TWI813774B - 降低載體磨耗的矽晶圓之研磨方法及其使用之研磨液 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種研磨方法，其係藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置來進行該矽晶圓的研磨的方法，並且可降低載體磨耗。
一種研磨方法，其係前述研磨裝置所使用的研磨液以0.1質量%～5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有：以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2～1.8的二氧化矽粒子(A)；及以BET法測得的平均一次粒徑為超過30nm且在50nm以下的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2～1.8的二氧化矽粒子(B)，前述二氧化矽粒子(A)：前述二氧化矽粒子(B)的質量比為100：0～85：15。
Description
本發明關於一種藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置來研磨該矽晶圓的方法。尤其關於一種矽晶圓之研磨方法，使用了在用來研磨矽晶圓的雙面研磨裝置使用的雙面研磨用載體。
矽晶圓的研磨被使用在包含精磨步驟、研磨步驟的各步驟中。
研磨機可列舉單面研磨機、雙面研磨機，在使用載體進行研磨的情況，主要是使用雙面研磨機。雙面研磨機可藉由被稱為批次處理的加工方式同時加工多個矽晶圓。
雙面研磨機的構造是多個載體在下定盤與上定盤之間自轉驅動，並沿著齒輪行星繞轉。載體的構造是外緣部具有齒輪，並且可插上矽晶圓的圓盤，也會有在一枚載體可裝入多個矽晶圓的情形。雙面研磨機的這些載體，會在下砥石與上砥石之間接受研磨液的供給，且進行行星繞轉，同時研磨矽晶圓的雙面。
載體是存在於貼附有研磨布的下定盤與上定盤之間，並且被加壓，因為研磨液而常時處於研磨狀態，載體本身會與矽晶圓一起磨耗。
在載體因為研磨而激烈磨耗的情況，會需要更換新的載體，然而載體本身在研磨步驟之間常時處於研磨，載體本身也會被研磨，因此載體本身的變形會造成研磨精密度(具體而言，平坦度、平面度、粗糙度、平行度/厚度的變異等)降低、研磨速率(亦即每單位時間的研磨量)或研磨品質的變異、由載體發出的噪音(noise)等會成為問題。
專利文獻1揭示了一種載體，作為在精磨裝置、拋光裝置、磨削裝置之中使用的載體，為了維持載體的低磨耗，以選自聚偏二氟乙烯、聚醯胺、聚丙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯及其聚合物合金的硬質材料來被覆載體表面。
專利文獻2揭示了一種磊晶晶圓的製造方法中的矽晶圓研磨方法，以含有載體的雙面研磨機進行研磨之後，使用氣相成長裝置使磊晶層成長。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-099980號公報
[專利文獻2]日本特開2016-204187號公報
[發明所欲解決的課題]
本發明的課題為提供一種新的研磨方法，其係藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置進行該矽晶圓的研磨的方法，可降低該載體磨耗。另外，提供該方法所使用的研磨液也是本發明的課題。
[用於解決課題的手段]
本發明的各態樣具體而言如以下所述。
[態樣1] 一種研磨方法，其係藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置進行前述矽晶圓的研磨的方法，並且
前述研磨裝置所使用的研磨液
以0.1質量%～5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2～1.8的二氧化矽粒子(A)與以BET法測得的平均一次粒徑為超過30nm且在50nm以下的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2～1.8的二氧化矽粒子(B)，前述二氧化矽粒子(A)：前述二氧化矽粒子(B)的質量比為100：0～85：15。
[態樣2] 一種研磨方法，其係藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置進行前述矽晶圓的研磨的方法，並且
前述研磨裝置所使用的研磨液
