JP5995825B2 - 少なくとも１つのウエハを研磨する方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（半導体ウエハ）を研磨する方法に関し、この方法は、圧縮率が低く薄い研磨パッドを用いて両面を同時に研磨する少なくとも１つのステップを含む。

最小構造長さが２２ｎｍ以下、すなわちＩＴＲＳ（「国際半導体技術ロードマップ（International Technology Roadmap for Semiconductors）」）によるデザインルールが２２ｎｍ以下である構成部品のような要求が特に厳しい構成部品のための基板としての、半導体材料からなるウエハ（半導体ウエハ）は、特に平坦でなければならない。

先行技術では、半導体材料の単結晶から切出されたウエハは、さまざまな加工工程
‐機械的ウエハ処理（ラッピング、研削）、
‐化学的ウエハ処理（アルカリまたは酸エッチング）、
‐化学的機械的ウエハ処理：片面研磨（ＳＳＰ（single-side polishing））、両面研磨（ＤＳＰ（double-side polishing））、軟質研磨パッドを用いる片面ヘイズフリーまたは鏡面研磨（化学的機械的研磨（chemical mechanical polishing）、ＣＭＰ）
において、研磨される。

半導体ウエハの機械的処理の役割は、主として半導体ウエハ全体を平坦にすることであり、さらには半導体ウエハの厚みの較正であり、また、先の切離し工程で生じた、結晶が損傷した表面層および処理跡（切断溝、切り目のしるし）を取除くことである。

エッチングの場合、汚染物質および／または自然酸化物を、半導体ウエハの面から化学的に除去する。半導体ウエハの面の最終的な平滑化は、化学的機械的研磨を用いて最後に行なわれる。

片面研磨（ＳＳＰ）の場合、処理中は、半導体ウエハの裏面を、支持プレートの上で、蝋を利用して、真空によって、または接着を利用して保持した状態で、他方の面を研磨する。

好適な片面研磨機は、たとえば文献ＵＳ６，１１６，９９７Ａに開示されている。
従来の両面研磨（ＤＳＰ）の場合、薄いキャリアプレートの、適切な大きさになるように形成された切欠きに、半導体ウエハを、緩く挿入し、各々が研磨パッドで覆われた上側の研磨プレートと下側の研磨プレートとの間で「浮動自在」の状態にして、表面と裏面を同時に研磨する。

この研磨方法は、通常はシリカゾルベースの研磨剤のスラリーを供給することによって行なわれる。ＤＳＰの場合、半導体ウエハの表面および裏面を同時に研磨する。

好適な両面研磨機は、たとえば出願ＤＥ１０００７３９０Ａ１に開示されている。
対応するＤＳＰ法は、たとえば特許明細書ＵＳ３，６９１，６９４に記載されている。

特許明細書ＥＰ２０８３１５Ｂ１に記載のＤＳＰの実施の形態では、適切な大きさになるように形成された切欠きを有し金属またはプラスチックからなるキャリアプレートにある、半導体ウエハを、研磨機とプロセスパラメータとによって予め定められた経路に研磨剤がある状態で、研磨パッドで覆われた回転する２枚の研磨プレートの間で動かすことにより、研磨する（この文献では「キャリアプレート」という用語が使用されている）。

通常、ＤＳＰは、たとえば文献ＤＥ１０００４５７８Ｃ１に記載されているように、均質で多孔性のポリマー発泡体からなる研磨パッドを用いて行なわれる。

実施する研磨プロセスに応じて、および、半導体ウエハの片面または両面それぞれからの所望の材料除去に応じて、各々が固有の性質を有する、異なる研磨パッドを用いてもよい。

研磨パッドは、熱可塑性または熱硬化性のポリマーからなるものであってもよい。発泡研磨パッド（発泡パッド）と呼ばれる、これら研磨パッドの材料として、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、ポリエステル等、多様な材料が考えられる。ポリマーから作られた研磨パッドは、たとえばＵＳ２００８／０１０２７４１Ａ１に開示されている。

しかしながら、研磨パッドは、ポリマーを含浸させた発泡プレートまたはフェルトもしくは繊維質基材（不織パッド）からなるものであってもよい。このようなパッドはたとえばＵＳ５，５１０，１７５Ａに記載されている。

原理的には、たとえば、表面に固定砥粒が含まれていない研磨パッドと、固定砥粒を含む研磨パッドを、区別することは可能である。後者の研磨パッドは、固定砥粒パッド（ＦＡ（fixed abrasive）パッド）と呼ばれている。

固定砥粒を含まない研磨パッドは、たとえば欧州特許出願ＥＰ２２６６７５７Ａ１に開示されている。

固定砥粒を含む研磨パッドは、たとえば出願ＵＳ２００５／０２２７５９０Ａ１に開示されている。米国特許５，９５８，７９４は、固定砥粒を含むパッドを用いて半導体材料からなる基板の面を処理する方法を教示している。

研磨パッドをさらに区別する特徴は、たとえばそれぞれの研磨パッドの硬度である。より硬質の研磨パッドは、より軟質の研磨パッドよりも、圧縮性が低いが、遊離粒子をパッドの中に押込むことができないので、研磨中に半導体ウエハの研磨面に損傷が生じ得るという欠点がある。

たとえば、研磨パッド面の幾何学的形状が変化した場合、または、研磨パッドの面の上に取込まれた固形物が多すぎる場合（グレージング）、半導体ウエハの研磨に用いる研磨パッドの調節（回復）が必要になる。固形物が取込まれると、その結果として、研磨パッドの特性に永続的な変化が生じるので、第１に、固有の研磨除去率に悪影響が生じ、第２に、研磨による除去が不均一になる可能性がある。

