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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
monokristalliner Halbleiterwafer mit Hochglanz-Oberfläche, die
einen hohen Grad an Flachheit aufweisen, wobei das Verfahren einen
Gasphasenätzvorgang
umfasst, und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen von Siliziumhalbleiterwafern
mit Hochglanz-Oberfläche
und auf monokristalline Halbleiterwafer mit Hochglanz-Oberfläche, die
einen hohen Grad an Flachheit aufweisen und durch das Verfahren
hergestellt sind.
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Beschreibung verwandter
Techniken
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Wie
durch das Vorgangsflussdiagramm in 6 gezeigt,
hat ein herkömmliches
Verfahren zum Herstellen von Siliziumhalbleiterwafern mit Hochglanz-Oberfläche im Allgemeinen
einen Schneidevorgang A, in dem ein mit einer monokristallinen Produktionsvorrichtung
produzierter monokristalliner Block geschnitten wird, um dünne, scheibenartige Wafer
zu erhalten; einen Abschrägungsvorgang
B, in dem die Außenränder abgeschrägt werden,
um die Bildung von Rissen und Defekten in dem im Vorgang A erhaltenen
Wafer zu verhindern; einen Läppvorgang
C, in dem der abgeschrägte
Wafer geläppt
wird, um eine flache Oberfläche
aufzuweisen; einen Ätzvorgang
D, in dem der in der abgeschrägten
und geläppten
Waferoberfläche
verbleibende Bearbeitungsschaden eliminiert wird; einen primären Hochglanzoberflächen-Poliervorgang
E, in dem die Oberfläche des
geätzten
Wafers grob poliert wird; einen Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang F,
in dem die Oberfläche
des Wafers, der der primären
Hochglanzoberflächenpolierung
unterzogen worden ist, Hochglanz-Fertigpolierung unterzogen wird;
und einen letzten Reinigungsvorgang G, in dem der Wafer, der der
Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung unterzogen
worden ist, gereinigt wird, so dass das Poliermaterial und an dem
Wafer anhaftende Fremdstoffe beseitigt werden, beinhaltet.
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EP-A-0588055
offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Wafers, das Schritte
des Schneidens, des Abschrägens,
des Läppens,
des Ätzens, der
groben Hochglanzoberflächenpolierung,
der endgültigen
Hochglanzoberflächenpolierung
und des Reinigens umfasst, wie in dem Oberbegriff des hier angehängten Anspruch
1 festgelegt.
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In
manchen Fällen
schließt
der Hochglanzoberflächen-Poliervorgang
drei Stufen des Polierens ein: nämlich
ein primäres
Polieren, ein sekundäres Polieren
und ein Fertigpolieren, oder sogar mehr Stufen, um eine gute Flachheit
und Oberflächenrauheit bereitzustellen.
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Des
Weiteren wird in solchen Fällen,
in denen Wafer aus einem Block Halbleitersilizium, das gemäß dem Czochralski-Verfahren
hergestellt ist, produziert werden, eine Wärmebehandlung mit Donator-Annihilation
zum Eliminieren des Effekts von residenten Sauerstoffdonatoren im
Allgemeinen vor dem Hochglanzoberflächen-Poliervorgang, zum Beispiel
unmittelbar nach dem Ätzvorgang
D, ausgeführt.
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Das
oben beschriebene herkömmliche
Verfahren zum Herstellen von Halbleiterwafern mit Hochglanz-Oberfläche schließt jedoch
viele Vorgänge
ein und ist kompliziert; obwohl die Produktionskosten dadurch hoch
sind, ist das herkömmliche
Verfahren des Weiteren immer noch unfähig, den genauen Grad an Flachheit,
der durch den höheren
Grad an Integration neuester führender
Halbleitergeräte gefordert
wird, bereitzustellen.
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Die
Untersuchung und Entwicklung von verschiedenen Techniken ist folglich
fortgeführt
worden, mit einem Blick auf das Erhöhen des Grads an Integration
von zukünftigen
Halbleitervorrichtungen und das Erhöhen des Durchmessers und das
Verbessern der Flachheit von Wafern.
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Darunter
ist eine besonders wichtige Technik, bekannt als PACE (Hochrate-Plasmaätzen), vor kurzem
entwickelt worden (siehe zum Beispiel die Offenlegungsschrift der
japanischen Patentanmeldungen (kokai) Nr. 5-160074, 6-5571 und 7-288249).
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Bei
diesem Verfahren wird die Dicke eines Wafers durch Gasphasenätzen einheitlich
gemacht. Die Menge Material, die durch Plasmaätzen beseitigt wird, wird durch
das Messen der Dickenverteilung des Wafers und dann das Steuern
der Geschwindigkeit der Düse,
die gemäß der so
gemessenen Verteilung über
den Wafer tastet, gesteuert. Auf diese Weise wird die Waferdicke
einheitlich gemacht und der Wafer wird sehr flach gemacht.
