JP2003260641A - ウエハー加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧａＡｓまたはＩｎＰの単結晶インゴット
から切り出したアズカットウエハーを、周縁部を面取り
する面取り加工、厚みを所定厚みに減ずる研削加工、片
面あるいは両面を平滑にする研磨加工、ウエハーの表面
状態を検査する検査工程よりなるウエハー加工の工程に
おいて、検査において傷があると判断された不合格ウエ
ハーを再生する方法を与え資源の有効利用を図ること。 【解決手段】 研磨工程が硬質研磨布による一次研磨と
軟質研磨布による二次研磨の二段階研磨を含み、検査に
おいて傷があると判断された不合格ウエハーは、一次研
磨の前に戻され、一次研磨と二次研磨を経て再生される
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】この発明は、最終検査で傷の
あることが分かった半導体ミラーウエハーを以前の工程
に戻して再生する方法に関する。ここでは半導体ウエハ
ーというのはＧａＡｓウエハー、ＩｎＰウエハー、Ｓｉ
ウエハーなど単体のバルク単結晶が得られる半導体のウ
エハーを意味する。バルク半導体単結晶は引き上げ法
（Czochralski）やボート法（Bridgman）などで成長さ
せる。軸方向が所望の方位になるように結晶成長させ
る。成長方位は種結晶によって与えることができる。

【０００２】結晶成長によって得られた長い単結晶の棒
をインゴット（Ingot）と呼ぶ。引き上げ法の場合は円
筒形のインゴットが得られる。ボート法の場合は半円筒
形の単結晶となる。いずれの場合も円筒研削して円筒形
にすることが多い。半円柱断面の場合は斜めに切ってＤ
型のウエハーとすることもある。本発明はどのような形
状のウエハー加工においても適用することができる。簡
単のため以後は円筒研削したものとして説明する。イン
ゴットに対してＸ線を当てＸ線回折によって結晶方位を
求めオリエンテーションフラットとなる面を加工する。
そして、所望の面方位を持つウエハーを切り出す。イン
ゴットからウエハーを切り出すのは内周歯スライサーや
ワイヤーソーなどが用いられる。

【０００３】インゴットから切り取られた薄い結晶板を
アズカットウエハーと言う。それは表面に凹凸、傷や変
質層があり、そのままでは使えない。欠けなどが起こら
ないよう縁を面取り加工をして、変質層を除去し厚さを
そろえるため平面研削（遊離砥粒を用いる時はラッピン
グ、固定砥粒を用いる時は研削と区別することもある）
をし、さらに研磨布によって片面あるいは両面研磨す
る。こうしてミラーウエハーができる。検査して合格で
あれば出荷する。検査は表面の傷の有無を目視で調べる
こともある。暗室で一方からライトを当てて反射光の乱
れから傷を検出することもある。ウエハー面に傷があれ
ば、それは不合格となる。傷の深さは５μｍ〜１０μｍ
以下であることが多い。傷があって不良と判断されたミ
ラーウエハーを再生する方法を与えることが本発明の目
的である。

【０００４】

【従来の技術】簡単にいえば、アズカットウエハーから
ミラーウエハーへの加工は、面取り、研削（ラッピン
グ、研削）、研磨の３つの段階を経るということであ
る。面取り加工はウエハーの縁を削って丸くし割れ欠け
などが起こりにくいようにすることである。斜めに削る
のでベベリングということもある。面取りの形状は幾つ
かあって縁をアールに削る場合もあるし、斜め面で削る
こともある。目的の面取り形状にするために、それに適
した砥石を用いる。ウエハーを真空チャックでステージ
に吸着しておきウエハーの角を砥石で削る。

【０００５】面取りの次に必要な場合はレーザマーキン
グすることもある。ウエハーの周辺部に数字英字など製
造ロット番号、製品番号、製品種別などの標識をＹＡＧ
レーザなどを用いて書き込む。仕上げ面側に書き込むこ
ともあり、非仕上げ面側に書き込むこともある。レーザ
マーキングはデバイスメーカーの意向によって付けたり
付けなかったりする。

