JP3999587B2 - 半導体ウェーハを同時に両面で材料除去加工するための方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、上側の加工定盤および下側の加工定盤に対して相対的な半導体円板、つまり半導体ウェーハ(wafer)の最適化された軌道曲線を使用して、半導体ウェーハを同時に両面で材料除去加工するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウェーハを製造するための典型的な一連のプロセス(「プロセス鎖」と呼ぶ)は、次に挙げるような複数のプロセスステップを包含している;ソーを用いたスライシング−エッジラウンディングもしくはベベル−ラッピングまたは研削−湿式化学的なエッチング−ポリシングならびに上に挙げたプロセスステップのうちの少なくとも幾つかのプロセスステップの前後に行われるクリーニングステップ。特に、たとえば0.13μmまたは0.10μmの線幅を有する次世代の構成素子を製作するための出発製品として使用したい半導体ウェーハでは、平行平面性および平坦度に対して高い要求が課せられる。このことは、上に挙げた事例では、平坦性の尺度である、たとえば25mm×25mmの構成素子面に関する0.13μmまたは0.10μmに等しいか、またはそれよりも小さい平坦度SFQRmax(SFQR=site front−surface referenced least squuares)により表すことができる。このような要求には、プロセス鎖において少なくとも1つの製作ステップを、半導体ウェーハの表面および裏面を同時に加工するステップとして実施することにより応えることができる。このようなプロセスの例は、両面ラッピング、両面研削および両面ポリシングであり、これらのプロセスは、シングルウェーハプロセス(枚葉式プロセス)として実施されるか、または約5〜30枚の半導体ウェーハを同時加工しながら実施され得る。
【0003】
同時に複数の半導体ウェーハを両面ラッピングする技術は、かなり以前より知られており、たとえば欧州特許出願公開第547894号明細書に記載されている。複数の製造業者の種々のサイズの適当な設備が市場で入手可能である。この場合、半導体ウェーハは、砥粒(Abrasivstoff)を含有した懸濁液の供給下に、当業者により「ラップ定盤」と呼ばれる、たいていは鋼から成っていて、かつ懸濁液を良好に分配するための複数の通路を備えている上下の作業定盤の間で、ある程度の圧力で加圧されながら運動させられ、これにより半導体材料が除去される。この場合、半導体ウェーハは、駆動リングによって回転させられた、半導体ウェーハを収容するための複数の切欠きを備えた「キャリヤ」と呼ばれる回転ディスクによって、所定の幾何学的軌道に沿って保持される。
【0004】
ラッピングの役目は、半導体結晶のスライシング工程でのソーイング時に形成された、表面近傍の加工変質層(「ダメージ」)を除去し、かつ半導体ウェーハの規定の厚さおよび平行平面性を形成することである。典型的な除去量は半導体材料20μm〜120μmであり、この除去量は半導体ウェーハの両面に均一に分配されていることが有利である。
【0005】
半導体ウェーハを両面研削するための方法もやはり知られており、最近ではコスト利点に基づき、ラッピングに代わる手段としてますます多く使用されつつある。これに関連して、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第19626396号明細書には、複数の半導体ウェーハを同時に加工する方法が記載されている。この方法は、両面ラッピングの場合の運動と類似した半導体ウェーハの運動を用いて行われる。両面研削には、この場合、ラッピングと同じ役目が課せられる。すなわち、典型的な除去量も比較可能となる。
【0006】
半導体ウェーハを両面ポリシングするための方法は、ラッピングを進化させたものである。この場合、作業定盤である上下のラップ定盤の代わりに、研磨布もしくはポリシングパッドを貼り付けられた平らな研磨定盤が使用され、そしてたいていはアルカリ性に安定化されたコロイドを含有した研磨懸濁液(研磨スラリ)が供給される。米国特許第5855735号明細書の記載によれば、6重量%(wt%)の固体濃度が超えられると、化学的機械的な両面研磨から、ラッピングモードの両面粗研磨への移行が行われる。
【0007】
この場合にも、半導体ウェーハは、回転させられたキャリヤによって、一般に互いに逆向きに回転する上下の研磨定盤において、規定された軌道に沿って運動させられる。これに関連したポリシング機は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第10007390号明細書に記載されている。高い平坦度を得るために半導体ウェーハを両面研磨するための方法は、ドイツ連邦共和国特許第19905737号明細書に基づき公知であり、この場合、研磨し終えた半導体ウェーハの厚さは、特殊鋼から成るキャリヤよりも2〜20μmだけしか大きくない。この方法を用いると、25mm×25mmの構成素子面を有する格子パターンに関するSFQRmaxとして表されるローカルサイトな平坦度値が0.13μmに等しいか、またはそれよりも小さくなるような半導体ウェーハを得ることができる。このような半導体ウェーハは、0.13μmに等しいか、またはそれよりも小さい線幅を有する半導体構成素子プロセスのために必要となる。両面ポリシングによる後加工のための方法がドイツ連邦共和国特許第19956250号明細書に記載されている。半導体ウェーハの縁部を保護するために、キャリヤは、欧州特許第208315号明細書に記載の構成により、半導体ウェーハを収容するためのプラスチックでライニングされた切欠きを有していると好都合である。キャリヤの切欠きをこのようなプラスチックでライニングすることは、ラッピングにおいてもたびたび使用されている方法である。
【0008】
両面ポリシングの役目は、半導体ウェーハの最終的な平行平面性および平坦度を調節し、かつ前プロセス、たとえばラッピングまたは研削およびこれに続くエッチングからの加工変質された結晶層ならびに表面ラフネス(粗さ)を取り除くことである。両面研磨された半導体ウェーハの高い平坦度が得られると同時に、これと相まって、パーティクル付着傾向の減じられた、研磨された裏側の面も得られることに基づき、このような材料除去ポリシング法は特に200mm以上の直径の半導体ウェーハの製造時においては、表側の面の片面ポリシングよりも著しく重要となっている。典型的な除去量はこの場合、半導体材料10μm〜50μmである。
【0009】
両面ポリシングの場合には、たいてい半導体ウェーハの表側の面と裏側の面とから等量の材料が除去される。それに対して、国際公開第00/36637号パンフレットには、両面ポリシングにおいて、上側の研磨定盤の高められた回転数により実現することのできる、高められた表側での材料除去量により、ウェーハ裏面に意図的に変質された結晶層を残す方法が記載されている。ドイツ連邦共和国特許出願公開第19704546号明細書に記載によれば、多段式の方法、つまり両面ポリシング―たとえば酸化物による裏面の被覆―再度の両面ポリシングのステップから成る方法によっても、このような非対称的な材料除去を行うことができる。
