(57)【要約】【課題】当該技術分野で公知の仕上げのＣＭＰ研磨の前の両面研磨法は、エッジ形状およびナノトポグラフィーの将来的な要求を満たさず、且つ基板直径４５０ｍｍを有するウェハの加工に適していない。【解決手段】第一の工程において固定された砥粒を有する研磨パッドを使用して半導体ウェハの前面を研磨し、且つ同時に砥粒を含有しない研磨パッドを用いて半導体ウェハの裏面を研磨するが、その間に砥粒を含有する研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの裏面との間に導入し、引き続き半導体ウェハを反転させ、その後、第二の工程において固定された砥粒を含有する研磨パッドを用いて半導体ウェハの裏面を研磨し、且つ同時に固定された砥粒を含有しない研磨パッドを用いて半導体ウェハの前面を研磨し、砥粒を含有する研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの前面との間に導入することを含む、半導体ウェハの両面研磨方法によって解決される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの両面研磨方法において、第一の工程において固定された砥粒を有する研磨パッドを使用して半導体ウェハの前面を研磨し、且つ同時に、砥粒を含有しない研磨パッドを用いて該半導体ウェハの裏面を研磨するが、その間に砥粒を含有する研磨剤を研磨パッドと該半導体ウェハの裏面との間に導入し、引き続き該半導体ウェハを反転させ、そしてその後、第二の工程において、固定された砥粒を含有する研磨パッドを用いて該半導体ウェハの裏面を研磨し、且つ同時に、固定された砥粒を含有しない研磨パッドを用いて半導体ウェハの前面を研磨し、砥粒を含有する研磨剤を研磨パッドと該半導体ウェハの前面との間に導入することを含む方法。
【請求項２】
研磨剤が元素のアルミニウム、セリウムおよびシリコンの酸化物からなる１つまたはそれより多くの群から選択される砥粒を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
研磨剤がコロイド状に分散されたシリカである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
研磨剤が、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）およびテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）からなる群から選択される１つまたはそれより多くの砥粒を含有する、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
固定された砥粒を有する研磨パッドが、元素のセリウム、アルミニウム、シリコンおよびジルコニウムの酸化物からなる群から選択される粒子、またはシリコンカーバイド、ホウ素窒化物、およびダイヤモンドからなる硬質物質の群から選択される粒子を含有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
研磨パッドがセリウム酸化物粒子を含有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
固定された砥粒を有する研磨パッドが、０．１μｍ以上且つ１．０μｍ以下の大きさを有する粒子を含有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
固定された砥粒を含有しない研磨パッドが多孔質基材を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
固定された砥粒を含有しない研磨パッドが熱可塑性または熱硬化性ポリマーからなる、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
研磨パッドが固体の、微孔質ポリウレタンを含有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
半導体ウェハがシリコン、シリコン−ゲルマニウム、二酸化シリコン、シリコン窒化物、またはガリウムヒ素、または他のＩＩＩ−Ｖ族半導体を含む、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
