JP2007306000A - 異形成形されたエッジを備えた半導体ウェーハを製作するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶から分断された半導体ウェーハの形状付与加工が、大きな精度でかつ高い歩留りで達成されるようにする。
【解決手段】当該方法が、以下のステップ：すなわち、
結晶からの半導体ウェーハの分断；
エッジを機械的に加工しかつエッジが、目標プロファイル３に対して縮尺通りであるプロファイル２を獲得するエッジプロファイル形成ステップ；
半導体ウェーハの厚さを減少させる機械的な加工ステップ；
エッジを機械的に加工しかつエッジが目標プロファイル３を獲得するエッジプロファイル加工ステップ：
を有しているようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウェーハを結晶から分断しかつ後続の加工ステップに提供して、異形成形されたエッジ、つまり、プロファイル付与されたエッジを備えた半導体ウェーハを製作するための方法に関する。

本発明の対象は、特に半導体ウェーハを製作するための方法である。この半導体ウェーハは、電子的な回路のための基板ウェーハ、たとえばシリコンまたは化合物半導体から成る半導体ウェーハまたは半導体材料から成る少なくとも１つの層を有する層状に形成された半導体ウェーハとして働く。このような半導体ウェーハの製作は特別な挑戦を成している。なぜならば、この半導体ウェーハが、使用される材料の純度に関してだけでなく、形状およびフラットネス（平坦度）に関しても最も高い要求を満たしていなければならないからである。

結晶から分断した後の半導体ウェーハの形状付与に専念されている慣用の加工ステップは、特に異形成形されたエッジと、面平行に反対の側に位置する面とによって特徴付けられた形状を半導体ウェーハに付与することを目標としている。エッジプロファイルを形成する加工ステップが必要となる。なぜならば、エッジが、加工されていない状態では、特に破損しやすく、半導体ウェーハがすでに僅かな圧力負荷および／または温度負荷によってエッジ領域で損傷され得るからである。形状付与する加工ステップには、エッジプロファイル形成ステップのほかに、特に面のラッピングおよび研削が属している。後者の機械的な両加工ステップは、一緒に使用されてもよいし、ラッピングに続いて研削されてもよいし、両加工ステップの一方しか実施されなくてもよい。面の研削は、使用される研削砥粒の粒度に関連して粗研ステップと精研ステップとに分割することができる。さらに、研削は半導体ウェーハの片面に制限されていてもよいし、半導体ウェーハの両面を包括していてもよい。両面を研削しなければならない場合には、このことが、連続的にまたは１回のステップで実施され得る。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４００５７０２号明細書には、ダブルスピンドルを備えた両面研削機と、この機械によって実施される方法とが記載されている。この方法では、１つの半導体ウェーハの両面が同時に研削される。半導体ウェーハは、互いに反対の側に位置する２つの研削砥石の間に自由に浮動しかつ回転して案内され、半導体ウェーハを取り囲むガイドリング（ロータリング）によって位置保持される。半導体ウェーハの回転運動は、たとえば、半導体ウェーハの周面に設けられた位置決め切欠き（ノッチ）に係合する連行体（ノッチフィンガ）によって生ぜしめられるかまたは半導体ウェーハを周面で部分的に取り囲む摩擦ベルトによって生ぜしめられる。妨害されない回転運動に対する前提は、半導体ウェーハが丸形である、すなわち、円形の外周を有していることである。

結晶格子の方位が、分断された結晶の方位と僅かに異なる半導体ウェーハは、有利な特性を有している。この特性は、特に熱処理時にかつ層を半導体ウェーハに析出する方法時に認められる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９５４３４９号明細書によれば、半導体ウェーハが、結晶軸に対して垂直ではなく、ここから逸脱した、意図的な欠陥方位に相当する角度で分断される場合に、欠陥方位を備えた半導体ウェーハが得られる。一貫した直径を備えた丸く研削された結晶から、楕円形に成形された半導体ウェーハが得られる。この形状のため、このような半導体ウェーハは、まず、面の、同時に行われる研削による面の機械的な加工に提供することができない。この問題を回避するための比較的手間のかかる可能性は、たとえば欠陥方位を備えた半導体ウェーハが、楕円形の横断面を備えた結晶から分断されることにある。この結晶は、分断時に丸い半導体ウェーハが形成されるように寸法設定されている。