【0010】
半導体ウェーハの製造者として競争力を維持してゆくためには、要求された品質の製作をできるだけ低いコストで可能にするプロセスおよび方法を提供することが迫られている。手掛かりとなる重要なポイントは、機械当たりの半導体ウェーハの生産率をできるだけ高い程度にまで向上させることである。このことは両面ポリシングの場合では、たとえばポリシングパッドの高い可使時間と関連した高い除去率もしくは除去速度(Abtragsrate)を実現することを意味する。両面加工のために働くラッピング法および研削法についても、同様のことが云える。ただし、作業定盤の場合では、ポリシングパッドの寿命の代わりにラップ定盤もしくは砥石定盤の寿命が問題となる。
【0011】
公知先行技術によるこれらの方法の欠点は、両面ラッピング、両面研削および両面ポリシングにおいて、特定の製品特性、たとえば高い平坦度および/または表面スクラッチの不在を維持しながら、規定された材料除去量において、高められた機械処理量もしくは短縮されたサイクル時間を実現することが不可能であることである。加工圧を高めることにより半導体材料の除去速度を向上させるという試みは、平坦度の劣悪化および/または表面スクラッチの発生を招き、これにより、こうして製造されたウェーハは引き続き加工することができず、廃棄されるか、または高められたコスト手間をかけて後処理されなければならない。
【0012】
米国特許第6180423号明細書には、キャリヤにより保持されかつその中心点を中心にして回転するように、同じく回転する研磨定盤を介して運動させられる唯一枚の半導体ウェーハの片面ポリシングの場合に、ポリシングパッドに対して相対的な半導体ウェーハの軌道曲線が、ポリシングパッドの回転速度m対キャリヤの回転速度nの比に関連していることが記載されている。すなわち、このような渦巻状もしくは螺線状の軌道曲線によってポリシングパッドができるだけ均一にカバーされることが記載されている。このことは、mおよびnのできるだけ高い最小公倍数により達成される。利点としては、永続的に高められた除去速度および改善されたポリシングパッド寿命が確認されている。この方法も、上で述べた公知先行技術における欠点を埋めることができない。なぜならば、両面側で働く材料除去加工法、つまりキャリヤの回転が、研磨定盤に対して相対的な、機械中心を中心とした並進運動によって重畳されていて、したがって2の自由度の代わりに4の自由度(上側の定盤および下側の定盤の回転数、キャリヤの内側の駆動装置および外側の駆動装置の回転数)が配慮されなければならないような材料除去加工法への適用が不可能であるからである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、たとえばラッピング、研削またはポリシングにより半導体ウェーハを同時に両面で材料除去加工するための方法を改良して、加工機械当たりの、規定された品質の半導体ウェーハの一層高い生産率によりコスト利点をもたらすような方法を開発するという課題が課せられた。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の対象は、表面と裏面とを有する半導体ウェーハを同時に両面で材料除去加工するための方法であって、半導体ウェーハが、環状の外側の駆動リングと、環状の内側の駆動リングとにより回転させられたキャリヤ内に位置している状態で、該半導体ウェーハを、互いに逆向きに回転する2つの作業定盤の間で、それぞれ上側の作業定盤に対して相対的な所定の軌道曲線と、下側の作業定盤に対して相対的な所定の軌道曲線とにより描くことのできる運動様式で運動させる形式の方法において、両軌道曲線が、
(a)中心点を巡る6つのループの形成後に、まだ開いた外観を有しており、かつ
(b)いかなる個所でも、内側の駆動リングの半径と少なくとも同じ大きさの曲率半径を有している
ことを特徴とする、半導体ウェーハを同時に両面で材料除去加工するための方法である。
【0015】
【発明の効果】
言い換えれば、両軌道曲線は中心点を巡る6つまたはそれよりも少ないループの形成後に、それ自体閉じられていないか、またはそれ自体ほとんど閉じられておらず、しかも両軌道曲線はいかなる個所でも、内側の駆動リングの曲率半径よりも小さな曲率半径を有していないことになる。
【0016】
本発明による軌道曲線はその形状に関して、キャリヤの駆動と作業定盤の駆動とによって複数の運動が重畳されていることにより、公知先行技術による片面ポリシングの、厳しい螺旋状の曲線とは異なっている。本発明の大きな特徴は、上側の作業定盤も下側の作業定盤も、作業定盤に対して相対的な半導体ウェーハ運動の軌道曲線で均一に覆い尽くされるだけでなく、急激な方向変化も行われないことである。たとえば両面ポリシングの場合では、第1の要求に基づき、上下のポリシングパッドの均一な摩耗および迅速な再生が保証されており、そして第2の要求に基づき、半導体ウェーハの滑らかでない走行様式が回避され、これによりキャリヤの振動および/または半導体ウェーハの傾動、ひいては平坦度の悪化や、最悪の場合にはキャリヤからの進出による半導体ウェーハの破壊をも招く危険が回避される。このような関連性が存在することは意想外であり、全く予見することができなかった。両面ラッピングおよび両面研削に関しても、両面ポリシングについて述べた考察結果と同様のことが云える。
【0017】
当該方法の出発製品は、公知の形式で結晶から分離され、エッジラウンディングされ、かつ場合によっては別のプロセスステップに施された半導体ウェーハである。この半導体ウェーハは、方法および目的設定に応じて、ソーイングもしくはスライシングされたか、研削されたか、エッチングされたか、研磨されたか、またはエピタキシャル成長された表面を有していてよい。所望に応じて、半導体ウェーハの縁部が研磨されていてもよい。
【0018】
当該方法の最終製品は、両面ラッピングされたか、両面研削されたか、または両面研磨されていて、高い平坦度および無スクラッチ性を有しており、さらに、公知先行技術により製造された同品質の半導体ウェーハより、製造コストの点で優っているような半導体ウェーハである。
【0019】
本発明による方法は、たとえばラッピング、研削およびポリシングによって、これらの方法により加工可能となる材料から成る種々様々なディスク状の物体を両面加工するために使用することができる。このような材料は、たとえばガラス、たとえば二酸化ケイ素を主体としたガラス、および半導体、たとえばシリコン、シリコン/ゲルマニウムおよびガリウムヒ素である。引き続き電子構成素子、たとえばプロセッサおよびメモリ素子の製作で使用するための単結晶の形のシリコンが、本発明の枠内では特に有利である。
【0020】
