JP2001244221A - 半導体ウェハの製造方法およびこの種の半導体ウェハ - Google Patents

半導体ウェハの製造方法およびこの種の半導体ウェハ

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JP2001244221A JP2001027357A JP2001027357A JP2001244221A JP 2001244221 A JP2001244221 A JP 2001244221A JP 2001027357 A JP2001027357 A JP 2001027357A JP 2001027357 A JP2001027357 A JP 2001027357A JP 2001244221 A JP2001244221 A JP 2001244221A
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ヴェンスキー グイド
Altmann Thomas
アルトマン トーマス
Gerhard Heier
ハイアー ゲアハルト
Winkler Wolfgang
ヴィンクラー ヴォルフガング
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハを両面研磨する、表側の面およ
び裏側の面および研磨した縁部を有する半導体ウェハの
製造方法を提供する。 【解決手段】 前記方法は、a)半導体ウェハの縁部を
研磨布で研磨し、(b)半導体ウェハの表側の面および
裏側の面を同時に研磨し、その後直ちに(c)半導体ウ
ェハの表側の面および裏側の面および縁部を液体フィル
ムで完全に湿らせ、かつ(d)半導体ウェハを清浄化
し、かつ乾燥する工程の順序を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高い収率で、研磨
した縁部を有する両面が研磨された半導体ウェハを製造
する方法およびこの種の半導体ウェハに関する。研磨し
た縁部を有する両面が研磨された半導体ウェハは半導体
産業に使用するために、特に0.13μm以下の線幅を
有する電子構造素子を製造するために適している。
【0002】
【従来の技術】特に0.13μm以下の線幅を有する電
子構造素子を製造するために適している半導体ウェハ
は、すべての部分領域で、現代のステッパーの作業方法
を考慮する、例えばSFQRmaxとして表現される
0.13μm以下の高い位置平坦値を有しなければなら
ない。この種の高い平坦値は切除−研磨工程としていわ
ゆる両面研磨により達成することができる。半導体ウェ
ハの両面研磨に適した装置は、例えばドイツ特許第19
14082号明細書、米国特許第3691694号明細
書および欧州特許第8360号明細書に記載されてい
る。欧州特許第208315号明細書に記載の両面研磨
の実施態様により、半導体ウェハを、適当な大きさの、
プラスチックを被覆した間隙を有する、金属からなる回
転板(キャリア)中で、2つの回転する、それぞれ研磨
布が被覆された研磨盤の間で、研磨材を存在させて、機
械および方法パラメーターにより予め決められた通路を
移動し、これにより研磨する。0.13μm構造素子技
術に適している位置平坦値を有する半導体ウェハの製造
は、ドイツ特許出願番号19905737.0号明細書
の対象であり、これには研磨工程後の回転板の厚さと半
導体ウェハの厚さの狭く制限された厚さの関係を維持す
ることによる改良された両面研磨法が開示されている。
【0003】半導体ウェハの大部分の化学的研磨(化学
機械的研磨、CMP)を機械的に支持する研磨布は多数
の変形が知られており、市販されている。その際一般に
多孔性の、研磨すべき半導体ウェハに向かう面は支持す
る下部構造と強固に結合している。研磨工程に導入され
る活性層は均一なポリマーフォーム、例えばポリウレタ
ンフォームからなっていてもよい。この種の布は、例え
ば米国特許第4841680号明細書に記載され、英語
の表現で“フォームタイプ”と呼ばれる。他の変形は、
ポリマー繊維、例えばポリエステル繊維で補強されてい
る、ポリマーフォーム、例えばポリウレタンフォームか
らなる研磨布である(ベロアタイプ)。この種の、例え
ば米国特許第4728552号明細書および米国特許第
4927432号明細書に記載の研磨布は、繊維からな
るフェルトにポリマー溶液を含浸させ、架橋することに
より製造される。これは、多孔性の柔らかい弾性ポリマ
ー層によりフェルトの完全な充填および被覆を生じる。
この種の研磨布の例はポリウレタンで充填し、被覆され
ているポリエステルフェルトである。
【0004】両面研磨の際に2つの種類の研磨布を使用
できることは欧州特許第8360号明細書に記載されて
いる。前記の縁部が研磨されていない半導体ウェハの両
面研磨への均一なポリウレタン布の使用は欧州特許公開
第754785号明細書から公知である。得られた形状
値は0.13μm以下の技術世代の半導体構造素子への
この種のウェハの使用を可能にしない。両面研磨でのポ
リエステル繊維で補強されたポリウレタン布の著しく拡
大した使用は、例えばドイツ特許出願公開第39266
73号明細書、欧州特許第208315号明細書、欧州
特許第711854号明細書、米国特許第582116
7号明細書および米国特許第5827395号明細書お
よびドイツ特許出願番号DE19905737.0号、
DE19938340.5号、DE19956250.4
号およびDE19958077.4号に記載されてい
る。従来の技術により、両面研磨中の摩擦力および/ま
たは接着力を調節するために、例えば孔または溝の導入
により両方の研磨布の一方または両方をテキスチャーに
することは可能であり、例えば欧州特許第8360号明
細書およびドイツ特許出願番号DE19958077.
