JP2003062740A

JP2003062740A - 鏡面ウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP2003062740A
Application number: JP2001251433A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Kato; 忠弘加藤; Shigeyoshi Nezu; 茂義祢津
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】高平坦度な鏡面ウェーハ、特にパターン寸法が
０．１３μｍ以下の成膜工程が可能な鏡面ウェーハを製
造するための製造方法を提供する。【解決手段】鏡面ウェーハを製造する方法において、少
なくともウェーハの一方の面を低ダメージラッピング加
工し、該ラッピング加工された加工面を鏡面研磨加工す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鏡面ウェーハの製造
方法に関し、特にパターン寸法が０．１３μｍ以下の成
膜工程が可能な高平坦度な鏡面ウェーハの製造方法に関
する。

【０００２】

【関連技術】メモリーデバイスの高集積化と微細化のた
め、ウェーハ（基板）の大口径化とパターン寸法の縮小
化が行われている。従来、研磨加工された基板の平坦度
（ＳＦＱＲ）については、リソグラフィー等の成膜工程
の管理面から配線（パターン化）幅以下の平坦度がウェ
ーハに要求され、従来では平坦度（ＳＦＱＲ）が０．２
５μｍ以下であったが、近時では平坦度（ＳＦＱＲ）が
０．１８μｍ以下または０．１３μｍ以下のウェーハが
要求されるようになっている。

【０００３】ＳＦＱＲ（Site Front Least Squares Ran
ge）とは、平坦度に関して表面基準の平均平面をサイト
毎に算出し、その面に対する凹凸の最大値を表した値で
ある。なお、サイトの大きさは、特別な記載がない限り
２５ｍｍ×２５ｍｍで評価した。

【０００４】例えば、２００ｍｍ直径のウェーハで、記
憶容量１メガビット（１Ｍ）のＤＲＡＭでは、パターン
寸法が１．０〜０．８μｍであったものが、４Ｍで０．
５μｍ、１６Ｍで０．３５μｍ、６４Ｍで０．２５μ
ｍ、２５６Ｍで０．１８μｍのパターン寸法が要求さ
れ、一方３００ｍｍ直径のウェーハで、記憶容量１６Ｍ
のＤＲＡＭでは、パターン寸法が０．２５μｍであった
ものが、６４Ｍで０．１８μｍ、２５６Ｍで０．１３μ
ｍのパターン寸法が要求されている。

【０００５】また、ナノトポグラフィー（Nanotopograp
hy）〔ナノトポロジー（Nanotopology）とも言われる〕
と言われる大変微小な凹凸も問題になりつつある。ナノ
トポグラフィーは波長が０．１ｍｍから２０ｍｍ程度で
振幅が数ｎｍから１００ｎｍ程度の凹凸である。例え
ば、平面研削の条痕が研磨で残留するとこのナノトポグ
ラフィーの値が悪化する。

【０００６】従来、メモリーデバイスなどに用いられる
半導体基板材料として用いられるシリコンウェーハの製
造方法は、図７の従来工程のフローチャートに示される
ごとく、一般にチョクラルスキー（Czochralski；Ｃ
Ｚ）法や浮遊帯域溶融（Floating Zone；ＦＺ）法等を
使用して単結晶インゴットを製造する単結晶成長工程
（３００）と、この単結晶インゴットをスライスし、少
なくとも一主面が鏡面状に加工されるウェーハ加工工程
（３０２）を経た鏡面研磨ウェーハ上にデバイスを形成
するデバイス製造工程（３０４）からなる。

【０００７】更に詳しくウェーハ加工工程（３０２）に
ついて示すと、単結晶インゴットをスライスして薄円板
状のウェーハを得るスライス工程（３０２ａ）と、該ス
ライス工程（３０２ａ）によって得られたウェーハの割
れ、欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取
り工程（３０２ｂ）と、このウェーハを平坦化するラッ
ピング工程（３０２ｃ）と、面取り及びラッピングされ
たウェーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工
程（３０２ｄ）と、そのウェーハ表面を鏡面化するポリ
シング（研磨）工程（３０２ｅ）と、研磨されたウェー
ハを洗浄して、これに付着した研磨剤や異物を除去する
洗浄工程（３０２ｆ）を有している。上記ウェーハ加工
工程（３０２）は、主な工程を示したもので、他に熱処
理工程等の工程が加わったり、同じ工程を多段で行った
り、工程順が入れ換えられたりする。

【０００８】平坦度の優れたウェーハを製造する方法と
して、エッチング工程を省略した工程が提案されてい
る。例えば、特開平８−２３６４８９号公報では、エッ
チング工程を省略し、ラッピング工程後に両面研磨を入
れた製造方法が提案されている。更に特開平９−９７７
７５号公報は、ラッピング及びエッチングを省略した工
程、つまりシリコンインゴットを切断して得られた円板
状ウェーハを面取りした後に、そのウェーハの両面を一
次鏡面研磨し、ついで片面仕上研磨するウェーハの製造
方法が提案されている。

【０００９】これらの製造方法は、エッチング工程がな
いものの両面研磨工程での削り代が大きく、研磨時間を
長時間要すると共に、研磨量が多いことから研磨により
周辺部がダレてしまうなどの問題が生じ、研磨により得
られるウェーハは平坦度（ＳＦＱＲ）０．１３μｍ以下
の条件を満たすことが困難である。