エッジプロファイルを形成する加工ステップは、半導体ウェーハの面の機械的な加工前にまたは加工後に行われ得る。半導体ウェーハの面が機械的に加工された後に初めてエッジプロファイルを形成する加工ステップでは、半導体ウェーハが損傷なしに面の機械的な加工にしばしば耐えられないほど、エッジが、加工されていない状態では敏感であることが不利である。しかし、異形成形されたエッジを備えた半導体ウェーハは、重大な損傷、たとえばエッジ折損および亀裂が稀である場合でも敏感なままである。したがって、機械的な加工が行われる前に、エッジプロファイルが形成されても同じく不利である。なぜならば、エッジの後続の損傷をもはや完全に修復することができないからである。

米国特許第６０６６５６５号明細書には、エッジプロファイルを別個の２回の機械的な加工ステップで形成する方法が記載されている。両加工ステップの間では、半導体ウェーハの面の機械的な加工が行われている。第１のステップでは、エッジが面でベベリングされる。この場合、エッジの一部は加工されないままである。この方法の目的は、エッジを最初の粗い加工によって安定化させ、これによって、後続の面研削ステップにおける重大な損傷が回避されることである。この面研削ステップは、水平な鏡面に対する半導体ウェーハの対称性を得ることを目標としている。この方法では、仮にエッジ加工が主として行われなかったとしても、半導体ウェーハのエッジが、面の機械的な加工の間、まだ加工されていない特に敏感な領域を有していて、その結果、著しく良好に防護されていないことが不利である。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４００５７０２号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９５４３４９号明細書 米国特許第６０６６５６５号明細書

したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた、異形成形されたエッジを備えた半導体ウェーハを製作するための方法を改良して、結晶から分断された半導体ウェーハの形状付与加工が、大きな精度でかつ高い歩留りで達成されるようにすることである。なぜならば、このことに、前述した欠点が結び付けられていないからである。

この課題を解決するための本発明の方法では、当該方法が、以下のステップ：すなわち、
結晶からの半導体ウェーハの分断；
エッジを機械的に加工しかつエッジが、目標プロファイルに対して縮尺通りであるプロファイルを獲得するエッジプロファイル形成ステップ；
半導体ウェーハの厚さを減少させる機械的な加工ステップ；
エッジを機械的に加工しかつエッジが目標プロファイルを獲得するエッジプロファイル加工ステップ：
を有しているようにした。

エッジプロファイル形成ステップでは、エッジが、目標プロファイルに対して縮尺通りであるプロファイル、すなわち、目標プロファイルに対して幾何学的に類似しているプロファイルを獲得する。目標プロファイルとは、エッジがエッジプロファイル加工ステップ後に有するべきプロファイルである。エッジプロファイル形成ステップで形成されたプロファイルによって、エッジは、目標プロファイルをすでに有するエッジと同じ程度に損傷に対して防護されている。しかし、この防護は単に制限されたものでしかなく、損傷は半導体ウェーハの面の後続の機械的な加工の間に引き続き生ぜしめられるので、半導体ウェーハの面の機械的な加工後、このような損傷を除去するために、エッジの後続の加工ステップが提案されている。この後続の加工ステップでは、材料がエッジから均一に機械的に除去加工される。これによって、すでに形成されたプロファイルがその形状においてもはや変化させられず、もはや目標プロファイルにしか減少させられない。ただし、均一な材料除去加工によって、半導体ウェーハの面の先行した機械的な加工によって生ぜしめられたエッジの損傷は完全に除去される。

