JP2004506314A - 両面研磨法を用いて半導体ウェーハを処理する方法 - Google Patents
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Abstract
半導体ウェーハの表面および裏面を同時に研磨する方法は、通常、第1および第2の研磨パッドの間に配置されたウェーハ担体を有する研磨装置を用意するステップを有する。第1の研磨パッドの硬度は、第2の研磨パッドの硬度より実質的に大きい。ウェーハは、表面が第1の研磨パッドに面し、裏面が第2の研磨パッドに面するようにウェーハ担体内に配置される。研磨スラリが、前記パッドの少なくともいずれか一方に塗布され、ウェーハ担体、第1の研磨パッド、および第2の研磨パッドを回転させる。ウェーハの表面および裏面を研磨するために、表面を第1の研磨パッドに接触させ、裏面を第2の研磨パッドに接触させる。これにより、研磨後、ウェーハ材料が、第2の研磨パッドと係合する裏面から、表面よりも少なく除去され、裏面が、表面より少ない光沢を有する。
Description
【0001】
(発明の背景)
本発明は、一般に、半導体ウェーハの処理方法に関し、とりわけ、ナノトポグラフィが小さい平坦なウェーハを製造するために、半導体ウェーハの表面および裏面を同時に研磨するステップを含む、安価な半導体ウェーハの処理方法に関する。
【0002】
半導体ウェーハは、通常、シリコンインゴットなどの単結晶インゴットから形成され、後の処理に適したウェーハの方位を有する1つまたはそれ以上の平面が形成されるように、調整され、研磨される。そしてインゴットは、個々のウェーハにスライス切断されて、それぞれのウェーハは、厚みを薄くし、スライス処理に起因する損傷を取り除き、高反射率を有する表面を形成するための数多くの処理動作が施される。ウェーハの厚みを薄くし、スライス処理により誘発される損傷を取り除くために、通常、ラッピング処理(研磨スラリ処理)がウェーハの表面および裏面に対して実施される。厚みを薄くし、ラッピング後の損傷を取り除くために、酸または腐食エッチャントを用いた化学エッチング処理も同様に行われる。酸を含む化学エッチャントを用いると、ウェーハのナノトポグラフィに悪影響を与え得ることが知られている。
【0003】
したがって、先の処理で誘発された表面および裏面に対する損傷を取り除くために、かつ確実にウェーハを平坦化するために、通常、各ウェーハの一方または両方の面が研磨される。同時に両面を研磨する方法によれば、より平坦で、平行な表面および裏面を有するウェーハを生産することができるので、当業界においては好適なものとなった。
【0004】
しかしながら、同時両面研磨法には欠点がある。例えば、同時両面研磨法によれば、単面研磨法よりもコストが高く、実質的な損傷がウェーハ表面内に残ることである。さらに、ウェーハ表面を視覚的に区別できないため、ウェーハに対する後の工程で用いられる特定の装置に対して問題が生じることがある。
【0005】
単面エッチングして裏面を曇らせることにより、この問題を解決することが知られている。ただし、単面エッチング法は、裏面のナノトポグラフィに悪影響を与え、後に、ウェーハがワックス塗布された状態で、表面研磨処理されるとき、表面に影響を与え得る。ほとんどの単面エッチング処理は、ウェーハの端部および/またはウェーハの表面に悪影響を与え、好ましくない。曇らせる処理の代わりに、裏面から除去すべきウェーハ材料を低減して、裏面が表面と区別できるように、研磨パッドおよびウェーハ担体の回転速度を操作する両面研磨法を用いることが知られている。ウェーハの表面および裏面のそれぞれから除去すべきウェーハ材料の量は、回転速度の操作ほど精度よく制御されないことが分かってきた。このように除去量が制御できないと、裏面の粗さおよび光沢に不要なばらつきが生じる。さらに、表面および裏面から除去されるウェーハ材料の量の差異は、比較的に小さい。
【0006】
(発明の要約)
本発明は、いくつかの目的と特徴を有し、中でも、半導体ウェーハの表面および裏面を同時に研磨して、比較的に平坦なウェーハを製造する方法を提供し、視覚的に区別できる表面および裏面を有するウェーハを製造する方法を提供し、表面および裏面の一方から実質的により多くのウェーハ材料を除去する方法を提供することである。
【0007】
概して云えば、本発明の方法は、半導体ウェーハの表面および裏面を同時に研磨する方法に関する。この方法は、通常、第1および第2の研磨パッドの間に配置されたウェーハ担体を有する研磨装置を用意するステップを有する。第1の研磨パッドの硬度は、第2の研磨パッドの硬度より実質的に大きい。ウェーハは、表面が第1の研磨パッドに面し、裏面が第2の研磨パッドに面するようにウェーハ担体内に配置される。研磨スラリが、前記パッドの少なくともいずれか一方に塗布され、ウェーハ担体、第1の研磨パッド、および第2の研磨パッドを回転させる。ウェーハの表面および裏面を研磨するために、表面を第1の研磨パッドに接触させ、裏面を第2の研磨パッドに接触させる。これにより、研磨後、ウェーハ材料が、第2の研磨パッドと係合する裏面から、表面よりも少なく除去され、裏面が、表面より少ない光沢を有する。
