JP2004087522A

JP2004087522A - 半導体ウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP2004087522A
Application number: JP2002242288A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kakizono; 柿園　勇一
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】粗研磨後のＰＣＲ加工時におけるウェーハ裏面の吸着痕の除去作業が容易で、その処理時間も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】面取り後のシリコンウェーハＷに粗研磨を施し、ウェーハＷにＳｉ酸化膜Ｗａを形成する。その後、ウェーハＷの裏面を保持板Ｃに真空吸着し、この状態でウェーハ外周部に２回目のＰＣＲを施す。これによりウェーハ最外周部の傷ａを除く。次に、Ｓｉ酸化膜ＷａをＨＦ＋アルカリ洗浄で除去することで、２回目のＰＣＲ時の吸着痕ｂが除去される。これにより、従来のワックスを利用した吸着痕ｂの除去に比べ、その除去作業が容易になり、作業に要する処理時間も短縮できる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの製造方法、例えば粗研磨中、ウェーハ保持板のウェーハ保持孔の内壁との接触により半導体ウェーハの外周部に発生した損傷を、その後のＰＣＲ工程で除去する半導体ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の標準的なウェーハの加工プロセスの一例を、図２を参照して説明する。図２は従来手段に係る半導体ウェーハの製造方法を示すフローシートである。
まず、スライス工程（Ｓ２０１）で、ブロック切断されたインゴットからシリコンウェーハをスライスする。次の１次面取り工程（Ｓ２０２）では、このシリコンウェーハの外周部に粗い面取り加工を施す。続くラップ工程（Ｓ２０３）では、ラップ盤によりそのシリコンウェーハの表裏両面をラッピング加工する。このラッピングの工程の場合、通常、片面で２０〜４０μｍ、両面で４０〜８０μｍ程度の加工となる。
【０００３】
その後、必要に応じて２次面取りされる（Ｓ２０４）。ここでは、１次面取りされたシリコンウェーハの外周面を２次面取りする。
続いて、シリコンウェーハを所定のエッチング液（混酸またはアルカリ＋混酸）に浸漬し、そのラップ加工での歪み、面取り工程での歪みなどを除去する（Ｓ２０５）。この場合、通常、片面で１０〜２０μｍ、両面で２０〜４０μｍをエッチングする。
次の１回目のＰＣＲ（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｒｎｅｒ　Ｒｏｕｎｄｉｎｇ）工程（Ｓ２０６）では、シリコンウェーハの表裏両面がチャックに吸着された状態でウェーハ外周部をＰＣＲ加工する。この加工時には、図３の従来のＰＣＲ加工装置の概略正面図に示すＰＣＲ加工装置が用いられる。すなわち、円筒形状のウレタンバフＢをモータ回転させる装置が採用される。モータによりウレタンバフＢを５００ｒｐｍで回転し、研磨液を１８００ｍｌで供給しながら、この回転中のバフの外周面に、低速回転中のシリコンウェーハＷの外周面を接触させる。シリコンウェーハＷの回転速度は５ｒｐｍ、シリコンウェーハＷのウレタンバフＢへの当接圧力は１．５ｋｇ／ｃｍ^２である。これにより、ウェーハ外周面が鏡面仕上げされる。その際、シリコンウェーハＷは、保持板Ｃにその片面だけが吸着・保持されている。吸着源は、この保持板Ｃにホースなどを介して接続される負圧発生装置である。このＰＣＲ加工では、面取り面がウレタンバフＢにより鏡面仕上げされる。
【０００４】
続く１次研磨工程（Ｓ２０７）では、両面研磨装置を用いて、シリコンウェーハの表裏両面を１次研磨する。ここで、図４および図５を参照して、両面研磨装置による１次研磨工程を具体的に説明する。
図４は、従来の半導体ウェーハの両面研磨装置の使用状態の概略平面図である。図５は、図４のＳ５−Ｓ５拡大断面図である。
図４および図５に示す従来の半導体ウェーハの両面研磨装置１００は、キャリアプレート（ウェーハ保持板）１０１に複数形成されたウェーハ保持孔１０２内にシリコンウェーハＷを挿入・保持し、その上方から研磨砥粒を含む研磨液をシリコンウェーハＷに供給しながら、各シリコンウェーハＷの表裏面を同時に研磨する構成である。
【０００５】
