JP2015082539A - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】研削工程数及びカーフロスを低減しつつ、両面研磨工程での研磨量及び研磨時間の大幅な削減し、高精度な形状品質の半導体ウェーハを得ることが可能な半導体ウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】砥粒が固着されたワイヤを複数の溝付きローラに巻掛けし、ワイヤを軸方向に往復走行させ、ワイヤにワークを押し当てることでウェーハを切り出す切断工程と、切り出したウェーハの両面を研削する研削工程と、研削されたウェーハの両面を研磨する両面研磨工程とを含む半導体ウェーハの製造方法であって、切断工程において、平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎ以上としてウェーハを切り出し、研削工程において、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石によりウェーハの両面を１回研削し、その後、両面研磨工程において、ウェーハを両面研磨することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。【選択図】 図１
Description
本発明は、半導体ウェーハ、特に単結晶シリコンウェーハの製造方法に関する。
一般的に、直径３００ｍｍに代表される大直径のシリコンウェーハの製造は、以下の加工フローで製造される。但し、各工程間に実施されるシリコンウェーハの洗浄工程や検査工程の説明は以下では省略する。まず、切断工程では、ワーク（シリコン単結晶インゴット）から薄板状のシリコンウェーハを切り出す。この際、炭化ケイ素等の砥粒を懸濁させた遊離砥粒スラリーを高速で往復走行する複数のワイヤ列に供給し、スラリーが付着したワイヤ列にワークを所定の速度で送りながら押し付けて薄板状のウェーハを切り出す。
面取り工程では、切断したシリコンウェーハの外周部を、総型溝を有する回転するダイヤモンド砥石を用いて丸める。シリコンウェーハの外周部を丸めておくことで、後工程においてシリコンウェーハにチッピングや割れが発生することを防止できる。
ラッピング工程では、荷重が印加された鋳鉄製の上下定盤の間にキャリアで保持された複数の面取りされたシリコンウェーハを挟む。そして、アルミナやジルコニア等から成る遊離砥粒を懸濁させた研削液を供給しながら、上下定盤の間で複数の面取りされたシリコンウェーハを回転させラッピングする。
ラッピング工程では、荷重が印加された鋳鉄製の上下定盤の間にキャリアで保持された複数の面取りされたシリコンウェーハを挟む。そして、アルミナやジルコニア等から成る遊離砥粒を懸濁させた研削液を供給しながら、上下定盤の間で複数の面取りされたシリコンウェーハを回転させラッピングする。
エッチング工程では、高温の水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液中にラッピング後のシリコンウェーハを浸漬し、表裏面や面取り部分に導入された加工変質層（ダメージ層）を除去する。
エッジ研磨工程では、ウレタン等の樹脂パッドを所定の圧力でシリコンウェーハの面取り部に押し付け、面取り部を鏡面化する。この際、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリーを樹脂パッドの表面に供給しながら面取り部の鏡面化を行う。
エッジ研磨工程では、ウレタン等の樹脂パッドを所定の圧力でシリコンウェーハの面取り部に押し付け、面取り部を鏡面化する。この際、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリーを樹脂パッドの表面に供給しながら面取り部の鏡面化を行う。
両面研磨工程では、荷重が印加された上下定盤に貼り付けられたウレタン等の樹脂パッドの間にキャリアで保持されたシリコンウェーハを挟む。そして、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリーを供給しながら、上下定盤を回転させ、エッチング及びエッジ研磨されたシリコンウェーハを回転させながら研磨し、両面を同時に鏡面化する。
最後に、仕上げ研磨工程では、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリーを用いて、ウレタン等の樹脂パッドを貼り付けた定盤に、上記両面研磨されたシリコンウェーハの裏面から圧力をかけてシリコンウェーハの表面のみを接触させ、微細な面粗さ等を整える。
最後に、仕上げ研磨工程では、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリーを用いて、ウレタン等の樹脂パッドを貼り付けた定盤に、上記両面研磨されたシリコンウェーハの裏面から圧力をかけてシリコンウェーハの表面のみを接触させ、微細な面粗さ等を整える。
直径３００ｍｍに代表される大直径シリコンウェーハを採用する先端デバイスでは、近年はナノトポグラフィと呼ばれるウェーハの表面うねり成分の大小が重要視されている。ナノトポグラフィとは、ウェーハの表面形状の一種で、ソリやＷａｒｐよりも波長が短く、表面粗さより波長の長い、０．２〜２０ｍｍの波長成分の凹凸を示すものであり、ＰＶ値（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）は０．１〜０．２μｍの極めて浅いうねり成分である。このナノトポグラフィはデバイス工程におけるＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程の歩留まりに影響する。そのため、デザインルールの微細化と共に、デバイス基板となるシリコンウェーハの表面のナノトポグラフィは、厳しいレベルが要求されている。
