JP2002289562A - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
半導体ウェーハの製造方法Info
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Abstract
の製造時間を短縮する半導体ウェーハの製造方法を提供
する。 【解決手段】 面取り工程が終了したシリコンウェーハ
Wを、ロボットハンドRにより、枚葉式の両面研磨装置
に1枚ずつ移送する。ここでラッピング、エッチング、
研磨の各処理を連続的に行う。結果、カセットケースで
多数枚のシリコンウェーハWをまとめて次工程へ移送す
る従来法の欠点、すなわち面取り工程の終了後にシリコ
ンウェーハWを乾燥したり、カセットケースが満杯にな
るまで処理済みウェーハWを一時保管する必要がない。
よって、シリコンウェーハWを効率良く製造でき、シリ
コンウェーハWの製造時間が短縮する。
Description
製造方法、例えば300mmウェーハ,450mmウェ
ーハなどの大口径ウェーハの製造に有利な半導体ウェー
ハの製造方法に関する。
リコンインゴットをスライスして多数枚のウェーハを得
た後、このスライスドウェーハに対して面取り、ラッピ
ング、エッチングの各工程が順次施され、さらにウェー
ハ表面を鏡面化する研磨が施されている。もちろん、こ
れら以外にも熱処理工程などの様々な工程が行われる。
また、製造されるウェーハの種類に応じて、これらの工
程の入れ換え、変更、省略なども適宜なされる。このウ
ェーハの製造工程のうち、例えばラッピング、エッチン
グ、研磨の各工程は、複数枚のウェーハを同時に加工す
る、いわゆるバッチ式によって行われることが多い。こ
れは、今日の主流ウェーハが、比較的小径な6インチま
たは8インチのウェーハであるので、何枚かをまとめて
処理した方が、効率が良いためである。
とされる300mmウェーハ,450mmウェーハのよ
うな大口径ウェーハをバッチ処理しようとすれば、以下
に示す問題が発生する。すなわち、ウェーハを加工する
装置本体が大型化する。そして、大型の加工装置を採用
する際には、従来よりも床面積が広いウェーハ製造工場
を新設しなければならなかった。一方では、大口径ウェ
ーハのハンドリング装置およびウェーハ加工装置のメン
テナンスの費用がそれぞれ嵩んでいた。例えば、バッチ
式のラップ装置およびバッチ式の研磨装置の場合、各定
盤の直径が数メートルにも増大していた。そのため、ウ
ェーハの加工作業に必要な作業者の人数が増える傾向に
あった。
として、例えば特開平11−251270号公報に示す
「半導体ウェーハの製造方法」が知られている。この従
来法は、スライス工程、ラップ工程、エッチング工程、
研磨工程および洗浄工程などの半導体ウェーハの製造工
程のうち、少なくともラップ工程と、エッチング工程
と、研磨工程とを枚葉式によって行う方法である。それ
までバッチ式で行われていた工程を枚葉式に変更するこ
とで、前述した大きな工場にする必要がなく、少人数の
作業者でも効率良く大口径ウェーハを生産することがで
きることとなる。
来技術に係る半導体ウェーハの製造方法にあっては、各
工程間でのウェーハの移送が、搬送治具、例えば数十枚
のウェーハを一括して収納するカセットケースを用いて
行われていた。具体的には、例えばウェーハ入りのカセ
ットケースが10個溜まってから、これらのカセットケ
ースを専用車両に載せて、次の工程に移送していた。
程間の移送を行うためには、1つの工程が終了してから
次の工程までの間に、以下に示すような多数の作業処理
を行う必要があった。すなわち、(1) 1つの工程での加
工が終了したウェーハの乾燥工程への移送、(2) ウェー
ハの乾燥、(3) 乾燥したウェーハのカセットケースによ
る一時保管、(4) カセットケースの端数の認知処理、
(5) カセットケースごとの次の工程へのウェーハの搬
送、(6) 次の工程に受け入れられるまでのウェーハの一
時保管、(7) 次の工程で加工されるウェーハ番号の照
