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TW202311459A - 雙面研磨方法及雙面研磨矽晶圓 - Google Patents

雙面研磨方法及雙面研磨矽晶圓 Download PDF

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Abstract

本發明是一種雙面研磨方法，其特徵在於，對於晶圓實行第一研磨，該第一研磨使用根據(以動態散射法所測得的以體積為基準計的平均粒徑)/(使用掃描式電子顯微鏡所測得的以個數為基準計的平均實際粒徑)求得的締合度小於1.0的磨粒的漿料；前述第一研磨後，使用含有水溶性聚合物之漿料來對於前述晶圓實行15秒以下的第二研磨。藉此，能夠提供一種雙面研磨方法及雙面研磨矽晶圓，該雙面研磨方法能夠獲得背面經粗糙化的雙面研磨晶圓，該雙面研磨矽晶圓的背部經粗糙化。

Description

雙面研磨方法及雙面研磨矽晶圓
本發明有關一種晶圓的雙面研磨方法及雙面研磨矽晶圓。
現在所實行的研磨為了製作出盡可能無凹凸的精密面而正在摸索構件和研磨條件等。因此，如完成的晶圓面的原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)粗糙度(藉由原子力顯微鏡解析所獲得的粗糙度)Ra亦為0.1nm以下般，粗糙度幾乎都很小，晶圓的表背皆容易成為平坦的面。過去亦存在下述報告：如專利文獻1所述，藉由調整漿料中的締合型膠體二氧化矽的締合度，來提升研磨速率；及，如專利文獻2和專利文獻3所述，將磨粒的締合度設為例如1.0以上且小於5.0，來提升研磨速率，同時使起因於磨粒形狀的表面粗糙度良好。
專利文獻4記載一種方法，於單面研磨中，在之後的第二(精)研磨步驟中將水溶性高分子添加至精研磨漿料，利用精研磨布研磨第一(粗)研磨步驟中發生的水印缺陷，藉此形成保護膜，並且減少水印缺陷。 [先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2017-155242號公報 專利文獻2：國際公開第WO2017/163942號冊子 專利文獻3：日本特開2019-169687號公報 專利文獻4：日本特開2016-51763號公報
[發明所欲解決的問題]
作為近年的顧客需求，由於相較於光刻步驟中的真空銷式吸盤，背面較粗能夠減少銷與晶圓之間的摩擦，因此期望一種背面經粗糙化的雙面研磨晶圓。進一步，伴隨著由半導體製造的元件的高積體化的發展，變得重視晶圓的表面品質，作為其需求的一部分，經粗糙化的雙面研磨晶圓的要求高漲。如此一來，背面經粗糙化的雙面研磨晶圓的需要高漲，相對於此，目前的研磨方法或構件的使用難以使加工面變粗糙(例如將AFM粗糙度Ra設成每2μm 2為0.2nm以上)。
本發明是為了解決上述問題而完成，其目的在於提供一種雙面研磨方法及雙面研磨矽晶圓，該雙面研磨方法能夠獲得背面經粗糙化的雙面研磨晶圓，該雙面研磨矽晶圓的背部經粗糙化。 [解決問題的技術手段]
為了解決上述問題，本發明提供一種雙面研磨方法，其特徵在於， 對於晶圓實行第一研磨，該第一研磨使用根據(以動態散射法所測得的以體積為基準計的平均粒徑)/(使用掃描式電子顯微鏡所測得的以個數為基準計的平均實際粒徑)求得的締合度小於1.0的磨粒的漿料； 前述第一研磨後，使用含有水溶性聚合物之漿料來對於前述晶圓實行15秒以下的第二研磨。
對於晶圓實行第一研磨，該第一研磨使用根據(以動態散射法所測得的以體積為基準計的平均粒徑)/(使用掃描式電子顯微鏡所測得的以個數為基準計的平均實際粒徑)求得的締合度小於1.0的磨粒的漿料，藉此能夠獲得一種背面經粗糙化的雙面研磨晶圓、例如背面每2μm 2的AFM粗糙度Ra為0.3nm以上之雙面研磨晶圓。又，第一研磨後，使用含有水溶性聚合物之漿料來對於晶圓實施15秒以下的第二研磨(以後亦稱為精研磨)，藉此能夠維持背面的粗糙度，並且達成保護表面、背面。
能夠使用蕭氏A硬度為70以上的發泡聚胺酯系的研磨布或不織布系的研磨布來實行前述第一研磨。