【0008】
本発明の別の態様において、単結晶インゴットからスライス切断され、表面および裏面を有する半導体ウェーハを処理する方法であって、この方法は、ウェーハの厚みを薄くし、ウェーハの平坦性を改善するために、ウェーハの表面および裏面をラッピングするステップを有する。このラッピングステップは、表面および裏面に損傷を形成する。ラッピングステップ後に残る表面上の損傷を削減するために、ウェーハの表面および裏面がエッチングされる。ウェーハの平坦性を改善し、表面および裏面上の損傷を削減するために、ウェーハの表面および裏面が同時に研磨される。同時研磨ステップの完了後、裏面上に残るウェーハの損傷は、表面上に残るウェーハの損傷よりも多い。表面における曇りおよび粗さを低減するために、ウェーハの表面が研磨仕上げされる。その後、表面が裏面より高い光沢を有する。この方法は、裏面に対して実施され、表面に対して実施されない任意のステップから影響を受けない。
【0009】
本発明の他の目的および特徴は、一部については明らかであり、一部については以下に説明される。
【0010】
(好適な実施形態の詳細な説明)
ここで図面、とりわけ図1を参照すると、独国RendsburgのPeter Wolters Gmbhで製造された型番AC1400などの従来式の両面研磨装置の一部が、一般に、符号10を用いて、概略的に図示されている。この両面研磨装置を用いて、1つまたはそれ以上の単結晶性シリコンインゴットからスライス切断された半導体ウェーハWの表面および裏面を研磨する。別の型式の両面研磨装置を用いることも考えられる。この装置は、通常環状の上側プラテン12と、通常環状の下側プラテン14とを有する。上側研磨パッド16は、上側プラテン12の下向き表面上に実装され、下側研磨パッド18は、下側プラテン14の上向き表面上に実装される。
【0011】
当業者により広く知られているように、適当な駆動メカニズム(図示せず)を用いて、上側プラテン12と下側プラテン14を選択された回転速度で回転させる。本発明の好適な方法について以下説明するが、この装置10は、コントローラを有し、これによりユーザは、下側プラテン14の選択された回転速度とは異なる上側プラテン12の回転速度を設定することができる。同様に、これらのプラテンは、同一方向または反対方向に回転できるように、異なる方向に回転可能である。
【0012】
複数の通常円形のウェーハ担体22が下側研磨パッド18上に実装される。各ウェーハ担体22は、少なくとも1つの(この実施形態では3つの)円形開口部を有し、ここに研磨すべきウェーハWが収容される。各ウェーハ担体22の周縁部は、この装置10の「太陽」ギアまたは内側ギアと外側ギア(図示せず)に係合するリングギア(図示せず)を有する。内側ギアおよび外側ギアは、選択された速度で担体を回転させるための適当な駆動メカニズムにより駆動される。
【0013】
本発明の方法において、ウェーハ担体22は、下側研磨パッド18上に実装され、担体は、通常、下側研磨パッド18と上側研磨パッド16の間に配置される。少なくとも1つのウェーハWは、その表面が下側研磨パッド18に面し、その裏面が上側研磨パッド16に面するように、ウェーハ担体22の1つの開口部内に配置される。
【0014】
従来式の研磨スラリが少なくとも一方のパッドに塗布される。ウェーハ担体22、上側研磨パッド16、および下側研磨パッド18を回転させる。上側研磨パッド16がウェーハWの裏面と接触し、下側研磨パッド18がウェーハWの表面と接触するように、上側プラテン12が下側プラテン14に向かって下降する。研磨ステップ時、裏面および表面が、それぞれ上側パッドおよび下側パッドにより同時に研磨されるように、上側プラテン12は、選択された「ダウンフォース(下方力)」で下向きの力を受ける。表面を研磨する下側パッド18は、上側パッド16よりも実質的に大きい粗さを有する。下側パッド18は、好適には、ポリウレタン含浸ポリエステル製のフェルト材料で形成された粗い(あるいは基材除去用の)研磨パッドであって、デラウェア州のNewarkにあるRodel Corpoationで製造されている型番Suba H2パッドであることが好ましい。上側パッド16は、好適には、極微孔性ポリウレタン材料で構成される「仕上用」研磨パッドであって、Rodelで製造されている型番UR−100であることが好ましく、粗いパッドよりも実質的に多くの孔を有する。下側パッドは、約6%ないし約8%、より好適には約7%の圧縮率を有する。上側パッドは、約8%ないし約20%、より好適には約10%ないし約12%の圧縮率を有する。下側パッド18は、上側パッド16よりも実質的に大きい硬度を有する。