JP2008078660A - 半導体ウェハを研磨する方法及びその方法に従って製作可能な研磨された半導体ウェハ - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハのエッジ領域において全体的な平坦度又は局所的な平坦度を犠牲にして不都合に行われることのない、半導体ウェハを研磨する方法を提供する。
【解決手段】上部研磨板３と下部研磨板４との間において半導体ウェハ１を研磨する方法において、半導体ウェハが、研磨剤を供給することによって、キャリヤ２１，２２の凹所に位置しながら、両面において研磨され、第１の研磨ステップにおける半導体ウェハの両面研磨を含み、前記第１の研磨ステップが負のオーバハングで完了され、該オーバハングが、第１の研磨ステップの後の半導体ウェハの厚さとキャリヤの厚さとの差であり、第２の研磨ステップにおける半導体ウェハの両面研磨を含み、該第２の研磨ステップにおいて、半導体ウェハの片面から１μｍ未満の材料が研磨される。
【選択図】図１

Description

本発明は、まだ達成可能ではない、特にエッジ領域における改良された平坦度を有する半導体ウェハを提供するための、半導体ウェハ、特にシリコン半導体ウェハを研磨する方法に関する。本発明は、特に、半導体ウェハを上部研磨板と下部研磨板との間で研磨する方法であって、この場合、半導体ウェハが、キャリヤの凹所に位置しながら研磨剤を供給することによって両面において研磨される方法、及び、ＳＦＱＲ値及びＳＢＩＲ値で表される改良された平坦度を有する半導体ウェハ、特にシリコン半導体ウェハに関する。

半導体ウェハの平坦度は、最も現代の世代の電子部品を製造するための基板としての半導体ウェハの基本的適性を評価するための中心的品質パラメータである。互いに平行に位置した全体的に平坦な側面を有する理想的に平坦な半導体ウェハは、部品を製造するためのリソグラフィの間にステッパのための焦点合わせの難しさを生ぜしめない。したがって、この理想的な形状にできるだけ近づける試みがなされている。このために、結晶から切断された半導体ウェハは、一連の処理ステップが行われ、特に、プロセスの最初に配置される機械的な処理は、ラッピング及び／又はグラインディングによって側面を成形するために働く。半導体ウェハをエッチングしかつ側面を研磨する等のその後のステップは、主に、機械的な処理ステップが与えた表面的な損傷を除去し、側面を平滑化するために行われる。それと同時に、これらのその後のステップは、半導体ウェハの平坦度に決定的に影響を与え、全ての努力は、機械的な処理ステップによって達成された平坦度をできるだけ保存することを目的としている。この目的は、以下ではＤＳＰ研磨と呼ばれる、半導体ウェハの同時に行われる両面研磨の組込みによって最も良く達成されることができることが知られている。ＤＳＰ研磨に適した装置は例えば独国特許出願公開第１０００７３９０号明細書に記載されている。ＤＳＰ研磨の間、半導体ウェハは、案内ケージとして作用するキャリヤの、半導体ウェハのための凹所において、上部研磨板と下部研磨板との間に配置される。少なくとも１つの研磨板とキャリヤとが回転させられ、半導体ウェハは、研磨剤を供給しながら、研磨布によって被覆された研磨板に対して、ミリングカーブによって規定された経路において移動させられる。研磨板が半導体ウェハに対して押し付けられる研磨圧力と、研磨の継続時間とは、研磨によって生ぜしめられる材料摩耗を相俟って決定的に決定するパラメータである。

独国特許第１９９５６２５０号明細書には、機械的に処理されかつエッチングされたシリコン半導体ウェハに、まずＤＳＰ研磨が行われ、引き続き、平坦度が試験されかつ設定値と比較される品質制御が行われる方法が記載されている。所要の平坦度がまだ達成されていない場合には、ウェハは、別の、より短時間のＤＳＰ研磨によって再研磨される。

