JP2010017779A - ウェーハ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウェーハ等のウェーハのエッジのクラック、形状崩れ等を除去し、高い面質の面取り面を有するウェーハを高いスループットで生産することのできるウェーハ加工方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るウェーハ加工方法は、単結晶インゴットをスライスして得たウェーハの周縁を面取りする面取り工程Ｓ１２と、前記面取りしたウェーハをラッピングするラッピング工程Ｓ１３と、前記ラッピングしたウェーハをエッチングするエッチング工程Ｓ１４と、前記エッチングしたウェーハの面取り部をレジンボンド砥石を用いて研削する面取り部低歪み研削工程Ｓ１５と、前記面取り部低歪み研削を施した面取り部を鏡面研磨する面取り部鏡面研磨工程Ｓ１６とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコンウェーハ等のウェーハの加工方法に関し、特に、ウェーハのエッジのクラック、形状崩れ等を除去し、高い面質の面取り面を有するウェーハを高いスループットで生産するウェーハ加工方法に関する。

シリコン単結晶インゴットから、半導体デバイスの製造に供するシリコンウェーハを製造する方法としては、図４（Ａ）に示すような方法が従来行われている。すなわち、スライス工程Ｓ８１において単結晶インゴットをスライスし、面取り工程Ｓ８２においてスライスしたウェーハの周縁の面取りを行い、ラッピング工程Ｓ８３において少なくともウェーハの主面をラッピングし、エッチング工程Ｓ８５において面取り加工及びラッピングによる加工歪み（ダメージ）を除去し、テープ面取り工程Ｓ８６において例えば樹脂製のテープに砥粒を固定した面取り用テープを用いた面取り面の研削を行い、面取り部鏡面研磨（ＰＣＲ（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｒｎｅｒ Ｒｏｕｎｄｉｎｇ））工程Ｓ８７において面取り面を鏡面研磨する。

このようなウェーハの加工方法は、加工コストが低くスループットもある程度確保できるが、クラックが発生し易い、ラッピング後のウェーハにエッジの形状崩れが発生し易い、あるいはエッチングによりウェーハ表面の面荒れが生じ易い等の問題がある。特に、例えば図５（Ａ）に示すような、ラッピング時に形成された加工変質層（マイクロクラック）がアルカリエッチング時に方向性を持ちながら成長して形成されると推測される「く」の字形状のクラックが発生すると、ウェーハの強度が低下する。また、エッチングによるウェーハ表面の面荒れは、アルカリエッチングを行った場合に特に顕著となる。
そしてこのようなクラック、形状崩れあるいは面荒れ等が生じると、これを修正するためのテープ面取り工程の負担が大きくなるという問題も生じる。

このような問題に対処する方法の１つとして、いわゆる２段面取りがある。２段面取りによるシリコンウェーハの製造方法を図４（Ｂ）に示す。この方法は、前述したスライス工程Ｓ８１〜ラッピング工程Ｓ８３が終了した後でエッチング工程Ｓ８５の前に、第２の面取り工程Ｓ８４を行う方法である。
このような２段階の面取りを行うと、クラック発生率は大幅に減少させることができ、特に「く」の字形状のクラックの発生は、図５（Ｂ）に示すようにほぼ完全に防ぐことができる。これは、ラッピング後でエッチング前に面取りを行うことにより、「く」の字クラック発生の核となる加工変質層を極めて少なくすることができるためと考えられる。

また、前述したような問題に対処する他の方法として、例えばラップキャリアに起因するエッジ形状の劣化を除去するために、ラップキャリアのインナーに樹脂を使い、形状崩れを防止するような方策も採られている。

ところで、前述したような従来の面取り加工においては、通常、ダイヤモンド砥粒を金属を結合剤として配置したメタルボンド砥石が用いられる。しかし、メタルボンド砥石を用いた面取り加工においては、直径方向深さで５μｍ〜２０μｍ程度のダメージ層が生じてしまう。

加工ダメージをより小さくした精密面取りを行うために、レジンボンド砥石を用いて面取りを行う方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。レジンボンド砥石は、ダイヤモンド等の砥粒を合成樹脂を結合剤として配置した砥石であり、研削中に樹脂結合層が磨耗して砥粒が徐々に突き出すいわゆる自生発刃作用が良好であることから、メタルボンド砥石では研削しにくい材料の研削においても、比較的良好な切れ味が得られるという特徴を有する。
特開２００１−７１２４４号公報

しかしながら、前述したような２段面取りを行うと、確かにクラック発生率を減少させることができ、また製造上問題となる「く」の字形状のクラックの発生を抑えることができるが、アルカリエッチングによる面荒れやラッピングによるエッジ形状の崩れは残存する。
また、２段面取りでは、面取り工程や洗浄工程等の工程が増加し、製造単価が増大するという問題が生じる。
さらに、２段面取りを効率よく行うためには新たに装置を追加することが望ましいが、そのためには装置の設置場所が必要となり、場合によっては効率的な２段面取りのラインが設置できなかったり、場所的（空間的）な負荷の増大により製造コストが増大したりする可能性がある。

