JP2006210760A - シリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液及び該エッチング液を用いたシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】両面同時研磨工程や片面研磨工程の負荷を軽減するとともに、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成し得る。
【解決手段】本発明のシリコンウェーハの製造方法は、シリコン単結晶インゴットをスライスして得られた薄円板状のシリコンウェーハの表裏面を研削又はラッピングする平面化工程１３と、アルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなるシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液にシリコンウェーハを浸漬してシリコンウェーハの表裏面をエッチングするエッチング工程と、エッチングしたシリコンウェーハの表裏面を同時に研磨する両面同時研磨工程１６又はエッチングしたウェーハの表裏面を片面ずつ研磨する片面研磨工程とをこの順に含むことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明のシリコンウェーハの製造方法は、シリコン単結晶インゴットをスライスして得られた薄円板状のシリコンウェーハの表裏面を研削又はラッピングする平面化工程１３と、アルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなるシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液にシリコンウェーハを浸漬してシリコンウェーハの表裏面をエッチングするエッチング工程と、エッチングしたシリコンウェーハの表裏面を同時に研磨する両面同時研磨工程１６又はエッチングしたウェーハの表裏面を片面ずつ研磨する片面研磨工程とをこの順に含むことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、両面同時研磨工程の負荷を軽減するとともに、高平坦度及び表面粗さの低減の双方を達成し得るシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液及び該エッチング液を用いたシリコンウェーハの製造方法に関するものである。
一般に半導体シリコンウェーハの製造工程は、引上げたシリコン単結晶インゴットから切出し、スライスして得られたウェーハを、面取り、機械研磨（ラッピング）、エッチング、鏡面研磨（ポリッシング）及び洗浄する工程から構成され、高精度の平坦度を有するウェーハとして生産される。ブロック切断、外径研削、スライシング、ラッピング等の機械加工プロセスを経たシリコンウェーハは表面にダメージ層即ち加工変質層を有している。加工変質層はデバイス製造プロセスにおいてスリップ転位等の結晶欠陥を誘発したり、ウェーハの機械的強度を低下させ、また電気的特性に悪影響を及ぼすので完全に除去しなければならない。
この加工変質層を取除くためにエッチング処理が施される。エッチング処理には、酸エッチング又はアルカリエッチングのいずれかの方法が採られる。このエッチング処理では、エッチング液を貯留したエッチング槽に複数枚のウェーハを浸漬させることにより、加工変質層を化学的に除去している。
この加工変質層を取除くためにエッチング処理が施される。エッチング処理には、酸エッチング又はアルカリエッチングのいずれかの方法が採られる。このエッチング処理では、エッチング液を貯留したエッチング槽に複数枚のウェーハを浸漬させることにより、加工変質層を化学的に除去している。
酸エッチングは、シリコンウェーハに対して選択エッチング性がなく、表面粗さが小さいためミクロな形状精度が向上し、かつエッチング能率の高い利点がある。この酸エッチングのエッチング液には、フッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ3）の混酸を水（Ｈ2Ｏ）或いは酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）で希釈した３成分素によるエッチング液が主として用いられている。酸エッチングで上記利点が得られるのは、上記エッチング液により拡散律速の条件に基づいてエッチングが進行し、この拡散律速の条件下では、結晶表面の面方位、結晶欠陥等に反応速度は依存せず、結晶表面における拡散が主たる効果を持つためと考えられている。しかし、この酸エッチングでは、シリコンウェーハの表面粗さを改善しながら加工変質層をエッチングすることはできるが、酸エッチングが進行するにつれ、ウェーハ外周部がだれて、ラッピングで得られたマクロな形状精度である平坦度が損なわれてしまい、エッチング表面にｍｍオーダーのうねりやピールと呼ばれる凹凸が発生する問題を有していた。更に薬液のコストが高く、しかもエッチング液の組成を制御しかつ維持することが困難な欠点があった。
アルカリエッチングは、平坦度に優れマクロな形状精度が向上し、かつ金属汚染が少なく、酸エッチングにおけるＮＯxのような有害副産物の問題や取扱い上の危険性もない特長がある。このアルカリエッチングのエッチング液には、ＫＯＨやＮａＯＨが用いられている。アルカリエッチングで上記特長が得られるのは、このエッチングが基本的に表面反応律速の条件に基づいて進行するためであると考えられている。しかし、アルカリエッチングでは、シリコンウェーハの平坦度を維持しながら加工変質層をエッチングすることはできるが、局所的な深さが数μｍで、大きさが数〜数十μｍ程度のピット（以下、これをファセットという。）が発生してしまいウェーハ表面粗さが悪化する問題点があった。
