JP2011216887A - 半導体ウェハの両面研磨のための方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】両面研磨の場合の半導体ウェハのエッジ領域における非対称的研磨除去を回避する。
【解決手段】半導体ウェハ４の同時両面研磨を含み、半導体ウェハ４は、上方研磨板２２および下方研磨板２１によって形成された作業間隙から一時的に突出し、双方の研磨パッド１１、１２は、正方形の区画の格子状配置が形成されるよう、０．５〜２ｍｍの幅および深さを有するチャネルの配置を有しており、第１の研磨パッド１２は２０ｍｍ×２０ｍｍよりも大きい区画を有し、第２の研磨パッド１１は２０ｍｍ×２０ｍｍ以下の区画を有しており、双方の研磨パッド１１、１２は、０．１〜１．０μｍの平均サイズを有する、シリコン、アルミニウム、およびセリウムからなる群から選択された酸化物の砥粒を含んでおり、研磨プロセス中に研磨液が供給され、第１の工程で１１〜１２．５のｐＨを有する研磨液が供給され、第２の工程で１３以上のｐＨを有する研磨液が供給される。
【選択図】図１
【解決手段】半導体ウェハ４の同時両面研磨を含み、半導体ウェハ４は、上方研磨板２２および下方研磨板２１によって形成された作業間隙から一時的に突出し、双方の研磨パッド１１、１２は、正方形の区画の格子状配置が形成されるよう、０．５〜２ｍｍの幅および深さを有するチャネルの配置を有しており、第１の研磨パッド１２は２０ｍｍ×２０ｍｍよりも大きい区画を有し、第２の研磨パッド１１は２０ｍｍ×２０ｍｍ以下の区画を有しており、双方の研磨パッド１１、１２は、０．１〜１．０μｍの平均サイズを有する、シリコン、アルミニウム、およびセリウムからなる群から選択された酸化物の砥粒を含んでおり、研磨プロセス中に研磨液が供給され、第１の工程で１１〜１２．５のｐＨを有する研磨液が供給され、第２の工程で１３以上のｐＨを有する研磨液が供給される。
【選択図】図１
Description
発明の詳細な説明
この発明は、半導体ウェハの両面研磨のための方法に関する。
この発明は、半導体ウェハの両面研磨のための方法に関する。
先行技術に従った、単結晶からスライスされた半導体ウェハに対する研削、洗浄およびエッチング工程の後で、半導体ウェハの表面は研磨によって滑らかにされる。
片面研磨（single-side polishing：または略してＳＳＰ）の場合、半導体ウェハは処理中、裏面が支持板に載った状態で、セメントを用いて、真空によって、または接着によって保持され、もう一方の面が研磨される。
両面研磨（double-side polishing：ＤＳＰ）の場合、半導体ウェハは薄いキャリアへと大まかに導入され、研磨パッドでそれぞれ覆われた上方研磨板および下方研磨板の間で「自由に浮遊した」状態で、表面および裏面が同時に研磨される。この研磨方法は、通常一般にはシリカゾルに基づいた研磨剤スラリーの供給とともに行なわれる。ＤＳＰの場合、半導体ウェハの表面および裏面は同時に一緒に研磨される。
好適な両面研磨装置が、ＤＥ １００ ０７ ３９０ Ａ１に開示されている。
この先行技術も、いわゆる固着砥粒を用いた研磨（「固定砥粒研磨」（Fixed Abrasive Polishing：ＦＡＰ））を開示しており、この場合、ＤＳＰまたはＣＭＰ研磨パッドとは対照的に、研磨パッドに結合された砥粒材料を含有する研磨パッド（「固定砥粒」すなわちＦＡパッド）上で、半導体ウェハが研磨される。ＦＡＰの場合、原則的に、ＤＳＰの場合でのような研磨剤スラリーの添加を省くことができる。
この先行技術も、いわゆる固着砥粒を用いた研磨（「固定砥粒研磨」（Fixed Abrasive Polishing：ＦＡＰ））を開示しており、この場合、ＤＳＰまたはＣＭＰ研磨パッドとは対照的に、研磨パッドに結合された砥粒材料を含有する研磨パッド（「固定砥粒」すなわちＦＡパッド）上で、半導体ウェハが研磨される。ＦＡＰの場合、原則的に、ＤＳＰの場合でのような研磨剤スラリーの添加を省くことができる。
ドイツ特許出願ＤＥ １０２ ００７ ０３５ ２６６ Ａ１は、たとえば、ＦＡパッドを用いる２つの研磨工程を含む、シリコン材料で構成された基板を研磨するための方法を記載しており、一方の研磨工程では、固形材料として非結合砥粒材料を含有する研磨剤スラリーが、基板と研磨パッドとの間に導入され、第２の研磨工程では、研磨剤スラリーが、固形材料のない研磨液に置き換えられるという点で、それらの研磨工程は異なっている。
ＤＳＰまたはＦＡＰに続き、半導体ウェハの表面は通常、曇りがないよう研磨される。これは、アルカリ性研磨ゾルの助けを借り、より軟らかい研磨パッドを使用して行なわれる。文献では、この工程はしばしばＣＭＰ研磨と呼ばれる。ＣＭＰ法は、たとえば、ＵＳ２００２−００７７０３９、およびＵＳ２００８−０３０５７２２にも開示されている。
