硅晶圆的最终抛光方法和最终抛光装置与流程

本发明属于硅晶圆抛光领域，具体而言，本发明涉及硅晶圆的最终抛光方法和最终抛光装置。

背景技术：

半导体等级硅晶圆的表面缺陷数，是目前芯片制造的关键参数。半导体等级硅晶圆制造工序中，一般会进行两面抛光及最终抛光，硅晶圆抛光工序是将硅晶圆利用抛光布与抛光浆料及碱性化学物质进行对磨，在一定的压力及转速下，移除硅晶圆表面的损伤及缺陷，进而达到一定水准的平坦度及表面缺陷数。此外，抛光过程中需使用抛光布(或抛光垫)，并且一般新的抛光布，需与挡片(dummywafer，主要是用于磨合机台的晶圆片)磨合一段时间，才能使用，这个过程称为抛光整修磨合期，在此期间后，方能使抛光浆料中的保湿物质均匀附着于硅晶圆表面，这段时间通常约须数小时以上或更久。

半导体登记硅晶圆抛光工艺中，抛光完成时，硅晶圆表面原为疏水性，一旦微粒附着在硅晶圆表面便不容易清洗去除，造成下一步清洗工序难以去除残余抛光浆料。现有技术中抛光浆料会加入特殊高分子物质(例如：纤维素或界面活化剂)，进而形成一亲水性保护膜，覆盖在硅晶圆表面，以避免抛光浆料中的微粒附着在硅晶圆表面。然该现有技术虽然有效解决了抛光后下一步清洗的问题，但其使用的抛光布，仍需较长的抛光整修磨合期，造成大量成本浪费，并且生产效率低。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出硅晶圆的最终抛光方法和最终抛光装置，采用该最终抛光方法和最终抛光装置可以有效地在硅晶圆的表面形成亲水性保护膜，进而有效保持硅晶圆表面湿润。同时省去了长时间修整磨合期，显著提高了处理效率同时降低了成本。

根据本发明的一个方面，本发明提出了硅晶圆的最终抛光方法。根据本发明的实施例，该硅晶圆的最终抛光方法包括：在所述最终抛光进行至剩余预定时间内，同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液，以使得硅晶圆表面形成亲水性氧化硅薄膜。

由此，本发明通过在硅晶圆最终抛光的最终阶段同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液，进而使得硅晶圆表面形成亲水性氧化硅薄膜。由此利用氧化硅的强亲水性，可以使得硅晶圆的表面形成保护膜。该亲水性氧化硅薄膜可以在清洗前有效保持硅晶圆表面湿润，避免硅晶圆表面干燥。本发明上述实施例的抛光方法相对于现有的采用抛光布的方法省去了长时间抛光布修整磨合期，显著提高了处理效率同时降低了成本。

另外，根据本发明上述实施例的硅晶圆的最终抛光方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述预定时间为10-30秒。

在本发明的一些实施例中，所述氧化溶液为过氧化氢溶液或臭氧水。

在本发明的一些实施例中，所述过氧化氢溶液的浓度为1-10质量％。

在本发明的一些实施例中，所述臭氧水的质量浓度为1-20ppm。

在本发明的一些实施例中，所述氧化溶液的流速为500-3000ml/min。

在本发明的一些实施例中，在同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液进行抛光的过程中降低抛光转速和抛光压力。

在本发明的一些实施例中，降低后的抛光转速为1-10rpm，抛光压力为不大于30g/cm²。

在本发明的一些实施例中，所述亲水性氧化硅薄膜的厚度为

根据本发明的第二方面，本发明还提出了一种硅晶圆最终抛光装置，根据本发明的实施例，该硅晶圆最终抛光装置包括：

抛光平台，所述旋转平台上贴附有抛光布；

至少一个抛光头，所述抛光头可以升降地设置在所述抛光平台的上方，硅晶圆以蜡或缓冲垫固定于所述抛光头的底表面上，所述抛光头旋转带动所述硅晶圆旋转并与所述抛光布发生摩擦进行抛光；

抛光浆料输送管，所述抛光浆料输送管的出口设置在所述旋转平台的上方，且适于向所述抛光布上输出抛光浆料；

氧化溶液输送管，所述氧化溶液输送管的出口设置在所述旋转平台的上方，且适于向所述抛光布上输出氧化溶液；

第一阀门和第一流量计，所述第一阀门和所述第一流量计设置在所述抛光浆料输送管上；

第二阀门和第二流量计，所述第二阀门和所述第二流量计设置在所述氧化溶液输送管上。

附图说明

图1是实施例1与对比例1的19nm-lls对比箱形图。

图2实施例2与对比例1、2的haze对比箱形图。

图3实施例3、4与对比例1的26nm-lls对比箱形图。

图4是根据本发明一个实施例的硅晶圆最终抛光装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，本发明提出了硅晶圆的最终抛光方法。根据本发明的实施例，该硅晶圆的最终抛光方法包括：在所述最终抛光进行至剩余预定时间内，同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液，以使得硅晶圆表面形成亲水性氧化硅薄膜。