4号およびDE19962564.6号に記載されてい
る。両面研磨でのポリエステル繊維で補強したポリウレ
タン布の使用の重要な欠点は、回転板の機械的攻撃によ
り生じる一番上のポリウレタン層の急速な摩耗であり、
これは下側の布地層の露出を生じ、この結果として掻き
傷のあるウェハ表面およびウェハ縁部を生じ、これは少
ない布の耐用時間およびそれとともに高い処理費用を生
じる。改良された研磨布は、米国特許第5900164
号明細書に記載されるように、例えばポリマーのミクロ
部品の取り付けにより、同様に条件付きでのみ回転板の
攻撃に耐え、手間のかかり、費用のかかる製造方法によ
ってのみ製造することができる。
【0005】特に集積回路を製造する際に構造素子全体
または構造素子群の損失を生じることがある、粒子の付
着を避けるために、半導体ウェハは技術世代の構造素子
に使用するために0.13μm以下の研磨した縁部を有
しなければならない。研磨した縁部を有する両面研磨し
た半導体ウェハの製造は同様に知られている。欧州特許
第776030号明細書および欧州特許第940219
号明細書には同時にウェハ縁部を研磨する両面研磨法が
記載されている。しかしながら当業者にはこの種の方法
は処理量および収率の妥協を伴うことが知られている。
米国特許第5882539号明細書および米国特許第5
899743号明細書には両面研磨の後に縁部の研磨を
実施することが提案されている。この場合に縁部研磨中
の両面研磨したウェハ表面の機械的および化学的損傷は
激しい収率の損失を生じ、これはこの種の質的に損傷し
たウェハを拒絶するか、または例えばドイツ特許出願番
号DE19956250.4号による費用のかかる後処
理を必要とする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、高い収率で、研磨した縁部を有する両面研磨した半
導体ウェハを製造する方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の対象は、半導体
ウェハを両面研磨する、表側の面、裏側の面および研磨
した縁部を有する半導体ウェハの製造方法であり、以下
の時間的な順序の工程: (a)アルカリ性研磨材を連続的に供給しながら半導体
ウェハの縁部を研磨布で研磨する工程、(b)2つの回
転する下側および上側の研磨盤の間にアルカリ性研磨材
を連続的に供給しながら半導体ウェハの表側の面および
裏側の面を同時に研磨する工程、その際研磨盤の両方が
研磨布で被覆され、両方の研磨布が実質的に多孔性の、
均一な、繊維不含のポリマーフォームからなり、下側の
研磨盤の研磨布が滑らかな表面を有し、上側の研磨盤の
研磨布が溝により中断された表面を有する、その後直ち
に(c)半導体ウェハの表側の面、裏側の面および縁部
を液体フィルムで完全に湿らせる工程、かつ(d)半導
体ウェハを清浄化し、かつ乾燥する工程を特徴とする。
【0008】本発明の対象は、前記方法により製造され
た、表側の面、裏側の面および研磨した縁部および半導
体ウェハの表側の面上の平面格子の部分領域に対して
0.13μm以下の最大位置平坦値SFQRmaxを有
する両面研磨された半導体ウェハである。
【0009】本発明の重要な特徴は、本発明の半導体ウ
ェハを製造するために、両面研磨工程(b)の前に縁部
の研磨工程(a)を実施することである。本発明のもう
1つの重要な特徴は、両面研磨の際に工程(b)により
多孔性の、均一な、繊維不含のポリマーフォームからな
る研磨布を使用し、下側の研磨盤の上に張設した研磨布
が滑らかな表面を有し、上側の研磨盤の上に張設した研
磨布が溝により中断された表面を有することである。本
発明の第3の重要な特徴は、半導体ウェハを工程(c)
により液体フィルムで完全に湿らせることである。3つ
のすべての特徴を配慮する場合にのみ、明らかに高めた
収率で、研磨した縁部を有する両面研磨された半導体ウ
ェハを提供し、それとともに減少した製造費用を生じる
という事実は意想外であり、予測されないことであっ
た。
【0010】本発明の方法の出発生成物は、公知方法で
結晶から、例えばシリコンからなる短く切断したおよび
円形に研磨した単結晶から分離され、縁部を丸くし、表
側の面および/または裏側の面が場合により研磨法、ラ
ッピング法および/またはエッチング法により平坦化さ
れた半導体ウェハである。
【0011】本発明の方法の最終生成物は、0.13μ
m以下の線幅を有する半導体構造素子製造のための出発
物質としての要求を満たし、高い収率により、従来の技
術により製造した研磨した縁部を有する両面研磨された
半導体ウェハより製造費用に関してすぐれている、研磨
した縁部を有する両面研磨した半導体ウェハである。
【0012】本発明の方法は、原則的に、使用される化
学機械的縁部研磨法および両面研磨法を使用して作業で
きる物質からなる円板状物体を製造するために使用する
ことができる。この種の物質は、例えばシリコン、シリ
コン/ゲルマニウムおよびゲルマニウム−砒化物のよう
ないわゆるIII−V半導体である。本発明の方法は、
特に200mm、300mm、400mmおよび450
mmの直径および数百μmから数cmまで、有利には4
00μm〜1200μmの厚さを有する単結晶のシリコ
ンウェハを製造するために特に適している。半導体ウェ
ハは直接出発物質として半導体構造素子を製造するため
に使用することができるか、または従来の技術により最
終研磨工程を実施後におよび/または裏面封止または例
えばシリコンを用いるウェハ表面のエピタキシャル被覆
のような層を被覆後におよび/または例えば水素雰囲気
またはアルゴン雰囲気下の熱処理により状態調節後に、
その特定の目的に供給することができる。本発明は均一
な物質からのウェハの製造のほかに、SOI(sili
con−on−insulator)ウェハのような多
層に構成された半導体基板を製造するために使用するこ
とができる。
【0013】本発明の方法をシリコンウェハの製造を例
として詳細に説明する。
【0014】例えば内部穿孔法またはワイヤーソー法に
より切断したシリコンウェハを、最初に鋭く尖った、従
って機械的にきわめて繊細なウェハ縁部を丸くするため
に、金属または合成樹脂に結合したダイアモンドからな
る適当な溝のついた研磨盤を用いて加工する。その際縁
部を一工程で丸くすることができる。二工程の、処理量
