JP2018152456A - ウェーハの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 エッチングで生じる面取り断面形状の円周方向ばらつきを抑制することができるウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 ウェーハの周縁部の面取り加工、主面のラッピング又は両面研削加工、エッチング加工、主面の鏡面研磨加工、面取り部の鏡面研磨加工の各工程を有し、製品ウェーハを製造する方法であって、面取り部の断面形状を、第1の主面から連続する第1の傾斜部と、第1の傾斜部から連続する曲率半径R1の第1の円弧部と、第2の主面から連続する第2の傾斜部と、第2の傾斜部から連続する曲率半径R2の第2の円弧部と、第1の円弧部と第2の円弧部を接続する端部とからなるものとし、面取り加工において、製品ウェーハにおけるR1及びR2の目標値の範囲内よりも小さいR1及びR2に加工し、面取り部の鏡面研磨加工において、製品ウェーハにおけるR1及びR2の目標値の範囲内になるように加工するウェーハの製造方法。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ウェーハの製造方法に関する。
半導体ウェーハの製造方法としては、(a)単結晶インゴットから薄板ウェーハを切り出すスライス工程と、(b)ウェーハの外周部のカケを防止するための面取り工程と、(c)ウェーハの厚さばらつきをなくすためのラッピング工程もしくは両面研削工程と、(d)上記の面取り加工、ラッピングや研削で導入された加工歪みや汚染物を除去するためのエッチング工程と、(e)ウェーハの主表面の片面又は両面を鏡面にする鏡面研磨工程、及び(f)面取り部を鏡面にする鏡面研磨工程とを順次行うことが一般的である。
上記のエッチング工程では、例えばフッ化水素、硝酸、酢酸などからなる混酸を用いる酸エッチングと、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリを用いるアルカリエッチングとがある。
酸エッチングは、エッチングレートや面状態の制御が容易であるという利点がある一方、エッチングレートが大きいため、ラッピング及び両面研削により向上したウェーハの平坦度を悪化させるという欠点がある。
一方、アルカリエッチングでは、エッチングレートが遅いためにウェーハの平坦度を維持することが可能であり、エッチング後に良好な平坦度のウェーハを得ることができるという利点を有する。
近年、厳しい平坦度要求を達成するために、アルカリエッチングが広く用いられている。
国際公開第WO2008/093488号パンフレット 特開2015−153999号公報
しかし、特にアルカリエッチングでは、結晶方位によってエッチング速度が異なるため、面取部の最外周及び曲線部のエッチング量は結晶方位角度によって異なり、その結果面取り断面形状は円周方向の位置によって変化してしまう。
また、後に行われる面取り部鏡面研磨加工の取り代は円周方向で均一であるため、アルカリエッチング加工により生じた面取り断面形状寸法の円周方向ばらつきが残存し、円周方向で均一な面取り断面形状が得られないという問題があった。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、エッチングで生じる面取り断面形状の円周方向ばらつきを抑制することができるウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、単結晶インゴットからスライスされたウェーハの周縁部を研削して面取り加工を行う工程と、前記面取り加工を行ったウェーハの主面にラッピング又は両面研削加工を行う工程と、前記ラッピング又は両面研削加工を行ったウェーハにエッチング加工を行う工程と、前記エッチング加工を行ったウェーハの主面に片面又は両面の鏡面研磨加工を行う工程と、前記鏡面研磨加工を行ったウェーハの面取り部を鏡面研磨加工する工程とを有し、製品となるウェーハを製造する方法であって、前記面取り加工を行う工程よりも後のウェーハにおける面取り部の断面形状を、前記ウェーハの一方の主面である第1の主面から連続するとともに該第1の主面から傾斜した第1の傾斜部と、該第1の傾斜部から連続する円弧状の部分であり、曲率半径R1を有する第1の円弧部と、前記ウェーハのもう一方の主面である第2の主面から