【００１０】また、上記研磨時間が長く要する欠点を解
決する基板の製造方法として、特開平９−２７０３９７
号公報は、インゴットを切断（スライス）してウェーハ
を得るインゴット切断工程と、切断されたウェーハの表
面または表裏面を平面研削する平面研削工程と、平面研
削されたウェーハをアルカリ溶液によりエッチングする
アルカリエッチング工程（研削により生じた２〜１０μ
ｍ深さの加工歪を解消するため）と、アルカリエッチン
グされたウェーハの周縁部を面取りする面取り工程と、
面取りされたウェーハの表面または表裏面を研磨する研
磨工程からなる製造方法を提案している。この方法では
平面研削及びアルカリエッチングなど平坦度を維持しや
すい工程を有し、さらに研磨工程での取り代が少なくな
り平坦度、特にウェーハ周辺部のダレが小さいウェーハ
が製造できる。

【００１１】また、特開２０００−２４３７３１号公報
にあるように、研磨前に平面研削をいれる場合もある。
これはアルカリエッチングされた表面を研削し、その後
鏡面研磨するものである。但し、研削工程を入れた場
合、研削条痕が残りやすいと言う問題もある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ウェーハの研磨代が多
くなる（研磨時間が長くなる）と鏡面研磨ウェーハの平
坦度（ＳＦＱＲ）が悪くなる。一般に研磨工程ではウェ
ーハに対して複数段の研磨を行い研磨代が１０μｍ程度
の研磨を行う。

【００１３】このような研磨工程でのウェーハの研磨代
が多い製造方法では、平坦度（ＳＦＱＲ）０．１３μｍ
以下の鏡面研磨ウェーハを製造することが困難である。

【００１４】また、研削工程を含む工程では研削したウ
ェーハに研削条痕が存在してしまい、特にナノトポグラ
フィーの悪化、及び研磨代が増大し０．１３μｍ以下の
平坦度が得られない。

【００１５】本発明は、上記した問題点に鑑みなされた
もので、高平坦度な鏡面ウェーハ、特にパターン寸法が
０．１３μｍ以下の成膜工程が可能な鏡面ウェーハを製
造するための製造方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の鏡面ウェーハの製造方法の第１の態様は、
少なくともウェーハの一方の面を低ダメージラッピング
加工し、該ラッピング加工された加工面を鏡面研磨加工
することを特徴とする。特に、上記ウェーハの少なくと
も一方の面が平面研削された面であり、上記低ダメージ
ラッピング加工により平面研削で生じた研削条痕を消去
した後、鏡面研磨加工するのが好適である。

【００１７】このように、鏡面研磨前にラッピング加
工、特にウェーハ表面に加工歪みが少ないラッピング加
工を行うと、それ以前に加工されたうねり等をなくし、
高平坦度のウェーハを加工することができる。ラッピン
グ加工も平面研削加工と同様に高平坦度を維持できる加
工技術である。ラッピング加工は平面研削加工に比べダ
メージ（加工歪）が入りやすいが、遊離砥粒を用いて加
工するので平面研削加工で生じる研削条痕のようなもの
は発生しない。

【００１８】従来、スライス工程後に行われていたラッ
ピング工程では、平坦度を出すために加工代が多く必要
で、その為に加工ダメージなども深くなっており、その
後エッチングなどで除去する必要があった。例えば、＃
１２００程度のラッピング砥粒を含むスラリーを用い鋳
鉄製のラッピング定盤でラッピングした場合７〜１０μ
ｍ程度の深さの加工ダメージが生じる。本発明方法にお
いては、研磨加工前にラッピング加工を行うため、ウェ
ーハの平坦度はその前段の加工段階で改善されており、
研削条痕やうねりと言った比較的微小な凹凸を無くすだ
けの加工であるため、ラッピングによるラッピング量も
少なくてすむ。

【００１９】平面研削加工ではウェーハの形状を制御し
やすくまた加工歪みも小さいという利点があるが、ラッ
ピング加工でもラッピング代を小さくしダメージが入ら
ない様に加工することも可能である。つまり、ダメージ
がそれほど発生しない程度又はダメージが発生しないよ
うにラッピング工程を行えば良い。このように低ダメー
ジ（低加工歪）でラッピングすることにより、研削条痕
の影響やエッチングによるうねりの影響もなく研磨工程
での研磨代が少なくでき、高平坦度な鏡面ウェーハが製
造できる。

【００２０】本発明方法における低ダメージ（低加工
歪）ラッピング加工とは、ラッピング加工における加工
ダメージ（加工歪）が深さ方向に５μｍ以下であるラッ
ピング加工を指称するものである。なお、この加工ダメ
ージはラッピングしたウェーハから長方形のチップを切
り出し、ラッピング面を深さ方向にｔａｎθ＝０．１の
傾斜をもって研磨（アングルポリッシュ）し、更に選択
エッチング液（JIS Ｈ０６０９で規定されているエッチ
ング液で５０％フッ酸：６１％硝酸：９９％酢酸：水＝
１：１５：３：３（容積比）の液）で１分間エッチング
し、検出されるマイクロクラックを光学顕微鏡で観察
し、これを加工ダメージとして検出している。このマイ
クロクラックが検出される範囲と研磨した傾斜角等を考
慮に入れ深さに換算し加工ダメージ深さとした。この方
法は一般的にアングルポリッシュ法（或いは角度研磨
法）と言われる。

【００２１】本発明の鏡面ウェーハの製造方法の第２の
態様は、シリコンインゴットを切断して円板状のスライ
スウェーハを得るスライス工程と、該スライスウェーハ
の表裏切断面を平面研削する研削工程と、該平面研削さ
れたウェーハの研削面をエッチング処理するエッチング
工程と、該エッチングされたウェーハの少なくとも一方
のエッチング処理面を低ダメージラッピング加工するラ
ッピング工程と、該ラッピング加工されたウェーハのラ
ッピング加工面を鏡面研磨加工するポリシング工程とか
ら成ることを特徴とする。

