(57)【要約】【課題】研磨布で覆われた、回転する２枚の研磨定盤の間で研磨ゾルを供給しながら半導体ウェハの前面および裏面を同時にポリッシングする方法であり、その際、下定盤の研磨布は平滑な表面を有し、かつ上定盤の研磨布は流路により中断された表面を有し、かつその際、半導体ウェハは回転板の切欠内に存在し、かつ特定の幾何学的な配列に維持される方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハの前面はポリッシングの間に下定盤の研磨布と接触しており、かつ半導体ウェハの裏面はポリッシングの間に上定盤の研磨布と接触している。【効果】明らかに改善されたナノトポロジーを有する両面研磨された半導体ウェハが得られる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨布で覆われた、回転する２枚の研磨定盤の間で研磨ゾルを供給しながら半導体ウェハの前面および裏面を同時にポリッシングする方法であり、その際、下定盤の研磨布は平滑な表面を有し、かつ上定盤の研磨布は流路により中断された表面を有し、かつその際、半導体ウェハは回転板の切欠内に存在し、かつ特定の幾何学的な軌道上に保持される方法において、半導体ウェハの前面はポリッシングの間に下定盤の研磨布と接触しており、かつ半導体ウェハの裏面はポリッシングの間に上定盤の研磨布と接触していることを特徴とする、半導体ウェハの前面および裏面を同時にポリッシングする方法。
【請求項２】
前面と裏面を同時にポリッシングした後に半導体ウェハを真空吸着装置により水浴へ移す、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前面と裏面を同時にポリッシングした後に半導体ウェハの前面に仕上研磨を行う、請求項１または２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリッシングした半導体ウェハの改善されたナノトポロジーが得られる半導体ウェハのポリッシング法に関する。該半導体ウェハは半導体工業において、特に電子部品を製造するための使用のために好適である。
【背景技術】
【０００２】
０．１０μｍ以下の線幅を有する電子部品を製造するために特に好適であるべき半導体ウェハは、数多くの特別な特性を有していなくてはならない。特に重要な特性は半導体ウェハの、いわゆるナノトポロジーである。
【０００３】
「ナノトポロジー」または「ナノトポグラフィー」の概念は、ＳＥＭＩ(Semiconductor Equipment and Materials International)によれば、０．２〜２０ｍｍの空間的な波長（横方向の相関距離）の範囲および「平坦度適用領域」（ＦＱＡ＝fixed quality area；製品規格において要求される特性を満足しなくてはならない表面領域）内での、ウェハ前面全体の平坦化の逸脱として定義される。ナノトポロジーは、ウェハ表面全体を異なった大きさの測定フィールドで完全に、かつオーバーラップして走査することによって測定される。この測定フィールドでそのつど判明する表面の高さの変化（山から谷）はいずれも、全てのウェハに関して要求される最大値を上回ってはならない。測定フィールドの大きさは規格に依存し、かつたとえば２×２ｍｍ２、５×５ｍｍ２および１０×１０ｍｍ２に定義される。
【０００４】
半導体ウェハの最終的なナノトポロジーは通常、ポリッシング法により得られる。半導体ウェハの平坦度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ポリッシングするための装置および方法が提供され、かつ開発されてた。
【０００５】
この、いわゆる両面研磨はたとえばＵＳ３，６９１，６９４に記載されている。ＥＰ２０８３１５Ｂ１に記載されている両面研磨の実施態様によれば、半導体ウェハは金属またはプラスチックからなり、適切に寸法決めされた切欠を有する回転板内で、研磨布で覆われた、回転する２枚の研磨定盤の間で研磨ゾルを供給されながら装置および方法のパラメータにより規定された軌道上で移動し、かつこのことによってポリッシングされる（英語の文献では回転板は「キャリア・プレート」または「テンプレート」とよばれている）。
