JP2006297847A - 半導体ウエーハの製造方法およびワークのスライス方法ならびにそれらに用いられるワイヤソー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数本の加工用ローラ間にワイヤを複数回、巻き回してワイヤ列を形成し、ワイヤの往復走行の1往復を1サイクルとすると、1分間当たり3サイクル以上8サイクル未満の間の一定サイクルでワイヤを往復走行させながらワークをスライスするスライス工程と、前記スライスされたウエーハの両面を研削砥石によって片面ずつ研削する研削工程と、前記研削されたウエーハの両面に対して、固定砥粒研磨布と砥粒を含まない研磨材を使用して化学的機械的研磨する研磨工程と、からなることを特徴とする半導体ウエーハの製造方法である。
【選択図】 図3
Description
ステップS206はラッピング工程または両頭研削工程である。ステップS206で、ラッピング工程または両頭研削工程により均一な厚みにするとともに、スライスによって発生したウエーハのうねりを除去する。
その後のステップS208は研削工程である。このステップS208で、研削砥石によりウエーハの表面を片面毎に、または、両面を同時に研削(グラインディング)してウエーハの両面を平坦化する。
ステップS210は研磨工程である。CMP(化学的機械的研磨:Chemical Mechanical Polishing)などの研磨によってウエーハの両面を鏡面加工する。
また、特開2004−63883号公報(特許文献2参照)には、ラッピング工程または両頭研削工程を省略し、ウエーハの裏面をプラズマエッチングして、スライスによって生じたウエーハの表面のうねりを除去してから、ウエーハの表面を研削し、つづいてウエーハの表面を研磨することが記載されている。
それは、これまで、うねりを一つのものと捉えてきたが、実はうねりには、波長の短い短周期のうねりのほかに、波長の長い長周期のうねりがあり、うねりはこれらが合成されて形成されており、このうち、長周期のうねりを研磨工程によって除去することが難しいことが判明したからである。
なお、ここでいう長周期のうねりとは、波長がほぼ20mm以上をいい、短周期のうねりとは、波長がほぼ10mm以下をいう。
短周期のうねりであれば、ある程度の硬い研磨布を使用して平坦性を維持してうねりを除去することもできるが、長周期のうねりは、硬い研磨布であってもゆるやかな起伏のために研磨布の表面が長周期のうねりに沿ってしまい、その結果、研磨布ではうねりを除去できない、ということが分ったからである。
また、短周期のうねりについては、遊離砥粒を含んだ研磨材を使用して研磨布で研磨するCMP(特開平9−97775号公報)の場合には、硬い研磨布であっても、研磨布の硬さに上限があるため、短周期のうねりであっても除去することが難しいという問題があった。
さらに、従来、問題視されなかった微少の長周期のうねり(ナノトポロジー:nanotopology)が、12″(300mm)サイズのウエーハから問題視されはじめ、この微少の長周期のうねりをとることが、新たなネック技術となっている。
しかし、これらはすべてのうねりや厚さむら等をワイヤソーによって除去しようとしたため、肝心の長周期のうねりを除去することができなかった。
この理論によれば、3サイクル以上であれば、すべて当てはまると考えられるが、8サイクル以上にした場合、短周期のうねりは消去できても、従来通りの高速送りを維持するには、制御、サーボ系の追従性に問題があり、8サイクル以上にすることは、機械構成上不可能な範囲となるため、8サイクル未満とした。
このことに関しては特開2003−318138号公報(特許文献5参照)に、8サイクル以上の多サイクルのワイヤ往復走行のスライス方法により、うねりを解消することが可能であることが記載されているが、8サイクル以上では現実的な解決方法ではない。また、この特許文献5は、長周期のうねりのみを抑えることを意図していないので、本発明と本質を異にしている。
このような理由から、ワイヤソーでワークをスライスする時に、1分間当たり3サイクル以上、8サイクル未満の間の一定サイクルでワイヤを往復走行させながらワークをスライスするが、さらに、長周期のうねりだけでなく、短周期のうねりに関しても減少していることが分かった。
これは、これまで短周期のうねりだったものが、超短周期のうねりとなり、結果的にうねりとして観測されないレベルにまで短い周期のうねりとなるからである。
研削工程でうねりを除去することも考えられるが、研削では、チャックテーブルにおいて研削する場合に、加工面と反対側のうねりが転写して加工されてしまうため、うねりを除去することはできない。また、特別な工夫をしない限り、研削でうねりを除去することはできない。
したがって、研磨加工でうねりを除去することになるが、研磨布と遊離砥粒との組み合わせで研磨を行う通常のCMP(化学的機械的研磨)では、使用する研磨布の硬度に限界がある。つまり、硬度が高いと、遊離砥粒が研磨布に滞留しないで流出してしまうので、研磨ができない、という問題があった。