すなわち、回転自在に設けた太陽ギヤ１１０とインターナルギヤ１１１との間に、外周部に外ギヤ１０３を有するキャリアプレート１０１を自転および公転自在に設け、キャリアプレート１０１に保持されたシリコンウェーハＷの表裏両面（上下面）を、それぞれ対向面に研磨布１０４，１０５が展張された上定盤１０６と下定盤１０７とにより押圧・摺接することで研磨を行う。これにより、シリコンウェーハの表裏両面が、それぞれ５〜１０μｍ研磨される。よって、エッチングによるシリコンウェーハＷの凹凸が除去され、平坦度が向上する。
【０００６】
１次研磨されたシリコンウェーハＷは、洗浄後（Ｓ２０８）、ウェーハ裏面にワックスが塗布・乾燥される（Ｓ２０９）。これは、続く２回目のＰＣＲ加工時に、シリコンウェーハＷの裏面に吸着痕（ダメージ）を残さないためである。
次いで、２回目のＰＣＲ加工を施す（Ｓ２１０）。これにより、１次研磨中にシリコンウェーハＷの最外周部に生じた傷を除去する。すなわち、１次研磨されるシリコンウェーハＷは、１回目のＰＣＲ加工でその面取り部が鏡面仕上げされている。ところが、１次研磨時、シリコンウェーハＷの面取り面がキャリアプレート１０１のウェーハ保持孔１０２の内周面と接触し、擦れを起こしてシリコンウェーハＷの最外周部を傷つける（図５の部分拡大図）。そこで、２回目のＰＣＲ加工を施すことで、この１次研磨時に生じたウェーハ最外周部のダメージを除去する。
【０００７】
続く、仕上げ研磨工程（Ｓ２１１）では、片面研磨装置を用いて、シリコンウェーハＷが１μｍ以下の研磨量で仕上げ研磨される。そして、シリコンウェーハＷの裏面を覆うワックスを有機系の溶剤で除去し（Ｓ２１２）、最終洗浄（Ｓ２１３）、検査が施されて受注先のデバイスメーカへ出荷される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の半導体ウェーハの製造方法によれば、上述したようにＰＣＲ加工時に保持板Ｃの吸着痕をウェーハ裏面に残さないため、２回目のＰＣＲ加工の前にシリコンウェーハＷの裏面にワックスを塗布していた。
しかしながら、ウェーハ表面に回り込まないようにシリコンウェーハＷの裏面だけにワックスを薄く均一に塗布することはむずかしく、作業時間も長くなっていた。
【０００９】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、ワックス塗布に代わる２回目のＰＣＲ加工の前処理法として、酸化膜によるウェーハ露出面の被覆を採用し、さらに２回目のＰＣＲ加工後、この酸化膜を例えばＨＦを主体とした洗浄液で除去するようにすれば、ウェーハの裏面に簡単に保護層を形成することができ、しかも酸化膜除去時も、既存のウェーハ洗浄工程の中で洗浄液を変更するだけでよいことを知見し、この発明を完成させた。
【００１０】
【発明の目的】
この発明の目的は、機械加工での非加工部位を保護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である。
また、この発明の目的は、粗研磨後のＰＣＲ加工時におけるウェーハ裏面の吸着痕の除去作業が容易になり、その作業に要する処理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である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハに所定の機械加工を施すことにより半導体ウェーハを製造する半導体ウェーハの製造方法において、上記機械加工の前に半導体ウェーハの当該加工部位を除いた非加工部位に酸化膜を被着し、その機械加工後にこの酸化膜を除去する半導体ウェーハの製造方法である。
この場合の機械加工とは面取り、片面ラップ、研削、研磨その他を示す。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、面取りされた半導体ウェーハを、ウェーハ保持板に形成されたウェーハ保持孔に挿入・保持し、この半導体ウェーハに粗い研磨を施す粗研磨工程と、粗研磨後、半導体ウェーハの外周部の面取り面を鏡面仕上げするＰＣＲ工程と、このＰＣＲ加工後、半導体ウェーハの研磨面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程とを備えた半導体ウェーハの製造方法において、ＰＣＲ加工前の粗研磨された半導体ウェーハに酸化膜を形成し、ＰＣＲ加工後で仕上げ研磨す前に、上記半導体ウェーハから酸化膜を除去する半導体ウェーハの製造方法である。
【００１３】
半導体ウェーハとしてはシリコンウェーハ，ガリウム砒素ウェーハなどがある。
