JP2004200240A

JP2004200240A - 片面鏡面ウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP2004200240A
Application number: JP2002364241A
Authority: JP
Inventors: Toru Taniguchi; 徹谷口
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP4366928B2

Abstract

【課題】ナノトポグラフィが小さく、高平坦度で、ウェーハの裏面の粗さを小さくする片面鏡面ウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】スライス直後のシリコンウェーハＷの表裏両面を研削し、ウェーハ表裏両面の加工ダメージ層の厚さを、ウェーハ片面で２μｍ以下まで低減する。これにより、酸エッチ工程でのエッチング量が減少する。その結果、ナノトポグラフィが小さくなり、平坦度が高まる。また、エッチング量が少ないので、梨地加工されたウェーハ裏面の粗さが小さくなる。よって、シリコンウェーハＷの表裏両面の識別力を有しながら、シリコンウェーハＷの裏面への有機物、パーティクルなどの付着量、および、金属汚染の発生量を減少させることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は片面鏡面ウェーハの製造方法、詳しくはナノトポグラフィが小さく、高平坦度で、梨地面であるウェーハ裏面の粗さも小さい片面鏡面ウェーハを製造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の片面鏡面ウェーハの製造では、インゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、シリコンウェーハに対して面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨の各工程が順次施される。
このうち、ラッピング工程では、シリコンウェーハを、互いに平行なラップ定盤の間に配置し、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を、ラップ定盤とシリコンウェーハとの間に流し込む。そして、加圧下で回転・すり合わせを行なうことにより、ウェーハの表裏両面をラップする。ラップ量は、ウェーハの表面またはウェーハの裏面（以下、ウェーハ片面）で３５μｍ以上である。このとき、加工ダメージ層の厚さはウェーハ片面で６〜８μｍである。
【０００３】
続くエッチング工程では、ラップ後のウェーハ（ラップドウェーハ）を混酸などの酸性エッチング液に浸漬し、ラップ加工時の歪み、面取り工程での歪みなどを除去する。酸性エッチング液はシリコンに対しての反応性が高く、エッチング速度が比較的速いという利点を有する一方、エッチング中に多量の気泡が生じ、その影響でウェーハの表裏両面に、周期０．２〜２０ｍｍ程度、高さ数十〜数百ｎｍ程度のうねり（以下、ナノトポグラフィ）が発生する。その結果、ウェーハ表面の平坦性が悪化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような、従来の片面鏡面ウェーハの製造方法では、以下の欠点が発生した。
すなわち、(1) ラップ工程での加工ダメージ層の厚さがウェーハ片面で６〜８μｍと大きかった。このため、続くエッチング工程では、大きなエッチング量が必要となり、それによりウェーハ表面のうねり（＝ナノトポグラフィ）が大きくなっていた。さらに表面粗さに関しては、ラップ工程により作られたダメージ深さおよび粗さを起因として、エッチング後の粗さも大きなものになっていた。その結果、酸エッチングによるウェーハの表裏両面のうねりが増大し、ナノトポグラフィが悪化するとともに、酸エッチング後のウェーハの表面の粗さも大きくなっていた。