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Wenn
der PACE-Vorgang nach dem Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang F des herkömmlichen
in 6 gezeigten Verfahrens zum Herstellen von monokristallinen
Siliziumhalbleiterwafern mit Hochglanz-Oberfläche eingefügt wird, kann der Grad an Flachheit
des Wafers (TTV, Gesamtdickenabweichung; d. h. der Unterschied zwischen
der Höchstdicke
und der Mindestdicke über
die gesamte Oberfläche
eines Wafers) verglichen mit dem Fall des herkömmlichen Verfahrens (siehe 5A)
merklich verbessert werden (siehe 5B). Infolgedessen
kann ein zufriedenstellend hoher Grad an Flachheit, der für zukünftige Halbleiterwafer
mit Hochglanz-Oberfläche
erforderlich ist, durch dieses Verfahren erhalten werden.
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Obwohl
die vorher erwähnte
PACE-Technik die Flachheit der Wafer in großem Ausmaß verbessert, wird zwangsläufig eine
neue Rauheit mit einer Periodizität von ungefähr 0,01–5 μm, bekannt als Trübung, auf
der Oberfläche
produziert, da der Wafer Hochenergieplasma ausgesetzt wird, und
die Oberflächenrauheit,
die durch die Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung verbessert
worden ist, wird zwangsläufig
nachteilig beeinflusst. Damit diese Trübung beseitigt werden kann,
muss folglich eine Spezialpolierung, bekannt als „Kontaktpolierung" (touch polishing),
durchgeführt
werden, um das Material in einer Dicke von ungefähr 10 nm zu beseitigen.
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Des
Weiteren ist PACE dafür
verantwortlich, Schaden und Defekte in der Waferoberfläche zu verursachen,
und ein weiterer Vorgang wie beispielsweise eine Polier-, Ätz- oder
Wärmebehandlung
muss durchgeführt
werden, um solchen Schaden und solche Defekte nach der PACE-Behandlung
zu beseitigen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen
von monokristallinen Halbleiterwafern mit Hochglanz-Oberfläche bereitzustellen,
die einen hohen Grad an Flachheit aufweisen, wobei das Verfahren
die mit dem herkömmlichen
Verfahren einhergehenden Probleme einschließlich eines Gasphasenätzvorgangs
wie beispielsweise PACE, d. h. Trübung, die auf einer Waferoberfläche produziert
wird, der Verursachung von Schaden und Defekten in der Oberfläche, hoher
Kosten und niedriger Produktivität
lösen kann.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen von
monokristallinen Halbleiterwafern mit Hochglanz-Oberfläche, die
durch das obige Verfahren hergestellt werden.
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Um
die obigen Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum Herstellen eines monokristallinen Halbleiterwafers
mit Hochglanz-Oberfläche,
das mindestens die Schritte des Schneidens eines monokristallinen
Halbleiterblocks, um einen dünnen,
scheibenförmigen
Wafer zu erhalten; des Abschrägens
des Außenrands
des Wafers, der durch den Schneideschritt erhalten wurde; des Läppens des
abgeschrägten
Wafers, um die Oberfläche
des abgeschrägten
Wafers flach zu machen; des Durchführens von Ätzen, um den Bearbeitungsschaden,
der in der abgeschrägten
und geläppten
Waferoberfläche
verbleibt, zu beseitigen; des Unterziehens der Oberfläche des
geätzten
Wafers einer Hochglanzoberflächenpolierung,
wobei die Hochglanzoberflächenpolierung
aus einem groben Hochglanzoberflächen-Poliervorgang
und einem Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang
besteht; und des Reinigens des hochglanzoberflächenpolierten Wafers beinhaltet,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des hochglanzoberflächenpolierten
Wafers Gasphasenätzen
unterzogen wird, um die Oberfläche
des Wafers bis zu einem hohen Grad flach zu machen, und dadurch,
dass der Schritt der Hochglanzoberflächenpolierung, der vor dem
Schritt des Gasphasenätzens
durchgeführt
wird, nur den groben Hochglanzoberflächen-Poliervorgang beinhaltet,
wobei der Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang nach
dem Schritt des Gasphasenätzens
und vor dem Schritt des Reinigens ausgeführt wird.
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Der
dem Gasphasenätzen
vorausgehende Hochglanzoberflächen-Poliervorgang wird
wie oben beschrieben in der Stufe der groben Hochglanzoberflächenpolierung
gestoppt, denn wenn der Wafer nach der Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung
wie in der Vergangenheit Gasphasenätzen unterzogen wird, wird
die vorher erwähnte
Trübung
zwangsläufig durch
den Schritt des Gasphasenätzens
eingeführt, und
die Oberflächenrauheit,
die durch die Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung verbessert
worden ist, wird zwangsläufig
nachteilig beeinflusst. Das Stoppen in der Stufe der groben Hochglanzoberflächenpolierung
in dem Schritt der Hochglanzoberflächenpolierung vor dem Ausführen des
Gasphasenätzens macht
es möglich,
einen verschwenderischen Vorgang zu vermeiden, indem das Ausführen von
Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung nach
dem Schritt des Gasphasenätzens
ausgeführt
wird, und macht es ebenfalls möglich,
Wafer zu erhalten, die eine ausgezeichnete Flachheit, bereitgestellt
durch das Gasphasenätzen,
besonders PACE, und eine ausgezeichnete, durch die Hochglanz-Fertigpolierung bereitgestellte
Oberflächenrauheit
aufweisen.
