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硅晶圓及其制造方法與流程(2)

硅晶圓及其制造方法與流程(2)

2021-11-19 18:07:41 0

上平臺的轉速:10~100rpm

(更優選為20~50rpm)

下平臺的轉速:10~100rpm

(更優選為20~50rpm)

載體的轉速:1~30rpm

(更優選為2~10rpm)

研磨液的供給量:50~5000ml/分鐘

(更優選為100~1000ml/分鐘)

以上述條件研磨的硅晶圓的雙面研磨量(雙面的總研磨量)優選設為2~20μm的范圍。這是因為,在雙面研磨量(雙面的總研磨量)小于2μm的情況下,有可能無法去除前工序的損傷等,另一方面,若超過20μm,則有可能破壞晶圓形狀等。更優選的雙面研磨量(雙面的總研磨量)是5~15μm的范圍。

通過該雙面研磨工序,去除在切片或磨削時產生的加工損傷,并且制作晶圓的形狀,從而使雙面鏡面化。

接著,清洗被雙面研磨的硅晶圓。在被雙面研磨的硅晶圓表面殘留有在雙面研磨工序中使用的研磨顆?;蜓心ヒ旱?。在雙面研磨工序中,使用研磨顆粒大小或組成成分與后述單面精磨工序不同的研磨液。因此,為了避免將在雙面研磨工序中殘留的研磨顆?;蜓心ヒ簬牒罄m的精磨工序而清洗硅晶圓。

作為清洗液,優選使用含有氨水以及過氧化氫水的清洗液(sc-1)等。例如,尤其優選通過利用加溫到50~80℃的sc-1液的濕式清洗臺清洗來進行,所述sc-1液是將氨水和過氧化氫水以1:1進行混合并將其純水稀釋至5~30倍而制備出的。利用sc-1液清洗之后,利用純水沖洗硅晶圓。

(第2工序:倒角部研磨工序)

上述清洗之后,對被雙面研磨的硅晶圓的倒角部實施鏡面研磨處理。參照圖4(a)、圖4(b),在本實施方式中使用的倒角部研磨裝置200具備:吸附晶圓w的背面的晶圓吸附部21;對利用該晶圓吸附部21吸附的晶圓的倒角部(端面)進行鏡面研磨的研磨部22;以及位于研磨部22的上部的研磨液供給管23。

晶圓吸附部21具備:通過吸附來保持晶圓的下表面的作為保持構件的吸附臺211;以及使該吸附臺211旋轉的旋轉構件212。

研磨部22具備:對晶圓的倒角部進行鏡面研磨的研磨輪221;以及使研磨輪221旋轉,或者沿上下方向升降,或者按壓于晶圓的驅動構件(未圖示)。研磨輪221由上方傾斜面研磨墊222、垂直面研磨墊223以及下方傾斜面研磨墊224構成。另外,在圖4(a)中,為了說明相對于晶圓的倒角部的位置關系,將各研磨墊并排示于附圖的右側,但是實際上如圖4(b)所示,各研磨墊構成為:分別形成為相同長度的圓弧狀,并隔開規定的間隔而圍繞晶圓配置。

并且,在各研磨墊分別粘貼有研磨布。作為研磨布,優選使用無紡布。無紡布尤其優選使用askerc硬度為55~56的范圍內的無紡布。

作為從研磨液供給管23供給的研磨液,優選使用含有研磨顆粒的堿性水溶液。其中,作為研磨顆粒,尤其優選使用平均粒徑為50nm左右的膠體二氧化硅,作為堿性水溶液,尤其優選使用ph10~11的koh水溶液。

接著,對利用研磨裝置200的鏡面研磨工序的步驟進行說明。首先,將晶圓w的背面吸附到晶圓吸附部21來保持晶圓w。然后,用規定的壓力分別將研磨輪221的各研磨墊222、223、224按壓于倒角部的對應的部位,并維持按壓的狀態。接著,一邊從研磨液供給管23向研磨布供給研磨液,一邊如圖4(b)所示,使旋轉構件212旋轉來使晶圓w旋轉,并且通過驅動構件使研磨輪221旋轉來使各研磨墊222、223、224旋轉。由此,晶圓w的倒角部的上方通過上方傾斜面研磨墊222研磨,倒角部的中央部通過垂直面研磨墊223研磨,并且倒角部的下方通過下方傾斜面研磨墊224研磨。