また、(2) 梨地面であるウェーハの裏面の粗さは、ウェーハ表面との識別およびウェーハ加工装置でのスライディング対策などのためには、ある程度の大きさが求められる。一方、粗さが大きすぎる場合には、パーティクルが付着しやすく、ステッパでのチャッキング時に、ウェーハ平坦度（以下、チャックドフラットネス）を悪化させたりするなどの不具合が生じる。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、ナノトポグラフィが小さく、高平坦度で、ウェーハの裏面の粗さを小さくすることができる片面鏡面ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、スライスされた半導体ウェーハの表裏両面に加工を施すことにより、その表裏両面のダメージ層の深さが各々２μｍ以下となるダメージ層厚さ低減工程と、この加工ダメージ層を有する半導体ウェーハの裏面を梨地加工する梨地工程と、梨地加工された半導体ウェーハをエッチングするエッチング工程と、エッチングの後、半導体ウェーハの表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程とを備えた片面鏡面ウェーハの製造方法である。
【０００７】
半導体ウェーハには、シリコンウェーハ、ガリウムヒ素ウェーハなどを含む。ダメージ層厚さ低減工程で処理される半導体ウェーハとしては、例えばスライス直後のスライスドウェーハ、または、ラップ直後のラップドウェーハなどを採用することができる。スライス時、半導体ウェーハの表裏両面には、ウェーハの切断に伴う加工ダメージ層が現出される。
加工ダメージ層の厚さを２μｍ以下まで低減する方法としては、研削、切削、研磨などを採用することができる。例えば、研削の場合には表面研削装置を利用し、ウェーハの裏面を研削後、ウェーハを表裏反転してウェーハの表面を研削してもよい。
また、スライスドウェーハの表裏両面の研削、切削または研磨などに先駆け、必要によりウェーハをラップ加工してもよい。
【０００８】
ダメージ層厚さ低減処理後の加工ダメージ層の好ましい厚さは、２μｍ以下である。２μｍを超えると、このダメージ層を除去するためのエッチングなどの取り代が大きくなってしまう。
梨地加工とは、ウェーハの被加工面に微細な凹凸を均一に形成させ、つや消し面とする表面処理の一種である。
梨地加工が施されるのは、半導体ウェーハの裏面である。必要に応じて、半導体ウェーハの表面を梨地加工してもよい。
梨地加工を施す方法は限定されない。例えば、（株）ラスコのパウダーエッチング装置を使用し、＃２０００程度の粒子径を持つアルミナなどのパウダーを高速でウェーハ裏面に吹き付ける。このとき、加工されたウェーハ裏面には高周波の粗さ成分が形成され、梨地化される。このように、高周波成分の粗さが効率的に形成されるので、ウェーハ平坦度やうねりを大きく悪化させることなく、ウェーハ裏面の梨地化が達成される。
【０００９】
前記エッチング工程は、酸エッチング、アルカリエッチングもしくは酸とアルカリの複合エッチングの何れでもよい。エッチング液としては、例えば酸エッチングの場合、ＨＦ／ＨＮＯ₃系の混酸などの酸性エッチング液を採用することができる。また、アルカリエッチングの場合には、ＫＯＨ，ＮａＯＨなどのアルカリ性エッチング液を採用することができる。
エッチング量は、ウェーハ片面で１〜１０μｍである。１μｍ未満では前工程のダメージを除去しきれない。また、１０μｍを超えると、ウェーハ表面のうねりが大きくなるとともに表面粗さが大きくなってしまう場合がある。
鏡面研磨工程で用いられる研磨布の種類は限定されない。例えば硬質研磨布でもよい。また、軟質研磨布でもよい。硬質研磨布の場合、例えば硬質発泡ウレタンフォームパッド、不織布に高濃度のウレタン樹脂を含浸・硬化させたパッドなどを採用することができる。硬質研磨布としては、例えばＳＵＢＡ１２００（ローデルニッタ株式会社製）などが採用される。
【００１０】