例えば、型番UR−100に相当する仕上用パッドであるSuba 80パッドは、検査方法RM−02A−7−91を用いたとき、約13ないし20のショアAの硬度を有し、Suba H2パッドは、同じ検査方法を用いたとき、約84のショアAの硬度を有する。下側パッド18は、上側パッドよりも迅速にウェーハ材料を除去し(除去速度比)、好適には、1回転当たり、上側パッド16の少なくとも約5倍のウェーハ材料の量を除去する。除去速度比は、より好適には約10:1、さらにいっそう好適には約15:1である。ウェーハWは、粗いパッドおよび仕上用パッドを用いて研磨され、裏面から除去されるウェーハ材料の量を、表面から除去されるウェーハ材料の量よりも少なくして、裏面は表面よりも少ない光沢を有する。
【0015】
担体22、上側プラテン12と上側パッド16、および下側プラテン14と下側パッド18の相対的回転速度を操作することにより、除去速度比、ならびに表面および裏面から除去されるウェーハ材料の量の差異をさらに増大させることができる。とりわけ、上側プラテン12を、ウェーハ担体22と同一方向に同一回転速度で回転させる。このようにして、上側パッド16と各ウェーハWの間の相対的な動きが小さくなり、その結果、研磨時の除去量が少なくなる。表1は、上側および下側プラテン12,14、および内側および外側リングギア(リングギアの速度により担体22の速度が決定される。)の速度に対する適当な範囲と好適なパラメータを含む。また表1は、研磨時ダウンフォースの適当な範囲と、好適な研磨時ダウンフォースを含む。
【表1】
1マイナス符号は反時計方向を示し、正数は時計方向を示す。
【0016】
表面が接触する下側パッド18の温度を、裏面が接触する上側パッド16の温度よりも上げることにより、除去速度比、ならびに表面および裏面から除去されるウェーハ材料の量の差異をさらに増大させることができる。各研磨パッドの温度は、各パッドと接触する各プラテンと熱伝導する循環水により制御されている。型番AC1400および型番AC2000の研磨装置は、上側プラテン12と熱伝導する循環水の温度を制御する制御システムと、下側プラテン14と熱伝導する循環水の温度を制御する別の制御システムとを有する。こうした個別のシステムにより、ユーザは、上側パッド16に対する下側パッド14の温度を高くして、裏面よりもより多くの材料を表面から除去することができる。
【0017】
本発明の別の方法において、半導体ウェーハWは、従来式のラッピング装置(図示せず)内に配置され、ウェーハの厚みを削減し、ウェーハの平坦性を改善するためにラッピングされる(磨かれる)。ラッピング処理により厚みを削ることにより、スライス処理に起因する損傷を取り除くことができる。しかし、ラッピングステップは、ウェーハスライス処理で生じる損傷とは異なる特徴を有する損傷を表面および裏面に形成する。適当なラッピング装置は、独国RendsburgのPeter Wolters Coroprationで市販されているPeter Wolters型番AC1400およびAC2000を含む。このラッピング装置は、両面研磨装置と同じ装置であってもよい。このラッピング装置は、例えば約40ないし100ミクロンの所定の厚みのウェーハ材料を除去し、好適には、約70ミクロンがラッピング処理により除去される。従来式のラッピング装置の動作は、当業者には明白であるので、ここではさらに説明しない。
【0018】
ウェーハWの表面および裏面は、ラッピングステップ後に残存する表面上の損傷を取り除くためにエッチングされる。ウェーハWのナノトポグラフィに対する腐食性の(アルカリ性の)エッチャントの有害性は、酸性エッチャントよりも小さいので、用いられるエッチャントは、腐食性のエッチャントであることが好ましい。ウェーハは、他のさまざまなエッチング処理を行うことができるが、好適には、浸漬エッチングされる。エッチングステップの後、ウェーハWは端面研磨される。
【0019】
ウェーハWの平坦性を改善し、表面および裏面上のウェーハ損傷を低減するために、表面および裏面を同時に研磨する。同時研磨ステップを完了した後、裏面に残るウェーハ損傷は、表面上のウェーハ損傷よりも多い。好適には、ウェーハWの裏面から除去される除去されるウェーハ材料が、表面から除去されるウェーハ材料よりも少なくなるように、同時研磨ステップは、上述の方法を用いて実施される。より具体的には、裏面を研磨する際に用いられるパッドよりもより硬く、より粗いパッドを用いて、表面を研磨する。この方法において、表面と裏面におけるウェーハ除去量の差異を増大させるために、担体22の回転速度を操作しないことが好ましい。この回転速度を操作すると、裏面の材料除去に対する制御精度が低下して、裏面における粗さおよび光沢に不要なばらつきが生じることがある。
【0020】
