JP2010040643A - 両面鏡面半導体ウェーハおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの片面を仕上げ研磨して、表面と裏面とで表面粗さが所定の範囲でそれぞれ異なり、優れた平坦度を有する両面鏡面半導体ウェーハを提供する。
【解決手段】両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨工程と、該両面研磨工程により研磨された素材ウェーハの両面のうちの一方の面に、保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの他方の面を仕上げ研磨する片面仕上げ研磨工程と、素材ウェーハの前記一方の面に形成された保護膜を除去する保護膜除去工程とを具える製造方法により、平坦度（ＧＢＩＲ）が、０．１μｍ以下である両面鏡面半導体ウェーハを得る。
【選択図】図４

Description

本発明は、両面鏡面半導体ウェーハおよびその製造方法に関するものであり、詳しくは、表面と裏面の表面粗さがいずれも１０μｍ以下の波長域のＲＭＳ値で５Å以下であり、かつ表面と裏面の少なくともいずれか一方の表面粗さが他方よりも小さく、優れた平坦度を有する両面鏡面半導体ウェーハおよびその製造方法に関するものである。

両面鏡面半導体ウェーハには、両面を仕上げ研磨した両面鏡面半導体ウェーハと、片面のみを仕上げ研磨した両面鏡面半導体ウェーハがあり、用途に応じて使い分けられている。従来、片面のみを仕上げ研磨した両面鏡面半導体ウェーハは、特許文献１に開示されるように、所定の厚さ近くまで研削された素材ウェーハを、両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの両面を同時に研磨した後、片面研磨装置を用いて、素子面となる片面を片面仕上げ研磨して製造されていた。
特開平０８−２３６４８９号公報

しかしながら、特許文献１で記載される両面鏡面ウェーハは、片面研磨装置を用いて片面仕上げ研磨しているため、平坦度に劣るという問題がある。片面研磨装置による素材ウェーハの研磨は、ウェーハ面内、特に外周部に圧力分布を生じやすい研磨ヘッドを用いるために、両面研磨装置を用いて研磨する場合に比べて、研磨後の素材ウェーハの平坦度が劣るとされている。

一方で、近年、半導体ウェーハ上に形成される素子が微細化し、半導体ウェーハの大口径化によって、素子を形成するための露光面積が広くなっていることから、両面鏡面半導体ウェーハにおける平坦度の向上要求はますます強くなっている。このような状況下で、デバイスメーカーにおける、例えば、ドライエッチング時のチャックとウェーハ裏面の熱伝導率のマッチングのために表面と裏面とで表面粗さが異なる両面鏡面半導体ウェーハが要求される場合、片面研磨装置を用いて片面のみを仕上げ研磨すると所望の平坦度が得られないという問題があった。

本発明は、上記の実情を鑑みなされたもので、両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの両面研磨と、片面のみの仕上げ研磨の双方を行うことにより、表面と裏面の表面粗さがいずれも１０μｍ以下の波長域のＲＭＳ値で５Å以下であり、かつ表面と裏面の少なくともいずれか一方の表面粗さが小さく、優れた平坦度を有する両面鏡面半導体ウェーハおよびその製造方法を提供することを目的とする。なお、表面と裏面の表面粗さのうち、小さい方の表面粗さは、１０μｍ以下の波長域のＲＭＳ値で２Å以下とする。
特に、本発明は、半導体ウェーハの直径が４５０ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハである場合に、顕著な効果を有する。

発明者は、上記の目的を達成するため、両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの片面のみを仕上げ研磨する両面鏡面半導体ウェーハの製造方法について鋭意検討を行った。
その結果、両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの両面を同時に研磨し、両面研磨された素材ウェーハの両面のうちの一方の面に、保護膜を形成し、再度、両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの他方の面を仕上げ研磨した後、素材ウェーハの一方の面に形成されていた保護膜を除去することにより、優れた平坦度を有する両面鏡面半導体ウェーハを得ることを見出したのである。

本発明は、上記の知見に基づくもので、その要旨構成は次のとおりである。
１．鏡面研磨された第１面と第２面を有し、これら第１および第２面の表面粗さを表す１０μｍ以下の波長域のＲＭＳ値をそれぞれ、ＲＭＳ(第１面)およびＲＭＳ(第２面)としたとき、
ＲＭＳ(第１面)およびＲＭＳ(第２面)のいずれもが５Å以下であり、かつ、
ＲＭＳ(第１面)およびＲＭＳ(第２面)の少なくともいずれか一方が、他方よりも小さい
ことを特徴とする両面鏡面半導体ウェーハ。

