DE112016006354B4 - Siliziumwafer-einseiten-polierverfahren - Google Patents

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Abstract

Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren des Haltens, durch einen Polierkopf, eines Siliziumwafers, in dem eine Siliziumoxidschicht auf einer blanken Siliziumoberfläche ausgebildet ist, und des Drückens des Siliziumwafers gegen eine rotierbare Scheibe mit einem daran angebrachten Poliertuch unter Drehen des Siliziumwafers, um eine Seite des Siliziumwafers, die der drehbaren Scheibe zugewandt ist, zu polieren, wobei das Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren Folgendes umfasst:einen ersten Polierschritt des Durchführens des Polierens auf der einen Seite des Siliziumwafers unter einer ersten Polierbedingung bezüglich eines aufgebrachten Drucks zum Drücken des Siliziumwafers und einer relativen Geschwindigkeit des Siliziumwafers und der drehbaren Platte; undeinen zweiten Polierschritt des Durchführens des Polierens auf der einen Seite des Siliziumwafers unter einer zweiten Polierbedingung, bei der der aufgebrachte Druck und/oder die relative Geschwindigkeit der ersten Polierbedingung geändert ist, nach dem ersten Polierschritt,wobei ein Polierratenverhältnis einer Siliziumoxidpolierrate zu einer Siliziumpolierrate gemäß der ersten Polierbedingung über einem Polierratenverhältnis einer Siliziumoxidpolierrate zu einer Siliziumpolierrate gemäß der zweiten Polierbedingung liegt.

Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Verfahren zum Polieren von Oberflächen von Halbleiterwafern, die höchst eben sein müssen, wie etwa von Siliziumwafern, werden grob in zwei Arten eingeteilt: ein Doppelseiten-Polierverfahren des gleichzeitigen Polierens von beiden Seiten eines Halbleiterwafers; und ein Einseiten-Polierverfahrens des Polierens nur einer Seite davon. Einseiten-Polierverfahren werden in einer großen Vielzahl von Anwendungen vom Läppen unter Verwendung eines relativ steifen Poliertuchs bis zum Endpolieren unter Verwendung eines relativ weichen Poliertuchs verwendet.
  • Ein typisches Einseiten-Polierverfahren unter Verwendung einer herkömmlichen Einseiten-Poliervorrichtung 100 wird unten unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Einseiten-Poliervorrichtung 100 weist einen Polierkopf 120, der einen Halbleiterwafer W hält, und eine drehbare Scheibe 140, an der ein Poliertuch 130 angebracht ist, auf. Die Einseiten-Poliervorrichtung 100 enthält einen Rotationsmechanismus zum Drehen des Polierkopfs 120 und einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Polierkopfs 120 innerhalb und außerhalbe der drehbaren Scheibe 140. In der Einseiten-Poliervorrichtung 100 drückt der Polierkopf 120, während er den Halbleiterwafer W hält, die Polierzieloberfläche des Halbleiterwafers W (d.h. die der Scheibe 140 zugewandte Oberfläche) gegen das an der oberen Oberfläche der drehbaren Scheibe 140 angebrachte Poliertuch 130. Sowohl der Polierkopf 120 als auch die drehbare Scheibe 140 werden gedreht, um eine Relativbewegung des Polierkopfs 120 und der drehbaren Scheibe 140 zu gestatten, wodurch ein chemisch-mechanisches Polieren auf der Polierzieloberfläche des Halbleiterwafers W durchgeführt wird, wobei eine Polierflüssigkeit 160 von einem Polierflüssigkeitsliefermittel 150 geliefert wird. JP 2008-91594 A (PTL 1) beispielsweise offenbart eine Einseiten-Poliervorrichtung vom Ein-Wafer-Verarbeitungstyp zum Durchführen eines derartigen Einseitenpolierens.
  • QUELLENANGABE
  • Patentliteraturen
  • PTL 1: JP 2008-91594 A
  • KURZDARSTELLUNG
  • (Technisches Problem)
  • Durch Einseitenpolieren kann eine ebene Oberfläche mit einem gewissen Grad an hoher Ebenheit ausgebildet werden, und die Oberflächenrauigkeit kann reduziert werden. Eine Polierungleichmäßigkeit in der Halbleiteroberfläche ist jedoch unvermeidbar, und es ist schwierig, eine vollständig ebene Oberfläche in der nm-Größenordnung auszubilden. Das gleiche gilt für den Fall, in dem ein Siliziumwafer einem Einseitenpolieren unterzogen wird. Dementsprechend wird die Qualität der Siliziumwaferoberfläche nach dem Endpolieren unter Verwendung verschiedener Indizes evaluiert, und jeder Siliziumwafer, der vorbestimmten Bedingungen genügt, wird als ein normgerechter Gegenstand behandelt.
  • In den vergangenen Jahren ist zunehmend eine Qualitätsevaluierung von Siliziumwaferoberflächen nach dem Endpolieren unter Verwendung des Differenzialinterferenzkontrast(DIC - Differential Interference Contrast)-Verfahrens zunehmend eingesetzt worden. Im Detail wird die Anzahl von konkav-konvex-förmigen abgestuften winzigen Defekten mit einer Höhe (oder Tiefe), die einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, durch das DIC-Verfahren detektiert, und die Qualität der Siliziumwaferoberfläche wird evaluiert. Die Breite eines abgestuften winzigen Defekts beträgt üblicherweise 30 µm bis 100 µm, und die Differenz in der Höhe ist sehr klein.