【０００６】
両面研磨工程は、たとえばＤＥ１０００４５７８Ｃ１に記載されているような、硬度６０〜９０（ショアーＡ）の均質で多孔質のポリマー発泡体からなる研磨布を用いて実施される。ここには、上定盤に貼られた研磨布が流路により網状構造を有しており、かつ下定盤に貼られた研磨布はこのような構造を有さずに平滑な表面を有することもまた開示されている。この措置により、一方ではポリッシングの間に、使用される研磨剤が均一に分散することが保証され、かつ他方ではポリッシングの終了後、上定盤を持ち上げる時に上側の研磨布へ半導体ウェハが付着することが回避されるべきである。
【０００７】
半導体ウェハは両面研磨のために、半導体ウェハの裏面が下定盤の上に存在するように回転板の切欠に積載される。従ってポリッシングの際に半導体ウェハの裏面は、構造化されておらず、下定盤に貼られた研磨布によってポリッシングされ、かつ半導体ウェハの前面は構造化され、上定盤に貼られた、構造化された研磨布によりポリッシングされる。半導体ウェハの前面は、電子部品を製造するための面である。ポリッシングの後、半導体ウェハは通常、たとえば真空吸着装置によって水浴へ移される。
【０００８】
従来技術によるこの方法は、両面研磨した半導体ウェハの、将来的な部品製造のためのナノトポロジーに関して常に高まる要求を満足することはできない。
【特許文献１】ＵＳ３，６９１，６９４
【特許文献２】ＥＰ２０８３１５Ｂ１
【特許文献３】ＤＥ１０００４５７８Ｃ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明の課題は、改善されたナノトポロジーを有する半導体ウェハの製造が可能であり、該ウェハが特に要求の高い部品を製造するための要求を満足する半導体ウェハの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は本発明により、研磨布で覆われた、回転する２枚の研磨定盤の間で研磨ゾルを供給しながら半導体ウェハの前面および裏面を同時にポリッシングする方法であり、その際、下定盤の研磨布は平滑な表面を有し、かつ上定盤の研磨布は流路により中断された表面を有し、かつその際、半導体ウェハは回転板の切欠内に存在し、かつ特定の幾何学的な軌道上に保持される方法において、半導体ウェハの前面はポリッシングの間に下定盤の研磨布と接触しており、かつ半導体ウェハの裏面はポリッシングの間に上定盤の研磨布と接触していることを特徴とする、半導体ウェハの前面および裏面を同時にポリッシングする方法により解決される。
【００１１】
方法の出発製品は、公知の方法で結晶から分離された、たとえばシリコンからなる単結晶から分離され、かつ外径研削され、かつその前面および／または裏面が研磨工程またはラッピング工程により加工された半導体ウェハである。同様に半導体ウェハの周辺部は、一連の方法工程の適切な箇所で、適切な溝を有する研削砥石により面取されていてもよい。さらに、半導体ウェハの表面を研削工程の後にエッチングすることも可能である。
【００１２】
本発明によれば両面研磨の準備のために、半導体ウェハの前面が下定盤の研磨布上に存在するように回転板の切欠内に半導体ウェハを積載する。従って両面研磨の場合、半導体ウェハの前面は下定盤の平滑な研磨布と接触しており、半導体ウェハの裏面は上定盤の構造化された研磨布と接触している。さらに両面研磨は当業者にとって慣用の方法で実施される。
【００１３】
方法の最終製品は、明らかに改善されたナノトポロジーを有する両面研磨された半導体ウェハである。
【００１４】