【００２２】平面研削により高平坦度なウェーハを作製
し、エッチング処理により研削条痕および研削歪を低減
し、ラッピング加工によりエッチングにより生じた小さ
なうねり及び残留した研削条痕を取っているので、研磨
加工での取り代量が小さく済み、研磨加工時間の短縮化
が図れ、研磨加工時の平坦度のくずれが小さく、ＳＦＱ
Ｒが０．１３μｍ以下のウェーハを得ることができる。

【００２３】更に本発明の鏡面ウェーハの製造方法の第
３の態様は、シリコンインゴットを切断して円板状のス
ライスウェーハを得るスライス工程と、該スライスウェ
ーハの表裏切断面を平面研削する第１の研削工程と、該
平面研削されたウェーハの研削面をエッチング処理する
エッチング工程と、該エッチングされた少なくとも一方
の面を平面研削する第２の研削工程と、該平面研削され
たウェーハの少なくとも一方の研削面を低ダメージラッ
ピング加工するラッピング工程と、該ラッピング加工さ
れたウェーハのラッピング加工面を鏡面研磨加工するポ
リシング工程とから成ることを特徴とする。

【００２４】エッチング処理により生じたうねりを第２
の研削工程で除去する。これは平面研削加工によれば、
ラッピング加工よりも形状制御が容易であるからであ
る。しかし、研削条痕が残存するため、このまま研磨し
たのでは研磨代を多くする必要が有り、平坦度が悪化し
てしまう。本発明方法のように低ダメージラッピング工
程を導入することにより、研削条痕を軽くラッピング
し、研削条痕をなくした状態で研磨することで、研磨加
工での取り代量が小さくてすみウェーハの平坦度（ＳＦ
ＱＲ）がさらに向上する。更に研磨条痕をなくした状態
で研磨しているためナノトポグラフィーの悪化もなく好
ましい。この第２の研削工程を入れることによりラッピ
ングによる取り代も低減できる。

【００２５】本発明方法において用いられる低ダメージ
ラッピング加工における加工ダメージ深さ、換言すれば
ラッピング工程後の加工ダメージ深さを５μｍ以下にす
るのが好ましい。これは研磨工程での取り代量が増加す
ると、平坦度の悪化、特に外周ダレが生じるためであ
る。また研磨工程の取り代量が少ないと加工時間が少な
くて済み生産性も向上する。研磨条件などによっても若
干異なるが、研磨工程での取り代量は３〜６μｍ程度が
好ましい。これ以上の取り代になると平坦度が悪化す
る。研磨工程ではラッピング工程の加工ダメージ深さ以
上の取り代量が必要となるため、ラッピング工程でも加
工ダメージ深さを抑える必要がある。そこで加工ダメー
ジ深さを５μｍ以下とする事が好ましい。ラッピング工
程で加工ダメージが発生しない程度の加工条件、例え
ば、ラッピングスラリーの砥粒を小さくするとか荷重を
低くするなどにより行うことができる。

【００２６】また、本発明方法において用いられる低ダ
メージラッピング加工におけるラッピング取り代は６μ
ｍ以下とするのが望ましい。ラッピングによる取り代が
多いと形状を悪化させることもあるため、前工程で生じ
た研削条痕やうねりを消去する最低限のラッピング加工
を行うのが好適である。

【００２７】さらに、ラッピング工程で用いる装置の定
盤として、従来は硬い鋳鉄製のラッピング定盤が用いら
れていたが、この定盤を比較的軟質な定盤にしてラッピ
ングしても良い。定盤として錫定盤を用いると容易にこ
のような低ダメージラッピング加工を行うことができ
る。錫定盤はシリコンウェーハ等のウェーハに傷をつけ
ることがない適度の硬さのラッピング定盤である。

【００２８】本発明の製造方法が適用されるウェーハと
しては、シリコンウェーハの他に、化合物半導体ウェー
ハ等の半導体ウェーハを挙げることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示される
もので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変
形が可能なことはいうまでもない。

【００３０】図１は、本発明の鏡面ウェーハの製造方法
の工程順の一例を示すフローチャートである。図１に示
すように、本発明方法は、シリコンインゴットを切断し
て円板状のウェーハを得るスライス工程（１００）、切
断されたウェーハの表裏切断面を平面研削する研削工程
（１０２）、ウェーハの研削面を酸またはアルカリでエ
ッチング処理するエッチング工程（１０４）、デバイス
が形成される少なくとも一方のエッチング処理面を低ダ
メージでラッピング加工するラッピング工程（１０
６）、ラッピング加工面を研磨加工するポリシング工程
（１０８）及び研磨加工されたウェーハを洗浄する洗浄
工程（１１０）を含む。

【００３１】各工程の後には、それぞれウェーハの洗浄
が行われる。また、必要によりスライス工程（１００）
と研削工程（１０２）の間などでウェーハの外周のエッ
ジ部を面取り加工する工程が付加されたり、更にエッジ
部の鏡面加工が行われる。

【００３２】主要な工程について各工程毎に、更に詳し
く説明すると、スライス工程（１００）は、シリコン単
結晶のインゴットを内周刃スライサーやワイヤーソーで
切断して円板状のウェーハを得る工程である。この工程
に用いられる装置は特に限定するものではないが、一般
的に市販されているスライス装置で加工すれば良い。現
状では、インゴットを切断して得られたスライスウェー
ハの平坦度は、ＴＴＶ（Total Thickness Variation：
１枚のウェーハ中で最も厚い箇所と最も薄い箇所の厚さ
の差）で１０〜２０μｍであり、しかも片面最大で３０
μｍ位の深さまで加工歪を有し、かつ、数ｍｍから数十
ｍｍの周期でうねりを有する状態のウェーハ（スライス
ウェーハ）が得られる。