先行技術において知られている両面研磨法の欠点は、一般的に、除去される材料の量が、半導体材料からなるウエハのエッジ領域において、ウエハの他の領域よりも多く（エッジロールオフ、ＥＲＯ（edge roll-off）)、そのためにエッジの幾何学的形状に不良が生じることである。

エッジロールオフの酷さは、特に、ウエハが研磨パッドの中にどの程度まで沈みそれによってエッジが丸くなるかで、決まる。先行技術は、研磨プロセス中のエッジロールオフを減じるまたは回避するためのさまざまな対応策を説明している。

Ｘｉｎは、より硬質の研磨パッドを使用することによるシリコンウエハの平坦度の改善について報告している（Xin, Y.B. 1998, Modeling of Pad-wafer contact pressure distribution in chemical mechanical polishing, International Journal for Manufacturing Science and Technology, v.1, n.2, pp.20-34）。この研究は、半導体材料からなるウエハのエッジ領域に対する圧力が、非常に軟質のパッドの場合、非常に硬質のパッドの場合の約１．５倍であることを示している。

文献ＥＰ２３４５５０５Ａ２は、研磨パッドの面形状を、半導体ウエハが研磨プロセス後に所望の面形状を有するように、対応するドレッシングを行なうことによって調節することを、教示している。

米国特許ＵＳ７，３６４，４９５Ｂ２は、半導体ウエハの表面と裏面を同時に研磨するための装置および方法を教示しており、研磨中に研磨プレートの幾何学的形状をわずかに変える（μｍの範囲）ことによって、半導体ウエハの所望の面形状を得ている。ＵＳ７，３６４，４９５Ｂ２によると、研磨プレートの幾何学的形状は、たとえば、研磨プレートの温度を変化させ、機械的にも対応する圧力ユニットを利用することによって、得ることができる。

出願ＵＳ２００３／０２２４６０４Ａ１に記載のエッジロールオフを回避する方法では、研磨中、半導体ウエハを囲む犠牲リングを用いることによって、半導体ウエハの周囲を拡大することにより、ウエハのエッジ領域を、除去される材料が増加しないよう保護する。この場合、シリコンまたはセラミックから作られたこのリングは、研磨する半導体ウエハの厚みを有する。

上記公開されている特許出願ＵＳ２００３／０２２４６０４Ａ１に記載の方法の欠点は、特に、半導体ウエハのエッジが、研磨プロセス中に発生する力によって、周囲にあるリングから損傷を受ける可能性がある点である。

欧州特許出願ＥＰ１８５２８９９Ａ１に記載のエッジロールオフを回避する方法では、半導体ウエハの両面研磨後に、半導体ウエハの片面または両面を、エッジ研磨を実行する前に、樹脂膜で保護する。この保護膜はその後、ここでもまたたとえば水性アルカリ溶液を用いて除去される。

半導体ウエハの研磨中のエッジロールオフを回避するための他の方法は、特定の研磨パッドの使用および／または研磨パッドのドレッシングに向けられている。

例として、上記公開されている欧州特許出願ＥＰ２３４５５０５Ａ２には、研磨パッドのドレッシング方法が記載されており、この方法では、研磨プレート上の研磨パッドの輪郭を測定し、半導体ウエハの所望の面特性を得るための研磨パラメータを、この測定に基づいて選択する。加えて、測定された研磨パッドの表面を、対応するドレッシングプロセスによって修正することもできる。

米国特許ＵＳ６，６８２，４０５Ｂ２は、先行技術とは逆に、研磨パッドの面と接触する面を研磨パッド面に対して傾斜させた環状のツールを用いて、研磨パッドをドレッシングする方法を教示している。結果として、研磨パッドのドレッシング中、一定の圧力が得られる。

公開されているドイツ特許出願ＤＥ１０２００８０５６２７６Ａ１は、両面研磨機の加工ギャップを規制する方法を教示している。その中に、研磨する基板が位置する、加工ギャップは、各々が研磨パッド（加工面）で覆われた上側の研磨プレートと下側の研磨プレートによって形成される。少なくとも１つの研磨プレートを、調整装置によって、加工ギャップの形状が変化し加工面同士が最大の平行性を有するように、変形してもよい。加工ギャップの幾何学的形状の規制によって、確実に、材料をできるだけ均一に除去することを、意図している。

さらに、ＤＥ１０２００８０５６２７６Ａ１は、加工ギャップを、たとえば、研磨プレートの一方または双方に特定の凹部または凸部が得られるようにして、規制することを開示しており、この場合、加工ギャップの一方側の高さを他方側の高さと異ならせることができる。

公開されている特許出願ＤＥ１０２００８０５６２７６Ａ１において教示されている、両面研磨機の加工ギャップの規制方法は、常時利用できるとは限らない、対応する技術的装置を前提としている。さらに、エッジロールオフは、研磨プレート同士が完全に平行であっても、常に回避できるとは限らない。なぜなら、上記エッジロールオフは、研磨プレート同士の平行性の影響だけを受ける訳ではないからである。