本発明による方法は、特に200mmに等しいか、またはそれよりも大きい直径と、500μm〜1200μmの厚さとを有する半導体ウェーハを加工するために適している。このような半導体ウェーハは、直接に半導体構成素子を製造するための出発材料として使用され得るか、または別のプロセスステップ、たとえば湿式化学的なエッチングまたはプラズマエッチング、ポリシングの実施後に、かつ/または裏面封印層またはウェーハ表側の面のエピタキシャル被覆層のような層の被着後に、かつ/または熱処理によるコンディショニングの後に、対応する使用目的に供給され得る。均質材料から成るウェーハの製造の他に、本発明はもちろん、多層構造に形成された半導体基板、たとえばSOIウェーハ(silicon−on−insulator)を製造するためにも使用され得る。
【0021】
引き続き、本発明による方法を、シリコンウェーハの両面ポリシングを例にとって説明する。最適化された軌道曲線を計算しかつ規定するためのデータは、当業者にとっては問題なく、同様の運動学的作用形式を有する方法、たとえば両面ラッピングまたは両面研削に転用可能である。この場合、たとえばポリシングパッドで覆われた研磨定盤の代わりに通路または研削砥石を備えた作業定盤が使用され、かつポリシングパッドの摩耗の代わりに、ラップ定盤または研削定盤の摩耗が考慮される。
【0022】
原理的には、たとえば内周刃式ソーまたはワイヤソーを用いたスライシング法によりスライスされた多数のシリコンウェーハを直接に本発明による両面ポリシングステップに施すことが可能である。しかし、鋭利な輪郭に仕切られたウェーハエッジ、つまり機械的に極めて敏感なウェーハエッジを、適当にプロファイリングされた砥石車を用いて丸めることが有利である。さらに、ジオメトリ(幾何学的形状)の改善の目的および破壊された結晶層、つまり加工変質層の部分的除去の目的で、シリコンウェーハを、ラッピングおよび/または研削および/またはエッチングのような除去ステップに施すことが有利である。この場合、上に挙げた全てのステップは公知先行技術により実施される。
【0023】
本発明によるポリシングステップを実施するためには、少なくとも3つのキャリヤを使用して少なくとも3枚のシリコンウェーハの同時ポリシングを可能にするような、適当なサイズの両面ポリシングのための市販の機械を使用することができる。等間隔を置いて所定の円形軌道に沿って配置されたそれぞれ少なくとも3枚のシリコンウェーハで占められている3〜5つのキャリヤを同時に使用することが特に有利である。しかし、各キャリヤがそれぞれ1枚のシリコンウェーハでしか占められていないことも可能である。しかしこの場合、このシリコンウェーハは、本発明を組み換えることができるようにするために、キャリヤの中心外に配置されていることが望ましい。
【0024】
ポリシング機は主として、水平方向に自由に回転可能な下側の研磨定盤(プラテン)と、水平方向に自由に回転可能な上側の研磨定盤とを有していて、これらの研磨定盤にはそれぞれ研磨布もしくはポリシングパッドがカバーされていて、有利には貼り付けられている。このポリシング機は、適当な化学的組成の研磨剤の連続的な供給下に、両面の材料除去ポリシング加工を可能にする。有利にはステンレスクロム鋼から成っているキャリヤは、シリコンウェーハを収容するための、適当に寸法設定された、プラスチックでライニングされた複数の切欠きを有している。これらのキャリヤは、たとえばいわゆる「ピン歯車(Triebstock−Stiftverzahung)」と呼ばれるピン歯列またはインボリュート歯列を用いて、回転する内側の内側のピン付リングまたは歯付リングと、この内側のリングとは逆向きに回転する外側のピン付リングまたは歯付リングとを介してポリシング機と接触していて、これにより互いに逆向きに回転する両研磨定盤の間で回転運動にもたらされる。「ピン歯車」は、キャリヤの回転特性が一層安定しかつピンが容易に交換可能となることに基づき特に有利である。
【0025】
本発明によるポリシング法に用いられるキャリヤは、500〜1200μmの有利な厚さを有しており、この厚さは、研磨されたシリコンウェーハの最終厚さに左右され、この最終厚さ自体はシリコンウェーハの直径およびプランニングされた使用目的に関連している。極めて平らなシリコンウェーハの製造に関しては、研磨されたウェーハの最終厚さがキャリヤ厚さよりも2〜20μmだけ大きく形成されることが有利であり、この場合、3〜10μmの範囲が特に有利である。両面ポリシングによるシリコン除去量は、有利には2〜70μm、特に有利には5〜50μmである。
【0026】
本発明を説明するためには、本発明を明瞭にする幾つかの図面が用いられる。全てのデータは、キャリヤを駆動するための外側および内側の駆動リングに設けられたピン列(歯車の内歯および外歯に相当する)を装備した、ピータ・ウォルターズ社(Fa.Peter Wolters、ドイツ連邦共和国Rendburg在)のタイプAC2000の市販の両面ポリシング機での、直径300mmのシリコンウェーハのポリシングに関するものである。本発明の根底を成す関連性は、上記タイプのポリシング機よりも小型または大型のポリシング機ならびにラッピング機、研削機および比較可能な運動学特性で作業するその他の材料除去機、および上記サイズのウェーハよりも小さな半導体ウェーハまたは大きな半導体ウェーハの加工にも転用することができる。したがって、図示の実施例は本発明を制限するものではない。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【0028】
図1には、両面ポリシングのための3枚の300mm−シリコンウェーハを収容するための720mmの直径を有する回転ディスク、つまりキャリヤ1が図示されている。
【0029】
図2には、図1に示したキャリヤ1の複数個が、両面ポリシング機に配置された状態が示されており、この場合、外側の駆動ピン付リング6の直径は1970mmであり、内側の駆動ピン付リング5の直径は530mmである。
【0030】
図3には、図2に示したポリシング機において、上下の研磨定盤と内外の駆動ピン付リングとが同時に回転している場合にポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの運動のために重要となるジオメトリ特性が示されている。
【0031】
図4a〜図4fには、比較例1で調節された回転パラメータに関して、図2に示したポリシング機での両面ポリシングの際の、上側のポリシングパッド(a、c、e)および下側のポリシングパッド(b、d、f)に対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線がそれぞれデカルト座標系で示されており、この場合、図4aには、6秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的な軌道曲線が描かれており、図4bには、6秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的な軌道曲線が描かれており、図4cには、20秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的な軌道曲線が描かれており、図4dには、20秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的な軌道曲線が描かれており、図4eには、120秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的な軌道曲線が描かれており、図4fには、120秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的な軌道曲線が描かれている。
