JP2009295696A

JP2009295696A - シリコンウェーハ

Info

Publication number: JP2009295696A
Application number: JP2008146227A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kato; 健夫加藤; Kazunari Takaishi; 和成高石
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2009-12-17
Also published as: US20090294910A1

Abstract

【課題】従来のシリコンウェーハに比べて高剛性で撓みにくいシリコンウェーハを提供する。
【解決手段】シリコンウェーハ１０の裏面１０ｂに、シリコンと異なる炭化シリコンからなる補強材１１を設けたので、シリコンウェーハ１０のヤング率が、ウェーハ裏面に補強材を有しない従来のシリコンウェーハに比べて高まる。これにより、例えばデバイス形成プロセスの露光時、ステッパのウェーハステージ上で、自重のみが作用するようにシリコンウェーハ１０を水平状態で単純支持したとき、従来のシリコンウェーハに比べて、ウェーハが撓みにくくなる。
【選択図】図１

Description

この発明はシリコンウェーハ、詳しくはシリコンウェーハを水平状態で単純支持したとき、従来ウェーハに比べて高剛性で撓みにくいシリコンウェーハに関する。

デバイスプロセスでは、露光時、例えばステッパ（縮小投影型露光装置）により、露光光源から照射された光を、マスク（レチクル）に形成されたパターンに照射し、パターンを通過した光を縮小投影レンズにより縮小後、シリコンウェーハのフォトレジストが塗布された表面に転写している（例えば特許文献１）。
図９に示すように、ウェーハ製造工場から出荷されたシリコンウェーハ１００は、直径が３００ｍｍ、厚さが７７５μｍ、ヤング率（縦弾性係数）が１１０ＧＰａ程度のＣＺ（チョクラルスキー式）ウェーハである。
露光時、シリコンウェーハ１００は、ステッパの下部に配置されたウェーハステージ上に、ステージ周方向（ウェーハ周方向）へ６０°毎に配設された６本の支持ピン１０１により、その外周部が自重のみ作用する状態で単純支持される。

特開２００５−２２８９７８号公報

このように、従来のシリコンウェーハ１００は、ヤング率が１１０ＧＰａ程度のＣＺウェーハであった。そのため、例えば直径４５０ｍｍ以上の次世代シリコンウェーハの場合には、前記ステッパのウェーハステージ上でウェーハ外周部を単純支持した際、表面１００ａ、裏面１００ｂが水平配置されたシリコンウェーハ１００（図９の二点鎖線）に、自重による撓みが発生していた（図９の実線）。その結果、ウェーハ外周部へのパターンの解像度の低下や焦点深度の低下が発生し、高いパターン精度を確保することができなかった。

そこで、発明者は、鋭意研究の結果、シリコンウェーハの剛性が高まるウェーハ裏面構造に着目した。すなわち、シリコンウェーハの裏面に対して、シリコンと異なる素材の補強材を設けるか、シリコンウェーハの剛性を高める補強用凹凸部を形成すれば、シリコンウェーハ全体の剛性が従来ウェーハより高まり、シリコンウェーハを単純支持した際、ウェーハが撓みにくくなることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、従来のシリコンウェーハに比べて高剛性で撓みにくいシリコンウェーハを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、シリコンウェーハの裏面に、シリコンと異なる素材により形成されて前記シリコンウェーハの剛性を高める補強材を設けたシリコンウェーハである。

請求項１に記載の発明によれば、シリコンウェーハの裏面に、シリコンと異なる素材からなる補強材を分離不能に設ける。その結果、シリコンウェーハのヤング率が、裏面に補強材を有しない従来のシリコンウェーハに比べて高まる。
よって、例えばデバイス形成プロセスの露光時、ステッパのウェーハステージ上で、自重のみが作用するようにウェーハを水平状態で単純支持したとき、従来のシリコンウェーハに比べて、ウェーハが撓みにくくなる。

シリコンウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。シリコンウェーハの表面は鏡面仕上げされている。
シリコンウェーハの直径は、例えば２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどである。
「シリコンウェーハより高剛性」とは、シリコンウェーハに比べて、せん断力による変形がし難いことをいう。言い換えれば、補強材による補強前のシリコンウェーハのヤング率（１００ＧＰａ以上１２０ＧＰａ未満）より、補強後のシリコンウェーハのヤング率の方が高いことをいう。

補強後のシリコンウェーハのヤング率は、１２０〜１０００ＧＰａが望ましいである。１２０ＧＰａ未満では、本発明での処置を施さないものと比較して撓み量に大きな違いがない。また、１０００ＧＰａを超えれば、撓み量がほとんど変動しない。シリコンウェーハの好ましいヤング率は、１２０〜５００ＧＰａである。この範囲であれば、従来通りのウェーハ搬送およびウェーハ製造プロセスの各条件をそのまま適用することができる。
「シリコンと異なる素材」としては、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_Ｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ）、ポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）などを採用することができる。
補強材は、同一サイズの供試体によるシリコンウェーハとのヤング率の対比において、シリコンウェーハより高剛性となる素材が好ましい。ただし、シリコンウェーハと同等またはそれより低剛性の素材でもよい。

補強材は、シリコンウェーハの裏面全域に分離不能に設けても、シリコンウェーハの裏面の一部のみに分離不能に設けてもよい。補強材をウェーハ裏面の一部に設ける場合には、補強材をシリコンウェーハの裏面の両端に架け渡した方が、そうしない場合に比べてシリコンウェーハの剛性が高まるので好ましい。
補強材の正面視（正対）した形状としては、例えば井形状、同心円連結状などを採用することができる。
補強材の厚さは、０．１〜５０μｍが望ましい。０．１μｍ未満では、本発明による効果が得にくい。また、５０μｍを超えれば、ウェーハ構造自体の厚みが大きく違ってしまい、従来のプロセスがそのまま使えなくなる。

シリコンウェーハの裏面への補強材の形成方法としては、例えばウェーハ裏面にマスクを形成し、その後、補強材の形成部分にＣＶＤ法により補強材の素材を堆積させる方法などを採用することができる。また、ウェーハ裏面の全域にＣＶＤ法により補強材を堆積し、その後、補強材の表面をマスクにより覆い、不要部分をエッチングする方法などを採用することができる。

請求項２に記載の発明は、前記補強材は、前記シリコンウェーハの裏面の中心を通る複数本の帯材からなる請求項１に記載のシリコンウェーハである。

請求項２に記載の発明によれば、補強材がウェーハ裏面の中心を通るので、自重によるウェーハの撓みを効率的に低減できる。これにより、補強材をウェーハ裏面の中心を通らない形状とした場合に比べて、シリコンウェーハの剛性をさらに高めることができる。

帯材の幅は１μｍ〜５ｃｍである。１μｍ未満では、シリコンウェーハの剛性を高める効果が得にくい。また、５ｃｍを超えれば、ウェーハの性質として面内不均一になる。帯材の好ましい幅は１０μｍ〜１ｃｍである。この範囲であれば、シリコンウェーハの剛性を高める効果とウェーハ面内均一性のバランスがよい。
帯材の厚さは０．１〜５０μｍである。０．１μｍ未満では、シリコンウェーハの剛性を高める効果が得にくい。また、５０μｍを超えれば、ウェーハ構造全体の厚みが大きくなり、ウェーハ製造プロセスでの問題につながる。帯材の好ましい厚さは、０．５〜２５μｍである。この範囲であれば、シリコンウェーハの剛性を高める効果が十分に得られ、ウェーハ製造プロセスでの問題も小さくなる。
ウェーハ裏面における補強材の形状（各帯材の配置）は、例えば井形状、十字状、縞形状、同心円連結形状などを採用することができる。このうち、ウェーハ裏面への形成が容易であることから、井形状が最も好ましい。