例如，能夠使用這樣的硬度的研磨布來實行第一研磨。
又，本發明提供一種雙面研磨矽晶圓，其特徵在於，背面每2μm 2的AFM粗糙度Ra為0.3nm以上。
這樣的雙面研磨矽晶圓雖然進行了雙面研磨，但是背面仍充分粗糙化。這樣的雙面研磨矽晶圓能夠滿足期望背面經粗糙化的雙面研磨晶圓之顧客的需求。藉由將本發明的雙面研磨矽晶圓用於例如光刻步驟，能夠減少真空銷式吸盤的銷與晶圓之間的摩擦。 [發明的功效]
如以上所述，若是本發明的雙面研磨方法，則能夠獲得一種背面經粗糙化的雙面研磨晶圓。
又，本發明的雙面研磨矽晶圓能夠滿足期望背面經粗糙化的雙面研磨晶圓之顧客的需求。
如上所述，尋求開發一種雙面研磨方法及雙面研磨矽晶圓，該雙面研磨方法能夠獲得背面經粗糙化的雙面研磨晶圓，該雙面研磨矽晶圓的背部經粗糙化。
本發明人反覆專心研究上述問題，結果發現對於晶圓實行研磨，該研磨使用根據(以動態散射法所測得的以體積為基準計的平均粒徑)/(使用掃描式電子顯微鏡所測得的以個數為基準計的平均實際粒徑)求得的締合度小於1.0的磨粒的漿料，繼而，使用含有水溶性聚合物之漿料來對於晶圓實施15秒以下的精研磨，藉此，能夠獲得一種背面經粗糙化的雙面研磨晶圓，從而完成本發明。
亦即，本發明是一種雙面研磨方法，其特徵在於， 對於晶圓實行第一研磨，該第一研磨使用根據(以動態散射法所測得的以體積為基準計的平均粒徑)/(使用掃描式電子顯微鏡所測得的以個數為基準計的平均實際粒徑)求得的締合度小於1.0的磨粒的漿料； 前述第一研磨後，使用含有水溶性聚合物之漿料來對於前述晶圓實行15秒以下的第二研磨。
又，本發明是一種雙面研磨矽晶圓，其特徵在於，背面每2μm 2的AFM粗糙度Ra為0.3nm以上。
以下，詳細說明本發明，但是本發明不限定於這些說明。
(雙面研磨方法) 本發明的雙面研磨方法對於晶圓依序實行第一研磨和第二研磨(精研磨)。以下，分別說明第一研磨和第二研磨。
再者，本發明的雙面研磨方法中的研磨對象的晶圓並無特別限定，例如能夠設為矽晶圓。 又，本發明的雙面研磨方法中使用的雙面研磨裝置並無特別限定。
[第一研磨] 在第一研磨中，使用根據(以動態散射法所測得的以體積為基準計的平均粒徑)/(使用掃描式電子顯微鏡所測得的以個數為基準計的平均實際粒徑)求得的締合度小於1.0的磨粒的漿料。
上述締合度可粗略地說是表示磨粒的縱/橫比的指標。又，除了掃描式電子顯微鏡以外，還能夠藉由使用動態散射法來測定研磨過程中實際使用的溶液狀態的磨粒的濃度時的締合度。
根據動態散射法所獲得的磨粒的粒徑分佈，是由散射強度所求得的以體積為基準計的粒徑分佈。以動態散射法所測得的以體積為基準計的平均粒徑，是根據以這樣的方式獲得的粒徑分佈所獲得的以體積為基準計的平均粒徑(眾數粒徑：亦能夠稱為磨粒徑)。
使用掃描式電子顯微鏡所獲得的磨粒的粒徑分佈是以個數為基準計的粒徑分佈，是僅以磨粒的初次粒子計的粒徑分佈。使用掃描式電子顯微鏡所測得的以個數為基準計的平均實際粒徑，是根據以這樣的方式獲得的粒徑分佈所獲得的以個數為基準計的平均粒徑(眾數粒徑)。
藉由使用根據(以動態散射法所測得的以體積為基準計的平均粒徑)/(使用掃描式電子顯微鏡所測得的以個數為基準計的平均實際粒徑)求得的締合度小於1.0的磨粒的漿料來實行第一研磨，雖然詳細的理由不明，但是能夠達成晶圓背面的粗糙化、例如每2μm 2為0.3nm以上的晶圓背面的AFM粗糙度Ra。
另一方面，如果上述締合度為1.0以上，則每2μm 2的晶圓背面的AFM粗糙度Ra僅為0.2nm以下。
上述締合度較佳是0.97以下。又，上述締合度的下限並無特別限定，上述締合度例如能夠設為0.9以上。
能夠藉由例如以下方式調整磨粒的締合度：製備漿料時，在對磨粒加入鹼性化合物(例如KOH)而得的水溶液中加入界面活性劑，並調整界面活性劑的添加量。
磨粒的材料並無特別限定，例如能夠使用二氧化矽(水玻璃、膠體二氧化矽)、SiC等作為磨粒。
第一研磨中使用的漿料能夠包含磨粒的分散介質。分散介質並無特別限定，例如能夠使用水作為分散介質。