上記アルカリエッチングにおける問題点を解決する方策として、苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）水溶液１００重量部に対し、過酸化水素を０．０１〜０．２重量部の割合で添加したのものを用いるシリコンウェーハのエッチング方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。上記特許文献１に示されるエッチング方法によれば、苛性ソーダ水溶液に所定の割合で過酸化水素を添加することで、苛性ソーダ水溶液によるアルカリエッチングに生じる不具合が解決するとある。具体的には、ＮａＯＨ水溶液を用いるエッチングに比べて、シリコンウェーハ裏面のエッチピットの大きさが微細化し、また、シリコンウェーハ裏面の微小なエッチピットの発生が抑制され、容易に、広い範囲内において所望のエッチング速度に調整することができ、更にエッチング速度が高まる。
特開平７−３７８７１号公報（請求項１〜４、段落［００２１］）
しかしながら、上記特許文献１に示される方法をはじめとして従来の方法では、エッチングを終えたウェーハは両面同時研磨工程や片面研磨工程が施されてその表面を鏡面に加工されるが、エッチング工程を終えたシリコンウェーハの表裏面では、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度を維持できておらず、また所望のウェーハ表面粗さも得られていないため、これらのウェーハ平坦度及びウェーハ表面粗さを改善するために、両面同時研磨工程や片面研磨工程において多くの研磨代をとる必要があるため両面同時研磨工程や片面研磨工程に大きな負荷がかかっていた。
本発明の目的は、両面同時研磨工程や片面研磨工程の負荷を軽減するとともに、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成し得るシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液及び該エッチング液を用いたシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。
請求項１に係る発明は、アルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなることを特徴とするシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液である。
請求項１に係る発明では、アルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなるエッチング液は、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、平坦化処理を終えた加工変質層を有するシリコンウェーハに対してこのエッチング液を用いてエッチングすることで、両面同時研磨工程や片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
請求項１に係る発明では、アルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなるエッチング液は、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、平坦化処理を終えた加工変質層を有するシリコンウェーハに対してこのエッチング液を用いてエッチングすることで、両面同時研磨工程や片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、アルカリ水溶液が４０〜５０重量％水酸化ナトリウム水溶液であり、アルカリ水溶液に添加されるシリカ粉末の添加割合が水酸化ナトリウムに対して１〜１００ｇ／Ｌであるエッチング液である。
請求項２に係る発明では、上記濃度範囲の水酸化ナトリウム水溶液に所定の割合でシリカ粉末を添加することで、エッチング工程を終えたウェーハ表面粗さとウェーハ平坦度をより低減することができる。
請求項２に係る発明では、上記濃度範囲の水酸化ナトリウム水溶液に所定の割合でシリカ粉末を添加することで、エッチング工程を終えたウェーハ表面粗さとウェーハ平坦度をより低減することができる。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、シリカ粉末の平均粒子径が５０〜５０００ｎｍであるエッチング液である。
請求項４に係る発明は、図１に示すように、シリコン単結晶インゴットをスライスして得られた薄円板状のシリコンウェーハの表裏面を研削又はラッピングする平面化工程１３と、請求項１ないし３いずれか１項に記載のエッチング液にシリコンウェーハを浸漬してシリコンウェーハの表裏面をエッチングするエッチング工程１４と、エッチングしたシリコンウェーハの表裏面を同時に研磨する両面同時研磨工程１６とをこの順に含むことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法である。
請求項４に係る発明では、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加して調製されたエッチング液を用いたエッチング工程１４により、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、両面同時研磨工程１６においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
請求項４に係る発明では、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加して調製されたエッチング液を用いたエッチング工程１４により、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、両面同時研磨工程１６においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
請求項５に係る発明は、シリコン単結晶インゴットをスライスして得られた薄円板状のシリコンウェーハの表裏面を研削又はラッピングする平面化工程と、請求項１ないし３いずれか１項に記載のエッチング液にシリコンウェーハを浸漬してシリコンウェーハの表裏面をエッチングするエッチング工程と、エッチングしたシリコンウェーハの表裏面を片面ずつ研磨する片面研磨工程とをこの順に含むことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法である。