由此，本发明通过在硅晶圆最终抛光的最终阶段同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液，而氧化溶液的加入使得硅晶圆的表面的纯硅被氧化成氧化硅，而氧化硅具有强亲水性，进而使得硅晶圆表面形成亲水性氧化硅薄膜，起到对硅晶圆表面保护润湿的作用。

目前现有的在硅晶圆表面形成保护的方法多是通过添加特殊高分子物质(例如：纤维素或界面活化剂)，从而在硅晶圆表明形成保护膜。本发明利用了氧化硅的强亲水性，并选择地在最终抛光即将结束时添加氧化溶液，可有效地使得硅晶圆表面发生适当的氧化而形成亲水性氧化硅薄膜。该亲水性氧化硅薄膜可以在清洗前有效保持硅晶圆表面湿润，避免硅晶圆表面干燥。另外，本发明上述实施例的抛光方法相对于现有的采用抛光布的方法省去了长时间抛光布修整磨合期，显著提高了处理效率同时降低了成本。

根据本发明的具体实施例，在所述最终抛光进行至剩余预定时间内，同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液，其中，预定时间可以为10-30秒。根据本发明的具体实施例，预定时间可以为10秒、12秒、14秒、16秒、18秒、20秒、22秒、24秒、26秒、28秒或30秒。进而在最终抛光的最后阶段10-30秒内同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液，可以有效地使得硅晶圆的表面被氧化从而形成亲水性氧化硅薄膜。

根据本发明的另一个具体实施例，与抛光浆料同时使用的氧化溶液可以为过氧化氢溶液或臭氧水。由于过氧化氢溶液或臭氧水具有微弱酸性的，进而可以可中和部分抛光浆料中的碱性成分。因此采用过氧化氢溶液或臭氧水不仅可以有效地使得硅晶圆表面形成亲水性氧化硅薄膜，还可以避免抛光完成后抛光浆料持续对硅晶圆表面进行轻微腐蚀。

根据本发明的具体实施例，上述使用的过氧化氢溶液的浓度可以为1-10质量％。根据本发明的具体实施例，过氧化氢溶液的浓度可以为1质量％、2质量％、3质量％、4质量％、5质量％、6质量％、7质量％、8质量％、9质量％或10质量％。通常浓度高低与氧化膜生成速率成正比，但是发明人发现浓度太高还可能会影响或降低硅晶圆表面haze特性。本文中对于haze的定义，一般也可以叫做雾度，是一种缺陷。haze的单位是ppm，是平均表面散射强度与入射镭射光束强度的比率。

根据本发明的具体实施例，上述臭氧水的质量浓度可以1-20ppm。根据本发明的具体实施例，臭氧水的质量浓度可以1ppm、2ppm、3ppm、4ppm、5ppm、6ppm、7ppm、8ppm、9ppm、10ppm、11ppm、12ppm、13ppm、14ppm、15ppm、16ppm、17ppm、18ppm、19ppm或20ppm。通常浓度高低与氧化膜生成速率成正比，但是发明人发现浓度太高还可能会影响或降低硅晶圆表面haze或lls特性。本文中对于haze的定义，一般也可以叫做雾度，是一种缺陷。lls(localizedlightscatterers)，一般也叫做局部光散射缺陷，是一种表面缺陷，包含点蚀坑，刮伤，原生缺陷，颗粒等。

根据本发明的具体实施例，同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液时，氧化溶液的流速为500-3000ml/min。根据本发明的具体实施例，氧化溶液的流速可以为500ml/min、600ml/min、700ml/min、800ml/min、900ml/min、1000ml/min、1100ml/min、1200ml/min、1300ml/min、1400ml/min、1500ml/min、1600ml/min、1700ml/min、1800ml/min、1900ml/min、2000ml/min、2100ml/min、2200ml/min、2300ml/min、2400ml/min、2500ml/min、2600ml/min、2700ml/min、2800ml/min、2900ml/min或3000ml/min。由此可以向抛光过程中的硅晶圆提供适量的氧化溶液，进而使得硅晶圆表面得到适当的氧化而形成氧化硅薄膜。

根据本发明的具体实施例，抛光浆料与氧化溶液的流速比约为1：(1-5)，氧化溶液流速高低与氧化膜生成速率成正比，氧化溶液流速高有助于生成厚度较均匀的氧化膜。优选地，抛光浆料与氧化溶液的流速比为1：(2-3)，发明人发现，当氧化溶液的流速略大于抛光浆料流速时，可以使得氧化膜成长速率大于移除速率，进而可保证有效形成均匀的氧化硅薄膜。

