JP2014180753A - 半導体材料ウェハを研磨するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジ−ノッチ研磨（ＥＮＰ）を含む、少なくとも１つの半導体材料ウェハを研磨するための向上された研磨方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの半導体材料ウェハを研磨するための方法であって、硬質研磨パッドによる、少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面および裏面の第１の同時両面研磨のステップと、エッジ−ノッチ研磨のステップと、より軟質な研磨パッドによる、少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面および裏面の第２の同時両面研磨のステップと、表面の最終片面ミラー研磨のステップとをこの順に含む、方法。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明
本発明は、２つのＦＦ−ＤＳＰ段階の間にエッジ−ノッチ研磨を有する２段階浮動自在両面研磨プロセス（ＦＦ−ＤＳＰプロセス）と、半導体材料ウェハの表面の最終片面仕上げ研磨（ミラー研磨）とを含む、半導体材料基板を研磨するための方法に関する。本発明に従う方法は、すべてのウェハ直径に対して好適であり、特に、３００ｍｍ以上の直径を有する半導体材料ウェハを研磨するために好適である。

エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスおよびマイクロエレクトロメカニクスにおいては、全体的および局所的な平坦性（ナノトポロジ）、粗さ（表面グロス）、および純度（外部原子、特に金属を含有しないこと）に対する極端な要件を伴う半導体ウェハが、出発原料（基板）として必要である。半導体材料は、ガリウムひ素などの化合物半導体、または主にケイ素および時としてゲルマニウムなどの元素半導体、またはこれらの層構造である。

半導体材料ウェハは、結晶の引上げに始まり、結晶のウェハへの切断から表面作製までの多数のプロセスステップで製造される。表面作製は、半導体ウェハの無欠陥かつ非常に平らな（平坦）表面を達成することを目的とする。この場合、研磨は片面作製方法である。先行技術では、半導体材料ウェハを研磨するためのさまざまな方法が知られている。これらには、片面研磨および両面研磨が含まれる。

半導体材料ウェハの製造のための対応するプロセスが、たとえば、国際出願ＷＯ００／４７３６９号およびＷＯ２０１１／０２３２９７号に開示されている。

いわゆる両面研磨（ＤＳＰ）では、ウェハの表面および裏面が同時に研磨される。このために、ウェハはキャリアプレート中に導かれ、キャリアプレートは、各々がその上に塗布された研磨パッドを有する上部および下部研磨プレートにより形成される作業間隙中に配置される。半導体材料ウェハのための両面研磨は、たとえば、米国特許第３，６９１，６９４号に記載されている。

いわゆる片面研磨（ＳＳＰ）では、ウェハの片面のみが研磨される。半導体材料ウェハの片面研磨には、１枚以上のウェハが、たとえばアルミニウムまたはセラミックからなり得る支持プレート上に固定される。先行技術によると、支持プレート上の固定は、一般的にはセメントの層を介してウェハを貼り合わせることにより実施され、たとえば、欧州特許第０ ９２４ ７５９号に記載されている。半導体材料ウェハのための片面研磨は、たとえば、ドイツ出願公開第１００ ５４ １６６号および米国出願公開第２００７／０２２４８２１号に記載されている。

研磨中、材料摩耗は、通常、基板表面との化学機械的相互作用（ＣＭＰ）により起きる。ＣＭＰは特に、表面欠陥を除去し、かつ表面粗さを減少させるために使用される。ＣＭＰ法は、たとえば米国特許第６，５３０，８２６号および米国出願公開第２００８／０３０５７２２号に開示されている。

半導体材料基板の化学機械的研磨（ＣＭＰ）中、複数の研磨パッドの少なくとも１つの表面は固定砥粒も含有し得る。固定砥粒を含有する研磨パッドによる研磨操作は、ＦＡ研磨操作と呼ばれる。ドイツ特許出願公開第１０ ２００７ ０３５ ２６６号は、たとえば、ケイ素材料基板のＦＡ研磨のための方法を記載している。一般的に、ＦＡ研磨用の研磨剤は、追加の砥粒を一切含有しない。

