TW201700661A - 矽晶圓之研磨方法及表面處理組成物 - Google Patents

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Abstract

提供可更加減低矽晶圓表面之缺陷的研磨方法。一種矽晶圓之研磨方法，其特徵為包含研磨步驟與於研磨步驟後進行的表面處理步驟，且表面處理步驟中使用之表面處理組成物中的研磨粒數目為1.0×1010個/mL以上且1.0×1013個/mL以下。

Description

矽晶圓之研磨方法及表面處理組成物
本發明係關於矽晶圓之研磨方法、特別是關於包含於矽晶圓之研磨步驟後進行的表面處理步驟之矽晶圓之研磨方法及表面處理組成物。
為了實現使用於電腦的ULSI等之積體電路的高度積體化及高速化，半導體裝置之設計規則的微細化年年有所進展。伴隨於此，更微小的表面缺陷對半導體裝置之性能造成不良影響之事例有所增加，管理以往未被視為問題之奈米級缺陷的重要性正提高。
近年來，關於矽晶圓等之半導體基板其他之基板，變得要求更高品質之表面，進行了各種可對應該要求之研磨用組成物的探討。例如專利文獻1中，記載了藉由使用低黏度之水溶性高分子化合物作為半導體濕潤劑，而容易藉由過濾來去除可為使研磨後之半導體基板上的微小粒子(Light Point Defect；LPD)數增加之要因的異物等的技術。又，專利文獻2中，記載藉由含有水溶性多糖類等之水溶性高分子的潤洗用組成物，來減低缺陷之技 術。又，專利文獻3中，記載藉由將研磨液中之研磨粒數目控制在一定範圍內，來得到缺陷少之高品質的表面之技術。但是，即使藉由如此之技術，亦有無法充分對應於關於研磨後之表面品質的近年來之要求等級的情況。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開2010-034509號公報
[專利文獻2]日本特開2006-005246號公報
[專利文獻3]日本專利第5310848號公報
本發明之課題為提供可更加減低矽晶圓表面之缺陷的研磨方法、特別是包含於研磨步驟後所進行之表面處理步驟的研磨方法。
為了解決上述課題，本發明之研磨方法之其一實施態樣，為包含研磨步驟與於研磨步驟後進行的表面處理步驟，表面處理步驟中使用之表面處理組成物中的研磨粒數目係為1.0×1010個/mL以上且1.0×1013個/mL以下。
又，本發明之研磨方法之其他實施態樣，於研磨步驟 中使用之研磨用組成物中的研磨粒數目亦可為1.0×1011個以上且未達1.0×1015個/mL。或者，表面處理步驟中使用之表面處理組成物中的研磨粒數目除以研磨步驟中使用之研磨用組成物中的研磨粒數目而得之值亦可為0.00001以上且0.5以下。
又，本發明之研磨方法之其他實施態樣，研磨步驟與表面處理步驟亦可為於同一研磨平台上連續進行的步驟。
又，本發明之研磨方法之其他實施態樣，係提供使用於上述實施態樣之研磨方法的表面處理組成物。
依照本發明，可藉由包含矽晶圓之研磨或潤洗的表面處理步驟，來提高晶圓表面之保護性，減低缺陷。
11‧‧‧研磨裝置
12‧‧‧旋轉研磨平台
13‧‧‧第1軸桿
13a‧‧‧箭頭
14‧‧‧研磨墊
15‧‧‧晶圓支架
16‧‧‧第2軸桿
16a‧‧‧箭頭
17‧‧‧陶瓷板
18‧‧‧晶圓保持孔
19‧‧‧晶圓保持板
21‧‧‧研磨用組成物供給機
21a‧‧‧噴嘴
[圖1]表示本發明之其一實施形態之單面研磨裝置的立體圖。
以下說明本發明之實施形態。再者，本說明書中，特別提及之事項以外的事項且為本發明之實施所必 要的事項，可基於該領域之技術常識而作為本發明之範圍內者來實施。
本發明之一實施態樣之研磨方法中之研磨步驟，亦可包含所謂多階段研磨或表面處理。例如、研磨步驟亦可包含拋光(lapping)步驟(粗研磨步驟)、預備研磨步驟、最終研磨步驟。又，本發明之一實施態樣之研磨方法，係包含研磨步驟與於前述研磨步驟後進行的表面處理步驟，表面處理步驟可於用以改善矽晶圓之損傷層的表面處理中來使用、亦可於矽晶圓之研磨處理後之潤洗中來使用。
