JP2012212930A - 半導体ウエーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶方位認識マークを形成する外周余剰領域を小さくしてデバイス領域を最大限に大きく確保することができ、なおかつ反射式のマーク認識方法に最適な半導体ウエーハを提供する。
【解決手段】デバイス領域４の周囲に外周余剰領域５を有する半導体ウエーハの製造方法であって、半導体材料からなる円柱状のインゴットの周面の、該半導体材料の結晶方位に応じた所定箇所に、該インゴットの軸方向に沿って帯状に延びる平坦面を所定幅で形成し、次いで、該インゴットをスライスして、外周余剰領域５の外周端部に結晶方位を示すマーク８として、半導体ウエーハ１の面方向に直交する平坦面が形成された半導体ウエーハ１を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面にＩＣやＬＳＩ等の電子回路が形成された半導体チップに分割されるシリコンウエーハ等の半導体ウエーハの製造方法に関する。

各種電子機器に用いられる半導体チップ等のデバイスは、一般に、円盤状の半導体ウエーハの表面に、ストリートと呼ばれる分割予定ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら領域の表面に電子回路を形成してから、裏面を研削して薄化し、ストリートに沿って分割するといった方法で製造される。半導体ウエーハの材料としてはシリコンに代表される単結晶半導体が用いられるが、このような半導体は結晶方位性を有しており、その結晶方位を常に認識しながら半導体ウエーハには様々な加工が施される。例えば分割予定ラインは結晶方位に平行に形成されたり４５°に交差する方向に形成されたりする。そこで半導体ウエーハには、加工前の段階で、結晶方位を示すマークがデバイス領域の外側の外周余剰領域に形成されている。例えば特許文献１には、三角形状の切欠き（ノッチ）や、接線方向に直線状に延びる切欠き（オリエンテーションフラット）が記載されている。

特開２００１−２６７１９３号公報（図４） 特開２００４−２８１５５１号公報 特開２００５−１２３４２５号公報

ところが、これら形態の結晶方位認識マークでは、半導体ウエーハの外周縁から内側に向かって切り欠かれる距離を相応に確保しなければ形成することができないので、外周余剰領域の幅も自ずと大きくする必要がある。このためデバイス領域の大きさに制約を受け、その結果、１枚の半導体ウエーハから生産されるデバイスの数が半導体ウエーハの大きさの割には多くならないという不満が生じていた。特に近年ではデバイスの薄化の要求に応じて半導体ウエーハの薄化が顕著であるが、従来よりも薄い半導体ウエーハのハンドリングを容易としたり割れやすさを抑えるために、外周端部の裏面側をリブ状に厚くした半導体ウエーハが提案されている（特許文献２，３参照）。この種の半導体ウエーハは、外周端部のリブ状の肉厚部によって極薄の半導体ウエーハの剛性不足を補うようにされたものであるが、その肉厚部の幅は、薄肉部で形成されるデバイスの数をなるべく多く取るために小さくされる傾向にある。しかしながらこの肉厚部には上記ノッチ等の結晶方位認識マークを形成するため、上記外周余剰領域と同様で幅を小さくするにも限度があった。

さらに、半導体ウエーハの外周端縁は、不用意に受ける衝撃によって割れや欠けあるいは発塵が生じることを防ぐために全周にわたって面取り加工がなされており、それはノッチやオリエンテーションフラットといった結晶方位認識マークにも及んでいる。ところで、マークの位置を知る方法は、半導体ウエーハを３６０°回転させる途中で、マークに探査部材が入り込んだことをもって認識する機械式が一般的であるが、半導体ウエーハの外周縁に側面から光を当てて反射光の変化を読み取る光反射式は、非接触式で半導体ウエーハの損傷を招かない利点があるとされている。しかしながら従来のマークでは上記のように面取り加工がなされているため正確な光の反射を受光しにくく、光反射式を適用するには不向きである。

よって本発明は、結晶方位認識マークを新たな形態とすることにより、そのマークを形成する外周余剰領域を小さくすることができ、その結果、外周端部を肉厚としたものであってもデバイスの形成領域を最大限に大きく確保することができ、さらに、反射式のマーク認識方法に最適な半導体ウエーハの製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、複数のデバイスが表面に形成されたデバイス領域の周囲に外周余剰領域を有する半導体ウエーハの製造方法であって、半導体材料からなる円柱状のインゴットの周面の、該半導体材料の結晶方位に応じた所定箇所に、該インゴットの軸方向に沿って帯状に延びる平坦面を所定幅で形成し、次いで、該インゴットをスライスして半導体ウエーハを得ることにより、該半導体ウエーハの外周余剰領域の外周端部に、該半導体ウエーハの結晶方位を示すマークとして、該半導体ウエーハの面方向に直交する平坦面が形成された半導体ウエーハを得ることを特徴としている。