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Der
grobe Hochglanzoberflächen-Poliervorgang
in dem dem Schritt des Gasphasenätzens
vorausgehenden vorher erwähnten
Schritt der Hochglanzoberflächenpolierung
wird vorzugsweise derart ausgeführt,
dass der quadratische Mittelwert der Wellenkomponente nicht mehr
als 0,5 nm beträgt.
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Der
vorher erwähnte
grobe Hochglanzoberflächen-Poliervorgang
in dem dem Schritt des Gasphasenätzens
vorausgehenden Schritt der Hochglanzoberflächenpolierung wird derart ausgeführt, dass
der quadratische Mittelwert der Rauheitskomponente, die eine Periodizität von ungefähr 5–100 μm aufweist,
die als Welle bekannt ist, auf nicht mehr als den spezifizierten
Wert begrenzt wird, um die Beseitigung des Materials in dem Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang,
der nach dem Schritt des Gasphasenätzens ausgeführt wird,
so weit wie möglich
zu reduzieren, und dadurch den nachteiligen Effekt auf den hohen
Grad an Flachheit, die durch das Gasphasenätzen, besonders durch PACE,
produziert wird, zu reduzieren.
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In
diesem Fall wird ein Wärmebehandlungsschritt
vorzugsweise nach dem vorher erwähnten Schritt
des Gasphasenätzens
und vor dem vorher erwähnten
Schritt des endgültigen
Reinigens ausgeführt.
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Der
Oberflächenschaden
und die Oberflächendefekte,
die durch das Gasphasenätzen,
besonders PACE, eingeführt
werden, können
durch das Ausführen
einer Wärmebehandlung
nach dem Schritt des Gasphasenätzens
auf diese Weise eliminiert werden.
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In
diesem Fall wird der Wärmebehandlungsschritt
vorzugsweise vor dem Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang ausgeführt.
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Wenn
die Wärmebehandlung
nach dem Schritt des Gasphasenätzens
und vor dem Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang
ausgeführt wird,
kann jeder Oxidfilm, jede Verschmutzung etc., der/die auf der Waferoberfläche als
Ergebnis der Wärmebehandlung
gebildet werden kann, eliminiert werden.
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Der
vorher erwähnte
Wärmebehandlungsschritt
wird vorzugsweise 20 Minuten bis 2 Stunden lang bei einer Temperatur
im Bereich von 400–800°C ausgeführt.
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Das
Unterziehen des Wafers einer Wärmebehandlung
nach dem Gasphasenätzen
unter derartigen Bedingungen macht es möglich, den Oberflächenschaden
und die Oberflächendefekte
des Wafers, die im Gasphasenätzen – besonders
durch den PACE-Vorgang – eingeführt worden
sind, vollständig zu
eliminieren, genauso wie Abnutzung aufgrund der Behandlungstemperaturen
und Behandlungszeiten über
den erforderlichen Niveaus zu bewältigen.
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Die
Wärmebehandlung
ist vorzugsweise eine Wärmebehandlung
mit Donator-Annihilation.
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Die
Wärmebehandlung
mit Donator-Annihilation, die herkömmlicherweise vor dem Hochglanzoberflächen-Polierschritt
ausgeführt
wird, zum Beispiel nach dem Schritt des Ätzens, wird nach dem Schritt
des Gasphasenätzens
ausgeführt,
so dass die Wärmebehandlung
mit Donator-Annihilation auch als Wärmebehandlung zum Beseitigen
des Oberflächenschadens
und der Oberflächendefekte,
die durch den Schritt des Gasphasenätzens produziert werden können, dienen
kann. Dies macht es möglich, die
Probleme des Gasphasenätzens,
besonders PACE, ohne Einführung
einer Erhöhung
der Kosten zu lösen.
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Der
Halbleitermonokristall ist vorzugsweise Silizium.
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Da
das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,
um einen monokristallinen Halbleiterwafer mit Hochglanz-Oberfläche zu erhalten,
der einen hohen Grad an Flachheit aufweist, wird es bei der Herstellung
von zukünftigen monokristallinen
Siliziumhalbleiterwafern mit Hochglanz-Oberfläche, die einen hohen Grad an
Flachheit für
einen erhöhten
Grad an Integration erfordern, von besonderem Vorteil sein.
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Die
vorliegende Erfindung ist folglich effektiv, wenn als das Gasphasenätzen besonders
Hochrate-Plasmaätzen
ausgeführt
wird.
