JP2011155265A

JP2011155265A - 半導体ウェハの製造方法

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Publication number: JP2011155265A
Application number: JP2011014278A
Authority: JP
Inventors: Juergen Schwandner; シュヴァントナーユルゲン; Michael Kerstan; ケルスタンミヒャエル
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: KR20110088388A; DE102010005904A1; TWI420585B; TW201126588A; JP5538253B2; DE102010005904B4; SG173290A1; US8529315B2; US20110183582A1; CN102169821A; CN102169821B; KR101152113B1

Abstract

【課題】半導体ウェハの良好な幾何学的形状のみならず良好なナノトポグラフィも達成し、且つ４５０ｍｍのウェハにも適している、半導体ウェハを製造するための新規の処理シーケンスを提供する。
【解決手段】規定の順序において：（ａ）単結晶からスライスされた半導体ウェハを同時に両面で材料除去する加工工程；（ｂ）アルカリ性媒体による該半導体ウェハの両面の処理工程；（ｃ）該半導体ウェハの前面及び裏面の研削工程；（ｄ）０．１〜１．０μｍの平均粒径を有する砥粒を含有する研磨パッドによる半導体ウェハの両面の研磨工程；（ｅ）砥粒を含有する研磨剤の供給下での、砥粒を含有しない一次研磨パッドによる該半導体ウェハの前面の研磨工程；（ｆ）該前面の化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程
を有する、半導体ウェハの製造法によって達成される。
【選択図】なし

Description

本発明は半導体ウェハの製造方法に関する。

従来技術によれば、半導体ウェハは複数の連続した処理工程で製造され、それは一般的に以下のグループに細分化され得る：
ａ）半導体材料からなる単結晶の製造（単結晶引き上げ法）；
ｂ）個々のウェハへの半導体単結晶の分離（"ウェハリング"、"ソーイング"）；
ｃ）半導体ウェハの機械的加工；
ｄ）半導体ウェハの化学的加工；
ｅ）半導体ウェハの化学機械的加工；
ｆ）半導体ウェハの熱処理及び／又は半導体ウェハのエピタキシャル被覆。

更に、複数の二次的な工程、例えば洗浄、計測及び実装が存在する。

通常、半導体単結晶は、融液から単結晶を引き上げることによって（ＣＺ又は"チョクラルスキー"法）又は多結晶半導体材料からなる棒を再結晶させることによって（ＦＺ又は"フローティングゾーン"法）製造される。

公知の分離法には、ワイヤソーイング（"マルチワイヤスライシング(multi-wire slicing)"、ＭＷＳ）及び内周刃ソーイングが包含される。

ワイヤソーイングの場合、１つの結晶片から複数の半導体ウェハが１回の作業過程においてスライスされる。

機械的加工は、ソーイングうねりを取り除くために、比較的粗いソーイングプロセスによって結晶的に損傷されているか又はソーイングワイヤによって汚されている表面層を取り除くために、また主として半導体ウェハの全体のレベリングのために役立つ。この場合、平面研削（片面、両面）及びラッピング、並びに機械的エッジ加工工程が公知である。

片面研削の場合、半導体ウェハの裏面が支持体（"チャック"）に保持され、且つ前面がカップ型研削ディスクにより支持体と研削ディスクとの回転下で、且つ半径方向の緩慢な送り出しによりレベリングされる。半導体ウェハの平面研削のための方法及び装置は、例えばＵＳ−３，９０５，１６２及びＵＳ−５，４００，５４８又はＥＰ−０９５５１２６から公知である。この場合、半導体ウェハがウェハホルダに、その表面の１つによって固定的に保持され、他方で、その反対の表面が研削ディスクを用いて、ウェハホルダと研削ディスクとを回転させ、且つ互いに押しつけることによって加工される。この場合、半導体ウェハはウェハホルダに、その中心が実質的にウェハホルダの回転中心に相当するように固定される。そのうえ研削ディスクは、半導体ウェハの回転中心が作業領域に又は歯状物が形成された該研削ディスクのエッジ領域に達するように配置される。結果として、半導体ウェハの全表面が研削面での任意の挙動なしに研削されることができる。

同時両面研削（"ダブルディスク研削(double-disk grinding)"、ＤＤＧ）の場合、半導体ウェハの両面が、向かい合う同一軸線上に取り付けられた２つの研削ディスクの間で自由に浮遊する形で同時に加工され、且つ該処理において、前面及び裏面に作用する水クッション（流体静力学原理）又はエアクッション（空気静力学原理）の間で束縛力がほとんどない形でガイドされ、且つ周囲を取り囲む薄いガイドリングによって又は個々の半径方向スポークによって、半径方向に解放されて浮遊することが防止される。

ラッピングの場合、半導体ウェハは、特定の圧力下で、上方及び下方の加工ディスク（たいてい鋼材から成り、且つ通常はラップ剤のより良好な分散のためのチャネルが備え付けられている）の間に砥粒材料を含有するスラリを供給しながら動かされ、それによって半導体材料が取り除かれる。

ＤＥ１０３４４６０２Ａ１及びＤＥ１０２００６０３２４５５Ａ１は、ラッピングのそれに類似した動作シーケンスを伴う複数の半導体ウェハの両面の並行した同時研削法を開示するが、しかし、それは作業ディスクに施与されている作業層（"フィルム"、"パッド"）に固定的に結合されている砥粒が使用されることを特徴とする。このタイプの方法は、"ラッピング動力学による精密研削(fine grinding with lapping kinematics)"又は"遊星形パッド研削(planetary pad grinding)"（ＰＰＧ）と呼ばれる。

２つの作業ディスク上に固着されている、ＰＰＧの場合に使用される作業層は、例えばＵＳ６，００７，４０７Ａ及びＵＳ６，５９９，１７７Ｂ２に記載されている。加工の間、半導体ウェハは、半導体ウェハを収容するための相応する開口部を有する薄いガイドケージ、いわゆるキャリア中に挿入されている。該キャリアは、内側及び外側の歯付きリングを有する転動装置に噛み合う外側歯部を有し、且つこの転動装置によって、上方及び下方の作業ディスクの間で形成される作業間隙中に移動される。