国際公開第００／４７３６９号パンフレットによれば、ＤＳＰ研磨は、半導体ウェハに、理想的な形状とは異なる凹面形状を与えるために第１の研磨ステップにおいて行われる。研磨された側面の凹面形状は、以下ではＣＭＰ研磨と呼ばれるその後の片側研磨によって排除される。これは、平坦な側面に提供されるＣＭＰ研磨が、凸面状に研磨された側面を与える傾向がありかつ、研磨されるべき側面が凹面状であるならばＣＭＰ研磨が平坦な側面を生ぜしめることができるという事実を開発する。

本発明の発明者たちが確立したように、上述の方法は、ひいてはウェハエッジの領域において片側の不十分な平坦度のみが達成されることができるという欠点を有する。したがって、ＣＭＰ研磨は、この領域におけるＤＳＰ研磨によって既に達成された局所的な平坦度を減じる。ウェハエッジの領域は、しかしながら、電子部品の製造者にとってさらに一層重要となっている。なぜならば、以下ではＥＥと呼ばれる、慣用のエッジ排除のコストにおいて、研磨された側面の使用可能領域、以下ではＦＱＡと呼ばれる、固定品質領域、を拡張する試みがなされているからである。特に、以下ではＥＲＯと呼ばれるエッジロールオフは、半導体ウェハのエッジ領域における側面の非平坦度の原因である。Kimura et al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (1999) pp.38-39は、ＥＲＯがパーシャルサイトのＳＦＱＲ値から引き出されることができることを示している。ＳＦＱＲ値は、特定の寸法、例えば２０ｍｍ×２０ｍｍの面積を備える測定フィールドにおける局所的な平坦度、特に最も少ないスクエア最小化によって得られた同じ寸法の基準面からの、半導体ウェハの前側の最大高さ逸脱の形式で、表す。パーシャルサイトはエッジ領域における測定フィールドであり、これらの測定フィールドは、もはやＦＱＡの完全な部分ではないが、その中心は依然としてＦＱＡにある。パーシャルサイトのＳＦＱＲ値は以下でＰＳＦＱＲと呼ぶ。

局所的平坦度の他に、同時に全体的平坦度をも考慮することが必要である。特に、なぜならば、部品を製造する過程におけるＣＭＰ研磨が、良好な全体的平坦度を要求するからである。このような評価のための標準化されたパラメータは、互いに関連しているＧＢＩＲ値とＳＢＩＲ値である。両値は、理想的に平坦であると仮定される半導体ウェハの裏側に対する前側の最大高さ逸脱を表し、ＦＱＡはＧＢＩＲ値の場合における計算のために使用されかつ測定フィールドに制限された領域はＳＢＩＲ値の場合における計算のために使用されるという点において異なる。ここで与えられた定義が、ＳＥＭＩ規格の定義、特に現在の版における規格Ｍ５９、Ｍ１及びＭ１５３０と異なるならば、規格の定義が優先されるべきである。
独国特許出願公開第１０００７３９０号明細書 独国特許第１９９５６２５０号明細書 国際公開第００／４７３６９号パンフレット

本発明の目的は半導体ウェハを研磨する方法を提供することであり、この方法は、半導体ウェハの平坦度を全体的に改良するが、これが、特に半導体ウェハのエッジ領域において全体的な平坦度又は局所的な平坦度を犠牲にして不都合に行われることがない。

本発明は、上部研磨板と下部研磨板との間において半導体ウェハを研磨する方法に関し、半導体ウェハは、キャリヤの凹所に位置しながら、研磨剤を供給することによって両面において研磨されるようになっており、この方法は、
第１の研磨ステップにおける半導体ウェハの両面研磨を含み、これが、負のオーバハングで終了され、オーバハングは、第１の研磨ステップの後における、半導体ウェハの厚さとキャリヤの厚さとの差であり、
第２の研磨ステップにおける半導体ウェハの両面研磨を含み、この場合、半導体ウェハの側面から１μｍ未満の材料が研磨される。