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Die
durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten monokristallinen
Halbleiterwafer mit Hochglanz-Oberfläche weisen einen hohen Grad
an Flachheit auf; folglich genügen
sie auf angemessene Weise dem hohen Grad an Flachheit, der für führende Wafer,
die zukünftig
gefragt sein werden, erforderlich ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein allgemeines Vorgangsflussdiagramm des Verfahrens zum Herstellen
von monokristallinen Halbleiterwafern mit Hochglanz-Oberfläche gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine Zeichnung, die einen Vergleich von Wellenkomponenten zwischen
der vorliegenden Erfindung und dem herkömmlichen Vorgang zeigt;
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3 ist
eine Zeichnung, die einen Vergleich von Trübungskomponenten zwischen der
vorliegenden Erfindung und dem herkömmlichen Vorgang zeigt;
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4 ist
eine Zeichnung, die den Effekt der Anwesenheit oder Abwesenheit
einer Wärmebehandlung
und Behandlungstemperatur in der vorliegenden Erfindung und dem
herkömmlichen
Vorgang zeigt;
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5A und 5B sind
Zeichnungen, die den flach machenden Effekt aufgrund eines PACE-Vorgangs
auf einem monokristallinen Siliziumwafer mit Hochglanz-Oberfläche, der
einen Durchmesser von 200 mm aufweist, darstellen, wobei 5A den
Fall des herkömmlichen
Vorgangs zeigt und 5B den Fall zeigt, in dem der
PACE-Vorgang eingeschlossen worden ist; und
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6 ist
ein Flussdiagramm eines herkömmlichen
Herstellungsvorgangs für
Siliziumwafer mit Hochglanz-Oberfläche.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG UND AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird unten detaillierter beschrieben.
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In
einem Vorgang, während
dem unter Verwendung von Gasphasenätzen, besonders dem PACE-Vorgang,
sehr flache monokristalline Halbleiterwafer mit Hochglanz-Oberfläche hergestellt
werden, ist es im Allgemeinen notwendig, die Kosten so weit wie
möglich
zu reduzieren und Probleme wie beispielsweise Trübung und Schaden, die durch
den PACE-Vorgang
erzeugt werden, zu lösen,
ohne den hohen Grad an Flachheit, der durch den PACE-Vorgang bereitgestellt
wird, zu verlieren. Der PACE-Vorgang,
der als ein Gasphasenätzverfahren
dient, ist als ein Beispiel beschrieben.
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Wie
oben beschrieben worden ist, produziert der PACE-Vorgang eine neue
Rauheit mit einer Periodizität
von ungefähr
0,01–5 μm, bekannt
als Trübung.
Dies muss folglich durch eine auf den PACE-Vorgang nachfolgende
Art von neuer Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung
eliminiert werden. Wenn dies getan wird, wird es überflüssig, als
den in dem PACE-Vorgang verwendeten Wafer einen Wafer zu verwenden,
der eine gute Oberflächenrauheit
aufweist, die durch herkömmliches
Hochglanzoberflächen-Fertigpolieren
erhalten wurde, und es kann gesagt werden, dass bloß grobes
Polieren zufriedenstellend ist.
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Andererseits
verschlechtert sich die mit PACE assoziierte Produktivität in umgekehrter
Proportion zu der Materialabnahme. Hinsichtlich der Waferverarbeitungskosten
ist es folglich wünschenswert,
dass die durch den PACE-Vorgang zu beseitigende Materialabnahme
auf nicht mehr als ein paar μm
beschränkt
wird. Es ist folglich wünschenswert, dass
ein dem PACE-Vorgang zu unterziehender Wafer einen gewissen Grad
an Flachheit aufweist und dass seine Oberfläche nicht rau ist.
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Des
Weiteren variiert die durch den herkömmlichen PACE-Vorgang beseitigte
Materialabnahme von ein paar μm
zu einigen zehnfachen von μm,
und in solch einem Fall verbleibt die Oberflächenrauheit des verwendeten
Wafers vor und nach dem PACE-Vorgang praktisch unverändert. Das heißt, wenn
ein PACE-Vorgang zum Beispiel mit einem herkömmlichen geätzten Wafer (einem dem Ätzvorgang
D aus 6 folgenden Wafer) ausgeführt wird, der nicht der Hochglanzoberflächenpolierung unterzogen
worden ist, gibt es eine merkliche Verbesserung des Grads an Flachheit
des Wafers, aber die Oberflächenrauheit
ist die gleiche wie die der geätzten
Oberfläche
vor dem PACE-Vorgang.
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Wenn
der PACE-Vorgang des Weiteren zum Beispiel mit einem Wafer ausgeführt wird,
der hochglanzoberflächenpoliert
worden ist, wird die vorher erwähnte
Oberflächenrauheitskomponente
mit einer Periodizität
von 5–100 μm, bekannt
als Welle, nicht eliminiert und verbleibt weiterhin. Die Hochglanzoberflächenpolierung
muss folglich nachfolgend auf den PACE-Vorgang erneut ausgeführt werden,
um die Welle zu beseitigen.
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Es
ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass der sehr hohe Grad an Flachheit,
der durch den PACE-Vorgang produziert wird, zu dieser Zeit zwangsläufig nachteilig
beeinflusst wird. Das neue Polieren nach dem PACE-Vorgang muss folglich
so wenig Materialabnahme wie möglich
einschließen.
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Angesichts
der oben beschriebenen Fakten wird in der vorliegenden Erfindung
der Hochglanzoberflächen-Poliervorgang
vor dem PACE-Vorgang auf
der groben Polierstufe gestoppt, und die Fertigpolierung wird nach
dem PACE-Vorgang ausgeführt.
