JP2006261680A

JP2006261680A - 半導体基板を材料除去処理するための方法

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Publication number: JP2006261680A
Application number: JP2006075037A
Authority: JP
Inventors: Alexander Heilmaier; ハイルマイアーアレクサンダー; Robert Drexler; ドレクスラーロベルト; Anton Huber; フーバーアントン; Robert Weiss; ヴァイスロベルト
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2006-09-28
Also published as: DE102005012446A1; CN1833815A; US20060211338A1; TWI300737B; CN100553876C; DE102005012446B4; KR100751963B1; TW200702106A; US7108583B1; KR20060101391A

Abstract

【課題】半導体基板と、この半導体基板に向き合う砥石車を互いに独立して回転させて半導体基板を研削するものであって、砥石による半導体基板の損傷、特に基板の中央部の損傷を減少させ、次いで行われるエッチングを微少量とするか、またはエッチングを省くことが可能な方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１と、該半導体基板の回転中心が砥石車の作業領域鎖に含まれるように砥石車２とを横方向にずらして配置する。研削は半導体基板と砥石車を独立して回転させ、基板面と砥石車面が対面し相互に接近する方向に送りをかける。このとき半導体基板１の１回転中に、砥石車２と半導体基板１とを相互に接近する方向にストローク０．０３〜０．５μｍだけ送る。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板を材料除去処理するための方法であって、基板ホルダ上に保持された半導体基板と、この半導体基板に向き合うといし車とを互いに独立して回転させ、この際に、といし車を半導体基板に対して横方向にずらして配置して、半導体基板の軸方向中心をといし車の作業領域にもたらし、といし車を送り速度で半導体基板に向かって移動させ、それによってといし車と半導体基板とを相互に侵入させ、この間に半導体基板とといし車とを互いに平行な軸線を中心にして回転させることによって、半導体基板の表面を研削若しくは研磨し、この際に、所定の材料除去が得られてからといし車を戻し案内速度で戻し案内する方法に関する。

半導体基板の製造は、半導体基板を結晶から分離する段階と、次いで行われる、複数の材料除去処理段階とを有している。これらの除去段階は、できるだけ滑らかな表面と、半導体基板の平行な面とを得るために、並びに半導体基板に丸味の付けられた縁部を設けるために必要である。材料除去処理段階としては、一般的な形式で、半導体基板の縁部丸味付け、ラップ仕上げ（Laeppen）又は両面研削、エッチング及び研磨が挙げられる。両面研削特にラップ仕上げ等の処理段階は、基板表面に損傷を加えるので、次いで行われる段階（エッチング、研磨）でより多くの材料を除去する必要がある。

これは、半導体基板の微細研削によって、つまり微細な粒度を有するといし車を使用して表面研削を行うことによって避けることができる。この段階は、先行する処理段階による半導体基板の損傷を減少させ、次いで行われるエッチングの際に、少量の材料除去しか必要としないか、又はエッチング段階を完全に省くことができる。これによってまた、エッチングに伴う一般的な平坦性の劣化が減少され、次いで行われる研磨段階で少量の材料除去しか必要としなくなる。

半導体基板の表面研削のための方法及び装置は、例えばアメリカ合衆国特許第３９０５１６２号明細書、同第５４００５４８号明細書又はヨーロッパ特許第０９５５１２６号明細書により公知である。この場合、半導体基板はその一方の表面が基板ホルダに固定され、その他方の表面がといし車によって処理される。この処理は、基板ホルダとといし車とが回転し、互いに押し付けられることによって行われる。この場合、半導体基板は、その中心が基板ホルダの回転中心とほぼ合致するように、基板ホルダに固定される。しかもといし車は、半導体基板の回転中心が作業領域内に達するか、若しくはといし車の歯列によって形成された縁部領域内に達するように、位置決めされる。これによって、半導体基板の表面全体が、運動することなく研削平面内で研削される。