合、(8) 次の工程へのウェーハの投入判定などがそれで
ある。
する2以上の工程を枚葉式の工程とし、これらの枚葉式
の工程間では半導体ウェーハを1枚ずつ移送すれば、2
つ以上の工程で連続的に1枚ずつ処理することができる
こと、および、カセットケースを用いたウェーハの移送
に伴う、上記(1) 〜(8) の作業工程を省略することがで
きることを知見し、この発明を完成させた。
製造することができ、その製造時間を短縮することがで
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。
は、スライスされた半導体ウェーハの外周部を研削する
面取り工程、半導体ウェーハの表裏両面を平行化するラ
ッピング工程、ラッピング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、エッチングされた半導体ウ
ェーハの表面を研磨する研磨工程、研磨された半導体ウ
ェーハを洗浄する洗浄工程などの半導体ウェーハを順次
処理する工程を備え、これらの工程の内の少なくとも2
つの工程が連続して実行される半導体ウェーハの製造方
法において、上記連続して実行される2つの工程のぞれ
ぞれを、半導体ウェーハを1枚ずつ処理する枚葉式の工
程で構成し、この枚葉式の工程間における半導体ウェー
ハの移送を、半導体ウェーハを1枚ずつ移送する枚葉移
送とした半導体ウェーハの製造方法である。適用される
半導体ウェーハとして、例えばシリコンウェーハ、ガリ
ウムヒ素ウェーハなどがある。半導体ウェーハの大きさ
も限定されない。例えば300mmウェーハ、450m
mウェーハなどでもよい。
などを用いてスライスされる。面取り工程では、枚葉式
の面取り装置を採用することができる。この面取り工程
は、ラッピング工程の前後いずれかに配してもよい。ラ
ッピング工程では、例えば枚葉式の両面ラッピング装置
が採用される。枚葉式の両面ラッピング装置としては、
例えば図1(b)に示すような、1台の装置で半導体ウ
ェーハのラッピング、エッチング、研磨の各工程を連続
して実施できる縦型の両面加工装置を採用することがで
きる。両面加工装置には、1対のリング状定盤が搭載さ
れている。これらのリング状定盤は、半導体ウェーハの
表裏面にそれぞれ押し付けられる1対のリング状の加工
作用面、および、これらの加工作用面よりその半径方向
の内側に形成された空洞部をそれぞれ有している。各加
工作用面の外径が半導体ウェーハの半径に略等しく、か
つ、各内径が半導体ウェーハの半径の2/3以上であ
る。各加工作用面には空洞部内に供給されたラップ剤を
加工作用面に供給するための半径方向に延びる複数の溝
がそれぞれ形成されている。隣り合う溝同士の間隔が7
mm以下となっている。これらのリング状定盤によって
半導体ウェーハのその中心部からその周辺部にかけて挟
み、各空洞部にラップ剤を供給しながら、1対のリング
状定盤を2000min-1以上で回転させ、この半導体
ウェーハを自転させることにより、半導体ウェーハの表
裏面を同時に加工する。
は、例えば、耐薬品性を有するエッチング槽中に1枚の
半導体ウェーハを入れ、エッチング液に浸漬する装置な
どを使用することができる。また、半導体ウェーハの裏
面を回転ヘッドの下面に固着し、その後、回転ヘッドを
回転させながら、ウェーハ表面をエッチング液に接触さ
せてこの面をエッチングする片面エッチング装置なども
採用することができる。また、前記ラッピング工程で説
明した縦型の両面加工装置を用いてエッチングを施して
もよい。この場合、リング状定盤の空洞部に供給される
のはエッチング液である。
面研磨装置または両面研磨装置を用いる。片面研磨装置
としては、例えば、1枚の半導体ウェーハを研磨ヘッド
に固定し、研磨剤を供給しながら、研磨ヘッドを回転さ
せて、半導体ウェーハを研磨定盤の上面に展張された研
磨布に押し付けて研磨する装置を用いることができる。
また、前記縦型の両面加工装置を用いて研磨を施しても
よい。その際、リング状定盤の空洞部に供給されるのは
