TW201618897A - 矽晶圓之硏磨方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種矽晶圓之研磨方法，於單面研磨步驟 中，可降低矽晶圓表面的水印缺陷的產生。 包括：一邊將粗研磨用研磨液224供給至 粗研磨用研磨布223的研磨面，一邊對晶圓W的表面進行研磨的第一研磨步驟，以及接續前述第一研磨步驟，在前述第一研磨步驟結束後的前述粗研磨用研磨布223供給含有水溶性高分子的保護膜形成溶液225，使前述晶圓W的被研磨面接觸前述保護膜形成溶液225，以於前述被研磨面形成保護膜W1的保護膜形成步驟，一邊將精研磨用研磨液供給至與粗研磨用研磨布223相異的精研磨用研磨布的研磨面，一邊對前述晶圓W的保護膜的形成面進行研磨的第二研磨步驟。

Description

矽晶圓之研磨方法
本發明是有關於矽晶圓之研磨方法。
近年來，作為矽晶圓的表面的研磨方法，一般而言是一邊供給在鹼性水溶液中含有二氧化矽粒子等的研磨粒的研磨液，一邊使矽晶圓與研磨布相對的旋轉以進行CMP(化學機械研磨)。CMP是使研磨粒所致的機械的研磨作用與鹼性水溶液所致的化學的研磨作用複合的技術。已知藉由使上述2個研磨作用複合，能夠對矽晶圓的表面得到高平坦度。此矽晶圓的CMP處理，通常是進行由兩面研磨步驟至單面研磨步驟之經由複數階段的研磨。
兩面研磨步驟是以將晶圓研磨至所希望的厚度為目的而進行的。具體而言，使用聚氨酯等的硬質的研磨用研磨布並以研磨速度較快的條件，同時研磨矽晶圓的表裡面。藉由此兩面研磨，研磨後的矽晶圓厚度的雜亂小而使其平坦化，並去除奈米形貌(nanotopography)此等的波狀成分。
單面研磨步驟是以改善經兩面研磨的矽晶圓的單側表面的粗度為目的而進行的。具體而言，藉由使用麂皮此等的軟質的研磨布以及微小尺寸的砥粒，進行單面研磨以降低被稱為奈米形貌或霧度之矽晶圓表面上的微小的面粗度(micro roughness)。此單面研磨步驟是一邊變更研磨布的種類、研磨液中的研磨粒尺寸或鹼濃度，一邊分為數階段以進行研磨處理。
作為此單面研磨步驟的相關技術，以改善矽晶圓表面的霧度為目的，揭示一種使用包含鹼性二氧化矽、水溶性高分子與環狀有機化合物且使用於矽晶圓的鏡面研磨的研磨劑，以及使用其的矽晶圓之研磨方法(請參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利第5321430號公報
如同上述專利文獻1亦有報告的，於單面研磨步驟中，為了降低矽晶圓表面的霧度等級之目的，一般而言是於研磨液中添加水溶性高分子。
然而，在經由兩面研磨步驟的矽晶圓的表層部，殘存有兩面研磨加工時的機械作用所導入的加工損傷(應變)。因此，在其後的單面研磨步驟中，有必要進行研磨以去除此加工損傷。但是，在研磨液中添加有水溶性高分子的話，由於研磨速度(研磨速率)大幅降低，具有為了去除加工損傷而耗費大量的時間與工作量之問題。
關於上述問題，對經兩面研磨步驟的矽晶圓進行第1次的單面研磨處理(以下亦稱為粗研磨)中，藉由在研磨 液中不添加水溶性高分子進行研磨，能夠不使研磨速度降低的去除加工損傷。而且，在接續的第2次之後的單面研磨處理(以下亦稱為精研磨)中，藉由在研磨液中添加水溶性高分子進行研磨，而能夠研磨至所希望的表面粗度。
然而，經由本發明人的實驗，上述的粗研磨以及精研磨所製作的晶圓，對此晶圓表面施以磊晶成長處理的情形，確認具有在所製作的磊晶矽晶圓的表面多數產生45nm尺寸以下的微小光點缺陷(Light Point Defect；LPD)。而且，本發明人發現如同後述的，在粗研磨之後在矽晶圓表面產生水印缺陷，而此水印缺陷為磊晶矽晶圓的微小LPD的產生原因。
本發明的目的是提供一種矽晶圓之研磨方法，在單面研磨步驟中，可降低矽晶圓表面的水印缺陷的產生。
本發明人對於磊晶矽晶圓的表面的微小LPD的產生原因進行了努力檢討。
作為此原因調查，對於表面具有微小LPD的磊晶矽晶圓，在進行LPD的映象(map)觀察的同時，以原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope；AFM)實施LPD的實體觀察。而且，使用晶圓缺陷檢查裝置(Lasertech公司製；Magics)以及AFM進行實體觀察，進行LPD的缺陷分類。