ＵＳ６，１１６，９９７Ａ ＤＥ１０００７３９０Ａ１ ＵＳ３，６９１，６９４ ＥＰ２０８３１５Ｂ１ ＤＥ１０００４５７８Ｃ１ ＵＳ２００８／０１０２７４１Ａ１ ＵＳ５，５１０，１７５Ａ ＥＰ２２６６７５７Ａ１ ＵＳ２００５／０２２７５９０Ａ１ ＵＳ５，９５８，７９４ ＥＰ２３４５５０５Ａ２ ＵＳ７，３６４，４９５Ｂ２ ＵＳ２００３／０２２４６０４Ａ１ ＥＰ１８５２８９９Ａ１ ＵＳ６，６８２，４０５Ｂ２ ＤＥ１０２００８０５６２７６Ａ１

Xin, Y.B. 1998, Modeling of Pad-wafer contact pressure distribution in chemical mechanical polishing, International Journal for Manufacturing Science and Technology, v.1, n.2, pp.20-34

上述の先行技術から出発して、本発明の目的は、両面研磨機の特定の技術的前提条件なしで採用できることに加えてエッジロールオフを防止する、同時両面研磨のための、改善された方法を、提供することである。

本発明の上記目的は以下の方法によって達成される。すなわち、半導体材料からなり表面と裏面とを有する少なくとも１つのウエハ（５）を研磨する方法であって、少なくとも１つの第１の研磨ステップを含み、このステップにより、半導体材料からなるウエハ（５）は、あるプロセス温度で、上記表面および裏面が同時に、上側の研磨プレート（８）と下側の研磨プレート（８）との間で研磨され、上側の研磨プレートおよび下側の研磨プレートは各々、圧縮率が低い硬質の研磨パッド（１）で覆われ、研磨パッド（１）の、研磨する基板と接触する上側の面（２）と下側の面（２）との間の距離が、研磨ギャップを形成し、この研磨ギャップは、研磨パッド（１）の内側のエッジ（Ｂ）から研磨パッド（１）の外側のエッジ（Ａ）にわたっており、このパッドの面（２）は、第１のドレッシングにより、研磨ギャップの、内側のエッジ（Ｂ）における高さが外側のエッジ（Ａ）における高さと異なるように、処理される。

上記目的を達成するために使用される、本発明に従う方法を、以下で詳細に説明する。記載されている実施の形態は、この方法の範囲をこれら実施の形態に限定せずに説明するのに役立つ。

半導体材料からなる少なくとも１つのウエハを同時に両面研磨するための、本発明に従う方法を用いて、圧縮率が低い硬質研磨パッドを、研磨パッドの適切な厚さプロファイルによって実現される加工ギャップの特定の形状と組合わせることによって、エッジが丸くなることを大幅に減じることができる、または回避さえすることができる。

半導体材料からなるウエハのエッジに対する、軟質で圧縮性のある研磨パッドの硬度および圧縮率の影響を示す。 半導体材料からなるウエハのエッジに対する、本発明に従うより硬質でより圧縮率が低い研磨パッドの硬度および圧縮率の影響を示す。 第１のドレッシング前の、上側の研磨パッドおよび下側の研磨パッドのパッド厚さプロファイルを示す。 ドレッシング後の、上側の研磨パッドおよび下側の研磨パッドのパッド厚さプロファイルを示す。 異なるドレッシングが施された上側の研磨パッドおよび下側の研磨パッドのパッド厚さプロファイルを示す。 リング状の研磨パッド（１）の平面図ならびにポイント（Ａ）（エッジ）およびポイント（Ｂ）（中心）の位置を示す。 圧縮率が低い硬質研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウエハの厚さプロファイルを示し、この場合の両面研磨は平行平面研磨ギャップ内で行なわれた。 圧縮率が低い硬質研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウエハの厚さプロファイルを示し、この場合の両面研磨は、本発明に従いＶ字型の研磨ギャップ内で行なわれたものであり、この研磨ギャップは、外側領域の方が内側領域よりも狭い。

図１は、半導体材料からなるウエハのエッジに対する、研磨パッドの硬度および圧縮率の影響を示す。

図１ａ：研磨プレート（８）上に接着によって結合された軟質で圧縮性のあるパッド（１）の場合、ウエハ（５）は研磨パッド（１）の加工面（２）の中にある程度沈む。結果として、ウエハ（５）のエッジ領域では、ウエハ（５）の他の領域に比べて、より大きな力がウエハ（５）に加わり、研磨中に除去される材料が多くなることによって、エッジが丸くなる。

図１ｂ：本発明に従う、研磨プレート（８）上に接着によって結合された、より硬質でより圧縮率が低い研磨パッド（１）を用いて、半導体材料からなるウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨する方法の場合、ウエハ（５）は研磨パッド（１）の加工面（２）の中に沈まない。

図２は、ドレッシング前およびドレッシング後の上側および下側の研磨パッド（１）のパッド厚さプロファイルを示す。

図２ａ：第１のドレッシング前、各研磨パッド（１）は、表面（加工面）（２）と裏面（３）が平行平面であり加工層（４）の厚みがたとえば８００〜９００μｍであることによって特徴付けられる。

図２ｂ：ドレッシング後、パッド（１）の外側のエッジ（Ａ）における加工層（４）の厚みはたとえば８２０μｍであるのに対し、内側のエッジ（Ｂ）における加工層（４）の厚みはたとえば７９０μｍである。その結果、Ｖ字形の加工ギャップまたは研磨ギャップが生じる。

図２ｃ：この例では上側の研磨パッド（１）と下側の研磨パッド（１）に対して異なるドレッシングが施されている。上側の研磨パッド（１）の加工層（４）は、外側のエッジ（Ａ）における厚み（８２０μｍ）の方が内側のエッジ（Ｂ）における厚み（７５０μｍ）よりも大きいのに対し、下側の研磨パッド（１）の加工層（４）は、外側のエッジ（Ａ）における厚みと内側のエッジ（Ｂ）における厚みが同じ（この例では８５０μｍ）である。加えて、下側の研磨プレート（図示せず）は、たとえば、Ｖ字形の研磨ギャップがより明らかになるように変形される。