また、前述したように、加工ダメージをより小さくした精密面取りを行うためにレジンボンド砥石を用いて面取りを行う方法も考えられるが、これまでのレジンボンド砥石を用いた面取り機では、ドレッシングの間隔が短く、頻繁にドレッシングを行わなければならず、量産機として使用するには問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、シリコンウェーハ等のウェーハのエッジのクラック、形状崩れ等を除去し、高い面質の面取り面を有するウェーハを高いスループットで生産することのできるウェーハ加工方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係るウェーハ加工方法は、単結晶インゴットをスライスして得たウェーハの周縁を面取りする面取り工程と、前記面取りしたウェーハをラッピングするラッピング工程と、前記ラッピングしたウェーハ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ウェーハの面取り部をレジンボンド砥石を用いて研削する面取り部低歪み研削工程と、前記面取り部低歪み研削を施した面取り部を鏡面研磨する面取り部鏡面研磨工程とを有する。
特に、前記エッチング工程の後の工程では、メタルボンド砥石を使用した面取り部の研削を行わないことを特徴とする。

好適には、前記面取り部低歪み研削工程においては、前記レジンボンド砥石を用いて、砥石の回転軸をウェーハの回転軸に対して傾斜させた状態で、前記面取り部を研削する。

また好適には、前記面取り部低歪み研削工程においては、１５００番〜３０００番の粒度のレジンボンド砥石を用いて、５０μｍ〜１０００μｍの取り代で、面取り部を研削する。

このように、本発明によるウェーハ加工方法によれば、シリコンウェーハ等のウェーハのエッジのクラック、形状崩れ等を除去し、高い面質の面取り面を有するウェーハを高いスループットで生産することのできるウェーハ加工方法を提供することができる。

本発明の一実施形態のウェーハ加工方法について、図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態においては、シリコン単結晶インゴットから、半導体デバイスの製造に供するためのシリコンウェーハを製造する際のウェーハ加工方法について説明する。
図１は、そのウェーハ加工方法の流れを示すフロー図である。
本実施形態のウェーハ加工方法は、スライス工程Ｓ１１，面取り工程Ｓ１２，ラッピング工程Ｓ１３、エッチング工程Ｓ１４、面取り部低歪み研削工程Ｓ１５及び面取り部鏡面研磨（ＰＣＲ）工程Ｓ１６を有する。

半導体デバイスの製造に供するシリコンウェーハを製造する際には、まず、例えばＣＺ法により引き上げられる等して得られたシリコン単結晶インゴットに対して、先端部及び終端部を切断してブロック体を作製する。次に、その外周を研削して、そのブロック体を直径が均一な円筒形状に加工する。さらに、そのブロック体に特定の結晶方位を示すためのオリエンテーションフラット（オリフラ）やオリエンテーションノッチ（ノッチ）を形成する。そしてそのブロック体をスライスすることにより、円板形状の原ウェーハを得る（スライス工程Ｓ１１）。

このようにして得られた原ウェーハに対して、面取り工程Ｓ１２において、外周を丸く削り取る面取りを行う。面取り工程Ｓ１２においては、外周面が研削作用面となっている面取り用砥石をウェーハの外周部に押し付け、ウェーハ及び面取り用砥石の両方を各々所定の回転速度で回転させることにより、ウェーハの外周部を所定の丸みを帯びた形状に加工する。これにより、ウェーハの周辺部の欠けやチップを防止することができる。また、エピタキシャル成長を行う場合のクラウン現象、すなわち、周辺部に異常成長が起こり周辺部が環状に盛り上がる現象を抑制することができる。なお、ここでは、例えば粒度が５００番〜８００番程度のダイヤモンド砥粒を有するメタルボンド砥石を用いて面取りを行う。

面取りを行ったウェーハは、次に、ラッピング工程Ｓ１３において、ウェーハ表面のラッピング（機械研磨）を行う。ラッピング工程においては、例えば、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ラップ液を流し込み、加圧した状態で定盤を回転し摺り合わせることによりウェーハの表裏両面を機械的にラッピングする。これにより、スライスで生じたウェーハ表面の凹凸を解消し、ウェーハ表面の平坦度とウェーハの平行度を高めることができる。

次に、エッチング工程Ｓ１４において、ラッピングによりウェーハに発生した加工歪み（ダメージ）層を除去する等のために、エッチングを行う。ここでは、水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムの液中にウェーハを所定時間だけ浸漬するアルカリエッチングを行う。