よって、研磨布にはある程度の柔らかさが必要であるが、柔らかいと短周期のうねりに研磨布がそって撓んでしまい、研磨することができても、うねりを除去することはできなかった。
前記ワイヤ(14)の往復走行の1往復を1サイクルとすると、ワーク(W)のスライス時、1分間当たり3サイクル以上、8サイクル未満の間の一定サイクルでワイヤ(14)を往復走行させながらワーク(W)をスライスすることを特徴とする。
発明者は鋭意研究、実験を重ねた結果、前記した図1と同様の構成であるワイヤソーにおいて、ワークのスライス時、1分間に3往復以上、8往復未満の範囲で前記ワイヤの往復走行をさせることにより、スライス後のウエーハ表面に長周期のうねりがなくなることを確認した。まず、最初に、ワイヤソーから説明する。
図1はそのワイヤソーの主要部を示す斜視図である。図1に示すように、このワイヤソー1は、3本の加工用ローラ11,12,13が所定の間隔をおいて配設され、これらの各加工用ローラ11,12,13の外周にはそれぞれ多数の環状溝11a,12a,13aが所定ピッチで形成されている。そして、1本のワイヤ14は、一対のリール16,17に両端がそれぞれ巻き付けられている。そして、両リール16,17間において、ワイヤ14が加工用ローラ11,12,13の環状溝11a,12a,13a間に連続して巻回されている。
ワイヤソー1の切刃は、ワイヤ14に供給されるスラリーに混入された砥粒であり、このワイヤ14に擦られた砥粒によって、ワークWをラッピング作用で徐々に切断する。
なお、ワイヤ14の材質は鋼線であるが、ピアノ線であってもよい。
なお、両ダンサアーム22,23は、それぞれウェイト代わりのダンサローラ22a,23aが機能しており、ワイヤ14に対して所定の張力を付与する。
また、ワイヤ送り制御手段を含む制御装置15は、ワイヤ送りのための設定値、たとえば、ワークの種類や材質に応じたワイヤ最高送り速度、新線供給量、往復走行サイクル数などに基づき、前記主軸モータ18および一対のリール用モータ19,20の回転数(回転速度)を制御するようになっている。さらに、前記エンコーダ24,25からの検出信号に応じて、前記リール用モータ19,20をフィードバック制御する。
これに対して、図2の(b)の場合は、1分間当たり3サイクルであり、図2の(c)の場合は、1分間当たり7サイクルである。
なお、この波型(サイクルパターン)は、これ以外の曲線で形成されたものであってもよいし、また、最高速の送り速度を示す上端部、下端部の一定速度部分の長さを適宜設定変更しても構わない。
さらに、ワイヤの往復走行の1往復を1サイクル中、600〜1500m/minのワイヤ14の最高走行速度で、同一ワークに対して最後まで同一サイクルパターンを繰り返すだけでよい。
この場合、図1における主軸モータ18を、その出力容量が45〜110kwの高容量のモータを使用することで、ワイヤ14の高速送りと、高サイクル数送りとに容易に対応することができた。
前記S1工程は、このシリコンインゴット(以下、ワークWという)のスライス(切断)工程であり、厚さ0.90mm(900μm)程度の12″のウエーハwにスライスされる。そこで、本発明のS1工程は、前記スライス工程でワイヤの往復走行の1往復を1サイクルとすると、1分間当たり3サイクル以上8サイクル未満の間の一定サイクルでワイヤを往復走行させながらワークをスライスする。
また、前記したスライス工程においては、1分間当たり4サイクル〜6サイクルの間の一定サイクルでワイヤ14を往復走行させることが好適である。
さらに、前記したスライス工程においては、ワイヤ14の往復走行の1サイクル中、ワイヤの最高走行速度が600〜1500m/minが好適であり、スライス中、同一のワークWに対して同一サイクルパターンを繰り返すとよい。
図5の(a)に示すように、従来のワークのスライス方法では、長周期のうねりの発生を抑えることができず、長周期、短周期のうねりを有するウエーハwにスライスされていることが分かる。また、図5の(b)に示すように、研磨後のウエーハwの表面には、これまで問題にならなかった長周期のうねりが確認された。
図6の(a)に示すように、本発明のワークのスライス方法においてスライスされたウエーハwの表面には、短周期のうねりは認められるが、長周期のうねりの発生はなく、その証拠に、図6の(b)に示すように、研磨工程により短周期のうねりを消去した後には、長周期のうねりもない高品位なウエーハが完成した。4サイクル、5サイクル、6サイクル、7サイクルによるスライス実験においても、3サイクルと同様に、ウエーハwの表面には長周期のうねりは認められなかった。このスライス方法は、現在、8″から12″以上へ移行するこの移行期において、12″以上の高品位の半導体ウエーハの製造技術としては、画期的な技術となる。
図9は固定砥粒研磨布の一例を示す拡大断面図である。
