CN108290266A - 研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种研磨方法，具有研磨步骤，在对贴附于定盘的研磨布供给研磨浆的同时，通过将以研磨头支承的晶圆予以滑接于该研磨布的表面，而研磨该晶圆的表面，该研磨方法包含：相关关系导出步骤，于进行该研磨步骤之前，预先求得该研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系，其中在该研磨步骤之中，在基于该研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系而控制该研磨布的表面温度的同时，研磨该晶圆。由此在晶圆的研磨之中能抑制雾度，并且由此能延长研磨布的寿命。

Description

研磨方法
技术领域
本发明涉及一种研磨方法。
背景技术
近年来，伴随着使用硅晶圆等的半导体装置的微细化的进展，以前未成为问题的10至20nm程度的极微小的微粒，被指出有对装置性能产生影响的可能性。
于晶圆表面的微粒检测，一般使用利用散射光的检查方法。利用散射光的测定机的微粒检测灵敏度，由于是通过缺陷讯号及其背景噪声的比率而决定的缘故，被称为雾度(Haze)的背景噪声愈高则S/N比愈低，而无法正确地测定。由于雾度是将晶圆表面粗糙度所导致的散射光检测出的缘故，雾度与表面粗糙度有着密切的关系，已知透过降低表面粗糙度，雾度也会降低。
于作为抑制雾度的方法的代表方法中，有在晶圆的最终研磨后进行的洗净条件的控制。例如，通过将为NH3与H2O2的混合溶液的SC1的洗净温度予以降低，而抑制对晶圆表面的碱性蚀刻作用，表面粗糙度降低，作为结果，雾度会降低。[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开平9-38849号公报
发明内容
[发明所欲解决的问题]
然而，上述的降低SC1的温度的方法，会让洗净力也一并降低的缘故，而变得无法充分地去除晶圆表面的微粒。因此，寻求通过调整SC1的温度以外的方法来降低雾度。
已知，除了洗净条件以外，雾度亦会受到最终研磨等的研磨条件的影响。于此，已知，如同专利文献1，在最终研磨的最终段之中，尝试将研磨布与晶圆的相对速度变小等而防止雾度的发生。但是，此方法与通过上述的洗净条件的控制的雾度的降低方法相比，有无法充分地控制雾度的问题。
再者，已知雾度也会受研磨布的使用时间影响。由于研磨布的使用时间的增加，雾度会随之恶化的缘故，必须在研磨后的晶圆的雾度超过规定的管理值的时间点，定期地更换研磨布。在雾度等级无法充分地控制的情况，必须频繁地更换研磨布，而有在晶圆的制造之中，引起生产性的恶化以及成本的增加的问题。
鉴于如同前述的问题，本发明提供一种研磨方法，在晶圆的研磨之中能抑制雾度，并且由此而能延长研磨布的寿命。再者，本发明的目的特别是在于进行控制而抑制雾度。
[解决问题的技术手段]
为了达成上述目的，本发明提供一种研磨方法，具有一研磨步骤，在对贴附于定盘的研磨布供给研磨浆的同时，通过将以研磨头支承的晶圆予以滑接于该研磨布的表面，而研磨该晶圆的表面，该研磨方法包含：一相关关系导出步骤，于进行该研磨步骤之前，预先求得该研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系，其中在该研磨步骤之中，在基于该研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系而在控制该研磨布的表面温度的同时，研磨该晶圆。
如此一来，通过基于预先求得的研磨布的表面温度与雾度等级的相关关系，控制研磨中的研磨布的表面温度，能控制晶圆的雾度等级。特别而言，于研磨中，通过基于上述的相关关系而适当地控制研磨布的表面温度，而能控制雾度等级为小。再者，如此一来，当研磨后的晶圆的雾度等级控制为小，则研磨布亦能长期使用的缘故，而能延长研磨布的寿命。