の理由から有利な縁部の処理の際には、最初に400メ
ッシュ(粒度範囲30〜50μm)〜600メッシュ
(粒度範囲20〜30μm)の粒度のダイアモンドを有
する研磨盤を、引き続き1000メッシュ(粒度範囲8
〜15μm)〜2000メッシュ(粒度範囲4〜6μ
m)の粒度のダイアモンドを有する研磨盤を使用する。
【0015】形状を改良し、破壊された結晶層を部分的
に除去するために、この位置での平坦化工程が有利であ
る。従って両面研磨工程(b)で物質の除去を減少する
ために、半導体ウェハに、湿式化学的エッチング法また
はプラズマエッチング法の後に行われるラッピングまた
は研磨のような機械的除去工程を行うことが可能であ
る。濃縮した水性硝酸および濃縮した水性フッ化水素酸
からなる混合物中の酸エッチング工程と結びついた、金
属または合成樹脂に結合した、400メッシュ(粒度範
囲30〜50μm)〜1000メッシュ(粒度範囲8〜
15μm)の粒度のダイアモンドからなる研磨盤を用い
たウェハの表側の面および裏側の面の逐次的表面研磨が
特に有利である。特に有利な出発物質は、シリコン単結
晶のワイヤーソー切断、これに続く縁部の処理、面当た
り10〜100μmを除去する、両方のウェハ面の逐次
的表面研磨、およびウェハ面当たりシリコン5〜50μ
mを除去する、酸エッチング混合物中の湿式化学的エッ
チングにより処理された、200mm以上の直径を有す
るシリコンからなる半導体ウェハである。
【0016】以下に、出発物質を、線幅0.13μm以
下を有する半導体構造素子処理のための出発物質として
の半導体ウェハの要求を満たす、高い収率で、研磨した
縁部を有する両面研磨したシリコンウェハに変換する本
発明の方法の工程(a)〜(d)を詳細に説明する。
【0017】縁部研磨工程(a) 縁部研磨工程(a)を実施するために、研磨すべきウェ
ハの直径に調節された構造の市販された自動縁部研磨装
置を使用する。補強されたポリエステル繊維を含有する
ことができる市販された硬度30〜70(ショアA)の
ポリウレタン研磨布を用いて有利に研磨する。適当な研
磨布は同様に市販されている。その際斜めに配置した、
研磨布を貼り付けた研磨盤を用いてシリコンウェハを順
次回転することにより、最初に一方の、例えばウェハ縁
部の下側の面を、引き続き他方の、例えばウェハ縁部の
上側の面を研磨するように行うことができる。この種の
方法は、例えば米国特許第5866477号明細書に記
載されている。しかしながら例えば欧州特許第6875
24号明細書に提案されているように、丸くなった全部
の縁部を一工程で研磨することも可能である。
【0018】縁部研磨工程は、9〜12のpH値を有す
る研磨材を連続的に供給しなから実施する。研磨材とし
て、アルカリ性物質および場合により他の混和材の存在
で、多数の研磨作用する無機物質、例えば二酸化珪素の
水性懸濁液またはコロイドが適している。本発明の工程
(a)に特に有利なアルカリ性研磨材はpH値10〜1
1.5を有し、水中のSiO1〜5質量%からなる。
丸く欠陥のない、研磨した縁部を製造するための研磨時
間はウェハの直径により決定され、例えば300mmシ
リコンウェハに関しては0.5〜5分である。その際縁
部の表面に対してシリコン有利には0.5〜15μm、
特に有利には2〜10μmを除去する。
【0019】両面研磨工程(b) 両面研磨工程(b)を実施するために、適当な大きさの
市販されている両面研磨機を使用することができる。費
用の理由から多数のシリコンウェハを同時に研磨するこ
とが重要である。研磨機は主に水平方向に自由に回転可
能な下側の研磨盤および水平方向に自由に回転可能な上
側の研磨盤からなり、研磨盤は両方がそれぞれ研磨布で
被覆され、有利には工程(a)に使用される研磨材と同
様の組成である研磨材を連続的に供給しながら、半導体
ウェハ、この場合にシリコンウェハの両面で平らにする
研磨を可能にする。
【0020】その際シリコンウェハを、シリコンウェハ
を取り入れるための十分な大きさの間隙を有する、作動
する回転板により、研磨中に機械パラメーターおよび方
法パラメーターにより決定される形状の通路に保つ。鋼
または繊維を補強した合成樹脂からなる回転板が有利で
ある。ステンレスクロム鋼からなる回転板は高い寸法安
定性および化学的耐性により特に有利である。研磨中に
研磨したウェハ縁部が回転板中の間隙の内部縁部により
損傷することを避けるために、欧州特許第208315
号明細書に提案されているように、例えば押し出し法に
より間隙の内側を回転板と同じ厚さのプラスチック被覆
により被覆することが重要であり、従って有利である。
その際適当なプラスチックは、例えばポリアミド、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリテト
ラフルオロエチレンまたはポリビニリデン二フッ化物で
あり、これらはすべて同様に有利である。同様に縁部の
品質維持に関してすべての間隙のプラスチック被覆をそ
れぞれの両面研磨工程の前に損傷に関して試験し、決め
られた使用間隔後、例えば使用時間100〜200時間
後研磨法を交換する。
【0021】本発明の枠内で両面研磨工程(b)を硬度
60〜90(ショアA)の均一な多孔性のポリマーフォ
ームからなる研磨布を用いて実施する。この研磨するウ
ェハに向かう面は場合により研磨工程に含まれず、本発
明の一部でない機械的に安定の支持体層と結合してい
る。工程(b)でシリコン切除を生じるために、エラス
トマーの種類に属するポリマーフォームまたはこの種の
ポリマーフォームが有利である。例として、種々の鎖長
および架橋度のポリウレタン、ポリアミド、ポリエーテ
ル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニルおよびポリ
カーボネートである。主にポリウレタンからなるポリマ
ーフォームが特に有利である。本発明の課題を解決する
ための作業の枠内で、この種の均一なポリマーフォーム
のみが欠陥のないウェハ表面およびウェハ縁部を提供す
るために適していることが判明した。これに対して、例
えばポリエステル繊維で補強した研磨布の使用の場合は
両面研磨で支配的な条件下ですでにわずかの研磨を行っ
た後に一番上のポリマーフォーム層が消耗し、これはウ
ェハ縁部の粗さを生じ、該当するウェハの損失を生じ、
