JP2012227378A - Method of manufacturing semiconductor device and manufacturing apparatus for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、及び、半導体装置の製造装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus.
特許文献1には、半導体ウェハ(以下、単にウェハ)の周縁部(ベベル部)を鏡面研磨することが記載されている。ベベル部の表面粗さ(Ra)は、同文献に記載されているように、20nm以下とすることが一般的であった。
なお、特許文献1には、ウェハの表面全体にポリシリコン膜を形成した場合に、ベベル部の微小な凹凸内に入り込んだポリシリコンが残存することによって、後工程で悪影響が生じることについても記載されている。特許文献1の技術は、このような悪影響を避けるためにベベル部の表面粗さ(Ra)を20nm以下とするものであり、同文献には、研磨によって、より平滑な鏡面に加工することが望ましい旨の記載がある。
Note that
本発明者の検討によれば、以下の知見が得られた。
ベベル部の微細な凹凸上に成膜された膜は密着性が悪いため、膜剥がれを起こすことがある。膜剥がれが生じると、剥がれた膜がウェハに付着し、歩留まり低下を起こす要因となる。特許文献1には、ベベル部の表面粗さ(Ra)を20nm以下とすることが記載されているが、20nmの表面粗さ(Ra)は、現在では粗いレベルであり、そのレベルの表面粗さでは、成膜する膜種によっては膜剥がれが生じてしまう。
また、上述のように、特許文献1には、表面粗さが小さいほど好ましい旨の記載がある。しかし、本発明者は、ベベル部の表面粗さが小さすぎると、その表面の凹凸が少なくなりすぎて、成膜された膜とウェハとの密着性がむしろ悪化することを見出した。
According to the study of the present inventor, the following knowledge was obtained.
Since the film formed on the fine irregularities of the bevel portion has poor adhesion, the film may be peeled off. When film peeling occurs, the peeled film adheres to the wafer, which causes a decrease in yield.
As described above,
このように、ウェハのベベル部に成膜された膜の密着性が良好となるように、ベベル部の表面粗さが適切に設定されたウェハを得ることは困難だった。 As described above, it has been difficult to obtain a wafer in which the surface roughness of the bevel portion is appropriately set so that the adhesion of the film formed on the bevel portion of the wafer becomes good.
本発明者が、ウェハのベベル部の表面粗さの適切な値について検討した結果、その表面粗さ(Ra)が0.4nm以上1.4nm以下である場合に、ウェハのベベル部に成膜された膜の密着性が良好となる、という知見が得られた(図2参照)。 As a result of studying an appropriate value of the surface roughness of the bevel portion of the wafer by the present inventor, when the surface roughness (Ra) is 0.4 nm or more and 1.4 nm or less, the film is formed on the bevel portion of the wafer. The knowledge that the adhesiveness of the formed film was improved was obtained (see FIG. 2).
そこで、本発明は、半導体ウェハのベベル部の表面粗さ(Ra)が0.4nm以上1.4nm以下となるように、前記ベベル部を研磨する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。 Therefore, the present invention includes a step of polishing the bevel portion so that the surface roughness (Ra) of the bevel portion of the semiconductor wafer is 0.4 nm or more and 1.4 nm or less. Provide a method.
この製造方法によれば、ベベル部の表面の凹凸を適度に小さくすることができるので、この凹凸が大き過ぎることによってベベル部に成膜された膜が剥がれてしまうことを抑制できる。
しかも、この凹凸が過度に小さくはならないようにできるため、ベベル部の表面と、ベベル部に成膜された膜との適度な密着性を確保することができ、このことによっても、ベベル部に成膜された膜が剥がれてしまうことを抑制できる。
このように、ベベル部に成膜された膜の密着性を良好にし、その膜剥がれを抑制することができる。
すなわち、ウェハのベベル部に成膜された膜の密着性が良好となるように、ベベル部の表面粗さが適切に設定されたウェハを得ることができる。
According to this manufacturing method, the unevenness on the surface of the bevel portion can be appropriately reduced, so that the film formed on the bevel portion can be prevented from being peeled off due to the unevenness being too large.