ナノトポグラフィは、シリコンウェーハの加工工程で作り込まれるものである。特に基準面を持たない加工方法、例えばワイヤソーによる切断工程や両頭研削装置による研削工程で悪化しやすく、各工程の改善や管理が重要である。ワイヤソーにより切断したウェーハの表面におけるナノトポグラフィは静電容量型測定器で測定した擬似的なナノトポグラフィ（以降、疑似ナノトポグラフィと呼ぶ）を測定することで予め評価することができる（特許文献１参照）。特許文献１によれば、疑似ナノトポグラフィとは、切断後のウェーハのＷａｒｐ断面波形に研削や研磨の加工特性を模したバンドパス・フィルタをかけることによって研磨後のウェーハと相関の有る数値を疑似的に得るものである。ナノトポグラフィは研磨後のウェーハの表面を測定して得るものであるが、疑似ナノトポグラフィは切断後のウェーハの表面から求める。
切断工程に使用するワイヤソーに関しては、近年、遊離砥粒方式の代わりに、ワイヤ表面にダイヤモンド等の固定砥粒を電着して固着させたワイヤを用いた固定砥粒方式のワイヤソーが検討されている。固定砥粒方式のワイヤソーによって大直径のシリコンインゴットを切断する場合、遊離砥粒方式のワイヤソーによって切断する場合に比べ、切断時間は大幅に短縮できるものの、切断後のウェーハの疑似ナノトポグラフィを代表とする形状品質が著しく劣ることが知られている。
それに対して、特許文献２には、固定砥粒ワイヤに遊離砥粒スラリーを供給しながら切断を行う方法が記載されている。特許文献２には、遊離砥粒スラリーが固定砥粒ワイヤの表面をドレッシングすることにより切れ味が維持され、切断精度を高めると記載されている。しかし、固定砥粒と遊離砥粒を組み合わせた方法にあっては、ドレッシング効果は切断条件に影響を受けやすく、ドレッシング不足による切断後ウェーハの形状悪化や、ドレッシング過多による固定砥粒ワイヤのライフ低下を招きやすいという問題点がある。
ラッピング工程に関しては、上述した鋳鉄製の上下定盤を具備するラッピング装置を用いて加工する場合、定盤に対するウェーハの占有面積が均一でないため、定盤が偏摩耗しやすい。そのため、ウェーハの形状が悪化しやすくなり、高平坦度なウェーハの加工には限界がある。また、ラッピングに使用する遊離砥粒を微細にする事が難しく、ウェーハの加工変質層深さを低減するには不向きな加工方法である。このような問題を解決するために、上記したラッピング方法の代替方式として、枚葉式の研削方法等が提案されている。
例えば、特許文献３には、ダイヤモンド等の砥粒を使用した砥石で、ウェーハの両面を同時に研削する方法（以下、両頭研削方法と記載）が提案されている。この両頭研削方法では、まず、ウェーハより薄い樹脂製又は金属製のリング状のホルダの孔にウェーハを挿入する。そして、ウェーハのノッチ部とホルダに形成された突起部との係合によりウェーハを回転保持し、ウェーハの半径にほぼ等しい対向する２つの砥石を回転させ、ウェーハを両面から同時に研削する。固定砥粒を用いる場合、遊離砥粒スラリーを用いた場合に比べて高速な研削が可能であり、固定砥粒の砥粒径を微細化する事により、遊離砥粒で研削した場合より浅い加工変質層を持つウェーハを得る事ができる。
また、近年では、番手が＃８０００以上（平均砥粒径が１μｍ以下）のダイヤモンド砥粒を使用した砥石による研削の検討も進んでいる。このように、番手の大きい砥粒を用いて研削を行えば、後工程である両面研磨工程での研磨量及び研磨時間の大幅な削減が可能である。
また、近年では、番手が＃８０００以上（平均砥粒径が１μｍ以下）のダイヤモンド砥粒を使用した砥石による研削の検討も進んでいる。このように、番手の大きい砥粒を用いて研削を行えば、後工程である両面研磨工程での研磨量及び研磨時間の大幅な削減が可能である。
しかしながら、上述の番手が＃８０００以上の砥粒を使用した砥石を使用する研削方法を、ワイヤソーで切り出した直後のウェーハに対して実施すると、正常な研削面を得ることが不可能であった。これは、切断工程直後のウェーハの表面粗さが大きいので、研削中にダイヤモンド砥粒の脱落が激しく生じてしまうからである。そのため、例えば、特許文献４のように、高番手の砥粒を使用した砥石で研削する前に、ウェーハの表面粗さを除去する一次両頭研削が必要であった。一次両頭研削工程では、一般に、ビトリファイドボンドからなる番手が＃２０００〜＃３０００（平均砥粒径が２〜８μｍ）のダイヤモンド砥粒が使われており、固定砥粒方式のワイヤソーにより切り出された後の表面粗さが大きいウェーハに対しても研削が可能である。そして、この一次両頭研削工程にてウェーハの表面粗さが改善するため、高番手の砥粒を使用した砥石を用いて研削をすることが可能となる。