半導体ウェハの少なくとも１つのエッジ研磨を、第一の両面研磨の前、または第二の両面研磨の後、または２つの両面研磨工程の間に行う、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
２つの両面研磨工程の間の第一のエッジ研磨と、第二の両面研磨の後の第二のエッジ研磨との、２つのエッジ研磨を実施する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
２つのエッジ研磨をそれぞれ、半導体ウェハを中心で回転するチャック上に固定し、該半導体ウェハと、チャックに対して傾斜し且つ固定された砥粒を含有する研磨パッドを有する、中心で回転する研磨ドラムとを一緒にして、そして該半導体ウェハと該研磨ドラムとを押し合わせる一方、研磨剤を連続的に供給することによって実施する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
固体を含有しない研磨剤を第一のエッジ研磨の間に使用する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第二のエッジ研磨を実施する一方、砥粒を含有する研磨剤懸濁液を供給する、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
研磨ドラム上に据え付けられた研磨パッドが、元素のセリウム、アルミニウム、シリコンおよびジルコニウムの酸化物の群の粒子から選択されるか、またはシリコンカーバイド、ホウ素窒化物、およびダイヤモンドからなる硬質物質の群の粒子から選択される砥粒物質を含有する、請求項１４から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
砥粒の平均粒径が０．１〜１μｍである、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの両面研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、本発明は次世代の技術、主に４５０ｍｍの直径を有するウェハにおける、シリコンウェハの両面研磨を意図している。現在のところ主として、研磨された、またはエピタキシャル層で被覆された、直径３００ｍｍを有するシリコンウェハがエレクトロニクス産業における大半の要求の多い用途のために使用されている。基板直径４５０ｍｍを有するシリコンウェハは開発中である。
【０００３】
エレクトロニクス産業がより大きい基板を、マイクロプロセッサであろうとメモリチップであろうと、それらの素子の製造のために望んでいる本質的な理由は、見込まれる巨大な経済的利点にある。半導体産業においては長年にわたり定常的に、利用可能な基板面積が注目されてきた、言い換えれば、どれだけ多くの数の素子、即ちロジックチップまたはメモリチップを個々の基板上に収容できるかが考慮されてきた。これは、様々な素子製造者の加工工程は基板全体を対象にしているが、しかし基板の構造化のための個々の工程、即ち引き続き個々のチップをもたらす素子構造の製造もあり、従って加工工程の両方の群のための製造コストが基板サイズによって非常に特定に決定されることと関連する。基板サイズは素子１つあたりの製造コストに非常に著しく影響し、従って莫大な経済的重要性がある。
【０００４】
しかしながら、基板直径の増加は、甚大で且つ時として全く新しい、今までには知られていない技術的な問題を内含している。
【０００５】
最後に、全ての加工工程は、それらが純粋に機械的（ソーイング、粉砕、ラッピング）、化学的（エッチング、洗浄）、または化学−機械的な性質（研磨）、並びに熱工程（エピタキシー、アニール）であろうと、部分的にそのために使用される機械およびシステム（装置）にも関しても、完全な変更を必要とする。
【０００６】
本発明は、ウェハがメモリチップの製造用に意図されている場合、最後の必要不可欠な加工工程として、あるいはウェハが現代のマイクロプロセッサの製造用のいわゆるエピウェハとして使用されることが意図されている場合、ウェハのエピタキシーに先立つ原理的に最後から二番目の必要不可欠な加工工程として、半導体ウェハの研磨に注目している。
【０００７】
半導体ウェハの製造において、ウェハエッジから２ｍｍ以内の距離の領域において充分に良好なエッジ形状およびナノトポロジーを達成することが特に決定的である。
【０００８】
ナノトポロジーは通常、２ｍｍ×２ｍｍの面積を有する正方形の測定ウィンドウに基づく高さのばらつきＰＶ（＝"ピーク・バレー"）として表現される。
【０００９】