表面における曇り(haze)および粗さを低減するために、ウェーハの表面が仕上研磨される。裏面のナノトポグラフィは、本発明の同時研磨法の後、十分に均一となるので、表面研磨する際、裏面のナノトポグラフィが表面のナノトポグラフィに悪影響を与えないものと考えられている。同時研磨した後の表面および裏面のナノトポグラフィは、好適には、2mm×2mm領域において20nmPV以下、および10mm×10mm領域において70nmPV以下である。さらに好適には、ナノトポグラフィは、2mm×2mm領域において10nmPV以下であり、さらにいっそう好適には、実質的にゼロである。表面を研磨した後は、表面および裏面を視覚的に、あるいはウェーハを仕上るために用いられるセンサにより区別できるように、表面が裏面よりも高い光沢値を有する。独国Gardner, Inc.で製造されたMirror−Tri−Gloss測定器を用いて測定すると、例えば、表面の光沢値は約370で、裏面の光沢値は、同じ測定器を用いると、約120である。さらに、同時研磨ステップの後、仕上研磨ステップの前においては、表面は裏面よりも高い光沢値を有する。
【0021】
好都合にも、このウェーハWを処理する方法は、裏面に施され、表面に施されない任意のステップから影響を受けない。したがってウェーハWは、同時両面研磨により実現される平坦性と平衡性を有し、仕上研磨ステップにより、光沢値の高い鏡面仕上げされた表面を有する。さらにこの方法によれば、表面と裏面が区別できるようにするため、裏面に対して追加的な処理を施す必要がない。さらに、同時両面研磨ステップで除去され、仕上研磨ステップにおいてさらに除去する必要のある、表面からの除去材料の量が少なく済むので、この方法は安価である。
【0022】
これまで説明したように、本発明のいくつかの目的が実現され、他の好適な結果が得られる。
【0023】
本発明またはその好適な実施形態の構成要素を導入する際、「a(1つの)」、「an(1つの)」、「the(その)」、および「said(その)」といった冠詞は、1つまたはそれ以上の構成部品が存在することを意味する。「comprising(備える)」、「including(有する)」、および「having(含む)」といった文言は、包括的な意味であって、列挙された構成部品以外の他の構成部品を含みうることを意味している。
【0024】
本発明の精神から逸脱することなく、上述の構成にさまざまな変形を加えることができるので、上記明細書に含まれる、あるいは添付図面に図示された内容はすべて、例示的なものであって、限定する意図はないものと解釈するべきである。
【0025】
いくつかの図面を通して、対応する参照符号は、対応する構成部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による方法で用いられる両面研磨装置の概略斜視がである。
【図2】図2は、本発明による半導体ウェーハを処理するための方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
10 研磨装置、12 上側プラテン、14 下側プラテン、16 上側研磨パッド、18 下側研磨パッド、22 ウェーハ担体、W ウェーハ。
(発明の背景)
本発明は、一般に、半導体ウェーハの処理方法に関し、とりわけ、ナノトポグラフィが小さい平坦なウェーハを製造するために、半導体ウェーハの表面および裏面を同時に研磨するステップを含む、安価な半導体ウェーハの処理方法に関する。
【0002】
半導体ウェーハは、通常、シリコンインゴットなどの単結晶インゴットから形成され、後の処理に適したウェーハの方位を有する1つまたはそれ以上の平面が形成されるように、調整され、研磨される。そしてインゴットは、個々のウェーハにスライス切断されて、それぞれのウェーハは、厚みを薄くし、スライス処理に起因する損傷を取り除き、高反射率を有する表面を形成するための数多くの処理動作が施される。ウェーハの厚みを薄くし、スライス処理により誘発される損傷を取り除くために、通常、ラッピング処理(研磨スラリ処理)がウェーハの表面および裏面に対して実施される。厚みを薄くし、ラッピング後の損傷を取り除くために、酸または腐食エッチャントを用いた化学エッチング処理も同様に行われる。酸を含む化学エッチャントを用いると、ウェーハのナノトポグラフィに悪影響を与え得ることが知られている。
【0003】
したがって、先の処理で誘発された表面および裏面に対する損傷を取り除くために、かつ確実にウェーハを平坦化するために、通常、各ウェーハの一方または両方の面が研磨される。同時に両面を研磨する方法によれば、より平坦で、平行な表面および裏面を有するウェーハを生産することができるので、当業界においては好適なものとなった。
【0004】
しかしながら、同時両面研磨法には欠点がある。例えば、同時両面研磨法によれば、単面研磨法よりもコストが高く、実質的な損傷がウェーハ表面内に残ることである。さらに、ウェーハ表面を視覚的に区別できないため、ウェーハに対する後の工程で用いられる特定の装置に対して問題が生じることがある。
