JP2000243731A - 高平坦度ウェーハの製造方法 - Google Patents

高平坦度ウェーハの製造方法

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JP2000243731A JP11039879A JP3987999A JP2000243731A JP 2000243731 A JP2000243731 A JP 2000243731A JP 11039879 A JP11039879 A JP 11039879A JP 3987999 A JP3987999 A JP 3987999A JP 2000243731 A JP2000243731 A JP 2000243731A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ外周部のダレが小さくて表面平坦度
が高いとともに、研磨時間も短縮できる半導体ウェーハ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 面取りされた半導体ウェーハの表裏両面
をラップし、次に半導体ウェーハをアルカリ性溶液でア
ルカリエッチングすると、このウェーハ表面に発生して
いた欠陥が除去される。アルカリエッチングは酸エッチ
ングよりエッチング速度が遅く、かつ比較的ウェーハ溶
失の反応がゆるやかで、発生する気泡の量が抑制され
る。結果、半導体ウェーハの表面は荒れにくい。次に、
このアルカリエッチングされたウェーハ表面を研削す
る。そして、ウェーハ表面を研磨して、ウェーハ外周部
のダレが小さい高品質の半導体ウェーハを製造する。し
かも、研磨前にウェーハ表面が研削されるので、研磨時
間が短縮される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は高平坦度ウェーハ
の製造方法、詳しくは半導体ウェーハをラッピング後、
この半導体ウェーハをアルカリエッチングし、さらにウ
ェーハ表面を研削することで、高い平坦度の半導体ウェ
ーハが得られるようにした高平坦度ウェーハの製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のシリコンウェーハの製造方法を図
5のフローチャートを参照して説明する。まず、スライ
ス工程(S401)で、インゴットからシリコンウェー
ハをスライスする。次の面取り工程(S402)では、
このシリコンウェーハの外周部に面取り加工が施され
る。続くラッピング工程(S403)においては、ラッ
プ盤によりそのウェーハの表裏両面にラップ加工が施さ
れる。そして、次のエッチング工程(S404)では、
ラップドウェーハは所定のエッチング液(混酸)に浸漬
され、そのラップ加工での歪み、面取り工程での歪みな
どが除去される。この場合、通常、片面で20μm、両
面で40μm程度をエッチングする。その後、シリコン
ウェーハはドナーキラー熱処理工程(S405)を経
る。続いて、このシリコンウェーハはワックスを用いて
研磨盤に固着され、ウェーハ表面が鏡面研磨される(S
406)。そして、シリコンウェーハは、その裏面に付
着したワックスなどが除去されて、最終の仕上げ洗浄工
程(S407)を経る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のシリコンウェーハの製造方法にあっては、前述した
ように、シリコンウェーハのラッピング後、混酸である
エッチング液を使って、酸エッチングを行っていたの
で、エッチング速度が比較的速く、しかも酸エッチング
時には、半導体ウェーハと酸性溶液とが強く反応して、
比較的多量の気泡が発生していた。これらの影響などに
より、エッチング時、ウェーハ表面にうねりが生じやす
くなり、その平坦度が低下するという問題点があった。
しかも、この表面平坦度の問題は、後の研磨工程でもそ
れほど改善されず、この結果、製品ウェーハの外周部に
ダレが発生してしまっていた。このダレの影響は、出荷
後、ユーザー側におけるデバイス工程において、露光装
置を用いて、シリコンウェーハの表面にデバイス回路パ