複数の研磨パッドの少なくとも１つの表面が固定砥粒を一切含有しない場合、砥粒を含有する研磨剤が一般的に使用される（研磨スラリー）。対応する研磨剤は、たとえば、米国特許第５，１３９，５７１号に開示されている。

先行技術によると、半導体材料ウェハの研磨は少なくとも２つの研磨ステップからなる。すなわち、第１の材料除去研磨ステップであって、一般的に、ウェハ１面当たり約１２〜１５μｍの材料が、表面上のみまたは表面および裏面上のいずれかで除去されるいわゆるストック研磨と、欠陥減少につながるその後のミラー研磨（仕上げ研磨）とからなる。ミラー研磨中、表面粗さの減少がさらに達成される。ミラー研磨は、摩耗＜１μｍ、好ましくは≦０．５μｍで実施される。

表面および裏面の同時研磨（両面研磨、ＤＳＰ）の、半導体材料ウェハの製造のためのプロセス順序への一体化が、先行技術により知られている。

ドイツ出願公開第１０ ２０１０ ０２４ ０４０号明細書は、半導体材料ウェハを研磨するための多段方法であって、（ａ） 固体を含有しないアルカリ性溶液を供給しつつ、各々の上に固定砥粒粒子を含有する研磨パッドが塗布された２つの研磨プレート間で半導体ウェハの表面および裏面を同時研磨するステップと、（ｂ） 砥粒粒子を含有するアルカリ性懸濁液を供給しつつ、各々の上に研磨パッドが塗布された２つの研磨プレート間で半導体ウェハの表面および裏面を同時研磨するステップと、（ｃ） 砥粒粒子を含有する懸濁液を供給しつつ、研磨パッド上で半導体ウェハの表面を研磨するステップとをこの順に含む方法を開示している。その後、ミラー研磨（仕上げ研磨、ＣＭＰ）が、１面当たり０．３〜最大で１μｍの全摩耗を伴う軟質研磨パッドを使用することにより実施され、この場合、ミラー研磨は片面または両面研磨として実施され得る。

ドイツ特許公開第１９９ ５６ ２５０号は、半導体材料ウェハを研磨するための多段法であって、（ａ） 研磨剤の存在下で、２つの研磨プレート間で半導体ウェハの表面および裏面を同時研磨するステップと、（ｂ） 半導体材料ウェハの各々の品質要件を検査するステップと、（ｃ） その後の処理について特定される品質特徴を満たさない半導体ウェハの表面および裏面をさらに同時研磨するステップと、（ｄ） ステップ（ｃ）で研磨された半導体材料ウェハを再検査するステップとをこの順で含む方法を教示している。

ドイツ特許出願公開第１９９ ５６ ２５０号の教示に従うと、ステップｃ）でのさらなる両面研磨は、２μｍ〜１０μｍのさらなる材料研磨を伴って、ステップａ）での両面研磨と同じパラメータにより実施される。しかしながら、ドイツ出願公開第１９９ ５６ ２５０号の教示は、ウェハ表面の粗さについての要件を考慮せずに、最適な表面幾何学的形状を達成することに関するに過ぎない。

半導体材料ウェハの表面および裏面の研磨に加えて、ウェハの一般的に面取りされたエッジ、および、配向ノッチが存在する場合にはこれも研磨される必要がある。このいわゆるエッジ−ノッチ研磨（ＥＮＰ）のために、半導体材料ウェハは、一般的に、回転可能な保持装置（チャック）上の中央に固定される。半導体ウェハのエッジは、研磨装置にアクセス自在となるようにチャックを越えて延在する。ＥＮＰのための方法および装置は先行技術であり、たとえば、ドイツ出願公開第１０ ２００９ ０３０ ２９４号、ドイツ出願公開第６９４ １３ ３１１号および欧州出願公開第１ ００４ ４００号に開示されている。

しかしながら、エッジ研磨および／またはエッジ−ノッチ研磨のためのチャック上のウェハの固定は、固定が実施される面に、たとえば痕跡の形態で表面損傷を残す可能性がある。