そして、面取り部低歪み研削工程Ｓ１５において、エッチング工程を経たウェーハに対して、低歪みの面取り加工を行う。この工程においては、粒度が１５００番〜３０００番程度のレジンボンド砥石を用い、砥石の回転軸をウェーハの回転軸に対して傾斜させるヘリカル研削により、取り代が５０μｍ〜１０００μｍの範囲で研削を行う。

レジンボンド砥石は、メタルボンド砥石に比べて柔らかく、また、微細粒径の砥粒を選択することができる。すなわち、粒度を高くすることができる。従って、メタルボンド砥石を用いた面取り加工のダメージが通常５μｍ程度あるのに対して、レジンボンド砥石を用いた面取り加工におけるダメージは１μｍ程度に抑えられる。そのため、ダメージ除去のための工程であるエッチング工程を施した後であっても、このような面取り面の研削加工を行うことができる。

そして、面取り部鏡面研磨（ＰＣＲ）工程Ｓ１６において、加工ダメージを除去するために、ウェーハ周縁の面取り面を鏡面研磨する。この工程においては、円筒形状のウレタンバフをモータにより回転させ、この回転中のバフ外周面にシリコンウェーハの外周面を接触させることにより、ウェーハ外周面を鏡面仕上げする。

このような工程により加工されたウェーハは、研磨及び洗浄、さらに必要に応じて熱処理等の処理が施された後、半導体デバイスの製造工程に供される。

このようなウェーハ加工方法における、エッチング工程Ｓ１４、面取り部低歪み研削工程Ｓ１５及び面取り部鏡面研磨工程Ｓ１６の各工程後の、エッジ形状、面粗さ及び面質を図２に示す。また、比較のために、図４（Ｂ）にフローを示した２段面取りを行う従来のウェーハ加工方法における、面取り（２回目）工程Ｓ８４、エッチング工程Ｓ８５、テープ面取り工程Ｓ８６及び面取り部鏡面研磨（ＰＣＲ）工程Ｓ８７の各工程後の、エッジ形状、面粗さ及び面質を図３に示す。

なお、エッジ形状は、ウェーハ外周の各位置におけるエッジの軌跡の局率で示す。そのウェーハの外周の位置は、ウェーハ中心からオリフラの中心位置の方向を基準（０°）として、ウェーハ中心からウェーハ外周の各位置の方向を角度（０°〜３６０°）で示した値で示す。なお、約３１５°〜約４５°はオリフラが形成された領域に相当する。
また、面質の画像は、図２および図３ともに、上段が１３５°の位置のウェーハエッジの表面画像であり、下段が１８０°の位置のウェーハエッジの表面画像である。

図２及び図３を比較して明らかなように、本実施形態のウェーハ加工方法における面取り部低歪み研削工程Ｓ１５を経た後のウェーハの形状（曲率）は、ウェーハ上の各位置においてほぼ一定であり、２段面取りを行う場合のテープ面取り工程Ｓ８６後のエッジ形状と比較して均一性が著しく高い。このエッジ形状の均一性は、ＰＣＲ工程Ｓ１６後もそのまま反映されており、本実施形態のウェーハ加工方法によれば、ウェーハのエッジが高精度に均一な形状に形成されることがわかる。

また、本実施形態のウェーハ加工方法によれば、最終的な（ＰＣＲ工程Ｓ１６後の）面粗さは１．５^−１０ ｍ〜３×１０^−１０ ｍとなっており、２段面取りを行う従来の方法の最終的な（ＰＣＲ工程Ｓ８７後の）面粗さとほぼ同じである。従って、２段面取りを行わなくとも１回の面取り工程（面取り部低歪み研削工程Ｓ１５）を経るのみで、最終的に２段面取りと同等の面粗さが得られていることがわかる。
一方で、ＰＣＲ工程Ｓ１６又はＳ８７の前の面粗さは、本実施形態の方法に係る面取り部低歪み研削工程Ｓ１５後の面粗さが８０^−１０ ｍ〜１００×１０^−１０ ｍであるのに対して、従来の方法に係るテープ面取り後の面粗さは１００^−１０ ｍ〜１５０×１０^−１０ ｍであり、本実施形態の方法の方が平滑度が高くなっている。従って、ＰＣＲ工程Ｓ１６又はＳ８７における負荷は、本実施形態の方が少なくなっている。

このように、本実施形態のウェーハの加工方法によれば、エッチング工程の後の面取り部低歪み研削工程においてウェーハ面取り部の研削を行っているため、エッチングによる面質の劣化やエッチングによるエッジ部分のクラックを適切に除去することができる。特に、エッチング工程においてアルカリエッチングを行った場合には面質の劣化の程度が大きく、また、結晶方位に依存するエッジ部の形状崩れも生じるが、エッチング後にこのような面取り部低歪み研削（低歪み面取り）を行うことにより、そのような面質の劣化及びエッジ部の形状崩れを適切に除去することができる。