  • In dem DIC-Verfahren wird ein Laser L (z.B. He-Ne-Laser) durch einen Strahlteiler S aufgeteilt und auf die Oberfläche des Halbleiterwafers W gerichtet, wie in 2 dargestellt. Eine Fotodiode P empfängt von der Oberfläche des Halbleiterwafers W wegreflektiertes Licht über einen Spiegel M. Im Fall, dass ein konkav-konvex-förmiger abgestufter winziger Defekt D vorliegt, wird eine für einen abgestuften winzigen Defekt spezifische Phasendifferenz detektiert. Die Höheninformationen über dem Defekt können aus der optischen Pfaddifferenz des reflektierten Lichts berechnet werden. Wie hierin verwendet, wird ein konkav-konvex-förmiger abgestufter winziger Defekt, der eine einen Schwellenwert von 3,4 nm übersteigende Höhe besitzt, was als besonders problematisch angesehen wird, und der durch das DIC-Verfahren detektiert wird, einfach als ein „abgestufter winziger Defekt“ bezeichnet.
  • Falls die Anzahl an abgestuften winzigen Defekten innerhalb einer gewünschten Anforderung liegt, kann die Qualität der Siliziumwaferoberfläche nach dem Endpolieren als gut bestimmt werden. Dabei wird jeder Siliziumwafer, der der gewünschten Anforderung nicht genügt, als ein nicht normgerechter Gegenstand bestimmt und kann somit nicht als ein Produkt versandt werden.
  • Mit herkömmlichen Einseiten-Polierverfahren liegt die Häufigkeit von abgestuften winzigen Defekten in der Siliziumwaferoberfläche nach dem Endpolieren nicht notwendigerweise auf einer zufriedenstellenden Höhe. Um die Produktausbeute zu verbessern, wird ein verbessertes Einseiten-Polierverfahren benötigt.
  • Es könnte deshalb hilfreich sein, ein Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren bereitzustellen, das die Häufigkeit für abgestufte winzige Effekte signifikant verbessern kann.
  • (Lösung des Problems)
  • Wir haben ausführliche Forschung zur Lösung des oben erwähnten Problems durchgeführt und uns folgende Idee ausgedacht. Zuerst befindet sich der Siliziumwafer, wenn ein finales Polieren an einem Siliziumwafer durchgeführt wird, in einem natürlich oxidierten Zustand. Im Detail besteht der Siliziumwafer aus blankem Silizium (Abschnitt ohne natürliche Oxidschicht) und einer Siliziumoxidschicht (die typischerweise eine natürliche Oxidschicht ist), die die Oberfläche des blanken Siliziums bedeckt. In diesem Zustand wird das Einseitenpolieren des Siliziumwafers gestartet. Mit Einseiten-Polierverfahren ist es schwierig, eine Polierungleichmäßigkeit in der Siliziumwaferoberfläche vollständig zu verhindern, und es tritt der Augenblick auf, zu dem ein Abschnitt, wo die Siliziumoxidschicht polierend entfernt wird, und ein Abschnitt, wo die Siliziumoxidschicht zurückbleibt, zusammen existieren (siehe Schritt 4B in 4, später beschrieben).
  • Bei Einseiten-Polierverfahren trägt, obwohl das Polieren der Entfernung der Siliziumoxidschicht durch chemisch-mechanisches Polieren durchgeführt wird, zu dem polierenden Entfernen des größten Teils der Siliziumoxidschicht das mechanische Polieren bei. Dabei trägt zu dem Polieren des blanken Siliziums sowohl chemisches Polieren als auch mechanisches Polieren bei. Somit liegt bei dem Einseitenpolieren des Siliziumwafers die Polierrate des Siliziumoxids typischerweise unter der Polierrate des Siliziums. Nach dem Auftreten des oben erwähnten Koexistenzzustands schreitet, während das polierende Entfernen des verbleibendie Siliziumoxidschichts weitergeht, das Polieren des blanken Siliziums in dem Abschnitt schnell weiter, wo die Siliziumoxidschicht bereits polierend entfernt worden ist. Dieser Abschnitt wird schließlich einen abgestuften winzigen Defekt besitzen.
  • Wir haben dann das Durchführen eines Einseitenpolierens mit einer Bedingung einer erhöhten Siliziumoxidpolierrate in Betracht gezogen. Da jedoch der Beitrag des mechanischen Polierens dominant ist, nimmt in diesem Fall jedoch nicht nur die Polierrate des blanken Siliziums ab, sondern es ist auch wahrscheinlich, dass das polierende Durchhängen in dem peripheren Teil des Siliziumwafers zunimmt. Dem ist so, weil eine Bedingung einer erhöhten Siliziumoxidpolierrate eine Polierbedingung ist, gemäß der der Beitrag der mechanischen Polierwirkung dominant ist, und deshalb nimmt der Beitrag der chemischen Polierwirkung ab. Wir haben dann entdeckt, dass die Häufigkeit von abgestuften winzigen Defekten signifikant verbessert werden kann, indem zuerst ein Polieren durchgeführt wird, das für das polierende Entfernen der Siliziumoxidschicht bestimmt ist, und dann das Polieren durchgeführt wird, das für das Endpolieren des Siliziums bestimmt ist. Somit stellen wir Folgendes bereit.