用語"ナノトポロジー"または"ナノトポグラフィー"は、ＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）によって、空間波長範囲０．２〜２０ｍｍ（横相関長）において、且つ"平担度適用領域"（ＦＱＡ；  製品の仕様において規定された、満たされなければならない特性のための表面領域）内でのウェハ前面全体の平坦化偏差を意味するとして定義されている。ナノトポロジーはウェハ表面全体を、種々のサイズの測定領域および重なりを有して完全に走査することによって測定される。それらの測定領域において見出される表面の高さのばらつき（ピーク・バレー）がないことが、ウェハ全体に要求される最大値を超えることを可能にする。測定領域の広さは仕様に依存して、且つ、例えば２×２ｍｍ2、５×５ｍｍ2、および１０×１０ｍｍ2にわたって定義される。
【００１０】
一般に、半導体ウェハの最終的なナノトポロジーは研磨工程によって生じる。半導体ウェハの平坦性を改善するために、半導体ウェハの前面および裏面を同時に研磨するための装置および方法が提供され、且つさらに開発されている。
【００１１】
いわゆる両面研磨（ＤＳＰ）は例えばＵＳ３６９１６９４号内に記載される。ＥＰ２０８３１５号Ｂ１内に記載される両面研磨の実施態様によれば、適切な大きさの窪みを有している金属またはプラスチックの"搬送板"または"テンプレート"内の半導体ウェハが、機械および加工パラメータによって予め決められた経路上を研磨ゾルの存在中で、研磨パッドで覆われた２つの回転する研磨板の間で動き、且つそれによって研磨される。
【００１２】
両面研磨工程を通常、硬度６０〜９０（ショアＡ）を有する均質な多孔質ポリマー発泡体の研磨パッドを用いて、例えばＤＥ１０００４５７８号Ｃ１内の実施例に記載される通りに実施する。そこでは、上部の研磨板に密着する研磨パッドは網状のチャネルによって透過しており、且つ、下部の研磨板に密着している研磨パッドはかかる組織を有さないなめらかな表面を有していることが開示されている。この施策は一方で、研磨の間に使用される研磨剤の均質な分布を確実にし、且つ他方で、研磨完了後に上部の研磨板が持ち上げられた際に半導体ウェハが上部の研磨パッドに張り付くのを防ぐことを意図している。
【００１３】
両面研磨のために、半導体ウェハを搬送板の窪み内に、半導体ウェハの裏面が下部の研磨板の上に載るように置く。
【００１４】
ＤＳＰの他に、先行技術におけるいわゆるＣＭＰ研磨も、欠陥を排除し且つ表面粗さを低減するために必要である。ＣＭＰにおいては、ＤＳＰよりも柔らかい研磨パッドが使用される。さらには、半導体ウェハの片面、即ち、その上に素子を引き続き製造することが意図されている側だけがＣＭＰによって研磨される。該先行技術はまた、研磨を仕上げすることにも関する。ＣＭＰ法は例えば、ＵＳ２００２−００７７０３９号およびＵＳ２００８−０３０５７２２号内に開示される。
【００１５】
ＷＯ９９／５５４９１号Ａ１は、中に固定された砥粒を有する研磨パッドを使用する第一のＦＡＰ（"固定砥粒研磨"）研磨工程、および引き続き第二のＣＭＰ（"化学機械研磨"）研磨工程を有する二段階研磨法を記載している。ＣＭＰにおいては（ＤＳＰと同様に）／ＦＡＰ研磨と対照的に、研磨パッドは固定された砥粒物質を含有しない。ここでは、ＤＳＰ工程と同様に、懸濁液の形態の砥粒物質をシリコンウェハと研磨パッドとの間に導入する。かかる二段階研磨法は特に、ＦＡＰ工程が基板の研磨された表面上に残す擦り傷を排除するために使用される。
【００１６】
ドイツ特許出願ＤＥ１０２００７０３５２６６号Ａ１は、シリコン材料の基板の研磨方法において、１つの研磨工程においては結合されていない固体としての砥粒物質を含有する研磨剤懸濁液を基板と研磨パッドとの間に導入する一方、第二の研磨工程においては研磨剤懸濁液を固体を有さない研磨剤溶液によって置き換える点において異なる、ＦＡＰ式の２つの研磨工程を含む方法を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】ＵＳ３６９１６９４
【特許文献２】ＥＰ２０８３１５号Ｂ１
【特許文献３】ＤＥ１０００４５７８号Ｃ１
【特許文献４】ＵＳ２００２−００７７０３９号
【特許文献５】ＵＳ２００８−０３０５７２２号
【特許文献６】ＷＯ９９／５５４９１号Ａ１
【特許文献７】ドイツ特許出願ＤＥ１０２００７０３５２６６号Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