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Der
Hochglanzoberflächen-Poliervorgang vor
der PACE-Verarbeitung wird auf der groben Polierstufe gestoppt (hier
bedeutet dies das Polieren vor der Fertigpolierung, wie bespielsweise
primäres
Polieren oder sekundäres
Polieren), denn wenn PACE unter Verwendung eines Wafers nach der
Fertigpolierung auf die herkömmliche
Weise ausgeführt
wird, wird die vorher erwähnte
Trübung
zwangsläufig
in dem PACE-Vorgang eingeführt,
und die Oberflächenrauheit,
die durch die Hochglanzoberflächen- Fertigpolierung verbessert
wird, wird zwangsläufig
nachteilig beeinflusst. Ein verschwenderischer Vorgang kann folglich
vermieden werden, und eine Reduzierung der Verarbeitungskosten kann
erreicht werden, in dem der Hochglanzoberflächen-Poliervorgang vor dem
PACE-Vorgang auf der groben Polierstufe gestoppt wird und die Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung nach
dem PACE-Vorgang ausgeführt
wird.
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In
diesem Fall wird das grobe Polieren in dem Hochglanzoberflächen-Poliervorgang vor
dem PACE-Vorgang vorzugsweise derart ausgeführt, dass der quadratische
Mittelwert der Wellenkomponente (ausgedrückt durch den quadratischen
Mittelwert der Rauheit der Oberflächenrauheit mit einer Periodizität von 5–100 μm) nicht
mehr als 0,5 nm beträgt.
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Wie
vorher erwähnt
verbleibt in Verbindung mit der Welle die Rauheit nach dem PACE-Vorgang genauso,
wie sie vor dem PACE-Vorgang war. Die Wellenkomponente muss folglich
in dem Hochglanzoberflächen-Poliervorgang vor
dem PACE so weit wie möglich
beseitigt werden, um die Materialabnahme in dem nach dem PACE-Vorgang
ausgeführten Fertigpoliervorgang
so weit wie möglich
zu reduzieren und das Verschlechtern des hohen Grads an Flachheit,
bereitgestellt durch die PACE-Verarbeitung, zu vermeiden. Dies ist
der Grund für
das Ausführen
des groben Polierens, so dass der quadratische Mittelwert der Wellenkomponente
nicht größer als
0,5 nm wird.
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In
der vorliegenden Erfindung wird der Hochglanzoberflächen-Poliervorgang vor
dem PACE-Vorgang folglich bei der groben Polierung gestoppt, wobei
nur die Reduzierung der Wellenkomponente berücksichtigt worden war, und
die Fertigpolierung wird nach dem PACE-Vorgang ausgeführt.
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Für einen
derartigen groben Poliervorgang sollte eine Hochglanzoberflächenpolierung
unter Auslassung der so genannten Fertigpolierung, die in dem herkömmlichen
Vorgang ausgeführt
wird, ausgeführt
werden. In diesen Fällen,
in denen der herkömmliche
Vorgang drei Stufen mit einer primären Polierung, einer sekundären Polierung
und einer Fertigpolierung oder sogar mehr Stufen beinhaltet, sollte der
vorher erwähnte
grobe Poliervorgang der Hochglanzoberflächen-Poliervorgang sein, bei
dem, zusätzlich
zu der Fertigpolierung, ein Teil des früheren Poliervorgangs ebenfalls
ausgelassen wird.
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Wie
oben beschrieben, können
die durch den PACE-Vorgang produzierte überschüssige Wellenkomponente und
die Trübungskomponente
eliminiert werden, ohne die durch die nach dem PACE-Vorgang ausgeführte Fertigpolierung
beseitigte Materialabnahme zu erhöhen. Der durch den PACE-Vorgang
produzierte hohe Grad an Flachheit wird ebenfalls nicht nachteilig
beeinflusst. Des Weiteren ist dieser Vorgang einfach eine Veränderung
der Reihenfolge, in der der herkömmliche
Fertigpoliervorgang ausgeführt
wird, und es besteht kein Bedarf an der Zugabe eines besonderen
Vorgangs wie etwa „Kontaktpolierung" (touch polishing),
wie vorher erwähnt.
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Die
monokristallinen Halbleiterwafer mit Hochglanz-Oberfläche, die
sowohl einen durch den PACE-Vorgang bereitgestellten guten Grad
an Flachheit als auch eine durch die Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung
bereitgestellte gute Oberflächenrauheit
aufweisen, können
mit niedrigeren Kosten als mit dem herkömmlichen Vorgang zum Herstellen
eines monokristallinen Halbleiterwafers mit Hochglanz-Oberfläche, in
dem PACE eingeschlossen ist, hergestellt werden.
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In
dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Wärmebehandlung
vorzugsweise nach dem PACE-Vorgang und vor dem endgültigen Reinigungsvorgang
durchgeführt.