  • Ein Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren des Haltens, durch einen Polierkopf, eines Siliziumwafers, bei dem eine Siliziumoxidschicht auf einer blanken Siliziumoberfläche ausgebildet ist, und des Drückens des Siliziumwafers gegen eine rotierbare Scheibe mit einem daran angebrachten Poliertuch unter Drehen des Siliziumwafers, um eine Seite des Siliziumwafers, die der drehbaren Scheibe zugewandt ist, zu polieren, wobei das Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren Folgendes umfasst: einen ersten Polierschritt des Durchführens des Polierens auf der einen Seite des Siliziumwafers unter einer ersten Polierbedingung bezüglich eines aufgebrachten Drucks zum Drücken des Siliziumwafers und einer relativen Geschwindigkeit des Siliziumwafers und der drehbaren Platte; und einen zweiten Polierschritt des Durchführens des Polierens auf der einen Seite des Siliziumwafers unter einer zweiten Polierbedingung, bei der der aufgebrachte Druck und/oder die relative Geschwindigkeit in der ersten Polierbedingung geändert ist, nach dem ersten Polierschritt, wobei ein Polierratenverhältnis einer Siliziumoxidpolierrate zu einer Siliziumpolierrate gemäß der ersten Polierbedingung über einem Polierratenverhältnis einer Siliziumoxidpolierrate zu einer Siliziumpolierrate gemäß der zweiten Polierbedingung liegt.
  • Bevorzugt wird der erste Polierschritt durchgeführt, bis mindestens die Siliziumoxidschicht entfernt ist.
  • Bevorzugt beträgt das Polierratenverhältnis gemäß der ersten Polierbedingung 0,5 oder mehr. Bevorzugt liegt das Polierratenverhältnis gemäß der zweiten Polierbedingung unter 0,5.
  • (Vorteilhafter Effekt)
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden der ersten Polierschritt und der zweite Polierschritt unter den jeweiligen Polierbedingungen durchgeführt, die hinsichtlich des Polierratenverhältnisses der Siliziumoxidpolierrate zu der Siliziumpolierrate differieren. Es ist somit möglich, ein Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren bereitzustellen, das die Häufigkeit von abgestuften winzigen Effekten signifikant verbessern kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
    • 1 ein Schemadiagramm, das ein herkömmliches Halbleiterwafer-Einseiten-Polierverfahren darstellt;
    • 2 ein Schemadiagramm, das das Messprinzip für abgestufte winzige Defekte durch das Differenzialinterferenzkontrastverfahren gemäß einer herkömmlichen Technik darstellt;
    • 3 ein schematisches Schnittdiagramm, das einen Polierprozess durch ein Einseiten-Polierverfahren gemäß einer der offenbarten Ausführungsformen darstellt;
    • 4 ein schematisches Schnittdiagramm, das einen Polierprozess durch ein herkömmliches Einseiten-Polierverfahren darstellt;
    • 5A eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für die jeweiligen Polierraten von Silizium und Siliziumoxid gegen den aufgebrachten Druck gemäß einer der offenbarten Ausführungsformen darstellt;
    • 5B eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für die jeweiligen Polierraten von Silizium und Siliziumoxid gegen die relative Geschwindigkeit gemäß einer der offenbarten Ausführungsformen darstellt;
    • 6 eine graphische Darstellung, die die Anzahl von abgestuften winzigen Defekten mit der Siliziumpolierrate und der Siliziumoxidpolierrate gemäß einer der offenbarten Ausführungsformen darstellt; und
    • 7 eine graphische Darstellung, die das in einem vorausgehenden Versuchsbeispiel gemessene Polierratenverhältnis darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Eine der offenbarten Ausführungsformen wird unten unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. In den 3 und 4 sind die Seitenverhältnisse des Siliziumwafers und der Siliziumoxidschicht übertrieben und differieren aus Gründen der Darstellung von den tatsächlichen Verhältnissen.
  • (Einseiten-Polierverfahren)
  • Ein Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren gemäß einer der offenbarten Ausführungsformen wird unten unter Bezugnahme auf die 1 und 3 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Siliziumwafer W, bei dem eine Siliziumoxidschicht 20 auf einer Oberfläche von blankem Silizium 10 geformt wird, von einem Polierkopf gehalten und unter Drehen des Siliziumwafers W wird der Siliziumwafer W gegen eine drehbare Scheibe gedrückt, an der ein Poliertuch angebracht ist, um eine Seite des Siliziumwafers W zu polieren, die der drehbaren Scheibe zugewandt ist.
  • Dieses Einseitenpolieren kann gemäß eines üblichen Verfahrens unter Verwendung einer typischen Einseiten-Polierverfahren durchgeführt werden. Unter Bezugnahme auf die oben erwähnte 1 drückt der Polierkopf 120, während der Siliziumwafer W gehalten wird, die Polierzieloberfläche des Siliziumwafers W (d.h. die Oberfläche, die der drehbaren Scheibe 140 zugewandt ist) gegen das Poliertuch 130, das an der oberen Oberfläche der drehbaren Scheibe 140 angebracht ist. Sowohl der Polierkopf 120 als auch die drehbare Scheibe 140 werden gedreht, um eine Relativbewegung des Polierkopfs 120 und der drehbaren Scheibe 140 zu gestatten, wodurch ein chemisch-mechanisches Polieren nur auf der Polierzieloberfläche des Siliziumwafers W durchgeführt wird, während die Polierflüssigkeit 160 von dem Polierflüssigkeitsliefermittel 150 geliefert wird. Somit kann ein Einseitenpolieren durchgeführt werden. Bei dem Einseitenpolieren kann auch nur der Polierkopf 120 oder nur die drehbare Scheibe 140 gedreht werden. Der Polierkopf 120 und die drehbare Scheibe 140 können in der gleichen Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden. Obwohl 1 ein Einseitenpolieren vom Einwafer-Verarbeitungstyp darstellt, der nur einen einzelnen Siliziumwafer W poliert, kann ein Einseitenpolieren vom Chargentyp, der mehrere Wafer gleichzeitig einem Einseitenpolieren unterzieht, verwendet werden.