請求項３に記載の発明は、シリコンウェーハの裏面に、該シリコンウェーハの剛性を高める補強用凹凸部を形成したシリコンウェーハである。

請求項３に記載の発明によれば、シリコンウェーハの裏面に補強用凹凸部を形成したので、シリコンウェーハの変形が起きにくくなり、シリコンウェーハのヤング率が、従来のシリコンウェーハに比べて高まる。よって、例えばデバイス形成プロセスの露光時、ステッパのウェーハステージ上で、自重のみが作用するようにウェーハを水平状態で単純支持したとき、従来のシリコンウェーハに比べて、ウェーハが撓みにくくなる。

補強用凹凸部とは、ウェーハ裏面に付形される凹凸形状の意匠であって、シリコンウェーハの裏面に、シリコンウェーハとは別体で固着されるものとは異なる。
補強用凹凸部の形状としては、例えば平面視して円形状、楕円形状、三角形状、四角形以上の多角形状、その他、任意形状を採用することができる。そのサイズは任意である。
補強用凹凸部は、ウェーハ裏面の全域に形成しても、ウェーハ裏面の一部のみに形成してもよい。
補強用凹凸部の形成方法としては、例えば、シリコンウェーハの裏面にマスクを形成し、ウェーハ裏面に凹部をエッチングする方法を採用することができる。その他、サンドブラスト法なども採用することができる。

請求項４に記載の発明は、前記補強用凹凸部は、格子状の凸条部と該凸条部により囲まれた平底部とからなるワッフル形状、または、山部と谷部とがなだらかに連続した波板形状を有している請求項３に記載のシリコンウェーハである。

請求項４に記載の発明によれば、補強用凹凸部がワッフル形状の場合には、ウェーハ面内での補強用凹凸部の均一性が高い。また、補強用凹凸部が波板形状の場合には、ウェーハ面内での補強用凹凸部の均一性が高いとともに、ワッフル形状に比べてウェーハ裏面に角が少ないため、発塵が少ない。

ワッフル形状の場合における凸状部の高さは、０．１〜１０μｍである。１０μｍを超えれば、ウェーハの製造が困難になる。
凸状部の形成ピッチは０．１ｍｍ〜５０ｍｍである。０．１ｍｍ未満は、本発明の効果が得にくい。また、５０ｍｍを超えれば、ウェーハ面内の均一性が低くなる。
波板形状の場合における山部と谷部との各形成ピッチは、０．１〜５０ｍｍである。
０．１ｍｍ未満では、本発明の効果が得にくい。また、５０ｍｍを超えれば、ウェーハ面内の均一性が低くなる。
山部と谷部との高低差は０．１〜１０μｍである。高低差が０．１μｍ未満であれば、本発明の効果が得にくい。また、１０μｍを超えれば、ウェーハの製造が困難になる。
「山部と谷部とがなだらかに連続する」とは、山部と谷部とが、段差なく途絶えずに続いている状態をいう。

請求項１に記載の発明によれば、シリコンウェーハの裏面に、シリコンと異なる素材からなる補強材を設けたので、シリコンウェーハのヤング率が、ウェーハ裏面に補強材を有さない従来のシリコンウェーハに比べて高まる。これにより、例えばデバイス形成プロセスの露光時、ステッパのウェーハステージ上で、自重のみが作用するようにウェーハを水平状態で単純支持したとき、従来のシリコンウェーハに比べて、ウェーハが撓みにくくなる。

請求項２に記載の発明によれば、補強材はシリコンウェーハの裏面の中心を通る複数本の帯材からなるので、ウェーハ裏面の中心を通らない形状のものに比べて、シリコンウェーハの剛性が高まる。