【０００６】研削は、研磨と同じくウエハー面を擦り取
る事であるが目的が違い作用も大きく異なる。研削と研
磨を混同してはいけない。研削は片面ずつ研削を二度す
るものと両面研削を一挙に行うものがある。遊離砥粒を
使うものはラッピングといい固定砥粒を使うものを研削
といって区別することもある。いずれにしても固定砥
粒、遊離砥粒を用いて高速で表面を削ってゆく。両方含
めて広義に、研削という。研削の速度は早くて、例えば
１００μｍ／分程度の高速でウエハー面を除去してゆ
く。研削による除去量は多い。厚み精度は±１０μｍと
いった程度である。

【０００７】研磨は表面を平滑平坦にするものである。
遊離砥粒を用いてウエハーの表面を穏やかに除去する。
研磨布は例えば発泡ウレタン樹脂である。ＩｎＰの場合
は研磨液は純水であり物理研磨だけである。ＧａＡｓの
場合は物理研磨に加えて化学作用で研磨する。

【０００８】二次研磨は軟質の研磨布を使い０．１μｍ
〜０．２μｍ／分の低速でウエハー表面を削り取って傷
や凹凸を除くものである。二次研磨した後のウエハーの
表面は金属光沢を有し凹凸、傷がなく顕微鏡観察しても
平滑面に見える。

【０００９】両面ミラーとする場合もあり片面ミラーと
することもある。何れの場合でもデバイスを作製する面
を最終仕上げ面と呼ぶ。最終仕上げ面とそうでない面は
結晶方位によって決まってくる。閃亜鉛鉱型（zinc ble
nde）ＧａＡｓやＩｎＰは立方晶系であり対称操作が−
４３ｍである。つまり４回反転対称性と３回対称性と鏡
影対称性がある。反転対称性がない。

【００１０】反転対称性がないので表面と裏面の区別が
ある。（００１）面と（００−１）面というのは異なる
面である。（１１１）面と（−１−１−１）面は別異の
面である。（１１０）面と（−１−１０）面は区別され
る。どちらを最終仕上げ面に指定しても良いが最終仕上
げ面は平坦平滑無傷でなければならない。だからオリエ
ンテーションフラットを二つ付けて方位と表裏の区別を
与えるようにしている。表裏の区別は二つの長さの異な
るオリエンテーションフラットによるだけでなく、先述
のレーザマーキングのような文字を書いて表裏を区別す
ることもある。

【００１１】最終仕上げ面はデバイス作製面となるので
無傷で凹凸がなく平滑であることが必要である。ここで
は簡単に平坦平滑性ということにする。最終仕上げ面で
ない裏面はそれほど平坦平滑性が要求されない。最終仕
上げ面でない面というと煩鎖であるから、ここでは「非
仕上げ面」と呼ぶ。「最終仕上げ面」は単に「仕上げ
面」ということもある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、面取
り、研削、研磨の工程を経てミラーウエハーが作られ
る。従来かなりの頻度でミラーウエハーの最終仕上げ面
に傷が入っているということがあった。ロットによって
は２０％よりもっと高い確率で傷が入っていることもあ
った。最終仕上げ面に傷があると、それは使えないから
損失になる。

【００１３】それは単に廃棄してしまうのではもったい
ない。傷を取ればよいのである。傷を取るには研削工程
や研磨工程へ戻して再加工すればよい。再加工といって
も従来は研削（或いはラッピング）の工程まで戻すとい
うことが行われた。研削はかなり厚く結晶層を除去する
から傷を取ることができる。それはそうであるが、研削
をすると厚みがかなり減少してしまい、予め定められた
ウエハーの厚みの範囲に入らなくなることもある。デバ
イスメーカーの要求によってウエハー直径、厚みが決ま
る。しかし、それほどばらつきがあるわけでなく、ミラ
ーウエハーの厚みは、直径に応じて大体決まっている。