【００３３】次の研削工程（１０２）で、スライスによ
る加工歪、そり、うねりを取り去りウェーハを平坦化す
る。研削工程（１０２）で用いられる平面研削装置や方
法についても特別な限定が存在するものではなく、公知
の両面平面研削装置や片面平面研削装置等及びそれらを
用いた公知の研削方法を用いることができる。両面平面
研削装置の一例を図２に示す。この両面平面研削装置１
０は横型両頭研削盤と呼ばれるもので、左右の駆動モー
タ１２，１４によって高速駆動される左側カップホイー
ル型砥石１６と右側カップホイール型砥石１８との間に
ウェーハＷを不図示の回転装置により回転させながら挟
み込んでウェーハＷの両面を左右のカップホイール型砥
石１６，１８で同時に研削できるようになっている。

【００３４】片面平面研削装置の一例を図３に示す。こ
の片面平面研削装置２０は、縦型インフィード型平面研
削盤と呼ばれるもので、砥石駆動モータ２２によって回
転せしめられるカップホイール型砥石２４と、ウェーハ
Ｗを上面に吸着固定しかつ回転テーブル駆動モータ２８
によって回転せしめられる回転テーブル２６とを有して
いる。上記カップホイール型砥石２４をウェーハＷに押
圧し、該カップホイール型砥石２４及び該回転テーブル
２６を互いに回転させることによってウェーハＷの片面
を研削する。この片面を研削されたウェーハＷに対して
は、ついで洗浄を行った後、反対面を研削する片面づつ
の表裏研削を行ってもよい。また、両面同時研削後、片
面を研削し、基板の表裏の区別ができるようにしてもよ
い。

【００３５】研削時には、ウェーハＷの表面に研削液が
供給される。研削液は水、または界面活性剤を少量含む
水が用いられる。カップホイール型砥石は、環状の台座
上に砥石片をスリットを設けて並べたもので、台座内側
に設けた溝に研削液が供給され、溝底に斜めに設けた孔
よりウェーハ表面上に供給され、ウェーハの回転により
遠心力を受けてウェーハ表面上を流れ、スリットよりウ
ェーハ外周方向へと研削液は流れる。研削取り代量は、
スライス時の加工歪、うねりを取り去る意味でウェーハ
表裏合計で５０〜１００μｍで充分である。研削速度
は、１０〜２５μｍ／分が一般である。研削時の砥石の
回転数は、２，０００〜６，０００ｒｐｍ、ウェーハの
回転数は１，５００〜４，０００ｒｐｍ程度である。こ
のようにしてウェーハの表裏を研削し平坦度ＴＴＶ（To
tal Thickness Variation）が０．５〜１μｍ程度の高
平坦度なウェーハを得る。

【００３６】次にエッチング工程（１０４）について説
明する。研削によりウェーハ表面には２〜１０μｍの深
さの加工歪と、螺旋状の条痕（研削条痕）が残るので、
これを酸エッチングおよび／またはアルカリエッチング
で取り去る。

【００３７】エッチング液としては、アルカリエッチン
グの場合、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）又は水酸化
カリウムを用いたエッチング液が用いられる。アルカリ
エッチング後のウェーハは前工程における平坦度を維持
しやすいが、その表面には、局所的に深さが数μｍで大
きさが数〜十数μｍ程度のピットが存在しやすくなるた
め、ピットに異物が侵入すると、後工程でパーティクル
の発生や汚染の原因となる。また深いピットが存在した
り、表面粗さ（Ｒａ）が大きくなるため、後工程の鏡面
研磨での研磨代を大きくする必要がある。またエッチン
グ後の表面の凹凸は、酸エッチングに較べ、鋭利な形状
をしているため、凹凸自体がパーティクルの発生源とな
る場合がある。

【００３８】また酸エッチングの場合、フッ酸、硝酸、
酢酸及び水の混合液等の酸エッチング液が利用される。
酸エッチングでは平面研削やラッピング後のウェーハの
平坦度はエッチング量が多い程損なわれる。またうねり
などが発生しやすい。

【００３９】これらを改善するためにエッチング工程を
アルカリエッチングの後、酸エッチングを行うものと
し、その際、アルカリエッチングのエッチング代を、酸
エッチングのエッチング代よりも大きくする２段のエッ
チング処理を行うことがある。

【００４０】本発明では、これらのエッチング工程につ
いても特別な限定が存在するものではなく、従来の方法
が使用できる。特にアルカリエッチングで発生する鋭利
な形状をした凹凸や酸エッチングで生じやすいうねりな
どが存在しても、その後のラッピング工程で除去できる
ため、上記のような従来の方法を利用すれば良い。

【００４１】具体的にエッチング工程は、上記のような
エッチング液が貯蔵されたエッチング槽内にカセット内
に収納された複数枚のウェーハを浸漬して行う。この場
合のエッチングによる取り代量は、ウェーハの両面合計
で５〜４０μｍ程度である。

【００４２】エッチング処理されたウェーハ表面にはエ
ッチングにより生じた凹凸や小さなうねりまた研削によ
る研削条痕が若干残ってしまう。このうねりなどを取り
除くためにウェーハのエッチング面をラッピング加工す
る。

【００４３】本発明のラッピング工程（低ダメージラッ
ピング加工）では、ラッピングによる取り代量は片面１
〜６μｍと少なめに設定する。ラッピングによる取り代
が多いと形状を悪化させることもある為、上限は６μｍ
程度、下限は研削条痕やうねりを消去する最低ラッピン
グ量、通常１μｍ以上でよい。ラッピングに用いる装置
も特に限定するものではないが通常片面ラッピング装置
を用いればよい。

【００４４】片面ラッピング装置の一例を図４に示す。
この片面ラッピング装置３０は、回転するラッピング定
盤３２と、ラッピングヘッド３４の下面に装着されたウ
ェーハ保持盤３６と、ラッピングスラリー供給管３８を
有している。該ラッピング定盤３２は回転軸３３により
所定の回転速度で回転される。該ラッピングヘッド３４
は回転軸３５により所定の回転速度で回転される。