図２ｄは、リング状の研磨パッド（１）の平面図ならびにポイント（Ａ）（エッジ）およびポイント（Ｂ）（中心）の位置を示す。（Ａ）と（Ｂ）を結ぶ部分は、図２ａおよび図２ｂに示されるパッド面のプロファイルに対応する。

図３は、半導体材料からなり直径が３００ｍｍである研磨後のウエハの、２つの異なる厚さプロファイル（面の幾何学的形状）を、研磨ギャップの形状の関数として示す。研磨後の半導体ウエハの、一方の面から他方の面までの全体的な厚さプロファイルがグラフで示される。好ましいウエハは、エッジの方が内側領域よりも厚いため、凹状である。

ＧＢＩＲ（Global Flatness Back Ideal Range (GBIR)）は、最大厚さと最小厚さの差であり、ＧＢＩＲはできる限り小さいことが望ましい。ＳＦＱＲ（Site Flatness Front Least Squares Site Range）は、たとえば各々の大きさが２６×８ｍｍの小さなサイト内における、半導体ウエハの表側の面を基準面としたときの、半導体ウエハの厚みの変化を説明する。結果として、ＳＦＱＲはかなり局所的な厚み変化、たとえばエッジロールオフを説明する。

図３ａは、圧縮率が低い硬質研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウエハの厚さプロファイルを示し、この場合の両面研磨は平行平面研磨ギャップ内で行なわれた。その結果、ＳＦＱＲ値（２６×８ ＥＥ ２ｍｍ）が非常に悪く５０ｎｍであるポット形状の半導体ウエハとなった。

図３ｂは、圧縮率が低い硬質研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウエハの厚さプロファイルを示し、この場合の両面研磨は、本発明に従いＶ字型の研磨ギャップ内で行なわれたものであり、この研磨ギャップは、外側領域の方が内側領域よりも狭い。その結果得られた好都合な半導体ウエハ形状は、ＧＢＩＲが小さく０．２μｍ未満であり、ＳＦＱＲ値（２６×８ ＥＥ ２２ｍｍ）が小さく１６ｎｍであり、エッジロールオフが小さいことによって、特徴付けられる。

本発明は、半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（半導体ウエハ）の表面と裏面を同時に研磨すること（ＤＳＰ）に関する。この半導体材料は、たとえばガリウムヒ素等の化合物半導体、または、主としてシリコンであるがゲルマニウムの場合もある元素半導体、そうでなければその層構造である。

半導体材料からなる少なくとも１つのウエハの表面と裏面を同時に研磨するための研磨パッドは、先行技術によるリング状であり、研磨機機構のために円形に切抜かれた部分が研磨パッド面の中心にある（図２ｃ）。

パッド硬度が高くパッド圧縮率が低い研磨パッドを用いて半導体ウエハの表面と裏面を同時に研磨するための、本発明に従う方法は、すべてのウエハ直径に適している。

半導体材料からなる少なくとも１つのウエハの面に対する、さらに他の研磨ステップまたはその他の処理のためのプロセスについては、本発明に従う方法の次に説明する。

半導体材料からなるウエハの表面と裏面を同時に研磨（ＤＳＰ）している間、一般的にはウエハのエッジに望ましくない丸みが生じる（エッジロールオフ、ＥＲＯ）。この丸みは、エッジの幾何学的形状の悪化につながるものであり、特に、ウエハが、研磨中に、上側の研磨パッド、下側の研磨パッドまたは両側の研磨パッドの中にどの程度沈んだかによって決まる。半導体材料からなるウエハが研磨パッドの中に沈むと、結果として、エッジに作用する、材料を除去する力は、表面の残りの部分に作用する、材料を除去する力よりも大きくなる。

研磨中の、半導体材料からなるウエハ（５）の研磨パッド（１）の中への沈降を、最小にするまたは完全になくすためには、研磨パッド（１）として、パッド硬度が高く（硬質研磨パッド）パッド圧縮率が低いパッドを、本発明に従う、半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨する方法に、用いる（図１ｂ）。

本発明に関して、硬質研磨パッドのショアＡ硬度は８０°以上である。
本発明に関して、圧縮率が低い研磨パッドの圧縮率は３％未満である。材料の圧縮率は、特定の体積変化を生じさせるためには、すべての面に対してどのような圧力変化が必要かを表わす。圧縮率はＪＩＳ Ｌ−１０９６と同様に計算される（織物の試験方法）。

規定された圧力、たとえば３００ｇ／ｃｍ^２をパッド面に加え、１分後にパッド厚さＴ１を測定する。その後、圧力を最初の圧力の６倍、この場合は１８００ｇ／ｃｍ^２にし、１分後にパッド厚さＴ２を測定する。Ｔ１およびＴ２の値から、研磨パッドの圧縮率を、圧縮率［％］＝（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１×１００という式を用いて計算する。

本発明に従う方法における上側および下側の研磨プレートは各々、本発明に従う方法の硬度および圧縮率に関して同じ特性を有する研磨パッド（１）で覆われていることが好ましいので、以下では１つの研磨パッド（１）およびその好ましい特性についてのみ説明する。これらの特性とは関係なく、上側および下側の研磨パッド（１）の面（加工面（２））の幾何学的形状を異ならせてもよい。

