JP2003179019A - シリコン半導体ウエハの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラッピング加工によって発生するウエハ外周
部の形状不良を皆無にすることにより、エッチングエピ
タキシャルウエハ及び鏡面ウエハを全面で平坦度の高い
ものに仕上げる。 【解決手段】 ラッピング加工時におけるウエハ保持キ
ャリアのクリアランス（間隙）によって生じるラップ砥
粒停滞起因のウエハ内部と外周端の研磨量の差、いわゆ
る「外周ダレ」を機械的に除去することにより、ウエハ
内部の非常に平坦度の優れた部分のみが残る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大口径ウエハであ
っても平坦度に優れたシリコン半導体ウエハの製造方法
に関する。詳しくは、単結晶シリコンインゴットから切
り出したウエハに、順次所定の加工を施してエッチング
エピタキシャルウエハ又は鏡面ウエハに仕上げる際のシ
リコンウエハの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、単結晶シリコンインゴットからワ
イヤソー等によって切り出されたウエハ（スライスウエ
ハ）は、周辺欠け防止等のための面取加工、スライス加
工で発生した表面歪除去及びワーク厚さ揃えのためのラ
ッピング加工、更にラッピング加工歪除去のための酸又
はアルカリによるケミカルエッチング（以下エッチン
グ）加工、スラリーと研磨クロスを用いた鏡面研磨加工
を経て鏡面ウエハに仕上げられる。

【０００３】殊に近年、優れた平坦度を要求されるウエ
ハの製造に関しては、各加工工程で以下に記述するよう
な平坦度を向上させるための種々工夫が成されてきた。

【０００４】例えば上記ラッピング加工は、格子状の溝
が形成された反転する鋳鉄製の上下定盤に挟み込んでキ
ャリアに保持されたウエハに砥粒を供給することにより
ラッピングを行うが、ウエハと定盤の相対速度の相違で
ウエハ外周から内部に入るほど厚くラップされて全体が
太鼓状に仕上がってしまう。このため、加工中キャリア
（ウエハ）を定盤間から間欠的にはみ出させ（オーバー
ハングと称する外周部の不研磨）ウエハ全体がフラット
になる方法を採用している。

【０００５】またエッチング加工については、ラップ加
工後のウエハを、一般に「ドラム」と呼称される長手方
向を軸にして、その回りに回転可能な円筒収納治具に一
定間隔を保って一定枚数収納保持し、フッ酸、硝酸、酢
酸を所定の割合で混合した混酸からなるエッチング液
（酸エッチングの場合）に、該収納治具ごと一定時間浸
漬させてエッチングを行う。

【０００６】この時の反応は非常に激しく、ウエハ面と
エッチング液の接触部からの反応熱が大量に発生し、収
納保持されたウエハ間（特に中心部）に熱が籠もって一
様なエッチング作用が進行しない。このため槽内のエッ
チング液を循環冷却させるなど一定温度を保ちながら、
ウエハ自体も収納治具とともに自転揺動させる。更に槽
内でのエッチング液流のウエハに対する方向、速度、ウ
エハ回転速度などを最適に設定することによりウエハ面
全体が一様均等にエッチングされ、結果として平坦度の
高いエッチングウエハに仕上がるよう工夫されている。

【０００７】一方、ウエハの鏡面研磨加工は、複数のウ
エハをワックスにて保持プレートに貼着保持し、研磨ク
ロスを貼りつけた回転する金属定盤に研磨スラリーを流
しながらプレートを押圧し、ウエハ研磨面をクロスに密
着させながら移動して研磨する。この場合も研磨終了後
のウエハの平坦度を良好に保つため、定期的に面修正を
行うなど精度管理された貼着プレートの使用し、更に均
等一様なワックス膜を形成する塗布方式などの採用によ
りプレートへのウエハ貼着精度を向上させてウエハ全面
を平坦、高精度に保持した状態でクロスに均等圧で押圧
し、研磨に供するという技術が必要に応じた状況で使用
されて来ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の製造方法、特に最初の研磨工程であるラッピ
ング加工（仕上がり形状が後工程に大きく影響する）に
おいては以下のような問題があった。