この方法によれば、特にエッジ領域における、第１の研磨ステップの後に達成される局所的な平坦度は、第２の研磨ステップにおいて保存されることができ、全体的な平坦度が改良されることができ、このことは全体的に、３２ｎｍライン幅の部品世代の要求を満足させる平坦度を生じる。これは驚くべき結果である。なぜならば、前記独国特許第１９９５６２５０号明細書に記載された方法及び前記国際公開第００／４７３６９号パンフレットに記載された方法はこれができないからである。独国特許第１９９５６２５０号明細書の場合には、第１の研磨ステップにおいて形成された局所的な平坦度は第２の研磨ステップの後に保存されるが、第１の研磨ステップにおいて達成された全体的な平坦度は第２の研磨ステップにおいて減じられる。国際公開第００／４７３６９号パンフレットの場合には、特にエッジ領域において第１の研磨ステップによって達成された局所的な平坦度は、第２の研磨ステップによって減じられる。

本発明による方法によって製造されたシリコン半導体ウェハは、従来は達成されることができない平坦度を有する。したがって、本発明は、研磨された前側と研磨された後側とを有するシリコン半導体ウェハにも関し、この場合、前側全体的平坦度は１００ｎｍ未満のＳＢＩＲ_ｍａｘ値によって表され、前側局所的平坦度はエッジ領域において３５ｎｍ未満のＰＳＦＱＲ値によって表され、それぞれの場合に２ｍｍのエッジ排除が考慮される。さらに、ＳＢＩＲ_ｍａｘ値は、２６×３３ｍｍの測定フィールド領域と、ｘ及びｙ方向での１３及び１６．５ｍｍのオフセットを備えた測定フィールドグリッドの配列とに関する。ＳＢＩＲ_ｍａｘ値は、全ての測定フィールドの中で最大の値を備えた測定フィールドのＳＢＩＲ値を表す。ＰＳＦＱＲ値の仕様は、２０×２０ｍｍの測定フィールド領域と、ｘ及びｙ方向で１０ｍｍのオフセットを備えた測定フィールドグリッドの配置とに関する。ＰＳＱＲ値は、パーシャルサイトのＰＳＦＱＲ値の合計を、その数で割ったものによって与えられる。

方法の開始製品は、好適には、半導体ウェハの側面、すなわち前側及び後側をラッピング及び／又はグラインディングすることによって機械的に処理された、結晶、特にシリコン単結晶から切断された半導体ウェハである。前側は、組織化された電子部品を提供するための面を形成するための側面を言う。半導体ウェハのエッジは、衝撃損傷に対してより敏感でなくするために、既に丸味付けられていることができる。さらに、それより前の機械的な処理による表面損傷は、酸性及び／又はアルカリ性エッチング剤におけるエッチングにより実質的に除去されている。さらに、半導体ウェハは既に、別の処理ステップ、特にクリーニングステップ又はエッジの研磨が行われていることができる。請求項に記載の方法によれば、半導体ウェハは、第１の研磨ステップにおいて両側において同時に研磨され、この場合、生産性を増大するために、ＤＳＰ研磨は、好適には、それぞれが半導体ウェハのための複数の凹所を備えた複数のキャリヤが使用されるマルチウェハ研磨として行われる。第１のＤＳＰ研磨の特定の特徴は、負のオーバハングが達成されることであり、オーバハングは、研磨が完了した後の半導体ウェハの厚さＤ１Ｗと、半導体ウェハを研磨するために使用されるキャリヤの厚さＤ１Ｌとの差Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｌである。オーバハングは、好適には０μｍ未満〜４μｍ、特に好適には−０．５〜−４μｍであり、好適には１５μｍ〜３０μｍの材料が側面全体から摩耗される。第１の研磨ステップの効果は、半導体ウェハが水平方向で対称的に凹面状に湾曲させられるということであり、これにより、ＳＢＩＲ値は１００ｎｍより大きい望ましくないと見なされる範囲にあり、局所的な平坦度を表すＳＦＱＲ値、特に半導体ウェハのＰＳＦＱＲ値は既に３５ｎｍ以下の望ましいと見なされる範囲にある。ＤＳＰ研磨と同様に行われる第２の研磨ステップの目的は、全体的な平坦度を改良することと、特にエッジ領域において、既に達成された局所的な平坦度を保存するか又は同様に改良することである。第２のＤＳＰ研磨の特定の特徴は、所望の効果が、半導体ウェハの２つの側から１μｍ未満の材料全体を研磨することによって達成される。平均化された材料摩耗は、１μｍ未満、好適には０．２μｍ〜１μｍ未満の範囲にある。示された上限は越えられるべきではない。なぜならば、これは、半導体ウェハの全体的な平坦度に不都合な影響を与えるからである。さらに、０μｍ以上のオーバハングを達成することが好適であり、オーバハングは、研磨が完了した後の半導体ウェハの厚さＤ２Ｗと、半導体ウェハを研磨するために使用されるキャリヤＤ２Ｌの厚さとの差Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｌである。オーバハングは特に好適には０〜２μｍである。第２の研磨ステップの効果は、ＳＢＩＲ値が１００ｎｍ未満の望ましいと見なされた範囲にあり、局所的な平坦度を示すＳＦＱＲ値、特にＰＳＦＱＲ値は、３５ｎｍ未満の望ましいと見なされた範囲にあることである。