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Dies
liegt daran, dass der PACE-Vorgang dafür verantwortlich ist, Schaden
und Defekte in der Waferoberfläche
einzuführen,
und der Schaden und die Defekte müssen durch einen zusätzlichen
Vorgang nachfolgend auf den PACE-Vorgang wie beispielsweise Polieren, Ätzen oder
Wärmebehandlung beseitigt
werden. Dies kann ebenfalls durch den Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang
nachfolgend auf den PACE-Vorgang
erreicht werden, wie oben beschrieben. Da die Materialabnahme bei
der Fertigpolierung so gering wie möglich gemacht wird, um den
durch den PACE-Vorgang bereitgestellten hohen Grad an Flachheit
beizubehalten, können
jedoch in manchen Fällen
Oberflächenschaden
und -defekte nicht vollständig
durch den Fertigpoliervorgang eliminiert werden.
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Durch
das Ausführen
einer weiteren Wärmebehandlung
nach dem PACE-Vorgang
auf diese Weise können
der Oberflächenschaden
und die Oberflächendefekte,
die durch den PACE-Vorgang eingeführt wurden, vollständig eliminiert
werden, ohne den Grad an Flachheit nachteilig zu beeinflussen.
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Diese
Wärmebehandlung
wird daher vorzugsweise nach dem PACE-Vorgang und vor der Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung
ausgeführt. Dies
liegt daran, dass eine Möglichkeit
der Bildung von zum Beispiel einem Oxidfilm oder einer Verschmutzung
auf der Waferoberfläche
als Resultat der Wärmebehandlung
besteht, aber selbst in diesem Fall kann dieser/diese durch den
Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang
nachfolgend beseitigt werden.
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Die
Wärmebehandlung
für die
Eliminierung des Schadens und der Defekte in der Waferoberfläche nach
dem PACE-Vorgang wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich
von 400–800°C über einen
Zeitraum von 20 Minuten bis 2 Stunden ausgeführt.
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Eine
Wärmebehandlungstemperatur
unter 400°C
ist unzureichend zum Eliminieren des Schadens und der Defekte, und
wenn die Temperatur 800°C überschreitet,
kann der Wafer verschiedenen nachteiligen Effekten unterliegen,
wie beispielsweise Oxidation, und in jedem Fall ist bei Temperaturen
unter 800°C
der Schadeneliminierungseffekt zufriedenstellend. Der Schaden kann
folglich zum Beispiel mit einer Wärmebehandlung 1 Stunde lang
bei 500°C vollständig eliminiert
werden, ohne Probleme wie etwa die oben angezeigten zu verursachen.
Des Weiteren wird eine Wärmebehandlungszeit
von 20 Minuten bis 2 Stunden bevorzugt. Dies liegt daran, dass die
Eliminierung von Schaden mit Wärmebehandlung über weniger
als 20 Minuten unzureichend ist und eine zufriedenstellende Eliminierung
des Schadens erlangt werden kann, wenn die Wärmebehandlung 2 Stunden lang
ausgeführt
wird.
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Hier
in diesen Fällen,
in denen Wafer mit einer Hochglanz-Oberfläche aus einem Block von Halbleitersilizium,
hergestellt gemäß dem Czochralski-Verfahren, produziert
werden, muss eine Wärmebehandlung
mit Donator-Annihilation
ausgeführt
werden, um den Effekt von residenten Sauerstoffdonatoren zu eliminieren,
und dies wird ungefähr 30
Minuten lang bei ungefähr
650°C ausgeführt, gewöhnlicherweise
in einem Vorgang vor dem Hochglanzoberflächen-Poliervorgang, zum Beispiel
unmittelbar nach dem Ätzvorgang.
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In
der vorliegenden Erfindung kann folglich die Wärmebehandlung mit Donator-Annihilation
nach dem PACE-Vorgang ausgeführt
werden, so dass die Wärmebehandlung
mit Donator-Annihilation als eine Wärmebehandlung zur Eliminierung
des/der durch den oben beschriebenen PACE-Vorgang produzierten Oberflächenschadens
und der Oberflächendefekte
dient. Dies macht es möglich,
den Oberflächenschaden
und die Oberflächendefekte
zu eliminieren, die ein Problem bei PACE darstellen, ohne zu erhöhten Kosten
zu führen,
indem bloß die
Position der Wärmebehandlung
mit Donator-Annihilation innerhalb des gesamten herkömmlichen
Vorgangs geändert
wird.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert
beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt.
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1 ist
ein allgemeines Flussdiagramm des Verfahrens zum Herstellen eines
monokristallinen Halbleiterwafers mit Hochglanz-Oberfläche gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Wie
oben detailliert beschrieben worden ist, ereignet sich zwangsläufig ein
merklicher Anstieg der Produktionskosten, wenn ein PACE-Vorgang,
ein Wärmebehandlungsvorgang,
um den restlichen Schaden zu eliminieren, und ein neuer Hochglanzoberflächen-Poliervorgang
zur Beseitigung von Trübung
einfach nach einem herkömmlichen
Hochglanzoberflächen-Poliervorgang,
der Vorgänge
bis zur Hochglanzoberflächen-Fertigpolierung
umfasst, hinzugefügt
werden. Des Weiteren besteht in einem solchen Fall ebenfalls die
Gefahr, dass der durch den PACE-Vorgang bereitgestellte hohe Grad
an Flachheit nachteilig beeinflusst wird.