任意の機械的マーキング、例えば配向ノッチを含む半導体ウェハのエッジは、通常はまた加工される（"エッジラウンディング(edge rounding)"、"エッジノッチ研削(edge notch grinding)"）。このために、異形成形された研削ディスクによる慣例の研削工程あるいは連続的又は周期的な工具送りによるベルト式研削法が用いられる。

たいてい、これらのエッジラウンディング法は、該エッジが未加工の状態において特に破損しやすく、且つ半導体ウェハがエッジ領域における僅かな圧力負荷及び／又は温度負荷によってさえも損傷を受ける可能性があることから準備される。

研削され、且つエッチング媒体で処理されたウェハエッジは、たいてい後続の加工工程において研磨される。この場合、中心で回転する半導体ウェハのエッジは、中心で回転する研磨ドラムに特定の力（接触圧力）で押し付けられる。ＵＳ５，９８９，１０５は、このタイプのエッジ研磨法を開示しており、その際、研磨ドラムはアルミニウム合金から成り、且つそれに加えられた研磨パッドを有する。半導体ウェハは、たいてい平坦なウェハホルダ、いわゆるチャック上に固定されている。半導体ウェハのエッジはチャックから突き出しているため、研磨ドラムに自由に接触可能である。

化学的加工工程の類には、湿式化学的洗浄及び／又はエッチング工程が含まれる。

化学機械的加工工程の類には、研磨工程が含まれ、該工程により、部分的に化学反応と、部分的に機械的材料除去（アブレーション）とによって表面が平滑化され、且つ該表面の残留損傷部が取り除かれる。

一つの面で作業される研磨法（"片面研磨"）は、一般に比較的乏しい平面平行度をもたらす一方で、２つの面に作用させる研磨法（"両面研磨"）は、改善された平坦度を有する半導体ウェハの製造を可能にする。

研削、洗浄及びエッチング工程後に、従来技術によれば、半導体ウェハの表面は一次研磨(stock removal polishing)によって平滑化される。片面研磨（ＳＳＰ）の場合、半導体ウェハは処理の間、支持体プレート上に裏面が、セメントを用いて真空により又は接着によって保持される。両面研磨（ＤＳＰ）の場合、半導体ウェハは、薄い歯付きディスク中に緩く挿入され、且つ前面及び裏面が同時に、研磨パッドで覆われた上方及び下方の研磨定盤の間で"自由に浮遊する"形で研磨される。

更に、しばしば半導体ウェハの前面は、例えばアルカリ性研磨ゾルを用いた軟質研磨パッドによって、ヘイズフリー様に研磨される。

この工程は、刊行物中でＣＭＰ研磨（"化学機械的研磨"）と称されることが多い。ＣＭＰ法は、例えばＵＳ２００２−００７７０３９及びＵＳ２００８−０３０５７２２に開示されている。

従来技術は同様に、いわゆる"固定砥粒研磨"（ＦＡＰ）技術を開示しており、その際、シリコンウェハは研磨パッド上で研磨され、しかしながら、該研磨パッドは、該パッド中に砥粒材料を結合して含有する（"固定砥粒パッド"）。かかるＦＡＰ研磨パッドが使用される研磨工程は、下記では略してＦＡＰ工程と呼ぶ。

ＷＯ９９／５５４９１Ａ１は、第一のＦＡＰ研磨工程と、引き続く第二のＣＭＰ研磨工程とを有する二段階の研磨法を記載している。ＣＭＰにおいて研磨パッドは、結合された砥粒材料を含有しない。ここでは、ＤＳＰ工程の場合のように、砥粒材料がスラリの形態でシリコンウェハと研磨パッドとの間に導入される。かかる二段階の研磨法は、特に、ＦＡＰ工程によって基板の研磨された表面上に残ったスクラッチを除くために使用される。

独国特許出願ＤＥ１０２００７０３５２６６Ａ１は、１つの研磨工程では、固体としての結合されていない砥粒材料を含有する研磨剤スラリが基板と研磨パッドとの間に導入されており、他方で、第二の研磨工程では、研磨剤スラリが、固体を有さない研磨剤溶液で置き換えられているという点で異なるＦＡＰ型の２つの研磨工程を有する、シリコン材料から成る基板の研磨法を記載している。

しばしば半導体ウェハには、エピタキシャル層、すなわち単結晶様に成長し且つ同じ結晶配向を有する層が備えられており、該層上には半導体部品が後になって施与される。かかるエピタキシャル被覆された半導体ウェハは、均質材料から成る半導体ウェハと比較して、ある一定の利点、例えば部品の短絡によって引き起こされるバイポーラＣＭＯＳ回路中での電荷反転の阻止（"ラッチアップ"問題）、低い欠陥密度（例えば減少した数のＣＯＰｓ（"結晶由来粒子"(crystal-originated particles)）及び測定可能な酸素含有量の不在の利点を有し、それによって部品関連の領域での酸素析出物に起因した短絡のリスクを排除することが可能である。

非常に重要なことは、上記の機械的及び化学機械的な又は純粋に化学的な方法工程が、半導体ウェハを製造するための処理シーケンスにおいてどのように配置されているかである。

慣例の研磨工程、例えばＳＳＰ、ＤＳＰ及びＣＭＰ、エッチング処理及びエピタクシー工程は、特にエッジ領域中での半導体ウェハの平坦度の低下をもたらすことが公知である。

従来技術においては、平坦度の低下も最小に制限するために、研磨する間の材料除去量を最小限にするよう努められていた。

このために、例えば精密研削工程を導入することが提案されていた。精密研削は、ＤＤＧの場合より微細な砥粒を有する研削工具を使用することを意味している。

かかる精密研削の利点は、ＤＥ１０２００５０１２４４６に開示されている。エッチング及び研磨に際しての材料除去量は、精密研削によって減少させることができる。これにより、ＤＤＧ又はＰＰＧのような研削工程に従った良好な幾何学的形状が、後続のエッチング及びポリシングによって過度に悪化するのを防ぐことが可能になる。