ＤＳＰの場合、半導体ウェハは、半導体ウェハよりも通常薄いキャリア内に位置している。ＤＥ １９９ ０５ ７３７ Ａ１は、半導体ウェハの初期厚さがキャリア厚さよりも２０〜２００μｍ大きい両面研磨法をクレームしている。これは、「オーバーハング」を用いた半導体ウェハの研磨と呼ばれる。両面研磨中のキャリアは通常、４００〜１２００μｍの厚さを有する。
通常、下方研磨板に位置する研磨パッドは、研磨される半導体ウェハの表面と接触しており、一方、半導体ウェハの裏面は、上方研磨板に位置する研磨パッドと接触している。
ＤＥ １００ ０４ ５７８ Ｃ１は、上方研磨板および下方研磨板用に異なる研磨パッドを使用することを提案している。上方研磨板に付着する研磨パッドにはチャネル網が広がっており、一方、下方研磨板に付着する研磨パッドはそのような表面組織を有さず、むしろ滑らかな面を有している。
上方研磨パッドの表面組織の結果、使用される研磨剤の分布の改良が達成される。研磨剤の供給は通常、上部から下部へと行なわれる。研磨剤はしたがって、上方研磨パッドのチャネルを通り、次に上方研磨パッドからキャリアの切欠部または開口部を通り、下方研磨パッドへと、または半導体ウェハの表面へと流れる。
さらに、上方研磨パッドのチャネルは、半導体ウェハの裏面が上方研磨パッドに付着することを防止する。ＤＥ １００ ０４ ５７８ Ｃ１によれば、上方研磨パッドは、５ｍｍ×５ｍｍ〜５０ｍｍ×５０ｍｍの区画サイズと０．５〜２ｍｍのチャネル幅および深さとを有するチャネルの規則正しい格子状配置を含んでいる。この配置を用いて、好ましくは０．１〜０．３バールの研磨圧力の下で、研磨が行なわれる。
しかしながら、ＤＥ １００ ０４ ５７８ Ｃ１に従った手順は、半導体ウェハの外側エッジの両面（裏面および表面）での非対称的研磨除去をもたらす。
いわゆるエッジロールオフ（厚さに対するエッジ減少）が結果として生じ、それは半導体ウェハの裏面よりも表面で、より顕著であることが見出されている。
この発明の目的は、ＤＳＰの場合の半導体ウェハのエッジ領域における非対称的研磨除去を回避することであった。
この発明の目的は、半導体ウェハの両面研磨のための方法であって、第１の研磨パッドで覆われた上方研磨板と第２の研磨パッドで覆われた下方研磨板との間のキャリアの切欠部内に位置する半導体ウェハの同時両面研磨を含み、キャリアに位置する半導体ウェハは、研磨中、その一部の領域で、上方研磨板および下方研磨板によって形成された作業間隙から一時的に突出し、双方の研磨パッドは、正方形の区画の格子状配置が研磨パッドに形成されるよう、０．５〜２ｍｍの幅および深さを有するチャネルの規則正しい配置を有しており、上方研磨板に位置する第１の研磨パッドは２０ｍｍ×２０ｍｍよりも大きい区画を有し、下方研磨板に位置する第２の研磨パッドは２０ｍｍ×２０ｍｍ以下の区画を有しており、双方の研磨パッドは区画上に、０．１〜１．０μｍの平均サイズを有する、シリコン、アルミニウム、およびセリウムからなる群から選択された元素の酸化物の砥粒を含んでおり、研磨プロセス中に固形材料のない研磨液が供給され、その溶液のｐＨ値は１１〜１３．５の範囲のアルカリ性の成分の対応する供給によって変更可能であり、第１の工程で１１〜１２．５のｐＨを有する研磨液が供給され、第２の工程で１３以上のｐＨを有する研磨液が供給される、方法によって達成される。
この方法の好ましい実施例は、従属クレームでクレームされている。
この発明は、シリコン、アルミニウム、およびセリウムからなる群から選択された元素の酸化物の固着砥粒を含有する特別に用意された研磨パッドによる両面研磨を提供する。
研磨パッドは、上部および下部でウェハ変位が実現され得るようなサイズに切断される。ウェハ変位とは、ウェハが、研磨中、その一部の領域で、上方研磨板および下方研磨板によって形成された作業間隙から一時的に突出する、ということを意味する。
上方研磨パッドおよび下方研磨パッドは、異なる表面組織を有する。上方研磨板に位置するパッドは、２０ｍｍ×２０ｍｍよりも大きい区画を有し、一方、下方研磨板に位置するパッドは、２０ｍｍ×２０ｍｍ以下の区画を有する。下方研磨パッドは、より小さい溝距離を有する。２つのチャネルまたは溝の間の距離は、正方形の区画の辺の長さによって与えられる。
好ましくは、溝を規定する「硬いエッジ」が、研磨される半導体ウェハの両面、主として前記ウェハの表面で突出することを防止するために、溝のエッジはパッドの上面に向けて丸みを付けられる。すなわち、ある特定の曲率半径を有する。半導体の表面の溝のエッジのそのような模様は、ナノトポロジーの点で重大な効果を有し得る。