発泡研磨パッド（発泡パッド）も、繊維構造を有する研磨パッド（不織パッド）も、本発明に従う、パッド硬度が高くパッド圧縮率が低い研磨パッド（１）を用いて半導体ウエハの表面と裏面を同時に研磨するための方法に、適している。

好ましくは、研磨パッド（１）またはその加工面（２）は、熱可塑性または熱硬化性ポリマーからなり、多孔性マトリクスを有する（発泡パッド）。材料として、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、ポリエステル等、多様な材料が考えられる。

好ましくは、研磨パッド（１）またはその加工面（２）は、固相の微孔性ポリウレタンからなる。

ポリマーを含浸させた発泡プレートまたはフェルトもしくは繊維質基材からなる研磨パッド（不織パッド）の使用も好ましい。

硬質のまたは非常に硬質の研磨パッド（１）を使用することが好ましい。
ショアＡ硬度が８０〜１００°である研磨パッド（１）を使用することが特に好ましい。

適切な市販の研磨パッドの１つは、たとえば、ショアＡ硬度が８４°である、Ｒｏｈｍ＆ＨａａｓのＳＵＢＡ（商標）１２００である。

Ｎｉｔｔａ Ｈａａｓ Ｉｎｃ．のＭＨ−Ｓ２４Ａタイプのパッドの仕様では、たとえば硬度がＪＩＳ−Ａ（ＪＩＳ Ｋ ６２５３Ａ）の８６以下と定められている。ここで、ＪＩＳ−Ａ硬度はショアＡ硬度に対応する。

圧縮率が低いまたは非常に低い研磨パッド（１）を使用することが好ましい。
好ましくは、研磨パッド（１）の圧縮率は２．５％未満である。

特に好ましくは、研磨パッド（１）の圧縮率は２．２％未満である。
とりわけ好ましくは、研磨パッド（１）の圧縮率は２．０％未満である。

研磨パッド（１）の低い圧縮率は、薄い研磨パッド（１）を使用することによって得られる。本発明に従う方法では、研磨パッド（１）の厚みは、好ましくは０．５〜１．０ｍｍの範囲であり、特に好ましくは０．５〜０．８ｍｍの範囲である。

先行技術と比較して薄い研磨パッド（１）は、発泡パッドの場合、研磨パッド材料からなるブロック（ケーク（cake））から、対応する厚さ分を切出すことによって作られ、製造業者から入手される。

不織パッドは、対応する厚さで、製造業者から入手される。
本発明に従う圧縮率が低い硬質研磨パッド（１）を用いて半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨するための方法の、研磨パッド（１）は、研磨機の各研磨プレート（８）上に、接着によって、完全に均一的に、すなわちたとえば気泡または皺がないように、結合しなければならない。

このために、本発明に従う方法において、研磨パッド（１）はその裏面（３）に、機械によって与えられた接着膜を有する。例として、３Ｍの両面接着膜ＰＳＡがこの接着膜に適している。

研磨パッド（１）を研磨プレート（８）上に接着によって完全に均一的に結合できるようにするためには、研磨プレート（８）を内部温度制御を利用して加熱する。研磨プレート（８）を、好ましくは４０〜５０℃に、特に好ましくは４５〜５０℃に加熱する。研磨プレート（８）を加熱すると、接着膜の粘度が低下する一方で、接着膜の接着性が向上する。

研磨パッドの硬度は、研磨中の温度の影響を受ける。研磨パッドの硬度は、温度の上昇に伴って低下する。

したがって、研磨パッド（１）を接着によって結合した後、研磨プレートの温度を、本発明に従う方法にとって望ましいプロセス温度まで低下させる。研磨パッド（１）で覆われた研磨プレート（８）をこの望ましいプロセス温度まで冷却している間に、接着によって結合された研磨パッド（１）に気泡または皺が形成されないようにするために、研磨プレート（８）をゆっくりと望ましいプロセス温度まで冷却する。このような気泡または皺の形成は、研磨プレート（８）の温度依存性の変形の結果である可能性がある。これは、研磨プレート（８）の内部温度制御を規制する、対応する式を用いて行なわれる。

好ましくは、研磨パッド（１）で覆われた研磨プレート（８）の、接着性の結合のために設定した温度から、所望のプロセス温度までの冷却は、少なくとも３時間にわたって行なわれる。このとき、冷却プロセスの全体において、研磨パッドを、少なくとも１Ｎ／ｃｍ^２の圧力で、各々対向する研磨プレート（８）に対して押しつける。

冷却時間は４〜８時間であることが特に好ましい。
温度は、冷却時間にわたって、直線的に、指数関数的に低下するかまたは段階的に低下する。

研磨プレートは通常、局所平坦度に±５０μｍ以下の差がある場合があるので、研磨プレートに接着によって結合された研磨パッド（１）を、研磨プロセスの前に、研磨機の個々のプレート形状に適合させなければならない。この適合、第１のパッドドレッシング、およびそのために必須の方法は、先行技術であり、たとえば文献ＥＰ２３４５５０５Ａ２またはＵＳ６，６８２，４０５Ｂ２に記載されている。

パッドドレッシングまたはドレッシングは、研磨プレート上にある研磨パッドの、適切なツールによる機械的処理（ドレッシング方法）である。この工具は一般的にダイヤモンド砥粒体を含む。ドレッシングの目的は、研磨パッドの所望の幾何学的形状、したがって研磨ギャップの所望の幾何学的形状、および研磨パッドのパッド面（加工面）の所望の特性を、設定することである。研磨プレート上にある研磨パッドは、その都度、特定の研磨機および研磨ギャップに関して最適化される。