このように従来では、番手が＃８０００以上の砥粒を使用した砥石を使用する場合、後工程である両面研磨工程での研磨量及び研磨時間の大幅な短縮が可能であるものの、研削を多段階で行う必要が有り、研削工程数の増加による生産性の悪化が避けられないという問題がある。また、研削工程が増加することにより、ウェーハのカーフロスが増加してしまうという問題もある。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、研削工程数及びカーフロスを低減しつつ、両面研磨工程での研磨量及び研磨時間の大幅な削減をし、高精度な形状品質の半導体ウェーハを得ることが可能な半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、砥粒が固着されたワイヤを複数の溝付きローラに巻掛けし、前記ワイヤを軸方向に往復走行させ、前記往復走行するワイヤにワークを押し当てることで前記ワークからウェーハを切り出す切断工程と、前記切り出したウェーハの両面を研削する研削工程と、前記研削されたウェーハの両面を研磨する両面研磨工程とを含む半導体ウェーハの製造方法であって、前記切断工程において、前記ワークを切断する時の平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎ以上として前記ワークからウェーハを切り出し、前記研削工程において、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石により前記ウェーハの両面を１回研削し、その後、前記両面研磨工程において、前記ウェーハを両面研磨することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法を提供する。
このように、ワークを切断する時の平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎ以上としてウェーハを切り出せば、切り出されたウェーハの表面粗さを小さくすることができる。これにより、ワイヤソーによる切断直後のウェーハであっても、番手が＃８０００以上（平均砥粒径が１μｍ以下）のダイヤモンド砥粒を含有した砥石による研削ができる。従って、研削工程を１回にできるとともにカーフロスを低減でき、更に後工程の両面研磨工程での研磨量及び研磨時間の大幅な削減ができる。その結果、効率よく形状精度が良い半導体ウェーハを得ることができる。更に、半導体ウェーハの製造における歩留まりを改善することができる。
このとき、前記切断工程において、前記ワークを切断する時の平均ワイヤ走行速度を８００ｍ／ｍｉｎ以上として前記ワークから前記ウェーハを切り出すことが好ましい。
このようにすれば、ワークから切り出されたウェーハの表面粗さを、より小さくすることができ、効率よく形状精度がより良い半導体ウェーハを得ることができる。
このようにすれば、ワークから切り出されたウェーハの表面粗さを、より小さくすることができ、効率よく形状精度がより良い半導体ウェーハを得ることができる。
またこのとき、前記切断工程において、前記砥粒の平均砥粒径が１〜１２μｍ、砥粒数が５００個／ｍｍ２以上となるように前記ワイヤに固着することが好ましい。
このようにすれば、ワイヤに固着した個々の砥粒に対する負荷を減少させ、かつ、切断能率を高められるため、ワイヤソーで切断した後のウェーハの疑似ナノトポグラフィ等の形状精度が向上する。その結果、最終的に製造される半導体ウェーハの形状精度をより向上させることができる。
このようにすれば、ワイヤに固着した個々の砥粒に対する負荷を減少させ、かつ、切断能率を高められるため、ワイヤソーで切断した後のウェーハの疑似ナノトポグラフィ等の形状精度が向上する。その結果、最終的に製造される半導体ウェーハの形状精度をより向上させることができる。
このとき、前記研削工程において、前記ウェーハの両面を同時に研削することが好ましい。
このようにウェーハの両面を同時に研削すれば、研削工程に要する時間を更に低減させることができ、より効率よく形状精度が良い半導体ウェーハを得ることができる。
このようにウェーハの両面を同時に研削すれば、研削工程に要する時間を更に低減させることができ、より効率よく形状精度が良い半導体ウェーハを得ることができる。
本発明の半導体ウェーハの製造方法であれば、ワイヤソーによる切断直後のウェーハであっても、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石による研削ができるため、効率よく高精度な形状品質の半導体ウェーハを得ることができる。更に、半導体ウェーハの製造における歩留まりを改善することができる。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来、固定砥粒方式のワイヤソーを用いてワークから切り出したウェーハは表面粗さが大きく、番手が＃８０００以上の高番手のダイヤモンド砥粒を使用した砥石による研削を行う前に、ウェーハの表面粗さを除去するための研削が必要であった。そのため、研削を多段階で実施する必要が有り半導体ウェーハの製造における生産性及び歩留まりを低下させてしまうという問題があった。
従来、固定砥粒方式のワイヤソーを用いてワークから切り出したウェーハは表面粗さが大きく、番手が＃８０００以上の高番手のダイヤモンド砥粒を使用した砥石による研削を行う前に、ウェーハの表面粗さを除去するための研削が必要であった。そのため、研削を多段階で実施する必要が有り半導体ウェーハの製造における生産性及び歩留まりを低下させてしまうという問題があった。
そこで、本発明者はワークから切り出したウェーハの表面粗さを、番手が＃８０００以上の高番手のダイヤモンド砥粒を使用した砥石による研削が実施できる程度まで低減する方法を検討した。その結果、平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎ以上にすることで、固定砥粒ワイヤの切れ味が向上し、表面粗さが大幅に小さくなることがわかった。そして、このような切断工程を実施した後であれば、ウェーハに表面粗さを除去するための研削等を行うことなく、番手が＃８０００以上のダイヤ砥粒を用いた砥石による研削加工を実施することができ、上記の切断工程及び研削工程を組み合わせることで問題を解決できることに想到し、本発明を完成させた。