ヨーロッパ特許第１００４３９９号明細書には、このような方法を実施する際に、半導体基板の研削された表面上に、互いに一定の間隔を保って研削ストリップが設けられているものが開示されている。設けられた研削ストリップ間の間隔は、研削パラメータ特に、基板ホルダ及びといし車の回転数に関連している。研削ストリップと、次いで行われる研磨段階における、研削ストリップを完全に取り除くために必要な材料除去との間に関連性がある。研磨による材料除去をできるだけ少なく維持するために、半導体基板が載せられている基板ホルダの低回転数が必要とされ、また研削ストリップの１．６ｍｍ又はそれより少ない間隔が必要とされる。

勿論、基板ホルダの低回転数で研削される半導体基板における広範囲の平坦性を測定する際に、半導体基板の中心に欠陥が生じる。広範囲の平坦性は、所定の縁部スペースを差し引いた半導体基板の表面全体に関連している。広範囲の平坦性は、ＧＢＩＲ（“global backsurface-referenced ideal plane/range”＝半導体基板の表側全体のための、裏側に関連して理想の平面に対する正及び負のずれの範囲）によって記載されており、このＧＢＩＲは、従来用いられていた説明ＴＴＶ（“total thickness variation”＝全厚さ変化）に相当する。

従来技術により公知の方法は、ジオメトリー及びナノ微細加工（半導体基板の表面上のナノメートル範囲の非平坦性）に関連して欠点がある。ヨーロッパ特許第１００４３９９号明細書に記載された方法によれば、半導体基板の中央部に局所的なジオメトリーの低下が見られる。これは、このような半導体基板の中央部における欠陥は簡単な研磨では取り除くことができないので、不都合である。従って、表面研削の重要な利点、つまり次いで行われる研磨の際に僅かな材料除去しか必要としない、という重要な利点が得られない。
アメリカ合衆国特許第３９０５１６２号明細書アメリカ合衆国特許第５４００５４８号明細書ヨーロッパ特許第０９５５１２６号明細書ヨーロッパ特許第１００４３９９号明細書

そこで本発明の課題は、処理しようとする半導体基板のジオメトリー（幾何学的形状）を改善することができるような、冒頭に述べた形式の、半導体基板を材料除去処理するための方法を提供することである。

この課題を解決した本発明の、半導体基板を材料除去処理するための方法によれば、基板ホルダ上で保持された半導体基板と、この半導体基板に向き合うといし車とを互いに独立して回転させ、この際に、といし車を半導体基板に対して横方向にずらして配置して、半導体基板の軸方向中心をといし車の作業領域にもたらし、この際に、といし車を送り速度で半導体基板に向かって移動させ、それによってといし車と半導体基板とを相互に侵入させ、この間に半導体基板とといし車とを互いに平行な軸線を中心にして回転させることによって、半導体基板の表面を研削し、この際に、所定の材料除去が得られてからといし車を戻し案内速度で戻し案内する方法において、半導体基板の１回転中に、といし車と半導体基板とを相互にストローク０．０３〜０．５μｍだけ侵入（zustellen）運動させるようにした。

半導体基板とといし車とは、互いに向き合って位置していて、互いに平行な軸線を中心にして回転し、一方、といし車と半導体基板とは相互に侵入し合い、半導体基板の表面が研削されるようになっている。

といし車と半導体基板とは送り速度Ｒで互いに侵入せしめられる。といし車と半導体基板との互いの侵入ストロークｘは、半導体基板の回転数ｎ及び速度Ｒとの次の式によって得られる。
ｘ＝Ｒ／ｎ
半導体基板の１回転中に、といし車と半導体基板とは互いにストロークｘだけ侵入せしめられる。

といし車と半導体基板との互いの侵入ストロークｘとは、研削中に半導体基板の１回転後に半導体基板上に形成される研削段部の高さ（深さ）のことでもある。

侵入ストロークが大きすぎると、といし車若しくはといし車の噛み合い領域が移動する。つまり半導体基板と接触して材料が除去される、といし車の領域が、半導体基板の研削中に、１研削段部だけ侵入する。この場合、といし車は主にその一方の側面で研削を行い、それによってこの側面が摩耗する。この際に、といし車のこの一方の側面がといし車の主噛み合い領域である。主噛み合い領域とは、材料除去処理の大部分を行う、といし車の噛み合い領域若しくは作業領域のことである。

