TWI749749B

TWI749749B - 晶圓的研磨方法及矽晶圓

Info

Publication number: TWI749749B
Application number: TW109130195A
Authority: TW
Inventors: 小佐佐和明; 杉森勝久; 西岡一樹; 森田剛史
Original assignee: 日商Ｓｕｍｃｏ股份有限公司
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2021-12-11
Also published as: TWI774632B; KR102686298B1; US20220415666A1; DE112020005667B4; WO2021100393A1; JP2021082696A; DE112020005667T5; TW202120757A; JP7306234B2; KR20220082036A; CN114667594A; TW202217092A

Abstract

提供可改善晶圓表面的2平方毫米或具有與此同等小面積的位區內的納米形貌(Nanotopography)特性之晶圓的研磨方法及利用上述研磨方法研磨的矽晶圓。利用2段以上研磨率不同的研磨步驟化學機械研磨晶圓表面的方法，在去除量0.3μm(微米)以上的研磨步驟中使用的研磨墊150的面內厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下。

Description

晶圓的研磨方法及矽晶圓

本發明，係關於晶圓的研磨方法，特別有關於表面上形成奈米形貌(Nanotopography)的矽晶圓研磨方法。又，本發明係關於利用如此的研磨方法研磨的矽晶圓。

作為半導體元件的基板材料，廣泛使用矽晶圓。矽晶圓，透過對單晶矽錠依序進行外周研削、切割、磨光、蝕刻、兩面研磨、單面研磨、洗淨等步驟製造。其中，單面研磨，係除去晶圓表面的凹凸、起伏，用於提高平坦度所需的步驟，實行CMP(Chemical Mechanical Polishing：化學機械研磨)的鏡面加工。

通常，矽晶圓的單面研磨步驟中使用枚葉式晶圓研磨裝置(CMP裝置)。此晶圓研磨裝置，包括黏貼研磨墊的旋轉平台以及一邊按壓研磨墊上的晶圓一邊支撐的研磨墊，流過研磨劑的同時，透過分別旋轉旋轉平台及研磨墊，研磨晶圓的單面。

近年來，矽晶圓中，稱作「奈米形貌」的表面微細凹凸成為問題。此奈米形貌，係波長比「BOW(彎曲)」、「Warp(翹曲)」更短，波長比「表面粗糙度」更長的晶圓表面周期性起伏成分，波長0.2〜20mm、振幅(峰谷值)數十nm(毫微米)位準。奈米形貌超過適當位準時，元件製程中的STI(Shallow Trench Isolation：淺槽隔離)的良率惡化。臨界值電壓V_T 等的元件特性不穩定變大。

關於奈米形貌，例如專利文獻1中記載，能補償奈米形貌效應的化學機械研磨用研磨劑組成物以及利用此組成物的半導體元件表面平坦化方法。 [先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2004/100243號小冊子

[發明所欲解決的課題]

隨著近年來的元件製程細微化，因為相鄰元件的間隔變得非常狹小起來，例如伴隨CMP加工時去除量變動的元件高度尺寸變動等，奈米形貌對元件尺寸精度的影響變得越來越大。因此，今後必須收納奈米形貌至更嚴的規格內，尤其要求改善2平方毫米(2mm×2mm)的非常小的區域內的納奈米形貌特性。

因此，本發明的目的在於提供可改善晶圓表面的2平方毫米或具有與此同等小面積的位區內的納米形貌(Nanotopography)特性之晶圓的研磨方法及利用上述研磨方法研磨的矽晶圓。 [用以解決課題的手段]

本案發明者們，反覆專心研究關於納米形貌出現的機構的結果，去除量0.5μm前後的單面研磨步驟中出現的研磨不均使2平方毫米的納米形貌發生，研磨不均的原因，很清楚是研磨墊的厚度不均。目前為止，研磨墊的面內厚度不均，被認為為了留住研磨劑在研磨墊與晶圓的被加工面之間促進研磨效率，多少是需要的。但是，考慮2平方毫米的非常小的區域內的起伏成分的情況下，發現必須充分縮小研磨墊的面內厚度不均。又，不是習知的2平方毫米的位區內的納米形貌評估中使用的99.95%臨界值或99.5%臨界值，而是使用以前未使用的2平方毫米的納米形貌的50%臨界值，發現有降低元件特性不穩定的效果。