以0.1質量%～5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm的二氧化矽粒子(A)；及以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm且在50nm以下的二氧化矽粒子(B)，前述二氧化矽粒子(A)：前述二氧化矽粒子(B)的質量比為100：0～85：15，或以0.1質量%以上未達2.5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm未達45nm的二氧化矽粒子(B’)。
[態樣3] 如[態樣2]之研磨方法，其中藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，前述二氧化矽粒子(A)以及前述二氧化矽粒子(B)與(B’)之任一者皆具有1.2～1.8之(X2/X1)比。
[態樣4] 如[態樣1]至[態樣3]中任一項之研磨方法，其中前述研磨裝置使用雙面研磨機，
研磨是在30～1000g/cm2
的荷重下，下定盤轉速5～100rpm、上定盤轉速2～30rpm、下定盤/上定盤的旋轉比率為1～10、研磨時間10分鐘～3小時、研磨液供給量1～20升/分鐘的條件下進行。
[態樣5] 如[態樣1]至[態樣4]中任一項之研磨方法，其中前述載體為環氧玻璃製載體。
[態樣6] 如[態樣1]至[態樣5]中任一項之研磨方法，其中前述研磨液進一步含有選自鹼成分、水溶性化合物、及螯合劑所構成的群中的至少一種添加劑。
[態樣7] 如[態樣6]之研磨方法，其中前述鹼成分為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨、氫氧化一級銨、氫氧化二級銨、氫氧化三級銨、氫氧化四級銨、碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氫氧化鈉、或氫氧化鉀。
[態樣8] 如[態樣6]之研磨方法，其中前述螯合劑為胺基羧酸系螯合劑或膦酸系螯合劑。
[態樣9] 如[態樣1]至[態樣8]中任一項之研磨方法，其中前述研磨液的pH為7～12。
[態樣10] 一種使用保持矽晶圓的載體之研磨裝置用研磨液，其係以0.1質量%～5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2～1.8的二氧化矽粒子(A)；及以BET法測得的平均一次粒徑為超過30nm且在50nm以下的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2～1.8的二氧化矽粒子(B)，前述二氧化矽粒子(A)：前述二氧化矽粒子(B)的質量比為100：0～85：15。
[態樣11] 一種使用保持矽晶圓的載體之研磨裝置用研磨液，其係以0.1質量%～5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm的二氧化矽粒子(A)；及以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm且在50nm以下的二氧化矽粒子(B)，前述二氧化矽粒子(A)：前述二氧化矽粒子(B)的質量比為100：0～85：15，或以0.1質量%以上未達2.5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm未達45nm的二氧化矽粒子(B’)。
[態樣12] 如[態樣11]之研磨液，其中藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，前述二氧化矽粒子(A)以及前述二氧化矽粒子(B)與(B’)之任一者皆具有1.2～1.8之(X2/X1)比。
[發明之效果]
雙面研磨機的構造為多個載體在下定盤與上定盤之間自轉驅動，沿著齒輪行星繞轉。載體的構造是外緣部具有齒輪，並且可插上矽晶圓的圓盤，也會有在一枚載體可裝入多個矽晶圓的情形。這些載體會在下砥石與上砥石之間接受研磨液的供給，且進行行星繞轉，同時研磨矽晶圓的雙面。
載體存在於貼附有研磨布的下砥石與上砥石之間，並且被加壓，因為研磨液而常時處於研磨狀態，載體本身會與矽晶圓一起磨耗。在載體因為研磨而激烈磨耗的情況，會需要更換新的載體，然而載體本身在研磨步驟之間常時處於研磨，載體本身會被研磨，因此載體本身的變形造成研磨精密度(平坦度、平面度、粗糙度、平行度/厚度的變異)降低，或研磨速率，以及由載體發出的噪音會成為問題。
根據本發明的矽晶圓之研磨方法或研磨液，藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置來研磨該矽晶圓時，可維持研磨矽晶圓所需要的良好的研磨速度，同時可降低一併處於該研磨的載體的磨耗量。在藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置來研磨該矽晶圓之後，該載體磨耗會導致載體本身的變形，結果會牽涉到研磨精密度(具體而言為平坦度、平面度、粗糙度、平行度/厚度的變異等)降低，然而根據本發明的研磨方法或研磨液，如上述般，可維持研磨矽晶圓所需要的良好的研磨速度，同時可降低一併處於該研磨的載體的磨耗，因此可抑制因為載體本身的變形造成的上述研磨精密度降低。亦即，根據本發明的研磨方法或研磨液，可謀求矽晶圓的研磨精度的提升。