当該方法は、エッジの機械的な加工を、面の機械的な加工によって中断される２つのステップに分割している。しかし、米国特許第６０６６５６５号明細書に記載された手段と異なり、当該方法は一連の利点を有している。したがって、エッジは面の機械的な加工前に部分的に加工されないままであり、ベベリングされたに過ぎないエッジほど敏感でない。それ故、半導体ウェーハが面の機械的な加工の間、たとえば折損、亀裂、スクラッチおよびこれに類するものによって損傷されることがより稀になるだけでなく、このような損傷に基づき、加工機の部材、特に両面研削機自体のガイドリングおよび連行体が損傷されるかまたは一層迅速に摩耗することもより稀になる。さらに、エッジの機械的な加工の第１のステップでベベリングされたに過ぎないエッジを有する楕円形状を備えた半導体ウェーハはその楕円形状を維持していて、両面研削機によって研削することができなかった。本発明による方法では、楕円形状を有する半導体ウェーハが、エッジプロファイルを形成する第１の加工ステップの途中に同時に丸く研削される。

本発明の有利な実施態様では、エッジプロファイル形成ステップ時に、半導体ウェーハの楕円形状を円形状に移行する。

本発明の有利な実施態様では、半導体ウェーハの厚さを減少させる機械的な加工ステップと、エッジプロファイル加工ステップとを同時に実施する。

本発明の有利な実施態様では、エッジをエッジプロファイル形成ステップの間、粗い粒度を有する研削工具によって粗く加工する。

本発明の有利な実施態様では、エッジをエッジプロファイル加工ステップの間、微細な粒度を有する研削工具によって加工する。

本発明の有利な実施態様では、研削工具の粒度が、１５μｍ〜０．５μｍの平均的な粒度に相当している。

本発明の有利な実施態様では、エッジプロファイル形成ステップが、２回またはそれ以上の回数の部分ステップを有している。

本発明の有利な実施態様では、エッジプロファイル加工ステップが、２回またはそれ以上の回数の部分ステップを有している。

本発明の有利な実施態様では、エッジの化学機械的なポリッシングを行わない。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

当該方法の初期には、結晶から分断された１つの半導体ウェーハ、たとえばシリコンから成る１つのウェーハが提供される。この半導体ウェーハは、多数の同様のウェーハと一緒にワイヤソーによる結晶の分断によって得られた。このような半導体ウェーハの横断面はほぼ長方形である。図１および図２には、半導体ウェーハの分断後の面のラフネス（粗さ）を示すために、面１の輪郭が線列として示してある。後続のエッジプロファイル形成ステップでは、エッジが機械的に加工され、これによって、目標プロファイル３に対して縮尺通りであるプロファイル２を獲得する。エッジプロファイル形成ステップは、有利には粗い粒度を有する結合された研削砥粒を備えた研削工具、たとえば研削砥石によって実施される。目標プロファイルの形状は半導体ウェーハの顧客によって設定される。たとえば図１および図３に示したＲプロファイル（曲率プロファイル）または図２および図４に示したＴプロファイル（台形プロファイル）であってよい。エッジプロファイル形成ステップは、２回またはそれ以上の回数の部分ステップに分割することができる。この場合、有利には、１回の部分ステップにおいて、先行した部分ステップよりも一層微細な粒度を有する研削砥粒が使用される。

材料が半導体ウェーハの面からラッピングおよび／または研削によって除去される後続の機械的な加工ステップは、半導体ウェーハを肉薄化しかつ可能な限り平坦なかつ平行な面を得るために使用される。この加工ステップの結果は、プロファイルの形状に応じて、図３または図４に示した半導体ウェーハである。後続のエッジプロファイル加工ステップでは、エッジが２回機械的に加工される。この場合に行われる材料除去加工によって、目標プロファイル３が形成される。プロファイル２と目標プロファイル３とは幾何学的に類似しているかまたは、言い換えるならば、プロファイル２が目標プロファイル３に対して縮尺通りである。エッジプロファイル加工ステップは、有利には微細な粒度を有する結合された研削砥粒を備えた研削工具、たとえば研削砥石、研削パッドまたは研削ベルトによって実施される。１５μｍ〜０．５μｍ、特に有利には５μｍ〜０．５μｍの研削砥粒の平均的なサイズが有利である。エッジプロファイル加工ステップは、２回またはそれ以上の回数の部分ステップに分割することができる。この場合、有利には、１回の部分ステップにおいて、先行した部分ステップよりも一層微細な粒度を有する研削砥粒が使用される。