  • Das Einseiten-Polierverfahren gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet: einen ersten Polierschritt des Durchführens des Polierens auf der einen Seite des Siliziumwafers W unter einer ersten Polierbedingung bezüglich des aufgebrachten Drucks zum Drücken des Siliziumwafers W und einer relativen Geschwindigkeit des Siliziumwafers W und der drehbaren Platte (Schritt 3A und Schritt 3B von 3); und einen zweiten Polierschritt des Durchführens des Polierens auf der einen Seite des Siliziumwafers W unter einer zweiten Polierbedingung, bei der der aufgebrachte Druck und/oder die relative Geschwindigkeit in der ersten Polierbedingung geändert ist, nach dem ersten Polierschritt (Schritt 3C und Schritt 3D von 3). Der Grund, weshalb sich die erste und zweite Polierbedingung auf dem aufgebrachten Druck und die relative Geschwindigkeit beziehen, lautet, dass der aufgebrachte Druck und die relative Geschwindigkeit jede der Siliziumpolierrate (im Folgenden als „Si-Polierrate“ bezeichnet) und der Siliziumoxidpolierrate (im Folgenden als „SiO2-Polierrate“ bezeichnet) besonders beeinflussen. Hier soll der Zweckmäßigkeit halber der Ausdruck „SiO2“ das Zusammensetzungsverhältnis einer stöchiometrischen Zusammensetzung nicht spezifizieren, sondern stellt Siliziumoxid dar, das durch typische natürliche Oxidation auf einer Siliziumoberfläche ausgebildet werden kann. Gleiches gilt im Folgenden.
  • In dieser Ausführungsform ist wichtig, dass das Polierratenverhältnis (im Folgenden als „SiO2/Si-Polierratenverhältnis“ bezeichnet) der SiO2-Polierrate zu der Si-Polierrate gemäß der ersten Polierbedingung über dem SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der nachfolgenden zweiten Polierbedingung liegt. Durch diese Schritte kann die Häufigkeit von abgestuften winzigen Defekten in der Siliziumwaferoberfläche nach dem Polieren signifikant verbessert werden. Jeder Schritt wird unten beschrieben.
  • In dem ersten Polierschritt (Schritt 3A und Schritt 3B von 3) wird die eine Seite des Siliziumwafers W poliert. Die Polierbedingung bezüglich des aufgebrachten Drucks zum Drücken des Siliziumwafers W und der relativen Geschwindigkeit des Siliziumwafers W und der drehbaren Scheibe beim Polieren des Siliziumwafers W vom ersten Polierschritt wird als die erste Polierbedingung bezeichnet. Der erste Polierschritt beinhaltet das Polieren, das primär für das polierende Entfernen der Siliziumoxidschicht 20 gedacht ist. Die erste Polierbedingung wird später zusammen mit der zweiten Polierbedingung ausführlich beschrieben. In dem Beispiel der Einseiten-Poliervorrichtung 100 in 1 wird die relative Geschwindigkeit durch die Drehzahl der drehbaren Scheibe 140 und die Drehzahl des Siliziumwafers W durch den Polierkopfs 120 bestimmt. Wenn die Rotationsfrequenz der drehbaren Scheibe 140 und/oder des Polierkopfs 120 geändert wird, ändert sich die relative Geschwindigkeit. Auch bei einer Einseiten-Poliervorrichtung vom Chargentyp wird die relative Geschwindigkeit durch die Drehzahlen des Polierkopfs und der drehbaren Scheibe bestimmt.
  • Die erste Polierbedingung enthält möglicherweise nicht nur den oben erwähnten aufgebrachten Druck und die oben erwähnte relative Geschwindigkeit, sondern auch den Aufschlämmungs(Slurry)-Typ (Partikeldurchmesser, Konzentration, pH-Wert usw.) und die Zuführtemperatur, das Material, den Porendurchmesser und das Öffnungsverhältnis usw. des Poliertuchs und dergleichen. Die zweite Polierbedingung enthält möglicherweise nicht nur den aufgebrachten Druck und die relative Geschwindigkeit, sondern auch den Aufschlämmungstyp und die Zuführtemperatur, das Material, den Porendurchmesser und das Öffnungsverhältnis des Poliertuchs und dergleichen als Polierbedingungen, wie bei der ersten Polierbedingung.
  • In dem zweiten Polierschritt (Schritt 3C und Schritt 3D von 3) wird die eine Seite des Siliziumwafers W gemäß dem ersten Polierschritt poliert. Der zweite Polierschritt beinhaltet das Polieren, das primär für das Polieren des blanken Siliziums 10 gedacht ist, nachdem die Siliziumoxidschicht 20 bereits entfernt worden ist. Hier liegt das SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der ersten Polierbedingung über dem SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der ersten Polierbedingung, wie oben erwähnt. Mit anderen Worten liegt das SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der zweiten Polierbedingung unter dem SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der ersten Polierbedingung.