研磨剤である。なお、研磨工程は、1次研磨(粗研
磨)、2次研磨(細研磨)、仕上げ研磨といった複数の
工程に分けて行ってもよい。その場合、各工程間では半
導体ウェーハを枚葉移送することができる。洗浄工程を
枚葉式で行うには、例えば、洗浄槽の中に1枚の半導体
ウェーハを投入し、洗浄液に浸漬する装置などを用いる
ことができる。
の直後に行われるラッピング工程とのように、多数の処
理工程からなる半導体ウェーハの製造工程において、特
定の工程を基準にした場合、この工程とそれより1つ前
の工程との関係、または、特定の工程とそれより1つ後
の工程との関係をいう。枚葉式とする工程の数は、例え
ば2つだけでも、3つ以上でもよい。さらには、全ての
ウェーハ処理工程を枚葉式としてもよい。枚葉式のウェ
ーハ処理工程間における半導体ウェーハの移送は、半導
体ウェーハを1枚ずつ移送するロボットハンドでもよ
い。
体ウェーハの枚葉移送が、半導体ウェーハのエッジを把
持するロボットハンドを用いて行われる請求項1に記載
の半導体ウェーハの製造方法である。例えば、2本のク
ランパ(把持アーム)によって、半導体ウェーハの外周
部を外方から包み込むようにクランプする構造のロボッ
トハンドを使用することができる。
葉処理の工程が、各工程間で整合されたタクトタイムに
合わせて半導体ウェーハの処理を行う請求項1または請
求項2に記載の半導体ウェーハの製造方法である。例え
ば前段工程のタクトタイムと後段工程のそれとを一致さ
せることなどである。
導体ウェーハを、次の工程へ1枚ずつ移送し、連続して
次の枚葉処理を行う。これにより、カセットケースを用
いて半導体ウェーハを次工程へまとめて移送していた従
来法の欠点、すなわち各工程間で半導体ウェーハを洗
浄、乾燥し、カセットケースが半導体ウェーハで満たさ
れるまで処理済みのウェーハを一時保管する無駄な作業
が不要となる。よって、半導体ウェーハを効率良く製造
することができ、その製造時間を短縮することができ
る。
される各枚葉処理工程が整合されたタクトタイムである
ので、半導体ウェーハが次のウェーハ処理工程へ移行す
る際に待機時間を最も短くすることができる。
参照して説明する。図1〜図3は、この発明の一実施例
に係る半導体ウェーハの製造工程を示すフローシートで
ある。図4は、この発明の一実施例に係る半導体ウェー
ハの製造方法に用いられる両面加工装置の要部拡大断面
図である。図5は、この発明の一実施例に係る両面加工
装置に組み込まれたリング状研磨定盤の研磨作用面の拡
大正面図である。図1〜図3に示すように、この実施例
にあっては、スライス,面取り,両面加工,仕上げ研
磨,仕上げ洗浄の各工程を経て、鏡面ウェーハが作製さ
れる。この両面加工工程は、ラッピング,エッチング,
両面研磨の各工程を1つの両面加工装置を用いて一連に
行う工程である。以下、各工程をその処理装置とともに
詳細に説明する。
ゴットは、スライス工程で、所定の厚さの口径300m
mのシリコンウェーハWにスライスされる。次に、シリ
コンウェーハWに、面取り装置による面取りが施され
る。すなわち、図1(a)に示すように、シリコンウェ
ーハWの外周部が、#600のメタル面取り用砥石Gに
より、1枚ずつ所定の形状に面取りされる。これによ
り、このウェーハW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。この
段階では、ウェーハ表裏面は、スライス加工時のソーマ
ークや、微小うねりを伴う形状と、加工歪みダメージと
が混在する状態となっている。
Wは、図1(b)に示すロボットハンドRにより、図2
に示す両面加工工程へ移送される。ロボットハンドR
は、1対のクランパRaを有し、両クランパRaによっ
て、シリコンウェーハWのエッジの部分が両側方から把
持される。次に、このシリコンウェーハWについては、
1枚ずつ両面加工が行われる。ウェーハの表裏面には前
記の欠陥、ソーマークを伴うため、表裏面を同時に加工
する必要がある。例えば両面加工(両面研磨)での取り