ＷＯ００／４７３６９号 ＷＯ２０１１／０２３２９７号 米国特許第３，６９１，６９４号 欧州特許第０ ９２４ ７５９号 ドイツ出願公開第１００ ５４ １６６号 米国出願公開第２００７／０２２４８２１号 米国特許第６，５３０，８２６号 米国出願公開第２００８／０３０５７２２号 ドイツ出願公開第１０ ２００７ ０３５ ２６６号 米国特許第５，１３９，５７１号 ドイツ出願公開第１０ ２０１０ ０２４ ０４０号 ドイツ出願公開第１９９ ５６ ２５０号 ドイツ出願公開第１０ ２００９ ０３０ ２９４号 ドイツ出願公開第６９４ １３ ３１１ 欧州出願公開第１ ００４ ４００号

したがって、本発明の目的は、エッジ−ノッチ研磨（ＥＮＰ）を含む、少なくとも１つの半導体材料ウェハを研磨するための向上された研磨方法を提供することである。方法は、半導体材料ウェハの表面の最適な表面幾何学的形状と、所望の粗さおよび欠陥を有さないこととを兼ね備えた半導体材料ウェハを確保する。

目的は、研磨剤を供給しつつ、少なくとも１つの半導体材料ウェハを研磨するための方法であって、第１の研磨パッドによる表面および裏面の第１の同時両面研磨のステップと、エッジ−ノッチ研磨のステップと、第２の研磨パッドによる表面および裏面の第２の同時両面研磨のステップと、表面の片面研磨のステップとをこの順に含み、第１の同時両面研磨のための上部および下部研磨パッドは、第２の同時両面研磨のための上部および下部研磨パッドよりも硬質であり、かつ圧縮可能でない、方法により達成される。

以下に、目的を達成するために使用される本発明に従う方法を、図とともに詳細に説明する。本発明に従う方法におけるすべての研磨ステップは、化学機械的研磨ステップ（ＣＭＰステップ）である。

少なくとも１つの半導体材料ウェハを研磨するための本発明に従う方法をフローチャートとして要約した図である。

少なくとも１つの半導体材料ウェハを研磨するための本発明に従う方法は、第１の同時両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ１）と、エッジ−ノッチ研磨（ＥＮＰ）と、力を伴わずに実施される第２の同時両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ２）と、片面で実施される仕上げ研磨（ミラー研磨、ＳＳＰ）とをこの順に含む（図１）。本発明に従う方法は、いかなるウェハ直径にも好適である。

半導体材料ウェハは、従来より、シリコンウェハであるか、または、たとえば、ケイ素−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）もしくは炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのケイ素または窒化ガリウム（ＧａＮ）に由来する層構造を有する基板である。

半導体材料ウェハは、表面および裏面、ならびに、一般的には丸みを付けられたエッジを有する。半導体材料ウェハの表面は、定義上、後の顧客プロセスで所望の微細構造が加えられる側の表面である。エッジには、結晶配向のために用いられるノッチが存在する。

少なくとも１つの半導体材料ウェハの同時両面研磨のために、ウェハは、研磨中にウェハを誘導するキャリアプレートの、好適な寸法を付けられた窪み中に配置される。

キャリアプレートは、好ましくは、たとえばチタンなど、できる限り軽量であるが十分に剛性な材料からなり、各々がその上に塗布された研磨パッドを有する上部および下部研磨プレートにより形成される作業間隙中に配置される。

少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面および裏面の同時両面研磨中、このウェハは、キャリアプレートの好適な寸法を付けられた窪み中で「浮動自在に」動くことができる。したがって、この方法は、浮動自在方法（ＦＦ−ＤＳＰ）とも呼ばれる。

少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面および裏面の同時両面研磨は、正の突出または負の突出となり得る。

同時両面研磨が正の突出となる場合、好適な寸法を付けられた窪み中に配置された半導体材料ウェハは、キャリアプレートよりも分厚い。すなわち、上部研磨パッドの側を向いているウェハの面は、キャリアプレートの対応する面よりも高い。