エッジプロファイル加工ステップでの特に微粒の研削砥粒の使用時には、エッジの後続の化学機械的なポリッシングを省略することができるように、エッジが平滑化され得る。したがって、本発明による方法は、化学機械的なエッジポリッシング、すなわち、エッチングする作用物質と、研磨作用する固形物質とを含有した懸濁液の存在下でのポリッシングパッドによるポリッシングを有していない。

こうして得られた半導体ウェーハは、その後、有利にはエッチングされるかまたは両面で精研され、ポリッシングされるかまたはエッチングされ、両面で精研され、ポリッシングされる。これによって、結晶格子の表面付近の損傷が排除され、側面の局所的なフラットネス（平坦度）が向上する。

例１：
比較試験では、３００ｍｍの直径を備えた、シリコンから成る６００個の半導体ウェーハが、本発明による形式（粗い粒度を有する研削砥石によるエッジプロファイル形成ステップ、同時の両面の研削および微細な粒度を有する研削砥石によるエッジプロファイル加工ステップ）で機械的に加工された。この場合、エッジプロファイル加工ステップ後、エッジの損傷による故障ウェーハは生産されなかった。これに対して、面の両面の研削前のエッジ加工が省略され、その後初めて、エッジが目標プロファイルを備えた場合には、このように処理された半導体ウェーハの一部がエッジの損傷のため故障した。

例２：
欠陥方位を備えた結晶格子と０．３〜０．７の楕円値とを備えたシリコンから成る２０００個の半導体ウェーハが、本発明による形式（粗い粒度を有する研削砥石によるエッジプロファイル形成ステップ、同時の両面の研削および微細な粒度を有する研削砥石によるエッジプロファイル加工ステップ）で機械的に加工された。この場合、エッジプロファイル加工ステップ後、エッジの損傷による故障ウェーハは生産されなかった。

結晶から分断した後の半導体ウェーハを示す図である。 結晶から分断した後の半導体ウェーハを示す図である。 １つの目標プロファイルを示す図である。 別の目標プロファイルを示す図である。

符号の説明

１ 面、 ２ プロファイル、 ３ 目標プロファイル

Claims (9)

1. 異形成形されたエッジを備えた半導体ウェーハを製作するための方法において、当該方法が、以下のステップ：すなわち、
   結晶からの半導体ウェーハの分断；
   エッジを機械的に加工しかつエッジが、目標プロファイルに対して縮尺通りであるプロファイルを獲得するエッジプロファイル形成ステップ；
   半導体ウェーハの厚さを減少させる機械的な加工ステップ；
   エッジを機械的に加工しかつエッジが目標プロファイルを獲得するエッジプロファイル加工ステップ：
   を有していることを特徴とする、異形成形されたエッジを備えた半導体ウェーハを製作するための方法。
2. エッジプロファイル形成ステップ時に、半導体ウェーハの楕円形状を円形状に移行する、請求項１記載の方法。
3. 半導体ウェーハの厚さを減少させる機械的な加工ステップと、エッジプロファイル加工ステップとを同時に実施する、請求項１または２記載の方法。
4. エッジをエッジプロファイル形成ステップの間、粗い粒度を有する研削工具によって粗く加工する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. エッジをエッジプロファイル加工ステップの間、微細な粒度を有する研削工具によって加工する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 研削工具の粒度が、１５μｍ〜０．５μｍの平均的な粒度に相当している、請求項５記載の方法。
7. エッジプロファイル形成ステップが、２回またはそれ以上の回数の部分ステップを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. エッジプロファイル加工ステップが、２回またはそれ以上の回数の部分ステップを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. エッジの化学機械的なポリッシングを行わない、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。

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