本發明係根據這樣的技術見解，本發明的晶圓的研磨方法，係利用2段以上研磨率不同的研磨步驟化學機械研磨晶圓表面的方法，其特徵在於在去除量0.3μm(微米)以上的研磨步驟中使用的研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下。

根據本發明，可以改善研磨墊的厚度不均引起的晶圓表面的2平方毫米的奈米形貌。尤其，透過抑制2平方毫米的奈米形貌的50%臨界值至1.0nm以下，可以降低晶圓面內的元件特性不穩定，可以製造具有均勻的元件特性的半導體晶片。

本發明中，上述2段以上的研磨步驟，包含研磨上述晶圓表面0.3μm(微米)以上的第1研磨步驟以及以低於上述第1研磨步驟的研磨率研磨上述晶圓表面的第2研磨步驟，上述第1研磨步驟中使用的研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)最好在2.0μm以下。在此情況下，上述第1研磨步驟中上述晶圓的研磨率最好在50nm/min(毫微米/分)以上。第1研磨步驟中的研磨不均雖然影響晶圓表面的奈米形貌，但透過抑制研磨墊的厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下抑制研磨不均，可以改善2平方毫米的奈米形貌。

本發明中，利用上述第1及第2研磨步驟研磨的上述晶圓表面在至少一方向的尺寸是2mm且面積2mm² 以上4mm² 以下的區域構成的位區內的納米形貌的50%臨界值最好在1.0nm以下。在此，所謂納米形貌的50%臨界值，係將晶圓面內每一位區的納米形貌值累積值前50%除外時，剩下50%的累積值最大值。上述位區的尺寸，是2平方毫米(2mm×2mm) 更好。透過設定晶圓表面的2平方毫米位區內的納米形貌的50%臨界值在1.0nm以下，可以使納米形貌特性更良好。因此，可以降低晶圓面內的元件特性不穩定，可以製造具有均勻元件特性的半導體晶圓。

本發明中，上述第1研磨步驟中上述晶圓對上述研磨墊的相對速度在0.3m/s(米/秒)以下，上述第1研磨步驟中使用的上述研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)最好在1.6μm以下。又，利用上述第1及第2研磨步驟研磨的上述晶圓從最外周往內側1mm的位置中的ROA(Roll Off Amount：下降量) 最好在20nm以下。藉此，不只可以改善研磨墊厚度不均引起的晶圓表面的2平方毫米納米形貌，還可以提高晶圓外周部的平坦度。

又，本發明的晶圓的研磨方法，更包括：研磨墊厚度評估步驟，測量晶圓的化學機械研磨中使用的研磨墊的面內厚度不均，評估上述厚度不均(標準偏差)是否在2.0μm以下；以及研磨墊厚度調整步驟，當上述研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)不在2.0μm以下時，調整上述研磨墊厚度分布，使上述厚度不均(標準偏差)成為2.0μm以下；最好使用面內厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下的上述研磨墊，研磨上述晶圓表面0.3μm以上。藉此，可以設定研磨晶圓表面0.3μm以上的研磨步驟中使用的研磨墊厚度不均(標準偏差)必定在2.0μm以下，可以確實改善矽晶圓中2平方毫米位區內的納米形貌特性。

還有，本發明的矽晶圓的特徵在於至少一方向的尺寸是2mm且面積2mm² 以上4mm² 以下的區域構成的位區內的納米形貌的50%臨界值在1.0nm以下。在此情況下，上述晶圓從最外周往內側1mm的位置中的ROA最好在20nm以下。又，上述位區的尺寸是2平方毫米更好。根據本發明，可以降低晶圓面內的元件特性不穩定，可以製造具有均勻元件特性的半導體晶片。 [發明效果]

根據本發明，可以提供晶圓的研磨方法及利用上述研磨方法研磨的矽晶圓，可改善晶圓表面的2平方毫米或具有與此同等小面積的位區內的納米形貌(Nanotopography)特性。