本發明之研磨方法之其一實施態樣的表面處理步驟，能夠以與通常之矽晶圓潤洗中所用者相同之裝置及條件來使用。例如，可藉由於使研磨墊接觸於矽晶圓之表面的狀態，一邊對其接觸面供給潤洗用組成物，一邊使研磨墊及/或矽晶圓旋轉，來進行矽晶圓之表面處理步驟。
本發明之研磨方法之其一實施態樣中所使用之研磨墊，可為不織布型、絨面革型等之任意種類者，又，可為研磨墊中含有研磨粒者亦可為不含研磨粒者。
本發明之研磨方法之其一實施態樣中之表面處理組成物使用時的溫度，並無特殊限定，但亦可為5~60℃。
使用本發明之一實施態樣之表面處理組成物之矽晶圓的潤洗，亦可於矽晶圓剛研磨後，對保持安裝於研磨所用之裝置的矽晶圓來進行。此時，即使研磨墊上所殘留的研磨用組成物中含有鹼性化合物，亦可藉由該鹼性 化合物來抑制矽晶圓表面產生粗糙。
本發明之其一實施態樣之研磨步驟中使用之研磨用組成物與表面處理步驟中使用之表面處理組成物，可使用通常所使用之矽晶圓研磨用之組成物，於研磨用組成物與表面處理組成物中係改變研磨粒數目。亦即，關於研磨粒數目以外之組成，只要係可於矽晶圓之研磨步驟中使用的研磨用組成物即可，並無任何限定。本發明之其一實施形態之研磨用組成物，除了研磨粒以外，係依需要含有例如鹼性化合物、水溶性高分子、鉗合劑、界面活性劑、其他成分等。此等之成分組成，於研磨步驟與表面處理步驟中可為相同、亦可進行變更。例如，可使表面處理步驟中之成分組成的濃度低於研磨步驟中者。以下說明此等成分，但此為例示，並不限定於此等。
研磨用組成物及表面處理組成物 (研磨粒)
研磨步驟中使用之研磨用組成物及表面處理步驟中使用之表面處理組成物係含有研磨粒。研磨粒係對矽晶圓基板之表面賦予物理作用，來物理上進行研磨、或進行洗淨等之表面處理。
本發明之研磨方法中的表面處理步驟中使用之表面處理組成物中之研磨粒之含量，為1.0×1010個/mL以上且1.0×1013個/mL以下，較佳可為5.0×1010個/mL以上且5.0×1012個/mL以下。藉由使研磨粒之含量為該範 圍，可更加減低矽晶圓表面之缺陷。
本發明之研磨方法中的研磨步驟中使用之研磨用組成物中之研磨粒之含量，可為1.0×1011個/mL以上且未達1.0×1015個/mL、較佳可為1.0×1012個/mL以上且未達2.0×1013個/mL。藉由研磨粒之含量的增大，於研磨矽晶圓基板時可得到高的研磨速度，藉由研磨粒之含量的減少，會提高研磨用組成物之安定性。藉由使研磨用組成物中的研磨粒之含量為該範圍，可一邊提高研磨速度，同時藉由其後之表面處理步驟來更加減低矽晶圓表面之缺陷。再者，研磨粒之含量，係由研磨用組成物中之研磨粒濃度與二次粒子徑，藉由8.68×1018×研磨粒之濃度[重量%]/(研磨粒之平均二次粒子徑[nm])3來算出。
本發明之研磨方法中的前述表面處理步驟中使用之表面處理組成物中之研磨粒數目除以前述研磨步驟中使用的研磨用組成物中之研磨粒數目而得之值為0.00001以上且0.5以下、進而可為0.001以上且0.2以下。藉由使研磨用組成物中及表面處理組成物中之研磨粒之含量為該範圍，可更加減低矽晶圓表面之缺陷。
研磨粒之例子，可列舉無機粒子、有機粒子、及有機無機複合粒子。無機粒子之具體例子，可列舉二氧化矽粒子、氧化鋁粒子、氧化鈰粒子、氧化鉻粒子、二氧化鈦粒子、氧化鋯粒子、氧化鎂粒子、二氧化錳粒子、氧化鋅粒子、鐵丹粒子等之氧化物粒子；氮化矽粒子、氮化硼粒子等之氮化物粒子；碳化矽粒子、碳化硼粒 子等之碳化物粒子；金剛石粒子、碳酸鈣或碳酸鋇等之碳酸鹽等。有機粒子之具體例子，可列舉例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粒子。
此等具體例之中尤以二氧化矽較佳。二氧化矽之具體例子，可列舉由膠體二氧化矽、發煙二氧化矽、及溶膠凝膠法二氧化矽中選出之二氧化矽粒子。此等二氧化矽粒子之中，就減少於矽晶圓基板之研磨面產生的刮傷之觀點，尤以使用由膠體二氧化矽及發煙二氧化矽中選出之二氧化矽粒子、特別是使用膠體二氧化矽為佳。可單獨使用此等之中的一種、亦可組合使用二種以上。