本発明による方法は原則として、使用される化学的機械的両面研磨法により加工することができる材料からなるウェハ形の物品を製造するために使用することができる。主としてその後の加工が半導体工業で行われる、このような材料はたとえばケイ素、ケイ素−ゲルマニウム、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガリウムヒ素およびその他のいわゆるＩＩＩ−Ｖ−半導体であるが、しかしこれらに限定されない。たとえばチョクラルスキー法またはゾーンメルティング法により結晶化した単結晶の形のケイ素が有利である。結晶方位（１００）、（１１０）または（１１１）を有するケイ素が特に有利である。
【００１５】
本方法は、特に２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍおよび４５０ｍｍの直径および数百μｍ〜数ｃｍまで、有利には４００μｍ〜１２００μｍの厚さを有するシリコンウェハを製造するために適切である。半導体ウェハは半導体部品を製造するための出発材料として直接使用することもできるが、または従来技術により仕上研磨工程の実施後に、および／または裏面封止層またはケイ素もしくはその他の適切な半導体材料によるウェハ前面のエピタキシャル被覆を施与した後に、および／または熱処理によりコンディショニングした後に、その目的とする用途に供給することができる。
【００１６】
本方法をシリコンウェハの製造例に基づいてさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
原則としてたとえば内周刃式ソーまたはワイヤーソーによりスライシングし、直径およびスライシング法の種類によって１０〜４０μｍの深さまで結晶格子が損傷された（ダメージ）領域を有するシリコンウェハに直接、本発明による両面研磨工程を行うことが可能である。しかし、明確に境界づけられ、従って機械的に極めて敏感な研磨周辺部を、両面研磨の前に適切な溝を有する研削砥石によって面取りすることが有利である。さらに、幾何学的形状の改善および破壊された結晶層の部分的な除去のために、シリコンウェハに機械的な除去工程、たとえばラッピングまたは研削を行って、本発明によるポリッシング工程における材料除去を低減することも可能である。機械的な方法工程で必然的に損傷されるウェハ表面および周辺部の結晶範囲（ダメージ）を除去するため、および場合により存在する汚染物、たとえばダメージと結びついた金属汚染物を除去するために、ここでエッチング工程を行うこともできる。このエッチング工程はシリコンウェハのアルカリ性または酸性のエッチング混合物中での湿式化学的な処理として、またはプラズマ処理として実施することができる。
【００１８】
本発明によるポリッシング工程を実施するために、適切な大きさの市販の両面研磨装置を使用することができ、このような装置はたとえばＩＢＭ  Technical  Report  ＴＲ２２．２３４２に記載されている。研磨装置は実質的に水平方向で自由に回転することができる下定盤と、水平方向で自由に回転することができる上定盤とからなり、両方の定盤はそれぞれ研磨布により覆われており、かつ適切な化学組成の研磨ゾルの連続的な供給の下で、半導体ウェハ、この場合にはシリコンウェハの両面を除去するポリッシングを可能にする。
【００１９】
１枚のシリコンウェハのみをポリッシングすることが可能である。しかし通常は、コストの理由から多数のシリコンウェハを同時にポリッシングし、その際、その数は研磨装置の構造上の状態に依存する。その際、シリコンウェハはポリッシングの間、シリコンウェハを収容するために十分に寸法決めされた切欠を有する回転板により軌道上に保持される。回転板はたとえばピン歯車(Triebstock-Stiftverzhnung)またはインボリュート歯車により、回転する内側のピン歯車もしくは歯車および通常は逆向きに回転する外側のピン歯車もしくは歯車を介してポリッシング装置と接触しており、このことによって両方の研磨定盤の間で回転運動する。
【００２０】