請求項５に係る発明では、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加して調製されたエッチング液を用いたエッチング工程により、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
請求項５に係る発明では、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加して調製されたエッチング液を用いたエッチング工程により、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
本発明のシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液は、アルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなることを特徴とするエッチング液であり、このエッチング液は研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、平坦化処理を終えた加工変質層を有するシリコンウェーハに対してこのエッチング液を用いてエッチングすることで、両面同時研磨工程や片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加して調製されたエッチング液を用いたエッチング工程により、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、両面同時研磨工程や片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
また、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加して調製されたエッチング液を用いたエッチング工程により、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、両面同時研磨工程や片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明のシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液は、アルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなることを特徴とする。このアルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなるエッチング液は、シリカ粉末を添加することにより薬液中の金属不純物などに作用しアルカリエッチング特有の選択性を抑制することにより、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、平坦化処理を終えた加工変質層を有するシリコンウェーハに対してこのエッチング液を用いてエッチングすることで、両面同時研磨工程や片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
本発明のシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液は、アルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなることを特徴とする。このアルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなるエッチング液は、シリカ粉末を添加することにより薬液中の金属不純物などに作用しアルカリエッチング特有の選択性を抑制することにより、研磨前ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、平坦化処理を終えた加工変質層を有するシリコンウェーハに対してこのエッチング液を用いてエッチングすることで、両面同時研磨工程や片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。
本発明のエッチング液は、所定の濃度に調整されたアルカリ水溶液中に所定の割合でシリカ粉末を添加し、この添加液を攪拌して、アルカリ水溶液中にシリカ粉末を均一に分散することにより得られる。本発明のエッチング液に含まれるアルカリ水溶液としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムが挙げられるが、中でも特に、４０〜５０重量％水酸化ナトリウム水溶液が表面粗さを低減しかつテクスチャサイズを抑制できるため好ましい。またこの４０〜５０重量％水酸化ナトリウム水溶液に添加されるシリカ粉末の添加割合が水酸化ナトリウムに対して１〜１００ｇ／Ｌの範囲内であると、エッチング工程を終えたウェーハ表面粗さとウェーハ平坦度をより低減することができるため好適である。特に、水酸化ナトリウムに対して５〜１０ｇ／Ｌの範囲内にすることが好ましい。本発明のエッチング液に使用するシリカ粉末は、その平均粒子径が５０〜５０００ｎｍの範囲内のものが好適である。平均粒子径が５０ｎｍ未満であるとアルカリ溶液中の金属不純物への作用に不具合を生じ、平均粒子径が５０００ｎｍ（５μｍ）を越えるとアルカリ水溶液中に分散させたシリカ粉末が凝集してしまう不具合を生じる。特に好ましいシリカ粉末の平均粒子径は５００ｎｍ（０．５μｍ）〜３０００ｎｍ（３μｍ）である。
次に本発明のシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液を用いたシリコンウェーハの製造方法を説明する。