わずかの研磨、例えば10〜20回の研磨を行った後に
この種の布の交換の必要性を生じる。これに対してポリ
マーフォームからなるポリマー布は100〜200回の
両面研磨実施の寿命を達成し、例外的な場合は更に高い
実施数を達成する。有利な硬度範囲のポリマーフォーム
からなるポリマー布は同様に市販されている。大きな直
径、例えば2mを有する近代的両面研磨機の場合に、ド
イツ特許出願番号DE19962564号に記載される
ように、下側および上側の研磨盤の被覆は複数の部分、
例えば2個または4個の部分から構成されている。
【0022】本発明の課題を解決するために、上側の研
磨盤に付着する研磨布が溝のネットワークを有し、下側
の研磨盤に付着する研磨布がこれらのテキスチャーを有
せず滑らかな表面のままであることが必要であると示さ
れた。今日では一般的な両面研磨終了後の上側の研磨盤
の回転する取り出しにより、この種の本来は上側の研磨
盤へのシリコンウェハの付着を避けるために導入された
手段は断念できるが、このテキスチャーにより改良され
た使用される研磨材の分布は研磨したウェハ縁部の品質
の維持に必要である。溝は例えば物質を除去するフライ
ス工程により研磨布に取り付けられる。上側の研磨布は
有利には5mm×5mm〜50mm×50mmの部分の
大きさおよび溝の幅および溝の深さ0.5〜2mmを有
する規則的な碁盤目状の溝の配置を有する。この配置を
用いて有利には0.1〜0.3バールの研磨圧力下で研磨
する。シリコン切除速度は有利には毎分0.1〜1.5μ
m、特に有利には毎分0.4〜0.9μmである。工程
(b)での全部のシリコン切除は、有利には2〜100
μm、特に有利には20〜50μmである。
【0023】両面研磨工程(b)のための回転板は有利
には400〜1200μmの厚さを有する。工程(b)
の後に高い位置平坦値を有するシリコンウェハが存在す
るために、特に本発明により、均一な、多孔性のポリマ
ーフォームからなるポリマー布を使用する場合に、ドイ
ツ特許出願番号19905737.0号による両面研磨
法が有利であり、この場合に回転板の選択された厚さは
工程(b)により求められるシリコンウェハの最終厚さ
により決定され、シリコンウェハの最終厚さより2〜2
0μm少なく測定される。
【0024】皮膜形成を伴うストップ工程(c) 両面研磨工程(b)を終了後、化学的にきわめて反応性
の疎水性ウェハ表面を不活性化しなければならない。本
発明の課題を解決するために、これは1種以上の液体を
供給することにより達成され、シリコンウェハの研磨さ
れる表側の面、研磨される裏側の面および研磨される縁
部を液体フィルムで完全に湿らせ、液体がストップ剤と
して作用する結果を伴う。ストップ工程の枠内で皮膜形
成を省く場合は、すでに記載した手段を実施したとして
も、必然的に研磨した縁部の著しい粗さが生じる。主成
分として純水を有する液体が純粋な実用的考慮から皮膜
形成を伴うストップ工程(c)のために有利である。1
種の皮膜形成物質が供給される液体に含有されるか、ま
たは複数の皮膜形成物質が1種以上の種々の組成の液体
に含有され、その際使用される濃度は皮膜形成物質の特
性に依存し、10 〜50容量%である。一般に0.
1〜10容量%の濃度範囲が有利である。液体フィルム
には主に2つの要求が課せられる。
【0025】(1)液体フィルムは工程(b)を終了
後、継続する研磨材のエッチングからシリコンウェハの
表面および縁部を保護しなければならない。
【0026】(2)液体フィルムは工程(d)での清浄
化により完全に除去されなければならない。
【0027】1種の液体または複数の液体の供給の代わ
りに他の前記の研磨材の供給を行う。その際研磨機は閉
鎖され、回転する研磨盤の間のシリコンウェハの表側の
面、裏側の面および縁部のストップ剤を用いる処理が行
われる。その間に反応性ウェハ表面の空気酸素に対する
暴露が行われない。摩擦力を減少するために、ストップ
剤を供給する際に0.02〜0.10バールの研磨圧力に
減少することが有利である。
【0028】1種の皮膜形成物質または2種以上の皮膜
形成物質の化学組成は、前記の両方の基準を満たし、作
業安全性に関して該当する規則および規格の範囲内で多
くの費用をかけずに使用することが可能であるかぎり、
原則的に自由に選択することができる。有利には、場合
により相媒介物を添加して、液体、有利には純水と容易
に混合できる化合物を使用し、その際液体の粘度は大き
く上昇しない。半導体ウェハの製造に十分な純度で得ら
れ、多価アルコール、ポリアルコールおよび界面活性剤
を含む化合物の群からの1種以上の物質の使用が本発明
の枠内で特に有利である。この関連で界面活性剤は、英
語の名称で界面活性剤(surfactant)または
湿潤剤(wetting agennt)と呼ばれる、
表面活性の無機または有機物質であると理解される。
【0029】適当な多価アルコールの例は、エチレング
リコール(エタンジオール−1,2)、プロピレングリ
コール(プロパンジオール−1,2および−1,3)、
ブチレングリコール(ブタンジオール−1,3および−
1,4)およびグリセリン(プロパントリオール−1,
2,3)である。両面研磨のストップ剤としてのこれら
の物質の使用はドイツ特許出願番号DE1993834
0.5号に記載されている。
【0030】ポリアルコールの例は、例えばWacke
r Chemie社のビナパス(Vinnapas)の
名称で市販されているポリビニルアルコールである。他
のポリアルコールの例は、Union Carbide
社のポリオックス(Polyox)の名称で市販されて
いるポリエーテルポリオールの群からの代表化合物であ
る。両面研磨のストップ剤としてのポリエーテルポリオ
ールの使用は欧州特許第684634号明細書に記載さ
れている。
【0031】界面活性剤の例は、ICB社のシラプール
(Silapur)の名称で市販されているアルキルベ
ンゼンスルホン酸およびアミンエトキシレートを基礎と
する組成物である。
【0032】ストップ剤は更にイソプロパノールおよび
n−ブタノールのような短鎖状の一価アルコールを含有
することができる。強酸性または強アルカリ性成分の添
加は重要でない、それというのも第1の場合は調節され
ないpH値の変化によりSiO粒子が形成されること
があり、一方後者の場合はウェハ表面およびウェハ縁部
にエッチングのしみが生じるからである。