本発明によれば、結晶方位を示すマークが外周端部に形成した平坦面で構成されるので、外周余剰領域を、マークの径方向内側への切欠き量に影響されることなくできるだけ小さい幅の領域に抑えることができる。このためデバイス領域を最大限に大きく確保することができ、１枚当たりのデバイスの生産数を従来より増加させることができる。また、マークは半導体ウエーハの面方向に直交した平坦面であるから側方から入射する光を適確に反射する。したがって本発明で製造される半導体ウエーハは、マーク認識方法として半導体ウエーハの損傷を招くおそれのない非接触式の光反射式を好適に採用することができる。

本発明で言う外周端部は半導体ウエーハの外周側のごく小さい幅の環状部分であるが、表面側から裏面側にわたって断面円弧状に面取りされた面取り部を外周端部と定義した場合、マークはその面取り部の領域内に形成されることになる。面取り部に平坦面を形成してできたマークは楕円状となる。また、マークの外形縁を面取り加工して角張った部分を無くすと、割れや欠けあるいは発塵が生じにくくなるので好ましい形態である。さらに、結晶方位を示すマークの径方向内側への切欠き量は、平坦面がある程度の面積を確保できる範囲でなるべく小さいことが望ましく、具体的には外周端部の最外周縁から径方向内側に０．３ｍｍの範囲内に形成されている形態であれば良い。

本発明で製造される半導体ウエーハは、外周余剰領域の裏面側がリブ状に突出しており、これによって該外周余剰領域がデバイス領域よりも肉厚である形状のものを含む。このような半導体ウエーハに本発明のマークが適用されることにより、リブ状で外周余剰領域に相当する肉厚部の幅を極力小さくすることができ、その結果としてデバイス領域の拡大ならびに生産されるデバイス数の増加が図られる。

本発明によれば、結晶方位を示すマークを外周余剰領域の外周端部に形成した平坦面で構成したので、デバイス領域を最大限に大きく確保することができ、このため１枚当たりのデバイスの生産数を増加させることができる。また、マークは半導体ウエーハの面方向に直交した平坦面であり、側方から入射する光を適確に反射するので、マーク認識方法として半導体ウエーハの損傷を招くおそれのない非接触式の光反射式を好適に採用することができる。

本発明の一実施形態に係る半導体ウエーハの（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）斜視図である。 一実施形態の半導体ウエーハを拡大した図であって（ａ）一部平面図、（ｂ）斜視図である。 一実施形態の半導体ウエーハの（ａ）マークが形成された部分以外の面取り部の断面図、（ｂ）マークが形成された部分の面取り部の断面図である。 研削装置の斜視図である。 研削装置の側面図である。 外周余剰領域が肉厚部に形成された半導体ウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。 本実施形態のウエーハに対して従来の結晶方位認識マークを形成した場合の肉厚部の幅の違いを比較したウエーハの平面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る一実施形態を説明する。
図１は、単結晶シリコン等からなる本実施形態の半導体ウエーハ（以下、ウエーハと略称）１を示している。円盤状で結晶方位性を有するこのウエーハ１の厚さは、例えば６００μｍ程度である。ウエーハ１の表面には、格子状の分割予定ライン２によって矩形状の半導体チップ（デバイス）３が区画されている。これら半導体チップ３の表面には、電子回路が形成されている。複数の半導体チップ３が形成された領域は、ウエーハ１と同心の概ね円形状のデバイス領域４であり、このデバイス領域４の周囲に環状の外周余剰領域５が存在している。