先ず、育成されたシリコン単結晶インゴットは、先端部及び終端部を切断してブロック状とし、インゴットの直径を均一にするためにインゴットの外径を研削してブロック体とする。特定の結晶方位を示すために、このブロック体にオリエンテーションフラットやオリエンテーションノッチを施す。このプロセスの後、図１に示すように、ブロック体は棒軸方向に対して所定角度をもってスライスされる（工程１１）。工程１１でスライスされたウェーハは、ウェーハの周辺部の欠けやチップを防止するためにウェーハ周辺に面取り加工する（工程１２）。この面取りを施すことにより、例えば面取りされていないシリコンウェーハ表面上にエピタキシャル成長するときに周辺部に異常成長が起こり環状に盛り上がるクラウン現象を抑制することができる。
先ず、育成されたシリコン単結晶インゴットは、先端部及び終端部を切断してブロック状とし、インゴットの直径を均一にするためにインゴットの外径を研削してブロック体とする。特定の結晶方位を示すために、このブロック体にオリエンテーションフラットやオリエンテーションノッチを施す。このプロセスの後、図１に示すように、ブロック体は棒軸方向に対して所定角度をもってスライスされる（工程１１）。工程１１でスライスされたウェーハは、ウェーハの周辺部の欠けやチップを防止するためにウェーハ周辺に面取り加工する（工程１２）。この面取りを施すことにより、例えば面取りされていないシリコンウェーハ表面上にエピタキシャル成長するときに周辺部に異常成長が起こり環状に盛り上がるクラウン現象を抑制することができる。
続いて、スライス等の工程で生じた薄円板状のシリコンウェーハ表裏面の凹凸層を平坦化してウェーハ表裏面の平坦度とウェーハの平行度を高める（工程１３）。この平坦化工程１３では、研削又はラッピングによりウェーハ表裏面を平坦化する。
研削によりウェーハを平坦化する方法としては、図２及び図３に示すような研削装置２０により行われる。図２に示すように、シリコンウェーハ２１を載置するための被処理体支持部であるターンテーブル２２が図示しない駆動機構により鉛直軸回りに回転可能に構成される。またターンテーブル２２の上方側には、図３に示すように、ターンテーブル２２にチャック２２ａを介して吸着載置されたシリコンウェーハ２１に対して、その研削面を押圧するようにして研削用砥石２３を支持するための砥石支持手段２４が設けられる。この砥石支持手段２４は図示しない駆動機構により研削用砥石２３を鉛直軸回りに回転可能に構成される。またシリコンウェーハ上方には研削時にシリコンウェーハ２１の表面に研削水を供給するための給水ノズル２６が設けられる。このような研削装置２０では、各駆動機構により研削用砥石２３とシリコンウェーハ２１とを相対的に回転させ、更にシリコンウェーハ２１の表面において研削用砥石２３との接触部位よりも外れた部位に給水ノズル２６から研削水を供給し、シリコンウェーハ２１の表面を洗浄しながら研削用砥石２３をシリコンウェーハ２１の表面に押圧して研削する。
研削によりウェーハを平坦化する方法としては、図２及び図３に示すような研削装置２０により行われる。図２に示すように、シリコンウェーハ２１を載置するための被処理体支持部であるターンテーブル２２が図示しない駆動機構により鉛直軸回りに回転可能に構成される。またターンテーブル２２の上方側には、図３に示すように、ターンテーブル２２にチャック２２ａを介して吸着載置されたシリコンウェーハ２１に対して、その研削面を押圧するようにして研削用砥石２３を支持するための砥石支持手段２４が設けられる。この砥石支持手段２４は図示しない駆動機構により研削用砥石２３を鉛直軸回りに回転可能に構成される。またシリコンウェーハ上方には研削時にシリコンウェーハ２１の表面に研削水を供給するための給水ノズル２６が設けられる。このような研削装置２０では、各駆動機構により研削用砥石２３とシリコンウェーハ２１とを相対的に回転させ、更にシリコンウェーハ２１の表面において研削用砥石２３との接触部位よりも外れた部位に給水ノズル２６から研削水を供給し、シリコンウェーハ２１の表面を洗浄しながら研削用砥石２３をシリコンウェーハ２１の表面に押圧して研削する。
またラッピングによりウェーハを平坦化する方法としては、図４に示すようなラッピング装置３０により行われる。図４に示すように、先ず、キャリアプレート３１をラッピング装置３０のサンギア３７とインターナルギア３８に噛合させ、キャリアプレート３１のホルダー内にシリコンウェーハ２１をセットする。その後、このシリコンウェーハ２１の両面を上定盤３２と下定盤３３で挟み込むように保持し、ノズル３４から研磨剤３６を供給するとともに、サンギア３７とインターナルギア３８によってキャリアプレート３１を遊星運動させ、同時に上定盤３２と下定盤３３を相対方向に回転させることによって、シリコンウェーハ２１の両面を同時にラッピングする。このようにして平面化工程１３を施したシリコンウェーハは、ウェーハ表裏面の平坦度とウェーハの平行度が高められ、洗浄工程で洗浄されて次工程へと送られる。
次に、図１に戻って、平坦化したシリコンウェーハをエッチング液に浸漬してシリコンウェーハの表裏面をエッチングする（工程１４）。ここで使用するエッチング液は前述した本発明のシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液である。このエッチング工程１４では、面取り工程１２や平坦化工程１３のような機械加工プロセスによって導入された加工変質層をエッチングによって完全に除去する。シリカ粉末を添加して調製された本発明の表面形状制御用エッチング液を用いたエッチングを施すことで、ウェーハの表面粗さとテクスチャーサイズの制御をすることができるため、後に続く両面同時研磨工程１６や片面研磨工程においてウェーハ表裏面における研磨代をそれぞれ低減しながら、平坦化工程を終えた際のウェーハ平坦度の維持及びウェーハ表面粗さの低減の双方を達成することができる。エッチング工程１４におけるエッチング取り代は、片面８〜１０μｍ、ウェーハ表裏面の合計取り代で１６〜２０μｍが好ましい。エッチング取り代を上記範囲とすることで、後に続く両面同時研磨工程や片面研磨工程における研磨代を大きく低減することができる。エッチング取り代が下限値未満ではウェーハ表面粗さが十分に低減されていないため、両面同時研磨や片面研磨の負荷が大きく、上限値を越えると、ウェーハ平坦度が損なわれウェーハ製造における生産性が悪化する。