以下、図１−４を参照して本発明の半導体ウェーハの製造方法について説明する。
図１は、本発明の半導体ウェーハの製造方法の一例を示すフロー図である。
まず、本発明の半導体ウェーハの製造方法の最初の工程である切断工程（図１のＳ１０１）においてワークの切断に使用する固定砥粒方式のワイヤソーについて、図２を参照して説明する。
図１は、本発明の半導体ウェーハの製造方法の一例を示すフロー図である。
まず、本発明の半導体ウェーハの製造方法の最初の工程である切断工程（図１のＳ１０１）においてワークの切断に使用する固定砥粒方式のワイヤソーについて、図２を参照して説明する。
図２に示すように、固定砥粒方式のワイヤソー１は、主にワークＷ１を切断するためのワイヤ２、溝付きローラ３、ワイヤ張力付与機構４、４’、ワーク送り手段５、加工液供給手段６等で構成されている。ワイヤ２には砥粒が金属又は樹脂にて固着されている。
ワイヤ２は、一方のワイヤリール７から繰り出され、トラバーサを介してパウダクラッチ（定トルクモータ）やダンサローラ（デッドウェイト）等からなるワイヤ張力付与機構４を経て、溝付きローラ３に入っている。この溝付きローラ３は鉄鋼製円筒の周囲にポリウレタン樹脂を圧入し、その表面に所定のピッチで溝を切ったローラである。
ワイヤ２が複数の溝付きローラ３に３００〜４００回程度巻掛けられることによってワイヤ列が形成される。ワイヤ２はもう一方のワイヤ張力付与機構４’を経てワイヤリール７’に巻き取られている。このように巻掛けられたワイヤ２が駆動用モータ１０によって往復走行できるようになっている。
加工液供給手段６はタンク８、チラー９、ノズル１１等から構成される。ノズル１１はワイヤ２が溝付きローラ３に巻掛けられることで形成されたワイヤ列の上方に配置されている。このノズル１１はタンク８に接続されており、加工液はチラー９により供給温度が制御されてノズル１１からワイヤ２に供給される。
ワークＷ１はワーク送り手段５によって保持される。このワーク送り手段５はワークＷ１をワイヤの上方から下方に向かって押し下げることによって、ワークＷ１を往復走行するワイヤ２に押し当てる。この際、コンピュータ制御で予めプログラムされた送り速度で所定の送り量だけ保持したワークＷ１を送り出すように制御することが可能である。また、ワークＷ１の送り出し方向を逆転させることでワークＷ１を切り込み送り方向とは逆方向に送ることができる。このとき、ワークＷ１の後退量も制御可能である。
次に、以上で説明したようなワイヤソー１を用いて、ワーク切断してウェーハを切り出す方法を説明する。
まず、ワーク送り手段５によりワークＷ１を保持する。そして、ワイヤ２を張力付与機構４、４’によって張力を付与しながら軸方向へ往復走行させる。このとき、本発明ではワイヤ２の平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎ以上とする。次に、加工液供給手段６によりワイヤ２へ加工液を供給した状態で、ワーク送り手段５によりワークＷ１を、相対的に押し下げて、ワークＷ１をワイヤ２に押し当ててワークＷ１を切断しウェーハを切り出す。
まず、ワーク送り手段５によりワークＷ１を保持する。そして、ワイヤ２を張力付与機構４、４’によって張力を付与しながら軸方向へ往復走行させる。このとき、本発明ではワイヤ２の平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎ以上とする。次に、加工液供給手段６によりワイヤ２へ加工液を供給した状態で、ワーク送り手段５によりワークＷ１を、相対的に押し下げて、ワークＷ１をワイヤ２に押し当ててワークＷ１を切断しウェーハを切り出す。
このように平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎ以上とすることで、ワイヤ２の切れ味が向上し、その後に番手が＃８０００以上の平均砥粒径が１μｍ以下のダイヤモンド砥粒を使用した砥石を用いた研削を実施できる程度に、ウェーハの表面粗さを小さく抑えることができる。その結果、研削工程数及びカーフロスを低減でき、生産性及び歩留まりを改善することができる。更に、平均ワイヤ走行速度を８００ｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましい。このようにすれば、ウェーハの表面粗さをより小さく抑えることができる。
本発明では、ワイヤ２の表面に固着させる砥粒としては、ダイヤモンド砥粒や立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ：ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）が好適である。そして、ワイヤ２の表面に固着させる砥粒の平均砥粒径を１〜１２μｍ、かつ、砥粒数を５００個／ｍｍ2以上とすることが好ましい。
このような、平均砥粒径及び砥粒数であれば、固定砥粒方式のワイヤソーで切断した後のウェーハの疑似ナノトポグラフィ等の悪化を大幅に抑制できる。疑似ナノトポグラフィ等が悪化してしまう原因の１つは、ワークの切断の最中にワイヤが蛇行してしまうことである。そこで、本発明者は、ワイヤの蛇行は切断時にワイヤに固着している砥粒が受ける力によるものであると推測し、個々の砥粒がワークに接触する面積を減らすために砥粒径を小さくすることを試したが、十分な効果を得られなかった。そこでさらに調査を進めたところ、砥粒径を小さくし、かつ、砥粒を一定以上の砥粒数（砥粒の密度）でワイヤ２の外周面に固着することで、大幅な形状改善が可能であることを発見した。すなわち、砥粒径を小さくすることで個々の砥粒がワークに接触する面積を減らすと同時に、切断において仕事をする砥粒数を増やすことで、個々の砥粒に対する負荷を減少させるとともに切れ味を維持し、ワイヤの蛇行を抑制できることを本発明者は発見した。