In addition, since the unevenness can be prevented from becoming excessively small, appropriate adhesion between the surface of the bevel portion and the film formed on the bevel portion can be ensured. It can suppress that the formed film | membrane peels.
Thus, the adhesion of the film formed on the bevel portion can be improved, and the film peeling can be suppressed.
That is, it is possible to obtain a wafer in which the surface roughness of the bevel portion is appropriately set so that the adhesion of the film formed on the bevel portion of the wafer is good.
また、本発明は、半導体ウェハのベベル部の表面粗さ(Ra)が0.4nm以上1.4nm以下となるように、前記ベベル部を研磨するベベル研磨部を有することを特徴とする半導体装置の製造装置を提供する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a bevel polishing portion that polishes the bevel portion so that the surface roughness (Ra) of the bevel portion of the semiconductor wafer is 0.4 nm or more and 1.4 nm or less. A manufacturing apparatus is provided.
本発明によれば、ウェハのベベル部に成膜された膜の密着性が良好となるように、ベベル部の表面粗さが適切に設定されたウェハを得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wafer by which the surface roughness of the bevel part was set appropriately can be obtained so that the adhesiveness of the film | membrane formed into a film on the bevel part of a wafer may become favorable.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
〔第1の実施形態〕
図1は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、それぞれ、半導体ウェハ1(以下、単にウェハ1)の一部分の断面を示す。このうち、図1(a)はベベル部2の研磨前の状態を示し、図1(b)はベベル部2の研磨後の状態を示し、図1(c)はベベル部2の研磨後にウェハ1の表面上に膜4を成膜した状態を示す。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a view for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, and shows a cross section of a part of a semiconductor wafer 1 (hereinafter simply referred to as wafer 1). 1A shows a state before the
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、ウェハ1のベベル部2の表面粗さ(Ra)が0.4nm以上1.4nm以下となるように、ベベル部2を研磨する工程を有する。以下、詳細に説明する。
The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment includes a step of polishing the
先ず、単結晶引き上げ法によって、シリコン単結晶インゴット(図示略)を製造する。次に、このシリコン単結晶インゴットの外周研削を行う。次に、結晶方向の位置決めの為の加工として、例えば、ノッチ加工を単結晶インゴットに対して行う。次に、ワイヤソーによりシリコン単結晶インゴットをスライスし、スライスウェハを得る。 First, a silicon single crystal ingot (not shown) is manufactured by a single crystal pulling method. Next, the outer periphery of the silicon single crystal ingot is ground. Next, as processing for positioning in the crystal direction, for example, notch processing is performed on the single crystal ingot. Next, the silicon single crystal ingot is sliced with a wire saw to obtain a slice wafer.