第1圖為於磊晶矽晶圓表面所觀察的LPD映象，可了解在磊晶矽晶圓的表面存在有多數點的微小LPD。
第2圖所示為於磊晶矽晶圓表面所觀察的LPD的缺陷分類結果的圖，可了解與一般的積層缺陷(Stacking Fault；SF) 或凸起(hillrock)等的一般的磊晶缺陷相比，微小的凹缺陷的個數多。
第3圖所示為於磊晶矽晶圓表面所觀察的微小凹缺陷的AFM像的圖，第4圖為表示第3圖的A-B間的最表面的高低差的圖。由第3圖以及第4圖可知，觀察磊晶矽晶圓表面的微小凹缺陷的實體，在外緣部呈環狀而凸起，而為直徑約26μm、高度約15nm程度的盆地狀的微小凹陷。
由此些的結果，可推測此微小凹缺陷決定了微小LPD的個數等級。
其次，調查於磊晶矽晶圓表面所觀察的微小凹缺陷的產生原因。具體而言，對進行磊晶成長處理之前的矽晶圓表面，使用表面缺陷檢查裝置(KLA-Tencor公司製：Surfscan SP-2)，以微分干涉差對比(DIC)模式觀察到的段差3nm以上的缺陷的座標位置，將其與於磊晶矽晶圓表面所觀察的微小凹缺陷的座標位置進行比較，確認兩者的產生位置近乎一致。
因此，對矽晶圓表面所觀察的缺陷部位使用AFM進行實體觀察。其結果如第5圖所示。第6圖為表示第5圖的C-D間的最表面的高低差的圖。由第5圖以及第6圖可知，與磊晶矽晶圓表面所觀察的微小凹缺陷相同的，在矽晶圓的表面所觀察的微小凹缺陷的實體，確認為在外緣部呈環狀而凸起，為直徑約20μm、高度約22nm程度的盆地狀的缺陷(以下亦稱為水印缺陷)。
此矽晶圓表面所觀察的水印缺陷，由於其環形狀的中心部位比外周部薄，可推測形成水印缺陷時的反應是伴隨著蝕刻。 亦即是，可推測矽晶圓表面所產生的水印缺陷推測是藉由下述而產生的：在矽晶圓的表面上存在作為水滴的鹼等的水溶液，一邊藉此鹼成分蝕刻晶圓的表面，一邊使空氣中的氧進入水滴，藉由與此氧的反應產生反應鹽的現象。
作為可產生此現象的步驟，在單面研磨步驟中，確認在將矽晶圓從粗研磨移送至精研磨而於空中搬送時，產生了水印缺陷。
此被認為恐怕是在單面研磨的粗研磨步驟結束後的矽晶圓的表面殘存有包含研漿成分的水滴，依此而形成有水印缺陷。
第7圖所示水印缺陷的推測產生機制。而且，第7圖的下段與上段對應，為矽晶圓的表層部分的部分擴大圖。
單面研磨步驟的粗研磨結束後，於矽晶圓的被研磨面存在有作為殘渣的粗研磨所使用的研漿。而且，此被研磨面為疏水性。因此，如第7(A)圖的上段所示，於被研磨面形成有包含研漿的水滴。如第7(A)圖的下段所示，於此水滴存在有研漿所致的鹼成分(圖中表示為K+、OH-)。而且，於矽晶圓的表層中，在水滴所接觸的部分，表層部分的矽(圖中表示為Si)溶出並進入水滴中。然後，結束粗研磨，並移至精研磨的期間，研磨頭為上昇的狀態，而空氣中存在的氧(圖中表示為O2)進入水滴中。
其次，粗研磨結束後的矽晶圓，以貼附於研磨頭的乾燥狀態於空中搬送，而移送至次步驟的精研磨(第7(B)圖的上段)。
於此空中搬送中，藉由水滴中的KOH，附著有水滴的部分之被研磨面的Si被蝕刻，藉由此蝕刻反應而生成有K2SiO3或H2SiO3。而且，水滴在空中搬送中蒸發。因此，生成的K2SiO3或H2SiO3以於存在有水滴的外周部堆積的方式而殘留(第7(B)圖的下段)。
然後，於精研磨中，對矽晶圓的被研磨面進行精研磨(第7(C)圖的上段)。於此精研磨中，由於為細微差距(small margin)的研磨，無法去除空中搬送中所形成的水印，於精研磨結束後的矽晶圓表面，殘存盆地狀的水印缺陷(第7(C)圖的下段)。
而且，於本發明中，水印缺陷的定義為：使用表面缺陷檢查裝置(KLA-Tencor公司製：Surfscan SP-2)，對於以DIC模式於矽晶圓的表面所觀察的段差3nm以上的缺陷而以AFM進行實體觀察的情形，至少具有高度約10nm、直徑約10μm的大小的環狀的缺陷。
如同上述，發現了磊晶矽晶圓的表面產生微小LPD的原因，是在從單面研磨步驟的粗研磨至精研磨，在矽晶圓的空中搬送中所形成的水印缺陷所引起的。
本發明是基於上述發現而完成者。
