特表 2023-523939 半導体ウェハの研削方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-08

(54)【発明の名称】半導体ウェハの研削方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20230601BHJP

   B24B 55/02 20060101ALI20230601BHJP

   B24B 7/17 20060101ALI20230601BHJP

   B24B 7/04 20060101ALI20230601BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 631

B24B55/02 B

B24B7/17 Z

B24B7/04 A

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2022564387

(86)(22)【出願日】2021-04-12

(85)【翻訳文提出日】2022-12-14

(86)【国際出願番号】 EP2021059415

(87)【国際公開番号】W WO2021213827

(87)【国際公開日】2021-10-28

(31)【優先権主張番号】20170996.1

(32)【優先日】2020-04-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】599119503

【氏名又は名称】ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｅｉｎｓｔｅｉｎｓｔｒａｓｓｅ １７２，８１６７７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ケルスタン，ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】オーバーハンス，シュテファン

(72)【発明者】

【氏名】バイス，ロベルト

【テーマコード（参考）】

3C043

3C047

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C043BC06

3C043CC04

3C043CC11

3C043DD02

3C043DD06

3C047FF04

3C047GG01

5F057AA02

5F057AA16

5F057BA11

5F057BB03

5F057CA11

5F057CA19

5F057DA11

5F057EC29

5F057FA42

(57)【要約】

本発明は、半導体ウェハを研削する方法に関し、半導体ウェハは、高さｈを有する研削歯を含む研削工具によって材料除去のために機械加工され、冷却媒体が半導体ウェハと研削工具との間の接触領域に供給され、研削中の任意の時間において、すすぎ液が、ノズルによって半導体ウェハの片側の領域に適用され、この領域と半導体ウェハの中心との間の距離は２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウェハを研削する方法であって、高さｈを有する研削歯を含む研削工具によって材料を除去するように前記半導体ウェハを処理し、冷却剤が前記半導体ウェハと前記研削工具との間の接触領域に供給され、研削の任意の時点で、一気に流れる流体が、ノズルを介して前記半導体ウェハの片側の領域上に適用される、方法。

【請求項2】

前記半導体ウェハの両側が材料を除去するように同時に処理され、一気に流れる流体が前記半導体ウェハの両側の領域に適用される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記高さｈが減少するにつれて、時間あたりの冷却剤の量が低減される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項4】

時間当たりの冷却剤の量と時間当たりの一気に流れる流体の量との合計は一定である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記ノズルにおいて測定される前記一気に流れる流体の過剰な圧力は０．１バール以上である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記ノズルにおいて測定される前記一気に流れる流体の過剰な圧力は１．０バール以下である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

時間当たりの一気に流れる流体の量は０．０１ｌ／分以上１ｌ／分以下である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記領域は、前記半導体ウェハの中心から２ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下の距離にある、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

ノズルの表面積は１．５ｍｍ^２以下０．１ｍｍ^２以上である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

時間当たりの一気に流れる流体の量は、研削中、一定である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の主題は、半導体材料から作製されたウェハを研削する方法である。本発明は、両面から同時に材料を除去するように半導体ウェハを処理するために、研削工具の周囲における流体の最適な分布に基づく。

【背景技術】

【0002】

エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスおよびマイクロエレクトロメカニクス分野は、出発材料として、大域的および局所的平坦性、片側局所的平坦性（ナノトポロジー）、粗さ、および清浄度の点で、極端な要件を有する半導体ウェハ（基板）を必要とする。半導体ウェハは、半導体材料、特に砒化ガリウムなどの化合物半導体またはシリコンおよびゲルマニウムなどの元素半導体から作製されるウェハである。

【0003】

先行技術によれば、半導体ウェハは、多数の連続するプロセスステップで製造される。
以下の生産順序が一般に使用される：
－単結晶半導体ロッドを製造する（結晶成長）；
－半導体ロッドを個々のロッド片に分割する、
－ロッドを個々のウェハに分割する（内径またはワイヤソーイング）、
－ウェハを機械的に処理する（ラッピング、研削）、
－ウェハを化学的に処理する（アルカリまたは酸性エッチング）、
－ウェハを化学的および機械的に処理する（研磨する）、
－任意選択のさらなるコーティングステップ（例えば、エピタキシー、温度処理）。

