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JP5458176B2 - 半導体ウェハを製造するための方法 - Google Patents

半導体ウェハを製造するための方法 Download PDF

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Description

この発明は、半導体ウェハを製造するための方法に関する。
先行技術によれば、半導体ウェハは、多数の連続したプロセスステップにおいて製造され、これらのプロセスステップは以下のグループに分割することができる：
ａ）半導体材料からなる単結晶の製造（結晶引上げ）；
ｂ）個々のウェハへの半導体単結晶の分離（”ウェハ化”、”ソーイング（切断）”）；
ｃ）半導体ウェハの機械的処理；
ｄ）半導体ウェハの化学的処理；
ｅ）半導体ウェハの化学機械的処理；
ｆ）半導体ウェハの熱処理および／または半導体ウェハのエピタキシャルコーティング。
さらに、クリーニング、測定およびパッケージングなどの多数の二次的なステップがある。
半導体単結晶は、通常、融液から単結晶を引き上げることによって（ＣＺまたはチョクラルスキー法）または多結晶半導体材料からなるロッドを再結晶化させることによって（ＦＺまたはフローティングゾーン法）製造される。
公知の分離方法は、ワイヤソーイング（”マルチワイヤスライス”、ＭＷＳ）および内径ソーイングを含む。
ワイヤソーイングの場合、多数の半導体ウェハが１つの結晶片から一回の作業でスライスされる。
機械的な処理は、ソーイングの凹凸を除去するために、より粗いソーイングプロセスによって結晶形式で損傷されたかまたはソーイングワイヤによって汚染された表面層を除去するために、および主として半導体ウェハの全体的な平坦化のために働く。表面研削（片面、両面）およびラッピングがここでは知られており、機械的なエッジ処理ステップも知られている。
片面研削の場合、半導体ウェハは、後面において支持体（”チャック”）に保持され、前面において、カップ研削ディスクによって、支持体および研削ディスクを回転させかつゆっくりと径方向に移動させながら、平坦化される。半導体ウェハの表面研削のための方法および装置は、たとえば、ＵＳ３，９０５，１６２およびＵＳ５，４００，５４８またはＥＰ０９５５１２６から公知である。この場合、半導体ウェハは一方の面によってウェハホルダに固定して保持されるのに対し、反対の面は研削ディスクによって、ウェハホルダおよび研削ディスクが回転して互いに押し付けられることによって処理される。この場合、半導体ウェハは、半導体ウェハの中心が実質的にウェハホルダの回転中心に対応するようにウェハホルダに固定される。さらに、研削ディスクは、半導体ウェハの回転中心が、研削ディスクの歯によって形成された加工領域またはエッジ領域に達するように位置決めされる。その結果、半導体ウェハの面全体を、研削面におけるいかなる移動もなく研削することができる。
同時両面研削（”ダブルディスク研削”、ＤＤＧ）の場合、半導体ウェハは、互いに向き合った同一線上のスピンドルに取り付けられた２つの研削ディスクの間で自由に浮動する形式で両面において同時に処理され、プロセスにおいて、前面および後面に作用するウオータークッション（液圧原理）またはエアクッション（空気静力学原理）の間で軸方向の拘束力をほとんど受けることなく案内され、包囲する薄いガイドリングによって、または個々の径方向スポークによって、径方向で緩く浮動することが妨がれている。
ラッピングの場合、鋼からなりかつラッピング剤のより良好な分配のための溝が通常は設けられた上側および下側の加工ディスクの間に研摩性材料を含有するスラリーを供給しながら特定の圧力をかけて半導体ウェハを移動させ、それにより、半導体材料が除去される。
ＤＥ １０３ ４４ ６０２ Ａ１およびＤＥ １０ ２００６ ０３２ ４５５ Ａ１は、ラッピングと同様の移動シーケンスによって複数の半導体ウェハの両側を同時に研削するための方法を開示しており、この方法は、加工ディスクに適用された加工層（”フィルム”、”パッド”）に固定結合された研摩材が使用されることを特徴とする。このタイプの方法は、”ラッピング運動学を用いる精密研削”または”遊星パッド研削”（ＰＰＧ）と呼ばれる。
ＰＰＧの場合に使用されかつ２つの加工ディスクに接着結合された加工層は、たとえば、ＵＳ６，００７，４０７ＡおよびＵＳ６，５９９，１７７Ｂ２に記載されている。処理の間、半導体ウェハは、半導体ウェハを収容するための対応する開口を有する、薄い案内ケージ、いわゆるキャリヤに挿入される。キャリヤは、内側および外側の歯付きリングを有するローリング装置に係合する外側歯を有しており、上側加工ディスクと下側加工ディスクとの間に形成された加工ギャップにおいて前記ローリング装置によって移動させられる。
向き付けノッチなどのあらゆる既存の機械的マーキングを有する半導体ウェハのエッジも、通常、処理される（”エッジ丸み付け”、”エッジノッチ研削”）。このために、従来の、異形研削ディスクを用いる研削ステップまたは連続的もしくは周期的なツール前進を用いるベルト研削法が使用される。
未処理の状態のエッジは特に破損に敏感でありかつ半導体ウェハはエッジ領域における僅かな圧力および／または温度負荷によってさえも損傷される恐れがあるので、これらのエッジ丸み付け法は必要である。
研削され、エッチング媒体によって処理されたウェハエッジは、通常、その後の処理ステップにおいて研磨される。この場合、中央で回転する半導体ウェハのエッジは、中央で回転する研磨ドラムに対して特定の力（接触圧）で押し付けられる。ＵＳ５，９８９，１０５は、このタイプのエッジ研磨法を開示しており、このエッジ研磨法では、研磨ドラムは、アルミニウム合金からなり、研磨パッドが研磨ドラムに適用されている。半導体ウェハは、通常、平坦なウェハホルダ、いわゆるチャックに固定されている。半導体ウェハのエッジは、研磨ドラムに自由にアクセス可能であるように、チャックよりも突出している。
化学的処理ステップのグループは、通常、ウェットケミカルクリーニングおよび／またはエッチングステップを含む。
化学機械的処理ステップのグループは、部分的には化学反応によって、部分的には機械的な材料除去（研摩）によって、表面が平滑化され、表面の残留する損傷が除去される研磨ステップを含む。
一方の面において加工する研磨法（”片面研磨”）は、概して、より不十分な平面平行度につながり、両面に作用する研磨法（”両面研磨”）は、向上した平坦度を有する半導体ウェハを製造することを可能にする。
先行技術によれば、研削、クリーニングおよびエッチングステップの後、半導体ウェハの表面は、除去研磨によって平滑化される。片面研磨（ＳＳＰ）の場合、半導体ウェハは、処理の間、後面において、支持プレートに、セメントによって、真空によってまたは接着によって保持される。両面研磨（ＤＳＰ）の場合、半導体ウェハは、薄い歯付きディスクに緩く挿入され、研磨パッドによって被覆された上側研磨プレートと下側研磨プレートとの間において”自由浮動”形式で前面および後面において同時に研磨される。
さらに、半導体ウェハの前面は、しばしば、たとえばアルカリ研磨ゾルを用いてソフト研磨パッドによって、ヘーズフリー式に研磨される。このステップはしばしば、文献においてＣＭＰ研磨（”化学機械的研磨”）と呼ばれる。ＣＭＰ法は、たとえば、ＵＳ２００２−００７７０３９およびＵＳ２００８−０３０５７２２に開示されている。
従来技術は、同様に、いわゆる”固定研摩研磨"（ＦＡＰ）技術を開示しており、この技術において、シリコンウェハは研磨パッドにおいて研磨されるが、しかしながら、研磨パッドは、研磨パッドに結合された研摩性材料を含んでいる（”固定研摩パッド”）。このようなＦＡＰ研磨パッドが使用される研磨ステップは、以下、略してＦＡＰステップと呼ぶ。
ＷＯ ９９／５５４９１ Ａ１には、第１のＦＡＰ研磨ステップと、その後の第２のＣＭＰ研磨ステップとを含む２段階研磨法が記載されている。ＣＭＰにおいて、研磨パッドは、結合された研摩性材料を含んでいない。この場合、ＤＳＰステップの場合のように、研摩性材料は、シリコンウェハと研磨パッドとの間にスラリーの形式で導入される。このような２段階研磨法は、特に、基板の研磨された表面にＦＡＰステップによって残された掻き傷を排除するために使用される。
ドイツ国特許出願ＤＥ １０２ ００７ ０３５ ２６６ Ａ１には、ＦＡＰタイプの２つの研磨ステップを含む、シリコン材料からなる基板を研磨するための方法が記載されており、この方法は、１つの研磨ステップにおいては、結合されていない研摩性材料を固体として含む研磨剤スラリーが基板と研磨パッドとの間に導入されるのに対し、第２の研磨ステップにおいては、その研磨剤スラリーが、固体を含まない研磨剤溶液と置換されるという点で異なる。
