JP2003142434A - 鏡面ウエーハの製造方法 - Google Patents

鏡面ウエーハの製造方法

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JP2003142434A
JP2003142434A JP2001332989A JP2001332989A JP2003142434A JP 2003142434 A JP2003142434 A JP 2003142434A JP 2001332989 A JP2001332989 A JP 2001332989A JP 2001332989 A JP2001332989 A JP 2001332989A JP 2003142434 A JP2003142434 A JP 2003142434A
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polishing
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JP2001332989A
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English (en)
Inventor
Tadahiro Kato
忠弘 加藤
Hisashi Oshima
久 大嶋
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
信越半導体株式会社
Naoetsu Electronics Co Ltd
直江津電子工業株式会社
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外周ダレの少ない高平坦度な両面鏡面ウエー
ハを簡単な方法で精度良く製造する。 【解決手段】 半導体ウエーハの両主面を研磨すること
により鏡面ウエーハを製造する方法において、前記研磨
する半導体ウエーハとして、両主面に接する面取り部分
に酸化膜2等の半導体ウエーハより研磨速度が遅い材質
からなる膜が形成され、かつ両主面には前記膜が形成さ
れていないウエーハ1を用い、研磨布12,13に研磨
液を供給しながら前記ウエーハの両主面を研磨布に摺接
させて両面研磨を行うことを特徴とする鏡面ウエーハの
製造方法。前記研磨する半導体ウエーハは、ウエーハ全
面に酸化膜等を形成した後、両主面を平面研削、エッチ
ング、またはラッピングすることにより両主面の膜を除
去して得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は鏡面ウエーハの製造
方法に関し、特にウエーハの外周ダレを無くすための両
面鏡面研磨ウエーハの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体分野では、メモリーデバイスの高
集積化と微細化が年々進み、パターン寸法の縮小化と基
板となる半導体ウエーハの大口径化が行われている。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
は、一般的にシリコンウェーハが用いられている。
【0003】シリコンウエーハの製造手順としては、図
7に示されるように、チョクラルスキー(Czochralsk
i;CZ)法等により単結晶インゴットを製造する単結晶
成長工程と、この単結晶インゴットをスライスしてウエ
ーハとし、少なくとも一主面が鏡面状となるウエーハ
(鏡面ウエーハ)に加工するウエーハ加工工程に分けら
れる。
【0004】さらに、ウエーハ加工工程としては、図7
に示されるように、単結晶インゴットをスライスして薄
円板状のウエーハを得るスライス工程と、ウエーハの割
れ、欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取
り工程と、ウエーハを平坦化するラッピング工程と、ウ
エーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程
と、ウエーハ表面を鏡面化するポリッシング(研磨)工
程と、研磨されたウエーハを洗浄して、表面に付着した
研磨剤や異物を除去する洗浄工程などがある。上記の工
程は主な工程を示したもので、熱処理工程等の他の工程
が加わったり、同じ工程を多段で行なったり、工程順が
入れ換えられたりする。また、ラッピングに代えて平面
研削によりウエーハを平坦化する場合もある。上記のよ
うな工程を経て鏡面化されたウエーハは、次にデバイス
製造工程へと送られる。
【0005】従来、研磨加工されたウエーハの平坦度に
ついては、デバイス製造工程におけるリソグラフィー等
の成膜工程の管理面から配線幅以下の平坦度が要求され
ている。例えば、従来要求されていた平坦度は、SFQ
Rが0.18μm以下であったが、近時ではSFQRが
0.15μm以下、あるいは0.13μm以下、さらに
は0.10μm以下のウエーハが要求されるようになっ
てきている。なお、SFQR(Site Front