２．前記両面鏡面半導体ウェーハの平坦度（ＧＢＩＲ）が、０．１μｍ以下であることを特徴とする上記１に記載の両面鏡面半導体ウェーハ。

３．前記半導体ウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハである上記１または２に記載の両面鏡面半導体ウェーハ。

４．両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨工程と、
該両面研磨工程により研磨された素材ウェーハの両面のうちの一方の面に、保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの他方の面を仕上げ研磨する片面仕上げ研磨工程と、
素材ウェーハの前記一方の面に形成された保護膜を除去する保護膜除去工程と
を具えることを特徴とする両面鏡面半導体ウェーハの製造方法。

５．前記保護膜除去工程後に素材ウェーハの前記一方の面を、軽く研磨する片面粗さ調整研磨工程をさらに具えることを特徴とする上記４に記載の両面鏡面半導体ウェーハの製造方法。

６．前記両面鏡面半導体ウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハである上記４または５に記載の両面鏡面半導体ウェーハの製造方法。

本発明によれば、両面研磨装置を用いて、両面研磨するとともに、素材ウェーハの片面のみを仕上げ研磨することにより表面と裏面とで表面粗さが異なる、優れた平坦度を有する両面鏡面半導体ウェーハおよびその製造方法を得ることができる。
特に、本発明は、半導体ウェーハの直径が４５０ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハである場合に、顕著な効果を有する。

本発明の半導体ウェーハの製造方法について、図面を参照しながら工程別に説明する。
（両面研磨工程）
図１は、本発明の製造方法において、両面研磨工程で使用する両面研磨装置の一例を示す斜視図である。両面研磨装置１００は、一対の上定盤１および下定盤２と、上定盤１に固定された上研磨布３と、下定盤２に固定された下研磨布４と、小穴５および側面ギア６ａを有するキャリア６と、キャリア６の側面ギア６ａと噛み合う中心ギア７と、研磨液供給管８とからなる。

図２は、図１の両面研磨装置１００を、上定盤１を外した状態で真上から眺めた平面図である。この両面研磨装置１００は、５個のキャリア６を有する場合の例であるが、本発明では、少なくとも１個のキャリア６を有していればよく、必要に応じてキャリアの配設個数を増減することができる。

図３は、素材ウェーハ９を研磨している状態の両面研磨装置１００についての図２に示すＩ−Ｉ線上での断面図である。

キャリア６の小穴５に嵌め込んだ素材ウェーハ９を、上研磨布３を固定した上定盤１と、下研磨布４を固定した下定盤２で挟み込み、図１に示すように、上定盤１および下定盤２を逆向きの方向に回転させ、中心ギア７を用いてキャリア６を矢印の方向に回転させて、素材ウェーハ９の両面を同時に研磨する。

素材ウェーハ９は、単結晶シリコンウェーハ用素材が代表的であるが、単結晶ダイヤモンドや、ＧａＡｓやＳｉＣ等の化合物半導体であってもよい。また、特に、直径が４５０ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハ用素材ウェーハであってもよい。
また、素材ウェーハ９は、＃２０００程度の砥粒で研削されていることが好ましい。

上研磨布３および下研磨布４は、砥粒を含まない研磨布、砥粒を固定した研磨布のいずれも使用することができる。以下、砥粒を含まない研磨布を使用する場合と、砥粒を固定した研磨布を使用する場合とに分けて説明する。

・砥粒を含まない研磨布の場合
研磨布３および下研磨布４の材質は、ポリウレタン発泡体や、ポリエステル不織布を用いたものが好ましい。
なお、上研磨布３および下研磨布４は、同一材質とする場合が多いが、最終製品である両面鏡面半導体ウェーハの表面と裏面それぞれの、表面粗さや形状を積極的に変える場合には、異なる材質とすることもできる。