亦即是，本發明的矽晶圓之研磨方法，其特徵在於包括：一邊對研磨布供給不含水溶性高分子、且含有研磨粒的鹼性水溶液作為主劑的研磨液，一邊對矽晶圓的單側表面進行研磨的第一研磨步驟，以及接續前述第一研磨步驟，在前述第一研磨步驟結束後的前述研磨布供給含有水溶性高分子的 保護膜形成溶液，使前述矽晶圓的經前述第一研磨步驟研磨的被研磨面接觸前述保護膜形成溶液，以於前述被研磨面形成保護膜的保護膜形成步驟，一邊將含有水溶性高分子、且含有研磨粒的鹼性水溶液作為主劑的研磨液供給至與前述第一步驟所使用的研磨布相異的研磨布，一邊對前述矽晶圓的前述保護膜形成步驟形成的保護膜的形成面進行研磨的第二研磨步驟。
如依照本發明，在接續第一研磨步驟實施的保護膜形成步驟中，使矽晶圓的被研磨面與含有水溶性高分子的保護膜形成溶液接觸。依此，於第一研磨步驟後的矽晶圓的被研磨面形成保護膜。
在從作為粗研磨的第一研磨步驟至作為精研磨的第二研磨步驟的矽晶圓的空中搬送中，此保護膜從空氣中的氧而保護被研磨面。而且，粗研磨後，所使用的研磨液殘留於被研磨面，但保護膜具有作為抑制此研磨液所含的鹼成分所致的蝕刻之蝕刻阻擋的功能。
依此，由於能夠防止被研磨面暴露於空氣中，能夠抑制被研磨面與空氣中的氧的反應。而且，不會產生殘留於研磨液中的鹼成分所致的使被研磨面的蝕刻。因此，於單面研磨步驟中，能夠降低將矽晶圓從粗研磨移送至精研磨的空中搬送時之水印缺陷的產生。作為其結果，在磊晶矽晶圓製造後的水印缺陷所引起的微小凹缺陷得以降低。
一般而言，在單面研磨步驟使用比兩面研磨步驟所使用的研磨布更軟質的研磨布。因此，由於矽晶圓是在沈入研磨布內的狀態進行研磨，於晶圓外周部使研磨布回復的反力 的作用變大，具有產生被稱為邊緣印出(edge roll off)的晶圓的外周塌邊的問題。
在粗研磨的初期，研磨所致的發熱在晶圓中心部高、在外周部低，粗研磨進行前存在於晶圓表面的自然氧化膜，是從發熱性高的晶圓的中心部所存在自然氧化膜先去除，晶圓的外周部的自然氧化膜具有較遲去除的傾向。
由於保護膜形成步驟是對粗研磨用研磨布的研磨面供給含有水溶性高分子的保護膜形成溶液以於被研磨面形成保護膜，在粗研磨用研磨布殘留有水溶性高分子。因此，在次循環的第一研磨步驟，在粗研磨用研磨布中殘留水性高分子的狀態進行研磨。於此情形，由於水溶性高分子而使得矽晶圓表面的自然氧化膜的去除能降低。
因此，由於殘留水溶性高分子的粗研磨用研磨布所進行的粗研磨，會降低自然氧化膜的去除能，晶圓表面的自然氧化膜的去除越遲的話，晶圓的外周部的研磨量被抑制。亦即是，藉由是用本發明的研磨方法，於次循環以後的粗研磨中，可以降低矽晶圓的邊緣印出量。
於本發明，前述保護膜形成溶液的水溶性高分子濃度較佳為10ppm以上、30ppm以下。
如依本發明，如使保護膜形成步驟的保護膜形成溶液的水溶性高分子濃度於上述範圍內，能夠在矽晶圓的被研磨面以能夠抑制水印缺陷產生程度的膜厚而形成保護膜。而且，如於上述濃度範圍，由於對粗研磨用研磨布的水溶性高分子的殘留亦少，對於粗研磨不會賦予影響的程度，於次循環的粗研磨亦不 會使研磨速率極端降低。進而，如於上述濃度範圍，於保護膜形成步驟在矽晶圓的被研磨面所形成的保護膜的厚度為數百Å(數十nm)程度，於接續的精研磨中能夠以短時間去除晶圓表面的保護膜。
而且，於本發明中，前述保護膜形成溶液所使用的水溶性高分子，較佳是具有纖維素結構的高分子化合物或非離子性高分子化合物。具體而言，作為具有纖維素結構的高分子化合物，例如是可舉出羥基乙基纖維素。而且，作為非離子性高分子化合物，例如是聚乙烯醇、聚丙烯酸醯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧化乙烯等，亦可以含有此些的高分子化合物中的1種或複數種。藉由使用此種的水溶性高分子，能夠容易的於矽晶圓的被研磨面形成保護膜。
1‧‧‧研磨裝置
2‧‧‧研磨處理部
3‧‧‧晶圓保持旋轉部
4‧‧‧研磨頭
20‧‧‧框體
21‧‧‧洗淨部
22‧‧‧粗研磨部
23‧‧‧第一精研磨部
24‧‧‧第二精研磨部
31‧‧‧支撐體旋轉軸
32‧‧‧支撐體
33‧‧‧頭旋轉驅動手段
221‧‧‧定盤旋轉驅動手段
222‧‧‧粗研磨用定盤
223‧‧‧粗研磨用研磨布
224‧‧‧粗研磨用研磨液
225‧‧‧保護膜形成溶液
231‧‧‧定盤旋轉驅動手段
232‧‧‧第一精研磨定盤
233‧‧‧第一精研磨用研磨布
241‧‧‧定盤旋轉驅動手段
242‧‧‧第二精研磨定盤
243‧‧‧第二精研磨用研磨布
W‧‧‧晶圓
W1‧‧‧保護膜
第1圖所示為磊晶矽晶圓的表面的LPD映象的圖。
