(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを加工する方法であって、該半導体ウェーハが、キャリアの切欠き内を案内され、半導体ウェーハの表面及び裏面の材料が同時に除去されることにより半導体ウェーハの厚さが目標厚さまで減じられる方法において、半導体ウェーハを、該半導体ウェーハがキャリアよりも薄く、かつ半導体ウェーハを保護するためにキャリアの切欠きに装着されたインサートよりも厚くなるまで加工することを特徴とする、半導体ウェーハを加工する方法。
【請求項２】
半導体ウェーハを、半導体ウェーハの目標厚さと、キャリアの厚さとの間の差が、０μｍから６μｍの範囲内であるように加工する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
半導体ウェーハを、少なくとも５μｍの厚さを有する材料が除去されるまで加工する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
複数の半導体ウェーハを一緒に加工し、複数のキャリアから成るキャリアグループを使用し、該キャリアグループにおいて、複数のキャリアの平均厚さのばらつきが３μｍよりもわずかである、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
半導体ウェーハの加工の全継続時間の間に、キャリアがインサートよりも厚くなっていて、厚さの差が２０μｍから７０μｍの範囲内である、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、半導体ウェーハを加工するための方法であって、半導体ウェーハが「キャリア」と呼ばれる回転ディスクの切欠き内を案内され、材料が半導体ウェーハの表面と裏面から同時に除去されることにより半導体ウェーハの厚さが目標厚さまで減じられる方法に関する。このような方法が、特に半導体ウェーハの両面研磨及びラッピング時に使用される。キャリアは、加工の間に少なくとも１つの半導体ウェーハを収容し、案内するために用いられる。半導体ウェーハを保護するためには、加工の間に半導体ウェーハが置かれる、キャリアの切欠きにインサートが装着される。このようなキャリアは、キャリアボディ及び少なくとも１つのインサートにより形成される。
【背景技術】
【０００２】
アメリカ特許第６４５４６３５号明細書によれば、インサートの厚さが摩耗によりキャリアボディの厚さよりもわずかになった場合には、半導体ウェーハは加工時に周辺部領域内に隆起部状の厚肉部を得る。
【０００３】
アメリカ特許第２００４／０２３５４０１号明細書は、キャリアの記載を含んでいる。このキャリアのインサートはキャリアボディの厚さよりも少なくとも２０μｍ厚い。これにより、半導体ウェーハの加工の間にキャリアボディの摩耗が金属を遊離させ、これらの金属が半導体ウェーハを不純化することが阻止されることが望ましい。
【０００４】
日本特許公開第０５１７７５３９号明細書には、半導体ウェーハを両面研磨する方法が提案されている。これによれば、加工したい半導体ウェーハの厚さｔ、キャリアの厚さＴ及び半導体ウェーハの、研磨布内への進入深さｘが、不等式Ｔ−２Ｘ＜ｔ＜Ｔ＋２ｘに基づき互いに調整される。この方法により、特に横断面図で見て凹状に成形された半導体ウェーハを作製することができ、この半導体ウェーハでは、後続の片面研磨により、特に平坦な表面を形成することができる。
【０００５】
半導体ウェーハの表面の平坦度に課される要請が、半導体ウェーハの周辺部領域内でもできるだけ実現されており、これにより、この領域も電子的な構成素子の構成のために使用することができることが望ましい。
【０００６】
半導体ウェーハの表面の局部的な平坦度が、一般にはＳＦＱＲｍａｘ値により規定される。このためには、表面の面が周辺部除外領域を考慮して「サイト」と呼ばれる区画に分割され、基準平面に対して正負のずれが検出される。この場合にそれぞれのサイトのための基準平面が、欠陥方形区画を最小化した上で規定される。ＳＦＱＲｍａｘ値（Site Frontside Site-Least-Squares Range）は、サイトの１００％において超過されないずれを示す。
【特許文献１】アメリカ特許第６４５４６３５号明細書
【特許文献２】アメリカ特許第２００４／０２３５４０１号明細書