半導体ウェハには、しばしば、エピタキシャル層、すなわち単結晶形式で成長した、同じ結晶配向を有する層が設けられており、この層に、後で、半導体構成要素が適用される。このようなエピタキシャルに被覆された半導体ウェハは、均一な材料からなる半導体ウェハよりも利点を有しており、たとえば、構成要素の短絡がその後に続くバイポーラＣＭＯＳ回路における電荷反転の回避（”ラッチアップ”問題）、より低い欠陥密度（たとえばＣＯＰの数の低減（”結晶起源粒子”））、およびかなりの酸素含有量の不在などであり、構成要素関連領域における酸素沈殿による短絡のリスクを排除することが可能である。
重要なことは、どのように上記の機械的および化学機械的または純粋に化学的な方法ステップが、半導体ウェハを製造するためのプロセスシーケンスに配列されるかということである。
ＳＳＰ、ＤＳＰおよびＣＭＰなどの研磨ステップ、エッチング処理ならびにエピタキシステップは、特にエッジ領域における半導体ウェハの平坦度の低下につながる。
したがって、先行技術において、平坦度の低下を最小限に制限するためにも、研磨の間の材料除去を最小限にするための努力が行われてきた。
ＵＳ ５９４２４４５ Ａは、結晶からウェハをスライス（ソーイング）し、半導体ウェハのエッジを丸み付け、次いで、半導体ウェハの前面および後面の両面研削および片面研削を含むことができる研削ステップを行い、半導体ウェハにアルカリウェットエッチングを行い、最後に、ＤＳＰによって半導体ウェハを研磨することを提案している。両面研削は、ラッピングステップと置換することもできる。プラズマエッチングを、ウェットエッチングの後に行うこともできる。最後に、研削ステップおよびウェットエッチングを、プラズマエッチングと置換することもできる。
この方法によって得られるＤＳＰによって研磨された半導体ウェハは、ウェットケミカル処理およびプラズマ補助化学エッチング（ＰＡＣＥ）の使用により、エッジ領域において不十分な外形を有している。つまり、最良でも、許容できる平坦度の値を有する半導体ウェハは、少なくとも２ｍｍのエッジ排除を常に基礎とするならば得られる（ＩＴＲＳ”ロードマップ”を比較）。特に、ナノトポグラフィは、エッチング法によって不都合に影響される。エッチングステップの後のナノトポグラフィを改良するために、ＤＳＰにおいて、より多くの材料除去が必要であるが、それが、今度は、エッジ領域の外形に不都合に影響する。
半導体ウェハのエッジ領域に対して課される厳しい要求に応える、将来の技術世代のための半導体ウェハを提供することができるように、すなわち、たとえば、ウェハの最も外側のエッジ領域でさえも現代のリソグラフィ法（液浸リソグラフィ）によって利用できるようにするために、別のアプローチが必要である。
上述の問題領域は、先に述べたこの発明の目的、すなわち、特に４５０ｍｍの直径を有する半導体ウェハを製造するための新規なプロセスシーケンスを提供するという目的を生み出す。
この発明の目的は以下のステップを述べられた順で含む、半導体ウェハを製造する方法によって達成される：
（ａ） 単結晶からスライスされた半導体ウェハの両面材料除去処理ステップと；
（ｂ） 半導体ウェハのエッジの丸み付けを行なうステップと；
（ｃ） 半導体ウェハの前面および後面を研削するステップとを含み、各場合において、半導体ウェハの一方の面は、ウェハホルダによって固定して保持され、一方、他方の面は研削ツールによって処理され；さらに、
（ｄ） 少なくとも固定して結合された研摩材を含む研磨パッドによって半導体ウェハの一方の面を研磨するステップと；
（ｅ） エッチング媒体を用いて、半導体ウェハの面ごとに１μｍ以下の材料除去とともに、半導体ウェハの両面を処理するステップと；
（ｆ） 半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を有する研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの後面を、研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材含有研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入して研磨するステップと；
（ｇ） 半導体ウェハのエッジを研磨するステップと；
（ｈ） 半導体ウェハの後面を、固定して結合された研摩材を含む研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材含有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して研磨するステップとを含む。
第１に、半導体ウェハは、ＣＺまたはＦＺによって成長させられた半導体材料からなる単結晶からスライスされる。半導体ウェハは好ましくはワイヤソーによってスライスされる。ワイヤソーによる半導体ウェハのスライスは、たとえば、ＵＳ４６５５１９１、ＥＰ ５２２ ５４２ Ａ１、ＤＥ ３９ ４２ ６７１ Ａ１、またはＥＰ ４３３ ９５６ Ａ１から公知の態様で行われる。
半導体材料からなる成長した単結晶は、好ましくは、シリコンからなる単結晶である。半導体ウェハは、好ましくは単結晶シリコンウェハである。
この発明およびその好ましい実施例に従う方法の本質的なステップは、以下に詳細に説明される。
ステップ（ａ）−単結晶からスライスされた半導体ウェハの両面材料除去処理
この発明に従う方法のステップ（ａ）では、半導体ウェハの両面は材料除去処理を受ける。
これは同時両面研削（ＤＤＧ）、またはＰＰＧ（遊星パッド研削）によって行うことができる。ラッピングステップは、この発明に従う方法においては、より好ましくない。
たとえばＪＰ２０００−２８０１５５ＡおよびＪＰ２００２−３０７３０３Ａにおいて記載されるように、先行技術に従うＤＤＧ機械は、互いに対向し、回転軸が共線形に構成される、２つの砥石車を有する。研削動作中、砥石車間で位置決めされたウェハ状の加工物は、リング状の保持および回転装置によって適所に保持され、同時にそれ自体の軸のまわりを回転する状態で、軸のまわりを回転する２つの砥石車によって両面を同時に処理される。研削動作中、２つの砥石車は、加工物の所望の最終厚みに到達するまで、軸方向に進められる。
保持および回転装置は、たとえば、加工物の縁部の上において係合する摩擦車を含んでもよい。しかしながら、さらに、それは、リング状の態様で加工物を取り囲み、加工物の周囲に恐らく存在する刻み目、溝または切込においては係合する装置であってもよい。この種類の装置は通常「切込フィンガー」と呼ばれる。加工物の全領域を処理するために、加工物は、砥石車の研摩性の研削セグメントが加工物の中心上を絶えず走る円形の経路を描くように、砥石車に対して案内される。
この場合、加工物は、概ねには、固定された位置にないが、「ハイドロパッド」と呼ばれ、加工物の両面に取付けられる、静圧軸受用の２つの装置によって軸方向において適所に保持される。この種類の装置はＪＰ２００２−２８０１５５Ａにおいて記載される。先行技術に従うと、加工物に面する２つのハイドロパッドの表面は、平面の態様で構成され、互いに平行に向き付けられる。各ハイドロパッドは複数個の静圧軸受を含み、それらの間には、静圧軸受に使用される媒体（以下、「流体軸受媒体」と呼ぶ）および研削冷却剤を放出するための溝が構成される。
各場合において、１つ以上の測定センサがハイドロパッド内に統合されて、ハイドロパッドの表面と加工物表面との間の距離を、研削動作中に測定することができる。この距離測量は、空気の動圧測定として動圧管の補助によって通常実行される。動圧管は静圧軸受の縁部において単純なボアとして設計され、案内面を形成する。ハイドロパッドと加工物との間の距離が、研削加工の位置にできるだけ近く測定することができるように、動圧管は、概して、砥石車に近接したハイドロパッドの縁部近くに構成される。
ＰＰＧは、複数の半導体ウェハの同時両面研削のための方法であり、各半導体ウェハは、ローリング装置によって回転させられる複数のキャリヤの１つ内に設けられた切欠に自由可動形式で位置し、これにより、サイクロイド軌道で移動させられ、半導体ウェハは、２つの回転する加工ディスクの間において材料除去形式で処理され、各加工ディスクは、結合された研摩材を含む加工層を含む。
この発明に従う方法のステップ（ａ）におけるＰＰＧ方法の使用は、特に好まれる。
好ましくは、ＰＰＧによって処理される半導体ウェハは既に丸み付けられたエッジを有するが、ＰＰＧステップが行われた後、そのようなエッジ丸み付けをもう一度受ける。２つの部分に分割されたそのようなエッジ丸み付けステップは利点を与えると分かり、なぜなら、特に、ＰＰＧ方法は、丸み付けられたエッジを有する半導体ウェハの場合、見たところでは、よりよい形状およびナノトポグラフィを有する半導体ウェハに結びつくからである。
６以上のモース硬さを有する硬い材料は、加工層に結合された研摩材として好ましい。適切な研摩性材料は、好ましくはダイヤモンド、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）、コランダム（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化ホウ素（ＢＮ；立方晶窒化ホウ素、ＣＢＮ）、さらに二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）から、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）または炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）などの著しくより柔軟な材料にわたる。しかしながら、ダイヤモンド、炭化ケイ素（ＳｉＣ）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３；コランダム）は特に好ましい。