硬質かつ圧縮不可能な研磨パッドを用いる場合、正の突出は、研磨パッドとキャリアプレートとの間に直接的な接触が一切起きないため、両面研磨により達成可能なウェハの幾何学的形状の点、および、研磨されるべき基板と研磨パッドとの間の材料相互作用の点で利点を有する。

特に、より軟質かつより圧縮可能な研磨パッドの場合における、正の突出での両面研磨の欠点の１つは、ウェハが研磨パッド内に沈むことによる好ましくないエッジロールオフであり得る。

研磨が負の突出となる場合、好適な寸法を付けられた窪み中に配置された半導体材料ウェハは、キャリアプレートよりも薄いため、より軟質かつより圧縮可能な研磨パッドの場合における好ましくないエッジロールオフが大きく減少される。なぜなら、研磨パッドがキャリアプレートの好適な寸法を付けられた窪みのエッジにより支持されて、より小さな強さで変形するため、ウェハの最も外側のエッジで圧力放出を受けるためである。

しかしながら、負の突出での研磨は、キャリアプレート被膜の増加した摩耗を引起す。なぜなら、研磨パッドが表面全体に、キャリアプレート表面上に直接作用するためである。このことは、好ましくない粒子の発生、ウェハの金属汚染まで引起し得る。

先行技術によると、同時両面研磨の場合、上部研磨パッドは、上部研磨プレート上の研磨されたウェハの付着を回避するように構成され、下部研磨パッドは、平滑表面を有する。

本発明に従う方法では、発泡ポリマー、たとえばポリウレタン（ＰＵ）からなる硬質かつ圧縮不可能な研磨パッドが、少なくとも１つの半導体材料ウェハ（基板）の表面および裏面の第１の同時研磨（ＦＦ−ＤＳＰ１）のために使用される。

本発明の文脈では、硬質研磨パッドは、８０ショアＡより大きい硬度を有し、圧縮不可能な研磨パッドは、最大で３％の圧縮率を有する。材料の圧縮率は、ある体積変化を生じるために必要なすべての面上での圧力変化を示す。圧縮率の計算は、規格ＪＩＳ Ｌ−１０９６（織物についての試験方法）と同様に実施される。

したがって、硬質かつ圧縮不可能な研磨パッドは、本発明の文脈では、表面および裏面の第１の同時研磨（ＦＦ−ＤＳＰ１）のために使用される。硬質かつ圧縮不可能な研磨パッドは、たとえばポリウレタン発泡体からなり、一般的に、不織繊維のインレーを含有しない。例としては、ニッタ・ハース株式会社（日本）製造業者による、たとえばＰＲＤ−Ｎ０１５ＡパッドなどのＰＲＤシリーズのパッドである。

特に、硬質かつ圧縮不可能な研磨パッドを用いる場合、面平行な作業間隙を確実にすることが特に重要である。なぜなら、これらの研磨パッドは、２つの研磨プレートの互いに対する位置相違を、研磨間隙の幾何学的形状上に直接的に再現するためである。

したがって、研磨プロセスは、好ましくは、研磨間隙の能動的な制御により実施される。これは、研磨プロセス中に、少なくとも２ヶ所、好ましくは３ヶ所以上の半径方向の位置で、上部および下部研磨プレート間の距離を非接触測定することを含む。非接触測定は、好ましくは渦電流センサにより実施される。測定された距離の半径方向断面に基づいて、全半径にわたる２つの研磨プレートの最大一定間隔を達成するために、２つの研磨プレートの少なくとも１つの形状が能動的に再調整される。このために、一般的に、上部研磨プレートの形状は、たとえば研磨プロセス中の熱の入力により引起される、下部作業ディスクの形状変化に合わせて調整および適合される。この種の作業間隙の能動的な制御を有する研磨装置は、ドイツ出願公開第１０ ２００４ ０４０４２９号に記載されている。作業間隙中の金属部分は測定に干渉するため、渦電流センサによる距離測定は、キャリアプレートの内側部分が金属からならない場合に特に良好に作用する。