另外，根據本發明的研磨方法或研磨液，藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置來研磨矽晶圓時，可降低該載體的磨耗量，因此可降低載體的更換頻率，抑制研磨速率或研磨品質的變異，還可謀求降低因研磨而磨耗的載體所產生的噪音(noise)。
所以，根據本發明的研磨方法或研磨液，藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置來研磨矽晶圓時，與使用該研磨裝置的以往研磨方法或研磨液相比，可簡便且有效率地提升矽晶圓的研磨精密度，可謀求生產性的提升。
在本發明中，其中一個態樣，例如在研磨液中，以BET法測得的二氧化矽粒子的平均一次粒徑在4nm～30nm的範圍，具有0.1質量%～5質量%的二氧化矽濃度，藉由使用此研磨液，可降低載體磨耗，在矽晶圓研磨時，可提升研磨精密度。
本發明所使用的「使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置」，可列舉單面研磨機或雙面研磨機。尤其雙面研磨機，從可藉由被稱為批次處理的加工方式同時加工多個矽晶圓等的觀點看來為適合。但是，如果是使用保持矽晶圓的載體的研磨用裝置，只要可達成本發明之目的，則並無特別限制。
本發明所使用的「研磨液」含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm(亦即，4nm以上30nm以下)的二氧化矽粒子(在本發明中亦將此粒子稱為「二氧化矽粒子(A)」)與以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm且在50nm以下的二氧化矽粒子(在本發明中亦將此粒子稱為「二氧化矽粒子(B)」)，且二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)的質量比，以二氧化矽粒子(A)：二氧化矽粒子(B)來表示，在100：0～85：15的範圍(亦即100：0以上85：15以下)為佳。此處，二氧化矽粒子(A)：二氧化矽粒子(B)為100：0，意指前述二氧化矽粒子(亦即含有二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)的二氧化矽粒子)僅含有以BET法測得的平均一次粒徑在4nm～30nm的範圍的二氧化矽粒子(A)。
此外，前述「研磨液」中的二氧化矽(亦即含有二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)，且二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)的質量比以二氧化矽粒子(A)：二氧化矽粒子(B)來表示為100：0～85：15的二氧化矽粒子)濃度以0.1質量%～5質量%(亦即0.1質量%以上5質量%以下)為佳。其上限值以3.5質量%為較佳，2.5質量%又為較佳，2.0質量%為更佳。
上述二氧化矽粒子(具體而言為二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B))是來自水性二氧化矽溶膠的二氧化矽粒子，藉由在二氧化矽溶膠中添加任意鹼成分、水溶性化合物及螯合劑，可製作出研磨液。
這些二氧化矽粒子是脫離正球範疇的非正球形球狀二氧化矽粒子，藉由使用這些二氧化矽粒子，可提升矽晶圓的研磨速度、降低載體磨耗。
二氧化矽粒子的平均一次粒徑(具體而言為二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)的各平均粒徑)，可表示為由以氮氣吸附法(BET法)測得的表面積所計算出的等效球粒徑。
如上述般，在本發明中，研磨液含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm的二氧化矽粒子(A)與以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm且在50nm的二氧化矽粒子(B)，並且以二氧化矽粒子(A)：二氧化矽粒子(B)為100：0～85：15的質量比含有為佳。在本發明中，能夠以二氧化矽粒子(A)為主成分，並以上述比例含有二氧化矽粒子(B)。