【００１４】例えば６インチＧａＡｓウエハーなら厚み
は６５０μｍとすることが多い。４インチＧａＡｓウエ
ハーは６００μｍ厚みとする。３インチＧａＡｓウエハ
ーなら５００μｍ厚み、２インチＧａＡｓウエハーなら
４００μｍ厚みとする事が多いようである。

【００１５】４インチＩｎＰウエハーなら６５０μｍ厚
み、３インチＩｎＰウエハーなら６００μｍ厚み、２イ
ンチＩｎＰウエハーなら４００μｍ厚みにするようであ
る。

【００１６】というように直径に応じて最適の厚みは大
体決まっているのである。そしてそれらの最適厚みの上
下幾らの範囲にあるというように厚み範囲は決まってい
る。だから検査工程で不良であることがわかったとして
も薄くて研削の余裕がないということもある。それに研
削で傷を取り、また研磨をしなければならないから再生
に時間と手間がかかりすぎるという欠点がある。

【００１７】従来は、研削の次に研磨があり、研磨が一
段階であったので、その研磨ではなかなか傷が取れなか
ったので、傷が付いた不良のミラーウエハーは廃棄する
か研削にまで戻すしかなかったのである。本発明は、ア
ズカットウエハーからミラーウエハーへの加工の最後の
検査において不良と判断されたウエハーを再生する良好
な方法を提供することを目的とする。一旦不良とされた
ミラーウエハーを良品に再生することによって資源の無
駄、加工時間の無駄を防止できる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、最終過程の検
査において不良と判定されたウエハーを一次研磨の工程
に戻し、硬質研磨布による一次研磨と軟質研磨布による
二次研磨によって傷を取り除き平坦平滑のミラーウエハ
ーに再生する。

【００１９】研削や研磨の工程で生ずる傷は５μｍ〜１
０μｍぐらいの浅いものである。研削の場合は１０μｍ
／分の勢いで削ってしまうので損失量も大きいし微調整
も難しい。本発明は硬質研磨布と軟質研磨布による研磨
だけを繰り返すことによって傷を除去する。硬質研磨布
による一次研磨は１μｍ〜２μｍ／分の速度でウエハー
を削るから５μｍ深さの傷なら５分程度で除去できる。
１０μｍの深さでも１０分間硬質研磨布で研磨すれば傷
を除くことができる。

【００２０】そのあと軟質研磨布でこすれば所望のミラ
ーウエハーを得ることができる。軟質研磨布による研磨
速度は０．１μｍ〜０．２μｍ／分であるから、１０分
ほどで１μｍ程度薄くすることができる。

【００２１】以前は研磨が１段階であり研磨量も薄かっ
たので研磨の段階へウエハーを戻しても傷が取れなかっ
たのであるが、二段階の研磨にすることによって、研磨
段階へ戻すことによってウエハーを再生する事が可能に
なった。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明のウエハー再生方法は、面
取り加工、研削、一次研磨、二次研磨、検査よりなるウ
エハー加工プロセスにおいて、最終の検査で不良と判断
されたウエハーを一次研磨の前の段階に戻し、一次研磨
と二次研磨を施して傷を消去したミラーウエハーとする
ものである。

【００２３】一次研磨の速度（１μｍ／分〜２μｍ／
分）が、傷の深さ（５μｍ〜１０μｍ）にうまく対応し
ているから数分〜１０分程度で傷を綺麗に除くことがで
きる。研削は１０μｍ／分の高速で削るので浅い傷を取
るのにふさわしくない。早すぎるのである。また二次研
磨は０．１μｍ〜０．２μｍの速度なので、これは遅す
ぎて良くない。だから本発明は傷の深さが丁度数分〜１
０分の研磨時間に対応する一次研磨に戻すのである。