次に、このスライスウェハに対し、研削砥石を用いたベベル部(外周部:図1のベベル部2参照)の面取りを行う。次に、両面ラッピング加工によりそのウェハを均一な厚みと平行度、平面度及びある程度の面粗さを持つまでに仕上げる。次に、そのウェハを、加工歪除去及び清浄化のために、酸またはアルカリにてエッチング加工することにより、加工ダメージ層を除去する。
Next, chamfering of the bevel portion (outer peripheral portion: see
次に、そのウェハ1に対して、両面研磨により、鏡面仕上げを行う。この研磨では、例えば、先ず、ウェハ1の表裏の面1a、1b(図1参照)の研磨を行った後で、ベベル部2の研磨を行う。なお、図1(a)は、ウェハ1の表裏の面1a、1bの研磨を行った後、且つ、ベベル部2の研磨を行う前の状態を示す。この段階では、ベベル部2の表面粗さ(Ra)は、10nm以上である。なお、表面粗さの単位であるRaは、算術平均粗さである。ベベル部2の表面には、微小な凹凸3が存在する。
Next, mirror finishing is performed on the
ここで、本実施形態では、ウェハ1のベベル部2の表面粗さ(Ra)が0.4nm以上1.4nm以下となるように、ベベル部2を研磨する。より好ましくは、ベベル部2の表面粗さ(Ra)を0.5nm以上1.0nm以下とする(図1(b))。
Here, in this embodiment, the
ここで、ベベル部2の研磨は、以下に説明するような、半導体装置の製造装置を用いて行うことができる。
Here, the polishing of the
図3は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置100(図4)が有するベベル研磨部110を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the
ベベル研磨部110は、ウェハ1のベベル部2の表面粗さ(Ra)が0.4nm以上1.4nm以下となるように、ベベル部2を研磨する。
The
ベベル研磨部110は、ウェハ1を支持するステージ(図示略)と、ベベル部2を研磨する1つ又は複数(例えば、図3に示すように4つ)の研磨ユニット111と、を有する。
The
ステージは、例えば、該ステージの上面によってウェハ1を水平に支持し、且つ、該ステージの回転に伴わせてウェハ1を回転させる。その回転軸は、平面視におけるウェハ1の中心と一致する。
ステージにおいてウェハ1を支持する部位の寸法(平面寸法)は、ウェハ1の平面寸法よりも小さく、ウェハ1は、ベベル部2がステージよりも外方に張り出すように、ステージ上に保持される。
なお、ステージは、ウェハ1を吸着保持することが好ましい。
For example, the stage supports the
The dimension (planar dimension) of the portion that supports the
The stage preferably holds the
各研磨ユニット111は、例えば、研磨テープ112と、一対の(例えば上下一対の)プーリ113と、を有する。
Each polishing
一対のプーリ113間には、研磨テープ(研磨クロス)112が架け渡されている。
各研磨ユニット111は、ステージ上に保持されたウェハ1の周囲に、例えば等間隔に配置されている。
研磨ユニット111の一対のプーリ113のうち、上側のプーリ113は、ウェハ1よりも上に位置し、下側のプーリ113は、ウェハ1よりも下に位置している。
研磨テープ112において、一対のプーリ113間の部位(以下、研磨部位112a)は、ウェハ1のベベル部2に対して所定の張力を以て接触している。
このため、ステージを回転させることにより、研磨テープ112とベベル部2との間に摩擦が生じて、ベベル部2が研磨テープ112により研磨される。
A polishing tape (polishing cloth) 112 is stretched between the pair of
Each polishing
Of the pair of
In the polishing
Therefore, by rotating the stage, friction is generated between the polishing
ここで、研磨を行う時間の長さ(以下、研磨時間)を適切に調節することにより、ベベル部2が所望の表面粗さとなるように、ベベル部2を研磨することができる。
Here, by appropriately adjusting the length of time for polishing (hereinafter, polishing time), the
製造装置100は、例えば、株式会社荏原製作所製のEAC300シリーズであることが挙げられる。研磨テープ112は、例えば、suba400などの不織布であることが挙げられる。
The
図4は、製造装置100のブロック図である。
図4に示すように、ベベル研磨部110は、ステージを回転させるステージ回転モータ114を有している。製造装置100は、ステージ回転モータ114等の動作制御を行う制御部220を有している。
例えば、ステージ回転モータ114によりステージを回転させる時間の長さを制御部220が適切に調節することにより、ベベル部2が所望の表面粗さとなるように、ベベル部2を研磨することができる。ステージを回転させる時間の長さは、例えば、予め実験により求められ、その時間が制御部220に記憶保持されている。
FIG. 4 is a block diagram of the
As shown in FIG. 4, the
For example, the