粗研磨は、半導体ウェーハの片面（通常、デバイスが搭載される表面）だけに施してもよいし、表裏両面に施してもよい。この粗研磨は、１回だけでも（１次研磨）、２回以上に分けて行ってもよい（１次研磨、２次研磨…）。すなわち、この粗研磨とは、最終的な鏡面仕上げを行う仕上げ研磨の前のすべての研磨工程を意味する。
粗研磨用の研磨装置は限定されない。１枚の半導体ウェーハだけを研磨する枚葉式でも、複数枚の半導体ウェーハを一括して研磨するバッチ式でもよい。また、半導体ウェーハの片面だけを研磨する片面研磨装置でも、半導体ウェーハの表裏両面を研磨する両面研磨装置でもよい。ただし、半導体ウェーハを保持可能なウェーハ保持孔が形成されたウェーハ保持板を具備していなければならない。例えば、図４に示す遊星歯車構造の両面研磨装置のようなものである。
【００１４】
さらに、その他の粗研磨用の研磨装置として、例えば研磨定盤と、これに対向配置される研磨ヘッドとを備え、この研磨ヘッドの研磨定盤との対向面に、バックパッドを介して、半導体ウェーハを水張りするワックスレスタイプの片面研磨装置などでもよい。片面研磨装置には、ウェーハ保持孔が形成されたテンプレートが、研磨ヘッドの研磨定盤との対向面に設けられている。このテンプレートのウェーハ保持孔の内部で、半導体ウェーハは、バックパッドに含浸された水の表面張力によって吸着・保持される。
粗研磨用の研磨布としては、例えばポリエステルフェルトにポリウレタンを含浸させた多孔性の不織布タイプの研磨布が挙げられる。また、発泡したウレタンのブロックをスライスした発泡性ウレタンタイプの研磨布でもよい。
研磨時には、通常、コロイダルシリカ（シリカゾル）などの遊離砥粒を含むスラリーが、研磨布の研磨作用面に供給される。
半導体ウェーハのノッチ部またはオリフラ部の研磨は、この粗研磨時に同時に行ってもよいし、別工程としてこの粗研磨の前に行ってもよい。
【００１５】
ＰＣＲ工程に用いられるＰＣＲ加工装置としては、例えば円筒形状のウレタンバフを回転させ、この回転しているバフの外周面に、保持板に吸着・保持された半導体ウェーハの外周面を接触させ、この外周面を鏡面加工するものなどを採用することができる。このＰＣＲ加工時において、半導体ウェーハは保持板に真空吸着される。
そして、半導体ウェーハの吸着・保持面を仕上げ研磨する際には、仕上げ研磨装置が用いられる。この装置としては、片面研磨装置を採用することができる。
【００１６】
酸化膜としては、例えば半導体ウェーハを大気中などに放置して得られる自然酸化膜でもよいし、各種の熱処理を施して形成される熱酸化膜でもよい。また、半導体ウェーハを、例えばＳＣ−１洗浄またはオゾン洗浄することで酸化膜を形成してもよい。
酸化膜の厚さは限定されない。通常は５〜２０オングストローム程度である。薄くすることで、膜形成方法および膜除去方法の選択肢が増え、膜形成時間および膜除去時間も短くなる。
酸化膜の除去方法は限定されない。通常はＨＦ洗浄である。その際、フッ酸の濃度は０．０１〜５０ｗｔ％程度である。また、ＨＦ洗浄液中にアルカリ性エッチング液を添加しておけば、仮にウェーハ裏面側の表層部までＰＣＲ加工時の吸着痕の影響があったとしても、このダメージをアルカリエッチにより除去できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、上記酸化膜の除去は、ＨＦ洗浄液による洗浄後、アルカリ性洗浄液によりエッチングすることで行われる請求項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。
ＨＦ洗浄液としては、例えばフッ酸濃度０．０１〜５０ｗｔ％のものを採用することができる。
アルカリ性洗浄液には、例えばＮａＯＨ、ＫＯＨなどの水溶液を採用することができる。ｐＨは８〜１４程度である。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、上記酸化膜の厚さが５〜１０００オングストロームである請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの製造方法である。
酸化膜の好ましい厚さは５〜２０オングストロームである。５オングストローム未満では、ＰＣＲ加工時の吸着痕が表層部に残る。また、１０００オングストロームを超えると、酸化膜の形成時間が長くなる。
【００１９】
【作用】