【0033】皮膜形成を伴うストップ工程(c)の選択
的な、同様に特に有利な実施態様は以下のとおりであ
る。最初に工程(b)に使用される研磨材の供給の代わ
りにpH値9〜11を有し、実質的にSiO0.5〜
4質量%および多価アルコール、ポリアルコールおよび
界面活性剤の化合物種類の群の1種以上の物質10−4
〜50容量%、特に0.1〜10容量%の水性混合物か
らなる研磨材の供給を行い、その際混合物中に少ない割
合で他の添加剤が存在してもよい。この種の混合物は知
られており、一般に構造素子製造の枠内でシリコンウェ
ハおよび構造化されたウェハの表面研磨の研磨材として
使用され、その際きわめて少ない切除速度が好ましい。
ポリビニルアルコール成分を有する研磨材の使用はドイ
ツ特許第2247067号明細書に記載されている。皮
膜形成剤としてポリマーの添加剤および界面活性剤を含
有する研磨材は、例えば米国特許第5861055号か
ら公知である。本発明の枠内で、例えばフジミ社から販
売され、製造者の表示によりコロイダルSiO、アン
モニアおよび詳しく記載されていない界面活性剤を含有
する名称グランゾクス(Glanzox)3900の市
販されている研磨材が適しており、例えば欧州特許第6
84634号明細書の有利な実施例で使用されている。
この混合物を供給する間、回転を維持して研磨圧力を
0.05〜0.15バールに低下し、この処理工程を1〜
10分維持し、これにより多価アルコールおよび/また
はポリアルコールおよび/または界面活性剤からなる液
体フィルムがシリコンウェハの表面および縁部に形成さ
れる。引き続きシリコンウェハを研磨材から洗浄し、同
時に表面フィルムおよび縁部フィルムを維持するため
に、回転を継続し、圧力を更に0.02〜0.10バール
に減少して1〜10分間純水を供給する。
【0034】皮膜形成を伴うストップ工程(c)を終了
後、両面研磨機の上側の研磨盤を回転させて取り出し、
洗浄する。シリコンウェハの取り出しおよび有利な水浴
への導入は手袋をはめた指で手によりまたは手動の真空
吸引装置または自動の取り出し装置を用いて行うことが
できる。本発明の枠内で、ドイツ特許出願番号DE19
958077.4号に記載されるように、真空吸引装置
を用いた穏やかなウェハの取り出しが有利であり、それ
というのもこの方法は、2分以内の、例えば30個の2
00mmウェハまたは15個の300mmウェハを有す
る両面研磨機の取り出しを可能にし、同時に支持される
製造費用およびウェハ収率を生じる。こうして吸入され
たシリコンウェハを水浴に存在する取り入れ装置または
取り入れるべきウェハの直径に対して構成されたナスア
インホルダー(Nasseinhorder)に移す。
ウェハ表面の保存を更に最適にするために、使用される
水浴またはナスアインホルダーは純水または酸および/
または酸化する物質および/または界面活性剤のわずか
の添加物が備えられている純水が充填されていてもよ
い。
【0035】清浄化/乾燥工程(d) 工程(c)の後に従来の技術によりシリコンウェハを清
浄化し、乾燥する。清浄化をバッチ法として同時に多数
のウェハを浴中で洗浄してまたは噴霧法によりまたは個
々のウェハ工程として実施することができる。本発明の
枠内で、研磨工程からのすべてのウェハを、例えば水性
フッ化水素酸(HF)−純水−TMAH/H−純
水で連続して同時に洗浄する浴洗浄が有利であり、その
際粒子の除去を改良するためにTMAH/H浴中
のメガ音波の援助が有利である。しみのない乾燥のため
に、遠心乾燥機原理、熱水原理、マランゴニー原理また
はHF/オゾン原理により運転する装置が市販されてお
り、すべて同様に有利である。こうして得られた両面研
磨および縁部研磨したウェハは乾燥しており、親水性で
あり、工程(c)で被覆した液体フィルムの残留物をも
はや生じない。
【0036】有利には工程順序(a)−(b)−(c)
−(d)を有する本発明の方法の後に、実際の運転には
重要であり、必要であるが、本発明の一部でない、予め
決められた品質基準によりシリコンウェハの評価を行
う。従って形状測定を行うことが可能である。市販の、
例えば容量式にまたは光学的に作動する形状測定装置で
の測定により、部品表面積25mm×25mmに関して
位置形状値SFQRma 0.13μm以下を示し、こ
れは0.13μm以下の線幅を有する半導体構造素子を
製造するためにこのウェハを使用するための前提であ
る。
【0037】この位置で、暗くした評価室中で強く集中
した光(ぼんやりした光)の下で、本発明により製造し
たすべてのシリコンウェハの表側の面、裏側の面および
縁部の視覚による評価が一般的であり、欠陥のないウェ
ハの選択に関して重要である。その際構造素子製造中の
ウェハの引き続く処理を阻止する欠陥、例えば掻き傷お
よびしみが見い出される。特に本発明による縁部研磨し
た半導体ウェハの製造の際に、場合により存在する、例
えば粗さによる研磨した縁部表面の偏差を同一にし、定
量化するために、縁部を顕微鏡で検査することがすすめ
られる。この目的のために、一般に水平に配置されたウ
ェハの縁部領域を垂直に観察できる、10倍〜100倍
の解像力の市販されている光学顕微鏡が適している。
【0038】0.13μm構造素子製造に適した、研磨
した縁部を有する両面研磨したシリコンウェハの収率は
本発明を使用した場合に96%より高く、一方従来の技
術による方法の場合は85%より低い。
【0039】本発明の方法により製造したシリコンウェ
ハの表面をそれぞれ従来の技術により、例えば柔らかい
研磨布で、SiOを基礎とするアルカリ性研磨材を用
いて最終研磨することが、引き続く測定に依存して必要
である。その際、きわめて低い位置形状値を得るため
に、それぞれのウェハのシリコン切除はかなり少なくな
ければならず、例えば0.1〜1μmである。
【0040】必要な場合は、適当な位置に、構造素子製
造中の個々の要求特性を考慮したシリコンウェハの他の
処理工程の連続プロセス、例えば熱供与体を除去する熱
処理、ウェハを同一にするレーザー記録、裏面被覆また
はエピタキシャル層の被覆および清浄化工程および乾燥
工程を導入することができる。
【0041】本発明により製造した半導体ウェハ、特に
シリコンウェハは、0.13μm以下の線幅を有する半
導体構造素子を製造する要求を満たす。本発明の方法