これは、侵入ストロークｘが十分に小さく選択されていれば避けることができる。何故ならばそれによって、形成される研削段部の深さも小さいからである。この場合、といし車の主噛み合い領域はといし車の一方の側面ではなく、原則的に、といし車若しくはその作業領域の、半導体基板に接触するすべての表面である。侵入ストロークは小さいが、ゼロではないので、侵入段階後にといし車の所定の一方の側面の摩耗が形成される。この摩耗によって、といし車の主噛み合い領域が移動することになる。といし車と半導体基板との間の相互の侵入は、といし車の主噛み合い領域が、半導体基板の１回転中に半導体基板の表面の各ポイントに一回だけ接触するように、つまり、半導体基板の表面上の各ポイントが半導体基板の１回転中に一回だけ研削されるように、選定されている。

本発明の方法によれば、これは、半導体基板の１回転中に、といし車と半導体基板とをストローク０．０３〜０．５μｍだけ侵入運動させることによって得られる。

これによって、公知の方法において生じた半導体基板の中央部における欠陥を著しく減少させることができる。これは、従来技術において公知の方法を実施する際には、半導体基板の中央部が常に一緒に研削され、それによって連続的に材料除去が行われるのに対して、本発明の方法によれば、といし車の主噛み合い領域の直径が小さく選定されていて、半導体基板の各ポイントが、半導体基板の１回転中にといし車に一度だけ接触し、それによって半導体基板の各ポイントがほぼ均一に材料除去されるからようになっているからである。

研削段部は、研削過程後に放電、いわゆるスパークアウト（spark-out）によって、といし車と半導体基板との相互の侵入運動が終了せしめられ、これに対して、２つのテーブルがさらに回転し、ゆっくりとしたエスケープ（Escape）、つまりといし車がゆっくりとした戻し案内速度で戻し案内されることによって、取り除かれる。

以下に、種々異なる回転数ｎ及び送り速度Ｒのための、といし車の侵入ストロークｘの値が示されている。送り速度は毎分１０〜２０μｍの範囲内であって、半導体基板の回転数は５〜３００min^−１（毎分５〜３００回転）である。

以下に図１〜図１０を用いて本発明を説明する。

図１は、本発明の方法を実施するために適した装置を示し、
図２は、研削された表面及び研削段部を有する半導体基板を示し、
図３は、といし車の歯及び、大きい侵入ストローク、つまり深い研削の場合の、といし車の歯の主作用領域を示し、
図４は、といし車の歯及び、深い研削の場合の、といし車の歯の摩耗後の研削ポイントを示し、
図５は、といし車の歯、半導体基板の区分及び、小さい侵入ストローク、つまり浅い研削の場合のといし車の歯の主作用領域を示し、
図６は、といし車の歯、半導体基板の区分及び、浅い研削の場合のといし車の歯の摩耗後の研削ポイントを示し、
図７は、半導体基板及び、浅い研削の場合のといし車の主作用領域を示し、
図８は、半導体基板及び、深い研削の場合のといし車の主作用領域を示し、
図９は、浅い研削後の半導体基板におけるGBIR−測定結果を示し、
図１０は、深い研削後の半導体基板におけるGBIR−測定結果を示す。

図１には、本発明による方法を実施するために適した装置が示されている。この場合、半導体基板１は基板ホルダ３上に載せられている。といし車２が設けられており、このといし車２はテーブル４に保持される。といし車２の歯列２１が示されている。基板ホルダ３とテーブル４とは、互いに独立して回転せしめられる。半導体基板１は、その中心が基板ホルダ３の回転中心と合致するように、つまり半導体基板の軸方向中心と基板ホルダの回転軸線５とが合致するように、基板ホルダ３上に固定されている。テーブル４は側方にずらして配置されていて、半導体基板１の軸方向中心線（回転軸線）５が、歯列２１によって形成された、といし車２の作業領域内に達するように、位置決めされている。テーブル４はといし車２と共に回転軸線６を中心にして回転し、これに対して基板ホルダ３は半導体基板１と共に回転軸線５を中心にして回転する。垂直方向で運動することによって、テーブル４はといし車２と共に、基板ホルダ３上に載せられた半導体基板１上に押し付けられ、それによってといし車と半導体基板とは相互に侵入し合い、半導体基板１の表面が研削される。