当該技術分野で公知である、仕上げのＣＭＰ研磨の前の両面研磨法は、エッジ形状およびナノトポグラフィーの将来的な要求を満たさず、且つ、基板直径４５０ｍｍを有するウェハの加工に適していないことが判明している。
【００１９】
この問題が本発明の課題の発端である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の課題は、半導体ウェハの両面研磨方法において、第一の工程において固定された砥粒を有する研磨パッドを使用して半導体ウェハの前面を研磨し、且つ同時に、砥粒を含有しない研磨パッドを用いて該半導体ウェハの裏面を研磨するが、その間に砥粒を含有する研磨剤を研磨パッドと該半導体ウェハの裏面との間に導入し、引き続き、該半導体ウェハを反転させ、そしてその後、第二の工程において、固定された砥粒を含有する研磨パッドを用いて該半導体ウェハの裏面を研磨し、且つ同時に、固定された砥粒を含有しない研磨パッドを用いて該半導体ウェハの前面を研磨し、砥粒を含有する研磨剤を研磨パッドと該半導体ウェハの前面との間に導入することを含む方法によって解決される。
【００２１】
従って本発明は、ＦＡＰ研磨とＣＭＰ研磨とを同時に、初めは前面／裏面上で、そしてその後、裏面／前面上で行う、複合型同時両面研磨法を提供する。その新規の方法は、従来のＤＳＰ工程および引き続く別のＣＭＰ工程を不要にすることができる。
【００２２】
本発明を、半導体ウェハの既存の両面研磨装置において、例えばＰｅｔｅｒ  Ｗｏｌｔｅｒｓ、Ｒｅｎｄｓｂｕｒｇ  （ドイツ）製のＡＣ２０００型の市販の両面研磨機上で実施できる。
【００２３】
この研磨機は、搬送板を駆動するために外側および内側の回転盤のピン式のインターロックが装備されている。該装置は、１つまたはそれより多くの搬送板のために構成されてもよい。複数の搬送板を有する装置はより高いスループットのために好ましく、例えばＤＥ１０００７３９０号Ａ１内に記載されるものであり、そこでは搬送板は装置の中心に対して遊星状の経路上を動く。該装置は下部の研磨板と上部の研磨板とを含み、それらは自由に水平に回転可能であり、且つ、研磨パッドで覆われている。研磨の間、半導体ウェハは搬送板の窪み内、且つ２枚の研磨板の間に位置し、前記研磨板が回転し且つそれらの上に特定の研磨圧力をはたらかせる一方で、研磨剤が連続的に供給される。搬送板も、好ましくは、搬送板の円周上の歯と噛み合う回転ピンリングを介して動き始める。
【００２４】
典型的な搬送板は、３つの半導体ウェハを保持するための窪みを含む。その窪みの円周上に、半導体ウェハの脆いエッジ部の保護を意図した、特に搬送板本体から放出される金属を含むインレーがある。搬送板本体は例えば、金属、セラミック、プラスチック、繊維強化プラスチック、または"ダイヤモンド状カーボン"（ＤＬＣ層）によって被覆された金属からなってよい。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。その窪みは好ましくは、少なくとも２００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ、より特に好ましくは４５０ｍｍの直径および５００〜１０００μｍの厚さを有する奇数の半導体ウェハを保持するように構成されている。
【００２５】
使用される研磨剤は砥粒を含有する。
【００２６】
砥粒物質粒子の粒径分布は、好ましくは単峰性の形になっている。
【００２７】
平均粒径は、５〜３００ｎｍ、特に好ましくは５〜５０ｎｍである。
【００２８】
砥粒物質は、基板材料、好ましくは元素のアルミニウム、セリウムまたはシリコンの酸化物の１つまたはそれより多くを機械的に除去する材料からなる。
【００２９】
研磨剤懸濁液中の砥粒物質の割合は、好ましくは０．２５〜２０質量％、特に好ましくは０．２５〜１質量％である。
【００３０】
コロイド状に分散したシリカを研磨剤懸濁液として使用することが特に好ましい。
【００３１】
例えば、水性の研磨剤、Ｂａｙｅｒ  ＡＧ製のＬａｖａｓｉｌ(登録商標)２００およびフジミ製のＧｌａｎｚｏｘ  ３９００(登録商標)を用いてよい。
【００３２】
研磨剤は好ましくは添加剤、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）を含有する。
【００３３】
しかしながら、研磨剤懸濁液は、１つまたはそれより多くのさらなる添加剤、例えば表面活性添加剤、例えば湿潤剤および界面活性剤、保護コロイドとして作用する安定剤、防腐剤、殺菌剤、アルコールおよび捕捉剤を含有してよい。