区画は、研磨パッドの表面のチャネルまたは溝の規則的な配置によって提供される。チャネルは、たとえばフライス加工やエッチングといった好適な機械的または化学的方法によって作成される。
研磨プロセスの最初の部分で供給される、固形材料のない研磨液のｐＨ値は、対応して調整されるアルカリ性成分の添加により、可変である。
除去速度は、可変のｐＨ値によって調整される。
目標は、くさび形の差異のない、エッジ領域における凹凸（エッジロールオフ）のない、できるだけ平坦な半導体ウェハを作成することである。
目標は、くさび形の差異のない、エッジ領域における凹凸（エッジロールオフ）のない、できるだけ平坦な半導体ウェハを作成することである。
アルカリ性研磨液のｐＨ値を１３以上に増加させることによって研磨プロセスを停止させることは、この発明にとって不可欠である。
この停止工程で、半導体ウェハの表面粗さが小さくなる。これは、特に、長い波形の表面粗さに関与する。
構造の違い以外は、２つの研磨パッドは同じ材料固有特性を有する。
研磨パッドは、好ましくは、熱可塑性または熱硬化性ポリマーを含む。
研磨パッドは、好ましくは、熱可塑性または熱硬化性ポリマーを含む。
材料には、たとえば、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、ポリエステルといった多数の物質が想定されてもよい。
研磨パッドは、好ましくは、固体の微孔性ポリウレタンを含む。
また、ポリマーが含浸された、発泡板、もしくはフェルト基体または繊維基体から構成された研磨パッドを使用することが好ましい。
また、ポリマーが含浸された、発泡板、もしくはフェルト基体または繊維基体から構成された研磨パッドを使用することが好ましい。
双方の研磨パッドに含有されている砥粒は、区画上に、すなわち溝またはチャネル間の高所上に位置している。
砥粒は好ましくはシリコンの酸化物であり、特にＳｉＯ2である。
両面研磨は、遊星運動によって行なわれる。これは、半導体ウェハが、回転装置によって回転されるキャリアの切欠部内に、自由に移動できるよう位置し、それにより、半導体ウェハが上方研磨板と下方研磨板との間で研磨される間、サイクロイドの軌跡上を動かされる、ということを意味する。
両面研磨は、遊星運動によって行なわれる。これは、半導体ウェハが、回転装置によって回転されるキャリアの切欠部内に、自由に移動できるよう位置し、それにより、半導体ウェハが上方研磨板と下方研磨板との間で研磨される間、サイクロイドの軌跡上を動かされる、ということを意味する。
この発明により、半導体ウェハの表面および裏面上で最適なエッジ形状（エッジロールオフ）を得ることが可能となる。先行技術において半導体ウェハのエッジ領域で観察された均一でない研磨除去が、この発明に従った方法によって完全に回避されることが、見出されている。
この発明に従った方法により、ＤＳＰの先行技術で使用されるシリカゾルなしで済ますことが可能である。
半導体ウェハの表面および裏面は、同時に一緒に研磨される。
従来のＤＳＰ研磨装置はこの目的にとって好適であり、使用される研磨パッドは砥粒を含有し、上方研磨パッドおよび下方研磨パッドは異なる構造を有している。
従来のＤＳＰ研磨装置はこの目的にとって好適であり、使用される研磨パッドは砥粒を含有し、上方研磨パッドおよび下方研磨パッドは異なる構造を有している。
研磨工程中、固形材料のない研磨液が、研磨される半導体ウェハの両面と２つの研磨パッドとの間に導入される。
研磨液は水を含むが、好ましくは、半導体業界で使用が慣例となっている純度を有する脱イオン水（ＤＩＷ）を含む。好ましくは、研磨液はさらに、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）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）といった化合物、またはそれらの任意の所望の混合物を含有する。
炭酸カリウムの使用が特に好ましい。
研磨液のｐＨ値は１１〜約１３．５の範囲に位置しており、このｐＨ値範囲の上述の化合物の対応する添加によって変えられる。
研磨液のｐＨ値は１１〜約１３．５の範囲に位置しており、このｐＨ値範囲の上述の化合物の対応する添加によって変えられる。
たとえば、炭酸カリウムといった上述の化合物の、研磨液における比率は、好ましくは、０．０１〜１０重量％である。
第１の工程で、１１〜１２．５のｐＨを有する研磨液が供給される。この工程では、半導体ウェハの両面で材料の除去が行なわれる。
第２の工程で、１３以上のｐＨ値を有する研磨液が供給される。それにより、材料の除去が停止される。