鏡面研磨装置としては、半導体ウェーハを１枚ずつ研磨する枚葉式研磨装置を採用することができる。その他、複数枚の半導体ウェーハを同時に研磨するバッチ式研磨装置を採用することができる。何れの場合でも、上面に研磨布が展張された研磨定盤と、この研磨定盤の上方に配置され、下面に半導体ウェーハがワックス貼着された研磨ヘッドとを有している。
鏡面研磨時（例えば枚葉式）には、研磨定盤を２０ｒｐｍ以上で高速回転させる。一方、研磨ヘッドを所定の回転速度で回転する。この状態を保ちながら、研磨液を所定の流量で研磨布上に供給し、半導体ウェーハの表面を研磨布に押し付け、研磨する。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記ダメージ層厚さ低減工程では、半導体ウェーハの表裏両面を研削する請求項１に記載の片面鏡面ウェーハの製造方法である。
この研削工程では、研削精度が異なる複数の段階別の表面研削を行ってもよい。例えば、比較的粗い１次研削と、仕上げ研削との組み合わせである。さらに、１次研削と仕上げ研削との間に２次研削を行なったり、３次研削以上の研削を行なってもよい。少なくとも仕上げ時に低ダメージの研削を行った方が好ましい。もちろん、仕上げ研削だけでもよい。このように、段階別の表面研削を行うことで、加工ダメージ層の厚さをより小さくすることができる。
研削砥石としては、例えばレジノイド研削砥石を採用することができる。ただし、仕上げ表面研削工程では、ウェーハ表面があれにくく、非ダメージ面であっても研削可能な高番手の研削砥石（例えば＃２０００のレジノイド研削砥石）を採用した方が好ましい。
研削砥石の回転速度は、例えば５５００〜６０００ｒｐｍである。研削量は例えば７〜８μｍ、加工ダメージ層の厚さは２μｍ以下となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記梨地工程では、半導体ウェーハの裏面に向かって微小砥粒を噴射する請求項１または請求項２に記載の片面鏡面ウェーハの製造方法である。
微小砥粒としては、例えばアルミナ砥粒などを採用することができる。微小砥粒の平均粒径は、例えば２〜１０μｍ、好ましくは４〜６μｍである。パウダーの吹き付け圧力は０．０５〜０．１ＭＰａである。処理時間は１５〜６０秒間である。
【００１３】
【作用】
この発明によれば、半導体ウェーハの加工ダメージ層の厚さを、ウェーハ片面で２μｍ以下まで低減した後、ウェーハの裏面を梨地加工してからエッチングする。次いで、ウェーハの表面を鏡面研磨する。
このように、エッチング前の半導体ウェーハの加工ダメージ層の厚さを、ウェーハ片面で２μｍ以下まで低減するので、エッチング工程における取り代（エッチング量）を少なくすることができる。その結果、ナノトポグラフィが小さく、高平坦度な片面鏡面ウェーハを得ることができる。したがって、ウェーハ外周部にわたり、ウェーハ表面の高い平坦性を得ることができる。
また、梨地加工後、半導体ウェーハを少ないエッチング量でエッチングするので、ウェーハ裏面（梨地面）の粗さを小さくすることができる。これにより、半導体ウェーハの表面と裏面との識別力を有しながら、良好なチャックドフラットネスを得ることができ、さらに粗さが大きくなることに伴う諸問題を回避することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１に示すように、この実施例にあっては、スライス、面取り、必要によりラップ、両面研削、裏面梨地、アルカリエッチング、表面研削、ＰＣＲ、鏡面研磨、仕上げ洗浄の各工程を経て、片面鏡面ウェーハが作製される。以下、各工程を詳細に説明する。
ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットは、スライス工程（図１（ａ））で、口径８インチ、厚さ８６０μｍ程度の多数枚のシリコンウェーハＷにスライスされる。シリコンウェーハＷの表裏両面には、加工ダメージ層Ｗａが現出される。
次に、シリコンウェーハＷの外周部が面取り（図１（ｂ））される。すなわち、ウェーハの外周部が＃６００〜＃１５００のメタル面取り用砥石により、所定の形状にあらく面取りされる。これにより、ウェーハの外周部は、所定の丸みを帯びた形状（例えばＭＯＳ型の面取り形状）に成形される。