ターンなどを露光する際に、顕著に現れる。すなわち、
日進月歩で高密度高集積化される微細な回路パターンの
露光時において、このウェーハのダレた外周部には、正
確なパターンを露光することができないという問題点が
あった。この結果、1枚のシリコンウェーハから得られ
るデバイスの歩留りが低下していた。
【0004】
【発明の目的】この発明は、ウェーハ外周部のダレが小
さくて表面平坦度が高いとともに、研磨時間も短縮する
ことができる半導体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。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、面取り加工が施された半導体ウェーハをラッピング
する工程と、このラップドウェーハを、アルカリ性溶液
によりアルカリエッチングする工程と、このアルカリエ
ッチング後、半導体ウェーハの表面を研削する工程と、
この研削後の半導体ウェーハの表面を研磨する工程とを
備えた高平坦度ウェーハの製造方法である。半導体ウェ
ーハの表面が高平坦度であるということは、サイト平坦
度、例えば25mm×25mmの面積をもつサイトで裏
面基準の高さの差(SBIR)において0.3μm以下
であることを意味する。アルカリエッチング時に使用さ
れるアルカリ性溶液としては、例えばNaOH,KOH
などが挙げられる。なお、半導体ウェーハに対するエッ
チング速度を調整するために、アルカリ性溶液に適量の
を加えてもよい。
【0006】アルカリ性溶液の濃度は限定されない。例
えば0.1〜50重量%程度でもよい。半導体ウェーハ
のエッチング速度は1〜5μm/分、ただし、エッチレ
ートは大きいほど良い。1μm/分未満では、エッチン
グ時間が長くなりすぎて工程能力が低下するという不都
合が生じる。また、アルカリエッチング時のアルカリ性
溶液の温度は、常温〜エッチング液の沸点と限定されな
い。しかし、好ましくは60℃以上である。60℃未満
では、エッチレートが1μm/分を下回ってしまう。
【0007】半導体ウェーハの表面の研削は、ウェーハ
表面があれにくく、非ダメージ面のシリコン表面を研削
することが可能な高番手の研削砥石による研削が好まし
い。例えば、#1500〜#3000の研削砥石が好ま
しい。研磨の前に研削するので高スループットを図るこ
とができる。この研削ダメージは3μm以下とする。ダ
メージが大きいと、後のウェーハ表面の研磨工程での研
磨量が増大する。この研磨量が10μmを超えると、比
較的高平坦度の半導体ウェーハでも、ウェーハ表面のG
BIRが低下してしまう(図3のグラフ参照)。
【0008】請求項2に記載の発明は、上記半導体ウェ
ーハのアルカリエッチング工程から、上記ウェーハ表面
の研削工程までの間に、この半導体ウェーハを酸性溶液
により酸エッチングする工程を設けた請求項1に記載の
高平坦度ウェーハの製造方法である。酸性溶液として
は、例えばHF,HNO,HPOにCHCOO
Hなどを混合した酸溶液などを採用することができる。
【0009】請求項3に記載した発明は、上記半導体ウ
ェーハの酸エッチング工程から、上記ウェーハ表面の研
削工程までの間に、ウェーハ裏面を軽度にポリッシング
する工程を設けた請求項2に記載の高平坦度ウェーハの
製造方法である。半導体ウェーハの裏面のポリッシング
量は0.05〜5μm、特に0.1〜0.5μmが好ま
しい。0.05μm未満では、面粗さが大きなままであ
るという不都合が生じる。また、5μmを超えると平坦
度が悪化するという不都合が生じる。
【0010】請求項4に記載の発明は、上記半導体ウェ
ーハの面取りは粗面取りであり、上記半導体ウェーハの
ラッピング工程から、上記アルカリエッチング工程まで
の間に、この粗面取りされたウェーハ外周部を仕上げ面
取りする工程を設けた請求項1〜請求項3のうちのいず
れか1項に記載の高平坦度ウェーハの製造方法である。
ここでいう仕上げ面取りとは、粗面取りされたウェーハ
外周部の面取り精度を上げて、より平滑化する面取りを
いう。半導体ウェーハの外周部の粗面取り量は直径方向
で300〜450μm、特に350〜400μmが好ま