【0032】
図5a〜図5fは、比較例2に関する図4a〜図4fに相当する図面である。
【0033】
図6a〜図6fは、比較例3に関する図4a〜図4fに相当する図面である。
【0034】
図7a〜図7fは、例1に関する図4a〜図4fに相当する図面である。
【0035】
図8a〜図8fは、例2に関する図4a〜図4fに相当する図面である。
【0036】
図9a〜図9fは、例3に関する図4a〜図4fに相当する図面である。
【0037】
図1に示した、両面ポリシングのためのキャリヤ1は、外側の歯列2により特徴付けられている。この外側の歯列2は、ポリシング機に設けられた外側の駆動ピン付リング(インターナルギヤの内歯列の代わりにピン列を備えたリング)および内側の駆動ピン付リング(サンギヤの外歯列の代わりにピン列を備えたリング)のピン列と噛み合うことができる。キャリヤ1はさらに、研磨したいシリコンウェーハを収容するための、プラスチックでライニングされた複数の開口3と、両ポリシングパッドの間での研磨剤の良好な分配を保証する複数の付加的な開口4とを有している。
【0038】
図2には、タイプAC2000のポリシング機が、直径300mmのそれぞれ3枚の半導体ウェーハH、この場合にはシリコンウェーハで占められたキャリヤ1で占められている典型的な最大バッチ状態が示されている。たとえば同じくピータ・ウォルターズ社(Fa.Peter Wolters)により製造された小型のタイプAC1500のポリシング機が200mm−半導体ウェーハで占められる場合にも、同様のジオメトリ配置が生ぜしめられる。キャリヤ1は内側の駆動ピン付リング5と外側の駆動ピン付リング6とによって回転させられる。この場合、内側の駆動ピン付リング5の回転方向と外側の駆動ピン付リング6の回転方向とは互いに異なる正負符号を有していると有利である。半導体ウェーハHはこの場合、回転する上側の研磨定盤のポリシングパッドと、有利には逆向きに回転する下側の研磨定盤7のポリシングパッドとに接触している。上下の研磨定盤は上から見て完全に合致して重なり合っている。
【0039】
図3には、両面ポリシング時のジオメトリ特性を導き出すために重要となるデータが書き込まれている。この場合、両駆動ピン付リング5,6と、両研磨定盤7とは、ポリシング機の固定の中心軸線Mを中心にして回転し、それに対してキャリヤ1はそれぞれ固有の中心M′を中心にして回転する。この中心M′は位置固定である必要はない。これに関連して、以下に挙げる回転特性数(たとえばr.p.m.=1分間当たりの回転数で表す)が重要となる:
no =Mを中心とした上側の研磨定盤7の回転数
nu =Mを中心とした下側の研磨定盤7の回転数
na =Mを中心とした外側の駆動ピン付リング6の回転数
ni =Mを中心とした内側の駆動ピン付リング5の回転数
nLSrot =M′を中心としたキャリヤ1の回転数
nLStrans=Mを中心としたキャリヤ1の回転数
この場合、機械操作者により自由に設定可能となるのは、noおよびnuならびに4つの量na,ni,nLSrotおよびnLStransのうちの2つである。このことは以下のジオメトリ関係から得られる;
【0040】
【数1】
【0041】
および
【0042】
【数2】
【0043】
または(1)および(2)の変換後に
【0044】
【数3】
【0045】
および
【0046】
【数4】
【0047】
式中、rLS=キャリヤ1の半径
ra =外側の駆動ピン付リング6の半径
ri =内側の駆動ピン付リング5の半径。
【0048】
タイプAC2000の機械については、
(3)がnLSrot=0.5801×(na−ni) (5)となり
(4)がnLStrans=0.7880×na+0.2120×ni (6)となる。
【0049】
次に、キャリヤ1の中心M′から間隔aを置いて位置する点Pの、上側のポリシングパッド7に対して相対的な軌道曲線について考察する。この点Pは、半導体ウェーハHが全て中心M′を中心にして等間隔で配置されている場合には、半導体ウェーハHの中心点であってよい。ポリシングパッドの負荷を考慮するために、点Pは、半導体材料で最も密に占められた、中心M′を中心として描かれた円に位置する点であると有利である。ポリシング機AC2000におけるキャリヤ1の上記使用事例では、この円の半径aが200mmであると仮定されている。
【0050】
外側の駆動ピン付リング6に沿ったキャリヤ1の転動により、実際の点Pはまず仮想点P′へ移動する。この仮想点P′はMに関してPから角度ψを成して位置している。この運動は内サイクロイド軌道と解釈することができる。このような運動は、当業者により知られている式;
【0051】
【数5】
【0052】
および
【0053】
【数6】
【0054】
によりデカルト座標系に描くことができる(ra−rLS=ri+rLSであることに基づき、選択された事例では、外サイクロイド軌道のための方程式を用いても描写が可能となる。この場合、キャリヤは内側の駆動ピン付リングを中心にして転動される。)。
【0055】
点Pが内サイクロイド軌道の区分ψを通って点P′へ移動させられる間、たとえば上側の研磨定盤は反対方向に角度−τoだけ回転し、このことは点P′を角度τo分だけMを中心にして回転させることになり(=Mを中心とした円軌道に沿ったM′の「並進運動」)、ひいては点P′′を生ぜしめる。単位時間t後の上側の研磨定盤に関する出発点Pに対して相対的な点P′′の位置を算出できるようにするためには、まず角度ψおよび角度τoを展開するための時間が対比されなければならない。このためには、外側の駆動ピン付リング6を、仮想的に運動しない基準円であると仮定する:
【0056】
【数7】
【0057】
その場合、τo=−no′×t (13)であり(もしくはτu=−nu′×t;noまたはnuおよびτoまたはτuの互いに異なる回転方向に基づいた負の符号)、かつ
ψ=nLStrans′×t (14)である。
【0058】
式(9)により、τo=(na−no)×t (15)が成立し;
式(11)および式(14)を式(1)に挿入することにより、
ψ=−(rLS/ra)×nLSrot×t (16)が得られる。
【0059】
式(15)および式(16)をtに関して同等にすることにより、
τo=(no−na)×ψ×ra/(nLSrot×rLS) (17)が得られる。
【0060】
すなわち、点Pから内サイクロイド運動(式(7)および式(8))に基づき、Mを中心にして角度ψが進められる間、それと同時に上側の研削定盤に対して相対的な回転運動τoが行われる。この回転運動は式(17)によりψの関数として表すことができる。両運動の重畳は、内サイクロイド運動を描いた座標系x―yを、−τoを中心にして座標系x′―y′へ回転させることにより行うことができる:
【0061】
【数8】
【0062】
全運動P・P′′は、式(7)、式(8)および式(17)を式(18)および式(19)に挿入することにより表すことができる:
【0063】
【数9】
【0064】
この場合、(x′,y′)は内サイクロイド軌道を通る角度ψの通過後の点P′′の座標に相当している。ψ=0については、x′=ra−rLS+aおよびy′=0が成立する。
【0065】
上側の(もしくは下側の)研磨定盤に対して相対的な点Pの平均速度Vo(Vu)は、点(x′,y′)の移動距離sが式(20)および式(21)を使用して、たとえば1゜の間隔で、角度>360゜の小さな角度インクレメンタル量(増加分)Δψに関する間隔(xj,yj)および(xi,yi)の総和から合計されると、点(x′,y′)の移動距離
【0066】
【数10】
【0067】
および時間tに関して分解された式(16)
【0068】
【数11】
【0069】
から、v=s/t(もしくはvo=so/tおよびvu=su/t)
【0070】
【数12】
【0071】
に対して算出され得る。速度変化の算出も可能となる。
【0072】
記載した計算式(20)、(21)および(23)により、軌道曲線および速度の算出を市販のテーブル計算プログラム(Tabellenkalkulationsprogramm)を用いて、それぞれ十分に出力強力なデスクコンピュータ(「PC」)で行うことができる。
【0073】
理論的には、回転数no、nu、na、niおよびこれらの回転数から得られる平均的な相対速度voおよびvuならびに研磨圧Pに関しては、任意の組み合わせを選択することができる。ただし、実際には、これらの可能性には、とりわけ機械設計、材料負荷および安全性観点に基づいた制約が課されている。上側および下側の研削定盤ならびに外側および内側の駆動ピン付リングが、それぞれ互いに異なる回転方向を有していると有利である。このことは正負符号で表される。直径300mmの15枚のシリコンウェーハを1台のポリシング機AC2000で同時に研磨するためには、以下の特に有利なパラメータ範囲が好都合である。これらのパラメータ範囲は生産運転においてコントロール可能であり、しかも本発明をもたらした詳細な実験の対象であった:
【0074】
【数13】
【0075】
これらの条件下に、0.4〜2.0μm/分のシリコン除去速度が得られた。本発明の枠内では、十分に高い機械スループット(処理量)を保証するために、0.65〜1.8μm/分の除去速度が有利である。特に有利には、0.8〜1.5μm/分の除去速度である。
【0076】
あらゆる別の材料除去法にも同様に適用可能であるとされている、ポリシングを理解する上での手掛かりとなる理論的解釈によれば、除去速度は研磨圧Pおよびシリコンウェーハ/ポリシングパッドの相対速度vに対して比例しているとされている(Prestonの式)。これによれば、除去速度を一定の回転特性において圧力の増大によって高めるか、または相対速度は同じまま、ただし回転パラメータの組み合わせを異ならせて同じポリシング結果をもたらすことが可能となる。
【0077】
特に、両面側で作業する方法、たとえば両面ポリシングの場合、この式は制限された範囲でしか使用可能にならない。なぜならば、Pおよび/またはvo/vuの増大による除去速度の向上は、しばしば、たとえばSFQRmaxとして表される平坦度の悪化または、たとえばポリシングパッド上での材料沈積によるスクラッチレートの増大を併発させてしまうからである。したがって、本発明の枠内では、軌道曲線と圧力との最適な組み合わせが模索された。
【0078】
式(20)、式(21)および式(23)の使用下に、パラメータno、nu、na、niの種々の組み合わせにより、上側もしくは下側のポリシングパッドに対して相対的な点Pの種々様々の軌道曲線ならびに種々の相対速度を形成することができることが判った。幾つかの例が図4a〜図9fに描かれている。原理的には、こうして挙げられた開いた軌道曲線(図4a〜図4fならびに図7a〜図9f)と、僅か数個のループ形成後に閉じられた軌道曲線(図5a〜図5fおよび図6a〜図6f)とを区別することができる。さらに、開いた軌道曲線については、比較的弱めに付与された湾曲を有する曲線(図7a〜図9f)と、強めに付与された湾曲を有する曲線(図4b、図4d、図4f)とに区別することができる。
【0079】
閉じた軌道曲線は、記載した範囲内での回転数のバリエーションにおいて周期的に出現する。たとえばna=5.4r.p.m.およびni=−16r.p.m.に関して、以下の定盤回転数の範囲で、閉じた軌道曲線が認められる:
一重ループは、図5a〜図5fに描かれており、3重ループおよび4重ループは図6a〜図6fに描かれている。
【0080】
閉じられた軌道曲線に沿った点P・P′′の運動により表される、上下のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの運動は、ポリシングパッドの不均一な負荷をもたらす結果となる。第1に、ポリシングパッドはこれらの軌道に沿ってポリシング過程中に圧縮の後に、このポリシングパッドが次のシリコンウェーハによって擦過される前に十分に弛緩せず、このことは得られるウェーハ平坦度を損なう。第2に、最大負荷の軌道に沿って、研磨除去されたシリコンまたはその反応生成物の優先的な沈積が行われ、このことは当業者により、除去速度の低下および部分的には、シリコンウェーハの引っ掻かれた表面に開口した、ポリシングパッドにおける茶色のストライプの形成につき認識される。これらの効果はとりわけ、より高い除去速度を得る目的で、たとえば0.10〜0.15バールから0.18〜0.25バールへの研磨圧の増大が実施された場合に出現する。
【0081】
本発明を得るための実験の枠内で、図5a〜図6fに描かれているような、6に等しいかまたは6よりも小さなループ数を有する、閉じた軌道曲線またはほぼ閉じた軌道曲線が回避されると、ジオメトリや研磨スクラッチに対する著しい不都合な影響なしに研磨圧の増大が達成されることが判った。このことは、たとえば駆動ピン付リング回転数na=5.4r.p.m.およびni=−16r.p.m.の事例に関して、上下の研磨定盤のための、さらに上で記載した回転数noおよびnuの範囲(つまり±0.1〜±0.25r.p.m.)を回避することにより行うことができる。駆動ピン付リング回転数naおよびniに関する改良された組み合わせのためには、これらの臨界的な値がシフトされ、この場合、一般に同じ軌道図面が予想され得る。臨界的な軌道曲線を回避するというこのような要求は、図7a〜図9fに描かれた軌道曲線において満たされている。
【0082】
6よりも大きなループ数を有する閉じた軌道曲線またはほぼ閉じた軌道曲線は、事実上、ポリシングパッドを均一に覆い尽くすことを意味し、本発明の枠内では非臨界的となる。
【0083】