第2圖所示為磊晶矽晶圓的表面存在的微小LPD的缺陷分類結果的圖。
第3圖所示為磊晶矽晶圓的表面存在的，直徑26μm、高度15nm的微小凹缺陷的AFM像的圖。
第4圖所示為第3圖的A-B間的最表面的高低差的圖。
第5圖所示為矽晶圓的表面存在的，直徑20μm、高度22nm的水印缺陷的AFM像的圖。
第6圖所示為第5圖的C-D間的最表面的高低差的圖的圖。
第7圖所示為水印缺陷的推測產生機制的圖。
第8圖所示為本發明的一實施型態的研磨裝置的全體的平面圖。
第9圖所示為前述一實施型態的研磨裝置之一部分切除的側面圖。
第10圖所示為本實施例的保護膜形成製程的圖。
第11圖所示為實施例1、2以及比較例1的磊晶矽晶圓的表面的微小LPD數的圖。
第12圖所示為實施例1、2以及比較例1的矽晶圓的表面粗度Ra的圖。
第13圖所示為實施例1的磊晶矽晶圓的表面的LPD映象的圖。
第14圖所示為實施例2的磊晶矽晶圓的表面的LPD映象的圖。
第15圖所示為比較例1的磊晶矽晶圓的表面的LPD映象的圖。
第16圖所示為實施例3的水溶性高分子濃度與水印缺陷的個數的關係的圖。
以下，基於圖面說明本發明的一實施例。
[晶圓研磨裝置的構成]
第8圖所示為本發明的一實施型態的研磨裝置的全體的平面圖。第9圖所示為此一實施型態的研磨裝置之一部分切除的側面圖。
如第8圖所示，研磨裝置1為使用研漿而對晶圓W的表面進行複數階段研磨的裝置。具體而言，研磨裝置1為實施晶圓W的粗研磨處理、以比粗研磨處理更細的粗度研磨的第1精研磨處理、以比第1精研磨處理更細的粗度研磨的第2精研磨處理之裝置。而且，於本實施型態中，精研磨處理為第1精研磨處理以及第2精研磨處理的2階段，但是精研磨處理亦可以構成為進行1階段。
此研磨裝置1如第8圖所示，包括：設置於箱狀框體20中的研磨處理部2，設置於此研磨處理部2上方的晶圓保持旋轉部3，以及設置於此晶圓保持旋轉部3的研磨頭4。
研磨處理部2適當進行研磨頭4的洗淨或晶圓W的研磨或潤洗等。此研磨處理部2包括沿著框體20的上面的外緣方向配置的洗淨部21、粗研磨部22、第一精研磨部23以及第二精研磨部24。尚且，由於粗研磨部22、第一精研磨部23以及第二精研磨部24具有相同的構成，對於粗研磨部22進行詳細的說明，對於第一精研磨部23以及第二精研磨部24的說明則簡略化。
〈洗淨部21〉
於洗淨部21適當載置晶圓W。此晶圓W保持於研磨頭4而以粗研磨部22等進行研磨。而且，於洗淨部21，藉由研磨頭4載置經過研磨的晶圓W。此晶圓W適當搬送至外部。進而，洗淨部21適當的進行位於此洗淨部21上方的研磨頭4的洗淨。
〈粗研磨部22〉
粗研磨部22如第8圖、第9圖所示，包括設置於框體20內的定盤旋轉驅動手段221、設置於此定盤旋轉驅動手段221的旋轉軸的圓板狀的粗研磨用定盤222、以及未圖示的粗研磨用研磨液供給部與保護膜形成溶液供給部。
於粗研磨用定盤222的上面，設置有粗研磨用研磨布223。粗研磨用研磨液供給部將粗研磨用研磨液適當供給至粗研磨用研磨布223的研磨面。保護膜形成溶液供給部將保護膜形成溶液適當供給至粗研磨用研磨布223的研磨面。
〈第一精研磨部23〉
第一精研磨部23包括定盤旋轉驅動手段231、第一精研磨定盤232、將第一精研磨用研磨液供給至第一精研磨用研磨布233的研磨面之第一精研磨用研磨液供給部、與潤洗液供給部。
〈第二精研磨部24〉
第二精研磨部24包括定盤旋轉驅動手段241、第二精研磨定盤242、將第二精研磨用研磨液供給至第二精研磨用研磨布243的研磨面之第二精研磨用研磨液供給部、與潤洗液供給部。
晶圓保持旋轉部3構成為可在保持晶圓W旋轉的同時，將晶圓W依照洗淨部21、粗研磨部22、第一精研磨部23、第二精研磨部24的順序於空中搬送。然後，晶圓保持旋轉部3包括配置在框體20內的支撐體旋轉軸31、設置於此支撐體旋轉軸31的旋轉軸且以平面觀察為略十字型的箱狀的支撐體32。支撐體32的十字狀的各前端，個別的設置有2個旋轉頭4。而且，於支撐體32的內部，設置有使研磨頭4個別旋轉的頭旋轉驅動手段33。
尚且，粗研磨部22是藉由定盤旋轉驅動手段221與頭旋轉驅動手段33構成旋轉驅動手段。而且，第一精研磨部23是藉由定盤旋轉驅動手段231與頭旋轉驅動手段33，且第二精研磨部24是藉由定盤旋轉驅動手段241與頭旋轉驅動手段33，個別構成旋轉驅動手段。