しい。300μm未満では仕上げ面取りの負担が大き
く、品質的な影響を受けやすいという不都合が生じる。
また、450μmを超えると面取りホイールの劣化(ラ
イフサイクルが短くなる)という不都合が生じる。ま
た、このウェーハ外周部の仕上げ面取り量は30〜60
μm、特に40〜50μmが好ましい。40μm未満で
は粗面取り時のダメージが除去することができない。ま
た、60μmを超えると加工時間が長くなる。
【0011】請求項5に記載の発明は、上記半導体ウェ
ーハの表面の研削工程後から、上記ウェーハの研磨工程
までの間に、このウェーハ外周部をPCR加工する工程
を設けた請求項1〜請求項4のうちのいずれか1項に記
載の高平坦度ウェーハの製造方法である。PCR加工
は、Polishing Conor Roundin
g加工の略である。これは、半導体ウェーハの面取り面
を、研磨液、研磨布を用いて鏡面研磨することをいう。
【0012】請求項6に記載の発明は、上記半導体ウェ
ーハの表面研削工程は、ディスコ株式会社製のウェーハ
研削砥石、製品名「IF−01−1−4/6−B−M0
1」を用いて行う請求項1〜請求項5のうちのいずれか
1項に記載の高平坦度ウェーハの製造方法である。ディ
スコ株式会社製のウェーハ研削砥石「IF-01-1-4/6-B
−M01」は、レジンボンドの#2000(ダイヤモン
ド砥粒の粒径は3〜8μm)の高番手の研削砥石であ
る。
【0013】
【作用】この発明の高平坦度ウェーハの製造方法によれ
ば、面取りされた半導体ウェーハの表裏両面をラッピン
グする。次いで、半導体ウェーハをアルカリ性溶液を用
いてアルカリエッチングする。これにより、それ以前に
このウェーハ表面に発生した欠陥を除去する。アルカリ
溶液を用いたエッチングは、酸エッチングよりエッチン
グ速度が遅い。しかも、酸エッチング時には、半導体ウ
ェーハと酸性溶液とが強く反応して、比較的多量の気泡
が発生していた。これに対して、このアルカリエッチン
グでは、比較的反応がゆるやかで、気泡の発生が抑えら
れる。これにより、半導体ウェーハの表面は荒れにくく
なる。それから、アルカリエッチング後のウェーハ表面
を研削する。その後、この表面を研磨して、ウェーハ外
周部のダレが小さい高品質の半導体ウェーハを製造す
る。このように、研磨前にウェーハ表面が研削されるの
で、研磨時間が短縮される。研磨量を少なくすることが
でき、平坦度も高まる。
【0014】特に、請求項2に記載の発明によれば、半
導体ウェーハをアルカリエッチングした後、このウェー
ハを酸性溶液により酸エッチングする。これにより、ウ
ェーハ表面のアルカリ金属の除去と、面粗さを低減する
ことができる。酸エッチングによりエッチング面に生じ
るピットを、アルカリエッチング面の場合よりも小さく
することができる。なお、酸エッチング後には、ウェー
ハ表面が研削される。
【0015】また、請求項3に記載の発明によれば、半
導体ウェーハの酸エッチング後、ウェーハ表面を研削す
るまでの間に、ウェーハ裏面を軽くポリッシングする。
これにより、ウェーハ表面の面粗さをさらに高めること
ができる。
【0016】さらに、請求項4に記載の発明によれば、
半導体ウェーハの外周部の面取りにおいて、まずラッピ
ング工程の前の面取りを粗面取りし、ラッピング後、こ
の粗面取りされたウェーハ外周部を仕上げ面取りする。
このように、ラッピング工程を挟んで粗さが異なる2段
階の面取りを施すようにしたので、ラップ時のチッピン
グを防止することができるとともに、面取り面の粗さを
低減することができる。
【0017】さらにまた、請求項5に記載の発明によれ
ば、表面研削した半導体ウェーハの外周部をPCR加工
し、その後、半導体ウェーハの表面を研磨する。このよ
うにウェーハ外周部をPCR加工することで、この半導
体ウェーハの外周部がより平滑化する。
【0018】そして、請求項6に記載の発明によれば、
半導体ウェーハの表面研削時には、ディスコ株式会社製
のウェーハ研削砥石の製品名「IF-01-1-4/6-B−M0
1」を用いて行う。このウェーハ研削装置は、非ダメー
ジ面のSi表面の研削が可能な高番手(例えば#200