二氧化矽之真比重，較佳為1.5以上、更佳為1.6以上、又更佳為1.7以上。藉由二氧化矽之真比重的增大，於研磨矽晶圓基板時可得到高的研磨速度。二氧化矽之真比重，較佳為2.2以下、更佳為2.0以下、又更佳為1.9以下。藉由二氧化矽真比重的減少，係有提高研磨後之矽晶圓基板的表面品質之作用。具體而言係有霧度之改善效果等。二氧化矽之真比重，係由使二氧化矽粒子乾燥後的重量與對該二氧化矽粒子充滿容量已知之乙醇後的重量來算出。
研磨粒之平均一次粒子徑較佳為5nm以上、更佳為10nm以上、又更佳為20nm以上。藉由研磨粒之平均一次粒子徑的增大，於研磨矽晶圓基板時可得到高的研磨速度。研磨粒之平均一次粒子徑較佳為100nm以下、更佳為70nm以下、又更佳為50nm以下。藉由研磨 粒之平均一次粒子徑的減少，研磨用組成物之安定性會提高。
研磨粒之平均一次粒子徑的值，例如係由藉由BET法所測定之比表面積來算出。研磨粒之比表面積的測定，例如可使用Micromeritics公司製之「FlowSorbII 2300」來進行。
研磨粒之平均二次粒子徑較佳為10nm以上、更佳為20nm以上、又更佳為30nm以上。藉由研磨粒之平均二次粒子徑的增大，於研磨矽晶圓基板時可得到高的研磨速度。研磨粒之平均二次粒子徑較佳為200nm以下、更佳為150nm以下、又更佳為100nm以下。藉由研磨粒之平均二次粒子徑之減少，研磨用組成物之安定性會提高。研磨粒之平均二次粒子徑，例如可藉由使用日機裝股份有限公司製之型式「UPA-UT151」的動態光散射法來測定。
研磨粒之長徑/短徑比之平均值較佳為1.0以上、更佳為1.05以上、又更佳為1.1以上。藉由上述長徑/短徑比之平均值的增大，於研磨矽晶圓基板時可得到高的研磨速度。研磨粒之長徑/短徑比之平均值較佳為3.0以下、更佳為2.0以下、又更佳為1.5以下。藉由上述長徑/短徑比之平均值的減少，於矽晶圓基板之研磨面所產生的刮傷會減少。
上述長徑/短徑比，係顯示研磨粒之粒子形狀的值，例如，可藉由使用電子顯微鏡之照片觀察來求得。具體而言，係使用掃描型電子顯微鏡，觀察特定個數(例 如200個)之研磨粒，描繪外接於各自之粒子影像的最小長方形。然後藉由對於對各粒子影像所描繪的長方形，算出將其長邊長度(長徑之值)除以短邊長度(短徑之值)而得的值，而且算出其平均值，可求得長徑/短徑比之平均值。
(鹼性化合物)
研磨用組成物中可含有鹼性化合物。鹼性化合物係對矽晶圓基板之研磨面賦予化學作用，來進行化學研磨(化學蝕刻)。藉此，容易提高研磨矽晶圓基板時的研磨速度。
鹼性化合物之具體例子，可列舉無機之鹼性化合物、鹼金屬或鹼土類金屬之氫氧化物或鹽、氫氧化四級銨或其鹽、氨、胺等。鹼金屬之具體例子，可列舉鉀、鈉等。鹽之具體例子，可列舉碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、乙酸鹽等。四級銨之具體例子，可列舉四甲基銨、四乙基銨、四丁基銨等。鹼金屬之氫氧化物或鹽之具體例子，可列舉氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、硫酸鉀、乙酸鉀、氯化鉀等。氫氧化四級銨或其鹽之具體例子，可列舉氫氧化四甲基銨、氫氧化四乙基銨、氫氧化四丁基銨等。胺之具體例子，可列舉甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、單乙醇胺、N-(β-胺基乙基)乙醇胺、六亞甲二胺、二乙三胺、三乙四胺、無水哌嗪、哌嗪六水和物、1-(2-胺基乙基)哌嗪、N-甲基哌嗪、胍、 咪唑或三唑等之唑類等。此等鹼性化合物，可一種單獨使用、亦可組合二種以上使用。