此时，通过将多个试验用晶圆，使用具有相异表面温度的研磨布分别进行试验研磨，并测定该试验研磨后的个别的晶圆雾度，而求得该研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系，而进行该相关关系导出步骤为佳。
如此一来，能预先导出研磨部的表面温度与雾度等级的相关关系。
再者，在该研磨步骤之中，通过将供给至该研磨布的该研磨浆的温度、该研磨头的转速及该定盘的转速中的一个以上予以调整，而控制该研磨布的表面温度。
如此，通过变更研磨条件，能控制研磨布的表面温度。
再者，在该研磨步骤之中，通过以加热器的研磨布的表面的加热及/或冷气喷射的研磨布的表面的冷却，而控制该研磨布的表面温度。
如此也能控制研磨布的表面温度。
此时，更进一步，定期地进行该相关关系导出步骤而求得该相关关系，基于该定期地求得的该相关关系而控制该研磨布的表面温度为佳。
由于伴随着研磨布的使用时间，研磨布的表面温度与雾度等级的相关关系会变化的缘故，如此因应研磨布的使用时间而定期地求得相关关系，基于该定期地求得相关关系而控制研磨布的表面温度，能更确实且长期地得到期望雾度的晶圆。特别地，如此控制研磨布的表面温度，能将雾度等级抑制为更小。
再者此时，该研磨步骤为粗研磨步骤后的精修研磨步骤为佳。
由于雾度特别容易受到精修研磨步骤的影响的缘故，本发明的研磨方法因为合适于精修研磨步骤，所以能更确实地得到期望雾度等级的晶圆。
〔对照现有技术的功效〕
本发明的研磨方法能将晶圆的雾度等级抑制至期望的值。特别地，于研磨中，基于上述相关关系而适切地控制研磨布的表面温度，由此能将雾度等级控制为小。再者，如此一来，由于能抑制研磨后的晶圆的雾度等级为小，研磨布亦能长时间使用的缘故，而能延长研磨布的寿命。
附图说明
图1是显示研磨布的表面温度与雾度的相关关系的一范例的图。
图2是显示通过原子力显微镜的研磨后的晶圆的表面观察结果的照片。
图3是显示自原子力显微镜影像所计算出的算数平均粗糙度(Sa)及平方平均数粗糙度(Sq)的图。
图4是显示本发明的研磨方法的一范例的流程图。
图5是显示于本发明的研磨方法之中得以使用的研磨装置的一范例的示意图。
图6是显示实施例2及比较例2的各个雾度等级与研磨布的使用时间的关系的图。
具体实施方式
以下对本发明说明其实施例，但是本发明并非限定于此。
如同上述，已知技术有无法充分地抑制研磨所导致的雾度等级的问题。再者，必须在超过规定的管理值的时间点交换研磨布的缘故，在无法充分地抑制雾度等级的情况下，必须频繁地交换研磨布，而引起晶圆制造的生产性降低及成本增加的问题。
于此，本发明人们为了解决如此的问题而反复进行如同以下的检讨。首先，本发明人们鉴于在洗净之中药液温度具有对雾度产生大的影响，所以想到在研磨之中，晶圆的研磨面的温度亦为对于雾度而言重要的因子。但是，由于难以直接测定研磨面的温度的缘故，而着眼于被认为是代表最接近研磨面温度的值的研磨布表面温度，进而通过控制研磨布的表面温度而尝试是否能控制雾度。
在各式各样的研磨布表面温度之下进行研磨的结果，得知：如图1，虽然雾度会伴随着表面温度为低温而变小，但是当表面温度低于某个温度，雾度会急剧地恶化。自此结果得知存在有提供最小雾度的研磨布的表面温度。
于此，通过原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)观察在各表面温度之下所研磨的晶圆的表面构造。AFM观察晶圆的中心与外围的中间位置，其观察范围为1×1μm2。其结果，如图2，在提供雾度的极小值的表面温度以上，于晶圆未观察到显著的表面构造。对此，在未达提供雾度的极小值的表面温度，于晶圆表面确认有为小的刮痕图案(以下称为纳米刮痕)。