【０００９】既述した従来のラッピング加工を再度詳細
に述べると、格子状の溝が形成され互いに反転する上下
定盤に挟持されるキャリアには複数のウエハ保持用ホー
ルが開口され、加工時にウエハを保持したキャリアは、
定盤中心部にあって独立回転するサンギャー及び定盤外
周部を囲うように取り付けられたリング（インターナ
ル）ギャーによって駆動される。その結果、ウエハはキ
ャリアホール内を自転しながらキャリアと共に回転定盤
間を公転摺動する。これと同時に上下定盤間には研磨砥
粒が供給され、ウエハがラッピングされる。この時のウ
エハの自転のためウエハ内部とウエハ外部では定盤との
相対速度に差が生じ、このためウエハ外部が内部より研
磨が進行し、この結果、太鼓状のウエハ形状に仕上がっ
てしまう。これを強制防止するため、キャリアに保持さ
れ自転、公転するウエハが定盤外周部に達したとき、ウ
エハ外部周辺（例えばウエハ外周から１０〜２０ｍｍ程
の部分まで）を上下定盤の研磨域外に突出（オーバーハ
ング）させ、その瞬間には該部分が研磨されないような
機構（定盤、リングギャー、キャリア（ホール）など装
置構成要素の寸法、位置関係）を有している。

【００１０】ところで、キャリアホール内でウエハを自
転させ研磨するというラッピングの機構上、キャリアホ
ール内径とウエハ直径の間には、クリアランス（間隙・
例えば０．５〜１ｍｍほど）が必要であるものの、ウエ
ハが定盤間に挟持されて研磨砥粒が格子状の溝を経由し
て定盤間に供給されながらウエハ研磨面へと侵入して研
磨加工が進行するとき、このクリアランス部には砥粒が
貯留されて砥粒の停滞部分が発生する。これに比べ定盤
に挟持されたウエハ内部への砥粒供給はわずかであり、
結果的にクリアランスの内壁を形成するウエハ外周部の
周辺近傍の研磨が極端に進み、太鼓状の形状とは別な
「外周ダレ」と呼ばれるウエハ周辺部の平坦異常が発生
する。この不具合はオーバーハング機構では対応でき
ず、ウエハ平坦度を最初に作り込むラッピング加工工程
のこの「外周ダレ」を改善することが、最終的に高平坦
度の鏡面ウエハ等を仕上げる際の課題となっていた。

【００１１】本発明のうち請求項１記載の発明は、ラッ
ピング加工終了後の「外周ダレ」を除いて全面で高平坦
度のラップドウエハを得た後、該ラップドウエハに対し
て順次所定の加工を施し、最終的に全面で高平坦度のエ
ッチングエピタキシャルウエハ又は鏡面ウエハを得るこ
とを目的としたものである。請求項２の発明は、請求項
１の発明の目的に加えて、研削加工能率を落とさず且つ
鏡面面取加工を効率的に行うことが可能な研削加工を目
的としたものである。請求項３の発明は、請求項１の発
明の目的に加えて、ウエハ端面からの発塵を皆無にして
高清浄度の鏡面ウエハを得ることを目的にしたものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、以下の通りである。請求項１
では、単結晶シリコンインゴットから切り出したウエハ
に、順次所定の加工を施してエッチングエピタキシャル
ウエハまたは鏡面ウエハに仕上げる際のシリコン半導体
ウエハの製造方法において、ラッピング加工を施した後
に、このラッピング加工によって発生したウエハ外周ダ
レを研削除去することを特徴とするシリコン半導体ウエ
ハの製造方法を採用する。請求項２では、前記ウエハの
外周部を、研削砥石番手が＃600〜＃2000の研削具で研
削することを特徴とする請求項１記載のシリコン半導体
ウエハの製造方法を採用する。請求項３では、前記ウエ
ハの外周部を研削除去した後に、その新たな外周端に対
して鏡面面取加工を行うことを特徴とする請求項１記載
のシリコン半導体ウエハの製造方法を採用する。