【００４５】そして、ウェーハ保持盤３６は、真空吸着
等によりそのウェーハ保持面３６ａにウェーハＷを保持
する。該ウェーハ保持盤３６は、ラッピングヘッド３４
の下面に設けられ、ラッピングヘッド３４により回転さ
れると同時に所定の荷重でラッピング定盤３２にウェー
ハＷを押し付ける。ラッピングスラリー３９はラッピン
グスラリー供給管３８から所定の流量でラッピング定盤
３２上に供給され、このラッピングスラリー３９がウェ
ーハＷとラッピング定盤３２の間に供給されることによ
りウェーハＷがラッピングされる。

【００４６】さらに具体的にラッピング作用についてい
えば、ウェーハＷのデバイスが形成されるエッチング処
理面を下方に向けてウェーハＷをウェーハ保持盤３６に
チャックし、ウェーハＷをラッピング定盤３２に押圧
し、ラッピング定盤３２に遊離砥粒を０．５〜５重量％
程度含有するラッピングスラリー３９を５０〜４００ｃ
ｃ／時の供給速度で供給しつつ、ウェーハＷとラッピン
グ定盤３２を回転させることによりウェーハＷをラッピ
ング定盤３２上で摺動させることによりラッピングを行
う。

【００４７】ラッピングスラリー３９の砥粒としては、
多結晶ダイヤモンド粒子、アルミナ、シリカ等が用いら
れる。特にダメージを低くするには＃１５００以上に細
かいラッピング砥粒、特に平均粒径０．３〜１．５μｍ
程度の遊離砥粒が好ましい。ウェーハＷのラッピング定
盤３２への押圧力は、１０〜１００ｇ／ｃｍ²、ウェー
ハＷの回転数は１０〜１００ｒｐｍ、ラッピング定盤３
２の回転数は１０〜１００ｒｐｍ程度である。ラッピン
グ定盤３２の素材としては、錫、アルミニウム、銅、ス
テンレス等の金属、セラミック、ＡＢＳ樹脂（アクリル
ニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂）等が挙げられ
る。ラッピング速度は、ラッピング定盤の種類、ラッピ
ングスラリーの種類により異なるが一般に０．０２〜
０．１０μｍ／分である。このようにすれば、加工ダメ
ージの少ないラッピング加工が行える。

【００４８】ラッピング工程の加工条件は加工ダメージ
が低くなるように設定するが、特に錫定盤を用いること
が好ましい。錫定盤の適度な硬さがダメージの発生を抑
えるものと考えられる。錫定盤を用いればウェーハにス
クラッチを発生させることもなく、加工ダメージ（加工
歪）深さが１〜５μｍと小さく加工できるので好まし
い。低ダメージラッピングを達成するにはひとつひとつ
の砥粒による切り込み深さを小さく抑える事が重要であ
り、ラッピングスラリーの砥粒を小さくしたり、荷重を
低くするなどにより対応できる。また錫定盤を使った場
合、＃１５００（粒径８〜９μｍ程度）の砥粒であって
も砥粒が定盤に沈み込み０．２〜０．５μｍ程度の大変
小さい切り込み深さになっていると考えられる。従って
低ダメージラッピングが可能である。従来の鋳鉄製の定
盤では＃１５００の砥粒を用いた場合、この切り込み深
さは２〜３μｍ程度と考えられ、加工ダメージも深くな
ると考えられる。

【００４９】次に研磨工程（ポリシング工程）（１０
８）について説明する。研磨工程（１０８）において用
いられる研磨装置及び研磨条件についても特別の限定が
存在するものではない。片面研磨装置の一例を図５に示
す。この研磨装置４０は、回転する研磨定盤４２と、研
磨ヘッド４４の下面に装着された研磨用ウェーハ保持盤
４６と、研磨剤供給管４８を有している。該研磨定盤４
２の上面には研磨布４１が貼付してある。該研磨定盤４
２は回転軸４３により所定の回転速度で回転される。該
研磨ヘッド４４は回転軸４５により所定の回転速度で回
転される。

【００５０】そして、研磨用ウェーハ保持盤４６は、真
空吸着等によりそのウェーハ保持面４６ａにウェーハＷ
を保持している。該研磨用ウェーハ保持盤４６は、研磨
ヘッド４４の下面に設けられ、研磨ヘッド４４により回
転されると同時に所定の荷重で研磨布４１にウェーハＷ
を押し付ける。研磨剤４９は研磨剤供給管４８から所定
の流量で研磨布４１上に供給され、この研磨剤４９がウ
ェーハＷと研磨布４１の間に供給されることによりウェ
ーハＷが研磨される。

【００５１】さらに具体的に研磨作用について言えば、
ラッピング加工されたウェーハＷは、ラッピング加工面
を下方に向けて研磨ヘッド４４にチャックされ、研磨布
４１を貼着した研磨定盤４２に押圧される。研磨定盤４
２には平均粒径０．３〜１．５μｍの砥粒を含有する研
磨剤４９を５０〜１５０ｃｃ／分の供給速度で供給す
る。この状態でウェーハＷと研磨定盤４２を回転させる
ことによりウェーハＷを研磨定盤４２上で摺動させる。
このようにしてウェーハＷは研磨され研磨面は鏡面仕上
面となる。

【００５２】研磨工程は通常複数段で実施されるが研磨
代及び平坦度は、初めの研磨（１次研磨）でほぼ決ま
る。その後、極微小な凹凸（面粗さやヘイズ）の改善の
ため、研磨布の硬さや供給する研磨剤４９を代え研磨が
繰り返される。２次研磨や仕上げ研磨における研磨代は
ほとんどなく、例えば１μｍ以下である。