は、使用できるウェハの収率を高めることにより研磨し
た縁部を有する両面研磨したシリコンウェハの製造費用
を低下する最適な解決であることが示された。
【0042】
【実施例】本発明を、以下に、図面に示された実施例お
よび比較例により詳細に説明する。本発明は図面に限定
されない。
【0043】図1は例1および2による、研磨した縁部
を有するシリコンからなる両面研磨した半導体ウェハを
本発明により製造する工程順序を示す。
【0044】図2は比較例1による、従来の技術により
研磨した縁部を有するシリコンからなる両面研磨した半
導体ウェハを製造する工程順序を示す。
【0045】図3は光学顕微鏡検査の際のシリコンから
なる両面研磨および縁部研磨した半導体ウェハの配置を
示す図(平面図)である。図4および5はその結果を示
す。1は半導体ウェハ表面の部分であり、2は半導体ウ
ェハの側面の投影された部分である。
【0046】図4は図3に示された配置の例1により製
造したシリコンからなる両面研磨および縁部研磨した半
導体ウェハの部分の光学顕微鏡写真である。
【0047】図5は技術水準による、図3に示された配
置の比較例2により製造したシリコンからなる両面研磨
および縁部研磨した半導体ウェハの部分の光学顕微鏡写
真である。
【0048】以下に実施されるすべての実施例および比
較例は直径300mmを有する方向(100)の単結晶
シリコンウェハの製造に関する。欠陥のない表面および
縁部を有する両面研磨および縁部研磨したウェハが好ま
しい。このために必要な単結晶を従来の技術により、引
き出し、切断し、丸く研削し、市販のワイヤーソー上で
最終製品に切断される厚さのウェハに切断する。縁部を
丸くした後に回転研削機で、粒度600メッシュ(粒度
範囲20〜30μm)のダイアモンドで表面研削工程を
行い、その際順次ウェハ表面および裏面からそれぞれシ
リコン30μmを除去した。これに続いて流動バッチ法
により酸エッチング工程を行い、その際回転するウェハ
をウェハ面当たり濃縮硝酸90質量%(水溶液中70質
量%)、濃縮フッ化水素酸10質量%(水溶液中50質
量%)およびラウリル硫酸ナトリウム0.1質量%から
なる混合物に浸漬することにより同時にシリコンそれぞ
れ10μmを除去した。エッチング混合物を20℃に温
度調節し、窒素ガスを流動させた。連続工程のこの位置
でウェハの厚さは815μmであった。以下に他の処理
工程を記載し、その際すべての実施例および比較例にお
いて、実施される限り、縁部研磨工程を(a)で、両面
研磨工程を(b)で、皮膜形成を伴うストップ工程を
(c)でおよび清浄化工程/乾燥工程を(d)で示す。
両面研磨工程(b)での上側および下側の研磨布の物質
はすべての決められた実施例および比較例に関してそれ
ぞれ同じであり、その際すべての場合に上側の研磨布が
溝によりテキスチャーにされているかまたはされていな
いかを記載した。実施例および比較例により製造したす
べてのシリコンウェハは寸法25×25mmの構造部品
面に関して位置平坦値SFQRmax0.13μm以下
を有した。
【0049】例1 縁部研磨工程(a) 縁部を丸くし、研削し、エッチングしたウェハの縁部
を、形式EP300−IV Speedfam社の市販
の300mmウェハ用縁部研磨装置で、SiO固形分
3質量%および炭酸カリウム添加により10.5に調節
したpH値を有する形式レバシル(Levasil)2
00 Bayer社の水性研磨材を用いて研磨し、その
際硬度50(ショアA)を有するポリエチレン繊維を補
強したポリウレタン研磨布を使用した。その際シリコン
ウェハの回転により順次傾斜し、研磨布を貼りつけた研
磨盤で最初に下側のウェハ縁部の側面を研磨し、引き続
き上側のウェハ縁部の側面を研磨した。
【0050】両面研磨工程(b) それぞれ3個の円形の、同じ間隔に回路溝に配置され
た、ポリアミドを被覆した内径301mmの間隙を有
し、形式AC2000 Peter Wolters社
の両面研磨機で15個の300mmシリコンウェハの同
時研磨を可能にする、ラッピングした表面を有し、厚さ
770μmのステンレスクロム鋼からなる5個の回転板
を使用した。
【0051】両面研磨工程を、それぞれ上側および下側
の研磨盤に圧力で接着する接着剤で固定された、硬度8
0(ショアA)を有する多孔性のポリウレタンフォーム
からなる市販の繊維で補強されていない研磨布を用い
て、SiO固形分3質量%および炭酸カリウムおよび
水酸化カリウムの添加により10.8に調節されたpH
値を有する形式レバシル(Levasil)200 B
ayer社の水性研磨材を使用してプレス圧0.15バ
ールで実施した。その際下側の研磨盤の上に張られた研
磨布は滑らかな表面を有し、上側の研磨盤の上に張られ
た研磨布の表面は、30mmの同じ間隔で配置されてい
る、幅1.5mmおよび深さ0.5mmのフライス加工し
た溝の碁盤目状の模様を有した。研磨をそれぞれ40℃
の上側および下側研磨盤の温度で実施し、毎分0.68
μmの切除速度を生じた。ウェハ面当たりそれぞれシリ
コン20μmを切除した。
【0052】皮膜形成を伴うストップ工程(c) 研磨材の供給を研磨したウェハの厚さが775μmに達
した後に終了し、3分間ストップ剤の供給に代え、グリ
セリン1容量%、n−ブタノール1容量%および名称シ
ラプール(Silapur)の市販の界面活性剤(アル
キルベンゼンスルホン酸およびアミンエトキシレートを
基礎とする組成物、ICB社)0.07容量%の水溶液
からなるストップ剤を使用した。上側の研磨盤を持ち上
げ、洗浄後、仕上げ研磨した、回転板の間隙に配置され
たシリコンウェハの表面をストップ液で完全に湿らせ
た。
【0053】シリコンウェハを両面研磨機から取り出す
ために、保持ハンドルを備えたポリプロピレンからなる
真空吸引装置を使用し、この装置は軟質PVCからなる
3つの吸引カップを有した。更に研磨したシリコンウェ
ハを取り入れるために、純水を満たした市販の300m
mナスアインホルダーを使用した。ウェハを取り出す際
に回転板がその位置を離れ、ウェハの取り出しおよびナ
スアインホルダーへの導入を個々に真空吸引装置を用い
て実施することにより行った。
【0054】清浄化工程/乾燥工程(d) こうして処理したシリコンウェハを、バッチ清浄化装置
中で、水性フッ化水素酸−純水−TMAH/H
メガ音波−純水の浴順序で洗浄し、イソプロパノールで