好ましくは、第３の工程で、１１．５以下のｐＨ値を有する研磨液が供給される。そのような工程は、研磨剤スラリーの供給を用いる好ましくはその次の研磨の準備をするのに役立つ。
具体的に、この方法は、好ましくは、研磨液の代わりに、シリコン、アルミニウム、およびセリウムからなる群から選択された元素の酸化物の砥粒を含む研磨剤スラリーが供給される場合における、同じ研磨パッド上での半導体ウェハの同時両面研磨をさらに含み、第１の工程で、砥粒の平均粒径が１５〜３０ｎｍの研磨剤スラリーが使用され、第２の工程で、砥粒の平均粒径が第１の工程で使用された研磨剤スラリーの平均粒径よりも大きい、好ましくは３５〜７０ｎｍの研磨剤スラリーが使用される。
この追加の研磨は、第１に、ＦＡＰ研磨によって誘発される微細な損傷を低減させるために、第２に、欠陥および傷を最小限に抑えるために、ならびに短い波形の表面粗さを小さくするために役立つ。
この追加の同時両面研磨中、砥粒を含有する研磨剤スラリーが供給される。
砥粒材料粒子のサイズ分布は、好ましくは、本質的に単峰性である。
砥粒材料粒子のサイズ分布は、好ましくは、本質的に単峰性である。
砥粒材料は、基板材料を機械的に除去する材料、好ましくは、アルミニウム、セリウム、またはシリコン元素の酸化物のうちの１つ以上を含む。
研磨剤スラリーにおける砥粒材料の比率は、好ましくは、０．２５〜２０重量％、特に好ましくは０．２５〜１重量％である。
研磨剤スラリーとしてコロイド状に分散したシリカを使用することが、特に好ましい。
一例として、Ｈ・Ｃ・スターク（H.C.Starck）からのレバシル（Levasil）（登録商標）、およびフジミ（Fujimi）からのグランゾックス（Glanzox）３９００（登録商標）という水性研磨剤を採用することができる。レバシルは、レバークーゼン（Leverkusen）のバイエルＡＧ（Bayer AG）の登録商標であり、ライセンスはＨ・Ｃ・スターク社が保有している。
一例として、Ｈ・Ｃ・スターク（H.C.Starck）からのレバシル（Levasil）（登録商標）、およびフジミ（Fujimi）からのグランゾックス（Glanzox）３９００（登録商標）という水性研磨剤を採用することができる。レバシルは、レバークーゼン（Leverkusen）のバイエルＡＧ（Bayer AG）の登録商標であり、ライセンスはＨ・Ｃ・スターク社が保有している。
レバシルの平均粒径は、種類に依存して、５〜７５ｎｍである。レバシルの使用はしたがって、双方の研磨工程にとって好適であり、第１の工程では１５〜３０ｎｍの粒径を有するレバシルが使用され、第２の工程では３５〜７０ｎｍの粒径を有するレバシルが使用される。
グランゾックス３９００は、日本のフジミインコーポレーテッド（Fujimi Incorporated）により濃縮物として供給される研磨剤スラリーの製品名である。この濃縮物の基礎液は１０．５のｐＨ値を有し、約９重量％のコロイダルＳｉＯ2を含有している。
研磨剤は、好ましくは、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）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）といった添加物を含有する。
しかしながら、研磨剤スラリーは、１つ以上のさらなる添加物、たとえば、湿潤剤および界面活性剤といった界面活性添加物、保護コロイドとして作用する安定剤、保存料、殺生物剤、アルコールおよび錯化剤を含有し得る。
必ずしも必要ではないものの、好ましくは、この発明に従った方法において、何らかの他の種類の研磨剤のフィードまたは供給が使用される。下方研磨板には、上方研磨板とは独立して、新しい研磨剤が供給される。この目的のために、下方研磨板も同様に、研磨剤のフィードスルー、および別個の研磨剤運搬システムも提供する。
レンズブルグ（Rendsburg）（ドイツ）のピーターウォルターズ（Peter Wolters）からの研磨装置ＡＣ２０００が、この発明に従った方法を実行するのに特に好適である。
前記研磨装置には、キャリアを駆動させるために、外側リングおよび内側リングの連動ピンが搭載されている。この装置は、１つ以上のキャリア用に設計可能である。より高いスループットのために、たとえばＤＥ １００ ０７ ３９０ Ａ１に記載されているような、装置の中心の周りの遊星経路上をキャリアが動く、複数のキャリア用の装置が好ましい。この装置は下方研磨板および上方研磨板を含み、それらは水平方向に自由に回転可能であり、研磨パッドで覆われている。研磨中、半導体ウェハはキャリアの切欠部内に、かつ２つの研磨板間に位置しており、研磨板は、研磨剤（スラリーまたは溶液）が連続して供給される間、回転して特定の研磨圧力をウェハに加える。この場合、キャリアはまた、好ましくはキャリアの周囲の歯と係合する回転ピンリングによって動かされる。