研摩材の平均粒径は９μｍ未満であるべきである。加工層において結合した砥粒の好ましいサイズは、ダイヤモンドを研摩材とする場合、平均して、０．１〜９μｍ、および特に好ましくは０．１〜６μｍある。ダイヤモンドは、好ましくは個々にまたはクラスタとして加工層の結合マトリックス中に結合されている。クラスタ結合の場合、好ましいと規定される粒子直径は、クラスタ構成要素の主要な粒度に関する。
セラミック結合をともなう加工層が好ましくは使用される；合成樹脂結合が特に好まれる。クラスタをともなう加工層の場合、ハイブリッド結合システムも使用される（クラスタ内のセラミック結合、およびクラスタと加工層マトリックスとの間の合成樹脂結合）。
加工層の硬度は好ましくは少なくとも８０ショアＡである。特に好ましくは、加工層は多層の態様で構築され、上側層および下側層は異なる硬度を有し、その結果、加工層の点弾力性および長波コンプライアンスは、方法要件に対して、互いと独立して、適合され得る。
加工層の第１の使用に先立って、加工層内に結合した研摩性材料は、好ましくは、それらを研削動作にとって使用可能にするために最上層を取除くことにより露出される。この初期ドレッシングは、たとえば好ましくは特定的に修正されたキャリヤ上に取付けられローリング装置によって２つの加工ディスク上を導かれる砥石またはブレードの補助によって実行される。
ドレッシングは、好ましくは加工層における研摩材に類似する粒径を有する砥粒を含んでいる砥石を使用して達成される。これらのドレッシングブロックは、たとえば、それらがともに研削機のローリング装置によって好適な態様で上側加工層と下側加工層との間で案内されることができるように、リング状であり、外部に歯のあるドライバリングに挿入されてもよい。トリミング中、ドレッシングブロックは、好ましくは加工層の全領域を通り、特に好ましくは、一時的にさえ、またはそうでなければ連続的に前記層のエッジを多少越えて走る。好ましくは、砥粒は、ドレッシングブロックの摩耗が依然として経済的なドレッシング動作を許す態様でドレッシングブロックにおいて結合されるが、ドレッシング工程中、緩いドレッシングブロック粒からなる少なくとも１つの層は、ドレッシングブロックと加工層表面との間の作業ゾーンに常に位置しており、その結果、ドレッシングは自由な（非結合）粒子によって主に達成される。
これは、ドレッシング工程が加工層において表面の近くに乱れた層（その深さはドレッシング粒子の程度をほぼ有する）を生じさせることが示されたからである。したがって、過度に粗い粒子をともなうドレッシングブロックは、加工層に、加工層の特性によってではなく、ドレッシングブロックの粒子によって特徴付けられる構造を刻み込む。これは、後の研削動作において加工層にできるだけ一様に自己ドレッシングを行なう所望のプロセスには不利である。過度に微細なドレッシングブロックは材料除去があまりにも少なく、非経済的なドレッシング動作に結びつく。最後に、主に自由なドレッシング粒子による、ドレッシング運動中のドレッシング粒子のローリング運動によるドレッシングは、主に固定されたドレッシング粒子によるドレッシングより少なく方向付けられた力を加工層の上にかけることが示され、その結果は、より荒いが、特に等方性のドレッシングされた加工層である。
好ましくは、加工層において使用される砥粒より柔らかい粒子が、加工層のドレッシングまたはトリミングのために使用される。ドレッシング粒子は、特に好ましくはコランダム（Ａｌ２Ｏ３）からなる。
加工層の連続的な摩耗を通じて鈍くなった研摩性材料残留物は、好ましくは取除かれ、切断用の高キャパシティを有する新しい研摩性材料が連続的に露出させられる。加工層の完全な摩耗までの連続作業が、それによって可能である。後のドレッシングに介在しないこの操作状態は、加工層の「自己ドレッシング加工」と呼ばれ、特に好まれる。加工層の表面にて露出した粒の、半導体層の表面内への係合、および加工層と半導体ウェハとの相対的運動によって達成された材料除去は、技術的に「幾何学的に不定の切刃を用いる多粒子研削」と呼ばれる。
材料除去は加工層の主に面積係合によって達成されるのがさらに好まれる。「面積係合」は、研削機械加工中に平均して半導体ウェハに実際に接している加工層の領域の部分が、従来のカップ研削ディスク研削プロセス、たとえばＤＤＧまたはＳＳＧによって処理する場合のカップ研削ディスクの研削コーティングの接触面積より有意に大きいことを意味するよう、理解されるべきである。
キャリヤは、好ましくは、完全に金属を含まない材料、たとえばセラミック材から製造される。しかしながら、たとえば非金属コーティングでコーティングされる鋼またはステンレス鋼で形成されたコアを有するキャリヤも好まれる。そのようなコーティングは、好ましくは、熱可塑性物質または熱硬化性プラスチック、セラミックまたは有機無機のハイブリッドポリマー、ダイヤモンド（「ダイヤモンド状炭素」（ＤＬＣ））を含むが、代替物としてさらに、硬質クロムめっきまたはニッケルリンコーティングを含む。
金属で形成されるかまたは金属コアを有するキャリヤの場合には、半導体ウェハを受けるための切欠きの壁部が、好ましくはセラミック材で内張りされる。その結果、半導体ウェハとキャリヤの金属との間において直接接触はない。
好ましくは、キャリヤにおいて半導体ウェハを受けるための切欠きは、キャリヤの中点が半導体ウェハの領域の外に位置するような態様でそれぞれのキャリヤの中心に関して偏心的に設けられる。キャリヤは、好ましくは半導体ウェハ用の３〜８つの切欠きを有する。研削動作中に、好ましくは、５〜９つのキャリヤが、同時に研削機に位置する。
加工層が機械加工中に半導体ウェハに対して押圧される圧力、および加工層上の半導体ウェハの経路速度は、好ましくは、総除去速度（つまり半導体ウェハの両面上の除去速度の合計）が、２〜６０μｍ／分になるように、主負荷ステップ中に選ばれる。主負荷ステップは、研削処理全体における総除去の最も大きな割合がもたらされる処理段階を意味すると理解されるべきであり、ついで、この処理段階は、方法パラメータがすべて一定のままである時間部分を意味すると理解されるべきである。一般的に、主負荷ステップは最高圧力もしくは比例して最長の継続期間または両方をともなう処理段階である。３〜１５μｍの平均サイズを有するダイヤモンドから形成された砥粒を有する加工層の場合には、２．５〜２５μｍ／分の除去速度が特に好まれる。
加工ディスクが主負荷ステップ中に半導体ウェハにかける圧力については、０．００７〜０．５バールの範囲が好まれ、０．０１２〜０．３バールの範囲が特に好まれる。この明細書については、圧力は装置において処理するために位置する半導体ウェハの総面積と関係があり、加工層と半導体ウェハとの間の有効接触域とは関係がない。
さらに、加工ディスクは処理の主負荷ステップ中にキャリヤの平均循環速度に関して反対の意味において回転することが好まれる。加えて、圧力、回転速度、およびしたがって経路速度が、さまざまな処理段階に対して異なる値をとることが特に好まれる。最後に、加工ディスクは、特定の低圧処理段階（「スパークアウト」段階）において同じ意味において回転することも特に好まれる。そのようなスパークアウト段階は便宜的であり、したがって、研削処理全体のまさに終わりで特に好まれる。
加工層の間に形成された加工ギャップに広がる温度は、好ましくは、処理の間、一定に保たれる。このために、キャリヤは開口を有しており、これらの開口を通じて冷却潤滑剤を下側の加工ディスクと上側の加工ディスクとの間で交換することができ、これにより、上側の加工層と下側の加工層とが常に同じ温度を有する。これは、交互に加わる負荷を受けた熱膨張による加工層または加工ディスクの変形の結果として加工層の間に形成された加工ギャップの望ましくない変形を打ち消す。さらに、加工層に結合された研摩材の冷却が、改善され、またより均一となり、研磨材の有効寿命が長くなる。
使用される冷却潤滑剤は、好ましくは、たとえばグリコール、短いかまたはより長い原子連鎖のポリエチレングリコール、アルコール、ゾルまたはゲルおよび冷却剤または滑沢剤として公知の同様の材料のような粘性を修正する添加剤との、水ベースの混合物を含む。
しかしながら、特に好ましい冷却潤滑剤は、どのような添加剤もない純水でもある。
上側の加工ディスクにおいて通路経由で加工ギャップに供給される冷却潤滑剤の量は、好ましくは０．２〜５０ｌ／分の間、特に好ましくは０．５〜２０ｌ／分の間の範囲内である。
この発明による方法のステップ（ａ）による処理の前の好ましい初期厚みは、５００〜１０００μｍである。３００ｍｍの直径を有するシリコンウェハの場合、７７５〜９５０μｍの初期厚みが特に好ましい。