【００１５】
次に、面取りされたシリコンウェーハＷは、必要に応じてラッピングされる（図１（ｃ））。ラップ工程では、シリコンウェーハＷを、互いに平行なラップ定盤の間に配置し、ラップ定盤とシリコンウェーハＷとの間に、アルミナ砥粒、分散剤、水の混合物であるラップ液を流し込む。そして、加圧下で回転・すり合わせを行ない、ウェーハ表裏両面をラップする。ラップ量は、ウェーハ片面で２０〜４０μｍである。ラップ後の加工ダメージ層の厚さはウェーハ片面で６μｍ程度である。ラップ工程は省略してもよい。しかし、片面ずつの研削を行う場合には、スライス時に現出したウェーハ表裏両面のうねりを除去するため、ラップを行う必要がある。
【００１６】
次に、シリコンウェーハＷの表裏両面を、図２に示す表面研削装置１０により研削する（図１（ｄ））。研削は、片面ずつの表面研削もしくは両面同時の両頭研削でもよい。
図２に示すように、表面研削装置１０は、主に下定盤１１と、その上方に配置される研削ヘッド１２とを備えている。シリコンウェーハＷは、真空吸着によって下定盤１１の上面に固定される。研削ヘッド１２の下面の外周部には、環状の研削砥石１３が固定されている。
研削砥石１３は、多数個のレジノイド研削砥石製の研削チップ１３ａを、環状に配設・組み合わせたものである。レジノイド研削砥石の砥粒の番手は、＃４０００である。
研削ヘッド１２を６０００ｒｐｍで回転させながら、これを０．３μｍ／秒で徐々に下降させ、下定盤１１上のシリコンウェーハＷの表面を研削する。このとき、下定盤１１の回転速度は４０ｒｐｍである。
【００１７】
両面研削時には、まず下定盤１１の上面にシリコンウェーハＷの表面を真空吸着し、下定盤１１を所定速度で回転しながら、回転中の研削ヘッド１２を徐々に下降し、ウェーハの裏面を８μｍだけ研削する。次に、ウェーハの表面の真空吸着を解除し、ウェーハの表裏を反転し、下定盤１１にウェーハの裏面を真空吸着する。次いで、同様の操作によりウェーハの表面を１０μｍ研削する。このとき、研削ダメージ層（研削痕）の厚さは、ウェーハ片面で２μｍ程度である。
【００１８】
続いて、シリコンウェーハＷの裏面を、梨地加工装置により梨地加工する（図１（ｅ））。これにより、研削によって半鏡面となったウェーハ裏面が梨地化される。梨地加工装置としては、（株）ラスコのパウダーエッチング装置（ＰＢＷ−Ａ００１Ｓ）を使用する。この装置は、加工室内に配置されたシリコンウェーハＷの裏面に、ノズルからＷＡ＃２０００の微小砥粒（アルミナ９９．７％）を３．５ｍ³／ｍｉｎで噴射する。加工時間は５０秒である。梨地加工は、数回繰り返してもよい。これにより、ウェーハの裏面が梨地面Ｗｂとなる。加工ダメージ層の厚さはウェーハ片面で３μｍ程度である。
【００１９】
次に、裏面梨地加工されたシリコンウェーハＷをアルカリエッチングする（図１（ｆ））。アルカリエッチング液には、ＮａＯＨ（６０℃）を採用している。アルカリエッチング前の両面研削工程で、シリコンウェーハＷの表裏両面の加工ダメージ層が低減されているので、エッチング量はウェーハ片面で５μｍ、エッチング時間は、２５０秒である。
必要に応じて、アルカリエッチングされたシリコンウェーハＷに、鏡面研磨前に再度、平坦性を上げるため表面研削を行っても良い（図１（ｇ））。
それから、エッチングされたシリコンウェーハＷの外周部に、ＰＣＲ（ＰｏｌｉｓｈｉｎｇＣｏｒｎｅｒＲｏｕｎｄｉｎｇ）加工が施される。これにより、シリコンウェーハＷの面取り面が鏡面仕上げされる（図１（ｈ））。
ここでは研磨布付きの周知のＰＣＲ加工装置が用いられる。すなわち、研磨砥粒を含まない研磨液を１８００ｍｌ／分で供給しながら、回転モータにより研磨布を軸線回りに５ｒｐｍで回転する。回転中の研磨布の外周面に、５００ｒｐｍで回転しているシリコンウェーハＷの面取り面を、１．５ｋｇ／ｃｍ²の研磨圧力で押し付ける。こうして、面取り面を鏡面研磨する。