鹼性化合物之中，尤以由氨、銨鹽、鹼金屬氫氧化物、鹼金屬鹽、及四級銨氫氧化物中選出之至少一種較佳。鹼性化合物之中，更佳為由氨、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化四甲基銨、氫氧化四乙基銨、碳酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫鉀、碳酸鉀、碳酸氫鈉、及碳酸鈉中選出之至少一種。鹼性化合物之中，又更佳為由氨、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化四甲基銨、及氫氧化四乙基銨中選出之至少一種；又再更佳為氨及氫氧化四甲基銨之至少一者；最佳為氨。
研磨用組成物及表面處理組成物中的鹼性化合物之含量，較佳為0.001質量%以上、更佳為0.002質量%以上、又更佳為0.003質量%以上。藉由研磨用組成物中的鹼性化合物之含量的增大，有於研磨矽晶圓基板時可得到高的研磨速度之傾向。研磨用組成物中的鹼性化合物之含量，較佳為1.0質量%以下、更佳為0.5質量%以下、又更佳為0.2質量%以下、最佳為0.1質量%以下。藉由研磨用組成物中的鹼性化合物之含量的減少，有矽晶圓基板之形狀容易維持的傾向。
研磨用組成物之pH較佳為8.0以上、更佳為8.5以上、又更佳為9.0以上。藉由研磨用組成物之pH的增大，有於研磨矽晶圓基板時可得到高的研磨速度之傾向。研磨用組成物之pH較佳為11.0以下、更佳為10.8 以下、又更佳為10.5以下。藉由研磨用組成物之pH的減少，係有可減低矽晶圓基板之粗度的傾向。
(水)
水係為其他成分之分散介質或溶劑。水由於要極力避免研磨用組成物中所含有之其他成分的作用被阻礙，因此例如過渡金屬離子之合計含量較佳為100ppb以下。例如，可藉由使用離子交換樹脂去除雜質離子、以過濾器去除粒子、蒸餾等之操作來提高水的純度。具體而言，較佳為使用離子交換水、純水、超純水、蒸餾水等。
(水溶性高分子)
水溶性高分子，於研磨時或潤洗處理時等之矽晶圓基板的表面處理時，會提高矽晶圓基板之研磨面的濕潤性。研磨用組成物，係含有於研磨用組成物之配製時以固體或固形之狀態投入水中的固體原料之水溶性高分子，作為水溶性高分子。固體原料，意指於溶解於水之前的原料狀態中，於溫度23℃、相對濕度50%、及1氣壓之環境下以目視係固體或固形之狀態者。又、水溶性高分子亦有於水；或水與醇、酮等之水系有機溶劑的混合溶劑中由單體合成者，其亦包含維持該溶液狀態之水系液形態者、或將揮發性溶劑餾去後的水溶液形態者。再者，以下係將「固體原料之水溶性高分子」或「水系形態之水溶性高分子」、「水溶液形態之水溶性高分子」，單純地記載為 「水溶性高分子」。
作為水溶性高分子，係分子中具有由陽離子基、陰離子基及非離子基中選出之至少一種官能基者，具體而言，係分子中包含羥基、羧基、醯氧基、磺基、醯胺基、甲脒基、亞胺基、醯亞胺基、四級氮構造、含前述官能基單位之雜環構造、乙烯基構造、聚氧伸烷基構造等者均可使用。具體例子可列舉於構造的一部分含有纖維素衍生物、聚乙烯醇、聚(甲基)丙烯酸、聚(甲基)丙烯醯胺烷基磺酸、聚異戊二烯磺酸、聚乙烯基磺酸、聚烯丙基磺酸、聚異戊烯磺酸、聚苯乙烯磺酸鹽、聚(甲基)丙烯醯胺、聚烷基胺基烷基(甲基)丙烯醯胺、聚乙烯基吡咯啶酮、聚乙烯基吡咯啶酮的共聚物；於構造的一部分含有聚乙烯基己內醯胺、聚乙烯基己內醯胺的共聚物；聚烷氧基烷基(甲基)丙烯醯胺、聚羥基烷基(甲基)丙烯醯胺、聚(甲基)丙烯醯基嗎啉、聚脒、聚乙亞胺、親水化聚醯亞胺、各種聚胺基酸、聚(N-醯基伸烷基亞胺)等之亞胺衍生物、聚乙烯醇之羥基部分的一部分取代為四級氮構造而得的聚乙烯醇衍生物、聚氧乙烯、具有聚氧伸烷基構造之聚合物、此等之二嵌段型或三嵌段型、隨機型、交互型等之具有複數種構造的聚合物等。再者，聚(甲基)丙烯酸之表述，意指丙烯酸及/或甲基丙烯酸，關於其他化合物亦相同。