Least Squares Range)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。一般的に
サイトの大きさは、25mm×25mm程度で評価され
る。
【0006】ラッピング工程や平面研削工程などの平坦
化工程を経てウエーハを高平坦度に加工しても、続くエ
ッチング工程や研磨工程で平坦度が悪化してしまうこと
がある。特に、研磨工程では、取り代(研磨代)が大き
くなるとウエーハの周辺部が中央部より過剰に研磨され
ていわゆる外周ダレ(周辺ダレ)が生じ、平坦度が悪化
する場合がある。
【0007】この外周ダレを抑制する方法として、例え
ば研磨においてウエーハを保持する保持板の外周に保持
面よりウエーハの厚さ分だけ突出するリテーナーリング
と呼ばれる治具を設け、研磨中にウエーハ外周部から研
磨布を沈み込ませる方法、あるいはウエーハより小径の
保持板を用いてウエーハ周辺部を浮かすことでウエーハ
周辺部の過剰な研磨を抑える方法等が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】シリコンウエーハの研
磨工程は一般的に複数段の研磨、例えば1次研磨の後、
2次研磨、さらには仕上げ研磨が行われており、研磨工
程全体で10μm程度の研磨代となるが、通常の研磨方
法でこの程度研磨すると、近年要求されているSFQR
が0.15μm以下の鏡面ウエーハを製造することは困
難である。また、上記リテーナーリングや小径の保持板
を用いた方法では、研磨布の沈み込ませかたやウエーハ
の浮かせ具合などの制御が難しく、品質がバラツクとい
う問題がある。
【0009】特に近年では直径300mm以上のウエー
ハも製造され始め、このようなウエーハでは高平坦度な
ウエーハを得るために両主面を鏡面研磨したウエーハが
要求されつつある。このような両面鏡面ウエーハを製造
する場合、両面研磨装置を用いることで両主面を同時に
研磨することができるが、このとき両面とも外周ダレが
生じる場合があり、特に問題となる。直径300mmの
ウエーハに限らず、両面鏡面研磨ウエーハを得るにはこ
のような外周ダレを極力抑える必要がある。
【0010】上記問題点に鑑み、本発明では、外周ダレ
の少ない高平坦度な両面鏡面ウエーハを簡単な方法で精
度良く製造することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、半導体ウエーハの両主面を研磨す
ることにより鏡面ウエーハを製造する方法において、前
記研磨する半導体ウエーハとして、両主面に接する面取
り部分に該半導体ウエーハより研磨速度が遅い材質から
なる膜が形成され、かつ両主面には前記膜が形成されて
いないウエーハを用い、研磨布に研磨液を供給しながら
前記ウエーハの両主面を研磨布に摺接させて両面研磨を
行うことを特徴とする鏡面ウエーハの製造方法が提供さ
れる(請求項1)。
【0012】本来、ウエーハの外周部分の方が過剰に研
磨されて外周ダレが生じ易いが、上記のような膜が形成
された面取り部分付近では、研磨速度が遅くなるため、
半導体材料が露出している中心部と、上記膜が形成され
た面取り部に近い周辺部での研磨代が同程度となり、外
周ダレが抑制される。
【0013】前記研磨速度が遅い材質からなる膜は特に
限定されないが、酸化膜を好適に利用することができ
る。すなわち、本発明によれば、半導体ウエーハの両主
面を研磨することにより鏡面ウエーハを製造する方法に
おいて、前記研磨する半導体ウエーハとして、両主面に
接する面取り部分に酸化膜が形成され、かつ両主面には
酸化膜が形成されていないウエーハを用い、研磨布に研
磨液を供給しながら前記ウエーハの両主面を研磨布に摺
接させて両面研磨を行うことを特徴とする鏡面ウエーハ
の製造方法が提供される(請求項2)。
【0014】例えばシリコンウエーハを上記のような方
法で研磨すれば、ウエーハの面取り部分に酸化膜を形成
したことにより、研磨が進むにつれてウエーハの中心部
と外周部で研磨速度の差が生じる。すなわち、本来、ウ
エーハの外周部分の方が過剰に研磨されて外周ダレが生
じ易いが、シリコン酸化膜とシリコンでは、研磨液によ
る研磨速度がシリコン酸化膜の方がはるかに遅いため、
酸化膜が形成された面取り部分付近での研磨速度が若干
遅くなる。また、面取り部分の酸化膜がリテーナリング
のように作用することも考えられる。
【0015】そのため、結果としてシリコンが露出して
いる中心部と、シリコン酸化膜が形成された面取り部に
近い周辺部での研磨代が同程度となり、直径300mm
以上の大口径のウエーハを研磨する場合でも、外周ダレ
が抑制される。そしてこの方法によれば、リテーナーリ
ングや小径の保持板など、特別な治具を用いる必要が無
く、通常の研磨装置を用いて研磨することができるた
め、SFQRが0.15μm以下の高平坦な鏡面ウエー
ハを容易に製造することができる。
【0016】この場合、研磨する半導体ウエーハを、ウ
エーハ全面に酸化膜を形成した後、該ウエーハの両主面