【特許文献３】日本特許公開第０５１７７５３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、技術的に比較的簡単な方法を提案し、この方法により、周辺部領域内にも表面の局部的な平坦度を有する半導体ウェーハが入手可能となり、前記平坦度が前記パラメータに関して現在及び将来の世代の電子的な構成素子の作製のための前提とされる要求を満たすようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、キャリアの切欠き内を案内される半導体ウェーハを加工する方法であって、材料が半導体ウェーハの表面及び裏面から同時に除去されることにより半導体ウェーハの厚さが目標厚さまで減じられる方法において、半導体ウェーハがキャリアボディよりも薄く、かつインサートよりも厚くなるまで加工され、インサートが、半導体ウェーハを保護するためにキャリアの切欠きに装着されていることにより特徴づけられている方法により解決される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の主使用分野は、半導体ウェーハの両面研磨、特に部分的又は完全にシリコンより成るウェーハの両面研磨である。
【００１０】
表面、裏面、周辺部Ｒ、及びＲ−２ｍｍの周辺部除外の場合には５０ｎｍよりも小さく、Ｒ−１ｍｍの周辺部除外の場合には１１５ｎｍよりも小さい、ＳＦＱＲｍａｘとして表現される局部的な平坦度を有する、両面で研磨される半導体ウェーハも本発明の対象である。この場合にこれらの記載事項は、２６×８ｍｍのサイト面を有するグリッドに関連づけられている。
【００１１】
少なくとも２００ｍｍの直径を有する、局部的な平坦度ＳＦＱＲｍａｘが、前記記載周辺部領域内まで前記値を有している半導体ウェーハは、これまでには作製不能であった。驚くべきことに、両面研磨は上記方法に基づき実施されることにより成功する。この半導体ウェーハは同様に本発明に属するキャリア内に位置しているが、このキャリアは、公知の方法とは反対に、半導体ウェーハの加工の全継続時間の間にキャリアボディとインサートとが種々異なった厚さを有しており、キャリアボディがインサートよりも厚く、厚さ差が２０〜７０μｍまでであることにより特徴づけられている。
【００１２】
本発明は、半導体ウェーハの表面の周辺部領域内でも優れた局部的な平坦度を達成することができるためには２つの条件が同時に満たされている必要があるという認識に基づいている。一方では半導体ウェーハの両面加工が、加工された半導体ウェーハがキャリアボディよりも薄くなっていることをもたらす必要がある。（半導体ウェーハの目的厚さとキャリアボディの厚さとの）厚さ差は、有利には＜０〜−６μｍまでの範囲内であり、特に有利には、−１〜−５μｍまでである。他方では、半導体ウェーハとキャリアボディとの間には、キャリアボディよりも薄いインサートが提供されている必要がある。後者は、特に驚くべき結果である。なぜならば、このことは上に述べたアメリカ特許第６４５４６３５号明細書によれば欠点であるとみされるからである。（キャリアボディの厚さとインサートの厚さとの）厚さ差は、２０〜７０μｍまで、特に有利には３０〜６０μｍまでである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に本発明の実施の形態を、３００ｍｍの直径を有する、シリコンから成る半導体ウェーハの両面研磨の例を用いて図面につきさらに詳しく説明する。
【００１４】
図１は、３つの半導体ウェーハを収容するための切欠き１を備えた典型的なキャリアの平面図を示している。切欠き１の周にはインサート２が位置しており、これらのインサート２は、特にキャリアボディ３の金属が遊離される前にも半導体ウェーハの破損しやすいエッジを保護することが望ましい。キャリアボディ３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、又はプラスチック又はダイアモンド状の炭素層（"diamond like carbon", ＤＬＣ層）により被覆された金属より成っていてよい。しかしながら、鋼、特に有利には錆びないクロム鋼が有利である。有利には前記切欠き１は、少なくとも２００ｍｍ、有利には３００ｍｍの直径及び５００〜１０００μｍまでの厚さを有する奇数の半導体ウェーハを収容するために設計されている。
【００１５】
さらにキャリアボディ３の表面を、キャリアボディの表面、裏面又は両面でパターン形成することが有利であり、これにより、キャリアボディ、半導体ウェーハ及び上方及び下方の研磨布の間で研磨剤の分配が促進される。図１に示した開口４の代わりに、又はこの開口４に対して付加的に、キャリアボディの表面（表面及び／又は裏面）にパターン１０を設けることができる。これらのパターンは直交する溝（ＸＹ模様）、菱形模様、縞模様、半径方向に互いに離れる放射線の模様又は別の模様の形で配置されている。これらのパターン１０の深さは、有利には１〜２００μｍまでの範囲内であり、この場合に２０〜１００μｍまでの範囲が特に有利である。パターンの幅は、有利には０．２〜１０ｍｍまでの範囲であり、この場合に２〜５ｍｍまでの範囲が特に有利である。