根据本发明一个具体实施例的硅晶圆的最终抛光方法，该方法包括：在最终抛光进行至剩余10-30秒内，同时使用抛光浆料和浓度为1-10质量％的过氧化氢溶液或质量浓度为1-20ppm的臭氧水作为抛光液，以使得硅晶圆表面形成亲水性氧化硅薄膜，其中，过氧化氢溶液或者臭氧水的流速为500-3000ml/min。由此，本发明通过对氧化溶液的使用时间、具体的氧化溶液类型以及使用流速进行筛选，获得上述优选的最终抛光方法。发明人发现，通过选择合适的氧化溶液和使用时的通入流速，同时在适当时间加入，不仅可以有效地获得氧化硅薄膜，同时还可以进一步控制硅晶圆表面的氧化程度，进而获得合适厚度的氧化硅薄膜。具体地，通过控释上述优选参数，可以使得硅晶圆表面形成厚度为(埃)的氧化硅薄膜，即亲水性保护层，由此可以有效避免浆料干燥附着于硅晶圆表面。

根据本发明上述实施例的最终抛光方法，由于在最终抛光的最终阶段同时使用了抛光浆料和氧化溶液，发明人意识到该方法可能会形成不均匀氧化硅薄膜，因此在同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液进行抛光的过程中降低抛光转速和抛光压力。由此可以有效降低硅晶圆上不均匀的抛光移除率，进而形成均匀的氧化硅薄膜覆盖于硅晶圆上。

根据本发明的具体实施例，上述实施例中，降低后的抛光转速可以为1-10rpm，抛光压力可以为不大于30g/cm²。由此可以控制合适的抛光移除率，以便生成均匀氧化硅薄膜。根据本发明的具体实施例，降低后的抛光转速可以为1rpm、2rpm、3rpm、4rpm、5rpm、6rpm、7rpm、8rpm、9rpm或10rpm。降低后的抛光压力可以为1g/cm²、5g/cm²、10g/cm²、15g/cm²、20g/cm²、25g/cm²或30g/cm²。

根据本发明实施例的最终抛光方法，可以使得硅晶圆表面形成厚度为且均匀的氧化硅薄膜，以达到良好的物理亲水性。进而无须等待抛光布长时间的抛光修整磨合期，且晶圆表面缺陷可以到目前工艺水准。

根据本发明的第二方面，本发明还提出了一种硅晶圆的最终抛光装置。根据本发明的具体实施，该最终抛光装置包括：

抛光平台10，所述旋转平台10上贴附有抛光布11；

至少一个抛光头20，所述抛光头20可以升降地设置在所述抛光平台10的上方，硅晶圆21以蜡或缓冲垫固定于所述抛光头20的底表面上，所述抛光头20旋转带动所述硅晶圆21旋转并与所述抛光布11在存在抛光浆料的情况下发生摩擦进行抛光；

抛光浆料输送管30，所述抛光浆料输送管的出口设置在所述旋转平台的上方，且适于向所述抛光布上输出抛光浆料；

氧化溶液输送管40，所述氧化溶液输送管的出口设置在所述旋转平台的上方，且适于向所述抛光布上输出氧化溶液；

第一阀门50和第一流量计60，所述第一阀门50和所述第一流量计60设置在所述抛光浆料输送管上30；

第二阀门70和第二流量计80，所述第二阀门70和所述第二流量计80设置在所述氧化溶液输送管40上。

由此，利用本发明上述实施例的硅晶圆的最终抛光装置可以有效地对硅晶圆进行最终抛光。尤其在硅晶圆最终抛光的最终阶段可以通过同时开启抛光浆料输送管30的第一阀门50和氧化溶液输送管40的第二阀门70，进而同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光液，而氧化溶液的加入可以使得硅晶圆的表面的纯硅被氧化成氧化硅。由于氧化硅具有强亲水性，进而使得硅晶圆表面形成亲水性氧化硅薄膜，起到对硅晶圆表面保护润湿的作用。

根据本发明的具体实施例，通过在抛光浆料输送管30上设置第一阀门50，在氧化溶液输送管40上设置第二阀门70，，可以有效地控制抛光浆料和氧化溶液的加入时间。具体地，在最终抛光开始时，首先打开第一阀门50单独使用抛光浆料作为抛光剂，当最终抛光进行至剩余10-30秒时，打开第二阀门70，同时使用抛光浆料和氧化溶液作为抛光剂。由此可以有效地在硅晶圆表面形成亲水性氧化硅薄膜，而该亲水性氧化硅薄膜可以在清洗前有效保持硅晶圆表面湿润，避免硅晶圆表面干燥。该抛光方法相对于现有的采用抛光布的方法省去了长时间抛光布修整磨合期，显著提高了处理效率同时降低了成本。