研磨剤により引起される短期的な温度のばらつきを回避するために、作業間隙の能動的な制御は、好ましくは、研磨材料の規定の温度への予備処理と組合される。好ましくは、研磨剤は、作業間隙内に送られる前に、熱交換器により所定の温度にされる。これは、使用済み研磨剤が排出され、回収され、熱的に調節されて、作業間隙に戻される研磨剤の再利用と有利に組合されてもよい。このように、費用節約および温度安定化が同時に達成され得る。

少なくとも１つの半導体材料ウェハ（基板）の表面および裏面の第１の同時研磨（ＦＦ−ＤＳＰ１）のために、第１の実施形態では、少なくとも１つの半導体材料ウェハは、研磨プロセス中に、半導体材料ウェハの表面が、構成された上部研磨パッド上で研磨されるようにキャリアプレートの好適な寸法を付けられた窪み中に配置される（表面が上向き）。

半導体材料ウェハが表面を上向きにして研磨される場合、両面研磨は、完全に研磨されたウェハがキャリアプレートに対して正の突出または負の突出となるように実施されてもよい。

少なくとも１つの半導体材料ウェハ（基板）の表面および裏面の第１の同時研磨（ＦＦ−ＤＳＰ１）のために、第２の実施形態では、少なくとも１つの半導体材料ウェハは、研磨プロセス中に、半導体材料ウェハの表面が平滑な下部研磨パッド上で研磨されるように、キャリアプレートの好適な寸法を付けられた窪み中に配置される（表面が下向き）。

半導体材料ウェハが表面を下向きにして研磨される場合、両面研磨は、完全に研磨されたウェハが、キャリアプレートに対して正の突出または負の突出となるように実施されてもよい。

本発明に従う研磨プロセスのために、研磨剤として、アルカリが添加されているが特に希釈されたシリカゾル懸濁水が、アルカリ性バッファおよび強アルカリとともに用いられる。

第１の両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ１）のための研磨剤分散液中の砥粒の割合は、好ましくは０．２５〜２０重量％、特に好ましくは０．４〜５重量％である。砥粒粒子の径分布は、好ましくは単一モードである。平均粒径は、５〜３００ｎｍ、特に好ましくは５〜５０ｎｍである。砥粒は、基板材料を機械的に摩耗させる材料からなり、好ましくは、アルミニウム、セリウムまたはケイ素の元素の酸化物の１以上からなる。

特に、コロイド状に分散されたケイ素を含有する研磨剤分散液が好ましい。研磨剤分散液のｐＨは、好ましくは９〜１２．５の範囲内、特に好ましくは１１〜１１．５の範囲内にあり、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、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（ＮＨ_４ＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）またはこれらの化合物の任意の所望の混合物などの添加剤により調整される。

研磨剤分散液は、１以上のさらなる他の添加材、たとえば、湿潤剤および界面活性剤等の界面活性添加材、保護コロイドとして作用する安定剤、防腐剤、殺生物剤、アルコール、ならびに錯化剤をさらに含んでもよい。

研磨剤の供給下でのストック研磨中、第１の材料除去研磨ステップにおける研磨圧力は、好ましくは０．１０〜０．５バール、特に好ましくは０．１０〜０．３０バールである。

好ましくは、研磨剤は、研磨剤の再利用システムにより再度使用され、さらに、水酸化カリウムにより回復される。

好ましくは、少なくとも１つの半導体材料ウェハの第１の同時両面研磨は、２０℃〜３０℃の温度範囲内、特に好ましくは２２℃〜２５℃の温度範囲内で実施される。

好ましくは、１面当たり８〜１２μｍの材料摩耗が、少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面および裏面の第１の同時研磨（ＦＦ−ＤＳＰ１）中に生じる。

第１のストック研磨ステップを停止させるために、好ましくは、たとえば、フジミ社、日本、によるＧｌａｎｚｏｘ３９００などの表面活性剤により安定化されたシリカゾルに基づく研磨停止ステップが実施される。