連続するとともに該第2の主面から傾斜した第2の傾斜部と、該第2の傾斜部から連続する円弧状の部分であり、曲率半径R2を有する第2の円弧部と、前記第1の円弧部と前記第2の円弧部を接続するとともに前記ウェーハの最外周端部を構成する端部とからなるものとし、前記面取り加工において、前記製品となるウェーハにおける前記R1及び前記R2の目標値の範囲内よりも小さい前記R1及び前記R2となるように面取り加工を行い、前記面取り部の鏡面研磨加工において、前記製品となるウェーハにおける前記R1及び前記R2の目標値の範囲内の前記R1及び前記R2となるように前記面取り部の鏡面研磨加工を行って前記製品となるウェーハを製造することを特徴とするウェーハの製造方法を提供する。
このようなウェーハの製造方法であれば、製品ウェーハとして、目標値の範囲内のR1及びR2を有するとともに、従来よりも、円周方向で均一な面取り断面形状を有するウェーハを製造することができる。
また、前記面取り加工において、前記R1及びR2が50μm以上200μm以下の範囲内になるように加工を行うことが好ましい。
このような範囲で面取り加工を行うことにより、より効果的に、製品となるウェーハの面取り断面形状の円周方向における均一性を得ることができる。
また、ウェーハの製造方法では、前記エッチング加工を、アルカリ系水溶液を用いて行うことができる。
このようなアルカリ系水溶液を用いたエッチング加工により、ウェーハの主面の平坦度を維持しやすくなる。また、本発明のウェーハの製造方法は、面取り断面形状のウェーハ円周方向の分布を変化させやすいアルカリ系水溶液を用いたアルカリエッチング加工を行う場合に特に好適に採用することができる。
また、前記単結晶インゴットを単結晶シリコンインゴットとすることができる。
本発明のウェーハの製造方法は、単結晶シリコンインゴットから得られる単結晶シリコンウェーハの製造方法において特に好適に用いることができる。
本発明によるウェーハの製造方法であれば、製品ウェーハとして、目標値の範囲内のR1及びR2を有するとともに、従来よりも、円周方向で均一な面取り断面形状を有するウェーハを製造することができる。特に、面取り断面形状がウェーハの円周方向の位置によって変化しやすいアルカリによるエッチングを行う場合でも、円周方向で均一な面取り断面形状を有するウェーハを製造することができる。
本発明のウェーハの製造方法の一例を示すフロー図である。 実施例1による面取り加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値の円周方向変化を示すグラフである。 実施例1によるエッチング加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値の円周方向変化を示すグラフである。 実施例1による面取り部鏡面研磨加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値の円周方向変化を示すグラフである。 実施例1による面取り部鏡面研磨加工後の面取り断面形状寸法BC値の円周方向変化を示すグラフである。 実施例2による面取り加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値の円周方向変化を示すグラフである。 実施例2によるエッチング加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値の円周方向変化を示すグラフである。 実施例2による面取り部鏡面研磨加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値の円周方向変化を示すグラフである。 実施例2による面取り部鏡面研磨加工後の面取り断面形状寸法BC値の円周方向変化を示すグラフである。 比較例による面取り加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値の円周方向変化を示すグラフである。 比較例によるエッチング加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値の円周方向変化を示すグラフである。 比較例による面取り部鏡面研磨加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値の円周方向変化を示すグラフである。 比較例による面取り部鏡面研磨加工後の面取り断面形状寸法BC値の円周方向変化を示すグラフである。 面取り断面形状寸法R1値、R2値、BC値を説明する模式的な断面図である。