【００３４】
本発明による方法において、研磨パッド中に結合された砥粒物質を含有する研磨パッドを使用する（ＦＡＰまたはＦＡパッド）。
【００３５】
適した砥粒物質は、例えば元素のセリウム、アルミニウム、シリコンまたはジルコニウムの酸化物の粒子および硬質物質、例えばシリコンカーバイド、ホウ素窒化物およびダイヤモンドの粒子を含む。
【００３６】
特に適した研磨パッドは、複製された微細構造によって付与された表面トポグラフィーを有する。それらの微細構造（"支柱"）は、例えば円筒形または多角形の断面を有する柱の形、または角錐または角錐台の形を有する。
【００３７】
かかる研磨パッドのより詳細な記載は、例えばＷＯ９２／１３６８０号Ａ１およびＵＳ２００５／２２７５９０号Ａ１内に包含されている。
【００３８】
例えばＵＳ６６０２１１７号Ｂ１内に記載される通り、中に固定されたセリウム酸化物の砥粒を有する研磨パッドを使用することがより特に好ましい。
【００３９】
使用されるＦＡＰ研磨パッドのグレインの大きさ（固定された砥粒／粒子の大きさ）は、好ましくは０．１μｍ以上、且つ１．０μｍ以下である。
【００４０】
０．１〜０．６μｍの粒径が特に好ましい。
【００４１】
０．１〜０．２５μｍの粒径がより特に好ましい。
【００４２】
１つの研磨板は、かかるＦＡＰパッドを装備している。
【００４３】
第二の研磨板は従来のＣＭＰ研磨パッドを有している。
【００４４】
使用されるＣＭＰ研磨パッドは多孔質基材を有する研磨パッドである。
【００４５】
好ましくは、研磨パッドは熱可塑性または熱硬化性ポリマーからなる。様々な物質を、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、ポリエステル等の材料と想定してもよい。
【００４６】
研磨パッドは、好ましくは固体の、微孔質ポリウレタンを含有する。
【００４７】
ポリマーで含浸された、発泡板またはフェルトまたは繊維物質製の研磨パッドを使用することもまた好ましい。
【００４８】
被覆された／含浸された研磨パッドは、基材中で被覆物中とは異なる孔分布および異なる孔の大きさがあるように構成されてもよい。
【００４９】
研磨パッドは本質的に平坦、または穿孔されていてよい。
【００５０】
研磨パッドの多孔率を制御するために、充填材を研磨パッド内に導入してよい。
【００５１】
市販の研磨パッドは、例えばＲｏｄｅｌ  Ｉｎｃ．製のＳＰＭ３１００、またはＲｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ製のＤＣＰシリーズのパッドおよびＩＣ１０００（商標）、Ｐｏｌｙｔｅｘ（商標）またはＳＵＢＡ（商標）銘柄のパッドである。
【００５２】
半導体ウェハは好ましくはシリコン／シリコン−ゲルマニウム、二酸化シリコン、シリコン窒化物、またはガリウムヒ素、および他のいわゆるＩＩＩ−Ｖ族半導体のウェハである。
【００５３】
例えば、チョクラルスキー法またはフローティングゾーン法によって結晶化された単結晶形態のシリコンの使用が好ましい。
【００５４】
（１００）、（１１０）、または（１１１）の結晶配向を有するシリコンが特に好ましい。
【００５５】
特許請求された方法の出発物質は、公知の方法で結晶から切り出され、エッジを丸められ、且つ随意にさらなる加工工程に供されている様々な半導体ウェハである。該半導体ウェハはラップされた、研削された、エッチングされた、研磨された、エピタキシャル層で被覆された、または別な方法で被覆された表面を有してよい。
【００５６】
上述の通り、本発明によって、例えばＰｅｔｅｒ  Ｗｏｌｔｅｒｓ／Ｒｅｎｄｓｂｕｒｇ製のＡＣ２０００型の両面研磨機上で研磨を実施する場合、先行技術において不可避である片面仕上げ研磨（ＣＭＰ）を不要にすることができる。なぜなら、形状を決定する研磨と表面品質を決定する研磨との両方が１つの種類の機械で完全に実施されるからである。
【００５７】
先行技術においては、粗研磨および仕上げ研磨（ＤＳＰおよびＣＭＰ）は互いに別々に、且つ異なる研磨機上で実施されている。先行技術においては、半導体ウェハの前面のみがＣＭＰによって研磨されている。
【００５８】
最適なウェハの形状、ここでは特にエッジ形状（エッジロールオフの排除）を達成するために、遊星型運動を用いた同時両面研磨、および組み合わせて使用される固定された砥粒およびＣＭＰ研磨パッドは利点を提供する。なぜなら、固定された砥粒の研磨法は、随意に突出部を有して構成可能な硬質のパッドのおかげで、必要な研磨除去を得るためのシリカゾルを含有する成分を不要にすることを可能にし、且つ、それは半導体ウェハのエッジ領域にゆっくりと作用することもできるからである。