0)の研削砥石を搭載してある。したがって、アルカリ
性溶液を用いて比較的平坦にエッチングされたウェーハ
表面を、この高番手の研削砥石により、比較的ウェーハ
表面をあらさずに研削することができる。また、電解ド
レス研削に比較して高いスループットで研削することが
できる。
【0019】この半導体ウェーハの表面研削時には、後
工程である表面研磨時の研磨量が3〜7μmになるまで
研削する。以下、このような範囲に研削量を調整する理
由を述べる。図3の半導体ウェーハの表面研磨量とGB
IRとの関係を示すグラフから分かるように、最初から
低平坦度の半導体ウェーハの場合は、ウェーハ表面が研
磨されて行くほどウェーハ表面のGBIRも低下する。
そして、最終的には、研磨量が10μm程度に達したと
きのある一定値まで平坦度が高まる。これに対して、当
初から高平坦度である半導体ウェーハの場合には、研磨
量が10μmを超えたあたりより徐々にGBIRが悪化
し始め、上記一定値に達するまで平坦度は低下する。
【0020】すなわち、この発明にあっては、アルカリ
エッチングなどにより、すでに研磨前において、ウェー
ハ表面が高平坦度化している場合があるので、前述した
ように半導体ウェーハの表面研削時の研削量を、後工程
の研磨時における研磨量が3〜7μmとなるように調整
しておけば、前述した研磨量が10μmを超えた時点か
らの平坦度の低下を解消することができる。なお、図4
の研削後のウェーハ表面のダメージ深さを示すグラフか
ら明らかなように、この発明における研削後に半導体ウ
ェーハの表面に残った欠陥は、通常、研磨工程時に3μ
m程度ウェーハ表面を研磨することで、略完全に除去す
ることができる。
【0021】
【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は、この発明の第1実施例に係
る高平坦度ウェーハの製造方法を示すフローチャートで
ある。図1に示すように、この第1実施例にあっては、
大略、スライス,粗面取り,ラッピング,仕上げ面取
り,アルカリエッチング,酸エッチング,必要に応じて
の裏面軽ポリッシング,研削,PCR,研磨,洗浄の各
工程を経て、高平坦度のシリコンウェーハが作製され
る。以下、各工程を詳細に説明する。
【0022】CZ法により引き上げられたシリコンイン
ゴットは、スライス工程(S101)で、厚さ860μ
mの8インチのシリコンウェーハにスライスされる。次
に、このスライスドウェーハは、粗面取り工程(S10
2)で、その周縁部が面取り用の砥石を用いて所定形状
に面取りされる。この結果、シリコンウェーハの周縁部
は、所定の丸みを帯びた形状(例えばMOS型の面取り
形状)に粗く成形される。なお、この粗面取り用の砥石
には、#500〜#800の比較的低番手のものが採用
されている。次に、この面取り加工が施されたシリコン
ウェーハはラッピング工程(S103)でラッピングさ
れる。このラッピング工程では、シリコンウェーハを、
互いに平行に保たれた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このラッ
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・摺り合わせを行うことにより、このウェ
ーハ両面を機械的に研削する。シリコンウェーハのラッ
プ量は、ウェーハの表裏両面を合わせて40〜80μm
程度である。
【0023】次いで、このラップドウェーハの外周部を
仕上げ面取りする(S104)。この仕上げ面取りに
は、#1000〜#3000という高番手の面取り用の
砥石が用いられ、粗面取り加工での歪みなどが除去され
る。同時に、このシリコンウェーハの面取り面が平滑化
される。その後、仕上げ面取りされたシリコンウェーハ
をアルカリエッチングする(S105)。すなわち、シ
リコンウェーハを濃度45重量%のNaOHのアルカリ
性溶液(90℃)中に3〜4分間浸漬する。これによ
り、半導体ウェーハの露出面の欠陥が溶失する。アルカ
リエッチングは、酸エッチングの場合よりもエッチング
速度が遅く、この結果、シリコンウェーハの露出面から