上述水溶性高分子之中，由矽晶圓基板之研磨面的濕潤性提高、粒子附著的抑制、及表面粗度的減低 等之觀點而言，尤以纖維素衍生物、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯啶酮、聚丙烯醯基嗎啉、或具有聚氧伸烷基構造之聚合物為適宜。纖維素衍生物之具體例子，可列舉羥基乙基纖維素、羥基丙基纖維素、羥基乙基甲基纖維素、羥基丙基甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、乙基羥基乙基纖維素、羧基甲基纖維素等。纖維素衍生物之中，由對矽晶圓基板之研磨面賦予濕潤性的能力高，具有良好洗淨性之觀點而言，尤以羥基乙基纖維素為特佳。又，水溶性高分子，可一種單獨使用、亦可組合二種以上使用。
水溶性高分子之重量平均分子量，以聚環氧乙烷換算，較佳為1000以上、更佳為10000以上、又更佳為50000以上、最佳為100000以上。藉由水溶性高分子之重量平均分子量的增大，係有矽晶圓基板之研磨面的濕潤性提高的傾向。水溶性高分子之重量平均分子量，較佳為2000000以下、更佳為1500000以下、又更佳為1000000以下。藉由水溶性高分子之重量平均分子量的減少，係有更加保持研磨用組成物之安定性的傾向。又，有矽晶圓基板之研磨面的霧度等級進一步減低的傾向。
研磨用組成物中、及表面處理組成物中的水溶性高分子之含量，較佳為0.002質量%以上、更佳為0.004質量%以上、又更佳為0.006質量%以上、又再更佳為0.008質量%以上、最佳為0.01質量%以上。藉由研磨用組成物中的水溶性高分子之含量的增大，係有矽晶圓基板之研磨面的濕潤性更加提高的傾向。研磨用組成物中的 水溶性高分子之含量，較佳為0.5質量%以下、更佳為0.2質量%以下、又更佳為0.1質量%以下、又再更佳為0.05質量%以下、最佳為0.03質量%以下。藉由研磨用組成物中的水溶性高分子之含量的減少，係有更加保持研磨用組成物之安定性的傾向。
(鉗合劑)
研磨用組成物及表面處理組成物中可含有鉗合劑。鉗合劑係藉由捕捉研磨系中之金屬雜質成分而形成錯合物，來抑制矽晶圓基板之金屬污染。
鉗合劑之具體例子，可列舉胺基羧酸系鉗合劑、及有機膦酸系鉗合劑。胺基羧酸系鉗合劑之具體例子，可列舉乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸鈉、氮基三乙酸、氮基三乙酸鈉、氮基三乙酸銨、羥基乙基乙二胺三乙酸、羥基乙基乙二胺三乙酸鈉、二乙三胺五乙酸、二乙三胺五乙酸鈉、三乙四胺六乙酸、三乙四胺六乙酸鈉。有機膦酸系鉗合劑之具體例子，可列舉2-胺基乙基膦酸、1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸、胺基三(亞甲基膦酸)、乙二胺肆(亞甲基膦酸)、二乙三胺五(亞甲基膦酸)、乙烷-1,1,-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、乙烷-1-羥基-1,1-二膦酸、乙烷-1-羥基-1,1,2-三膦酸、乙烷-1,2-二羧基-1,2-二膦酸、甲烷羥基膦酸、2-膦醯基丁烷-1,2-二羧酸、1-膦醯基丁烷-2,3,4-三羧酸、α-甲基膦醯基琥珀酸。此等鉗合劑之中，尤以使用有機膦酸系鉗合劑、特別是乙二胺肆(亞甲基膦酸)為 佳。鉗合劑可一種單獨使用、亦可組合二種以上使用。
(界面活性劑)
研磨用組成物及表面處理組成物中可含有界面活性劑。界面活性劑會抑制矽晶圓基板之研磨面的粗糙。藉此，容易減低矽晶圓基板之研磨面的霧度等級。特別地，研磨用組成物中含有鹼性化合物時，因鹼性化合物之化學研磨(化學蝕刻)，會有容易於矽晶圓基板之研磨面產生粗糙的傾向。因此，鹼性化合物與界面活性劑之合併使用係特別有效。
界面活性劑可列舉陰離子性或非離子性之界面活性劑。界面活性劑之中，尤適合使用非離子性界面活性劑。非離子性界面活性劑因起泡性低，因此研磨用組成物之配製時或使用時的操作變得容易。又，例如相較於使用離子性之界面活性劑的情況，pH調整變得更容易。
非離子性界面活性劑之具體例子，可列舉氧伸烷基之均聚物、複數種類之氧伸烷基的共聚物、聚氧伸烷基加成物。氧伸烷基之均聚物之具體例子，可列舉聚氧乙烯、聚乙二醇、聚氧丙烯及聚氧丁烯。複數種類之氧伸烷基的共聚物之具體例子，可列舉聚氧乙烯聚氧丙烯二醇及聚氧乙烯聚氧丙烯二醇。