図２には、研削された表面と、半導体基板１の１回転後の研削段とを有する半導体基板１が示されている。といし車と半導体基板とは、この半導体基板１の１回転中に互いにストロークｘだけ侵入し合う。

図３には半導体基板１の区分及び、といし車２の歯列２１が示されている。といし車は１研削段だけ前進する。これは、といし車と半導体基板との侵入程度が大きい、つまり例えば２μｍの場合である。といし車２の歯の主噛み合い領域がハッチング（細かい斜線）で示されている。

図４には、１侵入段階の大きい侵入を選択した場合の、１侵入段階後にといし車２の歯２１がどの程度摩耗するかが示されている。さらに、これによってといし車若しくは研削ポイント７の歯２１の主噛み合い領域がどの程度ずれるかが示されている。研削ポイント７は、最初に半導体基板１に接触するといし車２の歯２１のポイントを示している。

図５には、半導体基板１の区分と、といし車２の歯２１とが示されている。また、といし車２の歯２１の主噛み合い領域がハッチングで示されている。これは、といし車と半導体基板との相互の侵入が小さい、例えば０．１μｍの場合である。原則的に、といし車２の歯２１は、半導体基板１に接触する面全体で研削を行う。

図６には、といし車２と半導体基板１との間の相互の侵入が小さい場合に、といし車２の歯２１が面状に摩耗することが示されている。また、図４と比較してさらに右に位置している研削ポイント７が示されている。１侵入段階後に、といし車２の歯２１が摩耗し、それによって研削ポイント７がずれている。主噛み合い領域は、といし車２の歯２１のほぼ中心にずらされている。図４と比較して、主噛み合い領域若しくは研削ポイント７は、右にずらされている。従って、といし車２の主噛み合い領域の直径は小さい（図７及び図８参照）。これは、といし車と半導体基板との相互の侵入ストロークが、半導体基板の１回転中に０．０３μｍ〜０．５μｍの場合である。

図７及び図８には、中央領域における本発明による方法の影響が示されている。２つの半導体基板１と、といし車のそれぞれの主噛み合い領域８とが示されており、この場合、図７では半導体基板１の各ポイント、つまり中央領域も、半導体基板の１回転中に１回だけといし車２と接触しており、これはといし車２と半導体基板１とが互いに０．０３〜０．５μｍだけ侵入し合っている場合であって、また図８では、半導体基板１の中心領域がといし車の主噛み合い領域８と常に接触しており、これはといし車２と半導体基板１とが相互に大きく侵入し合う場合である。

原則的に、本発明の方法によって実施されている、といし車の主噛み合い領域のずらしを、といし車の回転軸線をずらすことによって得られるようにすることも考えられるが、これは、一般的な形式で用いられるすべての研削機においては不可能であって、いずれにしても高価な費用を必要とするので、前記方法を実施する場合には有利ではない。

前記方法で処理された半導体基板は、有利な形式で、シリコン、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウムの半導体材料より成る基板であるか、又はＧａＡｓ、単結晶半導体材料より成る基板、エピタキシャル析出層を備えた半導体基板、焼き入れされた層例えば焼き入れされたシリコン層を備えた半導体基板又はＳＯＩ（Silicon-on-Insulator）基板等の複合半導体より成る基板である。

前記方法においては、有利な形式で微細な粒度♯２０００又はそれ以上の微細な粒度を有するといし車が使用される（日本工業規格ＪＩＳＲ６００１：１９９８）。

送り速度は有利な形式で毎分１０〜２０μｍである。

といし車及び半導体基板は、半導体基板の１回転中に、互いに０．０３〜０．１μｍのストロークだけ侵入せしめられる。

といし車の回転数は、有利な形式で１０００〜５０００min^−１（毎分１０００〜５０００回転）である。

半導体基板の回転数は、研削中、スパークアウト（spark-out）中、といし車の戻し案内中（エスケープ；Escape）に、有利な形式で５０〜３００min^−１、特に有利には２００〜３００min^−１である。