【0004】

半導体ウェハの機械的処理は、ソーイングによって引き起こされる波形を除去するため、より粗いソーイングプロセスによって結晶構造に関して損傷された、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、および主には、半導体ウェハを全体的に平坦化するために、役立つ。さらに、半導体ウェハの機械的処理は、均一な厚み分布を生じさせるのに役立ち、すなわち、ウェハは均一な厚みを有する。

【0005】

半導体ウェハを機械的に処理するための方法として、ラッピングや表面研削（片面、両面）が公知である。

【0006】

いくつかの半導体ウェハのための同時の両面ラッピング技術は、しばらく前から知られており、例えばＥＰ ５４７８９４ Ａ１に記載されている。両面ラッピングでは、通常、鋼からなり、懸濁液の改善された分配のためのチャネルを設けられたラッピングディスクの上部作業ディスクと下部作業ディスクとの間に、研磨物質を含有する懸濁液を供給しながら、半導体ウェハを、ある圧力下で移動させ、それによって、材料を除去する。半導体ウェハは、ラッピング中に半導体ウェハを受け入れるための切欠きを有する担持体によって案内され、半導体ウェハは担持体によって幾何学的経路上に保持され、担持体は内側および外側駆動スプロケットによって回転状態にセットされる。

【0007】

片面研削では、半導体ウェハはチャック上に裏側において保持され、カップ研削ホイールによって表側において平坦化され、チャックおよび研削ホイールは回転し、ゆっくりとした軸方向および径方向の送り込みが行われる。半導体ウェハの片面研削のための方法および装置は、例えばＵＳ２００８ ０２１ ４０ ９４ Ａ１またはＥＰ ０ ９５５ １２６ Ａ２から公知である。

【0008】

同時両面研削（ｓＤＤＧ）では、半導体ウェハは、対向する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遊するように両側を同時に処理され、そのプロセスにおいて、拘束力から大きく自由に前側または裏側に作用するウォータークッション（静水力学的原理）またはエアクッション（空気静力学的原理）の間で軸方向に案内され、薄い、緩やかに取り囲む案内リングまたは個々の径方向スポークによって、径方向に浮遊して離れないよう保持される。半導体ウェハの同時両面研削のための方法および装置は、例えばＥＰ ０ ７５５ ７５１ Ａ１、ＥＰ ０ ９７１ ３９８ Ａ１、ＤＥ １０ ２００４ ０１１ ９９６ Ａ１およびＤＥ １０ ２００６ ０３２ ４５５ Ａ１から公知である。

【0009】

しかしながら、半導体ウェハの両面研削（ＤＤＧ）は、運動学的特性に起因して、原則として、半導体ウェハの中心において、材料の除去がより大きくなる（「研削中心点」）。研削後、可能な限り良好な幾何学的形状を有する半導体ウェハを得るためには、研削ディスクが取り付けられる２つの研削スピンドルを正確に同一線上に整列させる必要があり、なぜならば、径方向および／または軸方向の偏差は、研削されたウェハの形状およびナノトポロジーに悪影響を及ぼすからである。ドイツ出願ＤＥ １０ ２００７ ０４９ ８１０ Ａ１は、例えば、両面研削盤における研削スピンドル位置の補正方法を教示する。

【0010】

研削プロセスにおいて、－これは、片面研削方法および両面研削方法の両方に関し－、研削工具および／または処理された半導体ウェハを冷却する必要がある。水または脱イオン水が、通常、冷却剤として使用される。両面研削盤では、通常、冷却剤は研削工具の中心から出て、遠心力によって、研削ディスクの外縁に円形に配置された研削歯に、移送されるかまたは発射される。冷却剤スループット、すなわち、規定された時間内に出る冷却剤の量は、電子的または機械的に制御されてもよい。

【0011】

文献ＤＥ １０ ２００７ ０３０ ９５８ Ａ１は、冷却剤を供給しながら、少なくとも１つの研削工具によって片面または両面上で材料を除去するように半導体ウェハを処理する、半導体ウェハの研削方法を教示している。研削中の一定の冷却を保証するために、冷却剤流は、研削歯の高さが減少するにつれて低減されるが、これは、冷却剤流が変化されずに高く保たれると、必然的にハイドロプレーニング現象につながるからである。