[晶圓的研磨裝置的作用]
其次，作為上述的研磨裝置1的作用，對晶圓W的研磨方法進行說明。
首先，使支撐體32下降，以研磨頭4的晶圓夾盤(圖示省略)吸引保持洗淨部21上的晶圓W。其次，使支撐體32上昇後，使支撐體32旋轉90°，以使保持有晶圓W的研磨頭4位於粗研磨部22的上方。
〈第一研磨步驟〉
研磨頭4以頭旋轉驅動手段33旋轉並使支撐體32下降。然後，將粗研磨用研磨液224供給至粗研磨用研磨布223，並且，使研磨頭4所保持的晶圓W接觸於旋轉中的粗研磨用研磨布223的研磨面。藉此，如第10(A)圖所示，在粗研磨用研磨液224的存在下，於晶圓W壓附於粗研磨用研磨布223的狀態下進行粗研磨。
粗研磨用研磨布223可採用絲絨型或麂皮型者。由研磨速率高的觀點，希望選擇比較硬度高者。
第一研磨步驟相當於單面研磨步驟的粗研磨步驟，以去除形成於晶圓W表面的自然氧化膜，且去除晶圓W的表面部的加工損傷為目的而實施。為了提高研磨速率，第一研磨步驟所 使用的粗研磨用研磨液224中含有研磨粒。作為研磨粒，可舉出膠態二氧化矽、二氧化鈰、鑽石、氧化鋁等。
而且，粗研磨用研磨液224不含水溶性高分子。由於水溶性高分子具有大幅降低研磨速率的作用，在要求高研磨速率的粗研磨用研磨液224中不適合含有水溶性高分子。但是，粗研磨後的晶圓W的被研磨面未形成保護膜W1，如為不對研磨速率造成妨礙的濃度範圍內，為了抑制研磨粒的凝集，亦可含有若干的水溶性高分子。
粗研磨用研磨液224希望使用以鹼液作為主劑、且調整至pH8~pH13的鹼性水溶液。作為鹼劑，可為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化四甲基銨、哌嗪為代表者，亦可以例示其他的碳酸銨水溶液、添加有其他特定胺的鹼性水溶液。
作為第一研磨的其他的研磨條件，可舉出研磨時間、研磨頭4的旋轉數、晶圓W的接觸壓等，可因應所希望的研磨量適當設定。
第一研磨步驟的結束後，停止粗研磨用研磨液224的供給。
〈保護膜形成步驟〉
其次，接續上述第一研磨步驟，實施保護膜形成步驟。此保護膜形成步驟，是為了抑制以往從粗研磨至精研磨時，發生在晶圓W的被研磨面的水印缺陷而實施的。
回到第8圖，保護膜形成步驟是在第一研磨步驟結束後，於使粗研磨用研磨布223的研磨面與晶圓W的被研磨面接觸的狀態，對粗研磨用研磨布223的研磨面供給含有水溶性高分子的保護膜形成溶液。依此，如第10(B)圖所示，使晶圓W 的被研磨面與保護膜形成溶液225接觸。藉由此接觸，於晶圓W的被研磨面形成保護膜W1。
於實施保護膜形成步驟的期間，於第一研磨步驟的結束後，使支撐體32上昇以使晶圓W的被研磨面從粗研磨用研磨布223離開的情形，晶圓W的被研磨面會露出於空氣中。由於在此被研磨面存在不飽和鍵，在空中搬送至與粗研磨部22相異的第一精研磨部23等的研磨台時，藉由來自空氣中的浮游粒子的污染或與氧的反應，於晶圓W的表面形成水印缺陷。此處形成的水印缺陷具有下述問題，使磊晶成長則成為微小凹缺陷，最終作為微小LPD而被檢測出。
此處，為了極力避免晶圓W的被研磨面露出於空氣中，保護膜形成步驟較佳與實施例一研磨步驟的研磨台為相同研磨台，且於粗研磨用研磨布223上進行。
而且，使保護膜形成溶液與晶圓W的被研磨面接觸時，可以使晶圓W與研磨台旋轉並接觸，亦可以於停止狀態接觸。由使保護膜形成溶液確實的到達晶圓W的中心部所對應的位置以形成保護膜W1之觀點，希望使晶圓W與研磨台(粗研磨用研磨布223)互相逆方向旋轉，並使保護膜形成溶液與晶圓W的被研磨面接觸。而且，在一邊將晶圓W壓附於粗研磨用研磨度223的方式加壓，一邊使晶圓W與研磨台的兩者旋轉的情形，藉由保護膜形成溶液中的鹼成分所致的蝕刻作用與粗研磨用研磨部223所致的蝕刻殘渣物的去除作用，而成為對粗研磨後的晶圓W的被研磨面進行研磨。亦即是，於保護膜形成步驟中，由於是於未含研磨粒的狀態進行晶圓W的被研磨 面的研磨，能夠去除第一研磨步驟(粗研磨)中因研磨粒產生的晶圓W的被研磨面的加工損傷，而且於研磨後的晶圓W的被研磨面形成特定的保護膜W1。
〈保護膜形成溶液225〉