請求項３に記載の発明によれば、シリコンウェーハの裏面に補強用凹凸部を形成するので、シリコンウェーハのヤング率が、補強用凹凸部を有さない従来のシリコンウェーハに比べて高まる。よって、例えばデバイス形成プロセスの露光時、ステッパのウェーハステージ上で、自重のみが作用するようにウェーハを水平状態で単純支持したとき、従来のシリコンウェーハに比べて、ウェーハが撓みにくくなる。

請求項４に記載の発明によれば、補強用凹凸部をワッフル形状または波板形状としたので、ウェーハ面内の帯材の分布が均一になる。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

図１および図２において、１０はこの発明の実施例１に係るシリコンウェーハで、このシリコンウェーハ１０は、シリコンと異なる素材により形成され、かつシリコンウェーハ１０の剛性を高める補強材１１を、ウェーハ裏面に設けたウェーハである。補強材１１は、ウェーハ裏面１０ｂに井形状に設けられた４本の帯材（膜）１１ａからなる。

以下、シリコンウェーハ１０を詳細に説明する。
シリコンウェーハ１０は、その表面（デバイス形成面）１０ａが鏡面仕上げされた直径４５０ｍｍ、比抵抗１０Ω・ｃｍ、ｐ形、固溶酸素濃度１０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、ヤング率１１０ＧＰａの単結晶ＣＺ（チョクラルスキー式）ウェーハである。このシリコンウェーハ１０は、ルツボの溶融液から引き上げられたシリコン単結晶に対して、外周研削、ブロック切断、スライスを順次施してウェーハとし、これに面取り、ラッピング、エッチング、研磨の各工程を順に施すことで製造される。

補強材１１は炭化シリコン（ＳｉＣ）製で、ウェーハ裏面１０ｂの外周部にシリコンウェーハ１０に対して分離不能に設けられた幅１０ｍｍ、厚さ１０μｍの４本の帯材１１ａを、正面視（正対）して井形状に連結したものである。炭化シリコン製の補強材１１は、同一サイズの供試体によるシリコンウェーハ１０とのヤング率の対比において、シリコンウェーハ１０より２０％程度高剛性となる部材である。
補強材１１の形成方法は、以下の通りである。すなわち、研磨後のシリコンウェーハ１０の裏面１０ｂにＣＶＤ法により炭化シリコンを堆積させる。これにより、シリコンウェーハ１０のヤング率が１５０ＧＰａまで高まる。また、炭化シリコンに代えて、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を、ＣＶＤ法によりシリコンウェーハ１０の裏面１０ｂに堆積させ、帯材１１ａとしてもよい。

製造されたシリコンウェーハ１０はデバイスプロセスへ移送され、ここでウェーハ表面１０ａにデバイスが形成される。その露光時、シリコンウェーハ１０は、ステッパの下部に配置されたウェーハステージ上に、ステージ周方向（ウェーハ周方向）へ６０°毎に配設された６本の支持ピン１２によって、ウェーハ外周部が下方から単純支持される（図３）。露光光源から照射された光は、マスクに形成されたパターンを通過し、縮小投影レンズによる縮小後、シリコンウェーハ１０のフォトレジストが塗布された表面１０ａに照射され、パターンが転写される。

このように、シリコンウェーハ１０の裏面１０ｂに、シリコンと異なる炭化シリコン製の補強材１１を分離不能に設けたので、シリコンウェーハ１０の見かけ上のヤング率が、補強材１１を有しない従来のシリコンウェーハ１０に比べて２０％程度高まる。