しかしながら、半導体ウェハのナノトポグラフィも重要な役割を果たす。ナノトポログラフィは、２ｍｍ×２ｍｍの面積を有する正方形の測定窓に対する高さ変動ＰＶ（＝"ピーク／バレー"）として表されることができる。

ＫＬＡＴｅｎｃｏｒ社のＮａｎｏｍａｐｐｅｒ^(R)が、ナノトポグラフィを調べるために頻繁に用いられる。

この干渉計は、半導体ウェハの前面で−２０ｎｍ及び＋２０ｎｍの範囲の形態を測定するのに適している。測定の間、半導体ウェハは、軟質、平坦なウェハホルダ（チャック）に載置される。結果生じるピーク／バレー（ＰＶ）値はフィルタリング（ガウス高域フィルタ）され、且つピーク／バレー偏差に対して直径２ｍｍを有する円で（付加的に直径１０ｍｍを有する円でも）分析される。ＴＨＡ（"threshold height analysis"）分析（詳細については、ＳＥＭＩスタンダードＭ４３を参照のこと）においては、３つのシグマ−ＰＶ値が最終的に全てのＰＶ値の分布から、いわゆるＴＨＡ値として算出される。

ＴＨＡ値は、分析窓の大きさを示すために、ＴＨＡ−２ｍｍ又はＴＨＡ−１０ｍｍと呼ばれることもある。精密研削は、より小規模なエッチング除去及び研磨除去を可能にするが、ＴＨＡ−２ｍｍ値に不利に影響し、すなわち、より短い起伏のナノトポグラフィの悪化を伴うことがわかった。

かかるトポグラフィーの差分は、いわゆるストリエーション(striations)の形態でも頻繁に生じる。これらのストリエーションはドーパンド濃度の変動に帰すことができる。これらの線条構造は、化学的又は化学機械的な加工工程の後に明らかになる。

先行公開されていない、整理番号１０２００９０３０２９６．４の独国特許出願においては、ＦＡＰ研磨がこれに関して利点を提供し得ないことが示唆されている。

最終的に、半導体ウェハのエッジ形状も重要である。半導体ウェハの最も外側のエッジ領域にすら最新のリソグラフィ法（液浸リソグラフィ）を適用できるようにするために、エッジ形状の改善が不可避である。従来技術が少なくとも示唆していることは、慣例のＤＳＰ研磨が、特に４５０ｍｍの新世代のウェハに鑑みて、これに関して新しい研磨法で置き換えられるべきことである。

ＵＳ−３，９０５，１６２ＵＳ−５，４００，５４８ＥＰ−０９５５１２６ＤＥ１０３４４６０２Ａ１ＤＥ１０２００６０３２４５５Ａ１ＵＳ６，００７，４０７ＡＵＳ６，５９９，１７７Ｂ２ＵＳ５，９８９，１０５ＵＳ２００２−００７７０３９ＵＳ２００８−０３０５７２２ＷＯ９９／５５４９１Ａ１ＤＥ１０２００７０３５２６６Ａ１ＤＥ１０２００５０１２４４６ＤＥ１０２００９０３０２９６．４

記載される問題領域から、本発明の課題の設定が生まれた。該課題は、半導体ウェハの良好な幾何学的形状のみならず良好なナノトポグラフィも達成し、且つ４５０ｍｍのウェハにも適している、半導体ウェハを製造するための新規の処理シーケンスを提供することであった。

本発明の課題は、規定の順序において：
（ａ）単結晶からスライスされた半導体ウェハを同時に両面で材料除去する加工工程、その際、該半導体ウェハを、２つの回転する環状作業ディスクの間で加工し、その際、それぞれの作業ディスクは、５．０〜２０．０μｍの平均粒径を有する砥粒を含有する；
（ｂ）アルカリ性媒体による該半導体ウェハの両面の処理工程；
（ｃ）該半導体ウェハの前面及び裏面の研削工程、その際、そのつど半導体ウェハの一方の面をウェハホルダによって固定的に保持し、他方で、もう一方の面を研削工具によって加工する；その際、該研削工具は、１．０〜１０．０μｍの平均粒径を有する砥粒を含有し、その際、該砥粒の平均粒径は、工程（ａ）で使用される作業ディスクの砥粒の平均粒径より小さい；
（ｄ）０．１〜１．０μｍの平均粒径を有する砥粒を含有する研磨パッドによる半導体ウェハの両面の研磨工程；
（ｅ）砥粒を含有する研磨剤の供給下での、砥粒を含有しない一次研磨パッドによる該半導体ウェハの前面の研磨工程；
（ｆ）該前面の化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程
を有する、半導体ウェハの製造法によって達成される。

それゆえ本発明による方法は、工程（ａ）で、半導体ウェハの前面及び裏面の同時両面加工を有し、その際、工程（ｃ）が、順次に前面及び裏面で行われる半導体ウェハの精密研削を提供するのに対して、この工程は、半導体ウェハの粗研削を含んでいる。

工程ａ）はＤＤＧ又はＰＰＧであってもよい。

ＰＰＧが有利である。この場合、半導体ウェハは、ラッピング及びＤＳＰの場合と類似した形でキャリアの切欠き部に置かれている。

また半導体ウェハの表面の加工に関して、前面及び裏面のＦＡＰ研磨が工程（ｄ）で、且つ半導体ウェハの前面のＣＭＰ研磨が工程（ｆ）で提供される。

工程(ｅ）は一次研磨処理であり、その際、しかしながら、ＤＳＰとは異なり、半導体ウェハの前面のみが研磨される。

本発明による方法の本質的な工程及びその有利な実施態様を以下で詳説する。

まず半導体ウェハを、ＣＺ又はＦＺにより成長した半導体材料から成る単結晶からスライスする。半導体ウェハを、有利にはワイヤソーによりスライスする。ワイヤソーによる半導体ウェハのスライシングは、例えばＵＳ４６５５１９１、ＥＰ５２２５４２Ａ１、ＤＥ３９４２６７１Ａ１又はＥＰ４３３９５６Ａ１から公知の方法で行う。