を平面研削することにより得ることが好ましい(請求項
3)。例えばシリコンウエーハの全面に酸化膜を形成
し、該ウエーハの両主面を平面研削すると、両主面には
シリコンが現れるとともに、面取り部分には酸化膜が残
った状態のウエーハとなる。従って、このような方法に
より、面取り部分に酸化膜が形成され、両主面には酸化
膜の無い所望の研磨用のウエーハを容易に得ることがで
きる。
【0017】また、平面研削は、大変高平坦度な加工が
可能であるため、前工程のエッチング等により生じたう
ねりなどを改善することができる。すなわち、平面研削
により表面の酸化膜が除去されるとともに、うねりが少
ない原料ウエーハとなり、その後これを研磨すれば、う
ねりも外周ダレもほとんど無い、極めて高平坦度な両面
鏡面ウエーハとすることができる。
【0018】また、研磨する半導体ウエーハを得る他の
方法として、ウエーハ全面に酸化膜を形成した後、該ウ
エーハの両主面の酸化膜をエッチング除去することもで
きる(請求項4)。このようにウエーハ全面に形成した
酸化膜のうち、両主面の酸化膜をエッチング除去すれ
ば、前記平面研削による場合と同様に両主面にはシリコ
ンが現れ、面取り部分には酸化膜が残った状態のウエー
ハとすることができる。従って、これを両面研磨して
も、両主面において外周ダレの少ない高平坦度な鏡面ウ
エーハとすることができる。
【0019】さらに別の方法として、ウエーハ全面に酸
化膜を形成した後、該ウエーハの両主面の酸化膜をラッ
ピングにより除去することもできる(請求項5)。この
ようにウエーハの両主面の酸化膜をラッピングにより除
去する場合、平面研削の場合よりも酸化膜を除去し難い
が、両面の酸化膜を同時に除去することができるので、
面取り部分だけに酸化膜が形成されたウエーハを効率良
く得ることができる。
【0020】酸化膜の厚さは研磨条件等により適宜設定
すれば良いが、特に30nm〜1μmの厚さとなるよう
に形成させることが好ましい(請求項6)。この程度の
厚さの酸化膜であれば、容易に形成させることができ、
また、周辺部の研磨速度を確実に遅らせて外周ダレの発
生を抑制することができる。
【0021】前記酸化膜として、熱酸化膜を形成させる
ことが好ましい(請求項7)。熱酸化膜に関しては、例
えばシリコンウエーハの場合、水蒸気や酸素を含む雰囲
気中の熱処理によりシリコン表面に均一に熱酸化膜を形
成することができ、膜厚も容易に制御することができ
る。
【0022】本発明での両面研磨は、両面同時研磨装置
を用いて行うことが好ましい(請求項8)。このように
両面同時研磨装置を用いて両面研磨を行えば、両主面と
も外周ダレがほとんど無い高平坦度の鏡面ウエーハを非
常に効率良く製造することができる。
【0023】また、半導体ウエーハの両面研磨を行った
後は、該ウエーハの面取り部分に残存している酸化膜を
除去することもできる(請求項9)。すなわち、研磨後
は面取り部分に酸化膜が残るので、必要に応じてこの酸
化膜をHFエッチング等により除去し、酸化膜の無い両
面鏡面ウエーハとすることもできる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。本発明では、半導体インゴットをスライス
した後、本発明の方法による面取り部に、その半導体ウ
エーハより研磨速度が遅い材質からなる膜を形成し、こ
れを研磨する。本発明の方法による研磨前までの工程は
特に限定されず、従来と同様の装置、方法を適用できる
が、以下、シリコンウエーハを加工する際のスライス工
程からの主要な工程を含め、各工程毎に詳細に説明す
る。また、本発明で半導体ウエーハの面取り部分に形成
させる膜としては、その半導体ウエーハより研磨速度が
遅い材質からなるものであれば特に限定されないが、以
下、好適な態様としてシリコンウエーハに酸化膜を形成
させる場合について説明する。
【0025】図1及び図2は、それぞれ本発明の実施形
態の一例を示すフロー図である。これらの図に示される
ように、まず、シリコン単結晶インゴットを切断して円
板状の基板(ウエーハ)を得るスライス工程、切断され
たウエーハの表裏切断面をラッピングまたは平面研削に
より平坦化する平坦化工程、平坦化されたウエーハを酸
またはアルカリでエッチング処理するエッチング工程等
を経ることにより平坦度の高いシリコンウエーハとされ
る。
【0026】(スライス工程)スライス工程は、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エーハを得る工程である。この
スライス工程では、通常、平坦度がTTV(Total Thic
kness Variation)で10〜20μmであり、しかも片
面最大で30μm位の深さまで加工歪を有し、さらに数
mmから数十mmの周期でうねりを有するウエーハ(ス
ライスウエーハ)が得られる。
【0027】(面取り工程)単結晶シリコンは非常に硬
くてもろい上に、特定の結晶軸方向に割れやすいためデ