【００５３】１次研磨に用いる砥粒としては、アルミ
ナ、シリカ、ベーマイト等が考えられる。シリコンウェ
ーハの鏡面研磨の場合、コロイダルシリカを含有したア
ルカリ溶液を研磨剤として使用することが好ましい。ウ
ェーハの研磨定盤への押圧力は、１０〜３００ｇ／ｃｍ
²、ウェーハの回転数は１０〜１００ｒｐｍ、研磨定盤
の回転数は１０〜１００ｒｐｍ程度である。１次研磨の
取り代量は、ラッピングで生じた加工ダメージ深さと同
等かやや多い取り代で２〜５μｍである。２次、仕上げ
研磨まで実施し、全体で３〜６μｍ程度の研磨を行えば
よい。研磨工程での取り代量が増加すると、平坦度の悪
化、特に外周ダレが生じるため、研磨工程全体での取り
代量はできるだけ少ない方が好ましく、３〜６μｍ程度
が好ましい。これ以上の取り代になると平坦度が悪化し
易くなる。また研磨工程の取り代量が少ないと加工時間
も少なくてすみ生産性も向上し好ましい。

【００５４】このような工程を経た後に、ウェーハの洗
浄がなされる。洗浄は水洗浄またはアルカリ洗浄および
／または酸洗浄後、水によるリンス洗浄が一般に行われ
る。洗浄の補助手段としてブラシや超音波振動が用いら
れる。洗浄終了後、ウェーハはスピン乾燥される。

【００５５】本発明方法の別の態様として、図６のフロ
ーチャートに示すようにエッチング工程とラッピング工
程の間に第２の研削工程を設けた鏡面ウェーハの製造方
法をあげることができる。この製造方法は、シリコンイ
ンゴットを切断して円板状のウェーハを得るスライス工
程（２００）、切断されたウェーハの表裏切断面を平面
研削する第１の研削工程（２０２）、ウェーハの研削面
をエッチング処理するエッチング工程（２０４）、ウェ
ーハのエッチング面を平面研削する第２の研削工程（２
０６）、デバイスを形成する面に対し（第２の研削工程
で研削された面）をラッピング加工するラッピング工程
（２０８）、ウェーハのラッピング加工面を研磨加工す
るポリシング工程（２１０）及び研磨加工されたウェー
ハを洗浄する洗浄工程（２１２）を含む。

【００５６】このウェーハのエッチング面を平面研削す
る第２の研削工程は、エッチングにより生じた小さなう
ねりを取り去るものである。この第２の研削工程におけ
る研削代はうねりが改善される程度の少量で良い。この
第２の研削工程で生じた螺旋状の研削条痕を次ぎのラッ
ピング工程で消滅させるもので、より平坦度が優れるウ
ェーハが得られる。各工程の詳細は図１のフローチャー
トと関連して説明した内容と同様であるので省略する。
また第２の研削工程でも第１の研削工程と同様な条件で
加工すれば良い。

【００５７】

【実施例】以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的
に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもの
で限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもな
い。

【００５８】（実施例１）ワイヤーソーを用いて切断さ
れた厚みが約８２５μｍ前後、直径２００ｍｍのシリコ
ンウェーハ２５枚について図１に示した工程に従ってウ
ェーハ加工を行った。

【００５９】研削工程では、このスライスされたシリコ
ンウェーハの各々を図３に示すような平面研削装置を用
いて片面研削し、ウェーハを洗浄後、表裏を逆にしてウ
ェーハの裏面側を研削し、研削代として表裏それぞれ約
２５μｍづつ取り去り、水で洗浄し、高平坦度なウェー
ハを得た。

【００６０】次にエッチング工程として、アルカリエッ
チングを行った。アルカリエッチング液（４５％苛性ソ
ーダ水溶液）を内蔵したエッチング槽内に２５枚の研削
加工されたウェーハを収納するカセットを浸漬させ、８
０℃で１５分間エッチングを行った。エッチング後、水
でウェーハを洗浄し、スピン乾燥し、厚み約７３５μｍ
のエッチングウェーハを得た。

【００６１】ラッピング工程として、図４に示すような
片面ラッピング装置を用い、ウェーハをスピンドルに軸
承されたヘッドにチャックし、ウェーハを錫定盤に押圧
（４８ｇ／ｃｍ²）し、平均粒径１．０μｍのアルミナ
砥粒を含有するスラリーを錫定盤表面に２００ｃｃ／時
の供給速度で供給しつつ、ウェーハと錫定盤をそれぞれ
３０ｒｐｍで回転させることによりウェーハをラッピン
グ定盤上に摺動させて６０分間ラッピング加工を行っ
た。ついで、このようにラッピング加工されたラッピン
グウェーハを水で洗浄し、スピン乾燥させて厚みが約７
３０μｍのウェーハを得た。このラッピング後のウェー
ハを１枚抜き取り、加工ダメージ深さを確認した。加工
ダメージ深さは先に示したアングルポリッシュ法により
ウェーハ面内１０点で評価した。評価した結果、平均
３．８μｍ程度であり最大でも４．２μｍであった。