このエッチング工程１４では、図５に示すように、先ず、ホルダ４１に複数枚のウェーハ４１ａを垂直に保持し、このホルダ４１を図５の実線矢印で示すように下降して、エッチング槽４２に貯留された本発明の表面形状制御用エッチング液４２ａ中に浸漬させてウェーハ表面の加工変質層をエッチング液により取除く。続いて所定時間エッチング液４２ａに浸漬させたウェーハ４１ａが保持されたホルダ４１を図５の破線矢印で示すように引上げる。次に、エッチングを終えたウェーハ４１ａが保持されたホルダ４１を図５の実線矢印で示すように下降し、リンス槽４３に貯留された純水等のリンス液４３ａ中に浸漬させてウェーハ表面に付着しているエッチング液を除去する。続いて所定時間リンス液４３ａに浸漬させたウェーハ４１ａが保持されたホルダ４１を図５の破線矢印で示すように引上げ、シリコンウェーハを乾燥させる。
次に、図１に戻って、エッチング工程１４を終えたウェーハの表裏面を同時に研磨する両面同時研磨を施す（工程１６）。
両面同時研磨する方法としては、図６に示すような両面同時研磨装置５０により行われる。図６に示すように、先ず、キャリアプレート５１を両面同時研磨装置５０のサンギア５７とインターナルギア５８に噛合させ、キャリアプレート５１のホルダー内にシリコンウェーハ２１をセットする。その後、このシリコンウェーハ２１の両面を研磨面側に第１研磨布５２ａが貼り付けられた上定盤５２と研磨面側に第２研磨布５３ａが貼り付けられた下定盤５３で挟み込むように保持し、ノズル５４から研磨剤５６を供給するとともに、サンギア５７とインターナルギア５８によってキャリアプレート５１を遊星運動させ、同時に上定盤５２と下定盤５３を相対方向に回転させることによって、シリコンウェーハ２１の両面を同時に鏡面研磨する。また、この両面同時研磨工程１６では、上定盤５２と下定盤５３の回転数をそれぞれ制御しながらシリコンウェーハの表裏面を同時に研磨することで、ウェーハの表裏面を目視により識別可能な片面鏡面ウェーハを得ることができる。このように本発明のシリコンウェーハの製造方法を行うことによってウェーハ製造における生産性が大幅に改善される。
両面同時研磨する方法としては、図６に示すような両面同時研磨装置５０により行われる。図６に示すように、先ず、キャリアプレート５１を両面同時研磨装置５０のサンギア５７とインターナルギア５８に噛合させ、キャリアプレート５１のホルダー内にシリコンウェーハ２１をセットする。その後、このシリコンウェーハ２１の両面を研磨面側に第１研磨布５２ａが貼り付けられた上定盤５２と研磨面側に第２研磨布５３ａが貼り付けられた下定盤５３で挟み込むように保持し、ノズル５４から研磨剤５６を供給するとともに、サンギア５７とインターナルギア５８によってキャリアプレート５１を遊星運動させ、同時に上定盤５２と下定盤５３を相対方向に回転させることによって、シリコンウェーハ２１の両面を同時に鏡面研磨する。また、この両面同時研磨工程１６では、上定盤５２と下定盤５３の回転数をそれぞれ制御しながらシリコンウェーハの表裏面を同時に研磨することで、ウェーハの表裏面を目視により識別可能な片面鏡面ウェーハを得ることができる。このように本発明のシリコンウェーハの製造方法を行うことによってウェーハ製造における生産性が大幅に改善される。
なお本実施の形態では、両面同時研磨によってウェーハの表裏面を同時に研磨したが、この両面同時研磨の代わりに、ウェーハの表裏面を片面ずつ研磨する片面研磨によってウェーハを研磨しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１〜４＞
先ず、φ２００ｍｍシリコンウェーハを複数枚用意し、平坦化工程として、図４に示すラッピング装置を用いてシリコンウェーハ表裏面にラッピングを施した。ラッピング工程における研磨剤は、番手が＃１５００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、供給する研磨剤流量を２．０Ｌ／ｍｉｎ、上定盤の荷重を７０ｇ／ｃｍ2、上定盤回転数を１０ｒｐｍ及び下定盤回転数を４０ｒｐｍにそれぞれ制御しながらシリコンウェーハの平坦化を行った。次に、エッチング工程として、図５に示すエッチング装置を用いて平坦化を終えたシリコンウェーハにエッチングを施した。エッチング液には５１重量％水酸化ナトリウムに平均粒子径が２〜５μｍのシリカ粉末を水酸化ナトリウムに対して１ｇ／Ｌ、５ｇ／Ｌ、１０ｇ／Ｌ及び１００ｇ／Ｌとなるように混合して調製された４種類のエッチング液を用いた。このエッチング工程では、シリコンウェーハをエッチング液中に１５分間浸漬させてエッチングを行った。このエッチングにおけるエッチング取り代はウェーハ片面で１０μｍ、ウェーハ両面で２０μｍであった。
＜実施例１〜４＞
先ず、φ２００ｍｍシリコンウェーハを複数枚用意し、平坦化工程として、図４に示すラッピング装置を用いてシリコンウェーハ表裏面にラッピングを施した。ラッピング工程における研磨剤は、番手が＃１５００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、供給する研磨剤流量を２．０Ｌ／ｍｉｎ、上定盤の荷重を７０ｇ／ｃｍ2、上定盤回転数を１０ｒｐｍ及び下定盤回転数を４０ｒｐｍにそれぞれ制御しながらシリコンウェーハの平坦化を行った。次に、エッチング工程として、図５に示すエッチング装置を用いて平坦化を終えたシリコンウェーハにエッチングを施した。エッチング液には５１重量％水酸化ナトリウムに平均粒子径が２〜５μｍのシリカ粉末を水酸化ナトリウムに対して１ｇ／Ｌ、５ｇ／Ｌ、１０ｇ／Ｌ及び１００ｇ／Ｌとなるように混合して調製された４種類のエッチング液を用いた。このエッチング工程では、シリコンウェーハをエッチング液中に１５分間浸漬させてエッチングを行った。このエッチングにおけるエッチング取り代はウェーハ片面で１０μｍ、ウェーハ両面で２０μｍであった。
＜実施例５〜８＞
エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％水酸化ナトリウム水溶液に代えた以外は実施例１〜４と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％水酸化ナトリウム水溶液に代えた以外は実施例１〜４と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜比較例１〜３＞
アルカリ水溶液として５１重量％水酸化ナトリウム水溶液のみからなる薬液を３種類用意し、この薬液をそのままエッチング工程におけるエッチング液として用いた以外は実施例１と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。即ち、エッチング液にシリカ粉末を添加しなかった。
＜比較例４〜６＞
アルカリ水溶液として４８重量％水酸化ナトリウム水溶液のみからなる薬液を３種類用意し、この薬液をそのままエッチング工程におけるエッチング液として用いた以外は実施例１と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。即ち、エッチング液にシリカ粉末を添加しなかった。
アルカリ水溶液として５１重量％水酸化ナトリウム水溶液のみからなる薬液を３種類用意し、この薬液をそのままエッチング工程におけるエッチング液として用いた以外は実施例１と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。即ち、エッチング液にシリカ粉末を添加しなかった。
＜比較例４〜６＞
アルカリ水溶液として４８重量％水酸化ナトリウム水溶液のみからなる薬液を３種類用意し、この薬液をそのままエッチング工程におけるエッチング液として用いた以外は実施例１と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。即ち、エッチング液にシリカ粉末を添加しなかった。
＜実施例９〜１６＞
ラッピング工程におけるラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行った以外は実施例１〜８と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
ラッピング工程におけるラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行った以外は実施例１〜８と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜比較例７〜１２＞
ラッピング工程におけるラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行った以外は比較例１〜６と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
ラッピング工程におけるラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行った以外は比較例１〜６と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜実施例１７〜２４＞
ラッピング工程における研磨剤として番手が＃１０００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、ラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行った以外は実施例１〜８と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
ラッピング工程における研磨剤として番手が＃１０００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、ラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行った以外は実施例１〜８と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜比較例１３〜１８＞
ラッピング工程における研磨剤として番手が＃１０００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、ラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行った以外は比較例１〜６と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
ラッピング工程における研磨剤として番手が＃１０００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、ラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行った以外は比較例１〜６と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜実施例２５〜２８＞
ラッピング工程におけるラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行い、エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％水酸化カリウム水溶液に代えた以外は実施例１〜４と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜実施例２９〜３２＞
ラッピング工程における研磨剤として番手が＃１０００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、ラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行い、エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％水酸化カリウム水溶液に代えた以外は実施例１〜４と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