以下，一邊參照附加圖面，一邊詳細說明本發明的最佳實施形態。

圖1，係說明本發明實施形態的矽晶圓的研磨方法模式圖。

如圖1所示，矽晶圓的研磨方法，係使用枚葉式的單面研磨裝置100化學機械研磨矽晶圓的單面之方法。作為加工對象的矽晶圓10，係利用鋼線鋸從CZ法生長的單晶矽錠切出，施行磨光(兩面研削)及兩面研磨的晶圓。

單面研磨裝置100，具有支撐矽晶圓10的研磨頭120以及黏貼研磨墊150的旋轉平台140。又，單面研磨裝置100，包括旋轉研磨頭120的旋轉機構以及往旋轉平台140內外移動研磨頭120的移動機構。

不特別限定研磨墊150的構造，可以是不織布內浸染聚氨酯的底層上形成NAP層(聚氨酯的發泡層)的2層構造的研磨墊，或者也可以是硬質NAP層與軟質NAP層的2層構造形成的起毛型研磨墊。

單面研磨裝置100中，研磨頭120支撐矽晶圓10的同時，對旋轉平台140的上面黏貼的研磨墊150按壓矽晶圓10的被研磨面(即，旋轉平台140側的面)，透過一起旋轉研磨頭120與旋轉平台140，使旋轉研磨頭120與旋轉平台140相對運動，一邊從研磨劑供給手段160供給研磨劑170，一邊化學機械研磨矽晶圓10的被研磨面。

圖2，係說明圖1中的研磨頭120與研磨墊150的關係模式圖。

如圖2所示，研磨頭120包括蝕刻矽晶圓10的底板122，上述底板122的周緣部設置防止研磨中的矽晶圓10飛出的扣環124。矽晶圓10的單面(被研磨面)，比扣環124的下端面124A更突出的狀態下實行單面研磨，彈性體的研磨墊150透過來自研磨頭120的按壓，在矽晶圓10下方沈下。研磨墊150上供給的研磨劑170，由於旋轉平台140的旋轉產生的離心力，從旋轉平台140及研磨墊150的中心往周緣方向，沈入矽晶圓10及扣環124與研磨墊150間少許的間隙流入。

圖3，係說明使用圖1的單面研磨裝置100實行的矽晶圓的研磨方法流程圖。

如圖3所示，本實施形態的矽晶圓的研磨方法，具有：研磨墊厚度評估步驟S10，預先測量研磨墊厚度的不均；第1研磨步驟S11，使用評估後的研磨墊，研磨矽晶圓表面0.3μm以上；第2研磨步驟S12，以低於第1研磨步驟S11的研磨率再研磨第1研磨步驟S11研磨的矽晶圓表面；以及2平方毫米奈米形貌評估步驟S13，測量研磨後的矽晶圓中2平方毫米位區內的奈米形貌。

第1研磨步驟S11，係使用蝕刻率高的研磨劑，以高於第2研磨步驟S12的研磨率研磨矽晶圓之所謂的中間(semifinal)研磨步驟。第1研磨步驟S11中的研磨率(第1研磨率)在50nm/min以上，最好在100nm/min以上。

第1研磨步驟S11中使用的研磨墊面內厚度不均(標準偏差)為2.0μm以下。這樣，第1研磨步驟S11中，因為限制矽晶圓面內厚度不均(標準偏差)至2.0μm以下實施化學機械研磨，不只確保0.3μm以上的去除量，還可以抑制2平方毫米位區內的奈米形貌至1.0μm以下。

使晶圓對研磨墊的相對速度在0.3m/s以下的低速時，第1研磨步驟S11中使用的研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)最好在1.6μm以下。使研磨墊及旋轉平台低速旋轉，縮小晶圓對研磨墊的相對速度時，可以提高晶圓外周部的平坦度，但奈米形貌容易惡化。但，設定研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)在1.6μm以下時，可以設定晶圓從最外周往內側1mm的位置中的ROA在20nm以下並且2平方毫米位區內的奈米形貌在1.0nm以下。即，晶圓外周部的平坦度與奈米形貌可以並存。