この発明による方法のステップ（ａ）の処理の後の半導体ウェハの最終厚みは、好ましくは５００〜９５０μｍ、特に好ましくは７７５〜８７０μｍである。
総除去量、すなわち半導体ウェハの両面からの個々の除去量の合計は、好ましくは７．５〜１２０μｍ、特に好ましくは１５〜９０μｍである。
研削の間に加工層の間に形成される加工ギャップの形状を決定し、加工ギャップが所定の形状を有するように、少なくとも１つの加工ディスクの加工面の形状を、加工ギャップの測定された形状に応じて機械的または熱的に変化させることが好ましい。
好ましくは、半導体ウェハは、処理中の表面の一部とともに、加工層によって範囲を定められた加工ギャップから一時的に出る。径方向の最大偏位は、半導体ウェハの直径の０％よりも大きく、最大でも２０％であり、偏位は、径方向で加工ディスクに対して測定した長さとして規定される。この長さだけ、半導体ウェハは、研削の間の時間の特定の時点において、加工ギャップの内側縁部または外側縁部を超えて突出する。
ステップ（ｂ）−半導体ウェハのエッジの丸み付け
ステップ（ｂ）において、半導体ウェハには丸み付けられたエッジが設けられる。
このために、半導体ウェハは、回転テーブルに固定され、そのエッジによって、処理ツールの同様に回転する加工面に対して送られる。この場合に使用される処理ツールはディスクとして実施することができ、このディスクは、スピンドルに固定され、半導体ウェハのエッジを処理するための加工面として働く周面を有する。材料除去粒子を、処理ツールの加工面に固定して係止することができる。使用される粒子は、通常は、粗い粒状である。平均粒径はこの場合好ましくは１０μｍ以上である。
これらの研削処理ツールは丸み付けられたエッジを有する半導体ウェハを提供するのに好適である。しかしながら、エッジ丸み付けの後、ある最小の粗さが、通常、エッジ表面上に残る。
後の処理ステップでは、研削されエッチング媒体で処理されたウェハエッジは、したがって、ステップ（ｇ）で研磨される。
ＰＰＧがこの方法のステップ（ａ）において使用される場合については、２つのエッジ研削ステップ（第１のエッジ丸み付けはＰＰＧステップに先立って行われる）を実行することが好まれる。
ステップ（ｃ） 半導体ウェハの前面および後面の研削
半導体ウェハの両面は、この方法のステップｃ）において研削される。
前面および後面は好ましくは連続して研削される。
このために、ウェハホルダに保持された半導体ウェハと、向かい合う研削ディスクとが互いから独立して回転され、その際、研削ディスクは半導体ウェハに対して横方向にずらして配置されており、その際、半導体ウェハの軸心が研削ディスクの作業領域に達するように位置決めされており、その際、研削ディスクは半導体ウェハの方向に向かって送り速度で移動され、それによって研削ディスクと半導体ウェハとが互いに送り出され、他方で、半導体ウェハと研削ディスクとは平行軸を中心に回転することで、半導体ウェハの表面が研削され、その際、ある一定の材料除去量に達した後、研削ディスクが戻り速度で返送される。
研削ディスクと半導体ウェハとは、半導体ウェハの回転の間、０．０３〜０．５μｍの距離間隔で送り出すことが好まれる。特に好まれるのは、０．０３〜０．１μｍの半導体ウェハの回転中での送り出しの選択である。
好ましくは、♯２０００以上の、特に好ましくは♯２０００〜♯８０００の粒径を有する研削ディスクが使用される。
該粒径は、通常は日本工業規格ＪＩＳ Ｒ ６００１：１９９８に従って♯（メッシュ）にて示される。
メッシュ数から平均粒度が算出され得る：
微細な粒状を有する研削ディスクが使用される場合、精密研削という用語も頻繁に用いられる。かかる精密研削ディスクは、たとえば♯１０００〜♯４０００までの粒状を有しており、たとえばこれらはDisco Corporationより市場で入手可能である。
粒度への換算に際してわかることは、たとえば♯１２００が９．５μｍの平均粒度に、♯５０００が２．５μｍの平均粒度に、そして♯８０００が１．２μｍの平均粒度に相当することである。
したがって、精密研削中の平均粒度は、約１μｍ以上１０μｍ以下である。
２つの連続する研削ステップのシーケンスが特に好まれ、第１のステップは、できるだけ高い除去速度とできるだけ短い処理時間（粗い研削）を得るために、＃２０００以下の粒状を有する研削ディスクを使用して実行され、第２の後のステップは、最小で約１μｍの損傷をともなう特に滑らかに研削されたウェハを得る（精密研削）ために、＃２０００より大きく＃８０００以下の粒状を有する研削ディスクを用いて行われる。
精密研削ステップの好ましい総除去量は、１つの面当たり約１２．５μｍの対称的な除去であるとして、２５μｍである。
研削ディスクの回転速度は好ましくは１０００〜５０００分−１である。
半導体ウェハの回転速度は、好ましくは５０〜３００分−１、特に好ましくは２００〜３００分−１である。
送り速度は、好ましくは１０〜２０μｍ／分である。
ステップ（ｄ）−半導体ウェハの少なくとも一方の面のＦＡＰ研磨
ステップ（ｄ）では、半導体ウェハの少なくとも一方の面が、研摩材を含む研磨パッドによって研磨される。
好ましくは、半導体ウェハの前面のみがステップ（ｄ）において研磨される。
好ましくは、半導体ウェハの後面のみがステップ（ｄ）において研磨される。
好ましくは、半導体ウェハの前面および後面の両方が、ステップ（ｄ）において研磨される。
研磨ステップの間、固体を含まない研磨剤溶液が、好ましくは、研磨される半導体ウェハの面と研磨パッドとの間に導入される。
研磨剤溶液は、最も単純な場合、水であり、好ましくは半導体工業における使用のために慣例の純度を有する脱イオン水（ＤＩＷ）である。
しかしながら、研磨剤溶液は、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）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などの化合物またはこれらのあらゆる所望の混合物を含むこともできる。炭酸カリウムの使用が特に好ましい。この場合、研磨剤溶液のｐＨ値は好ましくは１０〜１２の範囲にあり、研磨剤溶液における上記化合物の比率は、好ましくは０．０１〜１０重量％、特に好ましくは０．０１〜０．２重量％である。
さらに、研磨剤溶液は、１つまたは２つ以上のさらなる添加剤、たとえば湿潤剤および界面活性剤などの表面活性添加剤、保護コロイドとして作用する安定剤、防腐剤、殺生剤、アルコール、および錯化剤を含むことができる。
研磨パッドに結合された研摩性材料を含む研磨パッドが使用される（ＦＡＰまたはＦＡパッド）。
好適な研摩性材料は、たとえば、セリウム元素、アルミニウム元素、ケイ素元素、ジルコニウム元素の酸化物の粒子、および炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンドなどの硬質材料の粒子を含む。
特に好適な研磨パッドは、反復した微細構造を特徴とする表面トポグラフィを有する。前記微細構造（”ポスト”）は、たとえば、円筒形もしくは多角形の断面を有する柱体の形態、または三角錐もしくは切頭三角錐の形態を有する。
このような研磨パッドのより詳細な説明は、たとえばＷＯ ９２／１３６８０ Ａ１およびＵＳ ２００５／２２７５９０ Ａ１に示されている。
酸化セリウム研摩材が固定結合された研磨パッドの使用は、たとえばＵＳ ６６０２１１７ Ｂ１に記載されているように、特に好まれる。
使用されるＦＡＰ研磨パッドの粒径（固定して結合された研摩材／粒子のサイズ）は、好ましくは０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。
０．１〜０．６μｍの粒度が特に好ましい。
０．１〜０．２５μｍの粒度が特に好ましい。
面ごとに１μｍ以上の除去が好ましくはＦＡ研磨のために使用され、これに関して、１〜３μｍの範囲が特に好まれ、１．５〜２μｍの範囲が特に好ましく用いられる。
ＦＡ研磨によって処理されたウェハは、好ましくは、先に、＃２０００〜＃８０００の粒状を有する研削ディスクによって、両面を処理されている（精密研削）。
ステップ（ｅ）−半導体ウェハのエッチングまたはクリーニング
この発明による方法のステップ（ｅ）において、半導体ウェハの両面が、エッチング媒体で、半導体ウェハの面ごとに１μｍ以下の材料除去とともに、処理される。
半導体ウェハの面ごとの最小材料除去量は、好ましくは１単分子層、すなわち約０．１ｎｍである。
半導体ウェハは、好ましくは、酸性媒体を用いるウェットケミカル処理を受ける。
好適な酸性媒体は、フッ化水素酸、硝酸、または酢酸の水溶液を含む。
半導体ウェハは、フッ化水素と半導体ウェハの表面を酸化させる少なくとも１つの酸化剤とを含む気体媒体によって処理されることが特に好ましい。この場合、気体媒体が、４０ｍｍ／ｓ〜３００ｍ／ｓの範囲の相対速度で半導体ウェハの表面に対して流れると、特に有利である。
したがって、気体媒体は、フッ化水素と少なくとも１つの酸化剤とを含む。酸化剤は、半導体材料、たとえばシリコンを酸化させることができなければならない。