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Ein
Beispiel eines optimalen Vorgangs für das Verfahren zum Herstellen
eines monokristallinen Halbleiterwafers mit Hochglanz-Oberfläche gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezug auf 1 für den Fall
beschrieben, in dem Wafer mit Hochglanz-Oberfläche aus einem Block aus monokristallinem
Halbleitersilizium, der durch das Czochralski-Verfahren hergestellt wurde, produziert werden.
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Wie
bei dem herkömmlichen
Verfahren schließt
dieser Vorgang das Ausführen
eines Schneideschritts (1), in dem ein monokristalliner Block, der mit
einem monokristallinen Produktionsgerät produziert worden ist, geschnitten
wird, um dünne,
scheibenförmige
Wafer zu erhalten; eines Abschrägungsschritts
(2), in dem der Außenrand
abgeschrägt
wird, um die Bildung von Rissen und Defekten in dem Wafer, der in
dem Schneidevorgang (1) erhalten wurde, zu verhindern; eines Läppschritts
(3), in dem die abgeschrägten
Wafer geläppt
und flach gemacht werden; und eines Ätzschritts (4), in dem der
Bearbeitungsschaden, der in der abgeschrägten und geläppten Waferoberfläche verbleibt,
beseitigt wird, ein. Der Vorgang bis zu dieser Stufe ist somit im
Prinzip unverändert
von dem herkömmlichen
Vorgang für
die Herstellung von monokristallinen Siliziumhalbleiterwafern mit
Hochglanz-Oberfläche.
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Das
unterscheidende Merkmal der Erfindung ist das nachfolgende Verarbeiten,
und die Wärmebehandlung
mit Donator-Annihilation, die normalerweise als nächstes ausgeführt werden
würde,
oder die bereits hätte
ausgeführt
werden sollen, wird hier ausgelassen. Unmittelbar nach dem Ätzschritt
(4) wird folglich ein Hochglanzoberflächen-Polierschritt (5) ausgeführt, einschließlich eines
optionalen primären Hochglanzoberflächen-Poliervorgangs,
und eines sekundären
Hochglanzoberflächen-Poliervorgangs, in
dem die Oberfläche
des geätzten
Wafers grober Polierung unterzogen wird.
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Nachfolgend
wird der Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang,
in dem die Oberfläche
des Wafers, die der vorher erwähnten
groben Hochglanzoberflächenpolierung
unterzogen worden ist, weiter poliert wird, und der gemäß dem herkömmlichen
Vorgang als nächstes
ausgeführt
werden sollte, hier ausgelassen. Anstelle dessen wird ein Reinigungsschritt (6)
ausgeführt,
um den groben hochglanzoberflächenpolierten
Wafer zu reinigen, wodurch das Poliermaterial und die an dem Wafer
anhaftenden Fremdstoffe beseitigt werden. Nachfolgend wird ein PACE-Schritt
(7) ausgeführt,
in dem dem Wafer ein hoher Grad an Flachheit verliehen wird.
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Ein
Wärmebehandlungsschritt
(8) wird dann ausgeführt,
um den/die durch den PACE-Schritt produzierten Schaden und Defekte
der Waferoberfläche zu
eliminieren. Die Wärmebehandlung
dient ebenfalls als eine Wärmebehandlung
mit Donator-Annihilation.
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Nach
dem Wärmebehandlungsschritt
wird ein Hochglanzoberflächen-Fertigpoliervorgang
(9) ausgeführt,
der die Welle und die Trübung – besonders
die Trübung,
die durch den PACE-Vorgang erzeugt worden ist – von der Waferoberfläche beseitigt und
zur gleichen Zeit ebenfalls die Oberflächenoxidschicht beseitigt,
die durch die Wärmebehandlung produziert
worden ist. Zum Schluss wird ein endgültiger Waferreinigungsvorgang
des Wafers (10) ausgeführt.
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BEISPIELE
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Wafer
mit Hochglanz-Oberfläche
mit einem Durchmesser von 200 mm wurden aus einem Block aus Siliziumhalbleitermonokristall,
der gemäß dem Czochralski-Verfahren
hergestellt wurde, produziert, und die durch die vorliegende Erfindung
bereitgestellte Verbesserung der Waferqualität wurde durch Vergleich mit
dem herkömmlichen
Vorgang evaluiert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in 2 bis 4 gezeigt.
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Ein
Vergleich der Wellenkomponenten ist in 2 gezeigt,
ein Vergleich der Trübungskomponenten
ist in 3 gezeigt und die Effekte der Abwesenheit oder
Anwesenheit einer Wärmebehandlung
und Wärmebehandlungstemperatur
sind in 4 gezeigt.
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Des
Weiteren zeigt in 2–4(a) einen
Wafer an, der mit dem herkömmlichen
Vorgang zur Produktion von monokristallinen Halbleiterwafern mit Hochglanz-Oberfläche, in 6 gezeigt,
erhalten wird, (b) zeigt einen Wafer unmittelbar nach dem PACE-Schritt
in dem Vorgang zur Produktion von monokristallinen Halbleiterwafern
mit Hochglanz-Oberfläche
der vorliegenden Erfindung, in 1 gezeigt, an,
und (c) zeigt einen Wafer der vorliegenden Erfindung an, der allen
in 1 gezeigten Vorgängen der Erfindung unterzogen
worden ist.