本発明にとって重要となる第2の条件は、軌道曲線8の経過中に生じる曲率半径に関するものである。特に、たとえば0.10〜0.15バールから0.18〜0.25バールへの研磨圧の前記増大が実施される場合に、軌道曲線の突発的な方向変化は、この個所で行われる相対運動の制動と相まって、特にシリコンウェーハの十分に高い平坦度を得るためには不都合となることが判った。圧力範囲の上限における走行様式では、シリコンウェーハが傾倒によってキャリヤから引き出される事態が生じる恐れがある。このことは不可避に破壊を招き、この場合、一般にはシリコンウェーハおよびポリシングパッドだけでなく、キャリヤセットも破壊されてしまう。このような走行様式の一例が図4bにおいて点9につき示されている。軌道曲線8のこのように臨界的な曲率半径は、比較的低い研磨定盤回転数(<10...12r.p.m.)ならびに定盤回転数に比べて相対的に高いキャリヤ回転速度において出現し得る。
【0084】
したがって、品質損失を甘受する必要なしに両面ポリシングにおける除去速度を高めるためには、閉じた軌道曲線の他に、内側の駆動ピン付リング5の曲率半径よりも低い軌道曲線の曲率半径も回避されなければならない。当然ながら、これら2つの条件は、上下の研磨定盤に対して相対的な軌道曲線について同時に有効にならなければならない。本発明の枠内では、式(20)および式(21)を使用することにより、どのような軌道曲線が、上に挙げた2つの条件を満たすのかを正確に予見することが可能となる。本発明の対象を成す、no、nu、na、niからの可能となる多数の組み合わせの特定の選択だけが、上記理由から実際の使用において有利であると立証されることが判った。
【0085】
本発明を特徴付けるこれらの条件を用いて、シリコンウェーハの両面ポリシングを±1.0〜±1.8m/秒の軌道速度voもしくはvuおよび0.18〜0.25バールの圧力において、0.8および1.5μm/分の典型的な除去速度で行うことができる。同じ枠条件における公知先行技術による方法の場合、ドイツ連邦共和国特許第19905737号明細書の記載によれば、たとえば0.15バールの圧力で0.55μm/分の除去速度が普通である。
【0086】
本発明は、シリコンウェーハの表側の面と裏側の面とから等量の材料を除去することにより使用され得る。このことは、voおよびvuがほぼ等しく選択された場合に、ある程度の精度で行われる。しかし、voおよびvuの適当な選択により、片側の面、たとえば表側の面から、より多くの材料を除去することもできる。これにより、全体的にできるだけ低い全除去量において、表側の面に存在する変質された結晶層やその他の表面欠陥の除去が保証される。当然ながら、上下のポリシングパッドの均一な加工を保証するために望ましいとされる場合には、最適化された軌道曲線を、パッドクリーニングのためのブラシディスクの使用のためにも、またはパッドコンディショニングのための、砥石で占められたキャリヤの使用のためにも使用することができる。
【0087】
回転特性および圧力特性に関して形成された構成の枠内では、両面ポリシングステップが、当業者に知られた形式で実施される。
【0088】
ポリシングは、50〜100の硬度(ショアA)の市販のポリウレタンポリシングパッドを用いて行われると有利である。このポリシングパッドは、埋め込まれた強化ポリエステル繊維を有していてよい。シリコンウェーハのポリシングの場合には、水中の、有利には1〜5重量%のSiO2から成る有利には9.5〜12.5のpH値を有する研磨剤を連続的に供給することが推奨される。
【0089】
ポリシングステップを終了させるためには、化学的に極めて反応性の疎水性ウェーハ表面が不働態化されなければならない。本発明の枠内では、このことは、1種または数種の被膜形成物質を含有する1種の液体を供給するか、または順次に数種の液体を供給することにより行われると有利である。これにより、シリコンウェーハの研磨された表面、裏面および縁部が液体膜で完全に湿らされる。この場合、一般にはストップ剤中の被膜形成物質の0.01〜10容量%の濃度範囲が好都合となる。一価または多価のアルコール、ポリアルコールおよび界面活性剤を有する化合物のグループからの、後続のクリーニングで除去可能となる1種または数種の物質を使用することが特に有利である。同一の原理を実現する、同じく特に有利なストップ過程の構成は、化合物の前記グループからの1種または数種の物質を0.01〜10容量%の含量で含有する、SiO2を主体とした水性研磨剤を供給することである。
【0090】
シリコンウェーハは、ストップ剤および場合によっては純水の供給の終了後にポリシング機から取り出されて、公知先行技術に基づきクリーニングされ、かつ乾燥させられる。引き続き、ポリシングステップにより影響を与えられた、ウェーハを引き続き加工する加工者により規定された品質特徴に関するシリコンウェーハの評価が、当業者に知られた方法により行われる。このような特徴は、たとえば、静電容量原理または光学原理により作動する市販の測定機器で検出することのできる局所的なジオメトリデータであってよい。評価される別の品質特徴は、ウェーハの表面、裏面および/または縁部に関する性質であってよい。この場合、スクラッチ、斑点およびその他の、理想的なシリコン表面から逸脱した欠陥の発生およびその規模を、強力に収束された光線下に目視判定することが特に重要となる。さらに、たとえば粗さ、トポロジおよび金属コンタミネーション(汚染)を市販の測定器具で検査することが好都合となるか、もしくは必要となり得る。
【0091】
ウーハ特徴付けのために利用されるこれらのパラメータに関して、本発明により製造されたシリコンウェーハは、公知先行技術により製造されたシリコンウェーハに比べて全く劣らない。本発明により製造されたシリコンウェーハは、0.13μmに等しいか、またはそれよりも小さい線幅を有する半導体構成素子を製造するために適している。特に、たとえば0.13μmに等しいか、またはそれよりも小さいSFQRmaxとして表される極めて高いローカルサイトな平坦度が、スクラッチなしの表面と相まって得られる。軌道曲線の最適化による設備の、本発明により可能となる生産効率向上、ひいては半導体ウェーハを同時に両面で材料除去加工するための除去速度の向上に基づき、公知先行技術による方法に比べて、1回の両面材料除去プロセスステップ当たり最大40%だけ廉価に、もしくはプロセス鎖全体で見て最大15%だけ廉価に半導体ウーハを製造することができ、このことは競争の点で決定的な利点を意味する。
【0092】
別の用途に関連して、ウェーハの表側の面を、公知先行技術によるヘイズなしに研磨された表側の面を得るための表面ポリシング、たとえば0.1〜1μmのシリコンの除去下にSiO2を主体としたアルカリ性研磨剤を使用して軟質のポリシングパッドを用いて行われる表面ポリシングに施すことが必要になり得る。所望に応じて、プロセス鎖の任意の個所でシリコンウェーハの熱処理を導入することができる。これにより、たとえば熱ドナーが消去されるか、表面近傍の結晶層の変質が回復されるか、または意図されたドーピング物質減少が生ぜしめられる。規定の製品のために必要となる一連の別のプロセスステップ、たとえばポリシリコン、二酸化ケイ素または窒化ケイ素から成る裏面被覆層の被着またはシリコンまたは別の半導体材料から成るエピタキシ層の、シリコンウェーハ表側面への被着を、やはり当業者に知られた方法により、適当な個所でプロセス鎖に組み込むことができる。さらに、シリコンウェーハをプロセス鎖の種々の個所で、たとえばエッチングの前に、明瞭な識別特徴、たとえばレーザマーキングで負荷することもできる。