シリコン表面が酸化される時、たとえば、酸化ケイ素、好ましくは二酸化ケイ素が生じる。これは、ついで、フッ化水素によって化学的に攻撃され、反応生成物として、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、および水を生じ、これらは、気体媒体の流れによって排出される。さらに、気体媒体は、流れ条件および除去率に影響するために、さらなる成分、たとえば窒素またはアルゴンなどの不活性キャリヤガスを含むことができる。
二酸化窒素、オゾン、および塩素からなる群から選択される少なくとも１つの酸化剤を使用することが好ましい。純粋な塩素が使用される場合、シリコン表面を酸化させるために水蒸気を加える必要がある。二酸化窒素と、塩素と、オゾンと、塩素との混合物が使用される場合、塩素の付加は、二酸化ケイ素とのフッ化水素の反応において生ずる水分を用いて、シリコン表面をさらに酸化させ、これにより、低い流速および温度においてさえもその反応において生ずる水分の凝縮を防止する。高い酸化能力、反応生成物がいかなる問題も生じないこと、および半導体工業において広く用いられているオゾン発生器によって容易に提供できることから、オゾンを使用することが特に好ましい。
気体媒体を発生するために、成分は所望の量の比で混合することができる。フッ化水素と酸化剤との比は、典型的には、１：１〜４：１の範囲で選択される。気体媒体は、個々の成分がプロセスチャンバまたはプロセスチャンバの上流に接続されたミキサ内に直接に送入されることによって、または気体酸化剤が好適な濃度を有するフッ化水素の液体水溶液を通過させられることによって、供給することができる。このことは、たとえば、いわゆる洗浄ボトルまたは同様の装置において行なうことができる。気体酸化剤が水溶液を通過する時、それは水およびフッ化水素で富化され、これにより所要の気体媒体が生じる。
同じ方法パラメータおよびフッ化水素と酸化剤との一定の比において、温度の上昇および濃度の上昇は反応加速効果を呈する。
気相におけるエッチングは、半導体ウェハの粗さを低減するように働き、これにより、必要な研磨除去を減じることができ、さらに、不純物を除去しかつ結晶構造における表面欠陥を減じるように働く。
記載されたクリーニングおよびエッチング法は、好ましくは単一ウェハ処理として行われる。
特に、この発明による方法に関して特に好まれる４５０ｍｍの直径を有する半導体ウェハの場合、５００ｍｍ×５００ｍｍの寸法までの基板のために設計された、Solid State Equipment Corp./米国のＳＳＥＣ ３４００ ＭＬがこの目的に好適である。
ステップ（ｇ）−半導体ウェハのエッジの研磨
半導体ウェハのエッジはステップ（ｇ）において研磨される。
市販されている自動エッジ研磨ユニットは、この発明による方法のステップ（ｇ）を行なうのに好適である。
ＵＳ ５，９８９，１０５は、エッジ研磨のためのこのような装置を開示しており、研磨ドラムは、アルミニウム合金からなり、研磨パッドがそれに適用されている。
半導体ウェハは、通常、平坦なウェハホルダ、いわゆるチャックに固定されている。半導体ウェハのエッジはチャックよりも突出し、エッジに研磨ドラムが自由にアクセス可能となる。研磨パッドが適用されてチャックに対して所定の角度で傾斜された、中央で回転する研磨ドラムと、半導体ウェハをともなったチャックとは、互いに接近させられ、研磨剤を連続して供給しながら所定の接触圧で互いに押し付けられる。
エッジ研磨の間、半導体ウェハが保持されたチャックは、中央で回転させられる。
好ましくは、チャックの一回転は２０〜３００ｓ、特に好ましくは５０〜１５０ｓかかる（回転時間）。
研磨パッドで被覆されておりかつ好ましくは３００〜１５００分−１、特に好ましくは５００〜１０００分−１の回転速度で中央で回転させられる研磨ドラムと、チャックとは、互いに接近させられ、研磨ドラムは半導体ウェハに対して設定角度で傾斜してセットされ、半導体ウェハは、チャックから僅かに突出して研磨ドラムがアクセス可能であるようにチャックに固定される。
設定角度は好ましくは３０〜５０゜である。
半導体ウェハと研磨ドラムとは、所定の接触圧で互いに押し付けられ、研磨剤は連続して、好ましくは０．１〜１ｌ／分、特に好ましくは０．１５〜０．４０ｌ／分の研磨剤流量で供給され、接触圧は、ロールに取付けられたおもりによって設定することができ、好ましくは１〜５ｋｇ、特に好ましくは２〜４ｋｇである。
研磨ドラムと半導体ウェハとは、好ましくは、半導体ウェハまたは半導体ウェハを保持するチャックの２〜２０回、特に好ましくは２〜８回の回転の後に互いに離反させられる。
これらの慣用のエッジ研磨法において、半導体ウェハのエッジ領域における局所的な外形は、通常、不都合に影響を受ける。これは、この場合に使用される「比較的柔軟なエッジ研磨パッド」（シリカゾルが適用された比較的柔軟な研磨パッドが通常は使用される）の場合、半導体ウェハのエッジ自体だけでなく、半導体ウェハの前面および／または後面における外側部分も研磨されるという事実に関連付けられ、これは、研磨剤スラリーが適用される研磨パッド内へのハードエッジ「浸漬」によって説明することができる。これは、除去が、実際のエッジの領域においてだけでなく、前面および／または後面の隣接する領域においても行われるという効果を有する。
したがって、この発明による方法における半導体ウェハのエッジ研磨は、好ましくは、半導体ウェハを中央で回転するチャックに固定し、半導体ウェハと、固定して結合された研摩材を含む研磨パッド（ＦＡＰ研磨パッド）が適用されておりかつチャックに対して傾斜した中央で回転する研磨ドラムとを接近させ、固体を含まない研磨剤溶液を連続して供給しながら半導体ウェハと研磨ドラムとを互いに押し付けることによって行われる。
これは、半導体ウェハの前面および／または後面の隣接する領域を損傷することなく目標とする態様でウェハエッジに影響し、これにより、たとえばウェハエッジにおいてのみ所望の外形および表面特性を設定することを可能にする。
使用されるＦＡＰパッドは、規格として使用される研磨パッドよりも著しく硬くかつ著しく非圧縮性であり、さらに、たとえば単にアルカリ性溶液を使用することによって、アルカリロードされたシリカゾルなしに除去を生ぜしめるという利点を提供し、これは、付加的にウェハの前面への研磨剤の連行、ひいてはウェハ表面の不都合な影響を回避する。この不都合な影響は、たとえば初期エッチングによるＬＬＳ（局所的光散乱）などのたとえば増大した欠陥率である。
柔軟に除去するシリカゾルを用いる短い柔軟研磨ステップが、エッジ粗さおよびエッジ欠陥率の低減を実現するために、同じＦＡＰ研磨パッドにおいて付加的に後続することができる。
したがって、２つの研磨ステップを互いに調和させることができ、これにより、ウェハエッジ外形および表面の目標とする好ましい影響を、ウェハ前面およびウェハ後面におけるウェハ部分領域の不都合な影響なく得ることができる。
したがって、原理的に、半導体ウェハは、好ましくは、アルカリ溶液が供給されながら、研磨ドラムによって研磨され、研磨ドラムの表面には、固定結合された研摩材を有する硬質であまり圧縮性ではない研磨パッドが接着されている。
好ましくは、たとえば約１重量％のＳｉＯ２を含むＧｌａｎｚｏｘ−３９００＊などのシリカゾルが供給されながら、同じ研磨パッドを用いて平滑化ステップが引き続き第２のステップにおいて行われる。
＊Ｇｌａｎｚｏｘ−３９００は、Fujimi Incorporated（日本）によって濃縮物として提供される研磨剤スラリーの製品名である。この濃縮物のベース溶液は、１０．５のｐＨを有し、３０〜４０ｎｍの平均粒度を有する約９重量％のコロイドＳｉＯ２を含んでいる。
先行技術において観察されるような半導体ウェハのエッジ領域における局所的外形の損失は、ＦＡＰパッドを用いるこのようなエッジ研磨によって完全に回避されることが分かった。
別の利点は、エッジ研磨の除去ステップにおける研磨剤連行、ひいてはウェハ表面における制御されない初期エッチングによる表面欠陥の発生が、回避されるということである。
エッジ研磨の間に使用される研磨剤溶液は、最も単純な場合は水、好ましくは半導体工業における使用のために慣用の純度を有する脱イオン水（ＤＩＷ）である。
しかしながら、研磨材溶液は、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）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などの化合物またはこれらのあらゆる所望の混合物を含むこともできる。
炭酸カリウムの使用が特に好ましい。
研磨剤溶液のｐＨ値は１０〜１２の範囲にあり、研磨剤溶液における前記化合物の比率は、好ましくは０．０１〜１０重量％、特に好ましくは０．０１〜０．２重量％である。
さらに、研磨剤溶液は、１つまたは２つ以上のさらなる添加剤、たとえば湿潤剤および界面活性剤などの表面活性添加剤、保護コロイドとして作用する安定剤、防腐剤、殺生剤、アルコール、および錯化剤を含むことができる。
研摩材を含む研磨剤が、エッジ研磨の好ましい第２のステップにおいて使用される。
研磨剤スラリーにおける研摩性材料の比率は、好ましくは０．２５〜２０重量％、特に好ましくは０．２５〜１重量％である。