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Die
Wellenkomponente wurde wie folgt gemessen:
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Eine
optische Vorrichtung (WYKO Topo-3DTM: hergestellt
von WYKO) zum Messen der Oberflächenform
unter Verwendung des Mirau-Interferometers
wurde verwendet, um die Oberflächenrauhheit
des Bereichs von 250 μm × 250 μm zu messen.
Das quadratische Mittel der Rauheit (quadratischer Mittelwert),
das aus den Messungen berechnet wurde, wurde als eine Anzeige verwendet,
die das Niveau der Welle zeigt.
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Die
Trübungskomponente
wurde unter Verwendung eines lichtstreuenden Partikelzählers (LS-6000:
HITACHI ELECTRONICS ENGINEERING CO. LTD) in einem Modus zum Messen
von Trübung gemessen.
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Die
Lebensdauer wurde wie folgt gemessen:
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Die
Oberfläche
eines zu messenden Wafers wurde chemischer Passivierung unterzogen
und die Lebensdauer der so verarbeitenden Oberfläche wurde durch eine Vorrichtung
(LIFE-TECH-88R: hergestellt von Semitex) zum Messen einer Lebensdauer unter
Verwendung einer Mikrowelle gemessen.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, wurde wie bei einem herkömmlichen
Wafer ein guter Wert hinsichtlich der Wellenkomponente der Oberflächenrauheit bei
einem Wafer der vorliegenden Erfindung erhalten, weil die Welle
des Wafers unmittelbar nach dem PACE-Vorgang durch die Fertigpolierung
beseitigt wurde.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, wurde als nächstes wie bei einem herkömmlichen
Wafer ein guter Wert hinsichtlich der Trübungskomponente der Oberflächenrauheit
bei einem Wafer der vorliegenden Erfindung erhalten, weil die Trübungskomponente
des Wafers unmittelbar nach dem PACE-Vorgang durch die Fertigpolierung
beseitigt wurde.
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Da
der Wafer unmittelbar nach dem PACE-Schritt mehr Oberflächenschaden
aufwies als ein herkömmlicher
Wafer, versteht sich des Weiteren aus 4, dass
sich die Waferlebensdauer merkbar verschlechterte. Die Waferlebensdauer
wurde jedoch durch Verwendung einer Wärmebehandlung wiederhergestellt.
Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass eine Temperatur von mindestens
400°C, im
Allgemeinen mindestens 500°C,
als Behandlungstemperatur wünschenswert
ist, dass eine Temperatur unter 800°C angemessen ist, und dass,
selbst wenn die Temperatur dieses Niveau überschreitet, kein weiterer
Effekt erwartet werden kann.
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Andererseits
hatte ein Wafer der vorliegenden Erfindung, bei dem die Welle, die
Trübung
und der Oberflächenschaden
(Lebensdauer) auf die oben beschriebene Weise verbessert worden
waren, den gleichen Grad an Flachheit wie den in 5B gezeigten,
und der durch den PACE-Schritt bereitgestellte hohe Grad an Flachheit
wurde gehalten.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform sind
flach zu machende Wafer Halbleitersiliziumwafer. Die Erfindung ist
jedoch nicht hierauf beschränkt, und
die vorliegende Erfindung kann auch auf Wafer anderer Halbleitermaterialien,
wie beispielsweise Germanium, oder Verbindungshalbleitereinkristalle wie
etwa GaAs, GaP und InP angewendet werden.
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Des
Weiteren ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Herstellung
von monokristallinen Siliziumhalbleiterwafern mit Hochglanz-Oberfläche mit
einem Durchmesser von 200 mm beschrieben worden. Die Erfindung ist
jedoch nicht darauf beschränkt
und kann auf die Herstellung von Wafern mit einem hohen Grad an
Flachheit, die dadurch erhalten wird, dass Siliziumhalbleiter mit
einem großen
Durchmesser, die einen Durchmesser von 300 mm oder mehr oder 400
mm oder mehr aufweisen, dem PACE-Schritt unterzogen werden. In diesen
Fällen können die
gleiche Wirkung und gleiche Effekte ebenso erhalten werden. Die
vorliegende Erfindung kann umgekehrt natürlich ebenfalls auf Wafer mit
einem Durchmesser von 150 mm oder weniger angewendet werden.
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Obwohl
in der oben beschriebenen Ausführungsform
der PACE-Schritt als ein Beispiel des Gasphasenätzens verwendet wird, ist die
vorliegende Erfindung des Weiteren nicht darauf beschränkt und kann
auch in Fällen
angewendet werden, in denen ein Wafer durch Gasphasenätzen zum
Beispiel in dem Licht von hoher Intensität oder ein ultravioletter Laser
als eine Erregungsquelle verwendet wird, flach gemacht wird. In
diesen Fällen
können
die gleiche Wirkung und Effekte ebenso erhalten werden.