ＰＣＲ加工されたシリコンウェーハＷには、必要に応じてドナーキラー熱処理（図示せず）を行ってもよい。このドナーキラー熱処理により、酸素ドナーの発生が防止される。
【００２０】
次に、枚葉式の鏡面研磨装置を用いて、シリコンウェーハＷの表面を鏡面研磨する（図１（ｉ））。
鏡面研磨装置としては、上面に研磨布が展張された研磨定盤と、この研磨定盤の上方に配置され、下面にシリコンウェーハＷがワックス貼着された研磨ヘッドとを有している。研磨布には、ＳＵＢＡ１２００（ローデルニッタ株式会社製）が採用される。
鏡面研磨時には、研磨定盤を４０ｒｐｍで高速回転させる。一方、研磨ヘッドを所定の回転速度で回転する。この状態を保ちながら、研磨剤（スラリー）を所定の流量で研磨布上に供給して、シリコンウェーハＷの表面を研磨布に押し付けて研磨する。その後、シリコンウェーハＷを仕上げ洗浄する（図１（ｊ））。具体的には、ＲＣＡ系の洗浄液により洗浄する。
【００２１】
このように、アルカリエッチング前にシリコンウェーハＷの表裏両面の加工ダメージ層の厚さを、ウェーハ片面で２μｍ以下まで低減するので、アルカリエッチング時のエッチング量が、従来はウェーハ片面で１２μｍだったのものが５μｍまで少なくなる。これにより、片面鏡面ウェーハのナノトポグラフィが小さくなり、ウェーハ平坦度を高めることができる。ナノトポグラフィは、従来、１０ｍｍ角の範囲で１００ｎｍ以上であったものが５０ｎｍ以下まで小さくなる。また、ウェーハ平坦度については、従来、ＳＦＱＲで０．２０μｍだったものが、０．１３μｍまで高められる。ナノトポグラフィの測定には、ウェーハ検査装置（ＡＤＥ社製ＷＩＳ−ＣＲ８３ＳＱＭ）を採用した。
また、加工ダメージ層が低減されたウェーハの裏面に梨地加工を施し、その後、少ないエッチング量でエッチングするように構成したので、この梨地加工後のウェーハの裏面の粗さは、それまでＲｍｓ５０００オングストロームだったものが、２０００オングストロームまで小さくなる。これにより、チャックドフラットネスが改善され、さらに粗さが大きくなることに伴う諸問題を回避することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、エッチング前の半導体ウェーハの加工ダメージ層の厚さが、ウェーハ片面で２μｍ以下まで低減されるので、エッチング工程におけるエッチング量を少なくすることができる。これにより、ナノトポグラフィが小さくなり、ウェーハ平坦度を高めることができる。また、加工ダメージ層が低減された梨地面を少ないエッチング量でエッチングするので、ウェーハの裏面の粗さを小さくすることができる。これにより、チャックドフラットネスが改善され、さらに粗さが大きくなることに伴う諸問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法を示すフローシートである。
【図２】この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に用いられる表面研削装置の使用状態の斜視図である。
【符号の説明】
１０表面研削装置、
Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。
Ｗａ加工ダメージ層。

Claims

スライスされた半導体ウェーハの表裏両面に加工を施すことにより、その表裏両面のダメージ層の深さが各々２μｍ以下となるダメージ層厚さ低減工程と、
この加工ダメージ層を有する半導体ウェーハの裏面を梨地加工する梨地工程と、
梨地加工された半導体ウェーハをエッチングするエッチング工程と、
エッチングの後、半導体ウェーハの表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程とを備えた片面鏡面ウェーハの製造方法。
前記ダメージ層厚さ低減工程では、半導体ウェーハの表裏両面を研削する請求項１に記載の片面鏡面ウェーハの製造方法。
前記梨地工程では、半導体ウェーハの裏面に向かって微小砥粒を噴射する請求項１または請求項２に記載の片面鏡面ウェーハの製造方法。