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上記のように、エッチング、特にアルカリエッチングで生じる面取り断面形状の円周方向でのばらつきの問題を解決することができるウェーハの製造方法が求められている。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、面取り加工の段階では、最終的に製品となるウェーハの面取り形状の仕様範囲における円弧部の曲率半径R1及びR2の値よりも小さいR1及びR2となるように加工しておき、面取り部鏡面研磨の段階において、仕様の範囲内のR1及びR2となるように鏡面研磨を行うことにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明のウェーハの製造方法を完成させた。
従来、アルカリエッチングによってウェーハ周縁部の面取り断面形状が均一でなくなるという問題点について、種々の対応策があった(例えば、特許文献1、2)。しかしながら、従来は、本発明のように面取り加工の段階で最終的なウェーハの仕様よりもR1及びR2を小さく設定するということはなかった。特に、従来は、最終的なウェーハの円弧部のR1及びR2を仕様の範囲内とするために、面取り加工直後の円弧部のR1及びR2を最終的なウェーハのR1及びR2と同等となるようにし、面取り部鏡面研磨工程では円弧部のR1及びR2を大きく変化させない加工を行っていた。
以下、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。図1は、本発明のウェーハの製造方法の一例を示すフローである。
まず、図1(1)に示すように、単結晶インゴットをスライスしてスライスウェーハを得る(工程1)。このときの単結晶インゴットとして、単結晶シリコンインゴットを用いることができる。本発明のウェーハの製造方法は、半導体ウェーハ、特に、単結晶シリコンインゴットから得られる単結晶シリコンウェーハの製造方法において特に好適に用いることができる。
次に、図1(2)に示すように、上記工程1で単結晶インゴットからスライスされたウェーハの周縁部を研削して面取り加工を行う(工程2)。
ここで、面取り加工を行う工程よりも後のウェーハにおける面取り部の断面形状(面取り断面形状)について、図14を参照して説明する。図14は、ウェーハの周縁部11を示している。ウェーハは2つの主面21、22を有している。便宜上、一方の主面を第1の主面21、もう一方の主面を第2の主面22とする。面取り断面形状は、ウェーハの一方の主面である第1の主面21から連続するとともに該第1の主面21から傾斜した第1の傾斜部31と、該第1の傾斜部31から連続する円弧状の部分であり、曲率半径R1を有する第1の円弧部41とを有している。また、この面取り断面形状は、ウェーハのもう一方の主面である第2の主面22から連続するとともに該第2の主面22から傾斜した第2の傾斜部32と、該第2の傾斜部32から連続する円弧状の部分であり、曲率半径R2を有する第2の円弧部42とを有している。さらに、面取り断面形状は、第1の円弧部41と第2の円弧部42を接続するとともにウェーハの最外周端部を構成する端部51を有している。端部51はほぼ平面とすることができる。
ここで、図14に示した面取り断面形状の寸法のうち、R1は上記のように第1の円弧部41の曲率半径であり、R2は上記のように第2の円弧部42の曲率半径である。面取り断面形状の寸法としては、この他に、「BC値」を定義することができる。このBC値は、ウェーハの最外周端からウェーハの内側に50μmの位置におけるウェーハの厚さである(図14参照)。
本発明では、この工程2の面取り加工において、製品となるウェーハにおけるR1及びR2の目標値(すなわち、製品ウェーハの仕様)の範囲内よりも小さいR1及びR2となるように面取り加工を行う。