【0093】
比較例および例
比較例および例は、生産スケールで300mmの直径を有するシリコンウェーハの両面ポリシングに関するものである。これらのシリコンウェーハは公知先行技術により、単結晶のワイヤソーイング、エッジラウンディング、両面のシーケンシャル表面研削、濃縮された硝酸/フッ化水素酸混合物中でのエッチングおよびエッジポリシングによって製造されていて、805μmの厚さを有していた。これらのシリコンウェーハは、シリコンウェーハを収容するためにPVDFでライニングされたそれぞれ3つの切欠きを有する、厚さ770μmのステンレスクロム鋼から成る5つのキャリヤを用いて、775μmの最終厚さにまで研磨された。ポリシングパッドとしては、硬度74(ショアA)の市販のポリエステル強化ポリウレタンパッドが使用された。水性研磨剤はSiO23重量%を含有していて、11.5のpH値を有していた。上下の研磨定盤はそれぞれ38℃に調温された。
【0094】
ポリシング終了後に、減じられた圧力下に、グリセリン1容量%、ブタノール1容量%および界面活性剤0.07容量%を含有するストップ剤が供給された。クリーニングおよび乾燥の後に、ヘイズライト下での目視検査および静電容量原理に基づき作動するジオメトリ測定器具でのジオメトリ測定が行われた。こうして処理されたウェーハを引き渡すための判断基準は、表面スクラッチが不在であること、ならびに25mm×25mmの面格子に関する0.12μmのローカルサイト平坦度SFQRmaxが達成されていることであった。これらの条件を満たしていないシリコンウェーハは、公知先行技術により5μmの半導体材料の付加的な除去下に後処理された。ジオメトリ測定器具は、ポリシングの前およびポリシングの後にシリコンウェーハの厚さを測定するためにも使用された。このことから、ポリシング過程の除去速度を測定することができる。シリコンウェーハの表面および裏面における除去量の分布は、レーザマーキングを有するテストディスクにより測定された。この場合、レーザマーキングの深さがポリシング前とポリシング後とにそれぞれ顕微鏡により測定された。
【0095】
以下の表は、比較例1〜3(=V1〜V3;図4a〜図6fの軌道曲線に相当)および例1〜3(=B1〜B3;図7a〜図9fの軌道曲線に相当)に関する重要なプロセスデータを表している。軌道曲線のための発明条件(a)は、6に等しいかまたは6よりも小さな個数のループを有する閉じた軌道曲線またはほぼ閉じた軌道曲線が存在していないことを意味する。条件(b)は内側の駆動ピン付リング5の曲率半径に等しいか、またはそれよりも小さな曲率半径が存在しないことを意味する。両条件は、上下の研磨定盤に対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線に関してそれぞれ該当していなければならない。
【0096】
【表1】
【0097】
記載したプロセス条件を用いて、大量のシリコンウェーハが処理された。この場合、まず低い圧力でポリシングが行われ、引き続き高い圧力でポリシングが行われた。同じ出発条件を保証するために、各実験列についてそれぞれ新しいポリシングパッドが使用された。以下の表には、平均除去速度およびクリーニング後のウェーハ品質に関する結果が示されている。VS=シリコンウェーハの表面、RS=シリコンウェーハの裏面である。相対的なプロセスコストでは、規格に適していないウェーハの後研磨が考慮されている。
【0098】
【表2】
【0099】
上記表からは、シリコンウェーハを両面ポリシングするための本発明による方法が、0.15バールに等しいか、またはそれよりも大きな研磨圧の使用時に、公知先行技術による方法に比べて著しいコスト利点を有していることが判る。
【図面の簡単な説明】
【図1】両面ポリシングのための3枚のシリコンウェーハを収容するためのキャリヤを示す概略図である。
【図2】図1に示したキャリヤの複数個が両面ポリシング機に配置された状態を示す概略図である。
【図3】図2に示したポリシング機で、ポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの運動のために重要となるジオメトリ特性を示す概略図である。
【図4a】比較例1における、6秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図4b】比較例1における、6秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図4c】比較例1における、20秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図4d】比較例1における、20秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図4e】比較例1における、120秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図4f】比較例1における、120秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図5a】比較例2における、6秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図5b】比較例2における、6秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図5c】比較例2における、20秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図5d】比較例2における、20秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図5e】比較例2における、120秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図5f】比較例2における、120秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図6a】比較例3における、6秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図6b】比較例3における、6秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図6c】比較例3における、20秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図6d】比較例3における、20秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図6e】比較例3における、120秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図6f】比較例3における、120秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