圧縮率が低い硬質の研磨パッド（１）を用いて半導体材料からなるウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨するための、本発明に基づく方法において、第１のパッドドレッシングは、第１の研磨工程の前に、研磨パッド（１）を上側および下側の研磨プレート（８）に接着によって結合した後に、行なわれる。

好ましくは、第１のパッドドレッシングにおいて、各研磨プレート（８）を、油圧／空気圧によって変形する。これは、たとえば、Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ ＧｍｂＨのＤＳＰマシンＡＣ１５００−Ｐ^３によって可能になる。研磨プレートを変形させる方法は、ドイツ特許ＤＥ１０２００８０５６２７６Ａ１に記載されている。

同様に好ましくは、第１のパッドドレッシングにおいて、各研磨プレートを、温度を制御することによって変形する。このために、研磨パッドが接着によって結合されている研磨プレート（８）をたとえば５０℃まで加熱する、または、研磨プレート（８）がゆっくりと冷却される前に第１のドレッシングが行なわれる。

研磨パッド（１）の加工面（２）の所望の幾何学的形状および性質は、第１のドレッシングによって設定される。

第１のパッドドレッシングにおいて、研磨パッド（１）の加工層（４）から、好ましくは２０〜１００μｍ、特に好ましくは３０〜６０μｍを、それぞれの研磨プレートの個々の平坦度プロファイルが補償されるよう、かつ、所望の幾何学的形状を有する研磨ギャップが得られるように、除去する。

半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨するための、本発明に従う方法において、研磨ギャップの幾何学的形状は、この加工ギャップの内側のエッジ（Ｂ）における、上側の研磨パッド（１）の面（２）と下側の研磨パッド（１）の面（２）との間の距離（高さ）と、加工ギャップの外側のエッジ（Ａ）における、上側の研磨パッド（１）の面（２）と下側の研磨パッド（１）の面（２）との間の距離（高さ）との差によって得られる。

研磨ギャップの幾何学的形状は、Ｖ字形が好ましく、この場合、研磨ギャップは、内側のエッジ（Ｂ）の方が外側のエッジ（Ａ）より小さくても、その逆でもよい。

特に好ましくは、研磨ギャップの高さ、すなわち、上側の研磨パッドと下側の研磨パッドとの間の距離は、外側のエッジ（Ａ）の方が内側のエッジ（Ｂ）より小さい。

研磨ギャップ内におけるこの高さの違いは、本発明に従う方法において、外側の領域（Ａ）における研磨パッド（１）の厚みと内側の領域（Ｂ）におけるパッドの厚みの違いによるものであり、対応するパッドドレッシングによって得られる。

研磨ギャップの所望の幾何学的形状を、パッドドレッシングによって、たとえば研磨パッド（１）の加工層（４）を内側のエッジ（Ｂ）において外側のエッジ（Ａ）におけるよりも多く除去することによって、得るためには、ＤＳＰ機の上側の研磨プレートを、ドレッシング中に加工ギャップ内において内側のエッジ（Ｂ）に外側のエッジよりも大きな圧力が生じるようにして、変形する。

このドレッシング中、下側の研磨プレートがもとのままである、すなわち、特定方向に変形しないことが好ましい。下側のプレートも変形させることも、同様に好ましい。

この例において得られるドレッシングされた研磨パッド（１）の加工層は、外側のエッジ（Ａ）における加工層（４）の厚みが内側のエッジ（Ｂ）における加工層の厚みよりも大きいという厚さ勾配を有する。そのため、外側のエッジ（Ａ）における研磨中、内側のエッジ（Ｂ）よりも研磨ギャップが狭いので、研磨する半導体材料からなるウエハのエッジに作用する研磨圧力は、ウエハの中心に作用する研磨圧力より大きい。

好ましくは、ドレッシング後、研磨パッド（１）の外側のエッジ（Ａ）における加工層（４）の厚さは、このパッドの内側のエッジ（Ｂ）における加工層の厚さよりも大きい（図２ｂ）。それぞれ望ましい厚さ勾配、すなわち、ＡＢ断面（図２ｄ）に沿うパッド厚さの違い、したがって内側のエッジ（Ｂ）から外側のエッジ（Ａ）にかけての加工層（４）の厚さを、半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）の同時両面研磨の各必要条件に適合させる。

厚さ勾配は、線形および非線形（凸状または凹状）に設計できる。
線形の厚さ勾配は、好ましくは、加工ギャップの内側のエッジ（Ｂ）と外側のエッジ（Ａ）との間に設定される（図２ｂ）。

圧縮率が低い硬質研磨パッド（１）を用いて半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨するための、本発明に従う方法において、上側のパッド（１）の加工層（４）の厚さ勾配が、下側のパッド（１）の厚さ勾配と異なるようにしてもよい（図２ｃ）。この場合、Ｖ字形の研磨ギャップは、たとえば、研磨プレートの変形によってさらに実現できる。研磨ギャップの高さ勾配は、上側および下側の研磨パッド（１）それぞれの加工層（４）のそれぞれの厚さ勾配によって、得られる。

研磨ギャップの所望の幾何学的形状は、上側の研磨パッドの加工層、下側の研磨パッドの加工層、上側の研磨プレートの変形、および／または下側の研磨プレートの変形という、４つの個々の寄与条件によって、設定できる。この場合、個別の１つの寄与条件および少なくとも２つの寄与条件の組合せのうちのいずれかを適用することによって、研磨ギャップの所望の幾何学的形状、たとえばＶ字形の研磨ギャップを設定することが好ましい。