成長した半導体材料から成る単結晶は、有利にはシリコンから成る単結晶である。

半導体ウェハは、有利には単結晶シリコンウェハである。

請求項１に従った方法は、工程（ａ）〜（ｆ）に従った所定の順序で行われる。

半導体ウェハのエッジを、有利には工程（ｆ）、すなわちＣＭＰ研磨の前又は後に研磨する。

２回のエッジ研磨処理を実施することもまた有利であり、その際、１回目のエッジ研磨処理がＣＭＰ研磨前に行われ、２回目のエッジ研磨処理がＣＭＰ研磨後に行われ、その際、２回目のエッジ研磨処理は、有利には優しく除去するシリカゾルを用いて行われる（ソフトエッジ研磨）。

有利には、工程（ａ）に従って半導体ウェハを単結晶からスライスした後で、且つ該半導体ウェハの表面を研削する前に、粗研磨剤を用いた半導体ウェハのラウンディングの処理を行う。この場合、半導体ウェハにラウンドエッジが設けられる。

このために、半導体ウェハは回転テーブル上に固定され、且つそのエッジが、同様に回転する加工工具の作業面に対して送り出される。この場合に使用される加工工具はディスクとして形成されていてよく、それらは主軸にしっかり取り付けられており、且つ半導体ウェハのエッジを加工するための作業面として用いられる円周面を有する。

このために適した装置は、例えばＤＥ１９５３５６１６Ａ１に開示されている。

有利には、半導体ウェハには、該ウェハの前面及び該ウェハの裏面で同じ性質のファセットを有する該ウェハの中心面に対して対称性のプロファイル又は、しかし前面及び裏面で種々のファセット幅を有する非対称性のエッジプロファイルが備え付けられている。この場合、半導体ウェハのエッジは、目標プロファイルと形状的に似たプロファイルを取得する。

使用される研削ディスクは、有利には溝付きプロファイルを有する。有利な研削ディスクは、ＤＥ１０２００６０４８２１８Ａ１に開示されている。

作業面は、研磨布又は研磨ベルトの形態で形成されていてもよい。

材料を除去する砥粒、有利にはダイヤモンドが、加工工具の作業面に固定的に定着されていてよい。使用される砥粒は粗粒を有する。ＪＩＳＲ６００１：１９９８に従って、該粒子（メッシュサイズ）は♯２４０−♯８００である。

平均粒径は２０〜６０μｍ、有利には２５〜４０μｍ、極めて有利には２５〜３０μｍ又は３０〜４０μｍである。

本方法の工程(ａ）には、粗い研磨剤を用いて、単結晶からスライスされた半導体ウェハの両面の材料除去加工を行うことが含まれる。

この場合、半導体ウェハの両面は材料除去加工に供される。

該加工は、有利には従来技術によるＤＤＧによって行われる。

ＰＰＧによる半導体ウェハの加工が特に有利である。

半導体ウェハの一方の面をウェハホルダに固定（"チャック"）し、他方で、半導体ウェハのもう一方の面を研削工具によって処理する、半導体ウェハのシーケンシャル加工は、本方法におけるこの箇所では有利でない。

ＰＰＧは、複数の半導体ウェハの同時両面研削法であって、その際、各半導体ウェハは、転動装置によって回転させられる複数のキャリアの１つの切り欠き部で自由に移動可能であり、それによってサイクロイド軌道上で動かされ、その際、該半導体ウェハは、２つの回転する作業ディスクの間で材料除去的に加工され、その際、各作業ディスクは、結合された砥粒を含有する作業層を含む。

≧６のモース硬度を有する硬質物質が、作業層中に結合された砥粒として有利である。適した砥粒材料は、有利にはダイヤモンド、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、二酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、コランダム（酸化アルミニウム、Ａｌ₂Ｏ₃）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、窒化ホウ素（ＢＮ；立方晶窒化ホウ素、ＣＢＮ）、更には二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、ボロンカーバイド（Ｂ₄Ｃ）から、ずっと軟質の材料、例えば炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）又は炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ₃）に至るまである。しかしながら、ダイヤモンド、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）及び酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃、コランダム）が特に有利である。

研磨剤の平均粒径は５〜２０μｍ、有利には５〜１５μｍ及び極めて有利には５〜１０μｍである。

研磨剤粒子は、有利には個々に又はクラスタとして作業層の結合マトリックス中に結合されている。クラスタ結合の場合、有利には記載される粒径は、該クラスタ成分の一次粒径に関するものである。

セラミック結合を有する作業層が、有利には使用される；合成樹脂結合が、特に有利である；クラスタを有する作業層の場合、ハイブリッド結合系も使用される（クラスタ内のセラミック結合と、クラスタと作業層マトリックスとの間の合成樹脂結合）。

作業層の間に形成される作業間隙中に存在する温度は、有利には加工の間、一定に保たれる。このためにキャリアは、冷却潤滑剤が上方及び下方の作業ディスクの間で交換され得る開口部を有しており、そのため上方及び下方の作業層は常に同じ温度を有することになる。これは、交番荷重下での熱膨張に基づく作業層もしくは作業ディスクの変形による、作業層の間で形成される作業間隙の不所望の変形を妨げる。そのうえ作業層中に結合された砥粒の冷却が改善され、且つ、より安定化し、それによってその有効耐用寿命が延びる。

好ましくは、作業層の間で形成される作業間隙の形態は研磨中に決定され、且つ少なくとも１つの作業ディスクの作業面の形態は、機械的又は熱的に、該作業間隙の測定された形状に依存して、該作業間隙が所定の形態を有するように変化される。