なお、別タイプの補強材として、３本の帯材１１ａを平行に離間した縞形状の補強材１１Ａを採用してもよい（図４）。また、ウェーハ裏面１０ｂの中心部を中心にして９０°間隔で放射状に延びる、２本の帯材１１ａを有した十字形状の補強材１１Ｂを採用してもよい（図５）。帯材１１ａを十字配置したので、図４に示す縞形状の補強材１１Ａの欠点であった、帯材１１ａの幅方向におけるシリコンウェーハ１０の剛性を高めることができる。しかも、補強材１１Ａがウェーハ裏面１０ｂの中心を通ることで、撓みが最大となる部位が補強される。これにより、補強材１１Ａをウェーハ裏面１０ｂの中心を通らない形状のものとした場合に比べて、ウェーハの剛性が高まる。
また、別タイプのものとして、ウェーハ裏面１０ｂの中心部を通って６０°間隔で放射状に延びる、３本の帯材１１ａからなる＊形状の補強材１１Ｃでもよい（図６）。これは、図５の補強材よりさらにウェーハ周方向全域にわたるシリコンウェーハ１０の剛性が高まる。

次に、図７および図８を参照して、この発明の実施例２に係るシリコンウェーハを説明する。
図７に示すように、この発明の実施例２に係るシリコンウェーハ１０Ａは、シリコンウェーハ１０Ａの裏面１０ｂの全域に、シリコンウェーハ１０Ａの剛性を高める補強用凹凸部１２を形成したものである。補強用凹凸部１２は、格子状の凸条部１３と、この凸条部１３により囲まれた多数の平底部１４とからなるワッフル形状のものである。凸条部１３において、その幅は１ｍｍ、その高さは５μｍ、凸条部１３の縦横方向の形成ピッチａは１ｍｍである。このように、補強用凹凸部１２をワッフル形状としたので、ウェーハ面内の均一度を十分に確保して、たわみを低減することができる。

また、これとは別の補強用凹凸部として、山部１３Ａと谷部１４Ａとがなだらかに連続した波板形状の補強用凹凸部１２Ａを採用してもよい（図９）。山部１３Ａと谷部１４Ａとの形成ピッチｂは１ｍｍである。また、山部１３Ａと谷部１４Ａとの高低差ｃは、１０μｍである。このように、補強用凹凸部１２Ａとして、山部１３Ａと谷部１４Ａとがなだらかに連続した波板形状のものを採用したので、ウェーハ面内の均一度を十分に確保し、シリコンウェーハ１０Ａのたわみを低減して、発塵の可能性を低減することができる。
その他の構成、作用、効果は実施例１と略同じであるので、説明を省略する。

この発明の実施例１に係るシリコンウェーハの裏面方向からの斜視図である。この発明の実施例１に係るシリコンウェーハの断面図である。この発明の実施例１に係るシリコンウェーハの単純支持状態での断面図である。この発明の実施例１に係る別のシリコンウェーハの裏面方向からの斜視図である。この発明の実施例１に係るまた別のシリコンウェーハの裏面方向からの斜視図である。この発明の実施例１に係るさらに別のシリコンウェーハの裏面方向からの斜視図である。この発明の実施例２に係るシリコンウェーハの裏面方向からの斜視図である。この発明の実施例２に係る別のシリコンウェーハの要部拡大断面図である。従来手段に係るシリコンウェーハの単純支持の前後の状態を示す断面図である。

符号の説明

１０，１０Ａシリコンウェーハ、
１０ａ表面、
１０ｂ裏面、
１１補強材、
１１ａ帯材、
１２補強用凹凸部、
１３凸条部、
１４凹部、
１５山部、
１６谷部。

Claims

シリコンウェーハの裏面に、シリコンと異なる素材により形成されて前記シリコンウェーハの剛性を高める補強材を設けたシリコンウェーハ。
前記補強材は、前記シリコンウェーハの裏面の中心を通る複数本の帯材からなる請求項１に記載のシリコンウェーハ。
シリコンウェーハの裏面に、該シリコンウェーハの剛性を高める補強用凹凸部を形成したシリコンウェーハ。
前記補強用凹凸部は、格子状の凸条部と該凸条部により囲まれた平底部とからなるワッフル形状、または、山部と谷部とがなだらかに連続した波板形状を有している請求項３に記載のシリコンウェーハ。