【００５９】
さらには、ＣＭＰ研磨パッドを装備している研磨板の１つによって、同時両面研磨の範囲にＣＭＰ研磨を容易に組み込むことができ、その上でＣＭＰ工程を行う。
【００６０】
本発明による両面研磨を２つの研磨サブステップで行い、その間にウェハを裏返す。
【００６１】
研磨工程全体を１つの種類の研磨機上で実施することは、工程の流れ全体の著しい簡略化および必要な空間の節減をもたらす。
【００６２】
本発明による両面研磨の前、両面研磨の２つの研磨サブステップの間、または両面研磨が完了した後でさえも、エッジ研磨を実施してよい。
【００６３】
このために、中心で回転するシリコンウェハのエッジを、特定の力（印加圧力）を用いて中心で回転する研磨ドラムに押しつける。かかるエッジ研磨法は、ＵＳ５９８９１０５号から公知であり、そこでは研磨ドラムがアルミニウム合金からなり、且つ研磨パッドを有している。シリコンウェハは通常通りに平坦なウェハホルダー、いわゆるチャック上に固定される。シリコンウェハのエッジはチャックから突き出しており、従って研磨ドラムに自由に近づくことができる。
【００６４】
それらの従来のエッジ研磨法は、特に半導体ウェハのエッジ領域中の局所的な形状に悪影響を及ぼす。これは、使用される比較的"柔らかいエッジ研磨パッド"（上にシリカゾルを適用された比較的柔らかい研磨パッドを使用するのが普通である）を用いて、エッジ自身だけでなく、半導体ウェハの前面および／または裏面の外側の部分も研磨されることに関連し、それは硬いシリコンエッジが、上に研磨材懸濁液を適用されている研磨パッド内に"浸漬"されていることによって説明される。この影響は特に、エッジそれ自体の領域だけでなく、前面および／または裏面上の隣接する領域においても材料が除去されることである。
【００６５】
好ましくは、本発明による方法における半導体ウェハのエッジ研磨を、半導体ウェハを中心で回転するチャックの上に固定し、該半導体ウェハと、チャックに対して傾斜し且つ固定された砥粒を含有する研磨パッドを有する、中心で回転する研磨ドラムとを一緒にして、そして該半導体ウェハと該研磨ドラムとを押し合わせる一方、固体を含有しない研磨剤溶液を連続的に供給することによって実施する。
【００６６】
研磨剤溶液は好ましくは水、または化合物、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）、またはそれらの任意の混合物の水溶液である。
【００６７】
研磨剤溶液中の前記の化合物の割合は、好ましくは０．０１〜１０質量％である。
【００６８】
研磨剤溶液のｐＨは好ましくは１０〜１２である。
【００６９】
エッジ研磨のために使用され、且つ研磨ドラム上に据えつけられた研磨パッドは、好ましくは元素のセリウム、アルミニウム、シリコンまたはジルコニウムの酸化物の粒子、または硬質物質、例えばシリコンカーバイド、ホウ素窒化物またはダイヤモンドの粒子から選択される砥粒物質を含有する。例えばＵＳ６６０２１１７号Ｂ１内に記載される通り、中に固定されたセリウム酸化物の砥粒を有する研磨パッドを使用することが特に好ましい。
【００７０】
砥粒の平均粒径は好ましくは、０．１〜１μｍ、特に好ましくは０．１〜０．６μｍ、およびより特に好ましくは０．１〜０．２５μｍである。
【００７１】
両面研磨の２つのサブステップの間に第一のエッジ研磨を行い、且つ、両面研磨全体の終了後に第二のエッジ研磨を行うことによって二段階エッジ研磨が好ましく実施され、分割されていることによってエッジ研磨がより精巧になることが可能になり、従って、特にエッジ研磨は通常、半導体ウェハの局所的なエッジ領域において形状を劣化させることが知られているが、ウェハのエッジ形状への影響を可能な限り少なくすることを可能にする。
【００７２】
好ましくは、第二のエッジ研磨を実施する一方、砥粒を含有する研磨剤懸濁液を供給する。
【００７３】
研磨剤懸濁液中の砥粒物質の割合は、好ましくは０．２５〜２０質量％である。
【００７４】
研磨剤懸濁液中の砥粒物質は、好ましくは元素のアルミニウム、セリウムまたはシリコンの酸化物からなる群の１つまたはそれより多くから選択される。
【００７５】
好ましくは、研磨剤懸濁液はコロイド状に分散されたシリカである。
【００７６】
研磨剤懸濁液のｐＨは好ましくは９〜１１．５である。
【００７７】