代が50〜100μmとなる場合、この両面加工によ
り、ウェーハの表裏面の取り代分が効率的に取り除かれ
る。加工後のシリコンウェーハWの表裏面は、砥粒の粒
径に類似した浅いダメージを残すのみの表面品質とな
る。こうして、ウェーハの表裏面をなめらかに仕上げる
ことができる。
て実施される。以下、図2、図4および図5を参照し
て、この両面研磨装置を具体的に説明する。図2におい
て、10は縦型の両面研磨装置である。この両面研磨装
置10は、一対のリング状研磨定盤11,12と、流体
供給手段14と、保温手段15とを備えている。一対の
リング状研磨定盤11,12は、垂直に保持されたシリ
コンウェーハWを挟んで互いに対向して配置されてい
る。これらのリング状研磨定盤11,12は大略して有
底の円筒体または帽子状体で形成され、その開口端を形
成する対向面が、シリコンウェーハWの表裏面をそれぞ
れ研磨するための研磨作用面となる。これらの研磨作用
面は所定幅のリング状であって、その中心部が空間とな
っている。研磨作用面の直径(外径)はシリコンウェー
ハWの半径と略等しく形成されている。よって、円筒体
である各研磨定盤11,12の中心部には、空洞部aが
それぞれ形成されており、これらの空洞部a同士はシリ
コンウェーハWを挟んで互いに対向して配置されてい
る。リング状研磨定盤11,12の内径は、シリコンウ
ェーハWの半径のそれぞれ2/3以上である。流体供給
手段14は、研磨剤、スチームなどの流体をリング状研
磨定盤11,12のリング内側の各空洞部aに供給する
ものである。保温手段15は、シリコンウェーハWの表
裏両面の、空洞部aと対向しない部分に近接して配設さ
れ、その温度を制御する。
それぞれのリング状の研磨作用面をシリコンウェーハW
の中心から外周下部に至る部分に押し当てできるように
配置されている。また、各リング状研磨定盤11,12
は、水平配置された回転軸体11a,12aを回転軸と
し、モータMにより2000min-1以上で回転可能な
ようにそれぞれ構成されている。また、各研磨作用面に
は、リング状研磨定盤11,12の軸心を中心にして放
射線状に延びた複数本の溝16が形成されている。これ
らの溝16は、この研磨作用面の内周縁から外周縁まで
延びており、隣り合う溝16同士の間隔dは7mm以下
である(図5参照)。
の円筒体にて研磨作用面とは反対側に突出してそれぞれ
形成されている。また、これらの回転軸体11a,12
aは中空のパイプで構成されている。回転軸体11a,
12aの各内部には、回転軸体11a,12aとは非接
触状態で、例えば5本の小径パイプ17が非回転状体で
束ねられて収納されている。各小径パイプ17は、スラ
リーを供給するスラリー供給用パイプ、アルカリ性溶液
を供給するアルカリ溶液供給用パイプ、洗浄水(純水)
を供給する洗浄水供給用パイプ、スチーム(蒸気)を供
給するスチーム供給用パイプ、空洞部a内の流体を強制
的に排出する強制排出用パイプなどによって構成するこ
とができる。各小径パイプ17とそれぞれの供給源との
途中には、パイプ内を通過する流体の供給用ポンプ18
または排出用のポンプ18Aおよび開閉弁が配設されて
いる。これらのパイプ17,ポンプ18,18A、開閉
弁などにより流体供給手段14が構成される。各ポンプ
18、18A、開閉弁の操作は制御手段により制御され
ている。
機構は、シリコンウェーハWの周りの仮想の三角形の頂
点に、それぞれ対状態で配置された3組のガイドローラ
20を有している。各ガイドローラ20はシリコンウェ
ーハWの面取り面に摺接して、シリコンウェーハWを垂
直に保持している。上記保温手段15は、図2および図
4に示すように、シリコンウェーハWの表裏面で、空洞
部aとは対向していない部分を外方から被う2枚の保温
板21を有している。各保温板21はそれぞれヒータを
内蔵している。これらの保温板21は、シリコンウェー
ハWの表裏両面に対しては非接触状態に保持されてい
る。すなわち、各保温板21とシリコンウェーハWの表
面および裏面との間には、リング状研磨定盤11,12