図２および図３に示すように、ウエーハ１の外周端部は表面側から裏面側にわたって面取りされており、これによって、真円をなす表面縁６ａと裏面縁６ｂとの間に断面円弧状の面取り部７が形成されている。面取り部７を形成したことにより、不用意に受ける衝撃によって割れや欠けあるいは発塵が生じることが防がれる。図３（ａ）に示すように、外周余剰領域５は、表面縁６ａから所定長さ径方向内側に入った位置のデバイス領域外周縁４ａとウエーハ１の最外周縁１ａとの間の環状の領域を指す。そして、面取り部７の所定箇所には、図２および図３（ｂ）に示すように、最外周縁１ａから内側を削り取って形成された結晶方位認識マーク８が形成されている。このマーク８は、ウエーハ１の中心とマーク８を結ぶ直線が格子状の分割予定ライン２に平行または直交する位置に、結晶方位を示すものとして形成されている。

図３（ｂ）に示すように、マーク８はウエーハ１の面方向（平行な表面および裏面）に直交する平坦面であり、図２（ｂ）に示すように長径方向がウエーハ１の接線方向と平行な楕円状を呈している。このマーク８は、図３（ｂ）に示すように面取り部７の領域内に形成されており、例えばウエーハ１の外径がφ２００ｍｍで面取り部７の幅が最外周縁１ａから径方向に０．５ｍｍであった場合、マーク８は最外周縁１ａから径方向内側に０．３ｍｍの範囲内に形成される。ちなみにこの寸法ではマーク８の長径は約２２ｍｍとなる。また、マーク８の楕円を描く外形縁８ａも断面円弧状に面取りされており、その外形縁８ａが角張った状態で無いことによってもウエーハ１は割れや欠けあるいは発塵が生じにくくなっている。

マーク８は、次の方法で形成される。ウエーハ１は、シリコン等の半導体材料を円柱状として得たインゴットを輪切りにスライスして製造されるが、スライス前のインゴットの周面の、結晶方位に応じたマーク８を形成すべき周方向の所定箇所に、軸方向に沿って帯状に延びる平坦面を所定幅（例えば上記２２ｍｍ）で形成し、この後インゴットをスライスしてウエーハ１を得、次いでそのウエーハ１の外周端部を面取り加工する。これによってはじめに形成された帯状の平坦面は楕円状のマーク８として残る。

本実施形態のウエーハ１は、結晶方位を示すマーク８が外周端部である面取り部７に形成した平坦面で構成されている。このため、外周余剰領域５を、マーク８の径方向内側への切欠き量に影響されることなくできるだけ小さい幅の領域に抑えることができるとともに、デバイス領域４を最大限に大きく確保することができる。その結果、従来のノッチやオリエンテーションフラットといった類の結晶方位認識マークと比べると、デバイス領域４内で区画される半導体チップの数を増加させることができる。

また、マーク８はウエーハ１の面方向に直交した平坦面であるから側方から入射する光を適確に反射する。したがって、マーク認識方法としてウエーハ１の損傷を招くおそれのない非接触式の光反射式を好適に採用することができる。

次に、デバイス領域４をきわめて薄くし（例えば２００〜１００μｍ程度、あるいは５０μｍ程度）、補強用のリブ状肉厚部を外周余剰領域５の裏面側に突出形成させた形態のウエーハを説明する。そのようなウエーハを製造するには、半導体チップ３の電子回路を保護する保護テープを表面に貼った後に、ウエーハ１のデバイス領域４に対応する裏面側を研削して、そのデバイス領域４を上記厚さに薄化する。

図４および図５は、ウエーハ１の研削に好適な研削装置１０を示している。この研削装置１０は、回転駆動する真空チャック式のチャックテーブル１１と、研削ユニット１２とを備えている。チャックテーブル１１はウエーハ１よりも大きな円盤状で、その上面に載置されるウエーハ１を空気吸引によって吸着、保持する。このチャックテーブル１１は、中心を軸として図示せぬモータにより回転させられる。

研削ユニット１２は、円筒状のハウジング１３内に組み込まれたスピンドル１４がモータ１５によって回転駆動させられると、スピンドル１４の先端にフランジ１６を介して固定されたカップホイール１７が回転し、カップホイール１７の下面の外周部に全周にわたって環状に配列されて固定された多数の砥石１８が、ワークを研削するものである。砥石１８の円形の研削軌跡の外径は、ウエーハ１のデバイス領域４の直径の半径にほぼ等しい。

チャックテーブル１１と研削ユニット１２とは、チャックテーブル１１に対して研削ユニット１２がオフセットされている。詳しくは、図５に示すように、環状に配列された多数の砥石１８のうちの最もチャックテーブル１１の内側に位置するものの刃先の刃厚（径方向長さ）のほぼ中央部分が、チャックテーブル１１の中心を通る鉛直線上に位置するように、相対位置が設定されている。