例えば、最終的な製品ウェーハの仕様において、面取り断面形状寸法R1値及びR2値が250μm以上300μm以下であることが定められている場合、面取り加工の段階では、R1値及びR2値を250μm未満となるように面取りする。本発明では、特に、面取り断面形状寸法R1値及びR2値が50μm以上200μm以下の範囲内になるように、上記のスライスウェーハの周縁部を研削する面取り加工を行うことが好ましい。この際、面取り断面形状寸法R1値及びR2値を50μm以上150μm以下とすることがより好ましい。また、面取り断面形状寸法R1値及びR2値を50μm以上100μm以下とすることが特に好ましい。
本発明では、面取り断面形状寸法R1値及びR2値を小さくするほどエッチング(特にアルカリエッチング)で生じる面取り断面形状の円周方向ばらつきを抑制できる点では好ましい。その一方で、面取り加工により後に行われる加工工程におけるウェーハ外周からのカケ・チップや割れの発生や、ウェーハ・ハンドリング治具の接触によるウェーハ外周からのカケ・チップや割れの発生を抑制するためには、上記のように、面取り断面形状寸法R1値及びR2値を50μm以上とすることが好ましい。
上記のように工程2の面取り加工を行った後、次に、図1(3)に示すように、面取り加工を行ったウェーハの主面にラッピング又は両面研削加工を行う(工程3)。
次に、図1(4)に示すように、面取りやラッピング等の加工で入った加工歪みの除去のために、ラッピング又は両面研削加工を行ったウェーハにエッチング加工を行う(工程4)。この際、エッチング加工を、アルカリ系水溶液を用いて行うことが好ましい。アルカリ系水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液又は水酸化カリウム水溶液を好適に使用することができる。このように、エッチング加工を、水酸化ナトリウム水溶液又は水酸化カリウム水溶液等のアルカリ系水溶液を用いて行えば、エッチング加工によるウェーハ主面の形状変化を比較的抑制してエッチングすることができ、平坦度の高いウェーハを得ることができる。
その一方で、前述したように、ウェーハに対してアルカリエッチングを行う場合はエッチング異方性により面取り断面形状の円周方向ばらつきが生じるのであるが、本発明のように、面取り加工後の面取り断面形状寸法R1値及びR2値を小さくするほどアルカリエッチングで生じる面取り断面形状の円周方向ばらつきを抑制することができる。
次に、図1(5)に示すように、エッチング加工を行ったウェーハの主面に片面又は両面の鏡面研磨加工を行う(工程5)。
次に、図1(6)に示すように、主面に対する鏡面研磨加工を行ったウェーハの面取り部を鏡面研磨加工する(工程6)。この面取り部の鏡面研磨加工において、製品となるウェーハにおけるR1及びR2の目標値の範囲内になるように加工を行う。工程2の面取り加工で小さく形成したR1及びR2は、この工程6の面取り部鏡面研磨加工によって大きくすることが可能である。従って、工程2で最終的な製品ウェーハの仕様よりも小さいR1及びR2としても、工程6で仕様の範囲内にすることができる。
次に、図1(7)に示すように、必要に応じて、ウェーハの主面に最終研磨加工を行うことができる(工程7)。
以上のような工程を経て、製品となるウェーハを製造する。このようなウェーハの製造方法であれば、従来、特にアルカリエッチングで生じていた面取り断面形状の円周方向ばらつきの問題を解決することができ、ばらつきの少ない精密な面取り形状を有するウェーハを作製することができる。
また、本発明では、上記のように面取り加工の段階でR1及びR2を最終的な製品ウェーハの目標値の範囲内よりも小さく加工しておき、面取り部鏡面研磨の段階において、目標値の範囲内のR1値及びR2値となるように鏡面研磨を行うことを行えばよく、上記以外の各種工程を含んでいてもよい。例えば、必要に応じて、洗浄工程や熱処理工程等を上記各工程の前後に通常の方法で行ってもよい。
以下、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、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、後述の図2〜13に示される測定値はすべてコベルコ科研社製エッジプロファイラーLEPで測定したものである。
(実施例1)
以下のようにして、最終的な製品ウェーハのR1、R2の目標値を220μm以上300μm以下と定めて、ウェーハの製造を行った。
まず、単結晶シリコンインゴットをスライスし、スライスウェーハを得た(工程1)。次に、面取り断面形状寸法R1値及びR2値が50μm以上100μm以下の範囲内となるように設計した溝形状を有する研削ホイールを用いて高速で回転させ、保持台に保持された上記スライス工程後のシリコンウェーハの周縁部を上記研削ホイールに当接すると共に、ウェーハを回転させることで面取り加工を行った(工程2)。