から溢れ出た研磨剤などの他に、保温板21から供給さ
れた気体が介在されている。この流体の膜および気体を
介した両保温板21により、回転時のシリコンウェーハ
Wの面振れを抑えるものである。22は、各保温板21
をシリコンウェーハWに対して接近離隔動させるための
ラック・ピニオン機構である。
コンウェーハWの加工方法を説明する。図2および図5
に示すように、両リング状研磨定盤11,12の研磨作
用面をシリコンウェーハWの中心から外周下部に至る部
分に押し当てる。同時に、両空洞部aの内部に、ポンプ
18および小径パイプ17を経由して、スラリーを供給
する。これにより、空洞部aに供給されたスラリーが多
数の溝16を介して、シリコンウェーハWの研磨面に供
給される。その後、対応するモータMにより両リング状
研磨定盤11,12を、同じ方向(図2の矢印X参照)
へ2000min-1以上の速度で回転させる。その結
果、シリコンウェーハWは、ウェーハ中心を中心にして
それぞれウェーハ外周に配置された3組のガイドローラ
20によりガイドされ、垂直面内で図2の矢印X方向へ
連れ回りされる。
上に昇温すると、ウェーハ研磨面において、研磨剤に含
まれるアルカリ性溶液のエッチング力が高まる。よっ
て、ウェーハ研磨面の微細な凸部をエッチングすること
ができる。いわゆる、形状選択エッチングが可能にな
る。また、昇温後の表裏両面は、リング状研磨定盤1
1,12の研磨作用面により機械的に両面研磨(1次研
磨)される。回転中のシリコンウェーハWの面振れおよ
びそのウェーハ中心軸線方向への位置ずれは、ウェーハ
の表裏両側方から保温板21により流体膜および気体を
介してシリコンウェーハWを挟持することで抑えられて
いる。
ライスウェーハとすることで、従来のスライス工程から
鏡面研磨工程までの間に、順次行われていたラップ工
程、エッチング工程(場合によっては両面研削工程)な
どの中間的な工程を省くことができる。その結果、鏡面
ウェーハの製造工程数が削減され、このウェーハの製造
時間も短縮される。なお、空洞部aに過剰供給された流
体は、強制排出用のポンプ18Aの作動により、強制的
に排出される。上記研磨の終了後、まず強制排出用のポ
ンプ18Aによって空洞部aの流体を吸引排出し、次に
空洞部aに洗浄水を供給してその内部を洗浄する。洗浄
後の汚水も、同様に吸引排出する。
図3(a)に示すように、その外周部のエッジの部分が
ふたたびロボットハンドRにより把持され、図3(b)
に示す枚葉式の仕上げ研磨(片面鏡面化研磨)工程へ1
枚ずつ移送される。ここで、ウェーハ表面に仕上げ研磨
が施される。仕上げ表面研磨工程には、枚葉式の仕上げ
研磨装置30が配備されている。すなわち、仕上げ研磨
装置30によるシリコンウェーハWの表面の仕上げ研磨
は、下面に1枚のシリコンウェーハWがワックス貼着さ
れたキャリアプレート31を研磨ヘッド32の下面に固
着し、研磨液を供給しながら研磨ヘッド32を回転さ
せ、シリコンウェーハWを研磨定盤34の上面に展張さ
れた研磨布33に押し付けて研磨する。
記両面研磨(1次研磨)と仕上げ研磨との2段階であ
る。しかしながら、1次研磨と2次研磨と仕上げ研磨と
の3段階のように、複数の段階に分けて行うことができ
る。その場合、各工程間の移送は、ロボットハンドRに
よる枚葉移送とする。このとき、各段階での研磨のタク
トタイムを同じにすれば、シリコンウェーハWが次の段
階の研磨工程へ移行する際の待機時間を最も短くするこ
とができる。次に、表面研磨後のシリコンウェーハW
は、図3(c)に示すロボットハンドRにより、図3
(d)に示す仕上げ洗浄工程へ枚葉移送される。そし
て、ここで枚葉式の洗浄装置40により1枚ずつ仕上げ
洗浄される。具体的には、洗浄液が入った洗浄槽41を
準備し、この洗浄液に、洗浄用ケース42に収められた
シリコンウェーハWを1枚ずつ浸漬して洗浄する。
リコンウェーハWを次の工程へ1枚ずつ枚葉移送し、そ
こで連続的にシリコンウェーハWを1枚ずつ枚葉処理す
るようにしたので、従来の、カセットケースを使用して