【0012】

文献ＤＥ １０ ２０１７ ２１５ ７０５ Ａ１の発明は、両面の材料を同時に除去するように半導体ウェハを処理するための研削工具における流体の最適な分布に基づいており、これは最適化されたすべりプレートを使用して達成される。ここで、流体の不均一な分布は研削結果に悪影響を及ぼすことが教示される。

【0013】

特許文献ＵＳ２０１９／１３４７８２ Ａ１は、両面研削に使用され得る研削ディスクの特定の設計を開示している。ノズルによって半導体ウェハ上に適用される水を使用することも教示される。

【0014】

文献ＤＥ １０ ２００７ ０３０９５８ Ａ１は、半導体ウェハを研削する方法を提供しており、この方法では、研削水の量が歯の高さの関数としてプロセスに供給される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

問題の説明
前記の先行技術文献は、すべて、材料の除去が、半導体ウェハの縁部よりも半導体ウェハの中心においての方が大きいという共通の欠点を有する。これにより、この処理ステップにおいて半導体ウェハの幾何学的パラメータが悪化する。この偏差は、後続の処理ステップにおいて補正されないか、または充分補正されない。

【0016】

目的の説明
本発明の目的は、上述の欠点を呈さない方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

目的の達成の説明
この目的は、高さｈを有する研削歯を含む研削工具によって材料を除去するように半導体ウェハを処理し、冷却剤を半導体ウェハと研削工具との間の接触領域に供給する、半導体ウェハを研削する方法によって達成され、研削の任意の時点で、一気に流れる流体が、ノズルを介して半導体ウェハの片側の領域上に適用される。

【0018】

半導体ウェハの両側が材料を除去するように処理され、一気に流れる流体が半導体ウェハの両側の領域に適用される場合に、特に有利であることが証明されている。

【0019】

この場合、研削工具の研削歯の高さｈが減少するにつれて、時間当たりの冷却剤の量を減少させることが特に好ましい。

【0020】

時間当たりの冷却剤の量と時間当たりの一気に流れる流体の量との合計は、研削中に一定に保たれることが有利である。

【0021】

使用されるノズルで測定される一気に流れる流体の過剰な圧力は、好ましくは０．１バール以上、特に好ましくは０．５バール以下である。

【0022】

好ましくは、時間当たりの一気に流れる流体の量は０．１ｌ／分以上１ｌ／分以下であることが保証されるべきである。

【0023】

特に、研削中に一気に流れる流体の流れが向けられる半導体ウェハ上の領域に注意を払うべきである。この場合、半導体ウェハの中心から２ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下の距離にある領域が好ましい。

【0024】

この場合に用いられるノズルの表面積は１．５ｍｍ^２以下、および０．１ｍｍ^２以上であることが好ましい。

【0025】

時間当たりの一気に流れる流体の量は、研削プロセス全体にわたって一定に保たれることが特に好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】半導体ウェハの中心における形状に関する２つの一連の試験の結果を示す。この場合の縦軸は、半導体ウェハの中心領域における理想的な幾何学的形状からの幾何学的形状（Ｇ）の偏差を示す。この場合のグループＢ（先行技術）における半導体ウェハは、平均して、（本発明による）グループＡにおける半導体ウェハよりも、所望の形状からの偏差が、より大きい。本発明による方法（グループＡ）についての測定された偏差の統計的分布は、先行技術（グループＢ）に従って処理された半導体ウェハの場合よりも狭い分布をもたらすことも当てはまる。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明による例示的な実施形態の詳細な説明
チョクラルスキー法で引き上げた結晶ロッドから得られた、シリコンから形成される公称直径３００ｍｍの結晶片を、ワイヤソーで半導体ウェハに切断した。このようにして得られた半導体ウェハを２つのグループＡ、Ｂに分割し、各第２の半導体ウェハをグループＡに割り当て、残りの半導体ウェハをグループＢに割り当てた。