直径３００ｍｍの半導体基板が、ディスココーポレーション（Disco Corporation）の、微細な粒度♯２０００（粒度５〜６μｍ）を有するといし車によって処理される。送り速度はそれぞれ毎分１０μｍである。

例：
本発明に従って、直径３００ｍｍの半導体基板が、小さい侵入ストロークｘ＝０．０３３μｍで処理され、次いで粗度及びＧＢＩＲに関して検査された。

半導体基板１、半導体基板の回転数ｎ＝３００min^−１、侵入ストロークｘ＝０．０３３μｍ、
得られた粗さの値は次の通り：

図９には、この半導体基板におけるＧＢＩＲ測定の結果が示されている。半導体基板の中心部において、比較例よりも著しく弱められた欠陥（Defekt）が見られる。

比較例：
同様に直径３００ｍｍの半導体基板の表面が研削されているが、この場合、侵入ストロークｘ＝２μｍで処理され、次いで同様に粗度及びＧＢＩＲに関して検査された。

半導体基板２、半導体基板の回転数ｎ＝５min^−１、侵入ストロークｘ＝２μｍ、
得られた粗さの値は次の通り：

図１０には、この半導体基板のＧＢＩＲ測定の結果が示されている。半導体基板の中心部において明らかな正孔が見られる。

といし車と半導体基板とが小さい侵入ストロークｘ＝０．０３３μｍで研削された後の粗度のための著しく改善された値が示されている。本発明の方法によれば、ジオメトリー（幾何学的形状）の改善だけではなく、半導体基板の良好な表面品質も得られる。

本発明の方法を実施するために適した装置の概略的な側面図である。研削された表面及び研削段を有する半導体基板の概略的な斜視図である。といし車の歯及び、大きい侵入ストローク、つまり深い研削の場合の、といし車の歯の主作用領域を示す概略図である。といし車の歯及び、深い研削の場合の、といし車の歯の摩耗後の研削ポイントを示す概略図である。といし車の歯、半導体基板の区分及び、小さい侵入ストローク、つまり浅い研削の場合のといし車の歯の主作用領域を示す概略図である。といし車の歯、半導体基板の区分及び、浅い研削の場合のといし車の歯の摩耗後の研削ポイントを示す概略図である。半導体基板及び、浅い研削の場合のといし車の主作用領域を示す概略図である。半導体基板及び、深い研削の場合のといし車の主作用領域を示す概略図である。浅い研削後の半導体基板におけるGBIR−測定結果を示す線図である。深い研削後の半導体基板におけるGBIR−測定結果を示す線図である。

Claims

半導体基板を材料除去処理するための方法であって、基板ホルダ上で保持された半導体基板と、この半導体基板に向き合うといし車とを互いに独立して回転させ、この際に、といし車を半導体基板に対して横方向にずらして配置して、半導体基板の軸方向中心をといし車の作業領域にもたらし、この際に、といし車を送り速度で半導体基板に向かって移動させ、それによってといし車と半導体基板とを相互に侵入させ、この間に半導体基板とといし車とを互いに平行な軸線を中心にして回転させることによって、半導体基板の表面を研削し、この際に、所定の材料除去が得られてからといし車を戻し案内速度で戻し案内する方法において、
半導体基板の１回転中に、といし車と半導体基板とをストローク０．０３〜０．５μｍだけ侵入運動させることを特徴とする、半導体基板を材料除去するための方法。
粒度♯２０００又はそれよりも微細な粒度を有するといし車を使用する、請求項１記載の方法。
といし車の回転数を１０００〜５０００min^−１とする、請求項１又は２記載の方法。
研削中、スパークアウト中及びといし車の戻り案内中に、半導体基板の回転数を５０〜３００min^−１とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
半導体基板の回転数を２００〜３００min^−１とする、請求項４記載の方法。
送り速度を毎分１０〜２０μｍとする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
といし車と半導体基板とを、半導体基板の１回転中に、ストローク０．０３〜０．１μｍだけ相互に侵入させる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。