研摩性材料粒子の粒度分布は、好ましくは著しく単一モードである。
平均粒度は、５〜３００ｎｍ、特に好ましくは５〜５０ｎｍである。
研摩性材料は、基板材料を機械的に除去する材料、好ましくはアルミニウム元素、セリウム元素、またはケイ素元素の酸化物のうちの１つまたは２つ以上を含む。
コロイド分散シリカを含む研磨剤スラリーが特に好ましい。
エッジ研磨の選択肢的な第２のステップにおいて、第１のステップとは異なり、好ましくは、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）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などの添加剤は添加されない。
しかしながら、研磨剤スラリーは、１つまたは２つ以上のさらなる添加剤、たとえば湿潤剤および界面活性剤などの表面活性添加剤、保護コロイドとして作用する安定剤、防腐剤、殺生剤、アルコール、および錯化剤を含むことができる。
したがって、好ましくは、研磨パッドに結合された研摩性材料を含む研磨パッド（ＦＡＰパッドまたはＦＡパッド）が、この発明による方法のステップ（ｇ）において使用される。
好適な研摩性材料は、たとえば、セリウム元素、アルミニウム元素、ケイ素元素、ジルコニウム元素の酸化物の粒子、および炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンドなどの硬質材料の粒子を含む。
特に好適な研磨パッドは、反復した微細構造を特徴とする表面トポグラフィを有する。前記微細構造（”ポスト”）は、たとえば、円筒形もしくは多角形の断面を有する柱体の形態、または三角錐もしくは切頭三角錐の形態を有する。
このような研磨パッドのより詳細な説明は、たとえばＷＯ ９２／１３６８０ Ａ１およびＵＳ ２００５／２２７５９０ Ａ１に示されている。
研磨パッドにおいて結合した酸化セリウム粒子の使用が、特に好まれる（さらに、ＵＳ６６０２１１７Ｂ１参照）。
ＦＡＰ研磨パッドの平均粒度は好ましくは０．１〜１．０μｍ、特に好ましくは０．１〜０．２５μｍである。
研摩材を含む層と、剛性のプラスチックからなる層と、柔軟な不織布層とを含む多層構造を有していて、層が感圧接着剤層によって互いに結合されている研磨パッドが、この方法を実施するために特に好適である。
剛性のプラスチックからなる層は、好ましくはポリカーボネートを含む。
研磨パッドは、ポリウレタンフォームからなる付加的な層を含むことができる。
研磨パッドの層のうちの１つは、この場合、柔軟である。
柔軟な層は好ましくは不織布層である。
柔軟な層は、好ましくは、ポリエステル繊維を含む。ポリウレタンで含浸されたポリエステル繊維からなる層が、特に好適である（”不織布”）。
柔軟な層によって、パッド高さは適合され、連続的遷移を辿ることができる。
柔軟な層は、好ましくは、研磨パッドの最下層に対応する。その上には、好ましくは、ポリウレタンからなる発泡層が配置されており、たとえばこの発泡層は、接着層によって柔軟な層に固定されている。ＰＵ発泡体の上側には、より硬い、剛性の材料、好ましくは硬質プラスチックからなる層が配置されており、この層のためにはたとえばポリカーボネートが好適である。この剛性の層の上側には、微細反復構造を有する層、すなわち実際の固定された研摩材層が配置されている。
しかしながら、柔軟な層は、発泡層と剛性層との間に、または固定された研摩材層のすぐ下側に配置することもできる。
様々な層は、好ましくは感圧接着剤（ＰＳＡ）層によって互いに固定される。
本発明者は、ＦＡＰ研磨パッドの先行技術に常に存在するＰＵ発泡層のない研磨パッドが好結果に結びつくことを認識した。
この場合、研磨パッドは、微細反復構造を有する層と、柔軟な層と、ポリカーボネートなどの剛性のプラスチックからなる層とを含み、柔軟な層は、研磨パッドの中間層または最下層であることができる。
使用されるＦＡＰ研磨パッドの粒径は、好ましくは０．１μｍ以上１．０μｍ以下、特に好ましくは０．１〜０．２５μｍである。
ステップ（ｆ）および（ｈ）−ＦＡＰおよびＣＭＰによる両面研磨
さらに、ステップ（ｆ）において、半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を有する研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの後面を、研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材含有研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入して研磨することが実行される。
上に記載されるようにエッジを研磨することは、ステップ（ｇ）で行なわれる。
この後、ステップ（ｈ）において、半導体ウェハの後面を、固定して結合された研摩材を含む研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材含有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して研磨することが実行される。
この発明は、したがって、ステップ（ｆ）および（ｈ）において、ＦＡＰ研磨とＣＭＰ研磨とが同時に、まず前面／後面で、次いで後面／前面で行われることによって、組み合わされた同時両面研磨プロセスを提供する。従来のＤＳＰステップおよびその後の別個のＣＭＰステップは、省略される。
ステップ（ｆ）および（ｈ）は、Peter Wolters, Rendsburg (ドイツ)からのＡＣ２０００型の市販の両面研磨機などの、半導体ウェハの両面研磨用の既存の装置において実行することができる。
この研磨機には、キャリヤを駆動するために外側リングおよび内側リングのピンインターロッキングが装備されている。装置は、１つまたは２つ以上のキャリヤのために設計することができる。より高いスループットにより、たとえばＤＥ−１００ ０７ ３９０ Ａ１に記載されているような、複数のキャリヤのための装置が好まれ、この装置において、キャリヤは、装置の中心を取り囲む惑星状経路を移動する。装置は、水平に自由に回転可能でありかつ研磨パッドによって被覆された下側および上側の研磨プレートを含む。研磨の間、半導体ウェハは、キャリヤにおける切欠きにおいて、２つの研磨プレートの間に配置され、研磨プレートは、回転し、研磨剤が連続して供給されながら半導体ウェハに所定の研磨圧力を加える。この場合、キャリヤも、好ましくは、キャリヤの円周に設けられた歯と噛み合う回転するピンリングによって移動させられる。
典型的なキャリヤは、３つの半導体ウェハを収容するための切欠きを有している。切欠きの周上には、半導体ウェハの破損に弱いエッジを保護するよう意図されるインレーが配置されており、特にキャリヤ本体から金属が解放されることから保護する。キャリヤ本体は、たとえば、金属、セラミック、プラスチック、繊維強化プラスチック、またはプラスチックもしくはダイヤモンド状炭素層（ＤＬＣ層）で被覆された金属を含むことができる。しかしながら、鋼が好まれ、ステンレスクロム鋼が特に好まれる。切欠きは、好ましくは、少なくとも２００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ、特に好ましくは４５０ｍｍの直径と、５００〜１０００μｍの厚みとを有する奇数の半導体ウェハを収容するように設計されている。
固定して結合された研摩材を含んでいない研磨パッドによる研磨中に使用される研磨剤は、研摩材を含む。研磨剤スラリーが含まれる。
研摩性材料粒子の粒度分布は、好ましくは著しく単一モードである。
平均粒度は、５〜３００ｎｍ、特に好ましくは５〜５０ｎｍである。
研摩性材料は、基板材料を機械的に除去する材料、好ましくはアルミニウム元素、セリウム元素、またはケイ素元素の酸化物のうちの１つまたは２つ以上を含む。
研磨剤スラリーにおける研摩性材料の比率は、好ましくは０．２５〜２０重量％、特に好ましくは０．２５〜１重量％である。
研磨剤スラリーとしてのコロイド分散シリカの使用は特に好まれる。
Ｂａｙｅｒ ＡＧの水性研磨剤Ｌａｖａｓｉｌ（登録商標）２００およびＦｕｊｉｍｉのＧｌａｎｚｏｘ−３９００（登録商標）がたとえば使用される。
研磨剤は、好ましくは、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）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などの添加剤含むことができる。
しかしながら、研磨剤スラリーは、１つまたは２つ以上のさらなる添加剤、たとえば湿潤剤および界面活性剤などの表面活性添加剤、保護コロイドとして作用する安定剤、防腐剤、殺生剤、アルコール、および錯化剤を含むことができる。
研磨パッドにおいて結合した研摩性材料を含んでいる研磨パッド（ＦＡＰまたはＦＡパッド）も、この発明に従う方法においてステップ（ｆ）および（ｈ）に従って使用される。
好適な研摩性材料は、たとえば、セリウム元素、アルミニウム元素、ケイ素元素、ジルコニウム元素の酸化物の粒子、および炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンドなどの硬質材料の粒子を含む。