研磨中は、図１に示した研磨液供給管８から、砥粒を含む研磨液を供給しながら研磨を行う。砥粒を含む研磨液は、アルカリ系の水溶液に砥粒を混合して生成する。砥粒の材質は、メカノケミカル作用を持ち、また高純度化が比較的容易であることからシリカ、アルミナ、ジルコニア、セリアなどが好ましい。砥粒のサイズは、平均粒径で、１０〜５００ｎｍの範囲が好ましい。砥粒の平均粒径が１０ｎｍ未満の場合、砥粒同士の凝集や十分な研磨速度が得られないなどの懸念があり、一方、５００ｎｍを超えると、研磨表面にスクラッチを発生させるなどの懸念があるためである。

研磨条件は、両面研磨中に、上研磨布３および下研磨布４と素材ウェーハ９の表面との間に、一定厚さ以上の研磨液膜が形成され、円滑に研磨することができるように、各条件を次のように設定することが好ましい。なお、括弧内は、より好ましい条件の範囲である。
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：５０〜５００ｇｆ／ｃｍ^２
（より好ましくは、１００〜３００ｇｆ／ｃｍ^２）
上定盤１の回転数：１０〜１００ｒｐｍ
（より好ましくは、２０〜５０ｒｐｍ）
下定盤２の回転数：１０〜１００ｒｐｍ
（より好ましくは、２０〜５０ｒｐｍ）
キャリア６の回転数：１〜３０ｒｐｍ
（より好ましくは、２〜１０ｒｐｍ）
研磨液の供給量：５０〜５０００ｍｌ/分
（より好ましくは、１００〜１０００ｍｌ/分）

上記した条件で研磨される、素材ウェーハの両面研磨量（両面の合計研磨量）は、２〜２０μｍの範囲とすることが好ましい。両面研磨量（両面の合計研磨量）が、２μｍ未満の場合、前工程のダメージが除去されない等の懸念があり、一方、２０μｍを超えるとウェーハ形状を崩してしまうなどの懸念があるためである。より好ましい両面研磨量（両面の合計研磨量）、５〜１５μｍの範囲である。

・砥粒を固定した研磨布を使用する場合
上研磨布３および下研磨布４は、レジンの中に後述する砥粒を固定したものが好ましい。なお、上研磨布３および下研磨布４は、同一とする場合が多いが、最終製品である両面鏡面半導体ウェーハの表面と裏面それぞれの、表面粗さや形状を積極的に変える場合には、異なる研磨布とすることもできる。

研磨布に固定する砥粒（以下、固定砥粒という）の材質は、メカノケミカル作用（研磨表面と砥粒の化学結合を含む）を持ち、また高純度化が比較的容易であるため、シリカ、アルミナ、ジルコニア、セリアなどのとすることが好ましい。
また、固定砥粒のサイズは、平均粒径で、１０ｎｍ〜１μｍの範囲が好ましい。固定砥粒の平均粒径が１０ｎｍ未満の場合、十分な研磨速度が得られないなどの懸念があり、一方、１μｍを超えると、研磨表面にスクラッチを発生させるなどの懸念があるためである。

研磨中は、潤滑のために、図１に示した研磨液供給管８から、砥粒を含まない研磨液を供給しながら研磨を行う。砥粒を含まない研磨液は、研磨パッドの目詰まりを防止し、かつ、ケミカル研磨効果をあたえるため研磨素材に対してエッチング性を持つ水溶液、たとえばアルカリ系の水溶液が好ましい。

研磨条件は、両面研磨中に、上研磨布３または下研磨布４と素材ウェーハ９の表面との間に、一定厚さ以上の研磨液膜が形成され、円滑に研磨することができるように、各条件を次のように設定することが好ましい。なお、括弧内は、より好ましい条件の範囲である。
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：５０〜５００ｇｆ／ｃｍ^２
（より好ましくは、１００〜３００ｇｆ／ｃｍ^２）
上定盤１の回転数：１０〜１００ｒｐｍ
（より好ましくは、２０〜５０ｒｐｍ）
下定盤２の回転数：１０〜１００ｒｐｍ
（より好ましくは、２０〜５０ｒｐｍ）
キャリア６の回転数：１〜３０ｒｐｍ
（より好ましくは、２〜１０ｒｐｍ）
研磨液の供給量：５０〜５０００ｍｌ/分
（より好ましくは、１００〜１０００ｍｌ/分）

