JP5677929B2 - 少なくとも3枚の半導体ウェハの両面の同時材料除去処理のための方法 - Google Patents
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Description
本発明は、両面処理装置の2枚の回転する環状加工ディスク同士の間の少なくとも3枚の半導体ウェハの両面の同時材料除去処理のための方法であって、両面処理装置は、少なくとも3つのキャリアを回転させる転がり装置を有し、各キャリアは厳密に1つの開口部を有し、当該開口部に1枚の半導体ウェハが、加工ディスク同士の間のサイクロイド軌道上を移動するように、自由に移動できるように挿入される方法に関する。
電子機器、超小型電子機器および超小型電気機械装置には、出発物質として、大域的および局所的な平坦度、片面参照平坦度(ナノトポロジー)、粗度および清浄度に関する極端な要求を満たさなければならない半導体ウェハが必要である。半導体ウェハは、元素半導体(シリコン、ゲルマニウム)、化合物半導体(たとえば、アルミニウム、ガリウムもしくはインジウムなどの周期表の第III主族の元素に、窒素、リンもしくは砒素などの周期表の第V主族の元素を加えたもの)、またはそれらの化合物(たとえばSi1-xGex、0<x<1)などの半導体材料からなるウェハである。
(a) 通常単結晶の半導体ロッドの製造;
(b) ロッドの個々のウェハへのスライシング;
(c) 機械的処理;
(d) 化学処理;
(e) 化学機械的処理;
(f) 適宜、層構造の付加的な製造。
したがって、たとえば450mmなどの非常に大きい直径の場合でも、特に平面平行半導体ウェハを経済的に製造できるように、遊星運動学を用いて公知の両面処理方法を向上させるという目的が生じた。
R/e・sin(π/N*)−r/e−1≦1.2
を満たすようなものであり、N*は、周角と、隣接するキャリア同士が互いに最大距離を空けられた状態で転がり装置に挿入される角度との比率を表わし、rは半導体ウェハを受ける開口部の半径を表わし、eは、開口部が配置されるキャリアの中点の周りのピッチ円の半径を表わし、Rは、キャリアが転がり装置によって加工ディスク同士の間を移動するピッチ円の半径を表わす。
図8は、本発明に係る方法を実行するのに好適な、先行技術に係る装置の主要な要素を示す。当該装置は、遊星運動学を用いた同時両面ラッピング、研削または研磨に好適である。当該図は、たとえばDE10007390A1に開示されているような、半導体ウェハなどのディスク型加工物を処理するための2ディスクマシンの基本的な概略を斜視図で示す。図1〜図4は、キャリア13、およびキャリア13の開口部1の配置の平面図である。当該装置の以下の説明で用いられる参照符号および当該装置が動作する態様は、これら5つの図面に関連する。
処理時、加工ディスク31および32、ならびに駆動リング33および35は、装置全体の中点3の周りに同心円状に回転速度no、nu、niおよびnaで回転する(4方向駆動)。この結果、キャリアは、一方ではピッチ円8上で中点3の周りを回転し、他方では同時に自身のそれぞれの中点4の周りで固有回転を行う。半導体ウェハの任意の点について、下側加工ディスク32および上側加工ディスク31に関して特徴的な軌道(運動学)が生じ、当該軌道はトルコイドと称される。トルコイドは、すべての通常の、短縮または延長された外サイクロイドまたは内サイクロイドの一般性であると理解される。
図面および例示的な実施形態を参照して、本発明を以下により詳細に説明する。
x/e=R/e・sin(π/N)−r/e−1
この場合、Rは、内側駆動リング33および外側駆動リング35によって形成される転がり装置によってキャリア中点4が環状加工ディスク31と32との間で両面処理装置の中点3の周りを回転するピッチ円8の半径を表わし(図8参照)(遊星運動)、Nは、両面処理装置に挿入されるキャリア13の数を表わし、rは、半導体ウェハを受けるキャリア13の開口部1の半径を示し、eは、開口部1の中点5が存在するキャリア13の中心4の周りのピッチ円2の半径である。本発明によると、各キャリアは、半導体ウェハを受ける厳密に1つの開口部1を有する。
x/e=R/e・sin(π/N*)−r/e−1
からの計算に従った結果として、本発明に本質的である。