特に好ましくは、第１のストック研磨ステップの停止は、ケイ素産業で使用されるのに必要な純度を有する脱イオン水（ＤＩ水、ＤＩＷ）により実施される。

この場合、半導体材料ウェハの表面は、たとえば未だ存在する研磨剤残渣による堆積物の乾燥を防止するために、次のプロセスステップの開始まで湿ったまま保たれるべきである。

少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面および裏面の第１の同時研磨（ＦＦ−ＤＳＰ１）により、ウェハの幾何学的形状が最適化される。本発明に従う方法のこの第１のステップにおける硬質かつ圧縮不可能な研磨パッドの使用により、特に、向上されたエッジの幾何学的形状が得られる。

しかしながら、硬質かつ圧縮不可能な研磨パッドの使用により、第１の両面研磨ステップ後に、未だ高過すぎる研磨された表面および裏面の粗さが引起されてしまう。

本発明に従う研磨方法では、第１の同時両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ１）の後にエッジ−ノッチ研磨（ＥＮＰ）が行われる。

エッジ−ノッチ研磨のために、半導体材料ウェハは、好ましくは、その表面を中央で回転するチャック上にして真空により固定される。

エッジ−ノッチ研磨のために、半導体材料ウェハは、特に好ましくは、その裏面を中央で回転する保持装置（チャック）上にして真空により固定される。半導体ウェハのエッジは、研磨装置にアクセス自在となるように、チャックを越えて延在する。

中央で回転するウェハの少なくとも１つのエッジ表面は、研磨装置に対してある力（印加圧力）で押圧される。研磨装置は、停止状態（研磨あご）であっても、または同じく中央で回転（研磨ドラム）してもよい。エッジまたはノッチを研磨するための研磨装置上に研磨パッドが塗布される。

エッジ−ノッチ研磨のための装置および方法は先行技術であり、たとえば、ドイツ出願公開第１０ ２００９ ０３０ ２９４号およびドイツ出願公開第１０２ １９ ４５０号、ならびに、文献ドイツ特許出願第６０１ ２３ ５３２号に開示されている。

半導体材料ウェハのチャック上の固定は、チャックに接する表面上に、いわゆるチャック跡と呼ばれるチャックの痕跡を生じるおそれがある。ＥＮＰプロセスでのチャック跡の形態で生じる表面欠陥は、次に、所望の表面品質を達成するために、その後の研磨により確実に除去される必要がある。

少なくとも１つの半導体材料ウェハを研磨するための本発明に従う方法では、第２の浮動自在両面研磨（ＦＦ−ＤＳＰ２）がエッジ−ノッチ研磨の後に実施され、半導体材料ウェハの表面が、この研磨ステップで平滑な下部研磨パッド上で研磨される（表面が下向き）。

このため、少なくとも１つの半導体材料ウェハは、両面研磨機の作業間隙中に配置されたキャリアプレートの、好適な寸法を付けられた窪み中に再度配置される。

第２の両面研磨ステップは、一方では、第１の両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ１）により引起された表面および裏面の増加した粗さ（チャップマンフィルタ３０〜２５０μｍ／ＤＩＣヘイズ［ｐｐｍ］／ヘイズ［ｐｐｍ］）を減少させるために使用され、他方では、硬質かつ圧縮不可能な摩耗パッドの使用により引起され得る、存在する可能性のある研磨擦り傷を除去し、さらに、チャック跡を除去するために用いられる。

本発明に従う方法の第２の両面研磨ステップでは、構成された研磨パッドが上部研磨プレート上に塗布され、平滑な研磨パッドが下部研磨プレート上に塗布される。上部研磨パッドの表面中の構造により、上部パッド上の半導体材料ウェハの付着が回避される。

この第２の研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ２）のための研磨パッドとしては、好ましくは、たとえばポリウレタン（ＰＵ）などのポリマーが含浸された不織パッドが、上部および下部研磨プレート上に塗布される。

この第２の研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ２）のために、たとえばポリウレタン発泡体からなり、一般的に不織繊維のインレーを含有しない発泡研磨パッドを適用することも好ましい。