第2研磨步驟S12，係最好使用蝕刻率低的研磨劑以低於第1研磨率的第2研磨率研磨矽晶圓表面之所謂的最終研磨步驟。第2研磨步驟S12中的研磨率在10nm/min以下，最好在5 nm/min以下。第2研磨步驟S12中，使用以上層NAP與下層不織布構成的起毛墊，因為研磨率低，可以使用研磨墊厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下的研磨墊。

本實施形態中，最好實施研磨墊厚度評估步驟10，開始第1研磨步驟S11前，測量第1研磨步驟S11中使用的研磨墊面內厚度分布，預先檢查上述研磨墊面內厚度不均(標準偏差)是否在2.0μm以下。厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下的研磨墊在第1研磨步驟S11中可以就這樣使用作為合格品。另一方面，厚度不均比2.0μm大的研磨墊，需要調整厚度分布為厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下。藉此，第1研磨步驟S11中必定可以使用厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下的研磨墊，可以改善研磨後的矽晶圓中2平方毫米位區內的奈米形貌特性。

本實施形態中，第1研磨步驟S11及第2研磨步驟S12結束後，最好實施2平方毫米奈米形貌評估步驟S13，評估上述矽晶圓中2平方毫米位區內的奈米形貌。於是，矽晶圓中2平方毫米位區內的奈米形貌的50%臨界值在1.0nm以下時，判定上述矽晶圓關於奈米形貌特性為合格，比1.0nm大時判定為不合格。在此，所謂奈米形貌的50%臨界值(50%Th)，係指累積機率50%的奈米形貌值，前50%的奈米形貌除外只以較小的奈米形貌作為對象時的最大值。

奈米形貌的測量中，首先作成表示晶圓表面的凹凸大小的高度圖，根據過濾從高度圖除去微級的彎曲或起伏，平坦化高度圖。其次，分割晶圓表面的過濾完成高度圖成任意尺寸(在此是2平方毫米)的位區，算出各位區的PV(峰谷)值。於是，如上述，以全位區的PV值中累積機率50%的PV值作為上述晶圓表面的奈米形貌值。

這樣，經過第1研磨步驟S11及第2研磨步驟S12後的矽晶圓奈米形貌特性成為不合格時，實施研磨墊厚度調整步驟，調整第1研磨步驟S11在上述不合格晶圓研磨中使用的研磨墊厚度後，最好實施重做不合格晶圓的研磨。或者，使用比第1研磨步驟S11使用的研磨墊厚度不均更小的新研磨墊實施重做不合格晶圓的研磨也可以。還有，實施不是不合格晶圓而是下一批次矽晶圓的第1研磨步驟S11時，使用新研磨墊也可以。在此情況下，雖然不合格晶圓的奈米形貌未改善，但下一批次中可以設定矽晶圓的2平方毫米奈米形貌(50%臨界值)在1.0nm以下。奈米形貌值在1.0nm以下的話，使用目前為止得到的研磨墊厚度分布最佳改良品的同時，與ROA≦20nm的特性可以並存。

使第1研磨步驟S11使用的研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)為2.0μm以下時，可以抑制2平方毫米位區內奈米形貌的50%臨界值在1.0μm以下，但對例如99.5%臨界值的抑制效果小。以99.5%臨界值奈米形貌位準畫分奈米形貌時，因為包含不能以CMP修正之起因於前步驟的大起伏，改變CMP條件也看不到變化。但是，50%臨界值的起伏不均的話，可以以CMP控制，可以改善奈米形貌。50%臨界值位準的位區是奈米形貌分布中央值，因為其值附近的位區多數分布，可以改善多數位區的奈米形貌。

一般，從0%到100%改變臨界值時的奈米形貌變化(臨界曲線)，根據奈米形貌的位區尺寸差異很大。即，2平方毫米位區內的奈米形貌，描繪與10平方毫米位區內的奈米形貌完全不同的臨界曲線。例如，10平方毫米中奈米形貌的99.5%臨界值可能比2平方毫米中奈米形貌的1%臨界值小，但10平方毫米中奈米形貌的99.5%臨界值變得比2平方毫米中奈米形貌的10%臨界值小的機率非常低，變得比2平方毫米的50%臨界值小的機率幾乎是零。