したがって、良好な処理結果は、好ましい範囲x/e≦1.2内の距離2xおよび偏心率eの特定の比率についてのみ得られ、これは、各キャリアが半導体ウェハを受ける開口部を有する遊星運動学を用いるすべての両面処理方法についての材料除去作用の特定的なメカニズムに関係なく当てはまる。これは特に、300mmよりも大きい直径を有する大型半導体ウェハについても同じである。当該半導体ウェハは、特に、400mm以上の直径を有し得る。シリコンウェハの場合、実際的な用途には450mmの直径がますます重要になるであろう。
実施例1
図1を参照して、まず本発明に係る関係をより詳細に説明する。図1は、本発明に係る配置例を示す。示される実施例では、5個(N=5)のキャリア13が、環状加工ディスク上の両面処理装置の中点3の周りの半径Rを有するピッチ円8上のそれぞれの中点4に関して配置される。各キャリア13内で、直径450mmの半導体ウェハが1枚のみ、半径rの受取り開口部1に挿入される。
図2は、比較例として、本発明に係らない配置を示す。実施例1と同じ装置(図1)を使用した。研磨パッド、冷却潤滑油の種類、および流れ(水)は同一である。同一の材料除去率(処理時の同等の機械的および熱的交番荷重)を得るために、下側加工ディスクに対する上側加工ディスクの圧力を、バッチ内の半導体ウェハの数に比例して減少させた。処理行程のすべての半導体ウェハの厚みの平均値の周りの各半導体ウェハの平均の個々の厚みの最適な平坦度および最小変動を得るために、実施例1で説明したように、加工間隙の距離を処理時に測定および調整装置によって常に一定に保った。
図3は、本発明に係らない配置のさらなる比較例を示し、開口部1がキャリア内に完全に同心配置されている。同図は、合計6個のキャリア内の合計6個(N=6)の450mmの半導体ウェハ(r*=225mm)の配置を示しており、これらの外側歯のピッチ円径は482.85mmである。この例は、ピーターウォルターズ社のAC1500P3型の処理装置を使用して得られ、装置中点3の周りのキャリア中点の回転についてのピッチ円8はR=507.75mmであった。当該処理は、実施例1および比較例1と同一の加工層および冷却潤滑油(水)を用いたPPGとして実行した。キャリアのサイズが小さいため、450mmの半導体ウェハの配置は、ほぼ完全に同心円状であるときにのみ可能である。示される他の実施例および比較例と同様に、かつ先行技術において慣例のように、半導体ウェハを受けるキャリアの開口部は合成樹脂(「インサート」)で裏打ちされている。これによって、半導体ウェハがキャリアの材料と直接接触することが防止されるため、キャリア材料の硬鋼との直接接触による半導体ウェハの損傷、および微量金属(Fe、Ni、Cu)による汚染が防止される。この裏打ちは、射出成形法によって導入される。射出成形時の高圧のため、および冷却時の導入合成樹脂の収縮の結果として、鋼体が弾性変形するため、裏打ちは一般に真円度偏差および偏心率が小さい。これは、図2に示す例では、およそe=0.5mmであった。
実施例2では、最後に、比較例2と、同一の処理装置についての本発明に係る配置(N=6、R=507.75)を比較する。この配置を図4に示す。転がり装置には再び、6個のキャリアを最大密度で配置した。比較例2(図3)とは対照的に本発明に係る実施例2(図4)における小さなキャリア内の半導体ウェハの偏心配置を達成するために、より小型の半導体ウェハを使用し(r*=150mm、すなわち直径300mmの半導体ウェハ)、r=150.5mmの開口部1に挿入した。この場合、開口部1の偏心率eは、両方の場合において隣接するキャリアの包絡線6同士がほぼ等しい距離2x(実施例2ではx=30.875、比較例2ではx=28.363)を有するように(e=72.5mm)選択した。実施例2では、x/e=0.426が望ましい範囲内に生じた。
さらなる実施例および比較例
表1は、ラッピング処理によって得られた実施例および比較例も含む。ラッピングによって本発明に従って処理された半導体ウェハについては、非常に平坦な厚みプロファイルを有する平坦で厚みが均一の半導体ウェハが得られ、これらは、図7に示すPPGによって処理された半導体ウェハの実施例1と同様である。本発明に従わずに行なったラッピング方法の場合(x/e>1.2)、たとえば図5に示されるような厚みプロファイルを有する半導体ウェハが得られる。PPGによって本発明に従わずに処理された半導体ウェハ(図6)の場合と同様の態様で、図5は、凸状の厚みプロファイルを有する半導体ウェハを示す。ここでも、最大厚みの場所は半導体ウェハの中心に位置しているが、本発明に従わずにラッピングされた半導体ウェハの凸形状は、半導体ウェハの中心から端縁にかけて、厚み15がより均一に、かつ著しく回転対称に減少している。