【0005】
単面エッチングして裏面を曇らせることにより、この問題を解決することが知られている。ただし、単面エッチング法は、裏面のナノトポグラフィに悪影響を与え、後に、ウェーハがワックス塗布された状態で、表面研磨処理されるとき、表面に影響を与え得る。ほとんどの単面エッチング処理は、ウェーハの端部および/またはウェーハの表面に悪影響を与え、好ましくない。曇らせる処理の代わりに、裏面から除去すべきウェーハ材料を低減して、裏面が表面と区別できるように、研磨パッドおよびウェーハ担体の回転速度を操作する両面研磨法を用いることが知られている。ウェーハの表面および裏面のそれぞれから除去すべきウェーハ材料の量は、回転速度の操作ほど精度よく制御されないことが分かってきた。このように除去量が制御できないと、裏面の粗さおよび光沢に不要なばらつきが生じる。さらに、表面および裏面から除去されるウェーハ材料の量の差異は、比較的に小さい。
【0006】
(発明の要約)
本発明は、いくつかの目的と特徴を有し、中でも、半導体ウェーハの表面および裏面を同時に研磨して、比較的に平坦なウェーハを製造する方法を提供し、視覚的に区別できる表面および裏面を有するウェーハを製造する方法を提供し、表面および裏面の一方から実質的により多くのウェーハ材料を除去する方法を提供することである。
【0007】
概して云えば、本発明の方法は、半導体ウェーハの表面および裏面を同時に研磨する方法に関する。この方法は、通常、第1および第2の研磨パッドの間に配置されたウェーハ担体を有する研磨装置を用意するステップを有する。第1の研磨パッドの硬度は、第2の研磨パッドの硬度より実質的に大きい。ウェーハは、表面が第1の研磨パッドに面し、裏面が第2の研磨パッドに面するようにウェーハ担体内に配置される。研磨スラリが、前記パッドの少なくともいずれか一方に塗布され、ウェーハ担体、第1の研磨パッド、および第2の研磨パッドを回転させる。ウェーハの表面および裏面を研磨するために、表面を第1の研磨パッドに接触させ、裏面を第2の研磨パッドに接触させる。これにより、研磨後、ウェーハ材料が、第2の研磨パッドと係合する裏面から、表面よりも少なく除去され、裏面が、表面より少ない光沢を有する。
【0008】
本発明の別の態様において、単結晶インゴットからスライス切断され、表面および裏面を有する半導体ウェーハを処理する方法であって、この方法は、ウェーハの厚みを薄くし、ウェーハの平坦性を改善するために、ウェーハの表面および裏面をラッピングするステップを有する。このラッピングステップは、表面および裏面に損傷を形成する。ラッピングステップ後に残る表面上の損傷を削減するために、ウェーハの表面および裏面がエッチングされる。ウェーハの平坦性を改善し、表面および裏面上の損傷を削減するために、ウェーハの表面および裏面が同時に研磨される。同時研磨ステップの完了後、裏面上に残るウェーハの損傷は、表面上に残るウェーハの損傷よりも多い。表面における曇りおよび粗さを低減するために、ウェーハの表面が研磨仕上げされる。その後、表面が裏面より高い光沢を有する。この方法は、裏面に対して実施され、表面に対して実施されない任意のステップから影響を受けない。
【0009】
本発明の他の目的および特徴は、一部については明らかであり、一部については以下に説明される。
【0010】
(好適な実施形態の詳細な説明)
ここで図面、とりわけ図1を参照すると、独国RendsburgのPeter Wolters Gmbhで製造された型番AC1400などの従来式の両面研磨装置の一部が、一般に、符号10を用いて、概略的に図示されている。この両面研磨装置を用いて、1つまたはそれ以上の単結晶性シリコンインゴットからスライス切断された半導体ウェーハWの表面および裏面を研磨する。別の型式の両面研磨装置を用いることも考えられる。この装置は、通常環状の上側プラテン12と、通常環状の下側プラテン14とを有する。上側研磨パッド16は、上側プラテン12の下向き表面上に実装され、下側研磨パッド18は、下側プラテン14の上向き表面上に実装される。
【0011】
当業者により広く知られているように、適当な駆動メカニズム(図示せず)を用いて、上側プラテン12と下側プラテン14を選択された回転速度で回転させる。本発明の好適な方法について以下説明するが、この装置10は、コントローラを有し、これによりユーザは、下側プラテン14の選択された回転速度とは異なる上側プラテン12の回転速度を設定することができる。同様に、これらのプラテンは、同一方向または反対方向に回転できるように、異なる方向に回転可能である。
【0012】
複数の通常円形のウェーハ担体22が下側研磨パッド18上に実装される。各ウェーハ担体22は、少なくとも1つの(この実施形態では3つの)円形開口部を有し、ここに研磨すべきウェーハWが収容される。各ウェーハ担体22の周縁部は、この装置10の「太陽」ギアまたは内側ギアと外側ギア(図示せず)に係合するリングギア(図示せず)を有する。内側ギアおよび外側ギアは、選択された速度で担体を回転させるための適当な駆動メカニズムにより駆動される。