另外，在本發明中，前述「研磨液」所使用的二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)之任一者，將藉由電子束穿透投影像(穿透式電子顯微鏡)所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，由以BET法所測得的表面積(或比表面積)所計算出的等效球粒徑定為平均一次粒徑(X1)nm時，兩者之比((X2/X1)比)皆以在1.2～1.8(亦即1.2以上1.8以下)的範圍為佳。亦即，二氧化矽粒子(A)，將藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比以1.2～1.8為佳，二氧化矽粒子(B)，將藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比也是以1.2～1.8為佳。
此外，在二氧化矽粒子(A)：二氧化矽粒子(B)為100：0時，會變成僅二氧化矽粒子(A)滿足上述範圍之(X2/X1)比為佳。
另外，本發明之二氧化矽粒子，可使用由電子束穿透投影像(穿透式電子顯微鏡)所求得的長軸的平均粒徑(X2)nm與由表面積計算出的等效球粒徑(X1)nm的比(X2/X1)在1.2～1.8的範圍的粒子。
具體而言，在本發明中，前述「研磨液」所使用的二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)之任一者，將藉由電子束穿透投影像(穿透式電子顯微鏡)所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，由以BET法所測得的表面積(或比表面積)所計算出的等效球粒徑定為平均一次粒徑(X1)nm時，兩者之比((X2/X1)比)皆以在1.2～1.8(亦即1.2以上1.8以下)的範圍為佳。亦即，二氧化矽粒子(A)，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比以1.2～1.8為佳，二氧化矽粒子(B)，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比也以1.2～1.8為佳。
此外，在二氧化矽粒子(A)：二氧化矽粒子(B)為100：0時，會變成僅二氧化矽粒子(A)滿足上述範圍之(X2/X1)比為佳。
X2與X1，如上述般，任一者皆為平均粒徑。例如X2可由穿透式電子顯微鏡照片任意選擇粒子100個，測定各粒子的長軸，取平均來求得。X1是由表面積所計算出的等效球粒徑，其可使用藉由BET法所測得的平均一次粒徑的值。
研磨液，如上述般，含有二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)，並且以二氧化矽粒子(A)：二氧化矽粒子(B)來表示，在100：0～85：15的範圍含有二氧化矽粒子，該二氧化矽濃度以0.1質量%～5質量%為佳(其上限值以2.5質量%為較佳，2.0質量%為更佳)。然而，亦可使用以0.1質量%以上未達2.5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，且該二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm未達45nm的二氧化矽粒子的研磨液來代替此研磨液。
在本發明中，研磨液中所含有的二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均粒徑超過30nm未達45nm的二氧化矽粒子時，為了與包含該平均粒徑的「二氧化矽粒子(B)」作區別，在方便上亦將該二氧化矽粒子稱為「二氧化矽粒子(B’)」。
在研磨液中所含有的二氧化矽粒子為二氧化矽粒子(B’)的情況(亦即，研磨液中所含有的二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm未達45nm的二氧化矽粒子的情況)，該二氧化矽濃度以0.1質量%以上未達2.5質量%為佳，0.1質量%以上1.0質量%以下為較佳，1.0質量%為更佳。
在前述研磨液中的二氧化矽粒子僅含有二氧化矽粒子(A)的情況，本發明為藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置進行該矽晶圓的研磨的方法，並且上述研磨方法中，該研磨裝置所使用的研磨液使用了以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm的二氧化矽粒子(A)與具有0.1質量%～5質量%，較佳為0.1質量%～3.5質量%，又較佳為0.1質量%～2.5質量%，更佳為0.1質量%～2.0質量%的二氧化矽濃度的研磨液。