特に好適な研磨パッドは、反復した微細構造を特徴とする表面トポグラフィを有する。前記微細構造（”ポスト”）は、たとえば、円筒形もしくは多角形の断面を有する柱体の形態、または三角錐もしくは切頭三角錐の形態を有する。
このような研磨パッドのより詳細な説明は、たとえばＷＯ ９２／１３６８０ Ａ１およびＵＳ ２００５／２２７５９０ Ａ１に示されている。
酸化セリウム研摩材が固定結合された研磨パッドの使用は、たとえばＵＳ ６６０２１１７ Ｂ１に記載されているように、特に好まれる。
使用されるＦＡＰ研磨パッドの粒径（固定して結合された研摩材／粒子のサイズ）は、好ましくは０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。
０．１〜０．６μｍの粒度が特に好ましい。
０．１〜０．２５μｍの粒度が特に好ましい。
１つの研磨プレートはそのようなＦＡＰパッドを装備している。
第２の研磨プレートは、従来のＣＭＰ研磨パッドがそれに適用される。
使用されるＣＭＰ研磨パッドは、多孔質マトリックスを有する研磨パッドである。
研磨パッドは、好ましくは熱可塑性または熱硬化性ポリマーを含む。この材料として、多くの物質、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、ポリエステルなどが考えられる。
研磨パッドは、好ましくは、固体の微孔性ポリウレタンを含む。
ポリマーで含浸された、発泡プレートまたはフェルトまたは繊維物質からなる研磨パッドを使用することも好まれる。
被覆された／含浸された研磨パッドを、基板とコーティングとで互いに異なる孔分布および孔径が存在するように構成することもできる。
研磨パッドは、実質的に平坦であるかまたはそうでなければ孔を有することができる。
研磨パッドの孔隙率を制御するために、研磨パッドに充填材を導入することができる。
市販の研磨パッドは、たとえば、Ｒｏｄｅｌ Ｉｎｃ．のＳＰＭ ３１００、またはＲｏｈｍ ＆ ＨａａｓのＤＣＰシリーズのパッドおよびＩＣ１０００ＴＭ，ＰｏｌｙｔｅｘＴＭ，またはＳＵＢＡＴＭブランドのパッドである。
上に言及されたように、たとえばPeter Wolters, Rendsburg からのＡＣ２０００型の場合のように、両面研磨機上でこの発明に従う方法のステップ（ｆ）および（ｈ）に従って研磨を実行するとき、先行技術において義務的な片面のヘーズなしの研磨（ＣＭＰ）は回避することができ、というのも、外形を決定する研磨と、表面品質を決定する研磨との両方が、１つの型の機械上で完全に実行されるからである。
先行技術では、対照的に、ストック除去およびヘーズなしの研磨（ＤＳＰとＣＭＰ）は、互いとは別々に、異なる研磨機で行われた。半導体ウェハの前面だけが先行技術においてＣＭＰによって研磨された。
最適なウェハ外形、ここでは主としてエッジ外形（エッジロールオフ除去）の達成のために、惑星運動学および固定研摩材とＣＭＰ研磨パッドとを組み合わせた使用をともなう同時両面研磨は、利点を与え、なぜならば、固定研摩材研磨処理は、必要な研磨除去を得るために、選択肢的に張出を有して構成することができる硬質パッドのために、シリカゾルを含んでいる成分を省くことを可能にし、加えて、半導体ウェハのエッジ領域が目標とされた態様で影響を受けることを可能にするからである。
加えて、ＣＭＰ研磨は、その上でＣＭＰステップが行われるＣＭＰ研磨パッドを装備した研磨プレートのうちの１つによる同時両面研磨の情況において既に統合されている。
この発明に従う両面研磨は、ステップ（ｇ）に従って半導体ウェハがその間でエッジ研磨される２つの研磨サブステップ（ｆ）および（ｈ）において起こる。
２段階エッジ研磨は好ましくはここで行なわれ、第１のエッジ研磨は両面研磨（ｆ）と（ｈ）との２つのサブステップ間で実行され、そして、完全な両面研磨が終了した後、つまり、ステップ（ｈ）の後に、第２のエッジ研磨が実行され、これにより、エッジ研磨をこの２つのステップへの分割によってより細かく調整し、半導体ウェハのエッジ外形に対する影響をできるだけ少なくすることを可能にする。
好ましくは、エッジ研磨の両方のステップは、研摩材が固定して結合された研磨パッドによって行なわれる。
好ましくは、第２のエッジ研磨は、（ｇ）に記載された選択肢的な柔軟な研磨ステップのように、研摩材含有研磨剤スラリーの供給とともに行なわれる。
この場合、研磨剤スラリーにおける研摩性材料の割合は、好ましくは０．２５〜２０重量％である。
研磨剤スラリーにおける研摩性材料は、好ましくは、アルミニウム、セリウムまたはシリコン元素の酸化物からなる群の１つ以上から選択される。
研磨剤スラリーは好ましくはコロイド分散シリカである。
研磨剤スラリーのｐＨ値は好ましくは９〜１１．５である。
研磨剤スラリーのｐＨ値は、好ましくは、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）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）またはこれらの化合物の任意の所望の混合物からなる群から選択された添加剤の添加により設定される。
研磨されたウェハ後面の特定的に所望の規定された後面粗さを達成するために、追加的に、後面を片面ＦＡＰ研磨することは有利かもしれない：
これは、各場合において、研磨パッドにおいて結合される研摩性材料を含み研磨圧力で半導体ウェハの後面に押圧される研磨パッドを使用して、３つのステップで好ましくは実行され、第１のステップでは、固体を含まない研磨剤が研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入され、第２および第３のステップでは、研摩性材料を含んでいる研磨剤が研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入され、第１および第２のステップでの８〜１５ｐｓｉの研磨圧力は、第３のステップで０．５〜５ｐｓｉに低減される。
その後面の平面の表面においては、半導体ウェハは、好ましくは０．３から４．５ｎｍまでの広い範囲における平均表面粗さＲａを、２５０μｍ以下の空間波長に対して有する。
表面の粗さを決定するのに好適であるのは、たとえば、２５０μｍのフィルタを有するChapman Surface Profiler MP 2000（２５０μｍより大きい空間波長＝波動性データ、ｃｆ．Chapman技術注記−ＴＧ １， Ｒｅｖ−０１−０９）である。
上述の範囲における高い後面粗さが所望の場合、０．５〜１．０μｍの粒径を有するＦＡＰパッドが好ましくは使用される。
低い後面粗さが所望の場合、０．１〜０．２５μｍの粒径を有するＦＡＰパッドが好ましくは使用される。
この発明に従う方法のシリコンウェハの後面を研磨する第１のステップにおける研磨剤溶液は、最も単純な場合は水、好ましくは半導体工業における使用のために慣用の純度を有する脱イオン水（ＤＩＷ）である。
しかしながら、研磨剤溶液は、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）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などの化合物またはこれらのあらゆる所望の混合物を含むこともできる。
炭酸カリウムの使用が特に好ましい。
研摩材を含む研磨剤は、半導体ウェハの後面を研磨する第２のステップにおいて使用される。
研摩性材料は、基板材料を機械的に除去する材料、好ましくはアルミニウム元素、セリウム元素、またはケイ素元素の酸化物のうちの１つまたは２つ以上を含む。
コロイド分散シリカを含む研磨剤スラリーが特に好ましい。
第２のステップにおいて使用されるような研摩材含有研磨剤は、半導体ウェハの後面を研磨する第３のステップで同様に使用される。研磨圧力は、第１および第２のステップと比較して、８〜１５ｐｓｉから０．５〜５ｐｓｉに低減される。
たとえばStrasbaugh Inc.からの研磨機「ｎＨａｎｃｅ ６ＥＧ」のような従来の研磨機は、これらの研磨処理を実行するのに好適である。
Strasbaugh Inc.からの研磨機は、１つの研磨パッドと１つの研磨ヘッドとを有する１つの研磨プレートを有し、半導体ウェハを完全に自動的に処理する。研磨ヘッドは、カルダン式に（cardanically）取付けられており、「バッキングパッド」で被覆された固定されたベースプレート、および可動ガイドリングを含む。ベースプレート中の孔を通じて、エアクッションが、２つの同心的な圧力帯域、内側帯域および外側帯域において確立されることができ、半導体ウェハは、研磨中、エアクッション上を浮動する。圧力が、圧縮されたエアベローズにより可動ガイドリングにかけられ、こうして、半導体ウェハとの接触で研磨パッドに予め張力が及ぼされかつそれを平らに維持する。
特に好ましい実施例
この発明による方法の特に好ましい実施例Ａ〜Ｅを以下に示す。使用される略語ＰＰＧ、ＤＤＧ、ＦＡＰ、ＣＭＰは上に説明されている。
Ａ