次に、切断工程にて切り出したウェーハの外周を丸める面取り工程を行う（図１のＳ１０２）。面取り工程ではチッピングやワレを防止するために、総型溝を有する回転するダイヤモンド砥粒を含有した砥石等を用いてウェーハの外周部の面取り加工を行う。
次に、研削工程にて面取り加工後のウェーハの研削を行う（図１のＳ１０３）。ここで、研削工程にて、ウェーハの表面の研削に使用する研削装置について、図３を参照して説明する。
図３に示すように、両頭研削装置２１は、自転可能なウェーハホルダー２２と、静圧支持部材２３と、一対の砥石２４を備えている。ウェーハホルダー２２はウェーハＷ２を径方向に沿って外周側から支持する。一対の静圧支持部材２３は、ウェーハホルダー２２の両側に位置し、ウェーハホルダー２２を自転の軸方向に沿って両側から、流体の静圧により非接触支持する。砥石２４には番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用している。また、砥石２４は、モータ２５に取り付けられており、高速回転しながら、ウェーハホルダー２２により支持されたウェーハＷ２の両面を同時に研削する。
図３に示すように、両頭研削装置２１は、自転可能なウェーハホルダー２２と、静圧支持部材２３と、一対の砥石２４を備えている。ウェーハホルダー２２はウェーハＷ２を径方向に沿って外周側から支持する。一対の静圧支持部材２３は、ウェーハホルダー２２の両側に位置し、ウェーハホルダー２２を自転の軸方向に沿って両側から、流体の静圧により非接触支持する。砥石２４には番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用している。また、砥石２４は、モータ２５に取り付けられており、高速回転しながら、ウェーハホルダー２２により支持されたウェーハＷ２の両面を同時に研削する。
このような両頭研削装置２１を用い、ウェーハＷ２の両面を研削するときは、まず、ウェーハＷ２をウェーハホルダー２２により支持する。尚、ウェーハホルダー２２を自転させることにより、ウェーハＷ２を自転させることができる。また、両側の各々の静圧支持部材２３から流体をウェーハホルダー２２と静圧支持部材２３の間に供給し、ウェーハホルダー２２を自転の軸方向に沿って流体の静圧によって支持する。そして、このようにしてウェーハホルダー２２および静圧支持部材２３で支持され、自転するウェーハＷ２の両面を、モータ２５により高速回転する砥石２４を用いて１回研削する。
従来、両頭研削においては、固定砥粒方式のワイヤソーを用いて切断した直後のウェーハのように、面粗さが大きいウェーハに対しては、番手＃８０００以上の平均砥粒径が1μｍ以下のダイヤモンド砥粒を使用した砥石を用いての両頭研削を実施できなかった。すなわち、番手＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石を用いての両頭研削を実施するためには、研削されるウェーハの表面粗さが小さいことが必須であった。そこで、本発明者は、切断工程後のウェーハの表面粗さを低減する方法を検討した。その結果、上記のような本発明の半導体ウェーハの製造方法における高速走行させたワイヤで切断工程を行った後のウェーハであれば表面粗さが小さいため、予め表面粗さを除去する加工をすることなく、すぐに番手＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した研削が実施できることが分かった。
このように、平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎ以上とした切断工程と、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石によりウェーハの両面を１回研削する研削加工を組み合わせることで、研削工程を１回にでき、更に後工程の両面研磨工程での研磨量及び研磨時間の大幅な削減ができる。その結果、効率よく形状精度が良い半導体ウェーハを得ることができる。更に、研削工程はウェーハの両面に対して１回ずつ行えば十分であるため、カーフロスを大幅に低減でき半導体ウェーハの製造における歩留まりを改善することができる。
この場合、両面研削は片面ずつ表裏１回行うようにしても良いが、上記したように両頭研削装置等を用いてウェーハの両面を同時に研削することが好ましい。このようにウェーハの両面を同時に研削すれば、研削工程に要する時間を更に低減させることができ、より効率よく形状精度が良い半導体ウェーハを得ることができる。
次に、エッチング工程を行う（図１のＳ１０４）。このエッチング工程では、高温の水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液中に研削された後のウェーハを浸漬し、表裏面や面取り部分に導入された加工変質層（ダメージ層）を除去する。
エッチング工程が終了した後、エッジ研磨工程を行う（図１のＳ１０５）。エッジ研磨工程では、ウレタン等の樹脂パッドを所定の圧力でシリコンウェーハの面取り部に押し付け、面取り部を鏡面化する。この際、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリーを樹脂パッドの表面に供給しながら面取り部の鏡面化を行う。