好ましくは、研磨剤懸濁液のｐＨを、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）、またはそれらの化合物の任意の混合物からなる群から選択される添加剤を導入することによって調節する。
【００７８】
本発明は外側のエッジ領域にゆっくりと影響し、且つ縁の領域（２ｍｍ  ＥＥ以下、特に１ｍｍ以下）において局所的な形状を改善することを可能にする。
【００７９】
本方法はさらに、簡略化された工程の流れをもたらす。粗研磨および仕上げ研磨の工程を１つの研磨機上で行うことによって、研磨工程全体が短縮される。先行技術において提供されるＣＭＰ研磨工程が不要になり、それがコストにおける有利性をもたらす。
【実施例】
【００８０】
第一の工程においてシリコンウェハからの必要とされる目標値の材料除去の大半をもたらし、且つ、第二の工程においてシリコンウェハの仕上げ研磨を実施する、分割された浮動式の両面研磨法の実施：
第一に、上部のＦＡＰ研磨パッド上で前面を研磨する。
【００８１】
同時に、ＣＭＰ研磨パッド上によって裏面を研磨する。
【００８２】
第一の工程と第二の工程との間にウェハの反転を行う。
【００８３】
第二の工程において、下部のＣＭＰ研磨パッド上で前面を仕上げ研磨する一方、同時に上部のＦＡＰ研磨パッド上で裏面を仕上げ研磨する。
【００８４】
両方の工程を、遊星型運動を用いた同一の両面研磨機上で行う。
【００８５】
その結果は、最適なエッジ形状、改善されたナノトポロジー特性を有し、且つ可変の裏面粗さを有する、仕上げ研磨されたウェハである。
【００８６】
上部の研磨板は固定された砥粒研磨パッドで被覆され、且つ、下部の研磨板は典型的な仕上げ研磨パッドで被覆されている。
【００８７】
ＦＡＰ研磨パッドを、ウェハエッジ形状をそのエッジで制御するように仕立てることができ、従ってウェハの突出部が得られる。
【００８８】
エッジロールオフは従って著しく低減される。改善された局所的な形状がウェハエのエッジで得られる。
【００８９】
工程１：
ＦＡＰ研磨によるウェハ前面の研磨およびＣＭＰ研磨によるウェハ裏面の同時の研磨。
【００９０】
第一のサブステップは、従来の方法で、即ち、ＤＳＰ研磨の従来の研磨工程と同様に、コロイド状シリカゾル（例えばＬａｖａｓｉｌ（登録商標）２００、Ｂａｙｅｒ  ＡＧ製）およびアルカリ性研磨溶液（例えばＫ2ＣＯ3＋ＫＯＨ）に基づく研磨スラリーを用いた研磨の始めに開始される研磨工程で始まって、ＣＭＰ研磨パッド上で粗研磨工程を開始する。
【００９１】
ＣＭＰ研磨パッド（"仕上げパッド"）として、Ｒｏｄｅｌ  Ｉｎｃ．製のＳＰＭ３１００の使用が好ましい。
【００９２】
研磨工程が開始した後、外的に供給されるシリカゾルを止め、従ってここで２つの研磨パッドはアルカリ性研磨溶液のみを受け取る。
【００９３】
外部のシリカゾルを止めた後、柔らかいＣＭＰパッド上での材料除去を最適に構成するために、好ましくは炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）およびＫＯＨ以外に、特にケイ酸カリウム（Ｋ2ＳｉＯ3）を使用してもよい。
【００９４】
アンモニウム以外に、炭酸塩、水酸化物、ケイ酸塩化合物、周期律表の第一族典型元素（例えばナトリウム、リチウム）からのカチオンを想定してもよい。
【００９５】
例えば、ケイ酸カリウムはシリカのカリウム塩である。Ｋ2ＳｉＯ3のｐＨは、同様の濃度のＫ2ＣＯ3のｐＨのアルカリ性に匹敵する（ｐＨ１１〜１２．５）。
【００９６】
わずかなケイ酸カリウムの添加によって、それが（シリカゾルを用いて）"開始"されたら、化学機械粗研磨工程を、コロイド状ＳｉＯ2の外部供給を用いずに維持することが可能である。
【００９７】
目標材料除去の大部分（＞５０％）に相応する特定の目標値の材料除去に到達した後、研磨作業を、シリカゾル、例えばＧｌａｎｚｏｘ  ３９００*（他のシリカゾルよりも良好な平坦化特性を有しているのでここで使用される）と共に停止する。
【００９８】
これは半導体ウェハの親水性表面をもたらし、その上では無制御のエッチングが起こらず、従って滑らかな表面が達成される。
【００９９】
＊  Ｇｌａｎｚｏｘ  ３９００は、株式会社フジミ、日本、によって濃縮物として提供される研磨剤懸濁液の製品名である。非希釈の溶液はｐＨ１０．５を有し、且つ、平均粒径３０〜４０ｎｍを有するコロイド状ＳｉＯ2を約９質量％含有する。
【０１００】
中間工程：  "水はじき（Ｗａｆｅｒ  ｆｌｉｐｐｉｎｇ）"