好ましくは、半導体ウェハは、作業面によって区切られる作業間隙を加工の間にその面の一部で一時的に離れ、その際、半径方向における偏位部の最大値は、半導体ウェハの直径の０％を上回り、且つせいぜい２０％であり、その際、偏位部は、半径方向での作業ディスクに対して測定された長さとして定義されており、それにより半導体ウェハは、研磨中のある特定の時点において、作業間隙の内縁又は外縁から突き出している。

好ましくは、加工の終了近くに、少なくとも３・１０^-3Ｎ／ｍ²・ｓで且つせいぜい１００・１０^-3Ｎ／ｍ²・ｓの粘度を有する液状媒体が、キャリアの開口部を介して作業ディスクと半導体ウェハとの間に導入される。少なくとも作業ディスクが半導体ウェハから遠ざけられている間、この媒体が存在しているべきであり、それによって作業層による機械的除去が緩和される。それによって、さもなければ従来技術において観察される研削欠陥、例えば条痕、掻き傷又は剥離跡が回避され得る。これは先行公開されていない整理番号１０２００９０４８４３６．１の独国出願において記載されており、これを参照をもって全面的に開示されたものとする。

以下のものが、好ましくは媒体として考慮される：
・多価アルコール（グリセリン、モノマーグリコール、オリゴマーグリコール、ポリグリコール及びポリアルコール）を含有する水性混合物
・グリセリン、ブタノール及び界面活性剤からの水性混合物
・懸濁液、その際、媒体の必要とされる粘度は、固体割合によって保証され（二酸化ケイ素又は酸化セリウム粒子から成るコロイド状分散液）、有利には固体割合に応じて、粘度を上昇させる付加的な媒体（例えばアルコール）を伴う。

本方法の工程（ｂ）には、アルカリ性媒体による半導体ウェハの前面及び裏面の処理が含まれる。

ＮａＯＨ又はＫＯＨの水溶液が、有利にはアルカリ性媒体として使用される。

アルカリ性溶液中でのＮａＯＨ又はＫＯＨの濃度は、有利には４０％〜６０％である。

処理温度は、有利には約５０℃〜９０℃、極めて有利には８０℃〜９０℃である。

アルカリエッチングが、研削工程後の、殊にＰＰＧ後の良好な幾何学的形状及び良好な波長の長いナノトポグラフィに悪影響を及ぼさないことがわかった。

酸エッチングはこれに関して欠点であり、且つ回避されるべきである。

しかしながら、アルカリエッチング後の表面粗さは、酸媒体を用いた比較可能な処理後より高い。

アルカリ性媒体を用いた処理は、有利には単一ウェハ処理として行われる。これは殊に３００ｍｍより大きい直径を有する半導体ウェハにとって、すなわち殊に４５０ｍｍの直径を有する半導体ウェハにとって特に有利である。

本発明による方法の工程（ｃ）には、工程（ａ）におけるより微細な研磨剤を用いた半導体ウェハの材料除去加工が含まれる。

本方法の工程（ｃ）では、半導体ウェハの両面が研削される。

工程（ａ）とは対照的に、前面及び裏面の研削は順次に行われなければならない。ＤＤＧ又はＰＰＦ精密研削は、本発明の枠内では適していない。

このために、ウェハホルダに保持された半導体ウェハと、向かい合う研磨ディスクとが互いに無関係に回転され、その際、研磨ディスクは半導体ウェハに対して側方にずらして配置されており、その際、半導体ウェハの軸心が研磨ディスクの作業領域に達するように位置決めされており、その際、研磨ディスクは半導体ウェハの方向に向かって送り速度で移動され、それによって研磨ディスクと半導体ウェハとが互いに送り出され、他方で、半導体ウェハと研磨ディスクとは平行軸を中心に回転することで、半導体ウェハの表面が研削され、その際、ある一定の材料除去量に達した後、研磨ディスクが戻り速度で返送される。

研磨ディスクと半導体ウェハとは、半導体ウェハの回転の間、０．０３〜０．５μｍの距離間隔で送り出すことが有利である。極めて有利なのは、０．０３〜０．１μｍの半導体ウェハの回転中での送り出しの選択である。

有利には、♯１２００以上の、極めて有利には♯１２００〜♯８０００の粒径を有する研削ディスクが使用される。

該粒径は、通常は日本工業規格ＪＩＳＲ６００１：１９９８に従って♯（メッシュ）にて示される。

メッシュ数から平均粒径が算出され得る：
微細粒子を有する研削ディスクが使用される場合、精密研削との用語も頻繁に用いられる。かかる精密研削ディスクは、例えば♯１０００〜♯４０００までの粒子を有しており、例えばこれらはＤｉｓｃｏＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社より商業的に入手可能である。

粒径への換算に際してわかることは、例えば♯１２００が９．５μｍの平均粒径に、♯５０００が２．５μｍの平均粒径に、そして♯８０００が１．２μｍの平均粒径に相当することである。

それゆえ精密研削の場合の平均粒径は、大体１．０μｍ以上で且つ１０μｍ以下、好ましくは１．０〜７μｍ、特に有利には１．０〜４μｍ及び極めて有利には１．０〜２μｍである。

研削ディスクの回転速度は１０００〜５０００分^-1である。

半導体ウェハの回転速度は、有利には５０〜３００分^-1、極めて有利には２００〜３００分^-1である。

送り速度は、有利には１０〜２０μｍ／分である。

アルカリエッチングにより増加した表面粗さは、精密研削によって減少させることできる。約２５ｎｍの粗さ（ＲＭＳ、２５０μｍのフィルタ）に留まる。

この時点までに得られる良好な幾何学的形状と良好なナノトポグラフィとは精密研削によって多少なりとも悪影響を及ぼされない。

そのうえまた、ウェハが僅かに凸形で生じるように精密研削を仕立てることが有利である。有利には、半導体ウェハの前面及び裏面の精密研削後に且つ工程（ｄ）に従ったＦＡＰ研磨前にエッジラウンディング工程が行われる。工程(ａ）の前に既に第一のエッジラウンディング工程が実施される場合、第２のエッジラウンディング工程において、第一のエッジラウンディングと比べてより微細な粒子を有する研削工具を使用することが有利である。