【0013】
本発明の方法において、ウェーハ担体22は、下側研磨パッド18上に実装され、担体は、通常、下側研磨パッド18と上側研磨パッド16の間に配置される。少なくとも1つのウェーハWは、その表面が下側研磨パッド18に面し、その裏面が上側研磨パッド16に面するように、ウェーハ担体22の1つの開口部内に配置される。
【0014】
従来式の研磨スラリが少なくとも一方のパッドに塗布される。ウェーハ担体22、上側研磨パッド16、および下側研磨パッド18を回転させる。上側研磨パッド16がウェーハWの裏面と接触し、下側研磨パッド18がウェーハWの表面と接触するように、上側プラテン12が下側プラテン14に向かって下降する。研磨ステップ時、裏面および表面が、それぞれ上側パッドおよび下側パッドにより同時に研磨されるように、上側プラテン12は、選択された「ダウンフォース(下方力)」で下向きの力を受ける。表面を研磨する下側パッド18は、上側パッド16よりも実質的に大きい粗さを有する。下側パッド18は、好適には、ポリウレタン含浸ポリエステル製のフェルト材料で形成された粗い(あるいは基材除去用の)研磨パッドであって、デラウェア州のNewarkにあるRodel Corpoationで製造されている型番Suba H2パッドであることが好ましい。上側パッド16は、好適には、極微孔性ポリウレタン材料で構成される「仕上用」研磨パッドであって、Rodelで製造されている型番UR−100であることが好ましく、粗いパッドよりも実質的に多くの孔を有する。下側パッドは、約6%ないし約8%、より好適には約7%の圧縮率を有する。上側パッドは、約8%ないし約20%、より好適には約10%ないし約12%の圧縮率を有する。下側パッド18は、上側パッド16よりも実質的に大きい硬度を有する。例えば、型番UR−100に相当する仕上用パッドであるSuba 80パッドは、検査方法RM−02A−7−91を用いたとき、約13ないし20のショアAの硬度を有し、Suba H2パッドは、同じ検査方法を用いたとき、約84のショアAの硬度を有する。下側パッド18は、上側パッドよりも迅速にウェーハ材料を除去し(除去速度比)、好適には、1回転当たり、上側パッド16の少なくとも約5倍のウェーハ材料の量を除去する。除去速度比は、より好適には約10:1、さらにいっそう好適には約15:1である。ウェーハWは、粗いパッドおよび仕上用パッドを用いて研磨され、裏面から除去されるウェーハ材料の量を、表面から除去されるウェーハ材料の量よりも少なくして、裏面は表面よりも少ない光沢を有する。
【0015】
担体22、上側プラテン12と上側パッド16、および下側プラテン14と下側パッド18の相対的回転速度を操作することにより、除去速度比、ならびに表面および裏面から除去されるウェーハ材料の量の差異をさらに増大させることができる。とりわけ、上側プラテン12を、ウェーハ担体22と同一方向に同一回転速度で回転させる。このようにして、上側パッド16と各ウェーハWの間の相対的な動きが小さくなり、その結果、研磨時の除去量が少なくなる。表1は、上側および下側プラテン12,14、および内側および外側リングギア(リングギアの速度により担体22の速度が決定される。)の速度に対する適当な範囲と好適なパラメータを含む。また表1は、研磨時ダウンフォースの適当な範囲と、好適な研磨時ダウンフォースを含む。
【表1】
1マイナス符号は反時計方向を示し、正数は時計方向を示す。
【0016】
表面が接触する下側パッド18の温度を、裏面が接触する上側パッド16の温度よりも上げることにより、除去速度比、ならびに表面および裏面から除去されるウェーハ材料の量の差異をさらに増大させることができる。各研磨パッドの温度は、各パッドと接触する各プラテンと熱伝導する循環水により制御されている。型番AC1400および型番AC2000の研磨装置は、上側プラテン12と熱伝導する循環水の温度を制御する制御システムと、下側プラテン14と熱伝導する循環水の温度を制御する別の制御システムとを有する。こうした個別のシステムにより、ユーザは、上側パッド16に対する下側パッド14の温度を高くして、裏面よりもより多くの材料を表面から除去することができる。
【0017】