バイスプロセス等での搬送中にウエーハ側面(外周部)
に欠け、チップを発生しやすい。これを防止するため、
面取り加工を行う。加工方法としては、例えばダイヤモ
ンド砥石(#800〜#1500)で成形加工する。な
お、面取り加工は、次の平坦化工程としてラッピングを
行う場合にはその前に、平坦化工程として平面研削を行
う場合には、その後に行うのが好ましい。また、例えば
スライス工程後と平坦化工程後の両方で面取り加工を行
うなど、複数回実施しても良い。また、面取り部分の鏡
面化を行うことが好ましい。
【0028】(平坦化工程)ラッピングや平面研削によ
り、スライスによる加工歪、そり、うねりを取り去り、
ウエーハを平坦化する。この平坦化工程では、スライス
工程で生じた表面の凹凸を平滑にし、加工歪みの深さを
均一化し、ウエーハ面内、およびウエーハ同士の厚さを
均一にする。この工程では、通常両面で60〜100μ
mの取り代で加工が行われる。平坦化工程で用いられる
ラッピングや平面研削の装置や条件についても特に限定
されず、従来と同様のものを適用することができる。
【0029】(エッチング工程)ラッピングや平面研削
によりウエーハ表面には2〜10μm程度の深さの加工
歪が残るので、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。このエッチング工程につい
ても特に限定されず、従来の方法等が使用できる。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、酸エッチングの場合は、フッ
酸、硝酸、酢酸、水の混合液等の酸エッチング液が利用
される。例えば、フッ酸、硝酸、酢酸、水からなる混酸
水溶液により表面から数〜数十μmエッチングする。
【0030】以上のように、酸化膜を形成する以前の前
記各工程は特に限定されるものではなく、一般に行われ
ている方法のいずれをも用いることができるが、好まし
くは、面取り部分に酸化膜を形成する前にできるだけ高
平坦度な形状に維持しておく。研磨以前の平坦度が良い
ウエーハほど本発明に係る研磨により外周ダレが防止さ
れ、一般的に高平坦度のウエーハが得られるからであ
る。
【0031】(面取り部酸化膜形成工程)上記のような
各工程を経て平坦化されたウエーハは、次に両主面を研
磨することにより両面鏡面ウエーハとするが、本発明で
は、研磨する半導体ウエーハとして、両主面に接する面
取り部分に酸化膜が形成され、かつ両主面には酸化膜が
形成されていないウエーハを用いて両面研磨を行う。従
って、まず、所望の酸化膜が形成されたシリコンウエー
ハを用意する。
【0032】図3は、両主面に接する面取り部分に酸化
膜2が形成され、両主面には酸化膜が無い状態のウエー
ハ1を示している。このように酸化膜2が面取り部分、
特に研磨する両主面に接する部分まで存在するような半
導体ウエーハとするには、例えば、ウエーハ全面に酸化
膜を形成した後、両主面の酸化膜を除去することにより
容易に得ることができる。
【0033】(酸化膜形成工程)酸化膜の形成の仕方に
関しては、化学蒸着法(CVD法)、熱処理、ケイ素化
合物を有機溶剤に溶解した溶液を塗布し、焼成すること
によって形成される酸化膜、またはオゾン水等による酸
化膜形成など特に限定されないが、シリコンウエーハを
水蒸気や酸素を含む雰囲気中で熱処理して熱酸化膜を形
成するのが好ましい。
【0034】例えば、酸素を含む雰囲気中でウエーハの
熱処理を行えば、ウエーハ全面に均一に熱酸化膜を形成
させることができ、膜厚を十分厚くすることもできる。
また、常圧の化学蒸着法によれば、CVD酸化膜がウエ
ーハの一方の主面とその主面に近い面取り部分に主に形
成され、他方の主面側にはほとんど形成されないが、ウ
エーハを反転させるなどしてウエーハ全面(両面)にC
VD酸化膜を形成しても良く、また、減圧の化学蒸着法
などでも良い。面取り部分に均一な酸化膜が形成できれ
ばどのような方法でも良い。これにより確実に表裏の主
面に接する面取り部分の酸化膜厚を均一にすることがで
きる。
【0035】酸化膜厚は、後に行う研磨工程での条件や
ウエーハの面取り部分の面取角度等により設定すれば良
く、例えば、事前に酸化膜の厚さと研磨工程によるダレ
の関係を調べ、最適な酸化膜厚に設定すれば良い。研磨
条件等により異なるが、おおよそ30nm〜1μm(3
00Å〜10000Å)程度の酸化膜を形成するのが好
ましい。この範囲の厚さの酸化膜であれば容易に形成で
きる上、ウエーハ周辺部の研磨速度を確実に遅らせて外
周ダレの発生を抑制することができる。なお、面取り部
分の酸化膜が30nmより薄いと、ウエーハ周辺部の過
剰な研磨を抑えられない場合があり、一方、1μmを超
える酸化膜を形成させるとなると、酸化膜形成処理に時
間がかかって生産性が低下するので、上記範囲とするこ
とが好ましい。
【0036】上記のようにウエーハの全面に酸化膜を形
成した後、両主面の酸化膜を除去するが、この場合、両
面を同時または別々に、平面研削するか、あるいはエッ