通過該鏡面研磨,去除存在于倒角部的氧化膜,并且倒角部被加工成鏡面。在雙面研磨工序中的倒角部中所產生的劃痕、壓痕也被去除。

(第3工序:保護膜形成工序)

接著,在硅晶圓的背面以及倒角部形成保護膜。關于保護膜的形成方法,只要使在硅晶圓上產生劃痕或污垢最小化,并且在后述單面精磨工序中沒有保護膜被剝離或破損,則并無特別限制,例如,既可以粘貼環氧制薄膜,也可以形成氧化膜或氮化膜,還可以使高分子沉積。保護膜的厚度優選為的范圍。這是因為,在保護膜的厚度小于的情況下,有可能導致保護膜容易剝離、破損等,另一方面,若超過10μm,則有可能在研磨時影響晶圓形狀等。并且,保護膜優選利用cvd法或旋涂法進行沉積。這是為了盡可能避免利用機械夾具保持晶圓的正面和背面而良好地保持最終的表面質量。

重要的是,保護膜不僅形成于硅晶圓的背面,而且還形成于倒角部。由此,在后述單面精磨工序中抑制晶圓的正面外周部的過度研磨,從而能夠提高正面外周部的平坦性(esfqd特性)。并且,在后述利用了雙面研磨裝置的單面精磨工序中,防止晶圓的倒角部直接與載體接觸,從而能夠抑制對倒角部造成劃痕或損傷。

(第4工序:單面精磨工序)

接著,作為單面精磨工序,將硅晶圓供給至雙面研磨裝置,只研磨硅晶圓的正面。在本實施方式中,在單面精磨工序中也使用圖1所示的雙面研磨裝置100。雙面研磨裝置100也可以在雙面研磨工序和單面精磨工序中分開設置。

將形成有保護膜的硅晶圓嵌入載體6的小孔5中,且利用固定有上研磨布3的上平臺1和固定有下研磨布4的下平臺2夾持,如圖1所示,使上平臺1以及下平臺2向相反的方向旋轉,利用中心齒輪7使載體6向箭頭方向旋轉,對硅晶圓的正面進行單面精磨。

關于正面的單面精磨,既可以用上研磨布3進行,也可以用下研磨布4進行,但是優選利用上研磨布進行。這是為了在研磨之后無需反轉晶圓而能夠將其輸送至研磨以后的工序。

作為在該單面精磨中使用的研磨布3以及下研磨布4,為了使研磨之后的晶圓研磨面的表面粗糙度充分小,優選使用絨面革類型的人造革墊等。另外,上研磨布3以及下研磨布4可以設為同一材質,但是優選將保護膜側的研磨布設為更柔軟且不影響機械作用的、希望進行了摩擦系數變小的表面處理的材質。這是為了維持保護膜。

在研磨時,一邊從圖1所示的研磨液供給管8供給含有研磨顆粒的研磨液,一邊進行研磨。含有研磨顆粒的研磨液是在將用于具有緩沖效果的水溶性高分子加入堿類水溶液中的產物中混合研磨顆粒而生成的。從具有機械化學效果且高純度化比較容易且比較容易控制粒徑分布的觀點考慮,研磨顆粒的材質優選使用二氧化硅顆粒。以平均粒徑計,研磨顆粒的大小優選為10~100nm的范圍。這是因為,在研磨顆粒的平均粒徑小于10nm的情況下,有可能無法獲得研磨顆粒彼此的凝聚或充分的研磨速度等,另一方面,若超過100nm,則有可能在研磨表面產生劃傷。

關于研磨條件,優選在單面精磨中,在上研磨布3以及下研磨布4與硅晶圓的表面之間形成固定厚度以上的研磨液膜,為了保護膜不被剝離或破損而能夠順暢地研磨,如下設定各條件。另外,括號內是更優選的條件范圍。

利用上平臺以及下平臺夾持晶圓的力:50~300gf/cm2

(更優選為50~200gf/cm2)

上平臺的轉速:10~100rpm

(更優選為20~50rpm)

下平臺的轉速:10~100rpm

(更優選為20~50rpm)

載體的轉速:1~30rpm

(更優選為2~10rpm)

研磨液的供給量:50~5000ml/分鐘

(更優選為100~1000ml/分鐘)

以上述條件研磨的硅晶圓的單面精磨量優選設為10nm~1μm的范圍。這是因為,在單面精磨量小于10nm的情況下,有可能無法充分降低表面的粗糙度等,另一方面,若超過1μm,則有可能使晶圓形狀惡化等。單面精磨量更優選為50nm~0.5μm的范圍。