この発明によれば、例えば面取りされた半導体ウェーハを研磨装置に配備されたウェーハ保持板のウェーハ保持孔に挿入・保持して粗研磨する。この粗研磨時、半導体ウェーハの面取り面が、ウェーハ保持板のウェーハ保持孔の形成部と接触し、ウェーハの最外周部に擦れによる傷が生じる。次いで、半導体ウェーハに酸化膜を形成する。その後、半導体ウェーハの裏面を保持板に真空吸着し、この状態を保持してウェーハ外周部をＰＣＲ加工する。これにより、半導体ウェーハの最外周部の傷が取り除かれる。次に、半導体ウェーハから酸化膜を除去する。これにより、ＰＣＲ加工時、ウェーハ裏面に生じた吸着痕が除去される。
このように、酸化膜を利用して、粗研磨後のＰＣＲ加工時に生じたウェーハ裏面の吸着痕を除去するので、従来行われていたワックスを利用した方法に比べて、この吸着痕の除去が容易になり、この作業に要する処理時間も短縮することができる。
【００２０】
特に、請求項３の発明によれば、ＰＣＲ加工後の酸化膜の除去時、酸化膜により覆われた半導体ウェーハに対して、ＨＦ洗浄液によるＨＦ洗浄後、さらにアルカリ洗浄することで、ＰＣＲ加工時に半導体ウェーハの裏面に生じた吸着痕を略完全に除去することができる。
具体的には、まずＨＦ洗浄液により酸化膜を除去し、露出したウェーハ裏面の表層を、アルカリ性洗浄液によりアルカリ洗浄する。その結果、仮にウェーハ裏面の吸着痕が、酸化膜を通過してウェーハ裏面の表層まで達する場合でも、吸着痕を略完全に除去することができる。この方法は、酸化膜が薄い場合に、特に有効である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１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を示すフローシートである。
図１に示すように、この実施例にあっては、スライス、１次面取り、ラップ、２次面取り、エッチング、１回目のＰＣＲ、１次研磨、ＳＣ−１洗浄（酸化膜形成）、２回目のＰＣＲ、ＨＦ＋アルカリ洗浄（酸化膜除去）、仕上げ研磨、仕上げ洗浄の各工程を経て、表面を鏡面仕上げした半導体ウェーハが作製される。以下、各工程を詳述する。
ＣＺ法により引き上げられたシリコンインゴットは、スライス工程（Ｓ１０１）で、厚さ８６０μｍ程度の８インチのシリコンウェーハにスライスされる。
次に、このスライスドウェーハは、１次面取り工程（Ｓ１０２）で、その外周部が＃６００のメタル面取り用砥石により、所定の形状に粗く面取りされる。これにより、シリコンウェーハの外周部は、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。
【００２２】
次に、ラッピング工程（Ｓ１０３）が実施される。この工程は、シリコンウェーハを互いに平行なラップ定盤間に配置し、このラップ定盤間に、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を流し込む。そして、加圧下で回転・摺り合わせることで、シリコンウェーハの表裏両面を機械的にラッピングする。
次いで、ラップドウェーハには、１次面取りされたシリコンウェーハの外周面に２次面取りが施される（Ｓ１０４）。
続いて、２次面取りされたシリコンウェーハをエッチングする（Ｓ１０５）。具体的には、フッ酸と硝酸とを混合した混酸液（常温〜５０℃）中に、シリコンウェーハを所定時間だけ浸漬する。
【００２３】
その後、エッチドウェーハの外周部に１回目のＰＣＲ加工を施す（Ｓ１０６）。この加工時には、図３に示すＰＣＲ加工装置が用いられる。すなわち、ここでは円筒形状のウレタンバフＢをモータ回転させる装置が採用される。モータによりウレタンバフＢを回転し、この回転中のバフの外周面にシリコンウェーハＷの外周面を接触させる。これにより、ウェーハ外周面が鏡面仕上げされる。その際、シリコンウェーハＷは、保持板Ｃにその片面だけが吸着・保持される。
それから、このエッチドウェーハの表面を図４および図５に示す両面研磨装置１００を用いて１次研磨する（Ｓ１０７）。
具体的には、キャリアプレート１０１の各ウェーハ保持孔１０２にシリコンウェーハＷを挿入し、遊離砥粒を含むスラリーを供給しながら、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた上下２枚の研磨布１０４，１０５により１次研磨する。この１次研磨時には、シリコンウェーハＷの面取り面が、キャリアプレート１０１のウェーハ保持孔１０２の形成部（周壁面）と接触し、擦れを起こしてシリコンウェーハＷの最外周部に傷ａが生じることがある。
【００２４】
その後、シリコンウェーハＷを１０分だけＳＣ−１洗浄する（Ｓ１０８）。ＳＣ−１洗浄では、エッチングと自然酸化膜の形成とが同時に進行する。そのため、ＳＣ−１洗浄によりシリコンウェーハＷの露出面全域に、自然酸化膜のＳｉ酸化膜Ｗａが形成される。Ｓｉ酸化膜Ｗａは６オングストローム程度である。