第一研磨中使用的漿料的pH值並無特別限定，例如能夠設為10以上且12以下。
第一研磨中使用的漿料可進一步包含鹼性化合物。鹼性化合物並無特別限定，例如能夠使用氫氧化鉀或氫氧化四甲基銨(TMAH)。
第一研磨中使用的漿料亦可進一步包含界面活性劑。
第一研磨中使用的研磨布並無特別限定，例如能夠使用蕭氏A硬度70以上的發泡聚胺酯系的研磨布或不織布系的研磨布。研磨布的蕭氏A硬度的上限並無特別限定，例如能夠使用蕭氏A硬度90以下的研磨布。
第一研磨之後，可在以下說明的第二研磨前，對於雙面研磨後的晶圓實行SC-1清洗。
[第二研磨(精研磨)] 為了保護表面、背面的目的，對於提供用於第一研磨的晶圓，使用含有水溶性聚合物之漿料來實行15秒以下的第二研磨(精研磨)。
藉由實行15秒以下的第二研磨，能夠將背面的AFM粗糙度Ra維持在每2μm 2為0.3nm以上，並且能夠達成保護表面、背面。
又，藉由將第二研磨時間設為5秒以上且15秒以下，能夠維持背面的高粗糙度，並且能夠更確實地達成保護表面、背面。
另一方面，在超過15秒的第二研磨中，藉由第一研磨所獲得的粗糙化面會被修正，從而AFM粗糙度Ra小於每2μm 2為0.3nm。
第二研磨中使用的漿料所含有的水溶性聚合物並無特別限定，可列舉例如：羥基纖維素(HEC)、聚乙烯醇(PVA)。
第二研磨中使用的漿料可包含磨粒，亦可不包含磨粒。
第二研磨中使用的研磨布並無特別限定，能夠使用精研磨中一般使用的研磨布。
第二研磨後，能夠獲得雙面研磨晶圓。此雙面研磨晶圓進行了雙面研磨，並且背面充分粗糙化，具體而言，能夠顯示每2μm 2為0.3nm以上的AFM粗糙度Ra。進一步，在雙面研磨晶圓的表面、背面上形成有保護膜。
再者，根據本發明的雙面研磨方法，雙面研磨晶圓的與背面相對的相反側的表面亦被粗糙化。為了達成希望的表面粗糙度，可對於此表面實行單面研磨等。
(雙面研磨矽晶圓) 第1圖是示出本發明的雙面研磨矽晶圓的一例的概略剖面圖。
雙面研磨矽晶圓1具有表面2、及其相反側的背面3。雙面研磨矽晶圓1的背面3每2μm 2的AFM粗糙度Ra為0.3nm以上。雙面研磨矽晶圓1的背面3每2μm 2的AFM粗糙度Ra的上限並無特別限定，例如能夠設為0.8nm以下。
本發明的雙面研磨矽晶圓1能夠根據例如本發明的雙面研磨方法來獲得。
根據本發明的雙面研磨方法所獲得的雙面研磨矽晶圓1的表面2每2μm 2的AFM粗糙度Ra，可與背面3同樣地為0.3nm以上。如先前所述，為了達成希望的表面粗糙度，之後可對於表面2實行單面研磨等。
這樣的雙面研磨矽晶圓1雖然進行了雙面研磨，但是仍具有經充分粗糙化的背面3，因而能夠滿足期望背面經粗糙化的雙面研磨晶圓之顧客的需求。藉由將本發明的雙面研磨矽晶圓1用於例如光刻步驟，能夠減少真空銷式吸盤的銷與晶圓之間的摩擦。
雙面研磨矽晶圓1的背面的AFM粗糙度Ra能夠藉由原子力顯微鏡解析來求得。 [實施例]
以下，使用實施例及比較例來具體說明本發明，但是本發明不限定於這些例子。
(比較例1～3、及實施例1) 在比較例1～3及實施例1中，按照以下順序分別製備漿料A～D。
在比較例1中，在對膠體二氧化矽加入KOH而得的水溶液中，以相對於膠體二氧化矽的質量100質量份為5ppm質量份的量加入作為界面活性劑的聚氧烷二醇系(EO/PO系)界面活性劑，而製備pH值為10.5的漿料A。
在比較例2中，除了以相對於膠體二氧化矽的質量100質量份為10ppm質量份的量的與比較例1相同的界面活性劑以外，按照與比較例1相同的順序來製備pH值為10.5的漿料B。
在比較例3中，除了以相對於膠體二氧化矽的質量100質量份為30ppm質量份的量的與比較例1相同的界面活性劑以外，按照與比較例1相同的順序來製備pH值為10.5的漿料C。
在實施例1中，除了以相對於膠體二氧化矽的質量100質量份為50ppm質量份的量的與比較例1相同的界面活性劑以外，按照與比較例1相同的順序來製備pH值為10.5的漿料D。