【００１３】

【作用】請求項１記載の方法を採用することにより以下
の作用を生じる。ラッピング加工時におけるウエハ保持
キャリアのクリアランス（間隙）によってラップ砥粒が
停滞するために発生するウエハ内部と外周部（外周端か
ら 0.5〜１mmほど）の研磨量の差、いわゆる「外周ダ
レ」を機械的に除去することにより、ウエハ内部の非常
に平坦度の優れた部分のみが残り、その結果としてラッ
ピング加工によるウエハ外周部の形状不良を皆無にして
全面の平坦度が向上し、高平坦度のラップドウエハが得
られる。請求項２記載の方法を採用することにより以下
の作用を生じる。ウエハの外周部を＃600〜＃2000で研
削することにより、研削具が目詰まり等で研削能率が極
端に低下しないと共に、研削面が粗くならないから、そ
の後の鏡面面取時の負担が少なく加工時間が短縮化さ
れ、その結果として、研削加工能率を落とさず且つ鏡面
面取加工に支障のない研削加工が可能となる。なお、＃
2000を超える細かな砥粒では目詰まり等で研削能率が極
端に低下し、また＃600を下回る粗い砥粒では研削面が
粗くなり、その後の鏡面面取時の負担が大きく加工時間
が掛かる。いずれにしても実用性に欠ける。請求項３記
載の方法を採用することにより以下の作用を生じる。ウ
エハ外周面取部の面粗さが改善されてウエハ面と同様な
鏡面が得られ、この面取部からの発塵が皆無となってウ
エハ全体でのパーティクル発生が殆どなく、その結果と
して高清浄度でかつ高平坦度の鏡面ウエハが得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。この実施例は、ラッピング加工を施した後に、アル
カリエッチング加工を行い、これを基板としてエッチン
グエピタキシャルウエハを作製するものであり、このラ
ッピング加工によって「外周ダレ」が発生したウエハの
外周部を研削除去する場合を示している。

【００１５】詳細に述べると、まず外径 205mm程度の単
結晶シリコンインゴットを例えばワイヤーソー等の切断
機にて所定の加工厚さになるようウエハ状に切断（スラ
イス）する。次に、このスライスウエハをべべリングマ
シンにて外周の整形及び面取加工（＃800 砥石を使用）
を行う。本加工終了後のウエハ外径は 203mmとなる。

【００１６】次に、ＦＯ＃1500の砥粒を用いて４軸ラッ
プ機（ 32Bタイプ：定盤実研磨幅＝32インチ）によりラ
ッピング加工を行い、ウエハの面粗さ及び厚さを仕様に
基づいた一定の値に仕上げる。

【００１７】そして、このラップドウエハに対し、ラッ
ピング加工で発生した「外周ダレ」を除去するため本発
明記載の方法である外周研削を施す。

【００１８】前述のべべリングマシンと同等設備を用い
た。チャッキングされ、30 rpmで自転するウエハの外周
部に対し、1500 rpmで回転する＃800ダイヤモンドホィ
ールを接触させて研削加工を行う。これらの接触部には
摩擦抵抗の低減、冷却の目的でクーラントを供給する。
研削量は、ラッピング加工における「外周ダレ」の範囲
が外周端から 0.5〜１mmであることから、研削終了後の
ウエハ外径が 200mmになるまで研削した。

【００１９】更に、このウエハを所定の成分濃度に調整
されたアルカリ液に浸漬し、その他通常の操業条件にて
エッチング加工を行って、高平坦度のエッチングエピタ
キシャルウエハ用基板を作製した。

【００２０】以上、実施例の如く作製したウエハの平坦
度を測定評価し、従来品と比較した結果を図１〜図４に
示す。図１と図３は本発明による方法で加工したもので
あり、図２と図４は従来方法で加工したものである。な
お、使用した測定機は、米ＡＤＥ社製「ULTRA SCAN 960
0E」である。