発生する気泡が少ない。これにより、アルカリエッチン
グ後のウェーハ表面のうねりは小さくなる。
【0024】次に、このアルカリエッチング後のシリコ
ンウェーハを、酸エッチングする(S106)。具体的
には、フッ酸と硝酸とを混合した混酸液(常温〜50
℃)中に約1分間だけ浸漬する。このように、アルカリ
エッチング後に酸エッチングを行うことで、ウェーハ表
面のアルカリ金属を除去することができ、しかもウェー
ハ表面の面粗さを改善することができる。次のウェーハ
裏面の軽ポリッシング工程(S107)は、必要に応じ
て行われる。この工程は、ウェーハ裏面を軽度に研磨す
る工程である。すなわち、シリコンウェーハの裏面を、
粒径0.05μmの遊離砥粒を用いて、わずかに0.1
μm程度研磨する。この結果、ウェーハ表面の面粗さを
さらに高められる。なお、このウェーハ裏面の軽ポリッ
シング工程(S107)は、後のウェーハ表面の研削工
程(S110)の後に行ってもよい。
【0025】次に、シリコンウェーハを、RCA系の洗
浄液によって洗浄する洗浄工程(S108)を行う。そ
して、シリコンウェーハをドナーキラー熱処理する(S
109)。その後、シリコンウェーハの表面を、ディス
コ株式会社製のウェーハ研削砥石、製品名「IF-01-1-
4/6-B−M01」を用いて研削する(S110)。この
研削装置は、#2000という高番手の研削砥石を有し
ている。このときの研削量は、3〜10μm程度であ
る。この結果、その後工程でのウェーハの表面研磨時
に、その研磨量が5〜7μmとなる。具体的には、シリ
コンウェーハが厚さ740μmの場合10μm程度研削
する。このように、番手の高い研削砥石により研削する
ようにしたので、アルカリ性溶液により比較的平坦にエ
ッチングされたウェーハ表面を、それほどウェーハ表面
をあらすことなく、研削することができる。
【0026】次に、この表面研削されたシリコンウェー
ハの外周部をPCR加工する(S111)。これによ
り、ウェーハ外周部(面取り面)が鏡面加工される。さ
らに、PCR加工後のシリコンウェーハの表面をさらに
研磨する(S112)。この研磨量は、S110の研削
工程でのダメージを除去するため、3〜7μmで足り
る。このため、ウェーハ表面が高平坦度のシリコンウェ
ーハをさらに研磨していった場合の問題点であった、研
磨量が約10μmを超えたところで平坦度が低下すると
いう領域を避けることができる(図3のグラフ参照)。
その後、洗浄工程(S113)を行う。具体的にはRC
A系の洗浄とする。このような製造工程を経て、ウェー
ハ外周部のダレが小さい高品質の半導体ウェーハが製造
される。しかも、研磨前にウェーハ表面が研削されるよ
うにしたので、研磨時間を短縮することができる。
【0027】次に、図2に基づいて、この発明の第2実
施例の高平坦度ウェーハの製造方法を説明する。図2
は、この発明の第2実施例に係る高平坦度ウェーハの製
造方法を示すフローチャートである。図2のフローチャ
ートに示すように、この第2実施例にあっては、第1実
施例の工程中において、仕上げ面取り(S104)を削
除し、かつ研削工程(S110)とPCR工程(S11
2)との間にテープ面取り工程(S114)を入れた例
である。すなわち、ラッピング工程S103の直後、シ
リコンウェーハの外周部に仕上げ面取りを施すことな
く、直接、アルカリエッチングS105が行われる。ま
た、シリコンウェーハを研削後(S110)、ウェーハ
外周部にテープ面取り(S114)が施され、それから
PCR工程(S112)が行われる。なお、この発明の
高平坦度ウェーハの製造方法は、第1,第2の実施例に
限定されないのは言うまでもない。
【0028】
【発明の効果】この発明によれば、半導体ウェーハをラ
ッピング後、このウェーハをアルカリエッチングし、さ
らにウェーハ表面を研削するようにしたので、ウェーハ
外周部のダレが小さい高品質の半導体ウェーハを製造す
ることができる。しかも、研磨前にウェーハ表面が研削
されるようにしたので、研磨時間を短縮することができ
る。
【0029】特に、請求項2に記載の発明によれば、半
導体ウェーハをアルカリエッチング後、酸エッチングす