上記した条件で研磨される、素材ウェーハの両面研磨量（両面の合計研磨量）は、２〜２０μｍの範囲とすることが好ましい。両面研磨量（両面の合計研磨量）が、２μｍ未満の場合、前工程のダメージが除去されない等の懸念があり、一方、２０μｍを超えるとウェーハ形状を崩してしまうなどの懸念があるためである。より好ましい両面研磨量（両面の合計研磨量）、５〜１５μｍの範囲である。

（保護膜形成工程）
保護膜形成工程は、両面研磨工程を終了した素材ウェーハの両面のうちの一方の面に、保護膜を形成する工程である。保護膜を形成する面は、最終的に得られる両面鏡面半導体ウェーハにおいて、表面粗さを大きくしたい方の面である。保護膜の形成方法は、両面研磨された素材ウェーハにキズや汚れをつけることを最小限にし、後述する片面仕上げ研磨工程で、保護膜が剥れたり、破損したりすることがなければ特に制限はなく、例えば、エポキシ製の膜（フイルム）を貼り付けても良いし、酸化膜や窒化膜、または高分子を堆積しても良い。保護膜の厚さは、１Å〜１０μｍの範囲であることが好ましい。保護膜の厚さが１Å未満の場合には、保護膜が容易に剥離・破壊されてしまうなどの懸念があり、一方、１０μｍを超えると、研磨時にウェーハ形状に影響を与えるなどの懸念があるためである。また、保護膜の形成には、ＣＶＤ法や、スピンコート法で堆積することが好ましい。これは、ウェーハの表裏面を機械的治具で保持することをできるだけ避け、最終的な表面品質を良好に保つためである。

（片面仕上げ研磨工程）
本発明では、片面仕上げ研磨工程においても、図１に示した両面研磨装置１００を使用する。両面研磨装置１００は、両面研磨工程と片面仕上げ研磨工程とで別個に設けてもよいし、１台を共用としてもよい。

図４は、保護膜形成工程により、両面研磨された素材ウェーハの一方の面に保護膜１０を形成した素材ウェーハ９を研磨している状態の両面研磨装置１００についての図２に示すＩ−Ｉ線上での断面図である。

キャリア６の小穴５に、保護膜形成工程により、両面研磨された素材ウェーハの一方の面に保護膜１０を形成した素材ウェーハ９を嵌めこみ、上研磨布３を固定した上定盤１と、下研磨布４を固定した下定盤２で挟み込んで、図２に示すように、上定盤１および下定盤２を逆向きの方向に回転させ、中心ギア７を用いてキャリア６を矢印の方向に回転させて、素材ウェーハ９の他方の面を片面仕上げ研磨する。

片面仕上げ研磨は、図４（ａ）に示すように保護膜１０を上にする、あるいは図４（ｂ）に示すように保護膜１０を下にするいずれの実施形態でも構わないが、図４（ｂ）に示す、保護膜１０を下にする実施形態の方が好ましい。これは、ウェーハの裏面に保護膜を形成した場合に、研磨後にウェーハを反転することなく、研磨以降の工程に流動することが可能であるためである。

上研磨布３および下研磨布４は、砥粒を含まない研磨布、砥粒を固定した研磨布のいずれも使用することができる。以下、砥粒を含まない研磨布を使用する場合と、砥粒を固定した研磨布を使用する場合とに分けて説明する。

・砥粒を含まない研磨布の場合
研磨布３および下研磨布４の材質は、研磨後のウェーハ研磨面の表面粗さを十分に小さくする必要があるためスウェードタイプの人工皮革パッドなどを用いることが好ましい。なお、上研磨布３および下研磨布４は、同一の材質としてもよいが、保護膜１０側、すなわち図４（ａ）の実施形態では上研磨布３を、図４（ｂ）の実施形態では下研磨布４を、より軟らかく、メカニカルな作用を及ぼさないもの、望ましくは摩擦係数が小さくなる表面処理を行った材質にすることが好ましい。これは、保護膜を維持するためである。

研磨中は、図１に示した研磨液供給管８から、砥粒を含む研磨液を供給しながら研磨を行う。砥粒を含む研磨液は、アルカリ系の水溶液に、クッション効果を持たせるための水溶性高分子を加えたものに砥粒を混合して生成する。砥粒の材質は、メカノケミカル効果を持ち、高純度化が比較的容易で、粒径分布を制御することが比較的容易であることからシリカ粒子を用いることが好ましい。砥粒のサイズは、平均粒径で、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲が好ましい。砥粒の平均粒径が１０ｎｍ未満の場合、砥粒同士の凝集や研磨速度が十分でない懸念があり、一方、１００ｎｍを超えると、研磨表面にスクラッチを発生させる懸念があるためである。