  • Die technische Bedeutung, das SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der ersten Polierbedingung so einzustellen, dass es über dem SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der zweiten Polierbedingung in dieser Ausführungsform liegt, wie oben erwähnt, wird unten unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben. Wie in Schritt 3A bis Schritt 3D von 3 dargestellt, wird in dieser Ausführungsform nach dem Polieren der Siliziumoxidschicht 20 in dem ersten Polierschritt das blanke Silizium 10 in dem zweiten Polierschritt poliert, so dass die Häufigkeit für abgestufte winzige Defekte signifikant verbessert werden kann. Diese Operation und dieser Effekt lassen sich im Vergleich mit einem in Schritt 4A bis Schritt 4C in 4 dargestellten Einseiten-Polierverfahren wie unten beschrieben deutlicher verstehen.
  • Bei dem herkömmlichen Einseiten-Polierverfahren wird ein Einseitenpolieren auf dem Siliziumwafer W ohne Veränderung des SiO2/Si-Polierratenverhältnisses durchgeführt. Schritt 4A bis Schritt 4C von 4 veranschaulichen schematisch diesen Polierprozess. Die herkömmliche Technik konzentriert sich primär auf das Polieren des blanken Siliziums 10 ohne Berücksichtigung des Auftretens von abgestuften winzigen Defekten. Somit wird das Einseitenpolieren mit einem konstanten SiO2/Si-Polierratenverhältnis durchgeführt. Bei der Polierbedingung der herkömmlichen Technik ist das SiO2/Si-Polierratenverhältnis typischerweise so eingestellt, dass es relativ niedrig ist. Falls bei der herkömmlichen Technik ein Zustand auftritt, in dem die Siliziumoxidschicht 20B und das blanke Silizium 10 in der polierseitigen Oberfläche koexistieren, wie in Schritt 4B von 4 dargestellt, schreitet bei dem nachfolgenden Polieren, während die verbleibende Siliziumoxidschicht 20B polierend entfernt wird, das Polieren des blanken Siliziums 10 in einen Abschnitt D1, wo die Siliziumoxidschicht 20B bereits polierend entfernt worden ist, schnell fort. Dieser Abschnitt wird schließlich einen abgestuften winzigen Defekt D2 aufweisen. Ein derartiger abgestufter winziger Defekt D2 kann durch das DIC-Verfahren unter Verwendung einer kommerziell erhältlichen Waferoberflächenuntersuchungsvorrichtung detektiert werden.
  • 5A liefert ein Beispiel einer graphischen Darstellung, die die Polierrate gegenüber dem aufgebrachten Druck in dem Fall veranschaulicht, in dem nur der aufgebrachte Druck in einer vorbestimmten Einseiten-Poliervorrichtung geändert wird. Hier sind die Polierbedingungen wie etwa die relative Geschwindigkeit des Siliziumwafers und der drehbaren Scheibe außer dem aufgebrachten Druck die gleichen. Die horizontale Achse ist in willkürlichen Einheiten (w.E.) dargestellt. Es besteht die Tendenz, dass die SiO2-Polierrate und die Si-Polierrate beide niedriger liegen, wenn der aufgebrachte Druck niedriger ist, und die SiO2-Polierrate und die Si-Polierrate beide höher liegen, wenn der aufgebrachte Druck höher ist. Die jeweiligen Änderungsraten der SiO2-Polierrate und der Si-Polierrate sind voneinander verschieden, und die beiden Polierraten liegen näher beieinander, wenn der aufgebrachte Druck niedriger ist. Es besteht somit die Tendenz, dass das SiO2/Si-Polierratenverhältnis höher ist, wenn der aufgebrachte Druck niedriger ist, wie aus 5Azu verstehen ist. Es wird verstanden, dass dem so ist, weil der Beitrag der chemischen Polierwirkung niedriger ist, wenn der aufgebrachte Druck niedriger ist.
  • 5B liefert ein Beispiel einer graphischen Darstellung, die die Polierrate über der relativen Geschwindigkeit des Siliziumwafers und der drehbaren Scheibe in dem Fall darstellt, wenn nur die relative Geschwindigkeit in der oben erwähnten Einseiten-Poliervorrichtung geändert wird. Hier sind die Polierbedingungen wie etwa der aufgebrachte Druck außer der relativen Geschwindigkeit die gleichen. Die horizontale Achse ist in willkürlichen Einheiten (w.E.) dargestellt, wie in 5A. Die SiO2-Polierrate und die Si-Polierrate liegen beide niedriger, wenn die relative Geschwindigkeit niedriger ist, und die SiO2-Polierrate und die Si-Polierrate liegen beide höher, wenn die relative Geschwindigkeit höher ist. Die jeweiligen Änderungsraten der SiO2-Polierrate und der Si-Polierrate sind voneinander verschieden, wie in 5A. Die beiden Polierraten liegen näher zueinander, wenn die relative Geschwindigkeit höher ist, so dass das SiO2/Si-Polierratenverhältnis höher ist, wenn die relative Geschwindigkeit höher ist. Es wird verstanden, dass dem so ist, weil der Beitrag der mechanischen Polierwirkung niedriger ist, wenn die relative Geschwindigkeit niedriger ist.