るようにしたので、ウェーハ表面のアルカリ金属の除去
と、面粗さの改善という効果が得られる。
【0030】また、請求項3に記載の発明によれば、半
導体ウェーハの酸エッチング後、ウェーハ表面を研削す
るまでの間に、ウェーハ裏面を軽くポリッシングするよ
うにしている。これにより、後のウェーハ熱処理時に、
ウェーハ表面から金属不純物をウェーハ裏面に吸収して
除去することができる。また、これによりウェーハ表面
の平坦度をさらに高められる。
【0031】そして、請求項4に記載の発明によれば、
ラッピング加工する前に、半導体ウェーハの外周部を粗
面取りし、ラッピング後、これを仕上げ面取りするよう
にしたので、ラップ時のチッピングが防止することがで
き、しかも面取り面の粗さを低減することができるとい
う効果が得られる。
【0032】さらにまた、請求項5に記載の発明によれ
ば、表面研削した半導体ウェーハの外周部をPCR加工
するようにしたので、この半導体ウェーハの外周部がよ
り平滑化する。
【0033】そして、請求項6に記載の発明によれば、
ディスコ株式会社製のウェーハ研削砥石「IF−01−
1−4/6−B−M01」を用い、比較的平坦な半導体
ウェーハの表面を、高番手の研削砥石(レジンボンドで
ダイヤモンド砥粒の粒径は3〜8μm)によって研削す
るようにしたので、比較的ウェーハ表面をあらさずに、
高いスループットで研削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例に係る高平坦度ウェーハ
の製造方法を示すフローチャートである。
【図2】この発明の第2実施例に係る高平坦度ウェーハ
の製造方法を示すフローチャートである。
【図3】この発明に係る半導体ウェーハの表面研磨量と
GBIRとの関係を示すグラフである。
【図4】この発明に係る研削後のウェーハ表面のダメー
ジ深さを示すグラフである。
【図5】従来の半導体ウェーハの製造方法を示すフロー
チャートである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 面取り加工が施された半導体ウェーハを
    ラッピングする工程と、 このラップドウェーハを、アルカリ性溶液によりアルカ
    リエッチングする工程と、 このアルカリエッチング後、半導体ウェーハの表面を研
    削する工程と、 この研削後の半導体ウェーハの表面を研磨する工程とを
    備えた高平坦度ウェーハの製造方法。
  2. 【請求項2】 上記半導体ウェーハのアルカリエッチン
    グ工程から、上記ウェーハ表面の研削工程までの間に、
    この半導体ウェーハを酸性溶液により酸エッチングする
    工程を設けた請求項1に記載の高平坦度ウェーハの製造
    方法。
  3. 【請求項3】 上記半導体ウェーハの酸エッチング工程
    から、上記半導体ウェーハ表面の研削工程までの間に、
    半導体ウェーハ裏面を軽度にポリッシングする工程を設
    けた請求項2に記載の高平坦度ウェーハの製造方法。
  4. 【請求項4】 上記半導体ウェーハの面取りは粗面取り
    であり、上記半導体ウェーハのラッピング工程から上記
    アルカリエッチング工程までの間に、この粗面取りされ
    たウェーハ外周部を仕上げ面取りする工程を設けた請求
    項1〜請求項3のうちのいずれか1項に記載の高平坦度
    ウェーハの製造方法。
  5. 【請求項5】 上記半導体ウェーハの表面の研削工程後
    から、上記ウェーハの研磨工程までの間に、このウェー
    ハ外周部をPCR加工する工程を設けた請求項1〜請求
    項4のうちのいずれか1項に記載の高平坦度ウェーハの
    製造方法。
  6. 【請求項6】 上記半導体ウェーハの表面研削工程は、
    ディスコ株式会社製のウェーハ研削砥石、製品名「IF
    −01−1−4/6−B−M01」を用いて行う請求項
    1〜請求項5のうちのいずれか1項に記載の高平坦度ウ
    ェーハの製造方法。
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