本発明に従うと、この第２の両面研磨ステップのためのこれらの研磨パッドは、８０ショアＡ以下の硬度および３％より大きい圧縮率を有するため、本発明に従う方法の第１の両面研磨ステップによる発泡研磨パッドよりも軟質かつ圧縮可能である。

第２の研磨ステップのためのポリマーが含浸された好適な不織研磨パッドは、たとえば、ダウケミカル社、米国、によるＭＨシリーズのＳＵＢＡ研磨パッドである。

第２の研磨ステップのための好適な発泡研磨パッドは、たとえば、ニッタ・ハース株式会社（日本）製造業者による、たとえばＰＲＤ−Ｎ０１５ＡパッドなどのＰＲＤシリーズのパッドである。

発泡研磨パッドが第２の両面研磨ステップに用いられる場合、必要な硬度および圧縮率を有する発泡研磨パッドを選択することにより、第１の研磨ステップの発泡研磨パッドと比較してより小さな硬度およびより小さな圧縮率が、好ましくは達成される。

さらに好ましくは、第１の両面研磨ステップと比較してより高温で第２の両面研磨ステップを行なうことにより、第１の研磨ステップの発泡研磨パッドと比較してより小さな硬度およびより小さな圧縮率が達成される。特に、両方の両面研磨ステップに同じ研磨パッドが使用される場合、第１の両面研磨ステップと比較してより高い温度により、発泡研磨パッドの硬度および圧縮率の両方が減少される。硬度および圧縮率の両方の減少は、研磨温度により制御することができる。すなわち、より高温であるほど、硬度および圧縮率はより低くなる。

好ましくは、少なくとも１つの半導体材料ウェハの第２の同時両面研磨は、２０℃〜６０℃の温度範囲内、特に好ましくは３０℃〜４５℃の温度範囲内で実施される。

第２の両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ２）では、たとえば、フジミ社、日本、によるＧｌａｎｚｏｘ３９００などの、シリカゾル（ＳｉＯ_２）を主体とするアルカリが添加された希釈研磨剤懸濁液が、たとえば、Ｋ_２ＣＯ_３などのアルカリ性バッファと組合されて用いられる。

第２の両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ２）のための研磨剤は、たとえばＫＯＨなどの強アルカリを含有しない。第２の両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ２）での強アルカリの使用により、ｐＨの大きな増加が引起され得るため、第２の両面研磨が行なわれている間に、エッジ−ノッチ研磨により既に最適化されたエッジの制御不能なエッチングが起きるおそれがある。

第２の両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ２）のための研磨剤分散液中の砥粒の割合は、好ましくは０．２５〜２０重量％、特に好ましくは０．４〜５重量％である。砥粒粒子の径分布は、好ましくは単一モードである。平均粒径は、５〜３００ｎｍ、特に好ましくは５〜５０ｎｍである。砥粒は、基板材料を機械的に研磨する材料からなり、好ましくは、アルミニウム、セリウムまたはケイ素の元素の酸化物の１以上からなる。

特に、コロイド状に分散されたシリカを含有する研磨剤分散液が好ましい。研磨剤分散液のｐＨは、１０〜１１の範囲内にあり、好ましくは、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）またはこれらの化合物の任意の所望の混合物などの添加剤により調整される。

研磨剤分散液は、１以上のさらなる他の添加材、たとえば、湿潤剤および界面活性剤等の界面活性添加材、保護コロイドとして作用する安定剤、防腐剤、殺生物剤、アルコール、ならびに錯化剤をさらに含んでもよい。

第２の両面研磨ステップ（ＦＦ−ＤＳＰ２）での研磨圧力は、好ましくは、最大で１０分の研磨時間で０．１〜０．４バールである。好ましくは、第２の両面研磨ステップの研磨時間は、１〜６分であり、特に好ましくは２〜４分である。

好ましくは、少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面および裏面の第２の同時研磨（ＦＦ−ＤＳＰ２）中に、１面当たり２μｍ以下の材料摩耗が生じる。特に、ウェハ１面当たり０．５〜１μｍの材料研磨が好ましい。