マランゴニー原理により作動する市販の乾燥機中で乾燥
した。こうして処理したすべてのウェハの表側の面、裏
側の面および縁部の視覚評価を暗くした評価室中で強く
集中した光の下で行い、ウェハ縁部の光学顕微鏡評価を
20倍に拡大する立体顕微鏡でウェハ縁部に斜めに照明
して行った。こうして処理したウェハの統計的に重要な
量により引っ掻き、しみおよび焦点欠陥の不在に関して
引き続き処理するために必要な品質基準の97%が満た
された。
【0055】例2 例1に記載と同様に実施したが、皮膜形成を伴うストッ
プ工程(c)を以下のように実施した。工程(b)に供
給される切除研磨材の供給を研磨したウェハの厚さが7
75μmに達した後に再び終了し、3分間ストップ剤の
供給に代え、ストップ剤は研磨剤グランゾクス(Gla
nzox)3900 フジミ社と純水の混合物からな
り、SiO固形分2質量%でpH値10.0を有し、
その際下側の研磨盤、上側の研磨盤および回転板を更に
移動し、圧力を0.10バールに低下した。回転比を維
持し、更に圧力を0.05バールに低下して2分間純水
で洗浄した。上側の研磨盤を持ち上げ、洗浄後、この場
合にシリコンウェハの完全な湿潤が認められた。使用で
きるウェハの収率は98%であった。光学顕微鏡検査は
ウェハ縁部に許容されない欠陥を示さなかった。
【0056】比較例1 比較例1として使用される試験はドイツ特許出願番号D
E19956250.4号の例7に記載の試験に相当
し、この例は縁部研磨工程(a)の実施を両面研磨工程
(b)の後にはじめて行うことを特徴としている。
【0057】両面研磨工程(b)を例1に記載と同様に
実施し、その際硬度74(ショアA)を有する市販の、
ポリエチレン繊維を補強したポリウレタン研磨布を使用
し、これを再びそれぞれ上側および下側の研磨盤に圧力
で接着する接着剤により固定した。上側の研磨布は同様
に例1による碁盤目状の溝の模様を有した。切削速度は
毎分0.64μmで例1で測定した切削速度と著しく異
なっていなかった。研磨材の供給を研磨したウェハの厚
さが775μmに達した後に終了し、3分間ストップ剤
の供給に代え、ストップ剤はレバシル(Levasi
l)200 3質量%および水中のn−ブタノール1容
量%の混合物からなり、その際下側の研磨盤、上側の研
磨盤および回転板を移動し、圧力を0.05バールに低
下した。上側の研磨盤を持ち上げ、洗浄後、仕上げ研磨
した、回転板の間隙に配置されたシリコンウェハの表面
は部分的にストップ混合物で湿り、部分的に乾燥した領
域を有した。これは使用されるストップ剤が半導体ウェ
ハを完全に湿らせる要求を満たさないことを表してい
る。5個の回転板を除去後、シリコンウェハをラテック
ス手袋で保護した指で研磨機から除去した。引き続き縁
部研磨工程(a)を例1に記載と同様に実施し、例1の
工程(d)により清浄化および乾燥を行った。こうして
処理されたウェハの統計的に重要な量により掻き傷、し
みおよび焦点欠陥の不在に関して引き続く処理に必要な
品質基準の5%が満たされた。付加的に更に11%のウ
ェハに許容されない局所的エッチングを確認し、これを
縁部研磨工程(a)に戻した。光学顕微鏡検査はウェハ
縁部の許容されない粗さを示さなかった。
【0058】比較例2 処理工程(a)〜(d)を例1に記載と同様の順序で実
施し、その際例1と異なり、両面研磨工程(b)を比較
例1に記載と同様に硬度74(ショアA)を有するポリ
エチレン繊維を補強したポリウレタン研磨布を用いて行
い、上側の研磨布は同様に例1による碁盤目状の溝の模
様を有した。両面研磨工程(b)を終了後、比較例1に
記載と同様に前記のレバシル(Levasil)200
および水中のn−ブタノールの混合物を添加し、回転板
を取り出した後にシリコンウェハを手で研磨機から取り
出し、例1によるシリコンウェハの清浄化および乾燥を
行う。光学顕微鏡で検査したすべてのウェハはシリコン
縁部の著しい粗さを示し、引き続く処理に使用できなか
った。
【0059】比較例3 例1に記載と同様に実施したが、ポリウレタン布の代わ
りに、上側の布の記載されたテキスチャーを有する比較
例1に記載されるポリエチレン繊維を補強したポリウレ
タン研磨布を使用した。ウェハの5%が掻き傷、しみお
よび/または焦点欠陥を示し、更にウェハの47%が光
学顕微鏡で認識できる縁部粗さにより使用できなかっ
た。
【0060】比較例4 例2に記載と同様に実施したが、ポリウレタン布の代わ
りに上側の布の記載されたテキスチャーを有する比較例
1に記載されたポリエチレン繊維を補強したポリウレタ
ン研磨布を使用した。ウェハの3%が掻き傷、しみおよ
び/または焦点欠陥を示した。更にウェハの36%が光
学顕微鏡により認識できる縁部粗さにより使用できなか
った。
【0061】比較例5 比較例2に記載と同様に実施したが、ポリエチレン繊維
を補強したポリウレタン布の代わりに上側の布の記載さ
れたテキスチャーを有する例1に記載されたポリウレタ
ン研磨布を使用した。光学顕微鏡により検査したすべて
のウェハはウェハ縁部の著しい粗さを示し、これは引き
続く処理に使用できなかった。
【0062】比較例6 例1に記載と同様に実施したが、上側のポリウレタン布
がテキスチャーを有していないことだけが相違した。ウ
ェハの4%が掻き傷、しみおよび/または焦点欠陥によ
り、更にウェハの17%が光学顕微鏡により認識できる
縁部粗さにより適さなかった。
【0063】従って、実施例(B1およびB2)および
比較例(V1〜V6)は以下の表に示される特徴により
異なる。その際PUは多孔性ポリウレタンフォームを表
し、PE/PUはポリエステル繊維を補強したポリウレ
タンフォームを表す。(a)は縁部研磨工程に相当し、
(b)は両面研磨工程に相当し、(c)は皮膜形成を伴
うストップ工程に相当し、(d)は清浄化工程/乾燥工
程に相当する。
【0064】
【表1】
【0065】表から、欠陥のない表面および縁部の基準
により、使用可能な、研磨した縁部を有するシリコンか
らなる両面研磨した半導体ウェハの収率に関する本発明
の方法の効率が明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により、例1および2により、研磨した
縁部を有するシリコンからなる両面研磨した半導体ウェ
ハを製造する工程順序を示す。
