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TW202330174A - 雙面研磨裝置、半導體矽晶圓的雙面研磨方法、雙面研磨矽晶圓及其製造方法 - Google Patents

雙面研磨裝置、半導體矽晶圓的雙面研磨方法、雙面研磨矽晶圓及其製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明的雙面研磨裝置，具備：上下平台，其個別地貼附有研磨布；漿液供給機構，其將漿液供給到該上下平台之間；及，雙面研磨裝置用載具，其配設在前述上下平台之間，且形成有保持孔，以保持當研磨時被夾在前述上下平台之間的半導體矽晶圓；其中，前述雙面研磨裝置用載具，是對於與前述研磨布接觸的表面和背面的純水的接觸角為50∘以上的金屬製載具；前述研磨布，其對於純水的接觸角為100∘以上且壓縮率為5.0%以上。藉此，提供一種表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓、及可製造這種雙面研磨矽晶圓之雙面研磨裝置。

Description

雙面研磨裝置、半導體矽晶圓的雙面研磨方法、雙面研磨矽晶圓及其製造方法
本發明關於一種雙面研磨裝置、半導體矽晶圓的雙面研磨方法、雙面研磨矽晶圓的製造方法及半導體矽晶圓。
當對半導體矽晶圓(以下，也簡稱為「矽晶圓」或「晶圓」)的雙面以拋光處理(polishing)等來進行同時研磨時，藉由雙面研磨裝置用載具(以下，也簡稱為「載具」)來保持晶圓。雙面研磨裝置用載具，形成為比晶圓更薄的厚度，且具備用以保持晶圓之保持孔。將晶圓插入此保持孔來加以保持，並將此載具配設在雙面研磨裝置的上平台與下平台之間的規定位置。在此上平台和下平台貼附研磨布並夾入晶圓的上下表面，且一邊將研磨劑(漿液)供給到上下平台之間一邊實行雙面研磨(專利文獻1)。
[先前技術文獻] (專利文獻) 專利文獻1：日本特開2015-123553號公報 專利文獻2：日本特開2015-009315號公報 專利文獻3：國際公開第2018／105306號 專利文獻4：日本特開2006-045757號公報
[發明所欲解決的問題] 現在一般實行的雙面研磨中，為了確保研磨去除率和晶圓裕度而犧牲晶圓的表面的品質，所以不易製作高品質表面的晶圓。為了解決這種問題，對研磨構件和研磨條件的調整等實行了各種嘗試。至今的報告，是針對藉由在雙面研磨步驟中的研磨構件的濕潤性的調整來抑制研磨去除率的上升和構件的磨耗等的各種效果(專利文獻2,3等)。其中，也有報告，如專利文獻4的記載是將研磨布表面的接觸角設為60∘以上且未滿130∘，以減輕研磨時的刮痕(scratch)。
晶圓的雙面研磨中，不僅要求一直以來作為先前問題之高精度的平坦化，近年來為了改善半導體裝置的良率等，也要求高品質表面。作為表面品質的評價標準，舉例有表面缺陷和霧度(haze)。表面缺陷主要是因為研磨中的磨粒等造成的瑕疵所產生的加工變質層；霧度是指晶圓表面的模糊程度。為了提升這些的品質，重要的是有效的構件和條件的選擇，使得最適用的構件和條件的選擇成為問題。
本發明用以解決上述問題而完成，目的在於提供一種表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓、及可獲得這種雙面研磨矽晶圓之雙面研磨裝置。
[解決問題的技術手段] 本發明為了達成上述目的而完成，其提供一種雙面研磨裝置，具備：上下平台，其個別地貼附有研磨布；漿液供給機構，其將漿液供給到該上下平台之間；及，雙面研磨裝置用載具，其配設在前述上下平台之間，且形成有保持孔，以保持當研磨時被夾在前述上下平台之間的半導體矽晶圓；其中，前述雙面研磨裝置用載具，是對於與前述研磨布接觸的表面和背面的純水的接觸角為50∘以上的金屬製載具；前述研磨布，其對於純水的接觸角為100∘以上且壓縮率為5.0%以上。