聚氧伸烷基加成物之具體例子，可列舉聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯烷胺、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油醚脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨 醇酐脂肪酸酯等。更具體而言，可列舉聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物、聚氧乙烯二醇、聚氧乙烯丙基醚、聚氧乙烯丁基醚、聚氧乙烯戊基醚、聚氧乙烯己基醚、聚氧乙烯辛基醚、聚氧乙烯-2-乙基己基醚、聚氧乙烯壬基醚、聚氧乙烯癸基醚、聚氧乙烯異癸基醚、聚氧乙烯三癸基醚、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯鯨蠟基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯異硬脂基醚、聚氧乙烯油醯基醚、聚氧乙烯苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯十二烷基苯基醚、聚氧乙烯苯乙烯化苯基醚、聚氧乙烯月桂基胺、聚氧乙烯硬脂基胺、聚氧乙烯油醯基胺、聚氧乙烯硬脂基醯胺、聚氧乙烯油醯基醯胺、聚氧乙烯單月桂酸酯、聚氧乙烯單硬脂酸酯、聚氧乙烯二硬脂酸酯、聚氧乙烯單油酸酯、聚氧乙烯二油酸酯、單月桂酸聚氧乙烯山梨醇酐、單棕櫚酸聚氧乙烯山梨醇酐、單硬脂酸聚氧乙烯山梨醇酐、單油酸聚氧乙烯山梨醇酐、三油酸聚氧乙烯山梨醇酐、四油酸聚氧乙烯山梨醇、聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯硬化蓖麻油等。
此等非離子性界面活性劑之中，尤以使用氧伸烷基之均聚物或複數種類之氧伸烷基的共聚物較佳。此時，容易將研磨後之矽晶圓基板的研磨面之霧度減低至實用上特別適合的等級。此可認為其理由為具有些微親水性之醚鍵與具有些微疏水性之伸烷基於此等聚合物之分子鏈中交互地存在之故。
又，氧伸烷基之均聚物或複數種類之氧伸烷 基的共聚物中之氧乙烯單位的比率，較佳為85質量%以上、更佳為90質量%以上。藉由聚合物中之氧乙烯單位的比率增大，係有粒子對研磨後之矽晶圓基板的研磨面之附著被抑制的傾向。
界面活性劑之分子量，典型而言為未達10000，由研磨用組成物之過濾性或被研磨物之洗淨性等之觀點，較佳為9500以下。又，界面活性劑之分子量，典型而言為200以上，由霧度減低效果等之觀點而言，較佳為250以上、更佳為300以上。再者，作為界面活性劑之分子量，可採用藉由GPC所求得之重量平均分子量(Mw)(水系、以聚乙二醇換算)或由化學式所算出之分子量。
界面活性劑之分子量的更佳範圍，亦可依界面活性劑之種類而不同。例如，使用聚氧乙烯與聚氧丙烯之嵌段共聚物作為界面活性劑時，Mw較佳為1000以上者、更佳為2000以上者、又更佳為5000以上者。
又，非離子性界面活性劑之HLB(hydrophile-lipophile Balance)值，較佳為8以上、更佳為10以上、又更佳為12以上。藉由非離子性界面活性劑之HLB值的增大，係有粒子對研磨後之矽晶圓基板的研磨面之附著被抑制的傾向。
再者，界面活性劑，可一種單獨使用、亦可組合二種以上使用。研磨用組成物中的界面活性劑之含量，較佳為0.0001質量%以上、更佳為0.001質量%以 上。藉由界面活性劑之含量的增大，係有研磨後之半導體基板表面的霧度更加減少之傾向。研磨用組成物中的界面活性劑之含量較佳為0.05質量%以下、更佳為0.02質量%以下。藉由界面活性劑之含量的減少，係有粒子對研磨後之矽晶圓基板的研磨面之附著被抑制的傾向。
(其他成分)