このような製造装置100を用いてベベル部2を研磨することにより得られたウェハ1を使用して半導体装置を製造する。この製造工程において、異物がウェハ1に付着すると、歩留まり低下に繋がるため、ウェハ1への異物付着は極力避ける必要がある。
A semiconductor device is manufactured using the
この製造工程には、成膜工程が含まれ、この成膜工程にて、ベベル部2を含むウェハ1の表面(例えば、表側の面1a)上に各種の膜4を成膜する(図1(c))。この膜4はウェハ1のベベル部2上にも成膜される。この膜4は、例えば、TiN膜、Ta膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミ膜及びCu膜のうちの何れかの膜とすることができる。
This manufacturing process includes a film forming process. In this film forming process,
ここで、図2はウェハ1のベベル部2の表面粗さ(Ra)を複数段階に変化させて、それぞれについて、膜剥がれの起こり易さ(膜剥がれポテンシャル)を評価した実験結果を示す図である。膜剥がれとは、ベベル部2から膜4が剥離することである。膜剥がれポテンシャルは、ウェハ1上の異物の個数にて表される。これは、特にベベル部2からの膜剥がれによりウェハ1の周縁部に発生した異物(パーティクル)の個数として表される。膜剥がれポテンシャルが小さい(ウェハ1上の異物個数が少ない)ほど、膜剥がれがし難い。この実験では、膜4として、TiN膜を用いた。
Here, FIG. 2 is a diagram showing an experimental result in which the surface roughness (Ra) of the
図2に示される実験結果から、ベベル部2の表面粗さ(Ra)を0.4nm以上1.4nm以下とすることにより、膜剥がれポテンシャルを抑制できることが分かる。特に、ベベル部2の表面粗さ(Ra)を0.5nm以上1.0nm以下とすることにより、膜剥がれポテンシャルを顕著に抑制できることが分かる。
これは、ベベル部2の表面の凹凸3の大きさが適度な大きさとなり、ベベル部2の表面と膜4との十分な密着性が得られるためである。つまり、ベベル部2の表面粗さ(Ra)が0.4nm未満の場合と比べて、ベベル部2と膜4との接触面積が増大することにより、それらの密着性が向上する結果として、膜剥がれが起き難くなる。また、ベベル部2の表面粗さ(Ra)が1.4nmを超える場合は、膜剥がれのポテンシャルは大きく違わないが、ベベル部2の表面が荒れているため、膜が針状に成膜されるので、その膜が容易に折れ、ウェハ1上に異物欠陥として付着するという問題が生じる。すなわち、膜剥がれが起き難く、且つ、成膜された膜が針状となって折れやすくなるポテンシャルが少ないようなベベル部2の表面粗さ(Ra)の範囲が、0.4nm以上1.4nm以下の範囲である。
From the experimental results shown in FIG. 2, it is understood that the film peeling potential can be suppressed by setting the surface roughness (Ra) of the
This is because the
一方、ベベル部2の表面粗さ(Ra)が0.4nm未満の場合、又は、該表面粗さが1.4nmを超える場合は、膜剥がれポテンシャルが大きくなり、膜剥がれが起こりやすい。
On the other hand, when the surface roughness (Ra) of the
図6は比較例に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、それぞれ、ウェハ1の一部分の断面を示す。比較例1に係る製造方法では、図6(a)に示すように、ベベル部2の表面粗さ(Ra)は1.4nmを超える(例えば、10nm)。一方、比較例2に係る製造方法では、図6(b)に示すように、該表面粗さは、0.4nm未満(例えば、0.1nm)である。図2に示される結果から分かるように、これらの場合には、膜剥がれが生じやすい。
図6(c)はベベル部2の表面粗さ(Ra)が0.1nmのウェハ1上に膜4を成膜する工程を示し、図6(d)はこの工程の後で膜4がベベル部2から剥がれた様子(膜剥がれ5が生じた様子)を示す模式図である。
FIG. 6 is a view for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to a comparative example, and shows a partial cross section of the
FIG. 6C shows a process of forming the
以上のような第1の実施形態によれば、ベベル部2の表面粗さ(Ra)を0.4nm以上1.4nm以下とすることにより、ベベル部2の表面の凹凸3を適度に小さくすることができるので、この凹凸3が大き過ぎることによってベベル部2に成膜された膜4が剥がれてしまうことを抑制できる。
しかも、この凹凸3が過度に小さくはならないようにできるので、ベベル部2の表面と、膜4との適度な密着性を確保することができ、このことによっても、膜4が剥がれてしまうことを抑制できる。
このように、ベベル部2の表面粗さを一定範囲内に制御することによって、ベベル部2に成膜された膜4の密着性を良好にし、その膜剥がれを抑制することができる。
すなわち、ウェハ1のベベル部2に成膜された膜4の密着性が良好となるように、ベベル部2の表面粗さ(Ra)が適切に設定されたウェハ1を得ることができる。