【００２４】ウエハーの加工はロットに纏めて行うこと
が多い。その場合、ロットの間を縫って不良品だけ１枚
１枚、そのつど一次研磨へ戻すということも可能であ
る。その場合、再生ウエハーを元のロットへ戻すのは簡
単である。それは利点であるがウエハー加工のリズムを
乱すということもある。そこで検査で不良と判断された
不良ウエハーだけをためておき、ロット数（例えば１０
０枚とか２００枚とか）に到達すると、不良品だけで中
間ロットを構成して、それを一次研磨過程に戻すように
することもできる。その場合でもウエハーにマーキング
しておけば再生した後、元のロットへ戻すことは可能で
ある。

【００２５】

【実施例】図面によって本発明で問題となる工程を説明
する。図１は結晶成長させ円筒研削したＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐなどの半導体単結晶インゴット２である。長さや直径
は用途、目的によって決まる。ＩｎＰの場合は４イン
チ、３インチ、２インチ直径のウエハーが作られる。Ｇ
ａＡｓの場合は６インチのウエハーが製造されることも
ある。Ｘ線回折によって方位を決めて、オリエンテーシ
ョンフラットとなるＯＦ平面３、ＩＦ平面４などを表面
に形成する。それを図２に示す。

【００２６】インゴットをワイヤーソーや内周歯スライ
サーによって切断してアズカットウエハーとする。図３
はその断面を示す。研削代がかなり必要であるから厚い
ウエハーとなっている。ウエハーはカセットに入れて纏
めて搬送され収納され処理される。ひとまとめの単位を
ロットという。必要なウエハーの枚数やウエハーの直径
によってロットを構成するウエハー数は異なる。だいた
い１００枚とか２００枚で一つのロットとなる。以後の
処理はロット単位で行われる。

【００２７】図４は面取り工程を経た後のウエハーの断
面図である。面取りは凹曲面をもつ砥石によってウエハ
ーの縁を削ることによってなされる。アールにすること
もあり傾斜平面にすることもある。面取りは縁を丸くす
ることによってウエハーの割れ、欠けを防ぐために行
う。ベベリング（bevelling）ということもある。

【００２８】面取りのあとレーザマーキングをすること
もある。製造ロット、ウエハー種別、番号などを表す数
字、記号などの標識をＹＡＧレーザなどのビームでウエ
ハーに書き込む。顧客の要望によりレーザマーキングを
することもあり、しないこともある。さらに面取りの後
に湿式エッチングをして変質層や傷の部分を除去するこ
ともある。

【００２９】面取り、レーザマーキング、エッチングの
次の工程は研削である。研削は両面を一挙に研削する方
法もあり、片面ずつ研削する方法もある。固定砥粒を使
って１０μｍ／分程度の速い速度でウエハーを削る。厚
みを減らすための工程であり遊離砥粒を使う場合はラッ
ピングという。両者を区別しないで、どちらも研削と呼
ぶこともある。図５は両面を研削した後のウエハーの断
面図である。研削代がかなりあるので図４のものより薄
くなっている。

【００３０】次にウエハーを研磨する。従来は１段階研
磨であったが、ここでは二段階研磨をする。初めは硬質
研磨布で１μｍ〜２μｍ／分程度の速度で研磨する。次
に軟質研磨布で０．１μｍ〜０．２μｍ／分の遅い速度
で研磨する。硬質研磨布は例えば発泡ウレタン樹脂で作
ったものである。軟質研磨布もウレタン樹脂で製造でき
る。発泡の度合いや表面の硬さが違うので軟質、硬質の
区別が生ずる。図６は研磨後のウエハーの断面図であ
る。ウエハーは両面研磨することもある。片面研磨する
こともある。

【００３１】片面ミラーでも両面ミラーでもデバイス作
製面となる面に傷があってはいけない。そのために検査
がなされる。検査は暗室で一方から光線を当てて傷を際
立たせて肉眼でウエハー面を観察することによってなさ
れる。肉眼観察でも傷があればすぐにわかる。

【００３２】ウエハーの表面に傷がなければ合格であ
る。傷があれば、そのウエハーは不良品であり不合格と
なる。不合格のウエハーは別に取り除いておく。不合格
ウエハーがたまってくると例えば１００枚の中間ロット
を組んで一次研磨工程に戻し、一次研磨と二次研磨を実
行する。だから、それらのウエハーは研磨を二度経験す
る。それらの再加工品はマークによって元のロットへ戻
す。