保護膜形成溶液225所含的水溶性高分子，較佳是使用具有纖維素結構的高分子化合物或非離子性高分子化合物。作為具有纖維素結構的高分子化合物，可舉出羥基乙基纖維素。作為非離子性高分子化合物，可舉出聚乙烯醇、聚丙烯酸醯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧化乙烯等。而且，水溶性高分子較佳形成為直鏈狀，且一端為疏水基、另一端為親水基的膠束(micelle)狀。
水溶性高分子的濃度較佳於10ppm以上、30ppm以下的範圍內。未滿10ppm的話，即使晶圓W的被研磨面與保護膜形成溶液225接觸，具有在晶圓W的被研磨面無法形成可得到所希望效果之保護膜W1的疑慮。於此情形，具有在晶圓W的被研磨面形成水印缺陷的疑慮。
另一方面，如超過30ppm的話，形成於晶圓W的被研磨面的保護膜W1的厚度變得過厚，於其後進行的第二研磨步驟中，具有為了去除保護膜W1而增加研磨時間的疑慮。
保護膜形成溶液225較佳以鹼液作為主劑。
在粗研磨之後，於粗研磨用研磨布223與晶圓W的被研磨面之間存在有粗研磨用研磨液224。因此，在殘存有粗研磨用研磨液224並供給保護膜形成溶液225、而保護膜形成溶液225中未使用鹼成分的情形，粗研磨用研磨液224與保護膜形 成溶液225會產生大的pH差值。如依此大的pH差值，粗研磨用研磨布223與晶圓W的被研磨面之間存在的成分凝集，且具有因此凝集的成分導致晶圓W的被研磨面產生損傷的情形。因此，保護膜形成溶液225較佳是微量添加例如是胺等的鹼成分，藉此調整pH值。於此情形，保護膜形成溶液225的pH能調整至10~11的範圍的話，鹼成分的種類並沒有特別的限制。
尚且，如上所述，於保護膜形成步驟藉由於不含研磨粒的狀態進行被研磨面的研磨，由於能夠去除第一研磨步驟的研磨粒引起的加工損傷，保護膜形成溶液225較佳是不含研磨粒。
〈保護膜W1〉
保護膜W1為藉由將水溶性高分子以疏水基的部分附著於晶圓W的被研磨面而形成的有機膜。
保護膜W1的膜厚較佳為10nm以上、100nm以下的範圍。膜厚如在上述範圍的話，即使將晶圓W從粗研磨部22移送至第一精研磨部23的空中搬送，由於能夠防止起因於粗研磨用研磨液224的鹼成分或空氣中的氧與被研磨面接觸，不會使晶圓W的被研磨面因此些成分而被蝕刻。
藉由實施上述的保護膜形成步驟，晶圓W的被研磨面形成保護膜W1。如第10(C)圖所示，藉由於晶圓W的被研磨面存在有保護膜W1，能夠降低以往粗研磨至精研磨的空中搬送中的水印缺陷的產生。
保護膜形成步驟結束後，停止保護膜形成溶液225的供給，並且停止研磨頭4的旋轉，並於保持晶圓W的情況下使 研磨頭4上昇。然後，使支撐體32上昇後，使支撐體32旋轉90°，以使保持有晶圓W的研磨頭4位於第一精研磨部23的上方。
〈第二研磨步驟〉
第二研磨步驟相當於單面研磨步驟的精研磨步驟，為了抑制表面粗度而實施。
本實施型態中的第二研磨步驟，以第一精研磨部23所致的第一精研磨以及第二精研磨部24所致的第二精研磨的2階段而實施。
回到第8圖，研磨頭4以頭旋轉驅動手段33旋轉，並使支撐體32下降。然後，於第一精研磨用研磨布233供給精研磨用的精研磨用研磨液，並且使旋轉的第一精研磨用研磨布233的研磨面與研磨頭4所保持的晶圓W接觸。依此，於晶圓W壓附在第一精研磨用研磨布233的狀態下進行精研磨。第一精研磨用研磨布233可採用絲絨型或麂皮型者。
於精研磨用研磨液中含有研磨液。具體而言，可採用混入有膠態二氧化矽、鑽石、氧化鋁等的研磨粒。研磨粒的平均粒徑只要是以不產生微刮傷等的加工引起的缺陷的方式、選定為不使研磨粒凝集的粒徑範圍即可，希望使用平均粒徑為10~50nm者。
而且，精研磨用研磨液希望使用以鹼為主劑且調整為pH8~pH13的鹼性水溶液。作為鹼劑，可例示添加有鹼性銨鹽、鹼性鉀鹽、鹼性鈉鹽中的任意種的鹼性水溶液，或者是添加有胺的鹼性水溶液等。作為精研磨用研磨液所使用的水溶性高分 子，希望是具有纖維素結構的高分子化合物或非離子性高分子化合物。具體而言，作為具有纖維素結構的高分子化合物，例如是可舉出羥基乙基纖維素。而且，作為非離子性高分子化合物，例如可舉出是聚乙烯醇、聚丙烯酸醯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧化乙烯等。
尚且，前述保護膜形成步驟所使用的保護膜形成溶液的水溶性高分子濃度，較佳是比第二研磨步驟所使用的精研磨用研磨液的水溶性高分子濃度低。保護膜形成溶液的水溶性高分子濃度比精研磨用研磨液的水溶性高分子濃度高的話，由保護膜形成溶液而帶入第二研磨步驟的水溶性高分子量變大，第二研磨步驟的研磨速率會比規定值低，於霧面的製作具有產生障礙的疑慮。