于图3显示自AFM影像所计算出的算数平均粗糙度(Sa)及平方平均数粗糙度(Sq)。图3之中的中心为观察晶圆的中心的数据，R/2为观察中心与外周的中间位置的数据，边缘为自外周向中心10mm的位置的数据。与雾度的倾向相同，关于粗糙度亦存在有给予其最小值的研磨布的表面温度，得知其表面温度与给予雾度极小值的表面温度相同。
对于出现如此的极小值的原因，如同以下的原因被想到。一旦研磨温度低下，则碱对于硅的蚀刻率被抑制的缘故，过度的表面损伤会被抑制。但是，若过度抑制蚀刻率，会连同失去碱的硅表面的软化作用，而被认为会变成如机械研磨的研磨颗粒所致的损伤会作为纳米刮痕而出现于表面的研磨模式。
自以上之情事得知：作为雾度的控制手法，例如基于如图1的研磨布的表面温度与雾度等级的相互关系而控制研磨布的表面温度，而能抑制研磨所致的雾度等级，进而完成了本发明。
以下对本发明的研磨方法进行详述。如图4的流程图所示，本发明的研磨方法包含：预先求得研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系的相关关系导出步骤，以及研磨晶圆表面的研磨步骤。
首先，本发明的研磨方法，如同上述，于进行研磨步骤之前实施相关关系导出步骤。在相关关系导出步骤之中，例如如图1所示，求得研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系。
在本发明之中，能通过使用具有相异的表面温度的研磨布而个别试验研磨多个试验用晶圆，测定该试验研磨后的个别晶圆的雾度等级而求得此相关关系。在试验研磨之中，例如通过调整研磨条件，在同一个研磨布之中改变表面温度的同时研磨各试验用晶圆亦可。
如此求得相关关系之后，实施研磨步骤(本研磨)。于此，对于于研磨步骤(本研磨)以及前述的试验研磨之中得以使用的研磨装置，参考图5而进行说明。研磨装置1主要能由支承晶圆W的研磨头2、贴附有研磨布4的定盘3及研磨浆供给机构5等所构成。再者，研磨头2以及定盘3能各别自转。再者，实施研磨之中，由于总是使研磨布4的表面覆盖有研磨浆为佳的缘故，通过于研磨浆供给机构5配设帮浦等而连续地供给研磨浆为佳。再者，作为研磨浆供给机构，能使用具有调整供给至研磨布4的研磨浆的温度的机能。
如此的研磨装置1，通过对贴附于定盘3的研磨布4供给研磨浆的同时，将以研磨头2所支承的晶圆W滑接于研磨布4的表面，而研磨晶圆W的表面。
如同以上，使用研磨装置，基于研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度等级的相关关系，控制研磨布的表面温度的同时研磨晶圆。
如此的本发明的研磨方法，通过基于预先求得的上述相关关系而控制研磨布的表面温度，而能将研磨后的晶圆的雾度等级控制为期望的值。特别在欲将雾度等级抑制为小的情况下，于不发生纳米刮痕的程度下控制于低表面温度而实施研磨即可。例如，在如图1已求得相关关系的情况下，抑制雾度等级尽可能为小将研磨布的表面温度控制为25℃附近的低温，并且不低于在研磨后的晶圆发生纳米刮痕且雾度等级开始恶化的22.7℃即可。
再者，于控制研磨布的表面温度而使雾度等级为小的同时进行研磨的情况下，由于能使雾度等级达到超过管理值的时间比过往的时间长，而能延长研磨布的寿命。由此能抑制在晶圆制造之中的生产性的恶化及成本的增加。
再者，本发明能通过将供给至研磨布的研磨浆的温度、研磨头的转速及定盘的转速中的一个以上予以调整，而控制研磨布的表面温度。
再者，通过以加热器的研磨布的表面的加热、以冷气喷射的研磨布的表面的冷却，或是进行这些加热及冷却两者而控制亦可。此情况，例如作为上述图5的研磨装置1，可使用具有加热器或冷却手段等的表面温度控制机构6。