二氧化矽粒子含有二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)，在使用二氧化矽粒子(A)：二氧化矽粒子(B)在100：0～85：15的範圍，且該二氧化矽濃度為0.1質量%～5質量%的前述研磨液的情況，該研磨液所使用的二氧化矽粒子(A)與二氧化矽粒子(B)之任一者，如上述般，由電子束穿透投影像(穿透式電子顯微鏡)所求得的長軸的平均粒徑定為X2nm，由以BET法所測得的表面積(或比表面積)所計算出的等效球粒徑定為平均一次粒徑(X1)nm時，兩者之比((X2/X1)比)皆以在1.2～1.8的範圍為佳。
在使用二氧化矽粒子為二氧化矽粒子(B’)，且該二氧化矽濃度為0.1質量%以上未達2.5質量%的前述研磨液的情況，二氧化矽粒子(B’)，依照與二氧化矽粒子(A)或二氧化矽粒子(B)同樣方法求得的(X2/X1)，也以在1.2～1.8的範圍為佳。
在本發明中，研磨可在30～1000g/cm2
(30 g/cm2
以上1000g/cm2
以下)的荷重下，在定盤轉速10～300 rpm(10rpm以上300rpm以下)、研磨時間1～30小時(1小時以上30小時以下)，研磨液供給量10～400ml/分鐘(10ml/分鐘以上400ml/分鐘以下)的條件下使用單面研磨機進行，研磨以在30～1000g/cm2
(30g/cm2
以上1000g/cm2
以下)的荷重下，下定盤轉速5～100rpm(5rpm以上100rpm以下)、上定盤轉速2～30rpm(2rpm以上30rpm以下)，下定盤/上定盤的旋轉比率為1～10(1以上10以下)，研磨時間10分鐘～3小時(10分鐘以上3小時以下)，研磨液供給量1～20升/分鐘(1升/分鐘以上20升/分鐘以下)的條件下使用雙面研磨機進行為佳。
本發明所使用的載體，可列舉玻璃環氧(在本發明中亦稱為「環氧玻璃」)樹脂製、氯乙烯樹脂製、碳製、聚碳酸酯樹脂製。
上述載體可採用表面被覆硬質樹脂的被覆構造。硬質樹脂，可列舉選自聚偏二氟乙烯、聚醯胺、聚丙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯，及其聚合物合金的硬質材料。
可使用載體厚度可考慮晶圓厚度而任意設定的環氧玻璃製載體。可適用被大量運用作為載體、不易發生彎曲、板厚精密度提升的玻璃環氧樹脂製載體。使用了玻璃環氧樹脂的層合板，是將環氧樹脂滲透至玻璃纖維而成的薄片數層重疊並且加熱、加壓所製造出的由熱硬化性樹脂形成的層合板。
本發明所使用的研磨液能夠以水性二氧化矽溶膠為基礎來製作。例如，可將水玻璃經過陽離子交換所得到的活性矽酸加熱，使粒子成長而得到。這種二氧化矽溶膠，可使用例如日產化學股份有限公司製，商品名SNOWTEX。
對此二氧化矽溶膠添加選自「鹼成分」、可製成水溶性樹脂等形態的「水溶性化合物」、及可製成螯合樹脂等形態的「螯合劑」所構成的群中的至少一種添加劑，可調製出研磨液。
「鹼成分」，可使用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨、氫氧化一級銨、氫氧化二級銨、氫氧化三級銨、氫氧化四級銨(例如乙基三甲基氫氧化銨(ETMAH))、碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氫氧化鈉、或氫氧化鉀。
藉由添加這些鹼成分，可將pH調整至7～12(7以上12以下)的範圍。
「螯合劑」，可使用胺基羧酸系螯合劑(例如乙二胺四醋酸鈉(EDTA))或膦酸系螯合劑。
「水溶性化合物」，可使用任意的水溶性化合物。可使用例如羥乙基纖維素、甘油、聚甘油、聚乙烯醇，或者羧基或磺酸基變性聚乙烯醇。
本發明是關於在藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置進行矽晶圓的研磨的方法之中，降低載體磨耗的方法。其載體磨耗量可依照使用條件任意決定，在本發明中，從研磨精密度的關係看來，例如在連續8小時的研磨中，載體單面的磨耗量如果在3μm以內的範圍，可定義為磨耗低而為適合，較佳為1.9μm以內的範圍，更佳為1.8 μm以內的範圍。
接下來使用具體的實施例詳細敘述本發明，然而本發明並不受這些實施例限定。
[實施例]
依照以下方法來研磨市售矽晶圓。
首先準備各種膠狀二氧化矽，用以調製出各種研磨用組成物。此處，「膠狀二氧化矽」意指二氧化矽溶膠中含有的二氧化矽粒子。接下來，以各種研磨用組成物作為研磨液，在使用用來保持矽晶圓的載體研磨矽晶圓的研磨機中使用，以進行市售的矽晶圓的研磨。由其研磨速度與連續8小時研磨後的載體磨耗量評估本發明的一個具體實施態樣的研磨用組成物的效果。將其細節揭示以下。
1)研磨用組成物(研磨液)的調製
首先準備以下的膠狀二氧化矽A～G。
膠狀二氧化矽A：由氮氣吸附法(BET法)所求得的平均一次粒徑23nm的膠狀二氧化矽(以二氧化矽溶膠為基礎所得到的二氧化矽粒子，(X2/X1)比為1.4)。
膠狀二氧化矽B：由氮氣吸附法(BET法)所求得的平均一次粒徑25nm的膠狀二氧化矽(以二氧化矽溶膠為基礎所得到的二氧化矽粒子，(X2/X1)比為1.4)。