研磨用組成物，亦可依需要進一步含有於研磨用組成物中一般所含有的公知之添加劑，例如有機酸、有機酸鹽、無機酸、無機酸鹽、防腐劑、防黴劑等。例如添加有機酸、有機酸鹽、無機酸及無機酸鹽之任一者的情況時，藉由與水溶性高分子之相互作用，可提高研磨後之矽晶圓基板的研磨面之親水性。
有機酸之具體例子，可列舉甲酸、乙酸、丙酸等之脂肪酸；安息香酸、鄰苯二甲酸等之芳香族羧酸；檸檬酸、草酸、酒石酸、蘋果酸、馬來酸、富馬酸、琥珀酸、有機磺酸、有機膦酸等。有機酸鹽之具體例子，可列舉有機酸之具體例子中記載之有機酸的鈉鹽及鉀鹽等之鹼金屬鹽、或銨鹽。
無機酸之具體例子，可列舉硫酸、硝酸、鹽酸、碳酸等。無機酸鹽之具體例子，可列舉無機酸之具體例子中記載之無機酸的鈉鹽及鉀鹽等之鹼金屬鹽、或銨鹽。
有機酸鹽及無機酸鹽之中，由抑制矽晶圓基板之金屬 污染的觀點，尤以銨鹽較佳。
有機酸及其鹽、以及無機酸及其鹽，可一種單獨使用、亦可組合二種以上使用。
接著記載本實施形態之表面處理組成物的作用。
以往，已知水溶性高分子之水溶液係有用於作為潤洗步驟等之表面處理組成物。此可認為係因藉由以水溶性高分子保護矽晶圓基板之表面，來保護矽晶圓表面之故。本發明者等人努力研究之結果，發現藉由於表面處理步驟中含有適量的研磨粒，可跳躍性地提高矽晶圓基板表面之保護性。
水溶性高分子所致之對基板表面的親水性賦予作用，係藉由對基板表面吸附水溶性高分子來表現，為了於基板表面吸附水溶性高分子，使二氧化矽作為載體發揮功能是重要的。亦即，研磨用組成物中，藉由預先成為於二氧化矽表面吸附水溶性高分子之狀態，於研磨時，二氧化矽與基板表面互相摩擦時，吸附於二氧化矽表面之水溶性高分子會移動至基板表面。藉此，可使水溶性高分子有效率地吸附於基板表面。結果，可有效果地提高對基板表面所賦予之親水性，容易抑制產生於基板之微小的表面缺陷。再者，可認為於基板表面吸附水溶性高分子時，基板與水溶性高分子之碳之間產生疏水鍵結。
研磨裝置
接著說明研磨裝置。圖1係顯示本發明之其一實施形態之單面研磨裝置的立體圖。
研磨裝置11，具備於上側面貼附有研磨墊14之圓板狀的旋轉研磨平台12。旋轉研磨平台12，係被設置為可對於圖1之箭頭13a方向旋轉的第1軸桿13一體地旋轉。於旋轉研磨平台12之上方係設置有至少一個晶圓支架15。晶圓支架15，係被設置為可對於圖1之箭頭16a方向旋轉的第2軸桿16一體地旋轉。於晶圓支架15之底面，係隔著陶瓷板17及未圖示之胺基甲酸酯薄片，而可取下地安裝具有晶圓保持孔18之晶圓保持板19。研磨裝置11，係進一步具備研磨用組成物供給機21及未圖示之潤洗用組成物供給機。研磨用組成物供給機21，係透過噴嘴21a吐出研磨用組成物，潤洗用組成物供給機係透過未圖示之噴嘴而吐出潤洗用組成物。研磨用組成物供給機21及潤洗用組成物供給機之任一者係被配置於旋轉研磨平台12之上方。配置於旋轉研磨平台12之上方的一方之供給機與未配置於旋轉研磨平台12之上方的另一方的供給機係可互相替換。
研磨、表面處理及洗淨方法
研磨矽晶圓時，如圖1所示般，研磨用組成物供給機21被配置於旋轉研磨平台12之上方。欲研磨之矽晶圓係被吸引至晶圓保持孔18內，被晶圓支架15所保持。首先，開始晶圓支架15及旋轉研磨平台12之旋轉，由研磨 用組成物供給機21吐出研磨用組成物，對研磨墊14上供給研磨用組成物。然後為了將矽晶圓壓合於研磨墊14，使晶圓支架15朝向旋轉研磨平台12移動。藉此，與研磨墊14接觸之矽晶圓的面被研磨。
接著，將經研磨之矽晶圓表面處理時，係將表面處理用組成物供給機配置於旋轉研磨平台12之上方，以取代研磨用組成物供給機21。將研磨裝置11之運作條件由研磨用之設定切換為表面處理用之設定後，由表面處理用組成物供給機吐出表面處理用組成物，對研磨墊14上供給表面處理用組成物。藉此，與研磨墊14接觸之矽晶圓的面係被表面處理。
矽晶圓表面之研磨較佳係分為複數階段進行。例如，可經粗研磨之第1階段、精密研磨之第2階段來進行表面處理，亦可進行於精密研磨後進行最終研磨的後表面處理。之後，亦可依需要進行洗淨。
[實施例]