  • Unter einer vorbestimmten Polierbedingung werden somit die SiO2-Polierrrate und die Si-Polierrate jeweils eindeutig bestimmt, und das SiO2/Si-Polierratenverhältnis wird eindeutig bestimmt. Die Beziehung zwischen der Häufigkeit (Zahlenrate) für abgestufte winzige Defekte und der ersten Polierbedingung wird unten anhand einer graphischen Darstellung in 6 beschrieben. Der Zahlenwert in jedem Gebiet in 6 gibt die Anzahl abgestufter winziger Defekte an, die mit einer Wahrscheinlichkeit eines vorbestimmten Schwellenwerts (z.B. 90%) auftreten. In der Zeichnung zeigt „0“ an, dass kein abgestufter winziger Defekt mit der Wahrscheinlichkeit des vorbestimmten Schwellenwerts auftritt. Wenn, wie in 6 dargestellt, die Si-Polierrate höher ist und die SiO2-Polierrate niedriger ist, ist die Häufigkeit für bestimmte winzige Defekte höher. Obwohl jede der SiO2-Polierrate und der Si-Polierrate nicht nur in Abhängigkeit von dem aufgebrachten Druck und der relativen Geschwindigkeit, sondern auch den Spezifikationen der Einseiten-Poliervorrichtung, dem Material des Polierpads, dem Siliziumwafertyp usw. stark variieren können, besteht die Auffassung, dass die Häufigkeit für abgestufte winzige Defekte stark von dem SiO2-Polierratenverhältnis abhängt. Dementsprechend haben wir die Aufmerksamkeit auf das SiO2-Polierratenverhältnis konzentriert, die Einstellung des SiO2-Polierratenverhältnisses gemäß der ersten Poliergewinnung höher einzustellen als das SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der zweiten Polierbedingung und ihren Effekt experimentell bestätigt.
  • Wie oben beschrieben, ist in dieser Ausführungsform das SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der ersten Polierbedingung höher als das SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der zweiten Polierbedingung. Unter solchen Bedingungen wird das für das polierende Entfernen der Siliziumoxidschicht 20 gedachte Polieren in dem ersten Polierschritt durchgeführt (Schritt 3A bis Schritt 3B von 3), und dann wird in dem zweiten Polierschritt das Polieren des blanken Siliziums 10, nachdem die Siliziumoxidschicht 20 bereits entfernt worden ist, durchgeführt (Schritt 3C bis Schritt 3D von 3). Folglich kann die Häufigkeit für abgestufte winzige Effekte im Vergleich zu der herkömmlichen Technik signifikant verbessert werden.
  • Angesichts dieser technischen Bedeutung wird der erste Polierschritt bevorzugt durchgeführt, bis mindestens die Siliziumoxidschicht 20 entfernt ist. Das hier erwähnte Entfernen der Siliziumoxidschicht 20 bezeichnet das Entfernen des Abschnitts der Siliziumoxidschicht 20, der die Hauptoberfläche des blanken Siliziums 10 bedeckt, wie in Schritt 3A bis Schritt 3B von 3 dargestellt. Es ist nicht erforderlich, die Siliziumoxidschicht 20A an den lateralen Seiten des blanken Siliziums 10 zu entfernen.
  • Beispielsweise kann der erste Polierschritt durchgeführt werden, bis die Siliziumoxidschicht 20 entfernt ist, und zwar auf folgende Weise. Ein Siliziumwafer vom gleichen Typ wie der Siliziumwafer W wird zuvor vorbereitet und die Zeit bis zum vollständigen Entfernen der Siliziumoxidschicht wird gemessen, und der erste Polierschritt wird für diese Zeit (oder für eine Summe aus der Zeit und einer vorbestimmten Zeit) durchgeführt. Alternativ kann das Entfernen der Siliziumoxidschicht beispielsweise unter Verwendung eines Drehmoments eines Motors zum Antreiben der drehbaren Scheibe oder des Polierkopfs in der Einseiten-Poliervorrichtung detektiert werden, wonach der zweite Schritt durchgeführt wird. In dieser Ausführungsform kann sogar lediglich durch Einstellen einer gewünschten Zeit für den ersten Polierschritt, wie angemessen, die Häufigkeit für abgestufte winzige Defekte im Vergleich zu der herkömmlichen Technik signifikant verbessert werden.
  • Das SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der ersten Polierbedingung beträgt bevorzugt 0,5 oder mehr. Das SiO2/Si-Polierratenverhältnis kann noch höher liegen. In diesem Fall kann die Anzahl von abgestuften winzigen Defekten deutlich reduziert werden. Dem SiO2/Si-Polierratenverhältnis wird keine Obergrenze auferlegt.
  • Das SiO2/Si-Polierratenverhältnis gemäß der zweiten Polierbedingung beträgt bevorzugt weniger als 0,5. Das SiO2-Polierratenverhältnis kann wie angemessen in diesem Bereich angesichts der Ebenheit und Form des Siliziumwafers eingestellt werden.
  • Die vorliegende Offenbarung lässt sich auf jedem Siliziumwafer anwenden, dessen Volumensiliziumsubstratoberfläche natürlich oxidiert wird, um eine Siliziumoxidschicht auszubilden. Die Größe und Dicke des Siliziumwafers sind nicht beschränkt.
  • Ein Einseiten-Polier-Unterbrechungsschritt des Änderns der Polierbedingung kann zwischen dem ersten Polierschritt in dieser Ausführungsform vorgesehen sein. Ein Polierbedingungs-Justierschritt des Fortfahrens mit dem Einseitenpolieren, während die Polierbedingung allmählich geändert wird, kann in dieser Ausführungsform enthalten sein.