通過該單面精磨工序,將正面設為產品等級的表面粗糙度。此時,在本實施方式中,并非利用單面研磨裝置,而是利用雙面研磨裝置進行本工序,而且將保護膜不僅形成于硅晶圓的背面,而且還形成于硅晶圓的倒角部,由此能夠獲得正面外周部的平坦性也包括在內的晶圓整體的平坦性非常優異的硅晶圓。

(第5工序:保護膜去除工序)

保護膜的去除方法并無特別限定,但在將保護膜設為環氧制薄膜等粘貼膜的情況下,能夠利用有機溶劑等進行去除,在設為氧化膜/氮化膜的情況下,能夠利用hf水溶液進行去除,在設為旋涂了高分子的膜的情況下,能夠利用極性溶劑等進行去除。如此獲得的硅晶圓的背面以被去除了保護膜的狀態直接被使用,進行了單面精磨的正面用作元件面。

(第6工序:單面追加研磨工序)

接著第5工序,也可以追加將形成有保護膜的面、即硅晶圓的背面輕輕地研磨的工序。該工序以去除因保護膜的形成而產生的污垢等的目的或調整背面的粗糙度的目的進行。本工序例如利用具有研磨頭的研磨裝置并利用絨面革類型的人造革墊和使二氧化硅分散于堿性水溶液中的漿料進行。

根據以上說明的本實施方式的硅晶圓的制造方法,能夠制造正面和背面被鏡面化且只有正面被精磨的硅晶圓,該硅晶圓的正面外周部的平坦性也包括在內的晶圓整體的平坦性優異。本實施方式其在直徑為450mm以上的大口徑硅晶圓中具有明顯的效果。

(硅晶圓)

通過上述制造方法獲得的本實施方式的硅晶圓的正面以及背面的混濁值為50ppm以下,所述正面的混濁值小于所述背面的混濁值,所述硅晶圓的gbir的值為1000nm以下,所述硅晶圓的esfqd-mean的值為100nm以下。硅晶圓的直徑并無特別限定,優選為300mm以上,更優選為450mm以上。

上述內容只是該發明的實施方式的一例,能夠在權利要求書的范圍內施加各種各樣的變更。

實施例

(發明例1)

以如下條件試制了直徑為300mm的硅晶圓。

<雙面研磨工序>

研磨裝置:圖1所示的雙面研磨裝置100

上研磨布:聚酯無紡布

下研磨布:聚酯無紡布

研磨液中所含有的研磨顆粒:平均粒徑為35nm的膠體二氧化硅

利用上平臺以及下平臺夾持晶圓的力:200gf/cm2

上平臺的轉速:30rpm

下平臺的轉速:30rpm

載體的轉速:5rpm

雙面研磨量:10μm

<倒角部的研磨工序>

研磨裝置:圖4所示的研磨裝置

研磨布:askerc硬度為60的無紡布

研磨液:作為研磨顆粒含有平均粒徑為50nm的膠體二氧化硅的ph11.3的koh水溶液

<保護膜形成>

在硅晶圓的背面以及倒角部形成了以下保護膜。

種類:cvd氧化膜

厚度:100nm

<單面精磨工序>

研磨裝置:圖1所示的雙面研磨裝置100

上研磨布:絨面革類型的人造革墊

下研磨布:絨面革類型的人造革墊

研磨液中所含有的研磨顆粒:平均粒徑為20nm的膠體二氧化硅

研磨正面的研磨布:上研磨布

利用上平臺以及下平臺夾持晶圓的力:100gf/cm2

上平臺的轉速:30rpm

下平臺的轉速:30rpm

載體的轉速:5rpm

單面精磨量:0.5μm

(發明例2)

作為保護膜形成了1μm環氧制粘貼膜(薄膜),除此以外,以與發明例1相同的條件試制了直徑為300mm的硅晶圓。

(發明例3)

使用了直徑為450mm的硅晶圓,除此以外,以與發明例1相同的條件試制了硅晶圓。

(比較例1)

未形成保護膜,在單面精磨中使用了單面精磨裝置,除此以外,以與發明例1相同的條件試制了直徑為300mm的硅晶圓。

(比較例2)

未形成保護膜,除此以外,以與發明例1相同的條件試制了直徑為300mm的硅晶圓。

(比較例3)