又，即使是同樣2平方毫米中奈米形貌，50%臨界值也比99.5%臨界值足夠小，通常在0.4倍以下。即，2平方毫米中奈米形貌的50%臨界值是1.0nm時，2平方毫米中奈米形貌的99.5%臨界值是2.5nm以上。

如以上說明，本實施形態的矽晶圓的研磨方法，因為使去除量0.3μm(微米)以上的第1研磨步驟S11中使用的研磨墊面內厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下，可以改善起因於研磨墊面內厚度不均(標準偏差)的晶圓表面上2平方毫米位區內的奈米形貌，尤其可以抑制2平方毫米位區內奈米形貌的50%臨界值在1.0nm以下。因此，可以降低晶圓面內的元件特性不穩定，可以製造具有均勻的元件特性之半導體晶片。

以上，說明關於本發明的較佳實施形態，但本發明不限定於上述實施形態，在不脫離本發明主旨的範圍內可以作種種變更，當然那些變更也包含在本發明範圍內。

例如，上述實施形態的晶圓的研磨方法，以研磨率不同的2段研磨步驟構成，但本發明中研磨步驟數不限定於2段，以3段以上的研磨步驟構成也可以。又，上述實施形態中舉出矽晶圓的研磨方法為例，但本發明可以應用於矽以外的其它晶圓的研磨方法。

又，上述實施形態中，晶圓上設定2平方毫米位區，評估各位區的奈米形貌，但本發明中位區尺寸不限定於2平方毫米，例如2mm×1mm等的尺寸也可以，或者2mmΦ的圓形區域也可以。即，位區尺寸，只要其至少一方向的尺寸是2mm且面積是2mm²以上4mm²以下的區域即可。

評估研磨墊的厚度不均(標準偏差)對奈米形貌的影響。首先，準備研磨墊的樣品#1~#5，測量這些面內厚度分布。樣品#1~#3，以聚氨酯結合的不織布底層上形成NAP層，平滑處理不織布表面使厚度不均變小，使其厚度以#1>#2>#3的順序不同。樣品#4及#5，係只以NAP層成型的研磨墊，尤其樣品#4係重疊2枚NAP的2層NAP構造，樣品#5係只用1枚NAP的單層NAP構造。

其次，測量研磨墊樣品#1~#5的厚度分布。研磨墊的厚度測量中使用購物者型厚度測量器，以2cm(公分)間隔測量80×80cm的區域內的厚度並映射。研磨墊的厚度測量中使用購物者型厚度測量器。顯示研磨墊#1~#5的厚度分布評估結果在表1。

如表1所示，研磨墊樣品#1~#5的厚度分布平均值Ave(mm)，係樣品#1>#3>#2>#4>#5。另一方面，研磨墊樣品#1~#5的厚度分布範圍R(mm)及標準偏差σ(mm)為#1>#2>#3>#4>#5的順序。

其次，使用研磨墊樣品#1~#5，分別進行直徑200mm的矽晶圓W1~W5的單面研磨加工。之後，測量矽晶圓W1~W5的2平方毫米奈米形貌。奈米形貌的測量中使用光學干擾式平坦度.奈米形貌測量裝置(KLA Tencor公司：Wafer Sight 2)。晶圓的位區尺寸為2平方毫米，分別求出各位區的奈米形貌值並映射。還有，根據奈米形貌分布分別求出99.5%臨界值與50%臨界值。顯示其結果在表2。

在此，所謂奈米形貌的99.5%臨界值，係指累積機率在99.5%的奈米形貌值。又，如上述，奈米形貌的50%臨界值，係指累積機率在50%的奈米形貌值。即，奈米形貌的99.5%臨界值，係指前0.5%非常大的奈米形貌異常值除外之後的奈米形貌最大值，奈米形貌的50%臨界值，係指前50%的奈米形貌值除外，只以較小的奈米形貌值為對象時的最大值。