  • Nachdem das Einseitenpolieren endet, kann ein Reinigungsschritt unter Verwendung von Reinstwasser oder dergleichen durchgeführt werden.
  • Das Einseiten-Polierverfahren gemäß dieser Ausführungsform eignet sich insbesondere für das Endpolieren, bei dem das Einseitenpolieren unter Verwendung eines relativ weichen Poliertuchs wie etwa aus Veloursmaterial durchgeführt wird.
  • Wie hierin verwendet, impliziert der Ausdruck „die gleichen“ oder „der gleiche Typ“ keine strikte mathematische Gleichheit und kann natürlich Fehler involvieren, die toleriert werden, solange die Operation und der Effekt der offenbarten Merkmale erzielt werden kann, einschließlich unvermeidbarer Fehler, die in einem Prozess des Herstellens eines Siliziumwafers verursacht werden. Beispielsweise wird in der vorliegenden Offenbarung ein Fehler von etwa 1% toleriert.
  • BEISPIELE
  • Eine ausführlichere Beschreibung wird unten unter Verwendung von Beispielen vorgelegt, wenngleich die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
  • (Beispiel eines vorhergehenden Versuchs)
  • Es wurden mehrere Siliziumwafer vom gleichen Typ mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Gesamtdicke von 775 µm (Dicke der natürlichen Oxidschicht: 1 nm) hergestellt. Ein Poliertuch, das aus Veloursmaterial bestand, wurde auf einer Oberfläche einer Scheibe platziert, und während eine alkalische Polierflüssigkeit wie etwa eine Polieraufschlämmung zugeführt wurde, wurde das Endpolieren durch chemisch-mechanisches Polieren unter Verwendung einer Einseiten-Poliervorrichtung vom Chargentyp durchgeführt. Der Polierkopf und die drehbare Scheibe hatten die gleiche Rotationsfrequenz und wurden in der gleichen Richtung gedreht. Nur der aufgebrachte Druck (g/cm2) beim Pressen des Siliziumwafers gegen die drehbare Scheibe und die Rotationsfrequenz (min-1) des Polierkopfs und der drehbaren Scheibe wurden gemäß den folgenden Bedingungen geändert, Im Detail betrug bei der Einseiten-Poliervorrichtung 100 die Rotationsfrequenz (min-1) des Polierkopfs und der drehbaren Scheibe 16, 24, 43 und 55. Bei jeder Rotationsfrequenz wurde der aufgebrachte Druck (g/cm2) in einem Bereich von 50, 60, 100, 150 und 200 geändert. Aus einer Bearbeitungszugabe des Polierens wurde jede der SiO2-Polierrate und der Si-Polierrate (nm/s) berechnet. Das SiO2-Polierratenverhältnis wurde dann aus der berechneten SiO2-Polierrate und Si-Polierrate bestimmt. Die Ergebnisse sind in 7 aufgelistet.
  • (Beispiel 1)
  • Jeder Siliziumwafer vom gleichen Typ wie die in dem vorausgehenden Versuchsbeispiel verwendeten Siliziumwafer wurde dem ersten Polierschritt und dem zweiten Polierschritt unter den in der folgenden Tabelle 1 aufgelisteten Polierbedingungen unterzogen. Weiterhin wurde nach dem zweiten Polierschritt ein Schritt des Reinigens des polierten Siliziumwafers unter Verwendung von Reinstwasser durchgeführt. 100 Siliziumwafer wurden somit einem Einseitenpolieren unterzogen, wobei die anderen Bedingungen die gleichen sind wie jene in dem Beispiel eines vorhergehenden Versuchs. In Tabelle 1 wird das SiO2/Si-Polierratenverhältnis einfach als „Polierratenverhältnis“ bezeichnet. Da die SiO2-Polierrate im ersten Polierschritt 1 nm/min betrug, kann davon ausgegangen werden, dass die ganze Siliziumoxidschicht durch Polieren für 60 Sekunden entfernt wurde. Obwohl das SiO2/Si-Polierratenverhältnis zwischen dem ersten Polierschritt und dem zweiten Polierschritt verschieden war, beinhaltete der erste Polierschritt geringen Druck und schnelle Drehung, wohingegen der zweite Polierschritt hohen Druck und langsame Drehung beinhaltete, so dass die SiO2-Polierrate in den beiden Polierschritten etwa die gleiche war. [Tabelle 1]
    Schritt Beispiel 1 Herkömmliches Beispiel 1
    Erster Polierschritt Aufgebrachter Druck: 60 g/cm2
    Drehzahl: 55 min-1 Aufgebrachter Druck: 180 g/cm2
    Polierzeit: 60 s Drehgeschwindigkeit: 20 min-1
    Polierratenverhältnis: 0,5
    Zweiter Polierschritt Aufgebrachter Druck: 180 g/cm2
    Drehzahl: 20 min-1 Polierzeit: 210 s
    Polierratenverhältnis: 0,05
    Polierzeit: 150 s
    Polierratenverhältnis: 0,05
  • (Herkömmliches Beispiel 1)
  • 100 Siliziumwafer wurden auf die gleiche Weise wie Beispiel 1 einem Einseitenpolieren unterzogen, außer dass der erste Polierschritt in Beispiel 1 nicht durchgeführt wurde und die Polierbedingungen in Tabelle 1 verwendet wurden.
  • (Beispiel 2)
  • 100 Siliziumwafer wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 einem Einseitenpolieren unterzogen, außer dass die Drehgeschwindigkeit in dem ersten Polierschritt in Beispiel 1 so verändert wurde, dass das SiO2-Polierratenverhältnis 0,3 betrug.