次に、シリコンウェーハＷの外周部に、２回目のＰＣＲ加工を施す（Ｓ１０９）。その加工条件は１回目と同じである。２回目のＰＣＲ加工を施すことで、１次研磨時にシリコンウェーハＷの最外周部に発生した、ウェーハ面取り面と、ウェーハ保持板１０１のウェーハ保持孔１０２の形成部との擦れによる傷ａが除去される（図５の部分拡大図）。この２回目も１回目と同様に、保持板ＣにシリコンウェーハＷの裏面が吸着・保持される。その結果、シリコンウェーハＷのＳｉ酸化膜Ｗａで覆われた裏面の略全域に、保持板Ｃによる吸着痕ｂが形成される。
【００２５】
続いて、この２回目のＰＣＲ加工後、Ｓｉ酸化膜Ｗａを除去する。すなわち、まずＳｉ酸化膜Ｗａにより覆われたシリコンウェーハＷに対して、８．０ｗｔ％のＨＦ洗浄液によるＨＦ洗浄を施す。次に、ＫＯＨが１．６ｗｔ％、活性剤が２．０ｗｔ％のアルカリ性洗浄液によりアルカリエッチする。こうして、２回目のＰＣＲ加工時にシリコンウェーハＷの裏面に生じた吸着痕ｂを略完全に除去することができる（Ｓ１１０）。すなわち、仮に吸着痕ｂが、Ｓｉ酸化膜Ｗａを通過してウェーハ裏面の表層まで達する場合でも、この吸着痕ｂを略完全に除去することができる。
【００２６】
次に、このシリコンウェーハＷの表面を仕上げ研磨する（Ｓ１１１）。仕上げ研磨用の研磨装置には、片面を研磨する公知の研磨装置を用いる。すなわち、仕上げ研磨用の不織布を使用し、研磨量は０．１〜２μｍ程度である。
その後、シリコンウェーハＷを仕上げ洗浄する（Ｓ１１２）。ここでの洗浄は、ＳＣ−１とＳＣ−２との２種類の洗浄液をベースとしたＲＣＡ洗浄である。
このように、２回目のＰＣＲ加工時にシリコンウェーハＷの裏面に生じた吸着痕ｂを、Ｓｉ酸化膜Ｗａを利用して除去するようにしたので、従来のワックス利用の場合に比べて、この吸着痕ｂの除去作業が容易になり、この除去に要する作業時間を短縮することができる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、例えば研磨などの機械加工においてその非加工部位を保護することができる。また、粗研磨後のＰＣＲ加工時に発生したウェーハ裏面の吸着痕を酸化膜を利用して除去したので、従来のワックスを利用した方法に比べて、吸着痕の除去が容易になり、この除去作業に要する処理時間を短縮することができる。
【００２８】
特に、請求項３の発明によれば、この酸化膜の除去を、ＨＦ洗浄とこれに続くアルカリ洗浄により行うので、仮にウェーハ裏面の吸着痕がその表層部まで達しても、吸着痕を略完全に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの製造方法を示すフローシートである。
【図２】従来手段に係る半導体ウェーハの製造方法を示すフローシートである。
【図３】従来のＰＣＲ加工装置の概略正面図である。
【図４】従来の半導体ウェーハの両面研磨装置の使用状態の概略平面図である。
【図５】図４のＳ５−Ｓ５拡大断面図である。
【符号の説明】
１０１　キャリアプレート（ウェーハ保持板）、
１０２　ウェーハ保持孔、
Ｗ　シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
Ｗａ　Ｓｉ酸化膜（酸化膜）。

Claims

半導体ウェーハに所定の機械加工を施すことにより半導体ウェーハを製造する半導体ウェーハの製造方法において、
上記機械加工の前に半導体ウェーハの当該加工部位を除いた非加工部位に酸化膜を被着し、その機械加工後にこの酸化膜を除去する半導体ウェーハの製造方法。
面取りされた半導体ウェーハを、ウェーハ保持板に形成されたウェーハ保持孔に挿入・保持し、この半導体ウェーハに粗い研磨を施す粗研磨工程と、
粗研磨後、半導体ウェーハの外周部の面取り面を鏡面仕上げするＰＣＲ工程と、
このＰＣＲ加工後、半導体ウェーハの研磨面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程とを備えた半導体ウェーハの製造方法において、
ＰＣＲ加工前の粗研磨された半導体ウェーハに酸化膜を形成し、
ＰＣＲ加工後で仕上げ研磨する前に、上記半導体ウェーハから酸化膜を除去する半導体ウェーハの製造方法。
上記酸化膜の除去は、ＨＦ洗浄液による洗浄後、アルカリ性洗浄液によりエッチングすることで行われる請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの製造方法。
上記酸化膜の厚さが５〜１０００オングストロームである請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの製造方法。