CN103144011B - 一种控制硅片抛光表面微粗糙度的方法及抛光装置 - Google Patents

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Abstract

一种控制硅片抛光表面微粗糙度的方法，该方法包括以下步骤：(1)将硅片装在抛光机的抛光头上对硅片表面进行抛光；(2)用超纯氮气吹硅片表面，控制超纯氮气到达硅片表面的气压为0.1～50kpa，持续时间为0.1～10秒；(3)用去离子水冲洗硅片表面。一种控制硅片抛光表面微粗糙度的抛光装置，该抛光装置包括旋转大盘、抛光垫、抛光头、抛光液输送装置及清洗槽，抛光垫贴设在旋转大盘上，抛光头设置在抛光垫的上方，抛光液输送装置设置在旋转大盘的一侧，所述清洗槽的喷水管上连接有超纯氮气输出装置。本发明可以有效地降低精抛过程中硅片的表面粗糙度即光雾度数值，从而可以制造出高洁净度的硅片，提高产品的成品率。

Description

一种控制硅片抛光表面微粗糙度的方法及抛光装置
技术领域
本发明涉及硅片加工方法及装置，具体涉及一种控制硅片抛光表面微粗糙度的方法及抛光装置。
背景技术
单晶硅片是经过晶体生长、切片、研磨、腐蚀、抛光和清洗等过程制造出来的。抛光是硅片切片后，继研磨工序后对其表面进行的第二次机械加工，也是硅片加工技术中必要的基本工序。化学机械抛光(CMP)被公认为是超大规模集成电路阶段最好的材料全局平坦化方法，该方法既可以获得较完美的表面，又可以得到较高的抛光速率，已经基本取代了传统的多种技术。化学机械抛光的主要目的是为了降低硅片表面在研磨过程中出现的损伤层和表面划伤，获得较好的表面平坦度以及表面形貌，同时得到比较好的表面粗糙度。抛光的过程可以大概分为两大步，即：粗抛和精抛。粗抛主要是采用高抛光速率来优化对应长波长范围的表面形貌，也就是纳米形貌和粗糙度；精抛主要是采用低抛光速率来提高对应短波长范围的表面形貌，即光雾度、微粗糙度，以及减少剩余的表面颗粒数等。
目前，超大规模集成电路制造技术已经发展到了45nm和300mm时代，特征线宽为22nm的技术也正在走向市场。随着特征线宽的进一步微小化，对硅片表面的质量提出了更高的要求。作为抛光的关键步骤，精抛对于硅片的最终表面质量有着至关重要的影响，因此，怎样提高精抛后的硅片表面质量成为迫切需要研究的课题。
对于如何提高抛光后硅片的质量，通常采用的方法包括：优化抛光参数和抛光液的成分，提高抛光液中磨料粒的稳定性，以及在硅片表面形成一层钝化层等。在这些方法中，抛光后的硅片表面均直接采用去离子水进行清洗。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种控制硅片抛光表面微粗糙度的方法，对硅片抛光方法进行改进，以有效的降低硅片抛光表面的微粗糙度，并适合规模生产需要。
本发明的另一目的在于提供一种上述方法中所使用的抛光装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种控制硅片抛光表面微粗糙度的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将硅片装在抛光机的抛光头上对硅片表面进行抛光；
(2)用超纯氮气吹硅片表面，控制超纯氮气到达硅片表面的气压为0.1～50kpa，持续时间为0.1～10秒；
(3)用去离子水冲洗硅片表面；
以上步骤(1)～(3)可以根据需要重复一次至多次。
本发明的方法在硅片抛光后，用去离子水冲洗硅片表面之前，引入了用超纯氮气吹硅片表面的步骤，能够起到快速去掉硅片表面短波长对应的微小颗粒。另外，本发明采用相对较高的气压以取得最佳的清洗效果。
一种控制硅片抛光表面微粗糙度的抛光装置，该抛光装置包括旋转大盘、抛光垫、抛光头、抛光液输送装置及清洗槽，抛光垫贴设在旋转大盘上，抛光头设置在抛光垫的上方，抛光液输送装置设置在旋转大盘的一侧，所述清洗槽的喷水管上通过气体阀连接有超纯氮气输出装置。通过该气体阀控制超纯氮气到达硅片表面的气压。