根据本发明的具体实施例，通过在抛光浆料输送管30上设置第一流量计60，在氧化溶液输送管40上设置第二流量计80，可以有效地控制抛光浆料和氧化溶液的加入流速。具体地，可以利用第一流量计60控制抛光浆料的流速为300-1000ml/min；可以利用第二流量计80控制氧化溶液的流速为500-3000ml/min。由此可以向抛光过程中的硅晶圆提供适量的氧化溶液，进而使得硅晶圆表面得到适当的氧化而形成氧化硅薄膜。

实施例1(1.5质量％过氧化氢溶液)

对硅晶圆进行最终抛光处理，待处理硅晶圆为双抛后晶圆。

在所述最终抛光进行至剩余20秒内，同时使用抛光浆料和浓度为1.5质量％的过氧化氢溶液作为抛光液，其中，抛光浆料的流速为700ml/min；过氧化氢溶液的流速为1500ml/min。抛光转速为5rpm，抛光压力为15g/cm²。最终抛光结束后，在硅晶圆的表面形成亲水性氧化硅薄膜。

此时，使用的抛光布已修整磨合时间50min。

实施例2(5质量％的过氧化氢)

对硅晶圆进行最终抛光处理。硅晶圆同实施例1。

在所述最终抛光进行至剩余20秒内，同时使用抛光浆料和浓度为5质量％过氧化氢溶液作为抛光液，其中，抛光浆料的流速为700ml/min；过氧化氢溶液的流速为1500ml/min。抛光转速为5rpm，抛光压力为15g/cm²。最终抛光结束后，在硅晶圆的表面形成亲水性氧化硅薄膜。

此时，使用的抛光布已修整磨合时间100min。

实施例3(10％过氧化氢溶液)

对硅晶圆进行最终抛光处理。硅晶圆同实施例1。

在所述最终抛光进行至剩余20秒内，同时使用抛光浆料和浓度为10质量％的过氧化氢溶液作为抛光液，其中，抛光浆料的流速为700ml/min；过氧化氢溶液的流速为1500ml/min，抛光转速为5rpm，抛光压力为15g/cm²。最终抛光结束后，在硅晶圆的表面形成亲水性氧化硅薄膜。

此时，使用的抛光布已修整磨合时间50min。

实施例4(10％的臭氧水)

对硅晶圆进行最终抛光处理。硅晶圆同实施例1。

在所述最终抛光进行至剩余20秒内，同时使用抛光浆料和浓度为10％的臭氧水作为抛光液，其中，抛光浆料的流速为700ml/min；过氧化氢溶液的流速为1500ml/min，抛光转速为5rpm，抛光压力为15g/cm²。最终抛光结束后，在硅晶圆的表面形成亲水性氧化硅薄膜。

此时，使用的抛光布已修整磨合时间50min。

对比例1(只用抛光浆料)

对硅晶圆进行最终抛光处理。硅晶圆同实施例1。

在所述最终抛光进行至剩余20秒内，只使用抛光浆料作为抛光液，其中，抛光浆料的流速为700ml/min；抛光转速为55rpm，抛光压力为35g/cm2。

此时，使用的抛光布已使用时间为现有技术中一般修整磨合时间200min。

对比例2(20％过氧化氢溶液)

对硅晶圆进行最终抛光处理。硅晶圆同实施例1。

在所述最终抛光进行至剩余20秒内，同时使用抛光浆料和浓度为20质量％的过氧化氢溶液作为抛光液，其中，抛光浆料的流速为700ml/min；过氧化氢溶液的流速为1500ml/min，抛光转速为5rpm，抛光压力为15g/cm²。最终抛光结束后，在硅晶圆的表面形成亲水性氧化硅薄膜。

此时，使用的抛光布已修整磨合时间50min。

测试：分别对实施例1-4和对比例1-2最终抛光处理后的硅晶圆的表面缺陷进行表征，方法为使用kla-tencorsp5设备进行检测。结果见图1-3。

结论：

由图1可以看出，实施例1与对比例1相比，虽然实施例1中抛光布的修正磨合时间只有50min，但采用同时加入抛光浆料和氧化溶液的方法，其lls缺陷已经可以达到现有技术，并比对比例1有更好效果。

同理，参考图2，实施例2与对比例1相比，虽然抛光布修整时间短，但其haze缺陷已与现有技术的对比例1达到同样的效果。但若采用对比例2中高浓度的氧化溶液，则会存在haze缺陷过高的问题。参考图3，实施例3、4与对比例1相比，虽然其抛光布修整时间短，但其lls缺陷已比现有技术中对比例1有较大改善。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。