典型的なキャリアは、３つの半導体ウェハを受けるための切欠部を含む。切欠部の周囲上には、インレーまたはいわゆるキャリア成形部が位置しており、それらは、半導体ウェハの破損しやすいエッジを、特にキャリア本体から放出される金属に対するものを含めて保護するよう意図されている。
キャリア本体は、たとえば、金属、セラミック、プラスチック、繊維強化プラスチック、もしくは、プラスチックまたはダイヤモンド状カーボン層（ＤＬＣ層）でコーティングされた金属を含み得る。しかしながら、鋼が好ましく、ステンレスクロム鋼が特に好ましい。
切欠部は、好ましくは、直径が少なくとも２００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ、特に好ましくは４５０ｍｍで、厚さが５００〜１０００μｍの奇数の半導体ウェハを受けるよう設計される。
以下に、図面を参照して、この発明を説明する。
図１は、内側歯付きリング３１および外側歯付きリング３２によって動かされるキャリア６１および６２の切欠部内の半導体ウェハ４を概略的に示す。研磨パッド１１が、下方研磨板２１に位置している。研磨パッド１２が、上方研磨板２２に位置している。研磨板２２は研磨パッド１２とともに、キャリア６１および６２、半導体ウェハ４、ならびに研磨パッド１１を有する下方研磨板２１に対して、研磨／接触圧力７の方向に押付けられる。半導体ウェハ４１は、研磨パッド１１および１２の境界を越えて突出している（変位５）。
図１は、内側歯付きリング３１および外側歯付きリング３２によって動かされるキャリア６１および６２の切欠部内の半導体ウェハ４を概略的に示す。研磨パッド１１が、下方研磨板２１に位置している。研磨パッド１２が、上方研磨板２２に位置している。研磨板２２は研磨パッド１２とともに、キャリア６１および６２、半導体ウェハ４、ならびに研磨パッド１１を有する下方研磨板２１に対して、研磨／接触圧力７の方向に押付けられる。半導体ウェハ４１は、研磨パッド１１および１２の境界を越えて突出している（変位５）。
図２は、変位の実施例を示す図である。
２Ａは、内側歯付きリング３１と外側歯付きリング３２との間にある、キャリア６３における半導体ウェハ４２と、下方研磨パッド１１および上方研磨パッド１２とを示す。半導体ウェハ４２は、上方研磨パッド１２を越えて突出している（変位５１）。
２Ａは、内側歯付きリング３１と外側歯付きリング３２との間にある、キャリア６３における半導体ウェハ４２と、下方研磨パッド１１および上方研磨パッド１２とを示す。半導体ウェハ４２は、上方研磨パッド１２を越えて突出している（変位５１）。
２Ｂは、内側歯付きリング３１と外側歯付きリング３２との間にある、キャリア６３内の半導体ウェハ４２と、下方研磨パッド１１および上方研磨パッド１２とを示す。半導体ウェハ４２は、下方研磨パッド１１を越えて突出している（変位５２）。
２Ｃは、内側歯付きリング３１と外側歯付きリング３２との間にある、キャリア６３内の半導体ウェハ４２と、下方研磨パッド１１および上方研磨パッド１２とを示す。半導体ウェハ４２は、上方研磨パッド１２を越え、かつ下方研磨パッド１１を越えて突出している（変位５３）。
２Ｄは、内側歯付きリング３１と外側歯付きリング３２との間にある、キャリア６３内の半導体ウェハ４２と、下方研磨パッド１１および上方研磨パッド１２とを示す。半導体ウェハ４２は、上方研磨パッド１２を越え、かつ下方研磨パッド１１を越えて突出している。変位５４は、上方研磨パッド１２についてより顕著である。
２Ｅは、内側歯付きリング３１と外側歯付きリング３２との間にある、キャリア６３内の半導体ウェハ４２と、下方研磨パッド１１および上方研磨パッド１２とを示す。半導体ウェハ４２は、上方研磨パッド１２を越え、かつ下方研磨パッド１１を越えて突出している。変位５５は、下方研磨パッド１１についてより顕著である。
この発明に従った両面研磨が、好ましくはどのようにして半導体ウェハを生産するための製造手順に統合され得るかについて、以下に説明する。
第１に、ＣＺまたはＦＺによって成長した半導体材料で構成された単結晶から、半導体ウェハがスライスされる。半導体ウェハは、好ましくは、ワイヤソーを用いてスライスされる。ワイヤソーによる半導体ウェハのスライシングは、たとえば、ＵＳ４６５５１９１、ＥＰ ５２２ ５４２ Ａ１、ＤＥ ３９ ４２ ６７１ Ａ１、またはＥＰ ４３３ ９５６ Ａ１から公知の態様で行なわれる。