【００１６】
インサート２は、有利にはプラスチック、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アラミド又は過フッ化炭化水素（フッ素樹脂）から誘導された重合体から成っている。特にＰＡ、アラミド及びＰＶＤＦが有利である。インサートは、規則的に、特に所定の程度まで摩耗した場合には交換されることが望ましい。インサートは、キャリアボディと堅固に、又は取外し可能に結合されていてよく、このためには、例えば切欠き内に挿入されるか、接着されるか、又は射出成形されていてよい。インサートを規則的に布により掃除することも有利である。
【００１７】
現在の装置の研磨盤は、３つ又はそれよりも多い、有利には５つのキャリアを置くことができるために十分な面を提供している。キャリアボディの厚さ、及び研磨走行時に挿入された、キャリアボディのグループの厚さはできるだけ一様であることが望ましい。従って、例えば１３の測定点で測定された場合にフィーラにより測定された、キャリアボディの厚さバリエーションは、有利には５μｍよりも小さく、特に２．５μｍよりも小さい。キャリアのグループ内では、キャリアボディの１３の測定点より成る平均の厚さのばらつきは３μｍよりも少ない、特に有利には２μｍよりも少ないことが望ましい。
【００１８】
図２から判るように、半導体ウェーハＷと、インサート２の隣接した内側縁部との間にはギャップ５が位置している。このギャップ５は、切欠き１内の半導体ウェーハＷの自由な運動を可能にし、有利には０．１〜２ｍｍまで、特に有利には０．５〜１ｍｍまでの幅を有している。内側縁部６から外側縁部７へ測定された、インサート２の半径方向の幅は、有利には２〜１０ｍｍまで、特に有利には２〜４ｍｍまでである。さらにキャリアボディは、インサートを良好に付着させるために、切欠きの周に溝を形成されている、特に有利にはバチ形横断面（Ｓｃｈｗａｌｂｅｎｓｃｈｗａｎｚｐｒｏｆｉｌ）を有する溝を形成されていることが有利である。インサートを作製するためには、例えばプラスチックが形状付与工具内へ射出成形される。有利にはこの射出成形工具は、プラスチックが横断面により規定されたスペースを完全に充填し、平滑な内側縁部６を形成するように構成されており、この内側縁部６は、破損しやすい半導体ウェーハを研磨の間に保護し、キャリアボディ３といずれか一方の研磨盤との間に引き込まれることから半導体ウェーハを保護する。
【００１９】
図３には、本発明の成果のために不可欠な特徴が示されている。すなわち、キャリアボディ３がインサート２よりも厚くなっており、この場合に厚さ差は２０μｍから７０μｍの範囲内であり、特に有利には３０μｍから６０μｍの範囲内である。さらにインサート２を、上方の研磨盤８及び下方の研磨盤９に対して等しい間隔が生じるように中央に配置することが有利である。しかしながら、特に別の配置から利点が生じる場合、例えば半導体ウェーハを研磨する場合に非対称的なエッジ横断面が生じてよい場合には、これとは異なっていてよい。図３は、半導体ウェーハＷが目標厚さまで研磨されて、研磨が終了される状況を示している。本発明によれば、半導体ウェーハＷは目標厚さまで研磨される。この目標厚さは、キャリアボディ３の厚さよりも小さく、インサート２の厚さよりも大きい。半導体ウェーハの目標厚さはキャリアボディ３の厚さよりも、有利には０〜６μｍ小さく、特に有利には１〜５μｍ小さい。
【００２０】
以下に紹介する、従来技術との比較により本発明の成果が明確になる。
【００２１】
比較例（Ｖ）及び例（Ｂ）は、Peter Wolters社（レーゲンスブルク）のタイプＡＣ２０００の装置の、３００ｍｍの直径及び８００〜８０５μｍまでの出発厚さを有するシリコンウェーハの両面研磨に関するものである。
【００２２】
シリコンウェーハは従来技術によれば、単結晶のワイヤソーイング、エッジラウンディング、表面研削、硫酸及びフッ酸の濃縮混合物内におけるエッチング及びエッジ研磨により作製された。
【００２３】
両面研磨のためには、約８０のショア硬さＡを有する、ポリウレタンから成るポリエチレン繊維により強化された市販の研磨布と、４重量パーセントのＳｉＯ２の個体含有量及び１１のｐＨ値を有する研磨液が使用される。研磨盤の圧着圧は０．１５ｂａｒ、温度は３８℃である。この場合にシリコンウェーハの表面は下方の研磨盤の方を向いている。
【００２４】