よって、剥がれた膜4に起因する半導体装置の歩留まり低下を抑制することができる。
According to the first embodiment as described above, the surface roughness (Ra) of the
In addition, since the
Thus, by controlling the surface roughness of the
That is, it is possible to obtain the
Accordingly, it is possible to suppress a decrease in yield of the semiconductor device due to the peeled
〔第2の実施形態〕
図5は第2の実施形態に係る半導体装置の製造装置100を示すブロック図である。
本実施形態では、製造装置100は、ベベル部2の表面粗さ(Ra)をモニターする粗さモニター計210と、ベベル研磨部110を制御する制御部220と、を更に有し、制御部220は、粗さモニター計210によりモニターされる表面粗さが所定の表面粗さとなると、研磨を終了させる。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a block diagram showing a semiconductor
In the present embodiment, the
粗さモニター計210としては、例えば、AFM(原子間力顕微鏡法)を利用した測定装置(例えば、オリンパス株式会社製のNV2000等)を用いることができる。この粗さモニター計210は、ベベル部2の表面粗さ(Ra)を随時に計測し、その計測結果を制御部220に出力する。
As the
制御部220は、粗さモニター計210から入力される計測結果を監視し、その値が所定の表面粗さ(例えば、0.4nm以上1.4nm以下)となると、ベベル研磨部110によるベベル部2の研磨動作を終了させる。
The
すなわち、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、粗さモニター計210によりベベル部2の表面粗さ(Ra)をモニターしながら、ベベル研磨部110によってベベル部2を研磨する。そして、モニターされる表面粗さが所定の表面粗さとなると、ベベル部2の研磨を終了する。
That is, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the
一般的には、研磨を行う際、研磨布の磨耗により研磨状態が変わるため、ベベル部2の表面粗さを正確に制御することは難しい。
これに対し、本実施形態では、粗さモニター計210によりベベル部2の表面粗さを随時モニターしながらベベル部2を研磨し、モニターされる表面粗さが所定の表面粗さとなると研磨を終了するので、ベベル部2の表面粗さを正確に制御することができる。よって、より高精度にベベル部2の表面粗さを制御することもできる。
In general, when polishing is performed, the polishing state changes due to the abrasion of the polishing cloth, so it is difficult to accurately control the surface roughness of the
In contrast, in the present embodiment, the
1 半導体ウェハ
1a 面(表面)
1b 面(裏面)
2 ベベル部
3 凹凸
4 膜
5 膜剥がれ
100 半導体装置の製造装置
110 ベベル研磨部
111 研磨ユニット
112 研磨テープ
112a 研磨部位
113 プーリ
114 ステージ回転モータ
210 粗さモニター計
220 制御部
1b side (back side)
2 Bevel
Claims (7)
前記ベベル部を含む前記半導体ウェハの表面上に膜を成膜する工程を行うことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。 After the polishing step,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a film is formed on a surface of the semiconductor wafer including the bevel portion. 5.
前記ベベル研磨部を制御する制御部と、
を更に有し、
前記制御部は、前記粗さモニター計によりモニターされる前記表面粗さが所定の表面粗さとなると、前記研磨を終了させることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造装置。 A roughness monitor for monitoring the surface roughness;
A control unit for controlling the bevel polishing unit;
Further comprising
The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the controller terminates the polishing when the surface roughness monitored by the roughness monitor meter reaches a predetermined surface roughness.
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