少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面および裏面の第２の同時研磨（ＦＦ−ＤＳＰ２）は、一方では、存在する可能性のある擦り傷およびチャック跡を除去するために使用され、他方では、表面の粗さを減少させるために使用される。

第２の両面研磨ステップが実施された後、半導体材料ウェハの幾何学的形状測定が行なわれてもよい。好ましくは、幾何学的形状測定は、ランダムサンプリングにより、たとえば、研磨操作１回当たりに１回のランダムなサンプルにより実施される。

幾何学的形状測定は、次の研磨ステップである最終ミラー研磨（仕上げ研磨）を制御するために用いられる。

本発明に従う方法の第２の実施形態では、少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面および裏面の第２の同時研磨（ＦＦ−ＤＳＰ２）の代わりに、ウェハの裏面にゲッターが設けられる。ゲッターの適用は、粗面化により機械的に実施されても、または、たとえばポリシリコンなどの層を堆積することにより実施されてもよい。ゲッターを適用するための方法は先行技術であり、たとえば、米国特許第３，９２３，５６７号およびドイツ特許第２６２８ ０８７号に開示されている。

少なくとも１つの半導体材料ウェハを研磨するための本発明に従う方法の最終ミラー研磨は、先行技術に従う表面の片面研磨（ＳＳＰ）として実施され、少なくとも１つの半導体材料ウェハの表面の粗さのさらなる最小化のために使用される。

片面研磨は、本発明に従う方法では、砥粒を一切含有しない軟質研磨パッドにより、研磨剤の存在下で、典型的な化学機械的研磨（ＣＭＰ）として実施される。

ＣＭＰ法は、たとえば、ドイツ特許出願公開第１００ ５８ ３０５号およびドイツ特許出願公開第１０ ２００７ ０２６ ２９２号に開示されている。

好ましくは、この最終ステップでの半導体材料ウェハの表面上の全摩耗は、０．０１μｍ〜１μｍ、特に好ましくは０．０５μｍ〜０．２μｍである。

Claims (8)

1. 研磨剤を供給しつつ、少なくとも１つの半導体材料ウェハを研磨するための方法であって、
   ａ） 第１の研磨パッドによる表面および裏面の第１の同時両面研磨のステップと、
   ｂ） エッジ−ノッチ研磨のステップと、
   ｃ） 第２の研磨パッドによる前記表面および前記裏面の第２の同時両面研磨のステップと、
   ｄ） 前記表面の片面研磨のステップとをこの順に含み、
   前記第１の同時両面研磨のための上部および下部研磨パッドは、前記第２の同時両面研磨のための上部および下部研磨パッドよりも硬質であり、かつ圧縮可能でない、方法。
2. 前記第１の同時両面研磨のための前記研磨パッドは、少なくとも８０ショアＡの硬度および最大で３％の圧縮率を有する発泡ポリマーからなり、前記第２の同時両面研磨のための前記研磨パッドは、８０ショアＡ未満の硬度および３％より大きい圧縮率を有するポリマー含浸不織繊維からなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の同時両面研磨のための前記研磨パッドは、少なくとも８０ショアＡの硬度および最大で３％の圧縮率を有する発泡ポリマーからなり、前記第２の同時両面研磨のための前記研磨パッドは、前記第２の研磨ステップ中に、８０ショアＡ未満の硬度を有し、かつ３％より大きい圧縮率を有する発泡ポリマーからなる、請求項１に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの半導体材料ウェハの前記表面は、前記第１の同時両面研磨中に前記上部研磨パッド上で研磨される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１の同時両面研磨のための前記研磨剤は、たとえばＫＯＨなどの強アルカリを含有し、前記第２の同時両面研磨のための前記研磨剤は、強アルカリを含有しない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第１の同時両面研磨中に、１面当たり８μｍ〜１２μｍの材料摩耗が生じ、前記第２の同時両面研磨中に、１面当たり２μｍ以下の材料摩耗が生じる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記表面の片面研磨中に、１μｍ以下の材料摩耗が生じる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記第２の同時両面研磨の研磨温度は、２０℃〜６０℃の範囲内である、請求項１または２に記載の方法。