このために半導体ウェハが再び回転テーブル上に固定され、且つそのエッジが、同様に回転する加工工具の作業面に対して送り出される。この場合に使用される加工工具はディスクとして形成されていてよく、それらは主軸にしっかり取り付けられており、且つ半導体ウェハのエッジを加工するための作業面として用いられる円周面を有する。

材料を除去する砥粒、好ましくはダイヤモンドが、加工工具の作業面に固定的に定着されていてよい。

使用される砥粒は微細な粒子を有する。ＪＩＳＲ６００１：１９９８に従って、該粒子は♯８００より微細であるべきであり、有利には♯８００−♯８０００である。

平均粒径は０．５〜２０μｍ、有利には０．５〜１５μｍ、特に有利には０．５〜１０μｍであり、且つ極めて有利には０．５〜５μｍである。

工程（ｄ）において、半導体ウェハの両面は、０．１〜１．０μｍの平均粒径を有する砥粒を含有する研磨パッドによって研磨される。

半導体ウェハの前面及び裏面の研磨は同時に行われることができる。こために慣例のＤＳＰ研磨機が適しており、その際、使用される研磨パッドは砥粒を含有する。

しかしながら、２つの面の研磨は順次に行ってもよく、その際、この場合には、シリコンウェハは硬質のリテーナプレートを有する保持システムにおいて研磨され、すなわちメンブレンを有する保持システムは使用されない。砥粒を含む研磨パッドによる順次研磨は、殊に、非常に大きな直径を有する、すなわち３００ｍｍより大きい直径−特に４５０ｍｍより大きい直径を有するウェハの研磨に際して−前面及び裏面の研磨工程を、ウェハエッジ領域（ＥＲＯ）の最適な研磨に関して、目的に合わせて相互に適合させる可能性を切り開く。

順次研磨の枠内では、２つの研磨工程の間で、例えば測定装置"ＫｏｂｅｌｃｏＬＥＲ３１０"を用いてウェハエッジプロファイルの測定を実施し、及びそのようにして第二の研磨プロセスを第一のものに適合させる可能性が付加的に存在している。この測定により、１ｍｍ未満のエッジ除外部を有する領域を特徴付けることも可能である。

研磨工程の間、有利には、固体を含んでいない研磨剤溶液が、半導体ウェハの研磨されるべき面と研磨パッドとの間に導入される。

研磨剤溶液は、最も簡単な場合には、水であり、有利には、半導体工業における使用のために慣例の純度を有する脱イオン水（ＤＩＷ）である。

しかしながら、研磨剤溶液は、化合物、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、炭酸カリウム（Ｋ₂ＣＯ₃）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ₄ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）又はそれらの任意の所望の混合物も含有してよい。炭酸カリウムの使用が特に有利である。この場合、研磨剤溶液のｐＨ値は、有利には１０〜１２の範囲にあり、且つ該研磨剤溶液中の上記化合物の割合は、有利には０．０１〜１０質量％、特に有利には０．０１〜０．２質量％である。

そのうえまた研磨剤溶液は、１つ以上の更なる添加剤、例えば表面活性剤、例えば湿潤剤及び界面活性剤、保護コロイドとして作用する安定化剤、防腐剤、殺生剤、アルコールおよび錯形成剤を含有してよい。

研磨パッド中に結合された砥粒材料を含有する研磨パッドが使用される（ＦＡＰパッド）。

適した砥粒材料は、例えば元素のセリウム、アルミニウム、シリコン、ジルコニウムの酸化物の粒子、並びに硬質物質、例えばシリコンカーバイド、窒化ホウ素及びダイヤモンドの粒子を含む。

特に適した研磨パッドは、複製微細構造によって形作られた表面トポグラフィーを有する。上記微細構造（"ポスト"）は、例えば円筒形または多角形の断面を有するピラーの形態又は錐体または角錐台の形態を有する。

かかる研磨パッドのより詳細な記載は、例えばＷＯ９２／１３６８０Ａ１及びＵＳ２００５／２２７５９０Ａ１に含まれている。

極めて有利なのは、例えばＵＳ６６０２１１７Ｂ１に記載されるような、酸化セリウムからの砥粒がその中にしっかりと結合されている研磨パッドの使用である。

砥粒の平均粒径は、特に有利には０．１〜０．６μｍである。

極めて有利なのは、０．１〜０．２５μｍの平均粒径である。

ＦＡＰ研磨のために、有利には面当たり２μｍ以上の除去を伴って作業され、その際、これに関して２〜４μｍの領域が特に有利であり、且つ極めて有利には２〜３μｍの領域において作業される。

ＦＡＰ研磨は、第一に、精密研削によって作り出される損傷を無くすことを可能にする。第二に、精密研削後に残留する約２５ｎｍの粗さは、４ｎｍ以下に明らかに減少される（ＲＭＳ、２５０μｍのフィルタ）。

殊に高ドープ半導体ウェハの場合に観察されるストリエーションがＦＡＰによって除去され得る。これに関して、先行公開されていない整理番号１０２００９０５７５９３．６の独国特許出願の全体が引用される。

とりわけそれによって、ＦＡＰにより短い波長のナノトポグラフィの改善が達成される。

本発明による方法の工程（ｅ）には、一次研磨パッドによる半導体ウェハの前面の研磨が含まれる。半導体ウェハの裏面は研磨されない。

研磨の間、コロイド状に分散したシリカゾルを基礎とする研磨剤が、研磨パッドと半導体ウェハの前面との間に導入される。

この場合、半導体ウェハは、ＦＡＰ研磨される裏面が研磨機の支持体プレートに固定され、その際、固定のために、せいぜい３μｍの厚さを有する均一な薄いセメント層が使用され、且つ最終的に半導体ウェハの前面が研磨に供される。使用されるセメント層に関して、整理番号１０２００９０５７５９３．６の先行公開されていない独国特許出願の全体が引用される。