第１の研磨ステップの後、本発明の好適な実施液体によれば、これによって達成された半導体ウェハの凹面度が、例えばＧＢＩＲ値を測定することによって決定される。測定された値は、第２の研磨ステップの継続時間を計算するための入力値として使用され、これにより、第２の研磨ステップによって達成されるべき材料摩耗自体が決定される。これによって、半導体ウェハの平坦度がさらに最適化される。第２の研磨ステップの最適な継続時間Ｄは、好適には式：Ｄ＝（ＧＢＩＲ：ＲＴ）＋Ｏｆｆｓｅｔに従って計算され、この場合、ＲＴは使用されている研磨装置の、μｍ／ｍｉｎにおける典型的な摩耗速度であり、Ｏｆｆｓｅｔは、使用される研磨プロセスに依存する修正値であり、したがって、経験的に決定される必要がある。

本発明が、図面及び比較可能な例の補助を用いて以下により詳細に説明される。

図１は、方法における様々な時点における、研磨板の間に配置された半導体ウェハを示している。第１のＤＳＰ研磨の開始における時点（ａ）において、半導体ウェハ１は、キャリヤ２１の厚さＤ１Ｌよりも大きな厚さＤＷを有している。半導体ウェハは、第１の研磨ステップにおいて、上部研磨板３と下部研磨板４との間において、特定の研磨圧力を使用しかつ研磨剤を供給することによって、研磨された半導体ウェハの厚さＤ１Ｗとキャリヤ２１の厚さＤ１Ｌとの差が負になった時点（ｂ）が達成されるまで、研磨される。半導体ウェハは、引き続き、キャリヤ２２を用いて第２のＤＳＰ研磨が行われ、これは時点（ｃ）において終了する。

第１の研磨ステップと第２の研磨ステップとの異なる効果が、半導体ウェハの直径に沿った線スキャンを示す図２及び図３に示されている。第１の研磨ステップの後（図２）、半導体ウェハは、約１００ｍｍ内方まで延びた領域における突出した材料に本質的に起因する凹面状を有している。僅かなエッジロールオフだけが依然としてＦＱＡの外縁部に存在している。半導体ウェハの凹面形状の結果は、全体的な平坦度が不十分であることである。これは、両面研磨の初期効果を利用する第２の研磨ステップ（図３）の後に変化し、すなわち、全体的な平坦度に悪影響を及ぼす突出した材料は、好適には除去され、エッジ領域における局所的な平坦度は実質的に影響されないままである。