依據這種雙面研磨裝置，能夠獲得表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓。
此時，前述研磨布，能夠設為蕭氏硬度A為70以上的發泡氨酯系或不織布系的研磨布。
藉此能夠獲得穩定且具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓。
此時，能夠設為一種半導體矽晶圓的雙面研磨方法，將雙面研磨裝置用載具，配設在個別地貼附有研磨布之上下平台之間；將前述半導體矽晶圓，保持在形成於該雙面研磨裝置用載具的保持孔，且一邊將漿液供給到前述上下平台之間一邊實行雙面研磨；其中，該雙面研磨方法使用上述雙面研磨裝置。
依據這種半導體矽晶圓的雙面研磨方法，能夠獲得表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓。
此時，能夠設為一種雙面研磨矽晶圓的製造方法，藉由上述半導體矽晶圓的雙面研磨方法來製造雙面研磨矽晶圓。
藉此，能夠製造表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓。
本發明，又提供一種雙面研磨矽晶圓，以直徑300mm的晶圓加以換算，藉由光散射式粒子計數器來檢測的90nm以上的表面缺陷為10個以下且霧度為1.0ppm以下。
這種雙面研磨矽晶圓，其表面缺陷少且霧度水準低而具有高品質表面，並有益於改善半導體裝置的良率等。
[發明的效果] 如以上，依據本發明的雙面研磨裝置，能夠獲得表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓。依據本發明的半導體矽晶圓的雙面研磨方法，能夠獲得表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓。又，本發明的雙面研磨矽晶圓，其表面缺陷少且霧度水準低而具有高品質表面，並有益於改善半導體裝置的良率等。
以下，詳細說明本發明，但本發明不限定於這些實施方式。
如上述，謀求一種表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓、及可製造這種雙面研磨矽晶圓之雙面研磨裝置。
本發明人針對上述問題重複進行有創意的檢討，發現一種雙面研磨裝置，具備：上下平台，其個別地貼附有研磨布；漿液供給機構，其將漿液供給到該上下平台之間；及，雙面研磨裝置用載具，其配設在前述上下平台之間，且形成有保持孔，以保持當研磨時被夾在前述上下平台之間的半導體矽晶圓；其中，前述雙面研磨裝置用載具，是對於與前述研磨布接觸的表面和背面的純水的接觸角為50∘以上的金屬製載具；前述研磨布，其對於純水的接觸角為100∘以上且壓縮率為5.0%以上；藉由此雙面研磨裝置，可獲得表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓，從而完成本發明。
本發明人，發現一種雙面研磨矽晶圓，以直徑300mm的晶圓加以換算，藉由光散射式粒子計數器來檢測的90nm以上的表面缺陷為10個以下且霧度為1.0ppm以下；藉此有益於改善半導體裝置的良率等，從而完成本發明。
以下，參照圖式進行說明。
[雙面研磨裝置] 首先，說明關於本發明的雙面研磨裝置。第1圖是關於本發明的雙面研磨裝置的一例的縱剖面圖；第2圖是俯視時的雙面研磨裝置的內部構造圖。如第1圖和第2圖所示，關於本發明的雙面研磨裝置2，具備被設置為上下相對向的下平台3和上平台4，並且在各平台3,4的對向面側，個別地貼附有研磨布5。又，在上平台4的上部設置有漿液供給機構6(噴嘴7及上平台4的貫穿孔8)，以將漿液供給到上平台4與下平台3之間。作為漿液，例如能夠使用含有膠態氧化矽之無機鹼性水溶液。