再者，在本发明之中，通过定期地进行于研磨步骤之前所进行的相关关系导出步骤，求得表面温度与雾度等级的相关关系，基于该定期地求得的该相关关系而控制该研磨布的表面温度为佳。由于因应研磨布的使用时间研磨布的表面状态会变化的缘故，上述相互关系也有因应研磨布的使用时间而变化的情况。因此，定期地求得相互关系为佳。更进一步，基于也考虑研磨布的使用时间的表面温度与雾度等级的相关关系，定期地再调整研磨调，控制为该时点最合适的表面温度，而能控制为更确实地得到期望的雾度等级的表面温度。由此，能维持更长期间且良好的雾度等级，研磨布的寿命也能长期间化。虽然未特别限定研磨条件的再调整的频度，但是能为每1000研磨批次程度。
特别而言，通过因应研磨布的使用时间，求得表面温度与雾度等级的相关关系，而亦能求得在研磨布的任意使用时间之中的纳米刮痕的发生的表面温度。因此，欲尽可能将雾度等级抑制为小的情况，只要将表面温度控制成在研磨布的任意使用时间之中不发生纳米刮痕的程度的低温即可。
再者，如同以上的本发明的研磨方法，应用于精修研磨为佳。亦即，本发明的研磨步骤为粗研磨步骤后的精修研磨步骤为佳。由于雾度特别容易受精修研磨步骤的影响的缘故，通过将本发明的研磨方法应用于精修研磨步骤，能更确实地得到期望的雾度等级的晶圆。
[实施例]
以下表示本发明的实施例及比较利而更具体地说明本发明，但是本发明不限定于实施例。
[实施例1]
依照如图4所示的本发明的研磨方法而实施精修研磨步骤。研磨对象的晶圆为已实施至粗研磨步骤的直径为300mm的硅晶圆。
再者，研磨条件如同以下。首先，研磨装置使用如图5所示的研磨装置。研磨布使用麂皮垫，研磨浆使用于胶体硅添加氨及水溶性高分子聚合体。一个批次的晶圆的研磨片数为2片，定盘及研磨头的转速为30rpm。
再者，在实施例之中，于本研磨(研磨步骤)之前，如同以下进行相关关系导出步骤。首先，使用与在本研磨所研磨的硅晶圆相同的多个试验用晶圆以及与本研磨同样的研磨布，控制研磨浆的供给温度而使研磨布的表面温度为间隔2℃，在各表面温度之中进行试验用晶圆的研磨(试验研磨)。然后，自此试验研磨的结果求得研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的硅晶圆的雾度等级的相关关系。研磨布表面温度的测定使用非接触式温度传感器。再者，雾度等级使用KLA Tencor公司制的Surfscan SP3，以DWO模式测定。如此求得图1的相关关系。
接下来，基于上述的相关关系，通过调整研磨浆的温度，一边将研磨布的表面温度控制于24.7℃而使雾度等级为最小，一边进行本研磨。
[比较例1]
除了并未进行基于研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的硅晶圆的雾度等级的相关关系的研磨布的表面温度的控制以外，与实施例1同样进行研磨。
使用KLA Tencor公司制的Surfscan SP3测定在实施例1及比较例1之中所研磨的硅晶圆的雾度等级及缺陷数(Sum Of Defects，SOD)，求得它们的平均值。
将实施例1及比较例1的实施结果汇整表示于表1。
【表1】
实施例1 比较例1
缺陷数(个) 85 87
DWO-HAZE(ppm) 0.0491 0.0545
如同自表1所得知，得知相比于比较例1，实施例1的雾度等级的方面为良好。再者，关于此时的研磨后的硅晶圆的缺陷数，实施例1与比较例1为同等。自此结果得知在实施例1之中能作到控制不使缺陷数恶化，而改善雾度等级。
[实施例2]
与实施例1同样地使用本发明的研磨方法实施硅晶圆的研磨。再者，在实施例2之中，研磨布的使用时间以相对于在后述的比较例2之中的研磨布的寿命的相对值(另外，在比较例2之中的寿命设为100)，在9、25、100、200的各时间点求取相关关系，并且再调整而令研磨剂的浆液温度达到使雾度为最小值的表面温度。调整条件使研磨布的表面温度最初为24.7℃，在相对值9以后为23.3℃，25以后为22.1℃，100以后为21.1℃，200以后为20.5℃。