所述抛光头上贴有抛光头垫，该抛光头垫具有较厚的边缘，硅片设置在该抛光头垫的内边缘上，从而限制硅片在抛光头垫边缘内自由运动。
所述抛光头垫上设有小孔，能够起到吸附硅片的作用。
本发明的优点是：
本发明对硅片的抛光方法进行改进来提高抛光后硅片的表面质量，可以有效地降低精抛过程中硅片的表面粗糙度即光雾度数值，从而可以制造出高洁净度的硅片，提高产品的成品率。本发明具有硅片加工特别是大直径硅片加工的商业价值。
本发明的抛光装置可以由现有的抛光装置改造而成，改造成本低，使用方便。
附图说明
图1为本发明抛光装置的结构示意图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不受这些实施例的限制。
本发明的抛光装置可以由现有的抛光装置改造而成，如图1所示，该抛光装置的旋转大盘2设置在抛光台底座1上，该抛光大盘2上贴有抛光垫3，抛光头5设置在抛光垫3的上方，该抛光头5上贴有抛光头垫6；抛光头垫6具有稍厚的边缘，并且该抛光头垫6上设有小孔，硅片4设置在该抛光头垫6的内边缘上，限制硅片在抛光头垫边缘内自由运动；小孔的设置对硅片也起到一定的吸附作用；抛光液输送装置7设置在旋转大盘2的一侧，清洗槽的喷水管8上连接有超纯氮气输出装置。清洗槽的喷水口即为超纯氮气的喷气口；超纯氮气的气压通过气体阀来控制。
本发明采用该抛光装置对硅片表面进行抛光，控制硅片抛光表面的微粗糙度，具体方法为：
(1)将硅片装在抛光头垫内边缘上，随着抛光头在贴有抛光垫的旋转大盘上旋转并抛光；
(2)抛光后，超纯氮气经清洗槽的喷水管吹出到达硅片表面，控制超纯氮气到达硅片表面的气压为0.1～50kpa，持续时间为0.1～10秒；
(3)关闭超纯氮气气体阀，用去离子水冲洗硅片表面；
(4)重复步骤(1)～(3)。
实施例1
选择直拉法生产的P(100)、电阻率为1-3Ω·cm的12英寸硅抛光片A、B两组各5片，均在常规双面抛光机上进行双面抛光后，然后使用单面抛光机进行抛光。
对于A组，抛光时首先使硅片处于自由状态抛光70秒，去除量大约为0.7微米。然后用去离子水清洗，再次抛光80秒，去除量大约为0.8微米，然后用去离子水清洗。对于B组，采用前述抛光方法抛光70秒，然后先用超纯氮气吹硅片表面5秒，并控制超纯氮气气压为50kpa，再用去离子水冲洗。紧接着再次抛光80秒，然后先用超纯氮气吹硅片表面5秒，并控制超纯氮气气压为50kpa，再用去离子水冲洗。然后将A、B两组硅片放入最终清洗机进行清洗。
将清洗后的硅片放入KLA-Tencor公司生产的SURFSCANSP1设备检测其粗糙度。A组中硅片的平均光雾值Avg.Haze：DarkWideOblique(DWO)＝0.117，DarkNarrowOblique(DNO)＝0.01；B组中硅片的平均光雾值Avg.Haze：DWO＝0.052，DNO＝0.005。B组中的光雾值明显低于A组中的光雾值。这一结果表明了采用本发明的抛光方法比现有的抛光方法明显降低了硅片的微粗糙度。

Claims (4)

1.一种控制硅片抛光表面微粗糙度的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)将硅片装在抛光机的抛光头上对硅片表面进行抛光；
(2)用超纯氮气吹硅片表面，控制超纯氮气到达硅片表面的气压为0.1～50kpa，持续时间为0.1～10秒；
(3)用去离子水冲洗硅片表面；
所述步骤(1)～步骤(3)重复一次至多次。
2.一种用于权利要求1所述方法的抛光装置，该抛光装置包括旋转大盘、抛光垫、抛光头、抛光液输送装置及清洗槽，抛光垫贴设在旋转大盘上，抛光头设置在抛光垫的上方，抛光液输送装置设置在旋转大盘的一侧，其特征在于：
所述清洗槽的喷水管上通过气体阀连接有超纯氮气输出装置。
3.根据权利要求2所述的抛光装置，其特征在于：所述抛光头上贴有抛光头垫，该抛光头垫具有较厚的边缘，硅片设置在该抛光头垫的内边缘上。
4.根据权利要求3所述的抛光装置，其特征在于：所述抛光头垫上设有小孔。
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