第1圖和第2圖所示的態樣中是一種4way式的雙面研磨裝置，其在上平台4與下平台3之間的中心部，設置有太陽齒輪9；在周緣部，設置有內齒輪10。另外，關於本發明的雙面研磨裝置中，不限定於這種行星齒輪方式的研磨裝置，也可以是搖動方式的研磨裝置。
半導體矽晶圓W被保持於雙面研磨裝置用載具1的保持孔11，且被夾在上平台4與下平台3之間。此雙面研磨裝置用載具1為金屬製，且對於與研磨布5接觸的表面和背面的純水的接觸角(以下，也簡稱為「接觸角」)為50∘以上。當接觸角未滿50∘時，表面缺陷數變多。另外，接觸角的上限沒有特別限定，接觸角越大，亦即撥水性越高則較佳，但是例如能夠設為80∘以下。又，載具為金屬製即可，作為金屬的例子，舉例有SUS、鈦等。使用金屬製載具，藉此能夠提高研磨去除率。另外，載具的表面和背面的接觸角，能夠依照金屬母材的改變來調整。較佳的接觸角為60±5∘。
作為使用的研磨布5，其對於純水的接觸角為100∘以上且壓縮率為5.0%以上。當接觸角未滿100∘時，不能夠期待霧度水準的充分降低。又，當壓縮率未滿5.0%時，表面缺陷數變多。
研磨布的接觸角的上限沒有特別限定，接觸角越大，亦即撥水性越高則較佳，但是例如能夠設為150∘以下。研磨布的接觸角，能夠藉由研磨布製作時的添加材料等來調整。更佳的接觸角為120±10∘。
又，研磨布的壓縮率的上限沒有特別限定，壓縮率越大則較佳，但是例如能夠設為15%以下。研磨布的壓縮率，能夠藉由研磨布製作時的添加劑等來調整。更佳的壓縮率為5.0%以上且10.0%以下。另外，研磨布的壓縮率是由JIS L 1096來規定。
又，作為研磨布5，例如能夠使用發泡氨酯系或不織布系的研磨布，較佳為蕭氏硬度A為70以上的研磨布。因為其能夠獲得穩定的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓。蕭氏硬度A的上限沒有特別限定，但是例如能夠使用90以下的研磨布。
另外，載具和研磨布的接觸角測定，例如能夠使用協和界面科學公司的PCA-11。測定，例如能夠對評價表面滴下2.0μL的純水的液滴，且自畫面解析來求得接觸角。其中，接觸角測定方法，不限定於此而能夠適當地決定。
再者，如第1圖和第2圖所示，在太陽齒輪9和內齒輪10的各齒部咬合有載具1的外周齒，且伴隨著由未圖示的驅動源產生的上平台4和下平台3的旋轉，使得載具1一邊自轉一邊在太陽齒輪9的周圍公轉。此時，以載具1的保持孔11來保持半導體矽晶圓W，且由上下的研磨布5來進行雙面的同時研磨。另外，當研磨時，自噴嘴7通過貫穿孔8來供給漿液。
這種雙面研磨裝置，可獲得表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓
[雙面研磨方法及雙面研磨矽晶圓的製造方法] 關於本發明的半導體矽晶圓的雙面研磨方法，是使用上述關於本發明的雙面研磨裝置來實行的方法。亦即，使用關於本發明的雙面研磨裝置，其在個別地貼附有研磨布之上下平台之間配設雙面研磨裝置用載具，將半導體矽晶圓保持在形成於該雙面研磨裝置用載具的保持孔，且一邊將漿液供給到上下平台之間一邊實行雙面研磨。
具體來說，例如第1圖和第2圖所示，將可保持半導體矽晶圓W之載具1插入雙面研磨裝置2的上下平台3,4之間。接著，將半導體矽晶圓W保持在載具1的保持孔11內。再者，一邊由漿液供給機構6來將漿液供給到研磨面，一邊使上下平台3,4旋轉並且使載具1自轉和公轉。這樣將半導體矽晶圓W的雙面滑動接觸於研磨布5，藉此能夠進行半導體矽晶圓W的雙面研磨。