選択的に半導体ウェハは、研磨の間、キャリア上に固定されており且つ収容されるべき半導体ウェハの大きさの被覆された切り欠き部を有する保持システムによって、研磨されるべきでない面が接着によって切り欠き部において保持される。

半導体ウェハを収容するための切り欠き部を有する、かかる保持システムはテンプレートとも呼ばれる。

使用されるテンプレートに関して、整理番号１０２００９０５１００７．９の未公開独国特許出願の全体が引用される。

典型的な一次研磨パッドが、前面の研磨に際して使用される。商業的に入手可能な研磨パッドは、例えばＤＣＰシリーズのパッド並びにＲｏｈｍ＆Ｈａａｓ社の商品名ＩＣ１０００^TM、Ｐｏｌｙｔｅｘ^TM又はＳＵＢＡ^TMのパッドである。

その中に砥粒を含有しない典型的な硬質の一次研磨パッドが含まれる。砥粒は研磨剤の形態で供給される。

一次研磨は、ＦＡＰによって生じる微細損傷を無くすのに役立つ。

前面での材料除去量は、有利には約１．０〜２．０μｍ、特に有利には約１．０〜１．５μｍである。

工程（ｅ）に続けて、有利には半導体ウェハのエッジ研磨が行われる。しかしながら、これは既に述べたように工程（ｆ）の後に行ってもよい。

商業的に入手可能な自動式エッジ研磨ユニットがこのために適している。

ＵＳ５，９８９，１０５は、かかるエッジ研磨用装置を開示しており、その際、研磨ドラムはアルミニウム合金から成り、且つそれに加えられた研磨パッドを有する。

半導体ウェハは、たいてい平坦なウェハホルダ、いわゆるチャック上に固定されている。半導体ウェハのエッジはチャックから突き出しているため、研磨ドラムに自由に接触可能である。チャックに対してある一定の角度が傾けられた、中心で回転し、且つ研磨パッドが加えられた研磨ドラムと、半導体ウェハを有するチャックとが互いに送り出され、且つ研磨剤を連続的に供給しながら、ある一定の接触圧により互いに押し付けられる。

エッジ研磨に際して、半導体ウェハをその上で保持するチャックが中心で回転される。

有利には、チャックの１回転は２０〜３００秒、特に有利には５０〜１５０秒続く（回転時間）。

研磨パッドで被覆されており、且つ有利には３００〜１５００分^-1、特に有利には５００〜１０００分^-1の回転速度にて中心で回転される研磨ドラム、及びチャックとは互いに送り出され、その際、研磨ドラムは、半導体ウェハに対する取り付け角で斜めに調整され、且つ半導体ウェハはチャック上に、それが僅かにチャックより突き出して、研磨ドラムと接触可能となるように固定されている。

取り付け角は、有利に３０〜５０゜である。

半導体ウェハと研磨ドラムとは、研磨剤の連続的な供給下で、有利には０．１〜１リットル／分、特に有利には０．１５〜０．４０リットル／分の研磨剤流量で、ある一定の接触圧により互いに押し付けられ、その際、該接触圧は、ロールに取り付けられた重りによって調節されることができ、有利には１〜５ｋｇ、特に有利には２〜４ｋｇである。

有利には、研磨ドラムと半導体ウェハとは、半導体ウェハもしくは該半導体ウェハを保持するチャックの２〜２０回転後、特に有利には２〜８回転後に互いに遠ざけられる。

好ましくは、半導体ウェハのエッジ研磨は、有利には半導体ウェハを中心で回転するチャック上に固定すること、該半導体ウェハを、チャックに対して傾けられた、中心で回転する、固定的に結合された砥粒（ＦＡＰ研磨パッド）を含有する研磨パッドが加えられた研磨ドラムを送り出すこと、及び半導体ウェハと研磨ドラムとを、固体を含有しない研磨剤溶液の連続的な供給下で互いに押し付けることによって行われる。

これにより、半導体ウェハの前面及び／又は裏面の隣接領域を損なうことなく、目的に合わせてウェハエッジに影響を及ぼし、ひいては、例えば所望の形状特性及び表面特性をウェハエッジ上でのみ調節することが可能である。

それに加えて、エッジ粗さ及びエッジ欠陥率の低下を実現するために、同じＦＡＰ研磨パッドで、優しく除去するシリカゾルを用いた短時間の研磨工程を続けて行ってよい。

次いで、２つの研磨工程は互いに適合させることができるので、ウェハ前面及びウェハ裏面にウェハパーシャルサイトが不利に影響を及ぼすことなく、目的に合わせてウェハエッジ形状及びウェハエッジ表面に有利に影響を及ぼすことができる。

基本的に、それゆえ半導体ウェハは、有利には、固定的に結合された砥粒を含む硬質且つほとんど圧縮性でない研磨パッドがその表面に接着されている研磨ドラムによって、アルカリ性溶液の供給下で研磨される。

有利には、引き続き第二の工程において、同じ研磨パッドで、シリカゾル、例えばＳｉＯ₂ 約１質量％を有するＧｌａｎｚｏｘ３９００^*の供給下で平滑化工程が行われる。

^*Ｇｌａｎｚｏｘ３９００は、ＦｕｊｉｍｉＩｎｃｏｐｏｒａｔｅｄ（日本国）から濃縮液として提供される研磨剤スラリの商品名である。この濃縮液の塩基溶液は１０．５のｐＨを有し、且つ３０〜４０ｎｍの平均粒径を有するコロイド状ＳｉＯ₂約９質量％を含有する。

エッジ研磨に際して使用される研磨剤溶液は、最も簡単な場合には、水であり、有利には、半導体工業における使用のために慣例の純度を有する脱イオン水（ＤＩＷ）である
しかしながら、研磨剤溶液は、化合物、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、炭酸カリウム（Ｋ₂ＣＯ₃）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ₄ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）又はそれらの任意の所望の混合物も含有してよい。