図7a】例1における、6秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図7b】例1における、6秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図7c】例1における、20秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図7d】例1における、20秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図7e】例1における、120秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図7f】例1における、120秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図8a】例2における、6秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図8b】例2における、6秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図8c】例2における、20秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図8d】例2における、20秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図8e】例2における、120秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図8f】例2における、120秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図9a】例3における、6秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図9b】例3における、6秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図9c】例3における、20秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図9d】例3における、20秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図9e】例3における、120秒の運転時間後の上側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【図9f】例3における、120秒の運転時間後の下側のポリシングパッドに対して相対的なシリコンウェーハの軌道曲線を示す概略図である。
【符号の説明】
1 キャリヤ、 2 外側の歯列、 3,4 開口、 5,6 駆動ピン付リング、 7 ポリシングパッド、 8 軌道曲線
Claims (14)
- 表面と裏面とを有する半導体ウェーハを同時に両面で材料除去加工するための方法であって、半導体ウェーハが、環状の外側の駆動リングと、環状の内側の駆動リングとにより回転させられたキャリヤ内に位置している状態で、該半導体ウェーハを、互いに逆向きに回転する2つの作業定盤の間で、それぞれ上側の作業定盤に対して相対的な所定の軌道曲線と、下側の作業定盤に対して相対的な所定の軌道曲線とにより描くことのできる運動様式で運動させる形式の方法において、
内側の駆動リングと外側の駆動リングと作業定盤とを一定の回転数で回転させ、この回転数の選択によって、両軌道曲線が、
(a)中心点を巡る6つのループの形成後に、まだ開いた外観を有し、かつ
(b)いかなる個所でも、内側の駆動リングの半径と少なくとも同じ大きさの曲率半径を有する
ことを達成することを特徴とする、半導体ウェーハを同時に両面で材料除去加工するための方法。 - 同時に両面で行われる材料除去加工を、ポリシングパッドで覆われた2つの研磨定盤の間で行われる両面ポリシングとして実施し、ポリッシングにより少なくとも2μmの半導体材料を半導体ウェーハから除去する、請求項1記載の方法。
- 半導体ウェーハが、鋼から成る複数の平らなキャリヤにそれぞれ設けられた、キャリヤとほぼおなじ厚さのプラスチックでライニングされた複数の切欠き内に位置しており、キャリヤの平均厚さが、研磨し終えた半導体ウェーハの平均厚さよりも2〜20μmだけ小さく設定されている、請求項2記載の方法。
- 半導体材料の除去速度が、少なくとも0.65μm/分である、請求項2または3記載の方法。
- キャリヤの平均厚さが、研磨し終えた半導体ウェーハの平均厚さよりも3〜10μmだけ小さく設定されており、半導体材料の除去量が5〜50μmである、請求項2から4までのいずれか1項記載の方法。
- 少なくとも3枚の半導体ウェーハを同時に研磨し、少なくとも3つのキャリヤを同時に使用する、請求項2から5までのいずれか1項記載の方法。
- 50〜100の硬度(ショアA)を有する、主としてポリウレタンから成る上下のポリシングパッドを使用し、1〜5重量%のSiO2固体含量と、9.5〜12.5のpH値とを有する研磨剤を連続的に供給する、請求項2から6までのいずれか1項記載の方法。
- 半導体ウェーハの表側の面と裏側の面とからほぼ等量の半導体材料を除去する、請求項2から7までのいずれか1項記載の方法。
- 下側の研磨定盤に対して相対的な半導体ウェーハの平均軌道速度に比べて、上側の研磨定盤に対して相対的な半導体ウェーハの平均軌道速度を高めに設定することにより、半導体ウェーハの表側の面から、裏側の面よりも多くの材料を除去する、請求項2から7までのいずれか1項記載の方法。
- 同時に両面で行われる材料除去加工を、2つのラップ定盤の間で行われる両面ラッピングステップとして実施し、該両面ラッピングステップにより少なくとも10μmの半導体材料を半導体ウェーハから除去する、請求項1記載の方法。
- 半導体ウェーハが、鋼から成る複数の平らなキャリヤにそれぞれ設けられた、プラスチックでライニングされた複数の切欠き内に位置していて、砥粒を含有した懸濁液の供給下に、通路状の凹部を備えた鋼から成る2つのラップ定盤の間で運動する、請求項10記載の方法。
- 表側の面と裏側の面とから等量の材料を除去する、請求項10または11記載の方法。
- 同時に両面で行われる材料除去加工を、研削砥石で覆われた2つの作業定盤の間で行われる両面研削ステップとして実施し、該両面研削ステップにより少なくとも10μmの半導体材料を半導体ウェーハから除去する、請求項1記載の方法。
- 当該方法を、25mm×25mmの構成素子面に関する、0.13μmに等しいか、またはそれよりも小さいローカルサイト平坦度SFQRmaxを有するシリコンから成る半導体ウェーハを製造するためのプロセス鎖内で使用する、請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。
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