高さ勾配の大きさは、主として研磨プレートの大きさによって決まる。この場合、研磨パッドのリング幅、すなわち研磨パッドの内側のエッジと外側のエッジとの間の距離が、非常に重要である。

好ましくは、内側のエッジにおける研磨ギャップの高さと外側のエッジにおける研磨ギャップの高さとの差は、研磨パッドのリング幅１メートルに対し、７０μｍ〜３６０μｍであり、特に好ましくは、研磨パッドのリング幅１メートルに対し、１１０μｍ〜２２０μｍである。

圧縮率が低く、たとえばリング幅が０．７メートルの硬質研磨パッド（１）を用いて半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨するための、本発明に従う方法において、研磨パッドの内側のエッジにおける研磨ギャップの高さとその外側のエッジにおける研磨ギャップの高さとの差は、好ましくは５０μｍと２５０μｍの間、特に好ましくは８０μｍと１５０μｍの間である。この場合、研磨ギャップの高さの差は、エッジにおける差ｘ_１とｘ_２の和であり、このエッジは、研磨パッド（１）の反対側のエッジと比べて、ドレッシングによって薄くされているエッジである（図２ｂおよび図２ｃ）。

ドレッシングの結果またはパッド／プレートのプロファイルを、好ましくは、先行技術に従う、圧力歪みゲージならびにパッド厚さおよび加工ギャップの測定により、モニタする。

圧力歪みゲージを用いて、２つの接触面の間の圧力分布を、これらの面を特定の力でともに押圧した場合に、色で表現することができる。異なる色濃度から、異なる圧力分布が視覚的にわかる。より高い色濃度は、圧力がより高い領域を示し、より低い色濃度は、圧力がより低い領域を示す。

圧力歪みゲージを用いて、ＤＳＰ装置の２つの研磨プレートの間の径方向における圧力分布を求める。このために、圧力歪みゲージを、下側の研磨プレートまたは下側の研磨パッドの上に径方向に置く。続いて、プレートの半分２つを、プレート間に作用する力が研磨プロセスと同様になるように、一緒に動かす。

好ましくは、本発明に従う方法において、研磨ギャップのプロファイルを設定する。この場合、研磨プロセス中、基板に対し、外側の領域（研磨パッド（１）のエッジ（Ａ））において、内側の領域（研磨パッド（１）のエッジ（Ｂ））よりも、幾分大きい圧力が作用する。

この、好ましい圧力プロファイルが得られることによって、２つの研磨パッド（１）のうちの少なくとも１つ（図２ｃ）の、好ましくは双方（図２ｂ）の、加工層（４）の厚みが、内側のエッジ（Ｂ）において外側のエッジ（Ａ）よりも幾分小さいことが好ましい（外側に向かって大きくなる加工層の厚み（４）の勾配または外側に向かって小さくなる研磨ギャップの高さの勾配）。

例として、第１のドレッシング後の上側および下側の研磨パッドの加工層（４）の厚みは、外側のエッジ（Ａ）で８２０μｍ、内側のエッジ（Ｂ）で７９０μｍであってもよい（図２ｂ）。

また、上側および下側の研磨パッドの加工層（４）の厚みは、厚みの勾配がそれぞれ異なっていてもよい。例として、第１のドレッシング後の、上側の研磨パッドの加工層（４）の厚みは、外側のエッジで８２０μｍ、内側のエッジ（Ｂ）で７５０μｍであってもよく、第１のドレッシング後の、下側の研磨パッドの加工層（４）の厚みは、外側のエッジ（Ａ）で８２０μｍ、内側のエッジ（Ｂ）で７９０μｍであってもよい。

この圧力プロファイルは、同様に、好ましくは、対応して適合させた形状（幾何学的形状）の研磨プレート（８）を用いることによって得られる。圧縮率が低い硬質の研磨パッド（１）を用いて半導体材料からなるウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨するための、本発明に従う方法のこの実施の形態において、研磨ギャップの所望の幾何学的形状、たとえば、外側に向かって減少する研磨ギャップの高さ勾配は、各々が研磨パッド（１）で覆われた上側および下側の研磨プレート（８）の、対応する形状によって、得られる。

この場合、たとえば、最適に各研磨プレート（８）のプロファイルを研磨ギャップの所望の幾何学的形状に適合させるために、または、異なる研磨装置の特性（幾何学的形状）を補償するために、研磨パッド（１）のうちの一方または双方の厚みに、さらに厚み勾配があっても、またはなくてもよい。

発泡研磨パッドを用いて、半導体材料からなるウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨するための、本発明に従う方法は、好ましくは、プロセス温度１０℃〜５０℃で、特に好ましくはプロセス温度１５℃〜３５℃で、とりわけ好ましくはプロセス温度１８℃〜３０℃で、実施される。

不織研磨パッドを用いる場合、好ましいプロセス温度は３５℃〜５０℃である。
本発明に従う方法において、半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）は、キャリアプレートの、適切な大きさになるように形成された少なくとも１つの切欠きの中に置かれる。

使用されるキャリアプレートの厚みは、各両面研磨方法によって決まる。半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）を、正の突起を用いて研磨する場合、使用するキャリアプレートは、両面研磨後に得られる半導体材料からなるウエハ（５）の目標厚さよりも、ある程度、たとえば２〜３μｍ薄い。