炭酸カリウムの使用が極めて有利である。

研磨剤溶液のｐＨ値は、有利には１０〜１２の範囲にあり、且つ該研磨剤溶液中の上記化合物の割合は、有利には０．０１〜１０質量％、特に有利には０．０１〜０．２質量％である。

エッジ研磨の有利な第二の工程に際しては、砥粒を含有する研磨剤が使用される。この工程は有利には工程（ｆ）の後に起こり、その際、第一のエッジ研磨は、工程(ｅ）と工程（ｆ）との間で行われる。

該研磨剤スラリ中の砥粒材料の割合は、有利には０．２５〜２０質量％、特に有利には０．２５〜１質量％である。

平均粒径は５〜３００ｎｍ、特に有利には５〜５０ｎｍである。

砥粒材料は、基板材料を機械的に除去する材料を有し、有利には元素のアルミニウム、セリウム又はシリコンの１つ以上の酸化物を有する。

コロイド状に分散したシリカを含有する研磨剤スラリが特に好ましい。

有利には、それゆえエッジ研磨に際して、研磨パッド中に結合された砥粒材料を含有する研磨パッドが使用される。その際に使用される研磨パッドは、この場合、工程（ｄ）で使用されるＦＡＰ研磨パッドに相当する。

本方法の工程（ｆ）には、半導体ウェハの前面の化学機械的研磨、すなわち半導体ウェハの前面の慣例のＣＭＰ研磨が含まれる。

ここでも半導体ウェハの裏面は、有利にはワックス又はテンプレートによって、公知（ｅ）で記載したように固定される。

使用されるＣＭＰ研磨パッドは、多孔質マトリックスを有する研磨パッドである。

有利には、研磨パッドは熱可塑性又は熱硬化性のポリマーを有する。材料として、複数の物質、例えばポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリエステル等が考慮に入れられる。

有利には、研磨パッドは、固体の微孔質ポリウレタンを有する。

ポリマーで含浸されている、発泡プレート又はフェルト基材又は繊維基材から成る研磨パッドを使用することも有利である。

被覆／含浸された研磨パッドは、基材中で被覆物中とは異なる細孔分布と孔径とを有するように構成されていてもよい。

研磨パッドは、本質的に平坦か又は穿孔が施されていてもよい。

研磨パッドの多孔性を制御するために、充填材を研磨パッド内に導入してよい。

商業的に入手可能な研磨パッドは、例えばＲｏｄｅｌＩｎｃ社のＳＰＭ３１００である。

研磨剤として、有利にはシリカゾルが供給され、すなわち、研磨の間、半導体ウェハの前面と研磨パッドとの間に導入される。

材料除去量は、有利には、半導体ウェハの前面でせいぜい０．５μｍである。

Claims

半導体ウェハの製造法であって、以下の工程：
（ａ）単結晶からスライスされた半導体ウェハを同時に両面で材料除去する加工工程、その際、前記半導体ウェハを、２つの回転する環状作業ディスクの間で加工し、その際、それぞれの作業ディスクは、５．０〜２０．０μｍの平均粒径を有する砥粒を含有する；
（ｂ）アルカリ性媒体による前記半導体ウェハの両面の処理工程；
（ｃ）前記半導体ウェハの前面及び裏面の研削工程、その際、そのつど前記半導体ウェハの一方の面をウェハホルダによって固定的に保持し、他方で、もう一方の面を研削工具によって加工する；その際、前記研削工具は、１．０〜１０．０μｍの平均粒径を有する砥粒を含有し、その際、前記砥粒の平均粒径は、工程（ａ）で使用される前記作業ディスクの砥粒の平均粒径より小さい；
（ｄ）０．１〜１．０μｍの平均粒径を有する砥粒を含有する研磨パッドによる前記半導体ウェハの両面の研磨工程；
（ｅ）砥粒を含有する研磨剤の供給下での、砥粒を含有しない一次研磨パッドによる前記半導体ウェハの前面の研磨工程；
（ｆ）前記前面の化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程
を規定の順序において有する、半導体ウェハの製造法。
工程（ａ）で、前記半導体ウェハが、転動装置によって回転させられる複数のキャリアの１つの切り欠き部において自由に移動可能であり、それによってサイクロイド軌道上で動かされ、その際、それぞれの作業ディスクが、砥粒を含有する作業層を有する、請求項１記載の方法。
前記半導体ウェハが、前記作業ディスクの作業層によって区切られる作業間隙を加工の間にその面の一部で一時的に離れ、その際、半径方向におけるかかる偏位部の最大値が、前記半導体ウェハの直径の０％を上回り、且つせいぜい２０％である、請求項１又は２記載の方法。
前記アルカリ性媒体が、ＮａＯＨの水溶液又はＫＯＨの水溶液である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
工程（ｄ）で使用される前記研磨パッドが、シリコンカーバイド、窒化ホウ素、ダイヤモンド及び元素のセリウム、アルミニウム、シリコン、ジルコニウムの酸化物から成る群から選択された砥粒を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
工程（ｄ）で、固体を含まない研磨剤溶液を、前記研磨パッドと前記半導体ウェハの２つの面との間に導入する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
工程（ａ）の前に、前記半導体ウェハにラウンドエッジを設ける、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
前記半導体ウェハのエッジを、工程(ｅ）と工程（ｆ）との間で研磨する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
工程(ｅ）及び（ｆ）に従った前記半導体ウェハの前面の研磨プロセスの間、前記半導体ウェハを、その裏面でキャリア上に固定し、その際、せいぜい３μｍの厚さを有する均一な薄いセメント層を固定のために使用する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
工程(ｅ）及び（ｆ）に従った前記半導体ウェハの前面の研磨プロセスの間、前記半導体ウェハを、キャリア上に固定されており且つ収容されるべき半導体ウェハの大きさの被覆された切り欠き部を有する保持システムによって、その裏面で接着によって前記切り欠き部において保持する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。