【００３３】図７に本発明の工程を分かりやすく表す。
アズカットウエハーは、面取り、研削、一次研磨、二次
研磨、検査の過程を経る。検査において不良品が出れば
廃棄せず研削へ戻さない。そうでなくて、一次研磨へ戻
すということである。ロットによっては傷付き不合格ウ
エハーの割合が１０％〜２０％を越すこともある。その
ような場合は不良品だけを選別せず全体を再び研磨工程
に戻してロット全体を再加工することも可能である。そ
のようにすれば不良ウエハーを分離し再生した後、元の
ロットへ戻すための手間を省くことができる。

【００３４】

【発明の効果】最終段階の検査において傷があるので不
良と判定された化合物半導体ウエハーを再加工して使用
可能なものとするので資源の有効利用が図れる。従来法
では研削にまで戻すという手法も一部にはあったが、そ
れだと時間が掛かりすぎる。また研削による減量が多く
て必ずしも全ての不良ウエハーに適用できなかった。本
発明は研磨を２段階にし、より高速の一次研磨と低速の
二次研磨を行うこととして、不良ウエハーを一次研磨へ
戻して再研磨するから、ウエハーを削りすぎる事なく傷
を除去することができる。

【００３５】再処理が可能となるので、不良率が１／１
０以下に激減した。これは優れた効果である。また、研
磨だけを繰り返すのであるから、時間がかからない。２
００枚程度の不良ウエハーであれば、その日中に再加工
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒研削した半導体単結晶インゴットの斜視
図。

【図２】オリエンテーションフラットとなる平坦面を側
面に研削した半導体単結晶インゴットの斜視図。

【図３】インゴットをワイヤーソー、内周歯スライサー
などで切断したアズカットウエハーの断面図。厚み変化
を明らかに示すため厚み方向には拡大して描いている。
以下も同じである。

【図４】アズカットウエハーを面取り加工した後のウエ
ハーの断面図。

【図５】両面を研削した後のウエハーの断面図。

【図６】両面あるいは片面を研磨した後のウエハーの断
面図。

【図７】アズカットウエハーをミラーウエハーまでに加
工するための、周縁部を面取りする面取り加工、厚みを
所定厚みに減ずる研削加工、片面あるいは両面を平滑に
する一次及び二次研磨加工、ウエハーの表面状態を検査
する検査工程を含むウエハー加工工程図。

【符号の説明】

２ 半導体単結晶インゴット ３ 第１オリエンテーションフラット用研削平面（ＯＦ
面） ４ 第２オリエンテーションフラット用研削平面（ＩＦ
面）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧａＡｓまたはＩｎＰの単結晶インゴッ
   トから切り出したアズカットウエハーを、周縁部を面取
   りする面取り加工、厚みを所定厚みに減ずる研削加工、
   片面あるいは両面を平滑にする研磨加工、ウエハーの表
   面状態を検査する検査工程よりなるウエハー加工の工程
   において、研磨は硬質研磨布による一次研磨と軟質研磨
   布による二次研磨を含み、検査において傷があると判断
   された不合格ウエハーは、一次研磨の前に戻され、一次
   研磨と二次研磨を経て再生されるようにしたことを特徴
   とするウエハー加工方法。
2. 【請求項２】 検査において傷があり不合格とされたウ
   エハーを纏めて一つの中間ロットを編成し、一次研磨、
   二次研磨処理をして、編成をとき、元のロットへ戻すよ
   うにしたことを特徴とする請求項１に記載のウエハー加
   工方法。
3. 【請求項３】 不合格ウエハーの割合が一定以上ある場
   合は、そのロットの全体のウエハーを再び一次研磨の前
   に戻し、一次研磨と二次研磨を経験させるようにした事
   を特徴とする請求項１に記載のウエハー加工方法。