図9に示すように、固定砥粒研磨布9は、硬質のポリウレタン樹脂6であり、遊離砥粒3,3…はなく、すべての砥粒はポリウレタン樹脂6に固定されている。ポリウレタン樹脂6中に固定砥粒7,7…が混入されており、適量の気泡8,8…も形成されている。このポリウレタン研磨パッドの固定砥粒研磨布9は、多官能イソシアネートと、少なくとも平均分子量が250〜4,000の多官能ポリオールと、研磨パッドの発泡倍率が1.1〜5倍になるように発泡剤とを撹拌混合し、さらに平均粒径0.15〜50μmの砥粒を5〜70体積%の割合で加えたポリウレタン研磨パッドである。これを使用してアルカリ液を流しながら研磨工程を行う。
これに対して、本発明の図8の(a)、(b)、(c)に示すポリウレタン研磨パッドの固定砥粒研磨布9のシュアD硬度が40〜80と硬いことから、固定砥粒研磨布9の表面が変形しないので、直線的に研磨できるため、図8の(c)に示すように、短周期のうねりを簡単に除去でき、図6の(b)のように、うねりを短時間で消去することができる。
また、これ以外ワーク形状に応じたワークフィード制御や、ワイヤにかけるスラリーの量の調整等は、自由に行っても構わない。さらに、ワークの材質は、シリコンの他に、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、サファイヤ等であっても構わない。
2 研磨布(研磨パッド)
3 遊離砥粒
4 スラリー
5 研磨液
6 ポリウレタン樹脂
7 固定砥粒
8 気泡
9 固定砥粒研磨布
11,12,13 加工用ローラ
14 ワイヤ
15 制御装置(ワイヤ送り制御手段を含む)
16,17 リール
18 主軸モータ
19,20 リール用モータ
W ワーク
w ウエーハ
Claims (5)
- 複数本の加工用ローラ間にワイヤを複数回、巻き回してワイヤ列を形成し、そのワイヤを往きより戻りを短く設定して往復走行させながら前記ワイヤ列とワークとの間にスラリーを供給しつつワイヤ列にワークを相対的に押し付けて一度に複数枚のウエーハにスライスするワイヤソーによって、ワイヤの往復走行の1往復を1サイクルとすると、1分間当たり3サイクル以上8サイクル未満の間の一定サイクルでワイヤを往復走行させながらワークをスライスするスライス工程と、
前記スライスされたウエーハの両面を研削砥石によって片面ずつ研削する研削工程と、
前記研削されたウエーハの両面に対して、固定砥粒研磨布と砥粒を含まない研磨材を使用して化学的機械的研磨する研磨工程と、
からなることを特徴とする半導体ウエーハの製造方法。 - 前記研削工程の後に、研削工程によって生じたウエーハの加工変質層を除去するためのエッチング工程と、
ウエーハの外周縁を鏡面に仕上げる鏡面面取り工程とを行い、
さらに、前記研磨工程の後に片面を鏡面に仕上げる片面仕上げ研磨工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエーハの製造方法。 - 前記固定砥粒研磨布は、多官能イソシアネートと、少なくとも平均分子量が250〜4,000の多官能ポリオールと、研磨パッドの発泡倍率が1.11〜5倍になるように発泡剤とを攪拌混合し、さらに、平均粒径0.15〜50μmの砥粒を5〜70体積%の範囲で混合させて形成されたポリウレタン研磨パッドであることを特徴とする請求項141または請求項1または請求項2に記載の半導体ウエーハの製造方法。
- 複数本の加工用ローラ間にワイヤを複数回、巻き回してワイヤ列を形成し、そのワイヤを往きより戻りを短く設定して往復走行させながら前記ワイヤ列とワークとの間にスラリーを供給しつつワイヤ列にワークを相対的に押し付けて一度に複数枚のウエーハにスライスするワイヤソーにおいて、
前記ワイヤの往復走行の1往復を1サイクルとすると、ワークのスライス時、1分間当たり3サイクル以上、8サイクル未満の間の一定サイクルでワイヤを往復走行させながらワークをスライスすることを特徴とするワークのスライス方法。 - 一対のリール用モータによって回転される繰出し側のリール及び巻取り側のリールを備えるとともに、両リール間にはワイヤが複数回掛け渡され、ワイヤ列を形成するようにした互いに平行な複数の加工用ローラを備え、前記加工用ローラは、主軸モータによって正転方向または逆転方向の回転力が与えられてワイヤが往復走行され、そのワイヤを往きより戻りを短く設定して往復走行させながら前記ワイヤ列とワークとの間にスラリーを供給しつつワイヤ列にワークを相対的に押し付けて一度に複数枚のウエーハにスライスするワイヤソーにおいて、
前記主軸モータの出力容量は、45〜110kwを有し、前記ワイヤの往復走行の1往復を1サイクルとすると、ワークのスライス時、1分間当たり3サイクル以上の一定サイクルでワイヤを往復走行させ、1サイクル中、ワイヤの最高走行速度が600〜1500m/minで、同一ワークに対し同一サイクルパターンを繰り返すように前記主軸モータおよび一対のリール用モータを制御するワイヤ送り制御手段を備えたことを特徴とするワイヤソー。
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