膠狀二氧化矽C：由氮氣吸附法(BET法)所求得的平均一次粒徑21nm的膠狀二氧化矽(以二氧化矽溶膠為基礎所得到的二氧化矽粒子，(X2/X1)比為1.7)。
膠狀二氧化矽D：由氮氣吸附法(BET法)所求得的平均一次粒徑45nm的膠狀二氧化矽(以二氧化矽溶膠為基礎所得到的二氧化矽粒子，(X2/X1)比為1.2)。
膠狀二氧化矽E：由氮氣吸附法(BET法)所求得的平均一次粒徑35nm的膠狀二氧化矽(以二氧化矽溶膠為基礎所得到的二氧化矽粒子，(X2/X1)比為1.3)。
膠狀二氧化矽F：由氮氣吸附法(BET法)所求得的平均一次粒徑60nm的膠狀二氧化矽(以二氧化矽溶膠為基礎所得到的二氧化矽粒子，(X2/X1)比為1.2)。
膠狀二氧化矽G：由氮氣吸附法(BET法)所求得的平均一次粒徑20nm的膠狀二氧化矽(以二氧化矽溶膠為基礎所得到的二氧化矽粒子，(X2/X1)比為1.9)。
為了調製出上述膠狀二氧化矽，分別使用了市售的水性二氧化矽溶膠(日產化學股份有限公司製，商品名SNOWTEX)。各二氧化矽溶膠，可藉由將水玻璃陽離子經過交換所得到的活性矽酸加熱，使粒子成長來製造。
界定上述膠狀二氧化矽的各二氧化矽粒子的「(X2/X1)比」之中，X1是由氮氣吸附法(BET法)所求得的平均一次粒徑(nm)，X2是藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑(nm)。
X1是將由使用氮氣吸附法(BET法)測得的表面積(或比表面積)所計算出的等效球粒徑(nm)定義為平均一次粒徑(在本發明中亦將此平均一次粒徑稱為「(X1)nm」)。具體而言，使用氮氣吸附法比表面積測定裝置(Quantachrome公司製Monosorb)對上述膠狀二氧化矽測定其二氧化矽粒子的比表面積S(m2
/g)，由以氮吸附法測得的比表面積S(m2
/g)，使用等效球粒徑((X1)nm)=2720/S的式求得球體換算直徑，將其定為以BET法測得的平均一次粒徑((X1)nm)。
X2為藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑(nm)(在本發明中亦將此平均粒徑稱為「(X2)nm」)。具體而言，穿透式電子顯微鏡使用日立High-Technologies股份有限公司製，商品名H8000，由使用此裝置得到的上述膠狀二氧化矽的各二氧化矽粒子的穿透式電子顯微鏡照片任意選擇100個粒子，測定各粒子的長軸，取其平均而求得。
接下來，依照下述表所揭示的比例來添加上述各膠狀二氧化矽、鹼成分及螯合劑，剩餘部分定為水，製造出研磨用組成物(1)～(8)以及用來與其作比較的比較研磨用組成物(1)～(7)。所製造出的研磨用組成物(1)～(8)與比較研磨用組成物(1)～(7)如後述般，作為研磨液來使用。
鹼成分使用乙基三甲基氫氧化銨(ETMAH)，螯合劑使用乙二胺四醋酸鈉(EDTA)。這些成分是使用試藥。ETMAH是使用市售的產品，EDTA是使用Chelest股份有限公司製的產品。
此外，在全部的研磨用組成物之中，添加了碳酸鉀1000ppm作為pH緩衝劑。
另外，在表中與「二氧化矽的種類」合併記載的比例，是將研磨用組成物中作為二氧化矽粒子源的各種膠狀二氧化矽的摻合比例以質量%來表記。例如，在研磨用組成物(1)的情況，意指該組成物的製造所使用的膠狀二氧化矽僅為膠狀二氧化矽A，在研磨用組成物(6)的情況，意指該組成物的製造所使用的膠狀二氧化矽為膠狀二氧化矽A與膠狀二氧化矽D，並且兩者的質量比，膠狀二氧化矽A：膠狀二氧化矽D為90：10。
2)研磨方法與結果
在使用了用來保持矽晶圓的載體研磨矽晶圓的研磨機使用上述研磨用組成物(研磨用組成物(1)～(8)與比較研磨用組成物(1)～(7))作為研磨液，進行市售矽晶圓的研磨。此時的研磨條件如以下所揭示。
2-1)研磨條件
研磨機：濱井產業公司製的雙面研磨機13BF。
荷重：150g/cm2
。
上定盤轉速：7rpm。
下定盤轉速：20rpm。
旋轉比率：3
載體自轉轉速：5.9rpm，載體公轉轉速：6.6rpm，載體自轉方向：順時針。
研磨墊：發泡聚胺甲酸乙酯製研磨墊(LP-57(溝寬度2mm，溝間距20mm))。
研磨液的供給量：6.0L/分鐘。
研磨溫度：25℃。
研磨枚數；1枚載體放3枚晶圓。
載體：環氧玻璃製載體(厚度0.70mm)。
進行連續多枚矽晶圓研磨的研磨時間為8小時。
矽晶圓：直徑200mm，傳導型為P型，結晶方位為＜100＞，電阻率未達100Ω･cm。
2-2)研磨結果
將依照上述研磨條件進行研磨的研磨結果揭示於以下的表中。此外，表中的載體磨耗量是連續8小時研磨的載體單面磨耗量。