第一精研磨部23所致的第一精研磨結束後，使研磨頭4的旋轉停止，並於保持晶圓W的情況下使研磨頭4上昇。然後支撐體32上昇後，使支撐體32旋轉90°，以使保持有晶圓W的研磨頭4位於第二精研磨部24的上方。
第二精研磨部24所致的第2精研磨，為比上述第1精研磨更細的粗度之研磨。由於除此之外與上述第1精研磨相同，省略其說明。
如同上述，藉由實施第二精研磨，形成了霧度等級的微粗度(micro roughness)。
最後，在第二精研磨部24所致的第2精研磨結束後，使支撐體32上昇後，使支撐體32旋轉90°，以使保持有晶圓W的研磨頭4位於洗淨部21的上方。然後，使支撐體32下降， 解除研磨頭4的晶圓夾盤所致的吸引保持，使晶圓W返回至洗淨部21上。
[實施型態的作用效果]
如同上述，上述的實施型態能夠發揮以下的作用效果。
(1)於接續第一研磨步驟實施的保護膜形成步驟中，使含有水溶性高分子的保護膜形成溶液225接觸晶圓W的被研磨面，以於被研磨面形成保護膜W1。
因此，由於保護膜W1防止了被研磨面暴露於空氣中，抑制了被研磨面與空氣中的氧的反應。而且，殘留在研磨液中的鹼成分不會引起被研磨面的蝕刻。因此，於單面研磨步驟中，降低了將晶圓W從粗研磨移送至精研磨的空中搬送時的水印缺陷的發生。作為結果，磊晶矽晶圓製造後的起因於水印缺陷的微小凹缺陷被降低。
(2)前循環所使用的粗研磨用研磨布223殘留有保護膜形成步驟所供給的保護膜形成溶液225的水溶性高分子。因此，次循環的第一研磨步驟是在粗研磨用研磨布223殘留有水溶性高分子的狀態下進行粗研磨。於此情形，由於藉由水溶性高分子，自然氧化膜的去除能降低，且與晶圓中心部相比外周部的自然氧化膜的去除遲，作為其結果，可使次循環以後的晶圓W的邊緣印出量降低。
(3)保護膜形成溶液225的水溶性高分子濃度為10ppm以上、30ppm以下。因此，於晶圓W的被研磨面，以可抑制水印缺陷產生程度的膜厚形成保護膜W1。而且，如於上述濃度範圍，對粗研磨用研磨布223的水溶性高分子的殘留少，不 會對粗研磨造成影響，因此，不會使次循環的粗研磨的研磨速率極端的降低。
[其他的實施型態]
尚且，本發明並不限定於上述實施型態，在不脫離本發明的要旨的範圍內，可以進行種種的改良以及設計的變更。
亦即是，於本實施型態中，於保護膜形成步驟中，是使保護膜形成溶液225與晶圓W的被研磨面接觸，以形成保護膜W1，但是亦可以一邊從保護膜形成溶液供給部供給保護膜形成溶液，一邊進行晶圓W的研磨。
而且，於第一研磨步驟與保護膜形成步驟之間，或者是於保護膜形成步驟與第二研磨步驟之間，亦可以施以純水潤洗洗淨。此純水潤洗洗淨，是於研磨裝置1的粗研磨部22設置純水潤洗液供給部，由純水潤洗液供給部對粗研磨用研磨布223的研磨面適當供給用於潤洗晶圓W的被研磨面的潤洗液而實施。
進而，第二研磨步驟是以第一精研磨部23所致的第一精研磨以及第二精研磨部24所致的第二精研磨的2階段而實施來進行說明，但是第二研磨步驟亦能夠以1階段實施。
【實施例】
其次，藉由實施例以更詳細的說明本發明，但本發明並不因此些的例子而受到任何的限制。
〈實施例1〉
首先，準備依序經由切片、倒角、摩擦、蝕刻、兩面研磨以及洗淨的各處理而得的直徑300mm的矽晶圓。其次，使用 第8圖所示的研磨裝置，對洗淨後的矽晶圓，進行以下的單面研磨步驟。
實施例1的單面研磨步驟，依序進行作為粗研磨的第一研磨步驟、保護膜形成步驟、作為精研磨的第二研磨步驟。所使用的粗研磨用研磨液以及保護膜形成溶液如下述表1所示。
〈實施例2〉
如下述表1所示，除了實施例1的保護膜形成步驟所使用的保護膜形成溶液的鹼種類變更為胺，添加的水溶性高分子於HEC(羥基乙基纖維素)中添加PEG(聚乙烯醇)以外，以與實施例1同條件進行各步驟的處理。
〈比較例1〉
除了不進行實施例1所實施的保護膜形成步驟，且於第一研磨步驟後實施潤洗洗淨以外，以與實施例1同條件進行各步驟的處理。
然後，對以上述條件實施單面研磨步驟的各晶圓，以化學氣相沈積(CVD)法於其表面形成厚度4μm的矽磊晶膜，以製造磊晶矽晶圓。
晶圓評價項目為磊晶矽晶圓的LPD數、LPD的映象觀察、磊晶成長前的矽晶圓的表面粗度。