ポリッシング工程における上定盤および下定盤に対するシリコンウェハの軌道に関する影響パラメータはたとえば研磨定盤の寸法、回転板の構造ならびに上定盤、下定盤および回転板の回転数である。そのつどのシリコンウェハが回転板の中央に存在する場合、シリコンウェハは研磨装置の中心の周りを円形に移動する。複数のシリコンウェハを回転板中で中心から外して配置する場合、回転ウェハが該ウェハ自身の軸を中心として回転することにより内サイクロイドの軌道が生じる。本発明によるポリッシング法のためには、内サイクロイドの軌道が有利である。そのつど円形の軌道上に等間隔で配置された少なくとも３枚のシリコンウェハが設置されてた４〜６つの回転板を同時に使用することが特に有利である。
【００２１】
原則として本発明による方法で使用される回転板は、摩擦に起因する機械的な負荷に対して、特に圧力荷重および引張荷重に対して十分な機械的安定性を有している任意の材料から製造することができる。さらに該材料は、回転板の十分に長い寿命を保証し、かつポリッシングされるシリコンウェハの汚染を回避するために、使用される研磨ゾルおよび研磨布によって化学的および機械的に著しく侵食されてはならない。さらに該材料は極めて平坦で、応力および凹凸のない回転板を所望の厚さおよび形状寸法で製造するために適切でなくてはならない。基本的に回転板はたとえば金属、プラスチック、繊維強化プラスチックまたはプラスチックで被覆した金属から製造されていてよい。スチールまたは繊維強化プラスチックからなる回転板が有利である。ステンレスクロム鋼からなる回転板が特に有利である。
【００２２】
回転板は、１つもしくは複数のシリコンウェハを収容するための１つもしくは複数の、有利には円形の切欠を有している。回転する回転板内でのシリコンウェハの自由な移動を保証するために、切欠はその直径においてポリッシングされるシリコンウェハよりもわずかに大きくなくてはならない。０．１ｍｍ〜２ｍｍ大きな直径が有利である。０．３〜１．３ｍｍ大きな直径が特に有利である。ポリッシングの間に回転板内での切欠の内側端部によるウェハ周辺部の損傷を防止するために、ＥＰ２０８３１５Ｂ１で提案されているように、切欠の内側を回転板と同じ厚さのプラスチック被覆によってライニングすることが有意義であり、従って有利である。
【００２３】
本発明によるポリッシング法のための回転板は、ＤＥ１９９０５７３７Ａ１に記載されているように、有利にはポリッシングされるシリコンウェハの最終厚さに応じて４００〜１２００μｍの有利な厚さを有する。ポリッシング工程によるシリコン除去は５〜１００μｍ、有利には１０μｍ〜６０μｍ、および特に有利には２０〜５０μｍである。
【００２４】
両面研磨は、半導体ウェハの方向に関して前面が下側に向けられた実施態様の範囲で、有利には当業者に公知の方法で実施する。研磨布は幅広い特性で市販されている。有利には硬度４０〜１２０（ショアーＡ）の市販のポリウレタン研磨布によりポリッシングする。ポリエチレン繊維が混入され、６０〜９０（ショアーＡ）の硬度を有するポリウレタンクロスが特に有利である。シリコンウェハのポリッシングの場合、有利に９〜１２、特に有利には１０〜１１のｐＨ値を有し、水中で有利に１〜１０質量％、特に有利には１〜５質量％のＳｉＯ２からなる研磨ゾルを連続的に供給することが推奨され、その際、研磨圧力は有利には０．０５〜０．５バール、特に有利には０．１〜０．３バールである。シリコン除去率は有利には０．１〜１．５μｍ／分および特に有利には０．４〜０．９μｍ／分である。
【００２５】
ポリッシングした半導体ウェハを下定盤から取り出す際に、半導体ウェハを有利には、該ウェハがその後の方法工程で正しい面において処理されるように、標準的に使用されるカセットに設置する。その際、半導体ウェハの前面が上向きで研磨される従来の両面研磨に対して、半導体ウェハが設置されるカセットを１８０゜回転させて設置すると、半導体ウェハの１８０゜の回転を回避することができる。この措置は手作業により取り外すときに、ならびにロボットにより自動的に取り外すときに同様に行うことができる。下定盤に半導体ウェハを積載する場合にもこのような措置が考えられる。
【００２６】
ポリッシングした半導体ウェハは手作業により、または自動的な取出装置により下定盤から取り出し、その際、いずれの場合でも真空吸着装置の使用が有利である。適切な真空吸着装置はＤＥ１９９５８０７７Ａ１（第６頁、第２３〜３０行目）に記載されている。半導体ウェハは有利には取り出した後、直ちに液体浴、有利には水浴中に移す。この方法で研磨剤の乾燥付着および真空吸着装置または一般にデマウント装置の跡がつくことを効果的に回避することができる。