若使用關於本發明的半導體矽晶圓的雙面研磨方法，則可製造表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓。
[雙面研磨矽晶圓] 如上述，使用關於本發明的雙面研磨裝置來實行的半導體矽晶圓的雙面研磨方法，藉此能夠獲得具有高品質表面之雙面研磨矽晶圓。具體來說，是以直徑300mm的晶圓加以換算，藉由光散射式粒子計數器來檢測的90nm以上的表面缺陷為10個以下且霧度為1.0ppm以下的雙面研磨矽晶圓。這種雙面研磨矽晶圓，其表面缺陷少且霧度水準低的具有高品質表面，且有益於改善半導體裝置的良率等。另外，矽晶圓的直徑、導電形式、主要表面的表面方向等沒有特別限定。
[實施例] 以下，列舉實施例來具體說明本發明，但是本發明不限定於這些實施例。
(共通實驗條件) 作為雙面研磨裝置，使用一種4way式的雙面研磨裝置之不二越機械公司製造的DSP-20B。在研磨布採用蕭氏硬度A為78的發泡氨酯墊；漿液是使用含有氧化矽磨粒、平均粒徑為35nm、磨粒濃度為1.0wt%、pH10.5、KOH基礎的漿液。雙面研磨加工對象，設為主要表面是(100)、直徑300mm的P型矽晶圓，且實行了合計5片的雙面研磨處理加工。對於加工後的晶圓，以NH 4OH：H 2O 2：H 2O=1：1：15的條件來實行了SC-1洗淨。
以協和界面科學公司製造的攜帶式接觸角量測儀來測定載具和研磨布的接觸角。以KLA公司製造的雷射散射式粒子計數器SP5來測定表面缺陷和霧度之雙面研磨矽晶圓的表面品質。測定條件，參照在DW-2通道測定的霧度。
(比較例1,2) 首先，如下述般僅改變研磨布的壓縮率，將研磨布的壓縮率以外設為相同條件。 比較例1：研磨布的壓縮率設為2.0% 比較例2：研磨布的壓縮率設為9.0% 對研磨布的壓縮率以外的對表面品質造成影響的載具和漿液等的構件和研磨條件加以統一，以調查僅由研磨布的壓縮率的不同對雙面研磨矽晶圓的表面品質的影響。另外，使用的載具、研磨角的接觸角條件，設為載具是30∘、研磨布是50∘。
第3圖示出比較表面缺陷數的結果。第4圖示出比較霧度水準的結果。如第3圖和第4圖所示，可知由比較例2的壓縮率為9.0%的研磨布來研磨的晶圓的一方的表面缺陷和霧度都低，相較於比較例1的壓縮率低的研磨布為更加適用。
(實施例1) 準備SUS製的金屬母材且表面和背面的接觸角為50∘(撥水)的載具來作為載具，準備接觸角為100∘(撥水)且壓縮率為5.0%以上的研磨布來作為研磨布，並且實行矽晶圓的雙面研磨且調查表面品質。其結果，表面缺陷數，最大為16個，平均為9.8個。又，霧度水準，最大為0.88ppm，平均為0.71ppm。成為表面缺陷、霧度都低的良好結果。
(比較例3～5、實施例2) 基於上述比較例1,2的結果，在實施例2和比較例3～5中，使用壓縮率為9.0%的研磨布。針對載具和研磨布的接觸角，準備載具的接觸角未滿50∘(親水)的載具及50∘以上(撥水)的載具；準備研磨布的接觸角未滿100∘(親水)的研磨布及100∘以上(撥水)的研磨布。第5圖表示，準備的2種類的載具的接觸角的測定結果；第6圖表示，準備的2種類的研磨布的接觸角的測定結果。
將準備的上述載具和研磨布加以組合如以下，以實行矽晶圓的雙面研磨且調查表面品質。 比較例3：載具的接觸角未滿50∘(親水)+研磨布的接觸角未滿100∘(親水) 比較例4：載具的接觸角未滿50∘(親水)+研磨布的接觸角為100∘以上(撥水) 比較例5：載具的接觸角為50∘以上(撥水)+研磨布的接觸角未滿100∘(親水) 實施例2：載具的接觸角為50∘以上(撥水)+研磨布的接觸角為100∘以上(撥水)