以下表1中示出漿料A～D的磨粒的以體積為基準計的平均粒徑、以個數為基準計的平均實際粒徑、及根據(以體積為基準計的平均粒徑)/(以個數為基準計的平均實際粒徑)求得的締合度。以體積為基準計的平均粒徑是使用貝克曼庫爾特公司製造的Delsa-nano(商品名)，以動態散射法來進行測定。以個數為基準計的平均實際粒徑是使用JEOL公司製造的掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)實行觀察，來進行測定。
[表1]
Figure 02_image001
實驗條件 作為雙面研磨裝置，使用四向方式的雙面研磨裝置即不二越機械製DSP-20B。作為研磨布，採用蕭氏A硬度90的發泡聚胺酯墊。
作為研磨對象，準備直徑為300mm的單晶矽晶圓。
在比較例1～3、及實施例1中，對於單晶矽晶圓，分別使用上述漿料A～D來實行第一研磨。
對於第一研磨後的各晶圓，在NH 4OH：H 2O 2：H 2O＝1：1：15的條件下實行SC-1清洗。
使用ParkSYSTEMS公司製造的AFM　Park(商品名)，以2μm 2測定SC-1清洗後的各雙面研磨矽晶圓的背面的AFM粗糙度Ra。將其結果示於第2圖。
測定結果 比第2圖的虛線更上方的部分是AFM粗糙度Ra為0.3nm以上的區域。 如第2圖所示，在使用了磨粒的締合度為1.0以上的漿料A～C之比較例1～3中，晶圓背面的AFM粗糙度Ra每2μm 2僅為0.2nm以下，無法達成0.3nm以上的背面的粗糙化。
另一方面，在使用了磨粒的締合度小於1的漿料D之實施例1中，晶圓背面的AFM粗糙度Ra每2μm 2為0.3nm以上，能夠達成背面的粗糙化。
繼而，準備複數片雙面研磨矽晶圓，該等雙面研磨矽晶圓是使用漿料D，在與上述相同的條件下實行第一研磨和SC-1清洗而得。
對於這些雙面研磨矽晶圓，以10秒、15秒及20秒的不同時間實行第二研磨(精研磨)。
在第二研磨中，使用了下述漿料：包含作為磨粒的二氧化矽，含有作為水溶性聚合物的HEC(羥基纖維素)，進一步pH值為10之漿料。
使用ParkSYSTEMS公司製造的AFM　Park(商品名)，以2μm 2測定第二研磨後的各雙面研磨矽晶圓的背面的AFM粗糙度Ra。將其結果示於第3圖。
如第3圖所示，若是15秒以下的精研磨(第二研磨)，則背面每2μm 2的AFM粗糙度Ra為0.3nm以上，能夠達成充分的粗糙化，並且能夠形成保護膜。另一方面，可知如果實行超過15秒的第二研磨，則粗糙化面被修正，每2μm 2的AFM粗糙度Ra小於0.3nm。
進一步，可知若實行5秒以上的精研磨，則能夠更充分地形成保護膜。因此，精研磨(第二研磨)的更適當的時間為5秒以上且15秒以下。
再者，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示，任何具有實質上與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想相同的構成且發揮相同功效者，皆包含在本發明的技術範圍內。
1:雙面研磨矽晶圓 2:表面 3:背面
第1圖是示出本發明的雙面研磨矽晶圓的一例的概略剖面圖。 第2圖是示出實施例及比較例中的第一研磨後的晶圓的AFM粗糙度Ra的圖表。 第3圖是示出第二研磨時間與AFM粗糙度Ra的關係的圖表。
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Claims (3)

  1. 一種雙面研磨方法，其特徵在於， 對於晶圓實行第一研磨，該第一研磨使用根據(以動態散射法所測得的以體積為基準計的平均粒徑)/(使用掃描式電子顯微鏡所測得的以個數為基準計的平均實際粒徑)求得的締合度小於1.0的磨粒的漿料； 前述第一研磨後，使用含有水溶性聚合物之漿料來對於前述晶圓實行15秒以下的第二研磨。
  2. 如請求項1所述之雙面研磨方法，其中，使用蕭氏A硬度為70以上的發泡聚胺酯系的研磨布或不織布系的研磨布來實行前述第一研磨。
  3. 一種雙面研磨矽晶圓，其特徵在於，背面每2μm 2的AFM粗糙度Ra為0.3nm以上。
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