【００２７】
シリコンウェハはポリッシングが終了した後に場合により付着している研磨ゾルを洗浄し、かつ乾燥させる。
【００２８】
その幅広い用途に依存して、ウェハ前面を従来技術により、たとえばＳｉＯ２ベースのアルカリ性研磨ゾルの供給下に研磨布を用いて仕上げ研磨することが必要でありうる。
【実施例】
【００２９】
実施例および比較例のために、Ｐｅｔｅｒ  Ｗｏｌｔｅｒｓ社（ドイツ、Rendsburg在）から市販されているＡＣ２０００  Ｐ２タイプの両面研磨装置を使用した。研磨装置は、ラッピングされた表面を有し、かつ厚さ７２０μｍのステンレスクロム鋼からなる５つの回転板を有しており、これらはそれぞれ６つの円形の、等間隔で円形軌道上に配置され、ポリフッ化ビニリデンでライニングされた内径２００．５ｍｍの切欠を有し、かつ１回の装填あたり、直径２００ｍｍを有するシリコンウェハを同時に３０枚ポリッシングすることが可能である。上定盤および下定盤はＲｏｄｅｌ社から市販されているポリエチレン繊維強化され、硬度７４（ショアーＡ）を有するポリウレタン研磨布ＳＵＢＡ５００により被覆されていた。その際、下定盤に貼った研磨布は平滑な表面を有していた。上定盤に貼った研磨布の表面は、フライス削りにより幅１．５ｍｍおよび深さ０．５ｍｍで３０ｍｍの間隔で配置された、扇形の断面を有する流路により碁盤目状のパターンを有していた。
【００３０】
比較例
そのつど、エッチングした表面を有し、かつ直径２００ｍｍのシリコンウェハ３０枚を手作業で前面を上側に向けて回転板の切欠内に装填した。ポリッシング工程は、Ｂａｙｅｒ社（ドイツ、Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ在）の、固体のＳｉＯ２固体含有率３．１質量％を有し、かつ炭酸カリウムおよび水酸化カリウムの添加により１１．４のｐＨ値に調整されたＬｅｖａｓｉｌ  ２００タイプの水性研磨剤の連続的な供給下で行った。ポリッシングは上定盤および下定盤それぞれの温度３８℃で初期圧力０．２バールで行い、このことにより０．５８μｍ／分の除去率が生じた。ウェハ側面あたりシリコン１５μｍを除去した。研磨剤の供給はポリッシングしたウェハの厚さが７２５μｍに達した後に終了し、かつ２分間でストップ剤の供給と交換した。ストップ剤としてＦｕｊｉｍｉ社（日本）のグランゾックス(Glanzox)３６００  １質量％の水溶液を使用した。ストップ工程の終了および装置の解放後に、回転板中に設置されたシリコンウェハを完全にストップ液で濡らした。シリコンウェハをＰｅｔｅｒ  Ｗｏｌｔｅｒｓ社から市販されている取出ステーションにより水浴中に存在するカセットに移した。引き続きシリコンウェハをバッチ洗浄装置中、ＴＭＡＨ／Ｈ２Ｏ２；ＨＦ／ＨＣｌ；オゾン；ＨＣｌの浴順序で、およびマランゴニ(Marangoni)の原理によって作動する市販の乾燥器により乾燥させた。清浄化したウェハを２ｍｍ×２ｍｍ（ＨＣＴ  ２×２）および１０ｍｍ×１０ｍｍ（ＨＣＴ  １０×１０）の測定フィールドを有するＡＤＥ  ＳＱＭ  ＣＲ８３を用いてナノトポロジーに関して測定した。合計して１９６８枚のシリコンウェハをポリッシングし、かつ引き続きこれらのナノトポロジーを試験した。
【００３１】
実施例
エッチングされた表面を有し、かつ直径２００ｍｍのシリコンウェハを合計で２１５７枚、比較例と同様に処理した。比較例との唯一の違いはシリコンウェハの前面を下側に向けて回転板の切欠の中に積載し、かつポリッシングしたことである。ナノトポロジー値の統計学的な評価を表に記載する。
【００３２】
【表１】
2004343126.tif 000002
【００３３】
この比較により、両方の測定フィールドの大きさで、シリコンウェハの前面を下側に向けてポリッシングした後に、シリコンウェハの明らかに改善されたナノトポロジーが明らかである。