単結晶からウェハをスライスする−エッジ丸み付け−ＰＰＧ−エッジ丸み付け−両面精密研削＞両面ＦＡＰ−気相エッチング−後面のＦＡＰおよび後面の同時ＣＭＰ＞エッジ研磨−後面のＦＡＰおよび前面の同時ＣＭＰ−エッジ研磨
Ｂ
単結晶からウェハをスライスする−エッジ丸み付け−ＰＰＧ−エッジ丸み付け−両面精密研削＞後面ＦＡＰ−気相エッチング−後面のＦＡＰおよび後面の同時ＣＭＰ＞エッジ研磨−後面のＦＡＰおよび前面の同時ＣＭＰ−エッジ研磨
Ｃ
単結晶からウェハをスライスする−エッジ丸み付け−ＰＰＧ−エッジ丸み付け−両面精密研削＞前面ＦＡＰ−気相エッチング−後面のＦＡＰおよび後面の同時ＣＭＰ＞エッジ研磨−後面のＦＡＰおよび前面の同時ＣＭＰ−エッジ研磨
Ｄ
単結晶からウェハをスライスする−ＤＤＧ−エッジ丸み付け−両面精密研削＞両面ＦＡＰ−気相エッチング−後面のＦＡＰおよび後面の同時ＣＭＰ＞エッジ研磨−後面のＦＡＰおよび前面の同時ＣＭＰ−エッジ研磨
Ｅ
単結晶からウェハをスライスする−ＤＤＧ−エッジ丸み付け−両面精密研削＞後面のＦＡＰ−気相エッチング−後面のＦＡＰおよび後面の同時ＣＭＰ＞エッジ研磨−後面のＦＡＰおよび前面の同時ＣＭＰ−エッジ研磨
Ｆ
単結晶からウェハをスライスする−ＤＤＧ−エッジ丸み付け−両面精密研削＞前面のＦＡＰ−気相エッチング−後面のＦＡＰおよび後面の同時ＣＭＰ＞エッジ研磨−後面のＦＡＰおよび前面の同時ＣＭＰ−エッジ研磨
エッジ研磨の完結ステップに、好ましくは、最終クリーニングが続く。
さらに、半導体ウェハは熱処理されるか、またはエピタキシャル層を設けることができる。

Claims (23)

  1. 半導体ウェハを製造する方法であって、
    （ａ） 単結晶からスライスされた半導体ウェハの両面材料除去処理ステップと、
    （ｂ） 半導体ウェハのエッジの丸み付けを行なうステップと、
    （ｃ） 半導体ウェハの前面および後面を研削するステップとを含み、各場合において、半導体ウェハの一方の面は、ウェハホルダによって固定して保持され、他方の面は研削ツールによって処理され、さらに、
    （ｄ） 固定して結合された研摩材を含む研磨パッドによって半導体ウェハの少なくとも一方の面を研磨するステップと、
    （ｅ） エッチング媒体を用いて、半導体ウェハの面ごとに１μｍ以下の材料除去とともに、半導体ウェハの両面を処理するステップと、
    （ｆ） 半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を有する研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの後面を、研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材を含有した研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入して研磨するステップと、
    （ｇ） 半導体ウェハのエッジを研磨するステップと、
    （ｈ） 半導体ウェハの後面を、固定して結合された研摩材を含む研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材を含有した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して研磨するステップとを、上記の順序で含む方法。
  2. 同時両面研削（ＤＤＧ）をステップ（ａ）において伴う、請求項１に記載の方法。
  3. ステップ（ａ）はＰＰＧによって行なわれる、請求項１に記載の方法。
  4. 半導体ウェハは、ステップ（ａ）に従うＰＰＧステップが行なわれる前に丸み付けられたエッジを設けられ、ＰＰＧステップが行われた後、半導体ウェハのエッジはステップ（ｂ）に従ってもう一度丸み付けられる、請求項３に記載の方法。
  5. ステップ（ｃ）に従う前面および後面の研削は、シーケンスで行なわれる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. ステップ（ｃ）に従う前面および後面の研削は、＃２０００〜＃８０００の粒径を有する研削ツールによって行なわれる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 半導体ウェハの前面はステップ（ｄ）において研磨される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 半導体ウェハの後面はステップ（ｄ）において研磨される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  9. 半導体ウェハの前面および後面は、ステップ（ｄ）において研磨される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  10. ステップ（ｄ）において、固体を含まない研磨剤溶液が、研磨される半導体ウェハの面と研磨パッドとの間に導入される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
  11. ステップ（ｄ）において使用される研磨パッドは、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンド、およびセリウム元素、アルミニウム元素、シリコン元素、ジルコニウム元素の酸化物からなる群から選択される砥粒を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 砥粒の粒径は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下である、請求項１１に記載の方法。
  13. ステップ（ｆ）において、半導体ウェハの面当たりの材料除去は、少なくとも０．１ｎｍ、多くとも１μｍである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. ステップ（ｆ）において、半導体ウェハは、フッ化水素と半導体ウェハの表面を酸化させる少なくとも１つの酸化剤とを含む気体媒体によって処理される、請求項１３に記載の方法。
  15. ステップ（ｇ）では、中央で回転する半導体ウェハのエッジは、中央で回転する研磨ドラムに対して特定の力で押し付けられ、固定して結合された研摩材を含む研磨パッドが研磨ドラムに適用され、固体を含まない研磨剤溶液が連続的に供給される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
  16. ステップ（ｇ）において使用される研摩材を含む研磨パッドは、請求項１１または１２に記載される研磨パッドに対応する、請求項１５に記載の方法。
  17. ステップ（ｆ）および（ｈ）において使用される１つの、研摩材を含む研磨パッドは、請求項１１または１２に記載される研磨パッドに対応する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
  18. 各場合における他方の研磨パッドは研摩材を含まず、多孔性のマトリックスを有する、請求項１７に記載の方法。
  19. ステップ（ｆ）および（ｈ）において使用される研摩材を含有した研磨剤は、アルミニウム元素、セリウム元素、またはケイ素元素の酸化物のうちの１つまたは２つ以上からなる群から選択される粒子を含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
  20. 研磨剤はコロイド分散シリカである、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
  21. ２段階エッジ研磨が行なわれ、第１のエッジ研磨はステップ（ｇ）において行なわれ、第２のエッジ研磨はステップ（ｈ）の後に行なわれる、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
  22. 第２のエッジ研磨は、請求項１９または２０における研磨剤に対応する研摩材を含有した研磨剤スラリーの供給と共に行なわれる、請求項２１に記載の方法。
  23. 後面を追加的に研磨することがステップ（ｆ）の後に行われ、後面は、各場合において、研磨パッドにおいて結合される研摩性材料を含み研磨圧力で半導体ウェハの後面に押圧される研磨パッドを使用して、３つのステップで研磨され、第１のステップでは、固体を含まない研磨剤が研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入され、第２および第３のステップでは、研摩性材料を含んでいる研磨剤が研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入され、第１および第２のステップでの８〜１５ｐｓｉの研磨圧力は、第３のステップで０．５〜５ｐｓｉに低減される、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
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