この時点(工程2の面取り加工直後)で、シリコンウェーハの円周内9点、具体的にはノッチを基準に9°と351°を含む45°間隔の9箇所について面取り断面形状寸法R1値、R2値の測定を行った。この結果を図2に示す。図2に示したように、R1及びR2は、ウェーハの円周方向のいずれの点でも、50μm以上100μm以下であった。R1の最大値R1maxと、R1の最小値R1minの差であるR1max−R1min値は7.3μm、R2の最大値R2maxと、R2の最小値R2minの差であるR2max−R2min値は6.0μmであった。
次に、上記面取り工程後のシリコンウェーハに両面研削加工を行った(工程3)。より具体的には、ダイヤモンド砥粒を有する研削ホイール2個を、上記シリコンウェーハの両面にそれぞれ押し当てると共に、研削ホイール内に研削液を供給し、ウェーハを回転させることで両面研削加工を行った。
次に、上記両面研削工程後のシリコンウェーハを質量濃度約52%、液温約75℃に加熱された水酸化ナトリウム水溶液を用いて10分浸漬する事で、エッチング代が約20μmの厚さのエッチング加工を行った(工程4)。上記アルカリエッチング工程後のシリコンウェーハの面取り断面形状寸法を、上記と同様の箇所について前記測定条件と同じ条件で測定した。その結果を図3に示す。図3に示したように、アルカリエッチング工程直後の面取り断面形状は、図2と比べると測定点によって差が生じている(R1max−R1min値21.6μm、R2max−R2min値14.4μm)が、後述の比較例のエッチング加工直後の面取り断面形状(図11)と比較すると、格段に円周方向でのR1、R2の均一性が向上している。
次に、上記エッチング工程後のシリコンウェーハ両面に鏡面研磨加工を行った(工程5)。より具体的には、両面研磨装置用キャリアの保持孔に上記シリコンウェーハを保持し、両面研磨装置の上定盤と下定盤に研磨布を貼付してウェーハを挟み込み、研磨面に研磨材を供給しながら定盤を回転させることで両面に鏡面研磨加工を行った。
次に、スピードファム社製IV型鏡面面取り機を用いて、R1、R2の狙い値が250μmとなるようにして、面取り部鏡面研磨加工を行った(工程6)。上記面取り部鏡面研磨工程後のシリコンウェーハの面取り断面形状寸法を、上記と同様の箇所について測定した。このときの測定結果を、面取り断面形状寸法R1値、R2値について図4に、BC値について図5に示す。図5では、BC値の狙い値との差を示した。図4に示したように、R1、R2ともに円周方向の分布幅が小さい(R1max−R1min値21.6μm、R2max−R2min値14.4μm)。これは、特に後述の図12との比較でわかる。また、図4においてウェーハのR1、R2はともに235〜255μm程度であり、目標値の範囲内とすることができたことがわかる。また、図5に示したように、最終的なウェーハのBC値と、BC値の狙い値からのズレの差は小さく(BC値狙い値からのズレの最大値BCmaxと、最小値BCminの差であるBCmax−BCmin値は2.8μm)、また、その分布も均一なものであった。
(実施例2)
実施例1と同様の方法でスライスウェーハを得た後、実施例1と同様の方法で、面取り断面形状寸法R1値及びR2値が150〜200μmとなるように設計した溝形状を有する研削ホイールを用いて面取り加工を行った。
次に実施例1と同様の方法で、順次、両面研削加工、アルカリエッチング加工、両面鏡面研磨加工及び面取り部鏡面研磨加工を行った。
実施例1と同様に、上記面取り工程後、上記アルカリエッチング工程後、上記面取り部鏡面研磨工程後の面取り断面形状寸法を実施例1と同様の箇所について前記測定条件と同じ条件で測定した。上記面取り工程後の面取り断面形状寸法R1値、R2値を図6、アルカリエッチング工程後の面取り断面形状寸法R1値、R2値を図7、面取り部鏡面面取り工程後の面取り断面形状寸法R1値、R2値を図8、BC値を図9に示す。
(比較例)
実施例1と同様の方法でスライスウェーハを得た後、実施例1と同様の方法で、面取り断面形状寸法R1値及びR2値が250〜300μmとなるように設計した溝形状を有する研削ホイールを用いて面取り加工を行った。すなわち、面取り加工の段階から、最終的な製品ウェーハの仕様範囲内にあるR1値及びR2値とした。