【図2】従来の技術により、比較例1により、研磨した
縁部を有するシリコンからなる両面研磨した半導体ウェ
ハを製造する工程順序を示す。
【図3】光学顕微鏡検査の際のシリコンからなる両面研
磨および縁部研磨した半導体ウェハの配置を示す図(平
面図)である。
【図4】図3に示された配置の例1により製造したシリ
コンからなる両面研磨および縁部研磨した半導体ウェハ
の部分の光学顕微鏡写真である。
【図5】技術水準による、図3に示された配置の比較例
2により製造したシリコンからなる両面研磨および縁部
研磨した半導体ウェハの部分の光学顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/304 641 H01L 21/304 641 B24B 1/00 B24B 1/00 A 37/00 37/00 H C (72)発明者 トーマス アルトマン ドイツ連邦共和国 ハイミング ファラー ヴェーク 5 (72)発明者 ゲアハルト ハイアー ドイツ連邦共和国 ブルクハウゼン イン デン グリューベン 139 (72)発明者 ヴォルフガング ヴィンクラー ドイツ連邦共和国 ティットモーニング ベルクフェルト 23

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウェハを両面研磨する、表側の
    面、裏側の面および研磨した縁部を有する半導体ウェハ
    の製造方法において、以下の時間的順序の工程: (a)アルカリ性研磨材を連続的に供給しながら半導体
    ウェハの縁部を研磨布で研磨する工程、(b)2つの回
    転する下側および上側の研磨盤の間にアルカリ性研磨材
    を連続的に供給しながら半導体ウェハの表側の面および
    裏側の面を同時に研磨する工程、その際研磨盤の両方が
    研磨布で被覆され、両方の研磨布が実質的に多孔性の、
    均一な、繊維不含のポリマーフォームからなり、下側の
    研磨盤の研磨布が滑らかな表面を有し、上側の研磨盤の
    研磨布が溝により中断された表面を有する、その後直ち
    に(c)半導体ウェハの表側の面、裏側の面および縁部
    を液体フィルムで完全に湿らせる工程、かつ(d)半導
    体ウェハを清浄化し、かつ乾燥する工程を特徴とする半
    導体ウェハの製造方法。
  2. 【請求項2】 工程(b)および(c)の間半導体ウェ
    ハが回転板の間隙に存在する請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 回転板が、仕上げ研磨した半導体ウェハ
    の厚さより2〜20μm少なく測定されている厚さを有
    する請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 工程(b)により2〜100μmの半導
    体ウェハの厚さの減少を生じる請求項1から3までのい
    ずれか1項記載の方法。
  5. 【請求項5】 工程(a)および工程(b)に使用され
    るアルカリ性研磨材が実質的に純水中の二酸化珪素粒子
    および無機塩基および/または有機塩基の懸濁液からな
    り、懸濁液は9〜12のpH値を有する請求項1から4
    までのいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 下側および上側の研磨盤の研磨布が実質
    的にポリウレタンからなり、ショアA硬度60〜90を
    有する請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 上側の研磨盤の研磨布が5mm×5mm
    〜50mm×50mmの1つの部分の大きさおよび0.
    5mm〜2mmの溝の幅および溝の深さを有する規則的
    な碁盤目状の溝の配置を有する請求項1から6までのい
    ずれか1項記載の方法。
  8. 【請求項8】 工程(c)で製造した液体フィルムを引
    き続く清浄化工程(d)で完全に除去する請求項1から
    7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 【請求項9】 工程(c)で製造した液体フィルムが、
    多価アルコール、ポリアルコールおよび界面活性剤を含
    む群の1種以上の化合物を含有する請求項1から8まで
    のいずれか1項記載の方法。
  10. 【請求項10】 液体フィルムがグリセリンを含有する
    請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 液体フィルムが、ポリエーテルポリオ
    ールおよびポリビニルアルコールを含む群の1種以上の
    化合物を含有する請求項9記載の方法。
  12. 【請求項12】 液体フィルムが界面活性剤を含有し、
    半導体ウェハに最初に水性研磨材および界面活性剤から
    なる混合物を供給し、引き続き短時間純水を供給するこ
    とにより製造する請求項9記載の方法。
  13. 【請求項13】 工程(c)の後に半導体ウェハを真空
    吸引装置を用いて研磨機から取り出す請求項1から12
    までのいずれか1項記載の方法。
  14. 【請求項14】 工程(a)〜(d)を実施後、半導体
    ウェハの表側の面に半導体エピタキシャル被覆を被覆す
    る請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。
  15. 【請求項15】 工程(a)〜(d)を実施後、半導体
    ウェハの表側の面に最終研磨を実施し、半導体ウェハを
    清浄化し、乾燥し、場合により半導体ウェハの表側の面
    に半導体エピタキシャル被覆を被覆する請求項1から1
    3までのいずれか1項記載の方法。
  16. 【請求項16】 請求項1から15までのいずれか1項
    記載の方法により製造されたことを特徴とする、表側の
    面、裏側の面および研磨した縁部および半導体ウェハの
    表側の面上の平面格子の部分領域に対して0.13μm
    以下の最大位置平坦値SFQRmaxを有する両面研磨
    された半導体ウェハ。
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