本発明の別の方法において、半導体ウェーハWは、従来式のラッピング装置(図示せず)内に配置され、ウェーハの厚みを削減し、ウェーハの平坦性を改善するためにラッピングされる(磨かれる)。ラッピング処理により厚みを削ることにより、スライス処理に起因する損傷を取り除くことができる。しかし、ラッピングステップは、ウェーハスライス処理で生じる損傷とは異なる特徴を有する損傷を表面および裏面に形成する。適当なラッピング装置は、独国RendsburgのPeter Wolters Coroprationで市販されているPeter Wolters型番AC1400およびAC2000を含む。このラッピング装置は、両面研磨装置と同じ装置であってもよい。このラッピング装置は、例えば約40ないし100ミクロンの所定の厚みのウェーハ材料を除去し、好適には、約70ミクロンがラッピング処理により除去される。従来式のラッピング装置の動作は、当業者には明白であるので、ここではさらに説明しない。
【0018】
ウェーハWの表面および裏面は、ラッピングステップ後に残存する表面上の損傷を取り除くためにエッチングされる。ウェーハWのナノトポグラフィに対する腐食性の(アルカリ性の)エッチャントの有害性は、酸性エッチャントよりも小さいので、用いられるエッチャントは、腐食性のエッチャントであることが好ましい。ウェーハは、他のさまざまなエッチング処理を行うことができるが、好適には、浸漬エッチングされる。エッチングステップの後、ウェーハWは端面研磨される。
【0019】
ウェーハWの平坦性を改善し、表面および裏面上のウェーハ損傷を低減するために、表面および裏面を同時に研磨する。同時研磨ステップを完了した後、裏面に残るウェーハ損傷は、表面上のウェーハ損傷よりも多い。好適には、ウェーハWの裏面から除去される除去されるウェーハ材料が、表面から除去されるウェーハ材料よりも少なくなるように、同時研磨ステップは、上述の方法を用いて実施される。より具体的には、裏面を研磨する際に用いられるパッドよりもより硬く、より粗いパッドを用いて、表面を研磨する。この方法において、表面と裏面におけるウェーハ除去量の差異を増大させるために、担体22の回転速度を操作しないことが好ましい。この回転速度を操作すると、裏面の材料除去に対する制御精度が低下して、裏面における粗さおよび光沢に不要なばらつきが生じることがある。
【0020】
表面における曇り(haze)および粗さを低減するために、ウェーハの表面が仕上研磨される。裏面のナノトポグラフィは、本発明の同時研磨法の後、十分に均一となるので、表面研磨する際、裏面のナノトポグラフィが表面のナノトポグラフィに悪影響を与えないものと考えられている。同時研磨した後の表面および裏面のナノトポグラフィは、好適には、2mm×2mm領域において20nmPV以下、および10mm×10mm領域において70nmPV以下である。さらに好適には、ナノトポグラフィは、2mm×2mm領域において10nmPV以下であり、さらにいっそう好適には、実質的にゼロである。表面を研磨した後は、表面および裏面を視覚的に、あるいはウェーハを仕上るために用いられるセンサにより区別できるように、表面が裏面よりも高い光沢値を有する。独国Gardner, Inc.で製造されたMirror−Tri−Gloss測定器を用いて測定すると、例えば、表面の光沢値は約370で、裏面の光沢値は、同じ測定器を用いると、約120である。さらに、同時研磨ステップの後、仕上研磨ステップの前においては、表面は裏面よりも高い光沢値を有する。
【0021】
好都合にも、このウェーハWを処理する方法は、裏面に施され、表面に施されない任意のステップから影響を受けない。したがってウェーハWは、同時両面研磨により実現される平坦性と平衡性を有し、仕上研磨ステップにより、光沢値の高い鏡面仕上げされた表面を有する。さらにこの方法によれば、表面と裏面が区別できるようにするため、裏面に対して追加的な処理を施す必要がない。さらに、同時両面研磨ステップで除去され、仕上研磨ステップにおいてさらに除去する必要のある、表面からの除去材料の量が少なく済むので、この方法は安価である。
【0022】
これまで説明したように、本発明のいくつかの目的が実現され、他の好適な結果が得られる。
【0023】
本発明またはその好適な実施形態の構成要素を導入する際、「a(1つの)」、「an(1つの)」、「the(その)」、および「said(その)」といった冠詞は、1つまたはそれ以上の構成部品が存在することを意味する。「comprising(備える)」、「including(有する)」、および「having(含む)」といった文言は、包括的な意味であって、列挙された構成部品以外の他の構成部品を含みうることを意味している。
【0024】
本発明の精神から逸脱することなく、上述の構成にさまざまな変形を加えることができるので、上記明細書に含まれる、あるいは添付図面に図示された内容はすべて、例示的なものであって、限定する意図はないものと解釈するべきである。
【0025】
いくつかの図面を通して、対応する参照符号は、対応する構成部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による方法で用いられる両面研磨装置の概略斜視がである。
【図2】図2は、本発明による半導体ウェーハを処理するための方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