【００６２】ポリシング工程では、図５に示すようなポ
リシング装置を用い、ラッピング加工されたラッピング
ウェーハをヘッドに吸着させ、コロイダルシリカ系研磨
剤スラリーを５０ｒｐｍで回転している研磨定盤上の研
磨布（不織布タイプ）に滴下しつつ１００ｒｐｍで回転
しているスピンドルを下降させてウェーハを研磨布に２
００ｇ／ｃｍ²の圧力で押し当て、かつ、スピンドルを
２５ｍｍ幅左右方向に１ｃｍ／分の速度で往復揺動させ
ながら１２分間研磨を行った。研磨後、スピンドルを上
昇させ、ヘッドの吸着を開放し、研磨されたウェーハを
ブラシ洗浄し、リンス洗浄、乾燥させ、表面が鏡面仕
上、裏面が梨地仕上の鏡面研磨加工ウェーハを得た。ウ
ェーハの研磨量は約５．０μｍであった。このようにし
て鏡面研磨されたウェーハの厚みは７２５．０２μｍか
ら７２５．８０μｍの鏡面研磨加工された鏡面ウェーハ
を得た。得られた鏡面ウェーハの平坦度（ＳＦＱＲｍａ
ｘ）は全て０．１３μｍを満足するものであった。

【００６３】なお、平坦度（ＳＦＱＲ）は、設定された
サイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平
面を基準平面とし、この平面からの＋側、−側各々最大
変位量の絶対値の和であり各サイト毎に評価される。Ａ
ＤＥ社製の静電容量型フラットネス測定器ウルトラゲー
ジ９５００を用い、サイトのサイズ２５ｍｍ×２５ｍｍ
で評価した値である。ＳＦＱＲｍａｘはウェーハ面内で
評価したＳＦＱＲの最大値である。

【００６４】（実施例２）ワイヤーソーを用いて切断さ
れた厚みが約８２５μｍ前後、直径２００ｍｍのシリコ
ンウェーハ２５枚を準備し、図６に示した工程に従って
ウェーハ加工を行った。

【００６５】第１研削工程として、このスライスされた
シリコンウェーハを図３に示すような平面研削装置を用
いて片面研削し、ウェーハを洗浄後、表裏を逆にしてウ
ェーハの裏面側を研削し、表裏それぞれ約２５μｍづつ
取り去り、水で洗浄し、平坦度の高いウェーハを得た。

【００６６】エッチング工程として、酸エッチングを行
った。酸エッチング液（フッ酸、硝酸、酢酸及び水の混
合液）を内蔵したエッチング槽内に２５枚の研削加工さ
れたウェーハを収納するカセットを浸漬させ、２５℃で
１０分間エッチングを行った。エッチング後、水でウェ
ーハを洗浄し、スピン乾燥し、厚み約７５０μｍのエッ
チングウェーハを得た。

【００６７】第２研削工程として、このエッチング処理
されたシリコンウェーハのエッチング面を図３に示すよ
うな平面研削装置を用いて研削した後、ウェーハを水で
洗浄し、うねりのない厚み約７３３μｍのウェーハを得
た。

【００６８】次にラッピング工程として図４に示すよう
な片面ラッピング装置を用い、ウェーハの研削処理面を
下方に向けてウェーハをスピンドルに軸承されたヘッド
にチャックし、ウェーハを錫定盤に押圧（４８ｇ／ｃｍ
²）し、平均粒径１．０μｍのアルミナ砥粒を含有する
スラリーを錫定盤表面に２００ｃｃ／時の供給速度で供
給しつつ、ウェーハと錫定盤をそれぞれ３０ｒｐｍで回
転させることによりウェーハをラッピング定盤上で摺動
させて３０分間ラッピング加工を行った。ついでラッピ
ング加工されたウェーハを水で洗浄し、スピン乾燥させ
て厚みが約７３０μｍのウェーハを得た。このラッピン
グ後のウェーハを１枚抜き取り、加工ダメージ深さを確
認した。加工ダメージ深さは先に示したアングルポリッ
シュ法によりウェーハ面内１０点で評価した。評価した
結果、平均３．０μｍ程度であり最大でも３．５μｍで
あった。

【００６９】ポリシング工程では、図５に示すようなポ
リシング装置を用い、ラッピング加工されたウェーハを
ヘッドに吸着させ、コロイダルシリカ系研磨剤スラリー
を５０ｒｐｍで回転している研磨定盤上の研磨布（不織
布タイプ）に滴下しつつ１００ｒｐｍで回転しているス
ピンドルを下降させてウェーハを研磨布に２００ｇ／ｃ
ｍ²の圧力で押し当て、かつ、スピンドルを２５ｍｍ幅
左右方向に１ｃｍ／分の速度で往復揺動させながら１０
分間研磨を行った。研磨後、スピンドルを上昇させ、ヘ
ッドの吸着を開放し、研磨されたウェーハをブラシ洗浄
し、リンス洗浄、乾燥させ、表面が鏡面仕上、裏面が梨
地仕上の鏡面研磨ウェーハを得た。ウェーハの研磨量は
約４．０μｍであった。その後、２次、仕上げ研磨を行
い厚み７２４．８０μｍから７２５．０２μｍの鏡面ウ
ェーハを得た。得られた鏡面ウェーハの平坦度（ＳＦＱ
Ｒｍax）は全て０．１２μｍを満足するものであった。

【００７０】また、ナノトポグラフィーについても評価
した。ナノトポグラフィーの評価法としては１辺が０．
１ｍｍから１０ｍｍ程度の正方形、または直径が０．１
ｍｍから１０ｍｍ程度の円形のブロック範囲（この範囲
はWINDOW SIZE等と呼ばれる）の領域で、ウェーハ表面
の凹凸の高低差（ＰＶ値；peak to valley）を評価す
る。このＰＶ値はナノトポグラフィー・ハイト（Nanoto
pography Height）等とも呼ばれる。ナノトポグラフィ
ーとしては、特に評価したウェーハ面内に存在する凹凸
の最大値が小さいことが望まれている。本実施例ではＡ
ＤＥ社製ＷＩＳ−ＣＲ８３−ＳＱＭ（商品名）を用い１
０ｍｍの正方形で複数のブロック範囲を評価しそのＰＶ
値の最大値で評価した。この値は６０ｎｍ以下であれば
好ましいレベルである。本実施例（実施例１及び実施例
２）で製造したウェーハのナノトポグラフィーはいずれ
も２０〜３０ｎｍ程度で大きくても５０ｎｍ以下であっ
た。