磊晶矽晶圓的LPD以及數LPD的映象觀察，使用表面缺 陷檢查裝置(KLA-Tencor公司製：Surfscan SP-2)，以DIC模式觀察晶圓的表面以求得。
而且，矽晶圓表面的粗度Ra，以表面粗度計(Chapman公司製)而測定。
第11圖所示為實施例1、2以及比較例1的磊晶矽晶圓的表面的微小LPD數。第12圖所示為實施例1、2以及比較例1的矽晶圓的表面粗度Ra。第13~15圖所示為實施例1、2以及比較例1的磊晶矽晶圓的表面的LPD映象。
由第11、12圖可知，第一研磨步驟後，相對於未形成保護膜的比較例1，形成有保護膜的實施例1、2，微小LPD數、表面粗度Ra均具有降低的傾向。
而且，將實施例1、2進行比較，實施例2的微小LPD數、表面粗度Ra均降低，可推測藉由使用聚合物濃度高的保護膜形成溶液，可形成保護能力更高的保護膜。
由第13~15圖的磊晶矽晶圓表面的LPD實體觀察結果，與比較例1相較之下，實施例1、2確認了微小LPD數降低。可推測這是由於來自於水印缺陷的微小凹缺陷減少。
而且，將實施例1、2相比較，實施例2的微小LPD數少，可推測水印缺陷能夠被相當的抑制。
由此些的結果，實施例2所使用的保護膜形成溶液，含有作為水溶性高分子的PEG，可推測藉由此聚合物所形成的保護膜的鈍化效果，蝕刻阻擋效果高。
〈實施例3〉
不進行磊晶成長處理，於保護膜形成步驟中，僅使用含有 作為水溶性高分子的PEG的保護膜形成溶液，除了調整保護膜形成溶液中的PEG濃度以外，以與實施例2相同的製造矽晶圓。調整的聚合物濃度為0ppm、5ppm、10ppm、20ppm、30ppm、50ppm以及100ppm。
對於所得的矽晶圓，計測水印的產生數、研磨速率、邊緣形狀以及邊緣附近的晶圓表面形狀(邊緣印出；Edge Roll Off；ERO)。
於第16圖顯示其結果。尚且，第16圖的縱軸所示的指標值，PEG濃度為0ppm，亦即是對於使用未含有PEG溶液時的結果之相對值。
根據第16圖，保護膜形成溶液的聚合物濃度越高，水印的產生數降低，聚合物濃度高者則保護膜所致的保護效果高，可確認能夠防止水印的產生。
另一方面，保護膜形成溶液的聚合物濃度越高則研磨速率降低。可推測這是因為聚合物濃度高的話聚合物殘留於研磨布，次循環的粗研磨中的研磨速率降低。
由此些的結果，判斷保護膜形成溶液的聚合物濃度於水印的產生數低、且研磨速率高的10ppm以上、30ppm以下的範圍為最佳。
尚且，保護膜形成溶液的聚合物濃度越高，可得到邊緣印出降低的結果。可推測這是因為研磨布所殘留的聚合物於次循環的粗研磨中作用於矽晶圓，藉由使自然氧化膜的去除延遲，抑制了邊緣印出。作為上述最佳的聚合物濃度範圍，亦可以抑制邊緣印出，接續第一研磨步驟而實施保護膜形成步驟，藉由 於被研磨面形成保護膜而抑制邊緣印出，確認得到更佳的效果。
4‧‧‧研磨頭
222‧‧‧粗研磨用定盤
223‧‧‧粗研磨用研磨布
224‧‧‧粗研磨用研磨液
225‧‧‧保護膜形成溶液
W‧‧‧晶圓
W1‧‧‧保護膜

Claims (3)

  1. 一種矽晶圓之研磨方法，其特徵在於包括：第一研磨步驟，一邊對研磨布供給不含水溶性高分子、且含有研磨粒的鹼性水溶液作為主劑的研磨液，一邊對矽晶圓的單側表面進行研磨；保護膜形成步驟，接續前述第一研磨步驟，在前述第一研磨步驟結束後的前述研磨布供給含有水溶性高分子的保護膜形成溶液，使前述矽晶圓的經前述第一研磨步驟研磨的被研磨面接觸前述保護膜形成溶液，以於前述被研磨面形成保護膜；以及第二研磨步驟，一邊將含有水溶性高分子、且含有研磨粒的鹼性水溶液作為主劑的研磨液供給至與前述第一步驟所使用的研磨布相異的研磨布，一邊對前述矽晶圓的前述保護膜形成步驟形成的保護膜的形成面進行研磨。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的矽晶圓之研磨方法，其中前述保護膜形成溶液的水溶性高分子濃度為10ppm以上、30ppm以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載的矽晶圓之研磨方法，其中前述保護膜形成溶液所使用的水溶性高分子為具有纖維素結構的高分子化合物或非離子性高分子化合物。
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