[表2]

研磨墊的厚度不均[μm]	奈米形貌的99.5%臨界值[μm]	奈米形貌的50%臨界值[μm]
25	3.9	2.8
16	3.8	1.9
5.9	3.6	1.3
1.6	3.5	0.9
1.1	3.6	0.7

圖4，係顯示表2所示的研磨墊厚度分布不均(標準偏差)與2平方毫米的奈米形貌值的關係圖。

如圖4所示，奈米形貌的99.5%臨界值，與研磨墊的厚度不均(標準偏差)相關小，研磨墊的厚度分布不均(標準偏差)幾乎不影響99.5%臨界值。相對於此，50%臨界值，與研磨墊的厚度不均(標準偏差)相關大，研磨墊的厚度分布不均(標準偏差)越大，奈米形貌的50%臨界值也變得越大。即，藉由縮小研磨墊的厚度不均(標準偏差)，可以縮小2平方毫米的位區奈米形貌是很清楚的。又，根據圖4的圖表，為了設定2平方毫米的位區奈米形貌的50%臨界值在1.0nm以下，看出必須設定研磨墊的厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下。

其次，評估晶圓對研磨墊的相對速度給予奈米形貌特性的影響。

最初，測量直徑300mm、厚度780μm的矽晶圓研磨去除量從0.1μm到0.5μm每0.1μm依序增加時晶圓中2平方毫米的位區內奈米形貌(50%臨界值(50%Th))。使矽晶圓的研磨中使用的研磨墊厚度不均(標準偏差)為1.6μm。結果，如圖5所示，明白晶圓的研磨去除量越大，2平方毫米的奈米形貌特性越惡化。

其次，評估從0.2m/s到1.1m/s改變晶圓的相對速度時晶圓中2平方毫米位區內的奈米形貌(50%臨界值(50%Th))。顯示其結果在圖6。

如圖6所示，明白越高速研磨晶圓，奈米形貌變得越小，相反地，越低速研磨晶圓，奈米形貌變得越大。又，研磨墊厚度不均(標準偏差) 變得越大，奈米形貌也變得越大。

其次，評估晶圓的相對速度從0.2m/s變化到1.1m/s時晶圓外周部的ROA。ROA是晶圓外周部的平坦度指標，透過以5∘間隔往周方向畫分離晶圓中心120〜148mm的區間得到的矩形面積最小平方平面作為基準面時，定義為離晶圓中心149mm(從最外周往內側1mm)的位置的下降量。顯示其結果在圖7。

如圖7所示，明白越高速研磨晶圓，晶圓外周部的ROA越惡化。又，也可以確認研磨墊的厚度不均(標準偏差)不影響晶圓外周部的ROA。

根據以上結果，為了設定2平方毫米奈米形貌在1.0nm以下，必須設定研磨墊的厚度不均(標準偏差)在1.6μm以下，研磨墊的厚度不均(標準偏差)在1.6μm時，明白必須設定晶圓的相對速度在0.5m/s以上。又，研磨墊的厚度不均(標準偏差)在1.6μm以下的話，明白可以以晶圓的相對速度從0.2m/s到1.1m/s的廣範圍設定2平方毫米奈米形貌在1.0nm以下。另一方面，為了設定晶圓外周部的ROA在20nm以下，明白必須使晶圓的相對速度小於0.4m/s。

因此，為了使2平方毫米奈米形貌在1.0nm以下，而且，晶圓外周部的ROA在20nm以下，明白最好設定研磨墊的厚度不均(標準偏差)在1.6μm以下，晶圓的相對速度在0.3m/s以下。

10:矽晶圓 100:單面研磨裝置 120:研磨頭 122:底板 124:扣環 124A:扣環的下端面 140:旋轉平台 150:研磨墊 160:研磨劑供給手段 170:研磨劑

[圖1]係說明本發明實施形態的矽晶圓的研磨方法模式圖； [圖2]係說明圖1中的研磨頭與研磨墊的關係模式圖； [圖3]係說明使用圖1的單面研磨裝置實行的矽晶圓研磨方法流程圖； [圖4]係顯示研磨墊的厚度分布不均(標準偏差)與2平方毫米的奈米形貌值的關係圖； [圖5]係晶圓的研磨去除量與2平方毫米的位區內的奈米形貌的關係圖； [圖6]係顯示晶圓和墊的相對速度與2平方毫米的位區內的奈米形貌的關係圖；以及 [圖7]係顯示晶圓和墊的相對速度與晶圓外周部的ROA的關係圖.