1 半導体ウェハを受ける開口部
2 半導体ウェハを受けるキャリアの開口部の配置のピッチ円
3 両面処理装置の中点
4 キャリアの中点
5 半導体ウェハを受ける開口部の中点
6 キャリアの中点の周りのキャリア内の半導体ウェハを受ける開口部の配置の包絡輪状線
7 キャリアの外側歯のピッチ円
8 両面処理装置の中点の周りのキャリア中点の回転のピッチ円(遊星経路)
9 2つの隣接するキャリアの中点を結ぶ直線
10 環状加工ディスクの外側端縁
11 環状加工ディスクの内側端縁
12 加工ディスクの端縁を越えた半導体ウェハの変位の領域
13 キャリア
14 内側駆動リングのピッチ円
15 半導体ウェハの凸状厚みプロファイル
16 半導体ウェハの凸状の不規則な厚みプロファイル
17 半導体ウェハの均一な厚みプロファイル
18 本発明に係る望ましい範囲内のx/eパラメータおよびTTV*を有する方法構成のセット
19 望ましい範囲内ではないが、依然として本発明に係る範囲内のx/eパラメータおよびTTV*を有する方法構成のセット
20 外側駆動リングのピッチ円
21 本発明に係らない範囲内のx/eパラメータおよびTTV*を有する方法構成のセット
30 加工間隙
31 上側加工ディスク
32 下側加工ディスク
33 内側駆動リング
34 作用剤を供給するための穴
35 外側駆動リング
36 半導体ウェハ
37 加工間隙幅の測定装置
39 上側加工層
40 下側加工層
e キャリア内の半導体ウェハを受ける開口部の配置のピッチ円半径(開口部の偏心率)
na 外側駆動リングの回転速度
ni 内側駆動リングの回転速度
no 上側加工ディスクの回転速度
nu 下側加工ディスクの回転速度
r* 半導体ウェハの半径
r 半導体ウェハを受けるキャリアの円形開口部の半径
N 両面処理装置のキャリアの数
N* 隣接するキャリア同士が互いに最大距離を空けられた状態で転がり装置に挿入される角度に対する周角の比率
R 両面処理装置の中点の周りのキャリア中点の回転のピッチ円半径(遊星経路半径)
T 半導体ウェハの厚み
TTV 全厚み変化(半導体ウェハ全体の厚み変化の範囲、最小…最大)
TTV* 領域正規化TTV、すなわち、300mmの半導体ウェハの面積に対するTTV
x 2つの隣接するキャリアの包絡線6同士の間の距離の半分
Claims (4)
- 両面処理装置の2枚の回転する環状加工ディスク同士の間の少なくとも3枚の半導体ウェハの両面の同時材料除去処理のための方法であって、両面処理装置は、少なくとも3つのキャリアを回転させる転がり装置を有し、キャリアの各々は厳密に1つの開口部を有し、当該開口部に1枚の半導体ウェハが、加工ディスク同士の間のサイクロイド軌道上を移動するように、自由に移動できるように挿入され、両面処理装置内のキャリアの配置およびキャリアの開口部の配置は、不等式
R/e・sin(π/N*)−r/e−1≦1.2
を満たすようなものであり、N*は、周角と、隣接するキャリア同士が互いに最大距離を
空けられた状態で転がり装置に挿入される角度との比率を表わし、rは半導体ウェハを受ける開口部の半径を表わし、eは、開口部が配置されるキャリアの中点の周りのピッチ円の半径を表わし、Rは、キャリアが転がり装置によって加工ディスク同士の間を移動するピッチ円の半径を表わし、
両面処理装置内のキャリアの配置、およびキャリアの開口部の配置は、不等式
0.05≦R/e・sin(π/N*)−r/e−1≦0.55
を満たすようなものであり、半導体ウェハの直径は400mm以上である、方法。 - すべてのキャリアの開口部はサイズが同一であり、キャリア上に同様に配置される、請求項1に記載の方法。
- 各キャリア上に、半導体ウェハを受ける開口部を厳密に完全に含む包絡輪状線が、キャリアの中点の周りに規定され、キャリアは、隣接する包絡輪状線同士の間の平均距離からの、隣接するキャリアの包絡輪状線同士の間の距離の偏差の絶対値の合計が最小になるように、転がり装置に配置される、請求項1または2に記載の方法。
- すべての隣接するキャリアの包絡輪状線同士の間の距離は等しい、請求項3に記載の方法。
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