在單面精磨中使用了單面精磨裝置,除此以外,以與發明例1相同的條件試制了硅晶圓。

(比較例4)

將保護膜只形成于硅晶圓的背面,而未形成于倒角部。除此以外,以與發明例1相同的條件試制了直徑為300mm的硅晶圓。

(評價)

對如此獲得的各樣品測定出混濁值作為表面粗糙度的指標,測定出gbir作為晶圓整體的平坦度的指標,測定出esfqd-mean作為晶圓的正面外周部的平坦度的指標。以下,對評價方法進行說明。

<混濁(haze)的測定>

關于各樣品表面的混濁值測定,使用表面檢查裝置(kla-tencor公司制,sp2),使用dwo模式(darkfieldwideoblique模式)進行了測定。

<gbir的測定>

利用平坦度測定裝置(kla-tencor公司制,wafersight2)測定了各樣品的gbir(globalbacksideidealrange)。gbir是指,以假設完全吸附晶圓的背面的情況時的晶圓的背面為基準,通過計算晶圓整體的最大厚度與最小厚度之差來求出的整體形狀的指標。

<esfqd的測定>

利用平坦度測定裝置(kla-tencor公司制,wafersight2)測定了各樣品的esfqd-mean(edgeflatnessmetric,sectorbased,frontsurfacereferenced,leastsquaresfitreferenceplane,rangeofthedatawithinsector)。esfqd-mean定義為:在晶圓周向上以5°間距測定硅晶圓的外周部的sfqd(siteflatnessfrontreferenceleastsquaredeviation)而獲得的測定值的相加平均值。測定sfqd的區域從晶圓中心沿半徑方向設為120~148mm。將硅晶圓的外周部的表面分割為扇形狀的72個區域(扇區),測定sfqd,計算它們的sfqd的平均值,以作為esfqd-mean。

將測定結果示于表1。

[表1]

由表1能夠明確地確認到,在所有發明例中,正面以及背面的混濁值為50ppm以下,并且背面的混濁值為1ppm以下。并且,在所有發明例中,在esfqd-mean的值為100nm以下時,正面外周部的平坦性優異,并且在gbir的值為1000nm以下時,晶圓整體的平坦性也優異。能夠一并確認到該情況與在直徑為450mm的硅晶圓時也相同。

另一方面,可以確認到,即使在單面精磨工序中使用了雙面研磨裝置100的情況下,如比較例2、4所示,在倒角部未形成有氧化膜的情況下,也使esfqd-mean的值變差。另外,由于在比較例2中在背面未形成有氧化膜,因此正面和背面的混濁等級相同,是無法進行正面和背面判別的晶圓。

產業上的可利用性

本發明的硅晶圓的正面和背面被鏡面化且只有正面被精磨,該硅晶圓的正面外周部的平坦性也包括在內的晶圓整體的平坦性優異。并且,根據本發明的硅晶圓的制造方法,能夠制造正面和背面被鏡面化且只有正面被精磨的硅晶圓,該硅晶圓的正面外周部的平坦性也包括在內的晶圓整體的平坦性優異。

附圖標記說明

100-雙面研磨裝置,1-上平臺,2-下平臺,3-上研磨布,4-下研磨布,5、5a、5b、5c-小孔,6-載體,7-中心齒輪,8-研磨液供給管,200-倒角部研磨裝置,21-晶圓吸附部,211-吸附臺,212-旋轉構件,22-研磨部,221-研磨輪,222-上方傾斜面研磨墊,223-垂直面研磨墊,224-下方傾斜面研磨墊,23-研磨液供給管,w-硅晶圓。

技術總結
本發明提供一種硅晶圓及其制造方法,在本發明的硅晶圓的制造方法中,利用雙面研磨裝置同時研磨硅晶圓的正面以及背面,之后,研磨倒角部,之后,在硅晶圓的背面以及倒角部形成保護膜,之后,將硅晶圓供給至雙面研磨裝置,只研磨硅晶圓的正面,之后,去除保護膜。通過該制造方法,獲得正面和背面被鏡面化且只有正面被精磨的硅晶圓,該硅晶圓的GBIR的值為1000nm以下,并且ESFQD?mean的值為100nm以下。

技術研發人員:加藤健夫;高石和成;橋井友裕
受保護的技術使用者:勝高股份有限公司
技術研發日:2017.04.28
技術公布日:2018.11.13

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