チングすることで酸化膜を容易に除去することができ
る。また、他の方法として、ラッピングにより両主面の
酸化膜を同時に除去することもできる。
【0037】(平面研削工程)両主面の酸化膜を平面研
削により除去する場合、両頭研削装置又は片面研削装置
を用いる。図5は、一主面の酸化膜を除去するための片
面研削装置の一例を示したものである。全面に酸化膜2
が形成されたウエーハ1をウエーハ保持盤(吸着チャッ
ク)3に吸着させ、スピンドル6に軸承された研削ヘッ
ド4に固定されたカップ型ホイール砥石5をウエーハ1
に押圧し、ウエーハ保持盤3とスピンドル6を回転させ
てウエーハの片面を研削する。片面の研削が終了した
ら、ウエーハを裏返して反対側の面の研削を行うことで
両主面の酸化膜を除去することができる。なお、この工
程ではダメージが少ないようにするため、カップ型ホイ
ール砥石に用いる砥石の番手を#2000以上、特に#
4000程度とすることが好ましい。
【0038】本発明では平面研削により主面に接する面
取り部分には酸化膜が残り、両主面では酸化膜が除去さ
れるように加工する。好ましくは、図4に示すように両
主面の酸化膜が除去され、シリコンがわずかに削れる程
度まで研削する。具体的には研削装置の安定性などを考
慮に入れ、通常ウエーハ表面から5〜20μm程度研削
すれば良い。このような研削により面取り部自体も若干
研削されるが、この程度であれば特に問題とならない。
なお、研削後に面取り形状が規格内に入るように、面取
り工程において面取り部分の形状等を予め調整して加工
しても良い。
【0039】平面研削加工は加工能力が高く、酸化膜と
シリコン表面を同じ研削速度で除去でき、この研削自体
により外周ダレ等が生じることはない。また、この研削
により、ウエーハ表面のうねりなども除去することがで
きるという利点もある。こうして上記のように研削する
ことにより、両主面に接する面取り部分に酸化膜が形成
され、かつ両主面には酸化膜が形成されていないウエー
ハを確実に得ることができる。
【0040】なお、平面研削の代わりに、ラッピングに
より両主面の酸化膜を除去することもできる。ラッピン
グでは、平面研削加工ほど加工能力が高くはないが、通
常のラッピング装置を使用してウエーハ両面の酸化膜を
同時に除去することができ、表面のうねりなども除去す
ることができる。ウエーハ表面から片面2〜15μm程
度ラッピングすれば良い。
【0041】(エッチング除去工程)さらに別の方法と
して、ウエーハ全面に酸化膜を形成した後、両主面をエ
ッチングすることにより酸化膜を除去することもでき
る。すなわち、図2に示すように、酸化膜形成工程でウ
エーハの全面に酸化膜を形成した後、該ウエーハの両主
面の酸化膜をエッチング除去すれば良い。
【0042】例えば、面取り部分のみに酸化膜が残るよ
うに、ウエーハの両主面の酸化膜をウエットエッチング
法又はドライエッチング法等により除去して両主面のシ
リコンを露出させる。具体的には、全面に酸化膜が形成
されたウエーハの面取り部分をフィルムや樹脂を用いて
マスクし、両主面の酸化膜をエッチング除去(溶解除
去)すれば良い。
【0043】エッチング液としては、フッ酸(HF)が
好ましく、マスクされていない両面の酸化膜を容易にエ
ッチング除去できる。特にエッチング除去前の原料ウエ
ーハが、うねりの少ない高平坦度なウエーハであれば、
上記のように両主面の酸化膜をエッチング除去すること
で、平面研削を行った場合と同等の高平坦なウエーハと
することができる。
【0044】(両面研磨工程)本発明では、上記のよう
にして得られたウエーハ、すなわち、両主面に接する面
取り部分に酸化膜が形成され、かつ両主面には酸化膜が
形成されていないウエーハを用いて両面研磨を行う。
【0045】図3に示されるような両主面に接する面取
り部分だけに酸化膜2が形成された状態のシリコンウエ
ーハ1を両面研磨すれば、研磨が進むにつれてウエーハ
の中心部と外周部で研磨速度の差が生じる。研磨条件等
により若干異なるが、シリコンの研磨速度は約0.6μ
m/分程度であり、酸化膜の研磨速度はおよそ0.06
μm/分程度と約10倍の研磨速度の差がある。従っ
て、面取り部分に酸化膜が形成されたシリコンウエーハ
を両面研磨すれば、面取り部付近のウエーハ外周部の過
剰な研磨が抑制される。また、面取り部分の酸化膜がウ
エーハ主面よりやや飛出し、この酸化膜がリテーナーリ
ングと同様な作用をし研磨布を軽く沈み込ませる役目を
する。それによっても外周ダレが抑制されると考えられ
る。
【0046】図6は、両面同時研磨装置を用いてウエー
ハを研磨する態様を示している。研磨工程における装置
や研磨条件は、従来のいずれのものをも用いることがで
き特に限定されないが、本発明での両面研磨は、図6に
示すような両面同時研磨装置を用いることで効率よく、
容易に行うことができる。この装置では、面取り部分に
酸化膜が形成されたウエーハ1が、キャリア14内の穴
に配置され、キャリア14は、外側のインターナルギア
15と内側の太陽ギア(サンギア)16にかみ合って上