次に実施例1と同様の方法で、順次、両面研削加工、アルカリエッチング加工、両面鏡面研磨加工及び面取り部鏡面研磨加工を行った。
実施例1と同様に、上記面取り工程後、上記アルカリエッチング工程後、上記面取り部鏡面研磨工程後の面取り断面形状寸法を実施例1と同様の箇所について前記測定条件と同じ条件で測定した。上記面取り工程後の面取り断面形状寸法R1値、R2値を図10、アルカリエッチング工程後の面取り断面形状寸法R1値、R2値を図11、面取り部鏡面面取り工程後の面取り断面形状寸法R1値、R2値を図12、BC値を図13に示す。
実施例1、2及び比較例で最終的に得られたウェーハのR1max−R1min値、R2max−R2min値、BCmax−BCmin値を表1にまとめた。
Figure 2018152456
表1に示すように、面取り断面形状寸法R1値及びR2値が250〜300μmとなるように面取り加工した比較例のウェーハよりも、面取り断面形状寸法R1値及びR2値が50〜100μmとなるように面取り加工した実施例1のウェーハ、面取り断面形状寸法R1値及びR2値が150〜200μmとなるように面取り加工した実施例2のウェーハの方が、R1値、R2値、BC値が円周方向で均一な面取り断面形状を有するウェーハを製造することができる。また、実施例1と実施例2を比較すると、面取り加工段階でよりR1値及びR2値を小さくした実施例1の方が、円周方向で均一な面取り断面形状を有する製品ウェーハを製造することができることがわかる。
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。
11…ウェーハ周縁部、
21…第1の主面、 22…第2の主面、
31…第1の傾斜部、 32…第2の傾斜部、
41…第1の円弧部、 42…第2の円弧部、
51…端部。

Claims (4)

  1. 単結晶インゴットからスライスされたウェーハの周縁部を研削して面取り加工を行う工程と、
    前記面取り加工を行ったウェーハの主面にラッピング又は両面研削加工を行う工程と、
    前記ラッピング又は両面研削加工を行ったウェーハにエッチング加工を行う工程と、
    前記エッチング加工を行ったウェーハの主面に片面又は両面の鏡面研磨加工を行う工程と、
    前記鏡面研磨加工を行ったウェーハの面取り部を鏡面研磨加工する工程と
    を有し、製品となるウェーハを製造する方法であって、
    前記面取り加工を行う工程よりも後のウェーハにおける面取り部の断面形状を、
    前記ウェーハの一方の主面である第1の主面から連続するとともに該第1の主面から傾斜した第1の傾斜部と、
    該第1の傾斜部から連続する円弧状の部分であり、曲率半径R1を有する第1の円弧部と、
    前記ウェーハのもう一方の主面である第2の主面から連続するとともに該第2の主面から傾斜した第2の傾斜部と、
    該第2の傾斜部から連続する円弧状の部分であり、曲率半径R2を有する第2の円弧部と、
    前記第1の円弧部と前記第2の円弧部を接続するとともに前記ウェーハの最外周端部を構成する端部と
    からなるものとし、
    前記面取り加工において、前記製品となるウェーハにおける前記R1及び前記R2の目標値の範囲内よりも小さい前記R1及び前記R2となるように面取り加工を行い、
    前記面取り部の鏡面研磨加工において、前記製品となるウェーハにおける前記R1及び前記R2の目標値の範囲内の前記R1及び前記R2となるように前記面取り部の鏡面研磨加工を行って前記製品となるウェーハを製造することを特徴とするウェーハの製造方法。
  2. 前記面取り加工において、前記R1及びR2が50μm以上200μm以下の範囲内になるように加工を行うことを特徴とする請求項1に記載のウェーハの製造方法。
  3. 前記エッチング加工を、アルカリ系水溶液を用いて行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のウェーハの製造方法。
  4. 前記単結晶インゴットを単結晶シリコンインゴットとすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のウェーハの製造方法。
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