例如，若將研磨用組成物(3)與比較研磨用組成物(7)的上述結果作比較，確認了在使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置研磨矽晶圓時，若使用以在0.1質量%～5質量%的範圍內的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子的研磨液，該二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均一次粒徑在4nm～30nm的範圍的二氧化矽粒子(二氧化矽粒子(A))，且(X2/X1)比在1.2～1.8的範圍，則可維持0.25～0.29μm/分鐘的範圍內的良好的研磨速度，同時在連續8小時的研磨中，載體單面的磨耗量也可抑制在1.5μm/8小時以下，是低於1.8μm/8小時的極良好值。
另外，例如，若將研磨用組成物(1)～(3)與比較研磨用組成物(6)的上述結果作比較，確認了在使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置研磨矽晶圓時，若使用以在0.1質量%～5質量%的範圍內的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子的研磨液，且該二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm的二氧化矽粒子(二氧化矽粒子(A))，則可維持0.25～0.29μm/分鐘的良好的研磨速度，同時在連續8小時的研磨中，可將載體單面的磨耗量抑制在1.5μm/8小時以下，是低於1.8μm/8小時的極良好值。
此外，例如，若將研磨用組成物(6)與(7)的上述結果與比較研磨用組成物(4)與(5)的上述結果作比較，確認了在使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置研磨矽晶圓時，藉由使用以0.1質量%～5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子的研磨液，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm～30nm的二氧化矽粒子(二氧化矽粒子(A))與以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm且在50nm以下的二氧化矽粒子(二氧化矽粒子(B))，且兩者的質量比(二氧化矽粒子(A)/二氧化矽粒子(B))為85/15以上，則可維持0.25～0.29μm/分鐘的良好的研磨速度，同時在連續8小時的研磨中，可將載體單面的磨耗量抑制在1.8 μm/8小時以下的良好值。
另外，若將研磨用組成物(8)與比較研磨用組成物(1)的上述結果作比較，確認了在使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置研磨矽晶圓時，即使使用以在0.1質量%以上未達2.5質量%的範圍內的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子的研磨液，該二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm未達45nm的二氧化矽粒子(二氧化矽粒子(B’))，也可維持0.25～0.29μm/分鐘的良好的研磨速度，同時在連續8小時的研磨中，可將載體單面的磨耗量抑制在1.9μm/8小時以下的良好值。
所以可知，依據本發明，可維持良好的研磨速度，同時可減少載體磨耗等(磨耗防止)。結果可知，本發明從延長載體更換時間或所得到的晶圓的研磨面精密度這點看來是優異的。
[產業上的可利用性]
本發明提供一種研磨方法，藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置進行該矽晶圓的研磨的方法，可降低載體磨耗，甚至由載體發出的噪音很低。
依據本發明可提供一種研磨方法，在使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置進行該矽晶圓的研磨時，謀求維持良好的研磨速度，同時降低載體磨耗，提升研磨精密度，另外還謀求降低載體更換頻率、抑制研磨速率或研磨品質的變異、降低由載體發出的噪音(noise)，因此可期望使用載體簡便且有效率地提升矽晶圓的研磨精密度，在各種產業領域(尤其是信賴性高的半導體裝置或電子零件機器等的領域)有可利用性。
Claims (12)