研磨条件は、片面仕上げ研磨中に、上研磨布３および下研磨布４と素材ウェーハ９の表面との間に、一定厚さ以上の研磨液膜が形成され、保護膜１０が剥れたり、破損したりしたりせず、円滑に研磨することができるように各条件を次のように設定することが好ましい。なお、括弧内は、より好ましい条件の範囲である。
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：５０〜３００ｇｆ／ｃｍ^２
（好ましくは、５０〜２００ｇｆ／ｃｍ^２）
上定盤１の回転数：１０〜１００ｒｐｍ
（好ましくは、２０〜５０ｒｐｍ）
下定盤２の回転数：１０〜１００ｒｐｍ
（好ましくは、２０〜５０ｒｐｍ）
キャリア６の回転数：１〜３０ｒｐｍ
（好ましくは、２〜１０ｒｐｍ）
研磨液の供給量：５０〜５０００ｍｌ/分
（好ましくは、１００〜１０００ｍｌ/分）

上記した条件で研磨される素材ウェーハの片面仕上げ研磨量は、１０ｎｍ〜１μｍの範囲とすることが好ましい。片面仕上げ研磨量が、１０ｎｍ未満の場合、表面の粗さが十分に低減されないなどの懸念があり、一方、１μｍを超えるとウェーハ形状を悪化させるなどの懸念があるためである。より好ましい片面仕上げ研磨量は、５０ｎｍ〜０．５μｍの範囲である。

・砥粒を固定した研磨布を使用する場合
上研磨布３および下研磨布４の材質は、研磨後のウェーハ研磨面の表面粗さを十分に小さくする必要があるため、スエェードタイプの人工皮革パッドに下記砥粒を固定したものが好ましい。なお、上研磨布３および下研磨布４は、同一の材質としてもよいが、保護膜１０側、すなわち図４（ａ）の実施形態では上研磨布３を、図４（ｂ）の実施形態では下研磨布４を固定砥粒を含まず、より軟らかく、メカニカルな作用を及ぼさないもの、望ましくは摩擦係数が小さくなる表面処理を行ったものにすることが好ましい。これは、保護膜を維持するためである。

上研磨布３および下研磨布４に固定する砥粒（以下、固定砥粒という）の材質は、メカノケミカル効果を持ち、高純度化が比較的容易で、粒径分布を制御することが比較的容易であるため、シリカ粒子とすることが好ましい。
また、固定砥粒のサイズは、平均粒径で、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲が好ましい。固定砥粒の平均粒径が１０ｎｍ未満の場合、研磨速度が十分でないなどの懸念があり、一方、１００ｎｍを超えると、研磨表面にスクラッチを発生させる懸念があるためである。

研磨中は、潤滑のために、図１に示した研磨液供給管８から、砥粒を含まない研磨液を供給しながら研磨を行う。砥粒を含まない研磨液は、ケミカル研磨効果を有し、粗さを制御するためのクッション効果を持たせるため、アルカリ系の水溶液に水溶性高分子を加えたものが好ましい。

研磨条件は、片面仕上げ研磨中に、上研磨布３または下研磨布４と素材ウェーハ９の表面との間に、一定厚さ以上の研磨液膜が形成され、保護膜が剥れたり、破損したりせず、円滑に研磨することができるように各条件を次のように設定することが好ましい。なお、括弧内は、より好ましい条件の範囲である。
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：５０〜３００ｇｆ／ｃｍ^２
（好ましくは、５０〜２００ｇｆ／ｃｍ^２）
上定盤１の回転数：１０〜１００ｒｐｍ
（好ましくは、２０〜５０ｒｐｍ）
下定盤２の回転数：１０〜１００ｒｐｍ
（好ましくは、２０〜５０ｒｐｍ）
キャリア６の回転数：１〜３０ｒｐｍ
（好ましくは、２〜１０ｒｐｍ）
研磨液の供給量：５０〜５０００ｍｌ/分
（好ましくは、１００〜１０００ｍｌ/分）

