨頭保持的矽晶圓與前述第一研磨墊接觸的狀態下旋轉前述第一定盤及前述矽晶圓，研磨前述矽晶圓的表面；以及 精研磨步驟，在前段研磨步驟之後，使用包含表面設置的第二研磨墊的第二定盤、與第二研磨頭之精研磨單元，藉由一邊供給第二研磨液到前述第二研磨墊，一邊在由前述第二研磨頭保持的矽晶圓與前述第二研磨墊接觸的狀態下旋轉前述第二定盤及前述矽晶圓，進一步研磨前述矽晶圓的表面， 其中前述最終研磨步驟中的前述精研磨步驟包含： 精漿料研磨步驟，使用研磨粒的密度為1×10 13個/cm 3以上的研磨液作為前述第二研磨液；以及 預研磨步驟，在前述精漿料研磨步驟之前進行，使用研磨粒的密度為1×10 10個/cm 3以下的研磨液作為第二研磨液。
  2. 如請求項1之矽晶圓的研磨方法，其中前述預研磨步驟中使用的前述第二研磨液為純水。
  3. 如請求項1之矽晶圓的研磨方法，其中前述預研磨步驟在10~60秒的範圍內進行。
  4. 如請求項2之矽晶圓的研磨方法，其中前述預研磨步驟在10~60秒的範圍內進行。
  5. 如請求項1至4中任一項之矽晶圓的研磨方法，其中前述預研磨步驟中的前述第二研磨頭的旋轉數，比前述精漿料研磨步驟中的前述第二研磨頭的旋轉數大。
  6. 如請求項5之矽晶圓的研磨方法，其中前述預研磨步驟中的前述第二研磨頭的旋轉數為，前述精漿料研磨步驟中的前述第二研磨頭的旋轉數的1.5倍以上。
  7. 一種矽晶圓的製造方法，包括：將以柴可拉斯基法生長的單結晶矽錠切片，得到研磨前矽晶圓後，藉由如請求項1至4中任一項之矽晶圓的研磨方法，對所得的研磨前矽晶圓施予研磨處理。
  8. 一種矽晶圓的製造方法，包括：將以柴可拉斯基法生長的單結晶矽錠切片，得到研磨前矽晶圓後，藉由如請求項5之矽晶圓的研磨方法，對所得的研磨前矽晶圓施予研磨處理。
  9. 一種矽晶圓的製造方法，包括：將以柴可拉斯基法生長的單結晶矽錠切片，得到研磨前矽晶圓後，藉由如請求項6之矽晶圓的研磨方法，對所得的研磨前矽晶圓施予研磨處理。
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