研磨のためには、キャリアの３つのグループ（タイプ１、タイプ２及びタイプ３）が提供されている。３つのキャリアタイプ全てのキャリアボディは錆びないクロム鋼から成っており、研磨された表面を有しており、この場合にタイプ３のキャリアセットはＤＬＣにより付加的に被覆されていた。キャリアボディは、等しい間隔をおいて円軌道上に配置された、プラスチックより成るインサートを装備されたそれぞれ３つの円形の切欠きを有している。
【００２５】
研磨された半導体ウェーハの表面の局部的な平坦度が、ADE 社のＡＦＳ３２２０により検出された。
【００２６】
表１から判るように、タイプ２及びタイプ３のキャリアのみが本発明に従って構成されていた。タイプ１のキャリアの場合には、（キャリアボディの厚さとインサートの厚さとの）厚さ差は、本発明外の範囲にある。表面の局部的な平坦度は、本発明により作製された半導体ウェーハの場合にのみ５０ｎｍよりも小さいＳＦＱＲｍａｘの要求された範囲にある。さらにＧＢＩＲ（Global Backside Ideal Range）と表現される、裏面に関する全面的な平坦度が、これらの半導体ウェーハではＡＤＥ社のタイプＡＦＳ３２２０の測定装置により測定された。この平坦度は、Ｒ（縁部）−２ｍｍの周辺部除外の場合にもＲ−１ｍｍの周辺部除外の場合にも０．８００μｍよりも小さい。
【００２７】
【表１】
0004395495.tif 000002
１ｍｍ及び２ｍｍの周辺部除外の場合のＧＢＩＲ値は同一である。
【００２８】
表で使用した略記号は次の意味を有している：
ＤＬＳＫ：キャリアボディの厚さ
ＤＥ：インサートの厚さ
ＤＺ：シリコンウェーハの目標厚さ
ＳＦＱＲｍａｘ２：２ｍｍの周辺部除外、３３６サイト（フルサイト及びパーシャルサイト "full and partial sites"）及び２６×８ｍｍのサイト面の場合の局部的な平坦度；
ＳＦＱＲｍａｘ１：１ｍｍの周辺部除外、３４２サイト（フルサイト及びパーシャルサイト"full and partial sites"）及び２６×８ｍｍのサイト面の場合の局部的な平坦度；
ＧＢＩＲ（Global Backside Ideal Range）：２ｍｍの周辺部除外の場合の全面的な平坦度。
【００２９】
局部的及び全面的な平坦度と並んで、半導体ウェーハの周辺部領域内のジオメトリも調査された。これは、KLA Tencor 社の測定器ＮＰ１  ３００ｍｍにより実施された。この測定方法では、シリコンウェーハの中央から、１度の間隔をおいた３６０の半径方向横断面が考慮される。それから半径方向横断面は４つのセクタに分割され、セクタにつき９０の半径方向横断面から平均値が決定される。次いでそれぞれのセクタのＲ−５ｍｍ〜Ｒ−３５ｍｍまでの領域ために３次の基準線が算出される。位置Ｒ−３ｍｍ、Ｒ−２ｍｍ、Ｒ−１ｍｍでは、平均の半径方向横断面と基準線とのずれが検出される。
【００３０】
基準線とのずれは、表面に対して（表面の測定）、裏面に対して（裏面の測定）、又は表面に対するずれと裏面に対するずれとの総和に対して（厚さ測定）、示すことができる。測定時には、正の符号を有するずれは周辺部上昇（ロールアップ）を示唆しており、負の符号を有するずれは周辺部下降（ロールオフ）を示唆している。
【００３１】
Ｒ−２ｍｍで測定された平均横断面と、基準カーブ（厚さ測定）とのずれは、−０．０４０μｍ〜−０．００３μｍまでの範囲内である。表面では、Ｒ−２ｍｍにおけるずれは、−０．０３０μｍ〜０．０５０μｍまでの範囲内である。裏面を測定した場合には、Ｒ−２ｍｍにおけるずれは−０．０７０μｍ〜０．０３０μｍの範囲内である。
【００３２】
Ｒ−１ｍｍで測定された平均横断面と基準カーブとのずれ（厚さ測定）は、−０．０２０μｍ〜０．０７０μｍまでの範囲内である。表面では、Ｒ−１ｍｍにおけるずれ−０．０５０μｍ〜０．０４０μｍまでの範囲である。裏面を測定した場合にはＲ−１ｍｍにおけるずれは−０．０８０μｍ〜０．０３０μｍまでの範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】３つの半導体ウェーハを収容するための切欠きを有する典型的なキャリアの平面図である。
【図２】半導体ウェーハ、インサート及びキャリアボディの相対位置を示す詳細拡大図である。
【図３】２つの研磨盤の間のキャリアボディ、インサート及び半導体ウェーハの配置を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  切欠き、  ２  インサート、  ３  キャリアボディ、  ５  ギャップ、  ６  内側縁部、  ７  外側縁部、  ８，９  研磨盤、  １０  パターン、  Ｗ  半導体ウェーハ
【図１】
0004395495.tif 000003
【図２】
0004395495.tif 000004
【図３】
0004395495.tif 000005