上記した条件で研磨される素材ウェーハの片面仕上げ研磨量は、１０ｎｍ〜１μｍの範囲とすることが好ましい。片面仕上げ研磨量が、１０ｎｍ未満の場合、表面の粗さが十分に低減されないなどの懸念があり、一方、１μｍを超えるとウェーハ形状を悪化させるなどの懸念があるためである。より好ましい片面仕上げ研磨量は、５０ｎｍ〜０．５μｍの範囲である。

（保護膜除去工程）
両面研磨された素材ウェーハ９の一方の面に保護膜１０を形成し、他方の面を片面仕上げ研磨された素材ウェーハ９は、一方の面に形成された保護膜１０を、貼り付け膜とした場合には、有機溶媒等を用いて除去され、酸化膜・窒化膜とした場合には、ＨＦ水溶液、また高分子をスピンコートした膜とした場合については、極性溶剤などを用いて除去され、両面鏡面半導体ウェーハとなる。両面鏡面半導体ウェーハの両面のうち、保護膜１０が形成されていた面は、保護膜１０が除去された状態でそのまま使用され、片面仕上げ研磨された面が素子面として使用される。

以上が、本発明の両面鏡面半導体ウェーハの製造方法の基本構成であるが、必要に応じて、片面粗さ調整研磨工程を加えることができる。
（片面粗さ調整研磨工程）
保護膜除去工程により、素材ウェーハ９に形成された保護膜１０を除去して両面鏡面半導体ウェーハとなった両面鏡面半導体ウェーハの両面のうち、保護膜１０が形成されていた面を、軽く研磨する片面粗さ調整研磨工程を、保護膜除去工程の後に加えてもよい。片面粗さ調整研磨工程は、保護膜１０の形成による汚れ等を除去する目的で行われる。片面粗さ調整研磨工程は、たとえば研磨ヘッドを有する研磨装置を用い、スウェードタイプの人工皮革パッドと、アルカリ水溶液にシリカを分散させたスラリーを用いて行われる。

上記した本発明に従う製造方法で得られた両面鏡面半導体ウェーハは、鏡面研磨された第１面と第２面を有し、これら第１面および第２面の表面粗さを表す１０μｍ以下の波長域のＲＭＳ値をそれぞれ、ＲＭＳ(第１面)およびＲＭＳ(第２面)としたとき、ＲＭＳ(第１面)およびＲＭＳ(第２面)のいずれもが５Å以下であり、かつ、ＲＭＳ(第１面)またはＲＭＳ(第２面)の少なくともいずれか一方が、他方よりも小さい表面粗さを有する。
また、本発明に従う製造方法で得られた両面鏡面半導体ウェーハは、０．１μｍ以下の優れた平坦度（ＧＢＩＲ）を有する。
さらに、本発明の両面鏡面半導体ウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハである。

なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々変更を加えることができる。

次に本発明に従う製造方法によって半導体ウェーハを試作したので、以下で説明する。
（発明例１）
直径が３００ｍｍのシリコンウェーハを、図１に示した両面研磨装置１００を用いて、次の条件で試作した。
・両面研磨工程
上研磨布３：砥粒を含まないポリエステル不織布
下研磨布４：砥粒を含まないポリエステル不織布
研磨液に含有する砥粒：平均粒径が３５ｎｍのコロイダルシリカ
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：２００ｇｆ／ｃｍ^２
上定盤１の回転数：３０ｒｐｍ
下定盤２の回転数：３０ｒｐｍ
キャリア６の回転数：５ｒｐｍ
両面研磨量：１０μｍ

・使用保護膜
種類：ＣＶＤ酸化膜
厚さ：１００ｎｍ

・片面仕上げ研磨工程
上研磨布３：砥粒を含まないスウェードタイプの人工皮革パッド
下研磨布４：砥粒を含まないスウェードタイプの人工皮革パッド
研磨液に含有する砥粒：平均粒径が２０ｎｍのコロイダルシリカ
片面仕上げ研磨時の保護膜の配置：下
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：１００ｇｆ／ｃｍ^２
上定盤１の回転数：３０ｒｐｍ
下定盤２の回転数：３０ｒｐｍ
キャリア６の回転数：５ｒｐｍ
片面仕上げ研磨量：０．５μｍ