半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）を、負の突起を用いて研磨する場合、使用するキャリアプレートは、両面研磨後に得られる半導体材料からなるウエハ（５）の目標厚さよりも、ある程度、たとえば２〜３μｍ厚い。

好ましくは、半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）の表面の材料除去速度と裏面の材料除去速度は同一である。

半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）の表面の材料除去と裏面の材料除去が異なっていることも同様に好ましい。

好ましくは、処理中、加工層（４）と加工層（４）の間に形成された加工ギャップの中に液体を供給する。

上記液体は、好ましくは研磨剤のスラリーである。
好ましくは、使用する研磨剤のスラリーは、アルミニウム、セリウム、およびシリコンという元素の１つ以上の酸化物から選択された砥粒を含む。

砥粒材料の粒子の粒度分布は、好ましくは際立って単一モードである。
砥粒材料の粒子の単一モード分布の場合、平均粒径は、５〜３００ｎｍ、特に好ましくは５〜５０ｎｍである。

研磨剤のスラリーにおける砥粒材料の比率は、好ましくは０．１〜２０重量％、特に好ましくは０．１〜３重量％である。

コロイド状に分散するシリカを研磨剤のスラリーとして使用することが特に好ましい。
例として、水性研磨剤として、Ｂａｙｅｒ ＡＧのＬｅｖａｓｉｌ（登録商標）およびＤｕｐｏｎｔ Ａｉｒ ＰｒｏｄｕｃｔｓのＭａｚｉｎ ＳＲ３３０を使用してもよい。

研磨剤のスラリーは、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）等の添加材を含んでもよい。

しかしながら、研磨剤のスラリーは、１つ以上のさらに他の添加材、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機能する安定剤、防腐剤、殺生物剤、アルコール、および錯化剤を含んでもよい。

圧縮率が低い硬質の研磨パッド（１）を用いて半導体材料からなる少なくとも１つのウエハ（５）の表面と裏面を同時に研磨している間、面除去が片面当たり１５μｍ以下であることが好ましく、この面除去の範囲が５μｍ〜１２μｍであることが特に好ましい。

本発明に従う方法において、研磨パッド（１）のより長期にわたる有用性が得られる。なぜなら、本発明に従う方法によって、研磨ギャップを、すなわち、研磨プレートの中央とエッジの間における対応するパッド厚さを、非常に正確に設定できるからである（幾何学的形状）。

その結果、本発明に従う方法の採算性は、先行技術に従うＤＳＰプロセスと比較して、大幅に高まる。

本発明に従う方法によって研磨された、半導体材料からなるウエハ（５）は、幾何学的形状が、特に全体のおよび局所的な平坦性について向上しており、エッジロールオフが大幅に減じられている（図３）。

第２のおよびさらに他のパッドドレッシングは、本発明に従い、研磨ギャップの所望の幾何学的形状が保たれるように、行なわれる。

第２のおよびさらに他のパッドドレッシングにおいて、好ましくは５〜１００μｍ、特に好ましくは１０〜４０μｍが、研磨パッド（１）の加工面（２）から除去される。第２のおよびさらに他のパッドドレッシングは、第１のパッドドレッシングと同じ方法で行なわれる。

Claims (8)

1. 半導体材料からなり表面と裏面とを有する少なくとも１つのウエハ（５）を研磨する方法であって、少なくとも１つの第１の研磨ステップを含み、前記ステップにより、半導体材料からなる前記ウエハ（５）は、あるプロセス温度で、前記表面および前記裏面が同時に、上側の研磨プレート（８）と下側の研磨プレート（８）との間で研磨され、前記上側の研磨プレートおよび前記下側の研磨プレートは各々、ショアＡ硬度が少なくとも８０°で圧縮率が２．５％未満の研磨パッド（１）で覆われ、前記研磨パッド（１）の、研磨する前記ウエハと接触する上側の面（２）と下側の面（２）との間の距離が、研磨ギャップを形成し、前記研磨ギャップは、前記研磨パッド（１）の内側のエッジ（Ｂ）から前記研磨パッド（１）の外側のエッジ（Ａ）にわたっており、前記研磨パッド（１）のドレッシング中に前記研磨パッド（１）の加工層（４）から２０μｍ〜１００μｍが除去され、前記ドレッシングにより、前記研磨ギャップの、前記内側のエッジ（Ｂ）における高さは、前記外側のエッジ（Ａ）における高さから直線的に変化し、前記研磨ギャップの、前記外側のエッジ（Ａ）における高さは、前記内側のエッジ（Ｂ）における高さよりも低い、方法。
2. 前記研磨ギャップの、前記内側のエッジにおける高さと、前記外側のエッジにおける高さとの差は、１メートルのリング幅に対し、７０μｍ〜３６０μｍであり、前記リング幅は、前記研磨パッド（１）の前記内側のエッジ（Ｂ）と前記研磨パッド（１）の前記外側のエッジ（Ａ）との間の径方向距離であると定義される、請求項１に記載の方法。
3. 前記研磨パッドのショアＡ硬度は、８０°と１００°の間の範囲にある、請求項１に記載の方法。
4. 前記研磨パッドの厚みは、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲にある、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記研磨パッドは、前記研磨プレート上に、接着によって結合される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記研磨プレートは、前記研磨パッドを接着によって結合するために、４０℃〜５０℃に加熱される、請求項５に記載の方法。
7. 前記研磨ギャップの高さは、前記内側のエッジ（Ｂ）から前記外側のエッジ（Ａ）まで直線的に減少している、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 両面研磨は、１０℃〜５０℃のプロセス温度で行なわれる、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。