下定盤10,11の間を自転するとともに公転するよう
になっている。研磨中は、研磨液供給用ノズル17から
上定盤10に配列された研磨液供給孔18を通じて上下
の研磨布12,13に研磨液を供給しながら、ウエーハ
1の両主面を上下の研磨布12,13に摺接させて両主
面を鏡面仕上げ面とする。
【0047】研磨は複数段(1次研磨、2次研磨、仕上
げ研磨)実施しても良い。シリコンウエーハを研磨する
場合、1次研磨では、両面同時研磨装置を用い、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
することが好ましく、研磨取り代量を5〜20μm程度
とする。
【0048】1次研磨後、通常、極微小な凹凸(面粗さ
やヘイズ)の改善のため、研磨布の硬さや研磨液を代え
て次の研磨(2次研磨や仕上げ研磨)を行う。2次研磨
や仕上げ研磨では、研磨取り代量が少ないため形状の変
化はほとんど起こらない。また、デバイスが形成される
面(表面)のみ面粗さやヘイズを改善すれば良く、2次
研磨や仕上げ研磨では片面研磨装置を用いて表面側のみ
研磨すれば良い。このようにして研磨を行うことによ
り、外周ダレが極めて少ない、SFQRが0.15μm
以下となる高平坦な両面鏡面ウエーハを製造することが
できる。
【0049】(残存酸化膜除去工程)上記の研磨工程を
経た後、ウエーハの面取り部分に残存している酸化膜
は、フッ酸洗浄等により除去することができる。これに
より、ウエーハ全面に酸化膜の無い両面鏡面ウエーハと
することができる。なお、面取り部分に酸化膜が残留し
ていても製品仕様で問題とならなければ、酸化膜を除去
せず、そのまま残しておいても良い。
【0050】(洗浄工程)研磨後、ウエーハの洗浄を行
う場合は、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を行えば良い。洗浄の補助
手段として、ブラシや超音波振動を用いても良い。洗浄
終了後は、例えばスピン乾燥することで、汚れや洗浄液
の付着が無い鏡面ウエーハとすることができる。
【0051】以上、シリコンウエーハに酸化膜を形成さ
せた場合について説明したが、ウエーハの面取り部に形
成させる膜としては、PET(ポリエチレンテレフタレ
ート)、アクリル、PVB(ポリビニルブチラール)、
エポキシ樹脂などの樹脂膜のほか、シリコンより研磨速
度が遅く、金属汚染が無く、シリコンとの接着性が良
く、また研磨後除去が容易な材質からなる膜であれば好
適に使用することができる。特に酸化膜は、形成が容易
であり、研磨中に剥がれることもなく、研磨後はHFに
より容易に除去することができるため特に好ましい。
【0052】
【実施例】以下、実施例を示して本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 (実施例1)シリコン単結晶インゴットからワイヤーソ
ーを用いてスライスした直径200mmのシリコンウエ
ーハ25枚に対し、面取りを行った後、ラッピング装置
を用いて両面ラッピングを行なった。両面合わせて70
μmを取り去り、その後水で洗浄し、高平坦度なラップ
ウエーハを得た。
【0053】次にエッチング工程として、アルカリエッ
チングを行なった。NaOHを含むアルカリエッチング
液が入ったエッチング槽内に、25枚のウエーハを収納
したカセットを浸漬させ、80℃で両面約20μmのエ
ッチングを行った。エッチング後、水でウエーハを洗浄
し、スピン乾燥してエッチングウエーハを得た。
【0054】次に、酸化膜形成工程として、エッチング
後のシリコンウエーハの全面に熱酸化により成膜処理
し、ウエーハ表面に熱酸化膜を形成させた。ここでは酸
素雰囲気中、1100℃でウエーハの熱処理を行い、約
5000Å(0.5μm)の厚さの酸化膜を形成させ
た。
【0055】全面に酸化膜が形成されたウエーハの面取
り部分をマスクし、HFを用いたスピンエッチングによ
り両主面の酸化膜をエッチング除去した。エッチング
後、マスクを洗浄除去した。これにより面取り部分のみ
に酸化膜が形成されたシリコンウエーハを得た。
【0056】さらに研磨工程として、上記のように面取
り部分にのみ酸化膜が形成されたウエーハに対し、図6
に示したような両面同時研磨装置を用いて研磨布(不織
布)にコロイダルシリカ系研磨剤を含む研磨液を供給し
ながら、研磨布にウエーハの両主面を摺接させて1次研
磨を行った。
【0057】その後、研磨条件を変えて、片面研磨装置
を用いて2次研磨、仕上げ研磨を順次行なった。仕上げ
研磨後、研磨されたウエーハをブラシ洗浄し、リンス洗
浄、乾燥を順次行い、両面が鏡面仕上げされた鏡面ウエ
ーハを得た。なお、1次研磨でのウエーハの研磨代は両
面で約20μmであった。
【0058】研磨後、HFによりウエーハを洗浄し、ウ
エーハに残存している面取り部分の酸化膜をエッチング
除去した。上記のようにして得られた鏡面ウエーハに対
し、ADE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×2