エッジ研磨工程が終了した後、両面研磨工程を行う（図１のＳ１０６）。両面研磨工程では、ウェーハの両面を同時に鏡面化する。この、ウェーハの両面の鏡面化に使用する両面研磨装置について、図４を参照して説明する。
図４に示すように、両面研磨装置３１は、上下に相対向して設けられた上定盤３２と下定盤３３を備えており、各定盤３２、３３には、それぞれ研磨布３４が貼付されている。上定盤３２と下定盤３３の間の中心部にはサンギヤ３５が、周縁部にはインターナルギヤ３６が設けられている。ウェーハＷ２はキャリア３７の保持孔に保持され、上定盤３２と下定盤３３の間に挟まれる。
図４に示すように、両面研磨装置３１は、上下に相対向して設けられた上定盤３２と下定盤３３を備えており、各定盤３２、３３には、それぞれ研磨布３４が貼付されている。上定盤３２と下定盤３３の間の中心部にはサンギヤ３５が、周縁部にはインターナルギヤ３６が設けられている。ウェーハＷ２はキャリア３７の保持孔に保持され、上定盤３２と下定盤３３の間に挟まれる。
また、サンギヤ３５及びインターナルギヤ３６の各歯部にはキャリア３７の外周歯が噛合しており、上定盤３２及び下定盤３３が不図示の駆動源によって回転されるのに伴い、キャリア３７は自転しつつサンギヤ３５の周りを公転する。このとき、キャリア３７に保持されたウェーハＷ２は、上下の研磨布３４により両面を同時に研磨され鏡面化される。ウェーハの研磨時には、不図示のノズルから研磨液が供給される。
本発明では、研削工程において上述したように番手が＃８０００以上の微細なダイヤモンド砥粒を使って研削を行っているので、両面研磨工程における研磨量を少なく抑えることができる。そのため、研磨時間の大幅な短縮が可能となり、生産性を向上させることができる。
本発明では、研削工程において上述したように番手が＃８０００以上の微細なダイヤモンド砥粒を使って研削を行っているので、両面研磨工程における研磨量を少なく抑えることができる。そのため、研磨時間の大幅な短縮が可能となり、生産性を向上させることができる。
両面研磨工程が終了した後、仕上げ研磨工程を行う（図１のＳ１０７）。仕上げ研磨工程では、コロイダルシリカ等を含有するｐＨを調整したスラリーを用いて、ウレタン等の樹脂パッドを貼り付けた定盤に、上記両面研磨されたシリコンウェーハの裏面から圧力をかけてシリコンウェーハの表面のみを接触させ、微細な面粗さ等を整える。
以上のようにして、半導体ウェーハの製造を行う。尚、上記した説明では、研削工程においてウェーハＷ２を、両頭研削装置２１を用いて両面を同時に研削したが当然これに限定されず、平面研削装置等を用いて片面を別々に１回ずつ研削しても良い。
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図２に示すような、固定砥粒方式のワイヤソーを用いて、ワークの切断を行った。そして、切断後のウェーハの表面粗さＲａを測定し、測定した表面粗さが、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削可能か否かの判定を行った。切断対象のワークとして、直径３００ｍｍ、長さ２００ｍｍの寸法のシリコンインゴットを使用した。切断用のワイヤとしては、直径０．１２ｍｍのワイヤの外周の全面にダイヤモンド砥粒を砥粒数が６００個／ｍｍ２となるように電着で固着させたものを使用した。固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径は１〜８μｍのものとした。
また、ワイヤソーのワイヤの張力は２５Ｎ、新線供給量は４ｍ／ｍｉｎ、往復走行における走行方向の正反転サイクルは１２０ｓｅｃ、平均ワイヤ走行速度は７００ｍ／ｍｉｎとした。
図２に示すような、固定砥粒方式のワイヤソーを用いて、ワークの切断を行った。そして、切断後のウェーハの表面粗さＲａを測定し、測定した表面粗さが、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削可能か否かの判定を行った。切断対象のワークとして、直径３００ｍｍ、長さ２００ｍｍの寸法のシリコンインゴットを使用した。切断用のワイヤとしては、直径０．１２ｍｍのワイヤの外周の全面にダイヤモンド砥粒を砥粒数が６００個／ｍｍ２となるように電着で固着させたものを使用した。固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径は１〜８μｍのものとした。
また、ワイヤソーのワイヤの張力は２５Ｎ、新線供給量は４ｍ／ｍｉｎ、往復走行における走行方向の正反転サイクルは１２０ｓｅｃ、平均ワイヤ走行速度は７００ｍ／ｍｉｎとした。
切断後のウェーハの表面粗さＲａを図５に示す。図５に示すように、切断後のウェーハの表面粗さＲａは０．２８μｍとなり、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削を行える程度の表面粗さであった。このような表面粗さのウェーハであれば、その後の研削工程で、表面粗さ除去のための研削を実施する必要が無く、＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で１回で研削できるため、効率よく高精度な形状品質の半導体ウェーハを得ることができ、かつ、半導体ウェーハの製造における歩留まりを改善できることが確認された。
また、平均ワイヤ走行速度を８００ｍ／ｍｉｎ、９００ｍ／ｍｉｎに変えて同様の手順でシリコンインゴットの切断を繰り返した。
その結果、図５に示すように、平均ワイヤ走行速度を８００ｍ／ｍｉｎとした場合、表面粗さＲａは０．２３μｍとなった。また、平均ワイヤ走行速度を９００ｍ／ｍｉｎとした場合、表面粗さＲａは０．２２μｍとなった。