ラッピング工程におけるラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行い、エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％水酸化カリウム水溶液に代えた以外は実施例１〜４と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜実施例２９〜３２＞
ラッピング工程における研磨剤として番手が＃１０００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、ラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行い、エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％水酸化カリウム水溶液に代えた以外は実施例１〜４と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜比較例１９〜２１＞
ラッピング工程におけるラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行い、エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％水酸化カリウム水溶液に代えた以外は比較例１〜３と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜比較例２２〜２４＞
ラッピング工程における研磨剤として番手が＃１０００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、ラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行い、エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％濃度の水酸化カリウム水溶液に代えた以外は比較例１〜３と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
ラッピング工程におけるラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行い、エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％水酸化カリウム水溶液に代えた以外は比較例１〜３と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜比較例２２〜２４＞
ラッピング工程における研磨剤として番手が＃１０００のＡｌ2Ｏ3を含む研磨剤を使用し、ラッピング装置の上定盤荷重を１００ｇ／ｃｍ2に制御してシリコンウェーハの平坦化を行い、エッチング工程におけるエッチング液に使用するアルカリ水溶液を４８重量％濃度の水酸化カリウム水溶液に代えた以外は比較例１〜３と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。
＜比較試験１＞
実施例１〜３２及び比較例１〜２４でそれぞれ得られたシリコンウェーハに対し、非接触表面粗さ計（チャップマン社製）を用いてそのウェーハ表面粗さを測定し、ウェーハ表面性状の基本パラメータであるＲａ及びＲｍａｘをそれぞれ求めた。高さ方向の振幅平均パラメータである算術平均粗さＲａは、図７に示すウェーハ表面において、基準長さをｌｒとしたとき、次の数式（１）に示すように、この基準長さにおけるＺ(ｘ)の絶対値の平均で表される。
実施例１〜３２及び比較例１〜２４でそれぞれ得られたシリコンウェーハに対し、非接触表面粗さ計（チャップマン社製）を用いてそのウェーハ表面粗さを測定し、ウェーハ表面性状の基本パラメータであるＲａ及びＲｍａｘをそれぞれ求めた。高さ方向の振幅平均パラメータである算術平均粗さＲａは、図７に示すウェーハ表面において、基準長さをｌｒとしたとき、次の数式（１）に示すように、この基準長さにおけるＺ(ｘ)の絶対値の平均で表される。
また、高さ方向の山・谷のパラメータである粗さ曲線の最大断面高さＲｍａｘは、図８に示すウェーハ表面において、次の数式（２）に示すように、評価長さｌｎにおける輪郭曲線の山高さＺｐの最大値と谷深さＺｖの最大値との和で表される。図８では、山高さＺｐの最大値はＺｐ2、谷深さＺｖの最大値はＺｖ4である。
実施例１〜３２及び比較例１〜２４でそれぞれ得られたシリコンウェーハにおけるＲａ及びＲｍａｘの結果を表１〜表４にそれぞれ示す。
表１〜４より明らかなように、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加した実施例１〜３２と、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加していない比較例１〜２４とを比較すると、同様の条件で平坦化処理を施したウェーハ同士では、実施例１〜３２のＲａ及びＲｍａｘの結果がそれぞれ低下していることが判る。この結果からアルカリ水溶液にシリカ粉末を添加したエッチング液を使用することでウェーハ表面粗さ及びウェーハ平坦度がそれぞれ改善され、後に続く両面同時研磨工程での研磨代を大幅に低減できる結果が得られた。また、実施例１〜３２の結果を比較すると、アルカリ水溶液に添加するシリカ粉末の添加量が高いほどＲａ及びＲｍａｘの結果がそれぞれ低下している傾向が得られた。
＜実施例３３〜３５＞