半導体材料で構成された成長した単結晶は、好ましくは、シリコンで構成された単結晶である。半導体ウェハは、好ましくは、単結晶シリコンウェハである。
この発明に従った研磨が適用される前に、以下の手順が好ましくは採用される。
第１に、ＣＺまたはＦＺによって成長した半導体材料で構成された単結晶から、半導体ウェハがスライスされる。半導体ウェハは、好ましくは、ワイヤソーを用いてスライスされる。ワイヤソーによる半導体ウェハのスライシングは、たとえば、ＵＳ４６５５１９１、ＥＰ ５２２ ５４２ Ａ１、ＤＥ３９ ４２ ６７１ Ａ１、またはＥＰ ４３３ ９５６ Ａ１から公知の態様で行なわれる。
第１に、ＣＺまたはＦＺによって成長した半導体材料で構成された単結晶から、半導体ウェハがスライスされる。半導体ウェハは、好ましくは、ワイヤソーを用いてスライスされる。ワイヤソーによる半導体ウェハのスライシングは、たとえば、ＵＳ４６５５１９１、ＥＰ ５２２ ５４２ Ａ１、ＤＥ３９ ４２ ６７１ Ａ１、またはＥＰ ４３３ ９５６ Ａ１から公知の態様で行なわれる。
半導体材料で構成された成長した単結晶は、好ましくは、シリコンで構成された単結晶である。半導体ウェハは、好ましくは、単結晶シリコンウェハである。
半導体ウェハのエッジおよび両面も処理するためのプロセスが、続いて行なわれる。
半導体ウェハのエッジは、好ましくは、粗い砥粒を用いて丸み付けされる。
半導体ウェハのエッジは、好ましくは、粗い砥粒を用いて丸み付けされる。
この目的のために、半導体ウェハは回転台に固定され、そのエッジにより、処理ツールの同様に回転する作業面に対して送出される。この場合に使用される処理ツールは、スピンドルに固定されて、半導体ウェハのエッジを処理するための作業面として機能する円周面を有する円盤として具現化され得る。
この目的に好適な装置は、たとえば、ＤＥ １９５ ３５ ６１６ Ａ１に開示されている。
好ましくは、半導体ウェハには、ウェハの中心平面に対して対称的であり、ウェハの表面およびウェハの裏面に同じ種類のファセットを有するプロファイルか、または、表面および裏面でファセット幅が異なっている非対称的エッジプロファイルが設けられている。この場合、半導体ウェハのエッジは、幾何学的に目標プロファイルに類似したプロファイルを得る。
使用される研削円盤は、好ましくは、溝付きのプロファイルを有する。好ましい研削円盤は、ＤＥ １０２ ００６ ０４８ ２１８ Ａ１に開示されている。
作業面は、研磨布の形態で、または研磨ベルトとしても具現化され得る。
材料除去粒子、好ましくはダイヤモンドが、処理ツールの作業面にしっかりと固定され得る。
材料除去粒子、好ましくはダイヤモンドが、処理ツールの作業面にしっかりと固定され得る。
使用される粒子は、好ましくは、粗い粒度を有する。ＪＩＳ Ｒ６００１：１９９８によれば、粒度（メッシュ）は♯２４０〜♯８００である。平均粒径は２０〜６０μｍ、好ましくは２５〜４０μｍ、特に好ましくは２５〜３０μｍまたは３０〜４０μｍである。
好ましくは、エッジの丸み付けに続き、単結晶からスライスされた半導体ウェハの両面材料除去処理が、粗い砥粒を用いて行なわれる。
たとえばＰＰＧ（Planetary Pad Grinding：遊星パッド研削）が、この目的にとって好適である。
ＰＰＧは、複数の半導体ウェハを同時両面研削するための方法である。各半導体ウェハは、回転装置によって回転させられる複数のキャリアのうちの１つにおける切欠部内に、自由に移動可能な態様で位置しており、それによりサイクロイドの軌跡上を動かされる。半導体ウェハは２つの回転する作業円盤間で材料が除去されるよう処理され、各作業円盤は結合された砥粒を含有する作業層を含んでいる。ＤＳＰといった遊星運動を用いた方法がかかわっている。
作業層において結合される砥粒としては、モース硬度が≧６の硬い材料が好ましい。適切な砥粒材料は、好ましくは、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）、さらには二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）から、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、または炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）といったかなりより軟らかい材料までである。しかしながら、ダイヤモンド、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、および酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3、コランダム）が、特に好ましい。