【0028】

グループＡおよびグループＢの両方の半導体ウェハを、Ｋｏｙｏ ＤＳＧＸ３２０研削システム上で研削した。研削システムは、この場合、ＡＬＭＴ社のタイプ＃３０００－ＯＶＨの市販の研削ホイールを備えていた。

【0029】

グループＢの半導体ウェハは、この場合、先行技術に従って研削された。
先行技術によれば、研削水の量は、（ＤＥ １０ ２００７ ０３０ ９５８ Ａ１に従って）歯の高さに応じて制御される態様でプロセスに供給される。これにより、プロセス中に過剰な量の研削水が工具の内部から経路上に押し出されるときに、処理されるウェハ上に工具の浮遊（ハイドロプレーニングに相当）がないこと、およびプロセス中に利用可能な研削水が少なすぎる場合に、処理されるウェハの研削焼損に相当する過熱、および研削ホイールの破損がないことが保証される。

【0030】

グループＡの半導体ウェハは、対照的に、半導体ウェハを冷却するために研削中に使用される冷却剤に加えて、研削プロセス中に一気に流れる流体が追加される方法を使用して研削された。ここでは、一気に流れる流体がいつでも顕著な流れを有することが保証された。

【0031】

この場合、顕著な流れは０．０１ｌ／分の流れであると理解すべきである。
一気に流れる流体には水を使用することが好ましかったが、追加の添加剤を使用することも考えられる。

【0032】

このように一気に流れる媒体を加えた結果、ウェハの中心の形状が大幅に改善された。しかしながら、研削プロセス中に一気に流れる媒体の流れが中断される場合、これも、半導体ウェハの中心の幾何学的形状を再び悪化させる。

【0033】

本発明によれば、一気に流れる媒体は、実質的に半導体ウェハの中心の周りの領域に向けられる。本発明によると、研削中、その領域は、半導体ウェハの中心から２ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下の距離にある。

【0034】

その効果は、一気に流れる媒体の流量が０．１ｌ／分超１ｌ／分以下である場合に、特に良好であると思われる。

【0035】

本発明者らは、０．１ｍｍ^２～１．５ｍｍ^２の最小ノズル断面を有するノズルを使用することは、この効果に特に有利な影響を有することを特定した。

【0036】

さらに、本発明者らは、設定された圧力も明らかに改善に役割を果たすことを確認した。したがって、ノズルにおいて０．１バール～０．５バールに設定される過剰な圧力は、特に肯定的な効果を有する。

【0037】

半導体ウェハのグループ「Ａ」および「Ｂ」の両方を、研削後に達成された幾何学的形状に関して測定した。この場合、半導体ウェハの中心における測定された幾何学的形状のそれぞれの偏差を理想的な幾何学的形状と比較し、その差を測定値として与えた。

【0038】

図１は、（本発明による）グループＡの半導体ウェハとグループＢ（先行技術）の半導体ウェハとの比較を示す。

【0039】

この場合、グループＢ（先行技術）の半導体ウェハは、平均して、（本発明による）グループＡの半導体ウェハよりも所望の形状からの偏差が大きい。したがって、本発明による方法は、先行技術による方法と比較して、半導体ウェハの中心における幾何学的形状を改善する。

【0040】

さらに、本発明による方法（グループＡ）の測定された偏差の統計的分布は、先行技術に従って処理された半導体ウェハ（グループＢ）の場合よりも狭い分布をもたらす。これは、本発明による方法が、さらに、半導体ウェハの中心における幾何学的形状の値の統計的分布に関するさらなる利点を提供することも意味する。

【0041】

本発明者らは、研削ホイールの直接活性領域に適用されない比較的少量の一気に流れる流体が、幾何学的形状の改善に関して大きな効果を達成するという事実に驚いた。

【0042】

これまで、対応する関係および原因について推測することは可能であったが、それらは本発明者らには明らかではない。

【0043】

例示的な実施形態の上記の説明は、例として理解されるべきである。それによってなされる開示は、一方では、当業者が本発明およびそれに関連する利点を理解することを可能にし、他方では、当業者の理解の範囲内で明らかである、記載された構造および方法に対する変更および修正も含む。したがって、すべてのそのような代替物および修正物ならびに均等物も、特許請求の範囲の保護範囲に包含されるものとする。

【図1】

【国際調査報告】