ウエーハ１は、保護テープが貼られた表面をチャックテーブル１１の上面に対面させ、かつ、中心をチャックテーブル１１の回転中心に合わせて、チャックテーブル１１上に保持される。そして、カップホイール１７を回転させながら研削ユニット１２を降下させて、露出するウエーハ１の裏面に砥石１８を押し付け、かつ、チャックテーブル１１を回転させることにより、裏面のデバイス領域４に対応する部分を研削して薄化する。ウエーハ１は、これによって図６に示すようにデバイス領域４の周囲の外周余剰領域５に対応する部分に、元の厚さが残って裏面側に突出する環状の肉厚部９が形成された断面凹状に加工される。

なお、このようにして形成された肉厚部９は、必要な工程を経た後、最終的には適宜な手段で切断、除去される。また、肉厚部９の幅は、ウエーハ１の直径、肉厚部９の厚さおよび裏面の加工状態から適宜に設定される。例えば直径φ２００ｍｍ、厚さ７２５μｍのウエーハの場合には肉厚部９の幅は２ｍｍとされ、厚さを３００μｍ程度まで薄くした後に肉厚部９を形成する場合の幅は３ｍｍ程度が望ましい。

図７は、上記のようにして肉厚部９を形成した本実施形態のウエーハ１に対して、従来のノッチ２１およびオリエンテーションフラット２２を結晶方位認識マークとして形成した場合の肉厚部の幅の違いを示している。図７では、本実施形態のマークが形成された部分を符号８で示しているが、このマーク８を形成した本実施形態の場合の肉厚部９の内径が破線９ａであり、破線９ａの内側がデバイス領域４である。ウエーハ１の直径がφ２００ｍｍである場合、その内径９ａは最外周縁１ａから２〜３ｍｍの位置に設定される。

一方、同じ径のウエーハ１にノッチ２１を形成した場合には、ノッチ２１の最深部は最外周縁１ａから約１ｍｍとされ、したがって内径２１ａとなる肉厚部のノッチ２１に対応する部分の幅は、マージン２〜３ｍｍを付与して３〜４ｍｍとなる。また、オリエンテーションフラット２２を形成した場合には、最外周縁１ａからの最大切欠き量は約２．２ｍｍとなり、したがって、内径２２ａとなる肉厚部のオリエンテーションフラット２２に対応する部分の幅は、マージン２〜３ｍｍを付与して５．２〜６．２ｍｍとなる。

このように従来の結晶方位認識マークであるノッチやオリエンテーションフラットを形成した場合と比べると本実施形態のマーク８は面取り部７の範囲内に形成されて径方向内側への切欠き量がきわめて小さいため、肉厚部９の幅を小さくすることができ、その結果デバイス領域４の拡大と半導体チップ３の生産数の増加が図られる。

１…半導体ウエーハ
３…半導体チップ（デバイス）
４…デバイス領域
５…外周余剰領域
７…面取り部（外周端部）
８…マーク
９…肉厚部

Claims (6)

1. 複数のデバイスが表面に形成されたデバイス領域の周囲に外周余剰領域を有する半導体ウエーハの製造方法であって、
   半導体材料からなる円柱状のインゴットの周面の、該半導体材料の結晶方位に応じた所定箇所に、該インゴットの軸方向に沿って帯状に延びる平坦面を所定幅で形成し、
   次いで、該インゴットをスライスして半導体ウエーハを得ることにより、
   該半導体ウエーハの前記外周余剰領域の外周端部に、該半導体ウエーハの結晶方位を示すマークとして、該半導体ウエーハの面方向に直交する平坦面が形成された半導体ウエーハを得ることを特徴とする半導体ウエーハの製造方法。
2. 前記外周端部に、前記半導体ウエーハの表面側から裏面側にわたって断面円弧状に面取りした面取り部を形成し、前記マークは該面取り部の領域内に形成されている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。
3. 前記マークが楕円状の平坦面で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウエーハの製造方法。
4. 前記マークの外形縁が面取りされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体ウエーハの製造方法。
5. 前記マークは、前記外周端部の最外周縁から径方向内側に０．３ｍｍの範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体ウエーハの製造方法。
6. 前記外周余剰領域の裏面側がリブ状に突出しており、これによって該外周余剰領域が前記デバイス領域よりも肉厚であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体ウエーハの製造方法。

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