10 研磨装置、12 上側プラテン、14 下側プラテン、16 上側研磨パッド、18 下側研磨パッド、22 ウェーハ担体、W ウェーハ。
Claims (10)
- 半導体ウェーハの表面および裏面を同時に研磨する方法であって、
(a)通常、第1および第2の研磨パッドの間に配置されたウェーハ担体を有する研磨装置を用意するステップと、第1の研磨パッドの硬度は、第2の研磨パッドの硬度より実質的に大きく、
(b)表面が第1の研磨パッドに面し、裏面が第2の研磨パッドに面するように、ウェーハをウェーハ担体内に配置するステップと、
(c)前記パッドの少なくともいずれか一方に研磨スラリを塗布するステップと、
(d)ウェーハ担体、第1の研磨パッド、および第2の研磨パッドを回転させるステップと、
(e)ウェーハの表面および裏面を研磨するために、表面を第1の研磨パッドに接触させ、裏面を第2の研磨パッドに接触させるステップと、
これにより、研磨後、ウェーハ材料が、第2の研磨パッドと係合する裏面から、表面よりも少なく除去され、裏面が、表面より少ない光沢を有することを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
第1の研磨パッドは、ポリウレタン含浸ポリエステル製のフェルト材料であり、第2の研磨パッドは、極微孔性ポリウレタン材料であることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
第1の研磨パッドは、第2の研磨パッドよりも実質的に大きい粗さを有することを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
第1の研磨パッドは、第2の研磨パッドよりも圧縮性が小さいことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
回転させるステップは、ウェーハの裏面から除去される材料が極力少なくなるように、ウェーハ担体、第1の研磨パッド、および第2の研磨パッドの相対的な回転速度を選択するステップを含むことを特徴とする方法。 - 請求項5に記載の方法であって、
回転させるステップは、ウェーハの裏面から除去される材料を極力少なくするために、ウェーハ担体および第2の研磨パッドを同じ方向に同じ速度で回転させるステップを含むことを特徴とする方法。 - 請求項5に記載の方法であって、
第1の研磨パッドは、1回転当たり、第2の研磨パッドよりも少なくとも5倍以上のウェーハ材料を除去することを特徴とする方法。 - 単結晶インゴットからスライス切断され、表面および裏面を有する半導体ウェーハを処理する方法であって、この方法は、順に、
(a)ウェーハの厚みを薄くし、ウェーハの平坦性を改善するために、ウェーハの表面および裏面をラッピングするステップと、このラッピングステップは、表面および裏面に損傷を形成し、
(b)ラッピングステップ後に残る表面上の損傷を削減するために、ウェーハの表面および裏面をエッチングするステップと、
(c)ウェーハの平坦性を改善し、表面および裏面上の損傷を削減するために、ウェーハの表面および裏面を同時に研磨するステップと、同時研磨ステップの完了後、裏面上に残るウェーハの損傷が、表面上に残るウェーハの損傷よりも多く、
(d)表面における曇りおよび粗さを低減するために、ウェーハの表面を研磨仕上げするステップと、その後、表面が裏面より高い光沢を有し、
この方法は、裏面に対して実施され、表面に対して実施されない任意のステップから影響を受けないことを特徴とする方法。 - 請求項8に記載の方法であって、
表面および裏面を同時に研磨するステップは、
(a)通常、第1および第2の研磨パッドの間に配置されたウェーハ担体を有する研磨装置を用意するステップと、
(b)表面が第1の研磨パッドに面し、裏面が第2の研磨パッドに面するように、ウェーハをウェーハ担体内に配置するステップと、
(c)前記パッドの少なくともいずれか一方に研磨スラリを塗布するステップと、
(d)ウェーハ担体、第1の研磨パッド、および第2の研磨パッドを回転させるステップと、
(e)ウェーハの表面および裏面を同時に研磨するために、表面を第1の研磨パッドに接触させ、裏面を第2の研磨パッドに接触させるステップと有し、
第1の研磨パッドの硬度は、第2の研磨パッドの硬度より実質的に大きく、
これにより、同時研磨ステップ後、ウェーハ材料が、第2の研磨パッドと係合する裏面から、より少なく除去され、表面が、裏面より高い光沢を有することを特徴とする方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
第1の研磨パッドの粗さは、第2の研磨パッドの粗さより実質的に大きいことを特徴とする方法。
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