実施例及び比較可能な実施例：
３００ｍｍの直径を有するシリコン半導体ウェハは、単結晶から切断され、個々に、同じ形式で、機械的な処理及びエッチングによって前処理された。ウェハは引き続き、負のオーバハング（アンダーハング）が達せられるまで（実施例Ｅ及び比較可能な実施例Ｃ２）又は正のオーバハング（比較可能な実施例Ｃ１）が達せられるまで、Peter Wolters AGのタイプＡＣ２０００両面研磨装置において研磨された。半導体ウェハ（Ｃ１）の幾つかは引き続き第２のＤＳＰ研磨が行われ、これは、正のオーバハングと、１μｍより大きな材料摩耗によって完了された。その他の半導体ウェハ（Ｃ２）はＣＭＰ研磨が行われ、これは、１μｍ未満の材料摩耗によって完了された。半導体ウェハの残り（Ｅ）は同様に第２のＤＳＰ研磨が行われ、これは、１μｍ未満の材料摩耗によって完了された。研磨ステップの後の、ＡＤＥ社からのタイプＡＦＳ非接触測定メータを用いて行われた複数の測定の結果は以下の表において照合される。

ＳＢＩＲ及びＳＦＱＲ測定のためのパラメータ：
ＦＱＡ＝２９６ｍｍ
ＥＥ＝２ｍｍ
ＳＢＩＲ測定のためのパラメータ：
測定フィールド面積＝２６ｍｍ×３３ｍｍ
Ｘ方向でのグリッドフィールドのオフセット＝１３ｍｍ
ｙ方向でのグリッドフィールドのオフセット＝１６．５ｍｍ
ＰＳＦＱＲ測定のためのパラメータ：
測定フィールド領域＝２０ｍｍ×２０ｍｍ
ｘ方向でのグリッドフィールドのオフセット＝１０ｍｍ
ｙ方向でのグリッドフィールドのオフセット＝１０ｍｍ。

方法における様々な時点における、研磨板の間に配置された半導体ウェハを示している。 第１の研磨ステップの後の半導体ウェハの形状を示すグラフである。 第２の研磨ステップの後の半導体ウェハの形状を示すグラフである。

符号の説明

１ 半導体ウェハ、 ３ 上部研磨板、 ４ 下部研磨板、 ２１，２２ キャリヤ

Claims (6)

1. 上部研磨板と下部研磨板との間において半導体ウェハを研磨する方法において、半導体ウェハが、研磨剤を供給することによって、キャリヤの凹所に位置しながら、両面において研磨され、
   第１の研磨ステップにおける半導体ウェハの両面研磨を含み、前記第１の研磨ステップが負のオーバハングで完了され、該オーバハングが、第１の研磨ステップの後の半導体ウェハの厚さとキャリヤの厚さとの差であり、
   第２の研磨ステップにおける半導体ウェハの両面研磨を含み、該第２の研磨ステップにおいて、半導体ウェハの片面から１μｍ未満の材料が研磨されることを特徴とする、半導体ウェハを研磨する方法。
2. 第１の研磨ステップが、０μｍ未満〜−４μｍの負のオーバハングで完了される、請求項１記載の方法。
3. 第２の研磨ステップにおいて半導体ウェハの片面から０．２μｍ〜１μｍ未満の材料が研磨される、請求項１又は２記載の方法。
4. 第１の研磨ステップの後に半導体ウェハの凹面度が測定され、第２の研磨ステップにおいて行われる研磨摩耗が、測定された凹面度に依存して行われる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. １００ｎｍ未満のＳＢＩＲ_ｍａｘによって表される前側全体平坦度を備えかつエッジ領域における３５ｎｍ以下のＰＳＦＱＲ値によって表される前側局所平坦度を備える、研磨された前側及び研磨された後側を有するシリコン半導体ウェハ。
6. ２００ｍｍ又は３００ｍｍの直径を有する、請求項５記載の半導体ウェハ。

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