- 一種研磨方法，其係藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置來進行前述矽晶圓的研磨的方法，並且前述研磨裝置所使用的研磨液以0.1質量%~5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm~30nm的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2~1.8的二氧化矽粒子(A)；及以BET法測得的平均粒徑為超過30nm且在50nm以下的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2~1.8的二氧化矽粒子(B)，前述二氧化矽粒子(A)：前述二氧化矽粒子(B)的質量比為100：0~85：15，在連續8小時的研磨中，載體單面的磨耗量在3μm以內的範圍。
- 一種研磨方法，其係藉由使用保持矽晶圓的載體的研磨裝置來進行前述矽晶圓的研磨的方法，並且前述研磨裝置所使用的研磨液以0.1質量%~5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑 為4nm~30nm的二氧化矽粒子(A)；及以BET法測得的平均粒徑超過30nm且在50nm以下的二氧化矽粒子(B)，前述二氧化矽粒子(A)：前述二氧化矽粒子(B)的質量比為100：0~85：15，或以0.1質量%以上未達2.5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm未達45nm的二氧化矽粒子(B’)，在連續8小時的研磨中，載體單面的磨耗量在3μm以內的範圍。
- 如請求項2之研磨方法，其中藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，前述二氧化矽粒子(A)以及前述二氧化矽粒子(B)與(B’)之任一者皆具有1.2~1.8之(X2/X1)比。
- 如請求項1至3中任一項之研磨方法，其中前述研磨裝置使用雙面研磨機，研磨是在30~1000g/cm2的荷重下，下定盤轉速5~100rpm、上定盤轉速2~30rpm、下定盤/上定盤的旋轉比率為1~10、研磨時間10分鐘~3小時、研磨液供給量1~20升/分鐘的條件下進行。
- 如請求項1至3中任一項之研磨方法，其中前述載體為環氧玻璃製載體。
- 如請求項1至3中任一項之研磨方法，其中前述研磨液進一步含有選自鹼成分、水溶性化合物、及 螯合劑所構成的群中的至少一種添加劑。
- 如請求項6之研磨方法，其中前述鹼成分為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨、氫氧化一級銨、氫氧化二級銨、氫氧化三級銨、氫氧化四級銨、碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氫氧化鈉、或氫氧化鉀。
- 如請求項6之研磨方法，其中前述螯合劑為胺基羧酸系螯合劑或膦酸系螯合劑。
- 如請求項1至3中任一項之研磨方法，其中前述研磨液的pH為7~12。
- 一種使用保持矽晶圓的載體之研磨裝置用研磨液，其係以0.1質量%~5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm~30nm的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2~1.8的二氧化矽粒子(A)；及以BET法測得的平均一次粒徑為超過30nm且在50nm以下的粒徑，藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為(X2)nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，(X2/X1)比為1.2~1.8的二氧化矽粒子(B)，前述二氧化矽粒子(A)；前述二氧化矽粒子(B)的質量比為100：0~85：15。
- 一種使用保持矽晶圓的載體之研磨裝置用研磨液，其係以0.1質量%~5質量%的二氧化矽濃度含 有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子含有以BET法測得的平均一次粒徑為4nm~30nm的二氧化矽粒子(A)；及以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm且在50nm以下的二氧化矽粒子(B)，前述二氧化矽粒子(A)：前述二氧化矽粒子(B)的質量比為100：0~85：15，或以0.1質量%以上未達2.5質量%的二氧化矽濃度含有二氧化矽粒子，該二氧化矽粒子僅含有以BET法測得的平均一次粒徑超過30nm未達45nm的二氧化矽粒子(B’)。
- 如請求項11之研磨液，其中藉由電子束穿透投影像所求得的長軸的平均粒徑定為X2nm，以BET法測得的平均一次粒徑定為(X1)nm時，前述二氧化矽粒子(A)以及前述二氧化矽粒子(B)與(B’)之任一者皆具有1.2~1.8之(X2/X1)比。
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