砥粒の平均粒径は５〜２０μｍ、好ましくは５〜１５μｍ、特に好ましくは５〜１０μｍである。
砥粒の粒子は、好ましくは、作業層の結合母材において個々にまたは集合体として結合される。集合体として結合される場合、好ましいとして特定された粒径は、集合体の構成要素の主要粒度に関連する。
好ましくは、半導体ウェハの第２のＰＰＧ研削が次に行なわれ、以前よりも粒度の細かい研磨布が使用される。
砥粒の平均粒径は、この場合０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜７μｍ、特に好ましくは０．５〜４μｍ、とりわけ好ましくは０．５〜２μｍである。
この後、より細かい砥粒を用いた第２のエッジ丸み付けが続き得る。
したがって、第２のエッジ丸み付けの際、より細かい粒度を有する研削ツールが使用される。
したがって、第２のエッジ丸み付けの際、より細かい粒度を有する研削ツールが使用される。
この目的のために、半導体ウェハは再び回転台に固定され、そのエッジにより、処理ツールの同様に回転する作業面に対して送出される。この場合に使用される処理ツールは、スピンドルに固定されて、半導体ウェハのエッジを処理するための作業面として機能する円周面を有する円盤として、具現化され得る。
作業面は、研磨布の形態で、または研磨ベルトとしても具現化され得る。
材料除去粒子、好ましくはダイヤモンドが、処理ツールの作業面にしっかりと固定され得る。
材料除去粒子、好ましくはダイヤモンドが、処理ツールの作業面にしっかりと固定され得る。
使用される粒子は、好ましくは、細かい粒度を有する。ＪＩＳ Ｒ６００１：１９９８によれば、粒度は♯８００よりも細かくなければならず、好ましくは♯８００〜♯８０００である。平均粒径は０．５〜２０μｍ、好ましくは０．５〜１５μｍ、特に好ましくは０．５〜１０μｍ、とりわけ好ましくは０．５〜５μｍである。
さらに別の工程では、半導体ウェハの両面が、半導体ウェハの片面あたり１μｍ以上の材料除去に関連して、エッチング媒体で処理され得る。
半導体ウェハの片面あたりの最小の材料除去は、好ましくは１単分子層、すなわち、約０．１ｎｍである。
半導体ウェハは、好ましくは、酸性媒体を用いた湿式化学処理を受ける。
好適な酸性媒体は、フッ化水素酸、硝酸、または酢酸の水溶液を含む。
好適な酸性媒体は、フッ化水素酸、硝酸、または酢酸の水溶液を含む。
上述の洗浄法およびエッチング法は、好ましくは、単一ウェハ処理として行なわれる。
その結果、この発明に従った方法に係る両面研磨が行なわれる。
その結果、この発明に従った方法に係る両面研磨が行なわれる。
半導体ウェハの表面および裏面は、同時に一緒に研磨される。
従来のＤＳＰ研磨装置はこの目的にとって好適であり、使用される研磨パッドはこの発明に従って構成されている。この発明に従った両面研磨の後で、半導体ウェハのエッジは、好ましくは研磨される。
従来のＤＳＰ研磨装置はこの目的にとって好適であり、使用される研磨パッドはこの発明に従って構成されている。この発明に従った両面研磨の後で、半導体ウェハのエッジは、好ましくは研磨される。
商業的に入手可能な自動エッジ研磨ユニットが、この目的にとって好適である。
ＵＳ５，９８９，１０５はそのようなエッジ研磨用装置を開示しており、研磨ドラムはアルミニウム合金から構成され、それに適用される研磨パッドを有している。
ＵＳ５，９８９，１０５はそのようなエッジ研磨用装置を開示しており、研磨ドラムはアルミニウム合金から構成され、それに適用される研磨パッドを有している。
半導体ウェハは通常、平坦なウェハホルダ、いわゆるチャックに固定されている。半導体ウェハのエッジは、それに研磨ドラムが自由にアクセスできるよう、チャックを越えて突出している。研磨パッドが適用され、チャックに対してある特定の角度傾斜した、中央で回転する研磨ドラムと、半導体ウェハを有するチャックとが互いへと送出され、研磨剤が連続して供給されている間、ある特定の接触圧力で互いへと押付けられる。
エッジ研磨中、半導体ウェハを保持したチャックは、中央で回転される。
好ましくは、チャックの１回転は２０〜３００ｓ、特に好ましくは５０〜１５０ｓ（回転時間）続く。
好ましくは、チャックの１回転は２０〜３００ｓ、特に好ましくは５０〜１５０ｓ（回転時間）続く。
研磨パッドで覆われ、好ましくは３００〜１５００ｍｉｎ-1、特に好ましくは５００〜１０００ｍｉｎ-1の回転速度で中央で回転される研磨ドラムと、チャックとは、研磨ドラムが半導体ウェハに対してある設定角度で斜めに設定され、また半導体ウェハがチャックを越えて若干突出し、それにより研磨ドラムがアクセスできるような態様でチャックに固定された状態で、互いへと送出される。設定角度は、好ましくは３０〜５０°である。