シリコンウェーハWをまとめて移送した場合の欠点が解
消され、シリコンウェーハWを効率良く製造することが
できる。その結果、シリコンウェーハWの製造時間を短
縮することができる。また、シリコンウェーハWを枚葉
処理すれば、上記(1) 〜(8) の各工程が不要となる。具
体的には、(2) シリコンウェーハWをカセットケースに
入れる前に乾燥させる必要がなくなることから、(1) 1
つの処理が終了後にシリコンウェーハWを乾燥工程へ移
送する工程と、(3) 乾燥後のウェーハをカセットケース
に一時保管する工程と、(4) カセットケースの端数を認
知処理する工程と、(5) カセットケースごとに次の工程
へウェーハを移送する工程と、(6) 次の工程に受け入れ
られるまでウェーハを一時保管する工程と、(7) 次の工
程で加工されるウェーハ名を照合する工程と、(8) 次の
工程へのウェーハの投入判定を行う工程とを、それぞれ
省くことができる。さらに、ここでは、シリコンウェー
ハWの枚葉移送手段として、ロボットハンドRを採用し
たので、ウェーハ移送時に、シリコンウェーハWのデバ
イス形成面である表面に傷が付きにくい。
了した半導体ウェーハを次の工程へ1枚ずつ枚葉移送
し、ここで半導体ウェーハを枚葉処理するようにしたの
で、半導体ウェーハの移送に付随した作業工程数を減ら
すことができる。その結果、半導体ウェーハを効率良く
製造することができ、ウェーハの製造時間を短縮するこ
とができる。
造時の面取り工程を示すフローシートである。
造時の両面加工工程を示すフローシートである。
造時の仕上げ研磨工程から仕上げ洗浄工程を示すフロー
シートである。
造方法に用いられる両面加工装置の要部拡大断面図であ
る。
込まれたリング状研磨定盤の研磨作用面の拡大正面図で
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 スライスされた半導体ウェーハの外周部
を研削する面取り工程、 半導体ウェーハの表裏両面を平行化するラッピング工
程、 ラッピング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、 エッチングされた半導体ウェーハの表面を研磨する研磨
工程、 研磨された半導体ウェーハを洗浄する洗浄工程などの半
導体ウェーハを順次処理する工程を備え、これらの工程
の内の少なくとも2つの工程が連続して実行される半導
体ウェーハの製造方法において、 上記連続して実行される2つの工程のぞれぞれを、半導
体ウェーハを1枚ずつ処理する枚葉式の工程で構成し、 この枚葉式の工程間における半導体ウェーハの移送を、
半導体ウェーハを1枚ずつ移送する枚葉移送とした半導
体ウェーハの製造方法。 - 【請求項2】 上記半導体ウェーハの枚葉移送が、半導
体ウェーハのエッジを把持するロボットハンドを用いて
行われる請求項1に記載の半導体ウェーハの製造方法。 - 【請求項3】 上記連続する枚葉処理の工程が、各工程
間において整合されたタクトタイムに合わせて半導体ウ
ェーハの処理を行う請求項1または請求項2に記載の半
導体ウェーハの製造方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007026556A1 (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-08 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 半導体ウエーハの鏡面研磨方法及び鏡面研磨システム |
JP2015056473A (ja) * | 2013-09-11 | 2015-03-23 | 信越半導体株式会社 | 鏡面研磨ウェーハの製造方法 |
-
2001
- 2001-03-27 JP JP2001090603A patent/JP2002289562A/ja active Pending
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