ウェハの裏返し、半導体ウェハの反転。
【０１０１】
工程２：
ＦＡＰ研磨による裏面研磨、および欠陥率、ＦＡＰに起因する微細な損傷（ＦＡＰ）を低減し、且つ前面の表面粗さを調節するためのＣＭＰ研磨（仕上げ研磨）による前面の同時の研磨。
【０１０２】
この第二のサブステップの継続時間を、一方で所望の結果が前面（仕上げ研磨表面）上で達成され、且つ他方で正確に定義された裏面粗さが得られるように選択すべきである。
【０１０３】
ここで、主にシリカゾルＧｌａｎｚｏｘ  ３９００を砥粒成分として使用する。
【０１０４】
裏面のＦＡＰ研磨の間に、所望の裏面粗さを達成するために、好ましくは以下の工程を採用する：
その裏面の平坦な表面上で、半導体ウェハは好ましくは、２５０μｍ以下の空間波長に関して示される０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを広い範囲内で有する。表面粗さを測定するために適しているのは、２５０μｍフィルターを有するＣｈａｐｍａｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｆｉｌｅｒ  ＭＰ  ２０００である（２５０μｍより長い空間波長＝うねりのデータ、Ｃｈａｐｍａｎ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｎｏｔｅ−ＴＧ−１、Ｒｅｖ−０１−０９を参照）。
【０１０５】
上述の範囲において高い裏面粗さが望まれる場合、０．５〜１．０μｍの粒径を有するＦＡＰパッドが好ましく使用される。
【０１０６】
低い裏面粗さが望まれる場合、０．１〜０．２５μｍの粒径を有するＦＡＰパッドが好ましく使用される。
【０１０７】
裏面上で所望の表面粗さを達成するために、裏面のさらなる片面研磨を実施することが有利であることがある。これは好ましくは３つの工程で実施され、それぞれ研磨パッド中に結合された砥粒物質を含有し、且つシリコンウェハの裏面上に研磨圧力で押しつけられた研磨パッドを使用し、固体を有さない研磨剤を研磨パッドとシリコンウェハの裏面との間に第一の工程で導入する一方、砥粒物質を含有する研磨剤を第二および第三の工程で導入し、第一および第二の工程における研磨圧力８〜１５ｐｓｉを、第三の工程においては０．５〜５ｐｓｉに低減する。
【０１０８】
本発明による方法においてシリコンウェハの裏面を研磨する第一の工程における研磨剤溶液は、最も簡単な場合では、シリコン産業において使用するために必要な純度を有する水、好ましくは脱イオン水（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）またはそれらの任意の混合物を含有していてもよい。
【０１０９】
より特に好ましいのは炭酸カリウムの使用である。
【０１１０】
シリコンウェハの裏面を研磨する第二の工程においては、砥粒を含有する研磨剤を使用する。
【０１１１】
砥粒物質は、基板材料、好ましくは元素のアルミニウム、セリウムまたはシリコンの酸化物の１つまたはそれより多くを機械的に除去する材料からなる。
【０１１２】
コロイド状に分散されたシリカを含有する研磨剤懸濁液が特に好ましい。
【０１１３】
シリコンウェハの裏面を研磨する第三の工程においては、第二の工程と同様に砥粒を含有する研磨剤を使用する。第一の工程と第二の工程とを比較すると、研磨圧力が８〜１５ｐｓｉから０．５〜５ｐｓｉに低減されている。
【０１１４】
それらの研磨を実施するために、従来の研磨機、例えばＳｔｒａｓｂａｕｇｈ  Ｉｎｃ．製の研磨機"ｎＨａｎｃｅ  ６ＥＧ"が適している。
【０１１５】
Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ  Ｉｎｃ．製の研磨機は、研磨パッドおよび研磨ヘッドを有する研磨板を有しており、それは半導体ウェハを完全に自動で処理する。該研磨ヘッドは、全体に載せられており、且つ、"バッキングパッド"で覆われた固定された台板および可動式のリテーナーリングを含む。研磨の間、その上で半導体ウェハが浮動するエアクッションを、２つの同軸の圧力帯域（内側の圧力帯域および外側の圧力帯域）内の台板内の孔を通じて設定できる。可動式のリテーナーリングを、圧縮空気嚢によって、研磨パッドが半導体ウェハと接触し、且つそれを平たく保つ圧縮応力を与えるように加圧することができる。
【外国語明細書】
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