5mmで平坦度(SFQR)を測定した。
【0059】ここでは、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、各サイト毎に評価して
ウエーハ面内で得られたSFQRの最大値をSFQRm
axとした。得られた鏡面ウエーハのSFQRmax
は、全てのウエーハで0.15μm以下であり、特に
0.13μm以下を満足するものであった。
【0060】(実施例2)シリコン単結晶インゴットか
らワイヤーソーを用いてスライスした直径200mmの
シリコンウエーハ25枚に対し、平面研削機を用いて片
面研削を行い、ウエーハを洗浄した後、裏返して反対側
の面を研削した。ウエーハの各主面それぞれ約25μm
ずつ取り去った後、水で洗浄し、その後面取りを行い、
高平坦度な研削ウエーハを得た。
【0061】次にエッチング工程として、アルカリエッ
チング及びリン酸による酸エッチングを以下のように行
なった。まず、研削加工されたウエーハを25枚収納し
たカセットを、NaOHを含むアルカリエッチング液を
入れたエッチング槽内に浸漬させ、80℃で両面約20
μmのエッチングを行った。次にフッ酸、硝酸、リン
酸、及び水からなる混酸を用い、同様に25℃で両面約
10μmのエッチングを行なった。エッチング後、水で
ウエーハを洗浄し、スピン乾燥してエッチングウエーハ
を得た。
【0062】次に、酸化膜形成工程として、エッチング
後のシリコンウエーハの全面に熱酸化により成膜処理を
行い、ウエーハ表面に熱酸化膜を形成させた。得られた
酸化膜の厚さは、約8000Å(0.8μm)であっ
た。
【0063】砥石の番手を#2000としてインフィー
ド型の片面研削装置を用い、ウエーハの一主面を10μ
m片面研削した。この片面を研削した後、ウエーハを反
転させ、逆の主面を同様に研削し、面取り部分のみに酸
化膜が形成された(残された)シリコンウエーハを得
た。
【0064】さらに研磨工程として、実施例1の場合と
同様に1次、2次、仕上げ研磨を順次行い、両面鏡面ウ
エーハを得た。なお、一次研磨でのウエーハの研磨代は
両面で約16μmであった。研磨後、HFによりウエー
ハを洗浄し、ウエーハに残存している面取り部分の酸化
膜をエッチング除去した。ウエーハの平坦度(SFQR
max)を測定したところ、全てのウエーハで0.13
μm以下、特にほとんどのウエーハで0.10μm以下
を満足するものであった。
【0065】このように平面研削加工により両主面の酸
化膜を除去し、面取り部分のみに酸化膜が残っているウ
エーハとした後で両面研磨加工を行うことにより、平坦
度が著しく向上した両面鏡面ウエーハとすることができ
る。これは平面研削により両主面の酸化膜を除去すると
ともに、両面のシリコンも若干研削することになり、エ
ッチング工程などで生じたうねりなども除去されてより
高平坦度なウエーハが得られるためである。
【0066】なお、本発明は、上記実施形態及び実施例
に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示
であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思
想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏す
るものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲
に包含される。
【0067】例えば、本発明で研磨するウエーハは、少
なくとも研磨する両主面に接する面取り部分に酸化膜等
の半導体ウエーハより研磨速度が遅い材質からなる膜が
形成され、かつ両主面には前記膜が形成されていないも
のであれば特に限定されない。例えば、酸化膜がウエー
ハの面取り部分全体に形成されていなくても、両主面に
接する部分だけに形成されているウエーハであれば、本
発明により、外周ダレの無い、高平坦度な両面鏡面ウエ
ーハとすることができる。なお、本発明は、シリコンウ
エーハ以外の半導体ウエーハにも適用できることは言う
までもない。
【0068】
【発明の効果】本発明では、両主面に接する面取り部分
に酸化膜等の半導体ウエーハより研磨速度が遅い材質か
らなる膜が形成され、かつ両主面には前記膜が形成され
ていないウエーハを用いて両面研磨するため、リテーナ
リングや小径の保持板等の特別な治具を用いることな
く、外周ダレを防ぐことができる。これにより、外周ダ
レが極めて少なく、近年要求されている微細配線加工が
可能な、SFQRが0.15μm以下の高平坦な鏡面ウ
エーハを容易にかつ確実に製造することができる。特
に、本発明により直径300mm以上の大口径のウエー
ハを両面研磨すれば、外周ダレが抑制された高平坦度の
鏡面ウエーハを製造することができ、特に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る鏡面ウエーハの製造方法の一例を