先ず、φ２００ｍｍシリコンウェーハを複数枚用意し、平坦化工程として、実施例１と同様にしてシリコンウェーハ表裏面にラッピングを施した。次いで、ラッピング上がりのウェーハに対して、図２及び図３に示す研削装置を用いてシリコンウェーハ表面に仕上げ研削を施した。研削条件は、砥石の研削番手を＃２０００、ダイヤ分布中心粒径を３〜４μｍ、スピンドル（ホイール）回転数を４８００ｒｐｍ、送り速度を０．３μｍ／ｓｅｃ、ウェーハ（ウェーハチャック）回転数を２０ｒｐｍ、加工取り代を１０μｍ以下とした。次に、エッチング工程として、図５に示すエッチング装置を用いて平坦化を終えたシリコンウェーハにエッチングを施した。エッチング液には４８重量％水酸化ナトリウムに平均粒子径が２〜５μｍのシリカ粉末を水酸化ナトリウムに対して１ｇ／Ｌ、１０ｇ／Ｌ及び１００ｇ／Ｌとなるように混合して調製された３種類のエッチング液を用いた。このエッチング工程では、シリコンウェーハをエッチング液中に１５分間浸漬させてエッチングを行った。このエッチングにおけるエッチング取り代はウェーハ片面で２．５μｍ、ウェーハ両面で５μｍであった。
先ず、φ２００ｍｍシリコンウェーハを複数枚用意し、平坦化工程として、実施例１と同様にしてシリコンウェーハ表裏面にラッピングを施した。次いで、ラッピング上がりのウェーハに対して、図２及び図３に示す研削装置を用いてシリコンウェーハ表面に仕上げ研削を施した。研削条件は、砥石の研削番手を＃２０００、ダイヤ分布中心粒径を３〜４μｍ、スピンドル（ホイール）回転数を４８００ｒｐｍ、送り速度を０．３μｍ／ｓｅｃ、ウェーハ（ウェーハチャック）回転数を２０ｒｐｍ、加工取り代を１０μｍ以下とした。次に、エッチング工程として、図５に示すエッチング装置を用いて平坦化を終えたシリコンウェーハにエッチングを施した。エッチング液には４８重量％水酸化ナトリウムに平均粒子径が２〜５μｍのシリカ粉末を水酸化ナトリウムに対して１ｇ／Ｌ、１０ｇ／Ｌ及び１００ｇ／Ｌとなるように混合して調製された３種類のエッチング液を用いた。このエッチング工程では、シリコンウェーハをエッチング液中に１５分間浸漬させてエッチングを行った。このエッチングにおけるエッチング取り代はウェーハ片面で２．５μｍ、ウェーハ両面で５μｍであった。
＜比較例２５〜２７＞
アルカリ水溶液として４８重量％水酸化ナトリウム水溶液のみからなる薬液を３種類用意し、この薬液をそのままエッチング工程におけるエッチング液として用いた以外は実施例３３と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。即ち、エッチング液にシリカ粉末を添加しなかった。
アルカリ水溶液として４８重量％水酸化ナトリウム水溶液のみからなる薬液を３種類用意し、この薬液をそのままエッチング工程におけるエッチング液として用いた以外は実施例３３と同様にして平坦化工程及びエッチング工程を施した。即ち、エッチング液にシリカ粉末を添加しなかった。
＜比較試験２＞
実施例３３〜３５及び比較例２５〜２７でそれぞれ得られたシリコンウェーハに対し、上記比較試験１と同様にして非接触表面粗さ計（チャップマン社製）を用いてそのウェーハ表面粗さを測定し、ウェーハ表面性状の基本パラメータであるＲａ及びＲｍａｘをそれぞれ求めた。実施例３３〜３５及び比較例２５〜２７でそれぞれ得られたシリコンウェーハにおけるＲａ及びＲｍａｘの結果を表５にそれぞれ示す。
実施例３３〜３５及び比較例２５〜２７でそれぞれ得られたシリコンウェーハに対し、上記比較試験１と同様にして非接触表面粗さ計（チャップマン社製）を用いてそのウェーハ表面粗さを測定し、ウェーハ表面性状の基本パラメータであるＲａ及びＲｍａｘをそれぞれ求めた。実施例３３〜３５及び比較例２５〜２７でそれぞれ得られたシリコンウェーハにおけるＲａ及びＲｍａｘの結果を表５にそれぞれ示す。
表５より明らかなように、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加した実施例３３〜３５と、アルカリ水溶液にシリカ粉末を添加していない比較例２５〜２７とを比較すると、実施例３３〜３５のＲａ及びＲｍａｘの結果がそれぞれ低下していることが判る。この結果からアルカリ水溶液にシリカ粉末を添加したエッチング液を使用することでウェーハ表面粗さ及びウェーハ平坦度がそれぞれ改善され、後に続く両面同時研磨工程での研磨代を大幅に低減できる結果が得られた。また、シリカ粉末の添加量が高いほどＲａ及びＲｍａｘの結果がそれぞれ低下する傾向が得られた。
１３ 平面化工程
１４ エッチング工程
１６ 両面同時研磨工程
１４ エッチング工程
１６ 両面同時研磨工程
Claims (5)
- アルカリ水溶液にシリカ粉末が均一に分散してなることを特徴とするシリコンウェーハ表面形状制御用エッチング液。
- アルカリ水溶液が４０〜５０重量％水酸化ナトリウム水溶液であり、
前記アルカリ水溶液に添加されるシリカ粉末の添加割合が水酸化ナトリウムに対して１〜１００ｇ／Ｌである請求項１記載のエッチング液。 - シリカ粉末の平均粒子径が５０〜５０００ｎｍである請求項１又は２記載のエッチング液。
- シリコン単結晶インゴットをスライスして得られた薄円板状のシリコンウェーハの表裏面を研削又はラッピングする平面化工程と、
請求項１ないし３いずれか１項に記載のエッチング液にシリコンウェーハを浸漬して前記シリコンウェーハの表裏面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングしたシリコンウェーハの表裏面を同時に研磨する両面同時研磨工程と
をこの順に含むことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 - シリコン単結晶インゴットをスライスして得られた薄円板状のシリコンウェーハの表裏面を研削又はラッピングする平面化工程と、
請求項１ないし３いずれか１項に記載のエッチング液にシリコンウェーハを浸漬して前記シリコンウェーハの表裏面をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチングしたシリコンウェーハの表裏面を片面ずつ研磨する片面研磨工程と
をこの順に含むことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
Priority Applications (5)
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