この結果から、平均ワイヤ走行速度を８００ｍ／ｍｉｎ以上にすれば、平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎとし場合と比較して表面粗さＲａがより小さくなり、更に高精度な形状品質の半導体ウェーハを得られることが確認できた。
その結果、図５に示すように、平均ワイヤ走行速度を８００ｍ／ｍｉｎとした場合、表面粗さＲａは０．２３μｍとなった。また、平均ワイヤ走行速度を９００ｍ／ｍｉｎとした場合、表面粗さＲａは０．２２μｍとなった。
この結果から、平均ワイヤ走行速度を８００ｍ／ｍｉｎ以上にすれば、平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎとし場合と比較して表面粗さＲａがより小さくなり、更に高精度な形状品質の半導体ウェーハを得られることが確認できた。
（実施例２）
ワイヤに固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径は８〜１２μｍのものとしたこと以外、実施例１と同様な条件でワークの切断を行った。そして、切断後のウェーハの粗さＲａを測定し、測定した表面粗さが、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削可能か否かの判定を行った。
ワイヤに固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径は８〜１２μｍのものとしたこと以外、実施例１と同様な条件でワークの切断を行った。そして、切断後のウェーハの粗さＲａを測定し、測定した表面粗さが、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削可能か否かの判定を行った。
その結果、図５に示すように、平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎとした場合、表面粗さＲａは０．３０μｍとなった。平均ワイヤ走行速度を８００ｍ／ｍｉｎとした場合は、表面粗さＲａは０．２４μｍとなった。また、平均ワイヤ走行速度を９００ｍ／ｍｉｎとした場合は、表面粗さＲａは０．２５μｍとなった。
このように、実施例２のいずれの場合においても、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削を行える程度の表面粗さのウェーハが得られることが確認できた。そして、このような表面粗さのウェーハであれば、その後の研削工程で、表面粗さ除去のための研削を実施する必要が無く、＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削できるため、効率よく高精度な形状品質の半導体ウェーハを得ることができ、かつ、半導体ウェーハの製造における歩留まりを改善できることが確認された。
このように、実施例２のいずれの場合においても、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削を行える程度の表面粗さのウェーハが得られることが確認できた。そして、このような表面粗さのウェーハであれば、その後の研削工程で、表面粗さ除去のための研削を実施する必要が無く、＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削できるため、効率よく高精度な形状品質の半導体ウェーハを得ることができ、かつ、半導体ウェーハの製造における歩留まりを改善できることが確認された。
（比較例１）
平均ワイヤ走行速度を６００ｍ／ｍｉｎとしたこと以外、実施例１と同様な条件でワークの切断を行った。そして、切断後のウェーハの粗さＲａを測定し、測定した表面粗さが、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削可能か否かの判定を行った。ここで、比較例１では、ワイヤに固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径を１〜８μｍのものとした場合と、８〜１２μｍのものとした場合の２通りの切断を行った。
その結果、図５に示すように、ワイヤに固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径が１〜８μｍの場合、表面粗さＲａは０．４０μｍとなった。また、ワイヤに固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径が８〜１２μｍの場合、表面粗さＲａは０．４５μｍとなった。
このような、表面粗さのウェーハでは、その後の研削工程で、＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削する前に、表面粗さ除去のための研削を実施する必要が有るため、生産性が低下してしまうことが確認された。
平均ワイヤ走行速度を６００ｍ／ｍｉｎとしたこと以外、実施例１と同様な条件でワークの切断を行った。そして、切断後のウェーハの粗さＲａを測定し、測定した表面粗さが、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削可能か否かの判定を行った。ここで、比較例１では、ワイヤに固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径を１〜８μｍのものとした場合と、８〜１２μｍのものとした場合の２通りの切断を行った。