再者，各别测定在再度调整研磨剂的研磨浆温度的各时间点的晶圆的雾度等级。再者，实施例2及后述的比较例2的雾度的管理值上限为0.0653(ppm)，在已测定的雾度等级变成与此数值几乎相同的时间点结束研磨，交换研磨布。[比较例2]
除了并未进行基于研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的硅晶圆的雾度等级的相关关系的研磨布的表面温度的控制以外，与实施例2以同样的条件进行研磨。另外，研磨开始时间点的研磨条件与实施例2相同。
然后，通过与实施例2同样的方法，以相对于比较例2的研磨布的寿命的相对值，在9、25、100(寿命)的各时间点，各别测定晶圆的雾度等级。
实施例2及比较例2的各别的雾度等级与研磨布的使用时间的关系显示于图6。另外，图6显示关于实施例2，研磨时间达到上述相对值200为止的雾度等级。如同自图6所得知，基于亦考虑研磨布的使用时间的表面温度与雾度等级的相关关系而再调整研磨浆的温度的实施例2之中，相比于比较例2，雾度的恶化为缓和，即使使用时间为比较例2的研磨布的寿命的2倍，雾度等级亦未达到管理值上限。
另一方面，在比较例2之中，相比于研磨布的研磨初期，伴随着接近末期，雾度显著地恶化，相比于实施例2显著地在短时间内达到接近管理值上限。如此一来，在并未进行基于研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度等级的相关关系的表面温度的控制的情况下，确认有雾度的恶化及研磨布的寿命的降低。
此外，本发明并不限定于上述的实施例。上述实施例为举例说明，凡具有与本发明的申请专利范围所记载之技术思想实质上相同之构成，产生同样的功效者，不论为何物皆包含在本发明的技术范围内。

Claims (6)

1.一种研磨方法，具有研磨步骤，在对贴附于定盘的研磨布供给研磨浆的同时，通过将以研磨头支承的晶圆予以滑接于该研磨布的表面，而研磨该晶圆的表面，该研磨方法包含：
相关关系导出步骤，于进行该研磨步骤之前，预先求得该研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系，
其中在该研磨步骤之中，在基于该研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系而控制该研磨布的表面温度的同时，研磨该晶圆。
2.如权利要求1所述的研磨方法，其中通过将多个试验用晶圆，使用具有相异表面温度的研磨布分别进行试验研磨，并测定该试验研磨后的个别的晶圆雾度，而求得该研磨布的表面温度与使用该研磨布所研磨的晶圆的雾度的相关关系，而进行该相关关系导出步骤。
3.如权利要求1或2所述的研磨方法，其中在该研磨步骤之中，通过将供给至该研磨布的该研磨浆的温度、该研磨头的转速及该定盘的转速中的一个以上予以调整，而控制该研磨布的表面温度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的研磨方法，其中在该研磨步骤之中，通过以加热器而加热该研磨布的表面及/或以冷气喷射而冷却该研磨布的表面，而控制该研磨布的表面温度。
5.如权利要求1至4中任一项所述的研磨方法，其中定期地进行该相关关系导出步骤而求得该相关关系，基于该定期地求得的该相关关系而控制该研磨布的表面温度。
6.如权利要求1至5中任一项所述的研磨方法，其中该研磨步骤为粗研磨步骤后的精修研磨步骤。
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