  • (Beispiel 3)
  • 100 Siliziumwafer wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 einem Einseitenpolieren unterzogen, außer dass die Drehgeschwindigkeit in dem ersten Polierschritt in Beispiel 1 so verändert wurde, dass das SiO2-Polierratenverhältnis 0,1 betrug.
  • (Evaluierung)
  • Die Oberfläche jedes Siliziumwafers gemäß jedem von Beispiel 1 und dem herkömmlichen Beispiel 1 nach dem Polieren wurde durch den DIC-Modus (Messmodus durch das DIC-Verfahren) unter Verwendung einer Waferoberflächenuntersuchungsvorrichtung (Surfscan SP2, von KLA-Tencor hergestellt) gemessen. Bei der Messung wurde der Schwellenwert der Höhe von konkav-konvex-förmigen abgestuften winzigen Defekten auf 3,4 nm eingestellt, und die Anzahl der abgestuften winzigen Defekte, die diesen Schwellenwert überstiegen, wurde erhalten. Die Anzahl der Siliziumwafer bei denen die Anzahl der durch das DIC-Verfahren detektierten Effekte 0 betrug, wurde in jedem von Beispiel 1 und dem herkömmlichen Beispiel 1 bestimmt. In Beispiel 1 wurde in 93 Siliziumwafern von 100 Siliziumwafern kein abgestufter winziger Defekt gefunden. Im herkömmlichen Beispiel 1 wurde kein abgestufter winziger Defekt in 61 Siliziumwafern von 100 Siliziumwafern gefunden. Somit betrug die Häufigkeit für einen abgestuften Defekt in Beispiel 1 7% und im herkömmlichen Beispiel 1 39%. Für jedes der Beispiele 2 und 3 wurde die Anzahl an Siliziumwafern, in denen die Anzahl von Defekten 0 betrug, auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt, und die Häufigkeit für abgestufte Defekte wurde berechnet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 aufgelistet. Obwohl das Einseitenpolieren in dem herkömmlichen Beispiel 1 mit einem konstanten SiO2/Si-Polierratenverhältnis durchgeführt wurde, ohne den ersten Polierschritt und den zweiten Polierschritt voneinander zu unterscheiden, ist das Polierratenverhältnis als das Polierratenverhältnis im ersten Polierschritt in Tabelle 2 angegeben. [Tabelle 2]
    Polierratenverhältnis im ersten Polierschritt Häufigkeit
    Beispiel 1 0,5 7%
    Beispiel 2 0,3 12%
    Beispiel 3 0,1 30%
    Herkömmliches Beispiel 1 0,05 39%
  • Diese Ergebnisse zeigen, dass durch Durchführen des ersten Polierschritts mit einem höheren SiO2/Si-Polierratenverhältnis als dem SiO2-Polierratenverhältnis in dem nachfolgenden zweiten Polierschritt die Häufigkeit für abgestufte Defekte im Vergleich zu der herkömmlichen Technik signifikant verbessert wurde. Dieser Verbesserungseffekt war in Beispiel 1 besonders deutlich, wo das SiO2/Si-Polierratenverhältnis im ersten Polierschritt 0,5 betrug.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Es ist deshalb möglich, ein Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren bereitzustellen, das die Häufigkeitsrate für abgestufte winzige Defekte signifikant verbessern kann.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    blankes Silizium
    20
    Siliziumoxidschicht
    100
    Einseiten-Poliervorrichtung
    120
    Polierkopf
    130
    Poliertuch
    140
    drehbare Scheibe
    W
    Halbleiterwafer (Siliziumwafer)

Claims (4)

  1. Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren des Haltens, durch einen Polierkopf, eines Siliziumwafers, in dem eine Siliziumoxidschicht auf einer blanken Siliziumoberfläche ausgebildet ist, und des Drückens des Siliziumwafers gegen eine rotierbare Scheibe mit einem daran angebrachten Poliertuch unter Drehen des Siliziumwafers, um eine Seite des Siliziumwafers, die der drehbaren Scheibe zugewandt ist, zu polieren, wobei das Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren Folgendes umfasst: einen ersten Polierschritt des Durchführens des Polierens auf der einen Seite des Siliziumwafers unter einer ersten Polierbedingung bezüglich eines aufgebrachten Drucks zum Drücken des Siliziumwafers und einer relativen Geschwindigkeit des Siliziumwafers und der drehbaren Platte; und einen zweiten Polierschritt des Durchführens des Polierens auf der einen Seite des Siliziumwafers unter einer zweiten Polierbedingung, bei der der aufgebrachte Druck und/oder die relative Geschwindigkeit der ersten Polierbedingung geändert ist, nach dem ersten Polierschritt, wobei ein Polierratenverhältnis einer Siliziumoxidpolierrate zu einer Siliziumpolierrate gemäß der ersten Polierbedingung über einem Polierratenverhältnis einer Siliziumoxidpolierrate zu einer Siliziumpolierrate gemäß der zweiten Polierbedingung liegt.
  2. Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Polierschritt durchgeführt wird, bis mindestens die Siliziumoxidschicht entfernt ist.
  3. Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polierratenverhältnis gemäß der ersten Polierbedingung 0,5 oder mehr beträgt.
  4. Siliziumwafer-Einseiten-Polierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polierratenverhältnis gemäß der zweiten Polierbedingung unter 0,5 liegt.
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