10:矽晶圓

100:單面研磨裝置

120:研磨頭

140:旋轉平台

150:研磨墊

160:研磨劑供給手段

170:研磨劑

Claims

一種晶圓的研磨方法，係利用2段以上研磨率不同的研磨步驟化學機械研磨晶圓表面的方法，其特徵在於：去除量0.3μm(微米)以上的研磨步驟中使用的研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下。
如請求項1之晶圓的研磨方法，其中，上述2段以上的研磨步驟，包含：第1研磨步驟，研磨上述晶圓表面0.3μm(微米)以上；以及第2研磨步驟，以低於上述第1研磨步驟的研磨率研磨上述晶圓表面；上述第1研磨步驟中使用的研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下。
如請求項2之晶圓的研磨方法，其中，上述第1研磨步驟中上述晶圓的研磨率在50nm/min(毫微米/分)以上。
如請求項2之晶圓的研磨方法，其中，利用上述第1及第2研磨步驟研磨的上述晶圓表面在至少一方向的尺寸是2mm且面積2mm²以上4mm²以下的區域構成的位區內的納米形貌的50%臨界值在1.0nm以下。
如請求項3之晶圓的研磨方法，其中，利用上述第1及第2研磨步驟研磨的上述晶圓表面在至少一方向的尺寸是2mm且面積2mm²以上4mm²以下的區域構成的位區內的納米形貌的50%臨界值在1.0nm以下。
如請求項4之晶圓的研磨方法，其中，上述位區的尺寸，是2平方毫米。
如請求項5之晶圓的研磨方法，其中，上述位區的尺寸，是2平方毫米。
如請求項2~7中任一項之晶圓的研磨方法，其中，上述第1研磨步驟中使用的上述研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)在1.6μm以下；上述第1研磨步驟中上述晶圓對上述研磨墊的相對速度在0.3m/s(米/秒)以下。
如請求項8之晶圓的研磨方法，其中，以上述第1及第2研磨步驟研磨的上述晶圓表面上2平方毫米位區內的奈米形貌的50%臨界值在1.0nm以下；上述晶圓從最外周往內側1mm的區域內的ROA在20nm以下。
如請求項1~7中任一項之晶圓的研磨方法，更包括：研磨墊厚度評估步驟，測量晶圓的化學機械研磨中使用的研磨墊的面內厚度不均，評估上述厚度不均(標準偏差)是否在2.0μm以下；以及研磨墊厚度調整步驟，當上述研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)不在2.0μm以下時，調整上述研磨墊厚度分布，使上述厚度不均(標準偏差)為2.0μm以下；其中，使用面內厚度不均(標準偏差)在2.0μm以下的上述研磨墊，研磨上述晶圓表面0.3μm以上。
如請求項10之晶圓的研磨方法，其中，上述第1研磨步驟中使用的上述研磨墊的面內厚度不均(標準偏差)在1.6μm以下；上述第1研磨步驟中上述晶圓對上述研磨墊的相對速度在0.3m/s(米/秒)以下。
如請求項11之晶圓的研磨方法，其中，以上述第1及第2研磨步驟研磨的上述晶圓表面上2平方毫米位區內的奈米形貌的50%臨界值在1.0nm以下；上述晶圓從最外周往內側1mm的區域內的ROA在20nm以下。
一種矽晶圓，其特徵在於：至少一方向的尺寸是2mm且面積2mm²以上4mm²以下的區域構成的位區內的奈米形貌的50%臨界值在1.0nm以下，且該矽晶圓係藉由請求項1之晶圓的研磨方法所形成。
如請求項13之矽晶圓，其中，從最外周往內側1mm的位置中的ROA在20nm以下。