（発明例２）
片面仕上げ研磨工程における上研磨布３および下研磨布４が、砥粒を固定した研磨布であること以外は、発明例１と同一の条件で、直径が３００ｍｍのシリコンウェーハを試作した。
上研磨布３：シリカ砥粒を固定したスウェードタイプの人工皮革パッド
下研磨布４：シリカ砥粒を固定したスウェードタイプの人工皮革パッド
固定砥粒：平均粒径が２０ｎｍのコロイダルシリカ
片面仕上げ研磨時の保護膜の向き：下
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：１００ｇｆ／ｃｍ^２
上定盤１の回転数：３０ｒｐｍ
下定盤２の回転数：３０ｒｐｍ
キャリア６の回転数：５ｒｐｍ
片面仕上げ研磨量：０．５μｍ

（比較例１）
片面仕上げ研磨に、片面仕上げ装置を用いた以外は、発明例１と同一の条件で直径が３００ｍｍのシリコンウェーハを試作した。

（発明例３）
直径が４５０ｍｍのシリコンウェーハを、図１に示した両面研磨装置１００を用いて、次の条件で試作した。
・両面研磨工程
上研磨布３：砥粒を含まないポリエステル不織布
下研磨布４：砥粒を含まないポリエステル不織布
研磨液に含有する砥粒：平均粒径が３５ｎｍのコロイダルシリカ
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：２００ｇｆ／ｃｍ^２
上定盤１の回転数：３０ｒｐｍ
下定盤２の回転数：３０ｒｐｍ
キャリア６の回転数：５ｒｐｍ
両面研磨量：１０μｍ

・使用保護膜
種類：ＣＶＤ酸化膜
厚さ：１００ｎｍ

・片面仕上げ研磨工程
上研磨布３：砥粒を含まないスウェードタイプの人工皮革パッド
下研磨布４：砥粒を含まないスウェードタイプの人工皮革パッド
研磨液に含有する砥粒：平均粒径が２０ｎｍのコロイダルシリカ
片面仕上げ研磨時の保護膜の配置：下
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：１００ｇｆ／ｃｍ^２
上定盤１の回転数：３０ｒｐｍ
下定盤２の回転数：３０ｒｐｍ
キャリア６の回転数：５ｒｐｍ
片面仕上げ研磨量：０．５μｍ

（発明例４）
片面仕上げ研磨工程における上研磨布３および下研磨布４が、砥粒を固定した研磨布であること以外は、発明例３と同一の条件で、直径が４５０ｍｍのシリコンウェーハを試作した。
上研磨布３：シリカ砥粒を固定したスウェードタイプの人工皮革パッド
下研磨布４：シリカ砥粒を固定したスウェードタイプの人工皮革パッド
固定砥粒：平均粒径が２０ｎｍのコロイダルシリカ
片面仕上げ研磨時の保護膜の向き：下
上定盤１および下定盤２で素材ウェーハ９を挟み込む力：１００ｇｆ／ｃｍ^２
上定盤１の回転数：３０ｒｐｍ
下定盤２の回転数：３０ｒｐｍ
キャリア６の回転数：５ｒｐｍ
片面仕上げ研磨量：０．５μｍ

（比較例２）
片面仕上げ研磨に、片面仕上げ装置を用いた以外は、発明例３と同一の条件で直径が４５０ｍｍのシリコンウェーハを試作した。

（発明例５）
使用保護膜が次であること以外は、発明例１と同一の条件で直径が３００ｍｍのシリコンウェーハを試作した。
・使用保護膜：
種類：エポキシ製貼り付け膜（フイルム）
厚さ：１μｍ

（発明例６）
使用保護膜が次であること以外は、発明例２と同一の条件で直径が３００ｍｍのシリコンウェーハを試作した。
・使用保護膜：
種類：エポキシ製貼り付け膜（フイルム）
厚さ：１μｍ

（比較例３）
使用保護膜が次であること以外は、比較例１と同一の条件で直径が３００ｍｍのシリコンウェーハを試作した。
・使用保護膜：
種類：エポキシ製貼り付け膜（フイルム）
厚さ：１μｍ

（発明例７）
使用保護膜が次であること以外は、発明例３と同一の条件で直径が４５０ｍｍのシリコンウェーハを試作した。
・使用保護膜：
種類：エポキシ製貼り付け膜（フイルム）
厚さ：１μｍ

（発明例８）
使用保護膜が次であること以外は、発明例４と同一の条件で直径が４５０ｍｍのシリコンウェーハを試作した。
・使用保護膜：
種類：エポキシ製貼り付け膜（フイルム）
厚さ：１μｍ