また、エッチング工程において生じる面質劣化のみならず、ラッピング工程におけるラップキャリアに起因するエッジ形状の劣化も、この面取り部低歪み研削工程において除去することができる。従って、いわゆる２段面取り方法として従来行っていたラッピング工程後の２回目の面取り加工工程を省略することができる。また、従来ラッピングによる形状崩れを防止するためにしばしば行われていたラップキャリアのインナーに樹脂を用いて形状崩れを防止するような作業を省略することができる。

また、エッチング後に低歪み面取りを行っているので、面取り部を鏡面化するための面取り部鏡面研磨（ＰＣＲ）工程の負荷を大幅に下げることができる。その結果、ＰＣＲの前工程としてしばしば用いられているテープ面取り工程を省略することもできる。

また、面取り部低歪み研削工程においては、レジンボンド砥石を用いて、砥石の回転軸をウェーハの回転軸に対して傾斜させた状態で研削を実施している。レジンボンド砥石は、弾性に富む上に微細粒径の砥粒を選択することができるため、従来面質が良好であり、ダメージが小さく、砥石の寿命も維持できる。
また、エッチングはナノトポグラフィー及び平坦度向上のためにしばしば取り代を小さく、又は省略したプロセスで設計されるが、研削工程で生じたダメージが非常に小さいため、このようなレスエッチプロセスにも適用可能である。

また、本実施形態の方法では、エッチング後にメタルボンド砥石を使用しないため、砥石に起因するウェーハの金属汚染がなく、高品質なウェーハを製造することができる。

また、本実施形態の方法では、レジンボンド砥石を用いているが、１パスにて研削を実施しているので、通常の面取りと同様のスループットを維持することができる。

また、本実施形態の面取り部低歪み研削工程においては、粒度が１５００番〜３０００番程度のレジンボンド砥石を用い、砥石の回転軸をウェーハの回転軸に対して傾斜させた状態で、また、取り代が５０μｍ〜１０００μｍの範囲で面取り部の研削を行う。このような条件で面取りを行うことで、面質、スループット、ダメージ、キャリア起因のキズ、形状劣化の全ての点で適切な研削を行うことができる。

また、本実施形態のウェーハの加工方法によれば、面取り部低歪み研削工程において研削砥石の回転軸をウェーハの回転軸に対して傾斜させるヘリカル研削を行っているため、ウェーハへの接触長が長く、条痕が残り難い。また、ヘリカル研削は、砥石の自生作用を生み出すため、レジンボンド砥石での研削が可能となる。さらに、ヘリカル研削を行っているため、砥石の劣化の頻度が小さくなり、ドレッシング間隔、及び、ツルーイング間隔を長くすることができる。

なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

図１は、本発明の一実施形態のウェーハ加工方法の流れを示すフロー図である。 図２は、本実施形態のウェーハ加工方法におけるエッチング工程、面取り部低歪み研削工程及び面取り部鏡面研磨工程の各工程後の、エッジ形状、面粗さ及び面質を示す図である。 図３は、従来のウェーハ加工方法における面取り（２回目）工程、エッチング工程、テープ面取り工程及び面取り部鏡面研磨工程の各工程後の、エッジ形状、面粗さ及び面質を示す図である。 図４は、従来のウェーハ加工方法の流れを示すフロー図である。 図５は、従来の１段面取り及び２段面取りによる「く」の字形状のクラックの状態を示す図である。

符号の説明

Ｓ１１…スライス工程
Ｓ１２…面取り工程
Ｓ１３…ラッピング工程
Ｓ１４…エッチング工程
Ｓ１５…面取り部低歪み研削工程
Ｓ１６…面取り部鏡面研磨（ＰＣＲ）工程

Claims (4)

1. 単結晶インゴットをスライスして得たウェーハの周縁を面取りする面取り工程と、
   前記面取りしたウェーハをラッピングするラッピング工程と、
   前記ラッピングしたウェーハ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ウェーハの面取り部を、レジンボンド砥石を用いて研削する面取り部低歪み研削工程と、
   前記面取り部低歪み研削を施した面取り部を鏡面研磨する面取り部鏡面研磨工程と
   を有することを特徴とするウェーハ加工方法。
2. 前記面取り部低歪み研削工程においては、前記レジンボンド砥石を用いて、砥石の回転軸をウェーハの回転軸に対して傾斜させた状態で、前記面取り部を研削することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ加工方法。
3. 前記面取り部低歪み研削工程においては、１５００番〜３０００番の粒度のレジンボンド砥石を用いて、５０μｍ〜１０００μｍの取り代で、前記面取り部を研削することを特徴とする請求項１又は２に記載のウェーハ加工方法。
4. 前記エッチング工程の後の工程では、メタルボンド砥石を使用した面取り部の研削を行わないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のウェーハ加工方法。

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