半導体ウェハと研磨ドラムとは、ある特定の接触圧力で、また研磨剤が好ましくは０．１〜１リットル／分、特に好ましくは０．１５〜０．４０リットル／分の研磨剤流量で連続して供給される状態で、互いへと押付けられる。接触圧力は、ロールに取付けられた重りによって設定可能であり、好ましくは１〜５ｋｇ、特に好ましくは２〜４ｋｇである。
研磨ドラムと半導体ウェハとは、好ましくは、半導体ウェハまたは半導体ウェハを保持するチャックが２〜２０回、特に好ましくは２〜８回回転した後で、互いから離れるよう動かされる。
エッジ研磨中に使用される研磨パッドは、それに施された固着砥粒を有し得る（ＦＡＰ研磨パッド）。この場合、研磨は、固形材料を含有しない研磨液の連続供給を用いて行なわれる。
砥粒材料は、基板材料を機械的に除去する材料、好ましくは、アルミニウム、セリウム、またはシリコン元素の酸化物のうちの１つ以上で構成される。
エッジ粗さおよびエッジ欠陥率の減少を実現するために、同じＦＡＰ研磨パッド上で、シリカゾル（たとえばグランゾックス）をやさしく除去することを用いた短い研磨工程が、付加的に続いてもよい。
最後に、好ましくは、半導体ウェハの少なくとも表面の化学機械研磨（chemical mechanical polishing：ＣＭＰ）が行なわれる。
好ましくは、この工程において、半導体ウェハの両面がＣＭＰによって研磨される。従来のＤＳＰ研磨装置がこの目的には好適であるが、その装置では、従来のＤＳＰ除去研磨パッドの代わりに、より軟らかいＣＭＰ研磨パッドが使用される。
参照記号のリスト
１１ 下方研磨板の研磨パッド
１２ 上方研磨板の研磨パッド
２１ 下方研磨板
２２ 上方研磨板
３１ 内側歯付きリング
３２ 外側歯付きリング
４ 半導体ウェハ
５ 変位
６ キャリア
７ 研磨／接触圧力
１１ 下方研磨板の研磨パッド
１２ 上方研磨板の研磨パッド
２１ 下方研磨板
２２ 上方研磨板
３１ 内側歯付きリング
３２ 外側歯付きリング
４ 半導体ウェハ
５ 変位
６ キャリア
７ 研磨／接触圧力
Claims (6)
- 半導体ウェハの両面研磨のための方法であって、第１の研磨パッドで覆われた上方研磨板と第２の研磨パッドで覆われた下方研磨板との間のキャリアの切欠部内に位置する半導体ウェハの同時両面研磨を含み、キャリアに位置する半導体ウェハは、研磨中、その一部の領域で、上方研磨板および下方研磨板によって形成された作業間隙から一時的に突出し、双方の研磨パッドは、正方形の区画の格子状配置が研磨パッドに形成されるよう、０．５〜２ｍｍの幅および深さを有するチャネルの規則正しい配置を有しており、上方研磨板に位置する第１の研磨パッドは２０ｍｍ×２０ｍｍよりも大きい区画を有し、下方研磨板に位置する第２の研磨パッドは２０ｍｍ×２０ｍｍ以下の区画を有しており、双方の研磨パッドは区画上に、０．１〜１．０μｍの平均サイズを有する、シリコン、アルミニウム、およびセリウムからなる群から選択された元素の酸化物の砥粒を含んでおり、研磨プロセス中に研磨液が供給され、その溶液のｐＨ値は１１〜１３．５の範囲のアルカリ性の成分の対応する供給によって変更可能であり、第１の工程で１１〜１２．５のｐＨを有する研磨液が供給され、第２の工程で１３以上のｐＨを有する研磨液が供給される、方法。
- 第３の工程で、１１．５以下のｐＨを有する研磨液が供給される、請求項１に記載の方法。
- 研磨液の代わりに、シリコン、アルミニウム、およびセリウムからなる群から選択された元素の酸化物の砥粒を含む研磨剤スラリーが供給される場合における、同じ研磨パッド上での半導体ウェハの同時両面研磨をさらに含み、第１の工程で１５〜３０ｎｍの平均粒径を有する研磨剤スラリーが使用され、第２の工程で３５〜７０ｎｍの平均粒径を有する研磨剤スラリーが使用される、請求項１または２に記載の方法。
- 研磨液または研磨剤スラリーは、下方研磨板および上方研磨板の上に互いに独立して供給される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
- 半導体ウェハの初期厚さは、キャリアの厚さよりも大きい、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
- 双方の研磨パッドの場合、チャネルは、パッド上面への遷移部において丸みが付いたエッジを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
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