（比較例４）
使用保護膜が次であること以外は、比較例２と同一の条件で直径が４５０ｍｍのシリコンウェーハを試作した。
・使用保護膜：
種類：エポキシ製貼り付け膜（フイルム）
厚さ：１μｍ

かくして得られた各サンプルについて、表面粗さ(１０μｍ以下の波長域のＲＭＳ値)ならびに平坦度(ＧＢＩＲ)について評価した。以下、評価方法について説明する。

（表面粗さ(１０μｍ以下の波長域のＲＭＳ値)）
各サンプルの表面を、光干渉式の非接触粗さ測定装置を用いて表面粗さ(１０μｍ以下の波長域のＲＭＳ値)を測定した。

（平坦度(ＧＢＩＲ)）
各サンプルの平坦度(ＧＢＩＲ)を、静電容量型の平坦度測定装置を用いて測定した。

測定結果を表１に示す。

同表から明らかなように、すべての発明例において、第１面（表面）および第２面（裏面）の表面粗さが５Å以下であり、かつ第２面（裏面）の表面粗さが２Åであることを確認できた。また、片面仕上げ研磨に両面研磨装置１００を用いた発明例はすべて、片面仕上げ研磨に片面研磨装置を用いた比較例と比べて、平坦度が向上していることが分かった。このことは、直径が４５０ｍｍのシリコンウェーハの場合においても同様であることも併せて確認できた。

本発明によれば、両面研磨装置を用いて、両面研磨するとともに、素材ウェーハの片面のみを仕上げ研磨することにより表面と裏面とで表面粗さが異なる、優れた平坦度を有する両面鏡面半導体ウェーハおよびその製造方法を得ることができる。
特に、本発明は、半導体ウェーハの直径が４５０ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハである場合に、顕著な効果を有する。

本発明の製造方法で使用する両面研磨装置の一例を示す斜視図である。 図１に示す両面研磨装置を、上定盤を外した状態で真上から眺めた平面図である。 素材ウェーハを両面研磨している状態の図１に示す両面研磨装置についての図２に示す断面Ｉ−Ｉ線上の断面図である。 素材ウェーハに保護膜を形成して片面仕上げ研磨をしている状態の両面研磨装置についの図２に示す断面Ｉ−Ｉ線上の断面図であって、（ａ）保護膜が上の場合の実施形態および（ｂ）保護膜が下の場合の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 上定盤
２ 下定盤
３ 上研磨布
４ 下研磨布
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 小穴
６ キャリア
７ 中心ギア
８ 研磨液供給管
９ 素材ウェーハ
１０ 保護膜
１００ 両面研磨装置

Claims (6)

1. 鏡面研磨された第１面と第２面を有し、これら第１面および第２面の表面粗さを表す１０μｍ以下の波長域のＲＭＳ値をそれぞれ、ＲＭＳ(第１面)およびＲＭＳ(第２面)としたとき、
   ＲＭＳ(第１面)およびＲＭＳ(第２面)のいずれもが５Å以下であり、かつ、
   ＲＭＳ(第１面)およびＲＭＳ(第２面)の少なくともいずれか一方が、他方よりも小さい
   ことを特徴とする両面鏡面半導体ウェーハ。
2. 前記両面鏡面半導体ウェーハの平坦度（ＧＢＩＲ）が、０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の両面鏡面半導体ウェーハ。
3. 前記半導体ウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハである請求項１または２に記載の両面鏡面半導体ウェーハ。
4. 両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨工程と、
   該両面研磨工程により研磨された素材ウェーハの両面のうちの一方の面に、保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   前記両面研磨装置を用いて、素材ウェーハの他方の面を仕上げ研磨する片面仕上げ研磨工程と、
   素材ウェーハの前記一方の面に形成された保護膜を除去する保護膜除去工程と
   を具えることを特徴とする両面鏡面半導体ウェーハの製造方法。
5. 前記保護膜除去工程後に素材ウェーハの前記一方の面を、軽く研磨する片面粗さ調整研磨工程をさらに具えることを特徴とする請求項４に記載の両面鏡面半導体ウェーハの製造方法。
6. 前記両面鏡面半導体ウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハである請求項４または５に記載の両面鏡面半導体ウェーハの製造方法。

Images