分別使用含有表1所示種類與含量之研磨粒(膠體二氧化矽)、水溶性高分子(羥基乙基纖維素：HEC、聚乙烯醇：PVA、聚丙烯醯基嗎啉：PACMO)、界面活性劑(僅實施例8、聚氧乙烯癸基醚：C10PEO5；僅實施例9、聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷：PEO-PPO-PEO)、鹼性化合物(氨)的研磨用組成物及表面處理組成物，將直徑300mm之矽晶圓由以下條件進行研磨 處理，接著進行表面處理、洗淨。再者，比較例3中僅以純水進行表面處理，比較例4中實質上僅進行研磨步驟後結束。
再者，表中之膠體二氧化矽之光散射粒子徑，係以上述膠體二氧化矽分散液為測定樣品，使用日機裝股份有限公司製之型式「UPA-UT151」所測定的體積平均粒子徑。
(研磨步驟之條件)
使用岡本工作機械製作所股份有限公司製之枚葉研磨機、型式「PNX-332B」作為研磨機，將荷重設定為15kPa。以研磨平台旋轉數為30rpm、以研磨頭旋轉數為30rpm、以組成物之供給速度為2.0公升/分(使用恆定流)、以研磨用組成物之溫度為20℃，進行120秒研磨處理。
(表面處理步驟之條件)
使用與研磨步驟相同之岡本工作機械製作所製「PNX-332B」作為研磨機，於同一研磨平台上，接續於研磨步驟後，將荷重變更為8kPa、以研磨平台旋轉數為30rpm、以研磨頭旋轉數為30rpm、以組成物之供給速度為2.0公升/分(使用恆定流)、以表面處理組成物之溫度為20℃，進行20秒表面處理。
(洗淨條件)
將表面處理後之矽晶圓使用NH4OH(29%)：H2O2(31%)：去離子水(DIW)=1：3：30(體積比)之洗淨液洗淨(SC-1洗淨)。此時，準備2個安裝有頻率950kHz之超音波振盪器的洗淨槽，於該等第1及第2洗淨槽中各自容納上述洗淨液，保持於60℃，於上述超音波振盪器作動的狀態下，分別將表面處理後矽晶圓浸漬於 第1洗淨槽6分，之後經超純水與超音波之潤洗槽，浸漬於第2洗淨槽6分。
(評估方法)
藉由上述條件進行研磨處理、表面處理、洗淨後，以目視評估矽晶圓表面成為親水的面積。缺陷數係使用KLA-Tencor公司製之晶圓檢査裝置、商品名「SurfscanSP2」，計數存在於洗淨後之直徑300mm的矽晶圓表面之37nm以上之大小的粒子個數(LPD數)。結果示於表1。
如表1所示，表面處理步驟中的表面處理組成物中之研磨粒數目為7.6×1011~1.5×1012/cm3之實施例1~9中，相較於表面處理組成物中不含研磨粒之比較例1~3及表面處理組成物中含有研磨粒1.4×1013之比較例4，可確認缺陷數大幅降低。
11‧‧‧研磨裝置
12‧‧‧旋轉研磨平台
13‧‧‧第1軸桿
13a‧‧‧箭頭
14‧‧‧研磨墊
15‧‧‧晶圓支架
16‧‧‧第2軸桿
16a‧‧‧箭頭
17‧‧‧陶瓷板
18‧‧‧晶圓保持孔
19‧‧‧晶圓保持板
21‧‧‧研磨用組成物供給機
21a‧‧‧噴嘴

Claims (6)

  1. 一種矽晶圓之研磨方法，其特徵為，包含研磨步驟與於前述於研磨步驟後進行的表面處理步驟，且前述表面處理步驟中使用之表面處理組成物中的研磨粒數目為1.0×1010個/mL以上且1.0×1013個/mL以下。
  2. 如請求項1之矽晶圓之研磨方法，其中前述研磨步驟中使用之研磨用組成物中的研磨粒數目為1.0×1011個/mL以上且未達1.0×1015個/mL。
  3. 如請求項1或2之矽晶圓之研磨方法，其中前述表面處理步驟中使用之表面處理組成物中的研磨粒數目除以前述研磨步驟中使用之研磨用組成物中的研磨粒數目而得之值為0.00001以上且0.5以下。
  4. 如請求項1或2之矽晶圓之研磨方法，其中前述研磨步驟與前述表面處理步驟為於同一研磨平台上連續進行的步驟。
  5. 如請求項1或2之矽晶圓之研磨方法，其中前述研磨粒係含有藉由溶膠凝膠法所製造之膠體二氧化矽。
  6. 一種表面處理組成物，其係使用於如請求項1~5中任一項之研磨方法。
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