示すフロー図である。
【図2】本発明に係る鏡面ウエーハの製造方法の他の一
例を示すフロー図である。
【図3】両主面に接する面取り部分に酸化膜が形成され
た状態のウエーハを示した図である。
【図4】平面研削による取り代と、研磨による取り代の
一例を示す説明図である。
【図5】片面研削装置(平面研削装置)を用いて表面側
の酸化膜を除去する態様を示す図である。
【図6】両面同時研磨装置を用いて研磨する態様を示す
図である。
【図7】半導体デバイスを作製する際の一般的な工程を
示すフロー図である。
【符号の説明】
1…ウエーハ、 2…酸化膜、 3…ウエーハ保持盤
(吸着チャック)、 4…研削ヘッド、 5…カップ型
ホイール砥石、 6…スピンドル、 10…上定盤、
11…下定盤、 12,13…研磨布、 14…キャリ
ア、 15…インターナルギア、 16…太陽ギア(サ
ンギア)、 17…研磨液供給用ノズル、18…研磨液
供給孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 忠弘 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社半導体白河 研究所内 (72)発明者 大嶋 久 新潟県中頸城郡頸城村大字城野腰新田596 番地2 直江津電子工業株式会社内 Fターム(参考) 3C049 AA04 AA07 CA01 CB01 3C058 AA04 AA07 CB01 DA02 DA17

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエーハの両主面を研磨すること
    により鏡面ウエーハを製造する方法において、前記研磨
    する半導体ウエーハとして、両主面に接する面取り部分
    に該半導体ウエーハより研磨速度が遅い材質からなる膜
    が形成され、かつ両主面には前記膜が形成されていない
    ウエーハを用い、研磨布に研磨液を供給しながら前記ウ
    エーハの両主面を研磨布に摺接させて両面研磨を行うこ
    とを特徴とする鏡面ウエーハの製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体ウエーハの両主面を研磨すること
    により鏡面ウエーハを製造する方法において、前記研磨
    する半導体ウエーハとして、両主面に接する面取り部分
    に酸化膜が形成され、かつ両主面には酸化膜が形成され
    ていないウエーハを用い、研磨布に研磨液を供給しなが
    ら前記ウエーハの両主面を研磨布に摺接させて両面研磨
    を行うことを特徴とする鏡面ウエーハの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記研磨する半導体ウエーハを、ウエー
    ハ全面に酸化膜を形成した後、該ウエーハの両主面を平
    面研削することにより得ることを特徴とする請求項2に
    記載の鏡面ウエーハの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記研磨する半導体ウエーハを、ウエー
    ハ全面に酸化膜を形成した後、該ウエーハの両主面の酸
    化膜をエッチング除去することにより得ることを特徴と
    する請求項2に記載の鏡面ウエーハの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記研磨する半導体ウエーハを、ウエー
    ハ全面に酸化膜を形成した後、該ウエーハの両主面の酸
    化膜をラッピングにより除去することにより得ることを
    特徴とする請求項2に記載の鏡面ウエーハの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記酸化膜を、30nm〜1μmの厚さ
    となるように形成させることを特徴とする請求項2ない
    し請求項5のいずれか一項に記載の鏡面ウエーハの製造
    方法。
  7. 【請求項7】 前記酸化膜として、熱酸化膜を形成させ
    ることを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれか
    一項に記載の鏡面ウエーハの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記両面研磨を、両面同時研磨装置を用
    いて行うことを特徴とする請求項2ないし請求項7のい
    ずれか一項に記載の鏡面ウエーハの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記半導体ウエーハの両面研磨を行った
    後、該ウエーハの面取り部分に残存している酸化膜を除
    去することを特徴とする請求項2ないし請求項8のいず
    れか一項に記載の鏡面ウエーハの製造方法。
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