【００７１】（比較例１）実施例１と同じ工程で、ラッ
ピング工程（低ダメージラッピング加工）を行う事なく
ウェーハを研磨した。すなわち、スライス工程、研削工
程、エッチング工程、ポリシング工程の順でウェーハ加
工を行った。スライス工程、研削工程、エッチング工
程、研磨工程で使用する装置や加工方法（条件）は実施
例１と同じである。

【００７２】このように鏡面研磨した結果、ウェーハの
厚みが７２９．２１〜７３０．１２μｍの鏡面ウェーハ
を得た。得られた鏡面ウェーハの平坦度（ＳＦＱＲｍａ
ｘ）は、０．１５μｍ以下であった。なお、ナノトポグ
ラフィー（１０ｍｍの正方形で評価）は１９６．９ｎｍ
と大変大きな値であった。

【００７３】本比較例のように、特に研磨量を５μｍと
少なく設定した研磨工程では、アルカリエッチング後に
残存していた研削条痕等の影響を大きく受け、ナノトポ
グラフィーの悪化が見られる。このナノトポグラフィー
の悪化については研磨量を増やすことで、ある程度の改
善も可能であるが、研磨量が増える事により平坦度(Ｓ
ＦＱＲｍａｘ)が悪化してしまう。研磨量を少なくし、
平坦度を維持しつつ、かつナノトポグラフィーの良好な
ウェーハを得るには本発明のような研磨前に低ダメージ
ラッピング加工を導入した工程とすると良い。

【００７４】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の基板の製造
方法によれば、研磨前に低ダメージラッピング工程を入
れることで、ＳＦＱＲｍａｘ０．１３μｍ以下の高平坦
度なウェーハが製造でき、その上、研削によるナノトポ
グラフィーの悪化も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の工程順の一例を示すフローチャ
ートである。

【図２】両面平面研削装置の一例を示す概略説明図で
ある。

【図３】片面平面研削装置の一例を示す概略説明図で
ある。

【図４】ラッピング装置の一例を示す概略説明図であ
る。

【図５】研磨装置の一例を示す概略説明図である。

【図６】本発明方法の工程順の他の例を示すフローチ
ャートである。

【図７】従来のシリコンウェーハの製造方法の工程順
の一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０：両面平面研削装置、１２，１４：駆動モータ、１
６，１８：カップホイール型砥石、２０：片面平面研削
装置、２２：砥石駆動モータ、２４：カップホイール型
砥石、２６：回転テーブル、２８：回転テーブル駆動モ
ータ、３０：片面ラッピング装置、３２：ラッピング定
盤、３３：回転軸、３４：ラッピングヘッド、３５：回
転軸、３６：ウェーハ保持盤、３６ａ：ウェーハ保持
面、３８：ラッピングスラリー供給管、３９：ラッピン
グスラリー、４０：研磨装置、４１：研磨布、４２：研
磨定盤、４３：回転軸、４４：研磨ヘッド、４５：回転
軸、４６：研磨用ウェーハ保持盤、４６ａ：ウェーハ保
持面、４８：研磨剤供給管、４９：研磨剤、Ｗ：ウェー
ハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者祢津茂義福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150 信越半導体株式会社半導体白河研究所内Ｆターム(参考） 3C049 AA07 BA02 CA01 CB01 3C058 AA07 BA02 CB01 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鏡面ウェーハを製造する方法において、
少なくともウェーハの一方の面を低ダメージラッピング
加工し、該ラッピング加工された加工面を鏡面研磨加工
することを特徴とする鏡面ウェーハの製造方法。
【請求項２】前記ウェーハの少なくとも一方の面が平
面研削された面であり、前記低ダメージラッピング加工
により該平面研削で生じた研削条痕を消去した後、鏡面
研磨加工することを特徴とする請求項１記載の鏡面ウェ
ーハの製造方法。
【請求項３】鏡面ウェーハを製造する方法において、
インゴットを切断して円板状のスライスウェーハを得る
スライス工程と、該スライスウェーハの表裏切断面を平
面研削する研削工程と、該平面研削されたウェーハの研
削面をエッチング処理するエッチング工程と、該エッチ
ングされたウェーハの少なくとも一方のエッチング処理
面を低ダメージラッピング加工するラッピング工程と、
該ラッピング加工されたウェーハのラッピング加工面を
鏡面研磨加工するポリシング工程とから成ることを特徴
とする鏡面ウェーハの製造方法。
【請求項４】鏡面ウェーハを製造する方法において、
インゴットを切断して円板状のスライスウェーハを得る
スライス工程と、該スライスウェーハの表裏切断面を平
面研削する第１の研削工程と、該平面研削されたウェー
ハの研削面をエッチング処理するエッチング工程と、該
エッチングされた少なくとも一方の面を平面研削する第
２の研削工程と、該平面研削されたウェーハの少なくと
も一方の研削面を低ダメージラッピング加工するラッピ
ング工程と、該ラッピング加工されたウェーハのラッピ
ング加工面を鏡面研磨加工するポリシング工程とから成
ることを特徴とする鏡面ウェーハの製造方法。
【請求項５】前記低ダメージラッピング加工における
加工ダメージ深さが５μｍ以下であり、ラッピング取り
代が６μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか１項記載の鏡面ウェーハの製造方法。
【請求項６】前記低ダメージラッピング加工において
用いられる定盤が錫定盤であることを特徴とする請求項
１〜５のいずれか１項記載の鏡面ウェーハの製造方法。