第7圖示出比較表面缺陷數的結果。第8圖示出比較霧度水準的結果。如第7圖和第8圖所示，可知實施例2的晶圓的表面品質最高。針對表面缺陷數，實施例2的晶圓，即便是最大值也未滿10個(平均值為4.8個)，且偏差少。又，也針對霧度水準，實施例2的晶圓，即便是最大值也未滿1.0ppm(平均值為0.64ppm)，是低水準。
實施例1,2的研磨條件，載具和研磨布的任一方都設為撥水性高的條件，所以在雙面研磨晶圓的表面品質的提升，能夠確定為撥水系的構件(載具的接觸角為50∘以上，研磨布的接觸角為100∘以上)、及具有高壓縮率的研磨布是最適用的。
另外，本發明不限定於上述實施形態。上述實施形態是例示，而任何與本發明的申請專利範圍計載的技術思想具有實質上相同的構成且發揮相樣的作用效果的實施形態，都包含在本發明的技術範圍中。
1:載具(雙面研磨裝置用載具) 2:雙面研磨裝置 3:下平台 4:上平台 5:研磨布 6:漿液供給機構 7:噴嘴 8:貫穿孔 9:太陽齒輪 10:內齒輪 11:保持孔 W:矽晶圓(半導體矽晶圓)
第1圖是表示關於本發明的雙面研磨裝置的一例的縱剖面圖。 第2圖是表示俯視時的雙面研磨裝置的一例的內部構造圖。 第3圖是表示針對比較例1,2來比較表面缺陷數的結果。 第4圖是表示針對比較例1,2來比較霧度水準的結果。 第5圖是在實施例2及比較例3～5中使用的載具的接觸角的測定結果。 第6圖是在實施例2及比較例3～5中使用的研磨布的接觸角的測定結果。 第7圖是表示針對實施例1,2及比較例3～5來比較表面缺陷數的結果。 第8圖是表示針對實施例1,2及比較例3～5來比較霧度水準的結果。
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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
1:載具(雙面研磨裝置用載具)
2:雙面研磨裝置
3:下平台
4:上平台
5:研磨布
6:漿液供給機構
7:噴嘴
8:貫穿孔
9:太陽齒輪
10:內齒輪
W:矽晶圓(半導體矽晶圓)

Claims (5)

  1. 一種雙面研磨裝置，具備： 上下平台，其個別地貼附有研磨布； 漿液供給機構，其將漿液供給到該上下平台之間；及， 雙面研磨裝置用載具，其配設在前述上下平台之間，且形成有保持孔，以保持當研磨時被夾在前述上下平台之間的半導體矽晶圓； 該雙面研磨裝置的特徵在於，前述雙面研磨裝置用載具，是對於與前述研磨布接觸的表面和背面的純水的接觸角為50∘以上的金屬製載具； 前述研磨布，其對於純水的接觸角為100∘以上且壓縮率為5.0%以上。
  2. 如請求項1所述之雙面研磨裝置，其中，前述研磨布，是蕭氏硬度A為70以上的發泡氨酯系或不織布系的研磨布。
  3. 一種半導體矽晶圓的雙面研磨方法，將雙面研磨裝置用載具，配設在個別地貼附有研磨布之上下平台之間；將前述半導體矽晶圓，保持在形成於該雙面研磨裝置用載具的保持孔，且一邊將漿液供給到前述上下平台之間一邊實行雙面研磨； 該雙面研磨方法的特徵在於，具備請求項1或2所述之雙面研磨裝置。
  4. 一種雙面研磨矽晶圓的製造方法，其特徵在於，藉由請求項3所述之雙面研磨矽晶圓的製造方法來製造雙面研磨矽晶圓。
  5. 一種雙面研磨矽晶圓，其特徵在於，以直徑300mm的晶圓加以換算，藉由光散射式粒子計數器來檢測的90nm以上的表面缺陷為10個以下且霧度為1.0ppm以下。
TW111143961A 2021-12-21 2022-11-17 雙面研磨裝置、半導體矽晶圓的雙面研磨方法、雙面研磨矽晶圓及其製造方法 TW202330174A (zh)

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