【００２１】図１及び図２は、ウエハ面をセル（25mm×
25mm）に分割し、各セル毎にその平坦度（凹凸の最大値
と最小値の差（μm）、「ＳＦＱＲ」と表現する）を測
定して、ウエハの内外部分別に平坦度が出現する頻度の
分布を表したものである。

【００２２】一方、図３（ａ）及び図４（ａ）は、各ウ
エハを立体的に表した鳥瞰図であり、図３（ｂ）及び図
４（ｂ）は、各ウエハを平面から見た場合の等高線図で
あり、図３（ｃ）及び図４（ｃ）は、矢印方向への断面
形状を表す図である。

【００２３】これら図１〜図４の比較から明らかなよう
にウエハ外周部の平坦度の向上が極めて顕著であること
がわかる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明は、ラッピング加工時のウエハ保持キャ
リアのクリアランス（間隙）によってラップ砥粒が停滞
するために発生するウエハ内部と外周部（外周端から
0.5〜１mmほど）の研磨量の差、いわゆる「外周ダレ」
を機械的に除去することにより、ウエハ内部の非常に平
坦度の優れた部分のみが残るので、ラッピング加工によ
るウエハ外周の形状不良を皆無にして全面の平坦度が向
上し、高平坦度のラップドウエハが得られる。そして、
このラップドウエハに対して順次所定の加工を施せば、
最終的に全面で高平坦度のエッチングエピタキシャルウ
エハ又は鏡面ウエハが得られる。更に、ラッピングキャ
リア内周端面の接触によって発生する金属不純物残留部
分（ウエハ外周部）が除去されることでもあり、後工程
に金属不純物による悪影響を全く残さない。

【００２５】請求項２の発明は、請求項１の発明の効果
に加えて、ウエハの外周部を＃600〜＃2000で研削する
ことにより、研削具が目詰まり等で研削能率が極端に低
下しないと共に、研削面が粗くならないから、その後の
鏡面面取時の負担が少なく加工時間が短縮化されるの
で、研削加工能率を落とさず且つ鏡面面取加工に支障の
ない研削加工が可能となる。

【００２６】請求項３の発明は、請求項１の発明の効果
に加えて、ウエハ外周面取部の面粗さが改善されウエハ
面と同様な鏡面が得られ、面取部からの発塵が皆無とな
ってウエハ全体でのパーティクル発生が殆どなくなるの
で、高清浄度でかつ高平坦度の鏡面ウエハが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるウエハの平坦度が出現する頻度
の分布を表した概略図及びグラフである。

【図２】 従来方法によるウエハの平坦度が出現する頻
度の分布を表した概略図及びグラフである。

【図３】 本発明によるウエハの平坦度の測定を示した
ものであり、（ａ）は鳥瞰図、（ｂ）は等高線図、
（ｃ）は断面形状図である。

【図４】 従来方法によるウエハの平坦度の測定を示し
たものであり、（ａ）は鳥瞰図、（ｂ）は等高線図、
（ｃ）は断面形状図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶シリコンインゴットから切り出し
   たウエハに、順次所定の加工を施してエッチングエピタ
   キシャルウエハ又は鏡面ウエハに仕上げる際のシリコン
   半導体ウエハの製造方法において、ラッピング加工を施
   した後に、このラッピング加工によってウエハの外周部
   に発生した外周ダレを研削除去することを特徴とするシ
   リコン半導体ウエハの製造方法。
2. 【請求項２】 前記ウエハの外周部を、研削砥石番手が
   ＃600〜＃2000の研削具で研削することを特徴とする請
   求項１記載のシリコン半導体ウエハの製造方法。
3. 【請求項３】 前記ウエハの外周部を研削除去した後
   に、その新たな外周端に対して鏡面面取加工を行うこと
   を特徴とする請求項１記載のシリコン半導体ウエハの製
   造方法。