その結果、図５に示すように、ワイヤに固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径が１〜８μｍの場合、表面粗さＲａは０．４０μｍとなった。また、ワイヤに固着させたダイヤモンド砥粒の平均砥粒径が８〜１２μｍの場合、表面粗さＲａは０．４５μｍとなった。
このような、表面粗さのウェーハでは、その後の研削工程で、＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石で研削する前に、表面粗さ除去のための研削を実施する必要が有るため、生産性が低下してしまうことが確認された。
（実施例３）
実施例３においては、図２に示すような、固定砥粒方式のワイヤソーを用いて、ワークの切断を行い、切断した後のウェーハの疑似ナノトポグラフィとダイヤモンド砥粒の平均砥粒径及び砥粒数との関係を調査した。切断対象のワークとして、直径３００ｍｍ、長さ２００ｍｍの寸法のシリコンインゴットを使用した。
また、ワイヤソーのワイヤの張力は２５Ｎ、新線供給量は４ｍ／ｍｉｎ、往復走行における走行方向の正反転サイクルは１２０ｓｅｃ、平均ワイヤ走行速度は７００ｍ／ｍｉｎとした。
そして、切断に使用するワイヤに固着する砥粒の平均砥粒径と砥粒数は以下の表１に示す組み合わせとして、繰り返しワークの切断を行った。
実施例３においては、図２に示すような、固定砥粒方式のワイヤソーを用いて、ワークの切断を行い、切断した後のウェーハの疑似ナノトポグラフィとダイヤモンド砥粒の平均砥粒径及び砥粒数との関係を調査した。切断対象のワークとして、直径３００ｍｍ、長さ２００ｍｍの寸法のシリコンインゴットを使用した。
また、ワイヤソーのワイヤの張力は２５Ｎ、新線供給量は４ｍ／ｍｉｎ、往復走行における走行方向の正反転サイクルは１２０ｓｅｃ、平均ワイヤ走行速度は７００ｍ／ｍｉｎとした。
そして、切断に使用するワイヤに固着する砥粒の平均砥粒径と砥粒数は以下の表１に示す組み合わせとして、繰り返しワークの切断を行った。
その結果、図６、表２に示すように、特に平均砥粒径が１〜１２μｍで、かつ、砥粒数が５００個／ｍｍ２以上の条件を満たす場合には、疑似ナノトポグラフィは０．５３〜０．６２と極めて小さい値となることが分かった。
従って、平均砥粒径が１〜１２μｍで、かつ、砥粒数が５００個／ｍｍ２以上となるようにワイヤの外周面に固着することで、疑似ナノポトグラフィをより大幅に改善でき、その結果、より高精度な形状品質の半導体ウェーハを効率よく得られることが分かった。
従って、平均砥粒径が１〜１２μｍで、かつ、砥粒数が５００個／ｍｍ２以上となるようにワイヤの外周面に固着することで、疑似ナノポトグラフィをより大幅に改善でき、その結果、より高精度な形状品質の半導体ウェーハを効率よく得られることが分かった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…ワイヤソー、 ２…ワイヤ、 ３…溝付きローラ、
４、４’…ワイヤ張力付与機構、 ５…ワーク送り手段、
６…加工液供給手段、 ７、７’…ワイヤリール、
８…タンク、 ９…チラー、 １０…駆動用モータ、 １１…ノズル、
２１…両頭研削装置、 ２２…ウェーハホルダー、 ２３…静圧支持部材、
２４…砥石、 ２５…モータ、
３１…両面研磨装置、 ３２…上定盤、 ３３…下定盤、 ３４…研磨布、
３５…サンギヤ、 ３６…インターナルギヤ、 ３７…キャリア、
Ｗ１…ワーク、 Ｗ２…ウェーハ。
４、４’…ワイヤ張力付与機構、 ５…ワーク送り手段、
６…加工液供給手段、 ７、７’…ワイヤリール、
８…タンク、 ９…チラー、 １０…駆動用モータ、 １１…ノズル、
２１…両頭研削装置、 ２２…ウェーハホルダー、 ２３…静圧支持部材、
２４…砥石、 ２５…モータ、
３１…両面研磨装置、 ３２…上定盤、 ３３…下定盤、 ３４…研磨布、
３５…サンギヤ、 ３６…インターナルギヤ、 ３７…キャリア、
Ｗ１…ワーク、 Ｗ２…ウェーハ。
Claims (4)
- 砥粒が固着されたワイヤを複数の溝付きローラに巻掛けし、前記ワイヤを軸方向に往復走行させ、前記往復走行するワイヤにワークを押し当てることで前記ワークからウェーハを切り出す切断工程と、前記切り出したウェーハの両面を研削する研削工程と、前記研削されたウェーハの両面を研磨する両面研磨工程とを含む半導体ウェーハの製造方法であって、
前記切断工程において、前記ワークを切断する時の平均ワイヤ走行速度を７００ｍ／ｍｉｎ以上として前記ワークからウェーハを切り出し、前記研削工程において、番手が＃８０００以上のダイヤモンド砥粒を使用した砥石により前記ウェーハの両面を１回研削し、その後、前記両面研磨工程において、前記ウェーハを両面研磨することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。 - 前記切断工程において、前記ワークを切断する時の平均ワイヤ走行速度を８００ｍ／ｍｉｎ以上として前記ワークから前記ウェーハを切り出すことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法。
- 前記切断工程において、前記砥粒の平均砥粒径が１〜１２μｍ、砥粒数が５００個／ｍｍ２以上となるように前記ワイヤに固着することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体ウェーハの製造方法。
- 前記研削工程において、前記ウェーハの両面を同時に研削することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの製造方法。
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