JP2865250B1 - シリコン半導体ウエハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ウエハ加工工程において高平坦度加工を可能
とする。 【解決手段】 ラップ工程では、ウエハ１の周辺からス
ラリーがウエハ１の表面に分布されると同時に、キャリ
ア内で自転するウエハ１の直線溝によってスラリーが掻
き取られるように作用し、ウエハ１の中心部にも十二分
にスラリーが進入して研磨に使用され研磨スピードが向
上するばかりでなく、高平坦度化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大口径のシリコン
半導体ウエハの製造方法、詳しくはラップ、平面研削、
最終研磨（ポリッシュ）工程の生産性（研磨速度）と加
工精度（平坦度）を向上させたシリコン半導体ウエハの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣ、ダイオード、トランジスタ
等の半導体デバイスの原料であるシリコンウエハ等の半
導体基板（以下、ウエハという）は、ＦＺ（フローティ
ングゾーン）法、ＣＺ（チョクラルスキー）法などと呼
ばれる方法で製造される円筒型のシリコン単結晶インゴ
ットを、円筒機械研磨及び湿式エッチング加工等で外形
を整えた後に、スライス、ラップ又は平面研削、エッチ
ング、ポリッシュなどのウエハ加工工程を経て製造さ
れ、種々目的のデバイス製造に供される。上記ラップ工
程では、互いに逆転する上下定盤の間でキャリヤに保持
されたウエハに対し、相対速度を与えながらスラリー
（研磨砥粒液）を供給し、このスラリーがウエハの外周
からウエハ面内へ入り込んで行くことにより、研磨作用
が得られる。上記平面研削工程では、特殊ウエハ保持盤
に真空吸着されたウエハを回転させ、その研削面に中空
円筒の端面にダイヤモンドが電着された砥石をウエハの
半径分重ね合わせて圧接回転させ、ろ過水を供給しなが
ら研削している。上記最終研磨（ポリッシュ）工程で
は、ガラスプレートに貼着保持されるか、或いはテンプ
レートに接着保持された単数、又は複数のウエハを、研
磨布（クロス）が貼付けられたターンテーブルに対して
相対速度を与えると共にスラリーを供給し、このスラリ
ーがウエハの周辺からウエハと研磨布との間に進入し
て、該研磨布に含浸保持されることにより、研磨作用が
得られる。ところで、このウエハについては、半導体デ
バイスの大容量化のためのデバイスチップ面積の拡大に
伴い、チップ理論取得率の向上を図るために直径が年々
大きくなってきており、現在では直径２００ｍｍが主体
であり、直径３００ｍｍのサンプル出荷も始まってい
る。今後は、益々ウエハ大口径化の傾向は続くものと見
られ、近い将来、直径４００ｍｍウエハ実現の可能性も
出てきている。一方、半導体デバイスの高集積化のため
にデザインルール（加工線幅）の微細化技術も進んでき
ているが、これにはウエハの平坦度（フラットネス）が
非常に重要であり、大口径化と共に平坦度の高いウエハ
の要求も高まってきている。このような背景の下でもウ
エハの加工技術については、加工装置、加工設備の大型
化という流れはあったものの、基本的に大きな変化はな
く、従来からの小口径ウエハ（例えば直径１５０ｍｍ以
下）の加工技術を踏襲してきていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、このよう
な従来技術では、ウエハの大口径化ので高平坦度を実現
させる上で、以下に示すような不具合があった。ラップ
工程では、スラリーがウエハ外周からウエハ面内へ入り
込んで行くことにより研磨作用が得られるため、ウエハ
の直径が大きくなるにつれ、スラリーの入り込み量がウ
エハ面積に比較して相対的に少なくなり、研磨スピード
が低下すると共に、ウエハの外周付近とウエハ内部との
スラリー量に差が生じ、それが内外部の研磨量の差とな
って、結果的に平坦度が悪化するという問題があった。
平面研削工程では、その研削時に多量の研削粉が発生す
るが、このうち一部の研削粉は、ダイヤモンド砥石に固
着し目詰まりを起こして研削機能を低下させたり、また
そのままウエハ面を引きずられてウエハ外周まで移動し
研削面にキズを発生させたりするという問題があった。
特にウエハが大口径になると、上記移動距離が長くなっ
てキズ発生率が高くなる傾向があった。また最終研磨
（ポリッシュ）工程では、ウエハが大口径化するほどス
ラリーは内部まで十分に行き渡らず、研磨速度が低下す
るだけでなく、更にウエハ内外部でのスラリー分布が一
様にならず、研磨量に差が生じて加工精度（平坦度）も
悪化するという問題があった。従って、このように従来
技術では、ウエハの大口径化でのフラットネス要求に対
応できず、新しい技術の開発が待たれていた。

【０００４】本発明のうち請求項１記載の発明は、ウエ
ハ加工工程において研磨面にキズを発生させずに大口径
化の下で高平坦度加工を可能とすることを目的としたも
のである。請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発
明の目的に加えて、最終研磨工程においても研磨面にキ
ズを発生させずに大口径化の下で高平坦度加工を可能と
することを目的としたものである。請求項３記載の発明
は、請求項２に記載の発明の目的に加えて、加工表面か
らシリコンが剥離し微細粒子となって研磨中の傷の原因
等となることを完全に排除することを目的としたもので
ある。請求項４記載の発明は、請求項１に記載の発明の
目的に加えて、特に直径が３００ｍｍ以上のウエハ加工
工程において研磨面にキズを発生させずに高平坦度加工
を可能とすることを目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうち請求項１記載の発明は、シリコン
半導体ウエハの両面に、互いに直交するスラリー案内用
の直線溝を一対以上スライス直後に形成し、その後ラッ
プまたは平面研削加工を行うことを特徴とするものであ
る。請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成
に、前記シリコン半導体ウエハの両面に形成された直線
溝のうち、少なくともパターンを形成する研磨面側の直
線溝が、最終研磨加工開始の直前には存在していること
を特徴とする。請求項３記載の発明は、請求項２記載の
発明の構成に、前記シリコン半導体ウエハの両面に形成
された直線溝の表面が、最終研磨加工の前にエッチング
処理される構成を加えたことを特徴とする。請求項４記
載の発明は、請求項１記載の発明の構成に、前記シリコ
ン半導体ウエハの直径が３００ｍｍ以上である構成を加
えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】請求項１の発明は、シリコン半導体ウエハの両
面に、互いに直交する直線溝を一対以上スライス直後に
形成した後に、ラップまたは平面研削加工を行うことに
より、以下の作用が生じる。ラップ工程では、上下定盤
の間でキャリアに保持されて自転しながら公転するウエ
ハに対し、上定盤に形成された格子状溝の交点に貫通す
るスラリー供給孔からスラリーを供給することにより、
ウエハの周辺から定盤の溝を経由してスラリーがウエハ
の表面に分布されると同時に、キャリア内で自転するウ
エハの直線溝によってスラリーが掻き取られるように作
用し、ウエハの中心部にも十二分にスラリーが進入して
研磨に使用され、その結果、研磨面上のスラリー量が増
し研磨スピードが向上するばかりでなく、ウエハ表面の
スラリー分布が一様になり、当然のことながら大口径の
ウエハであっても研磨面全体が均等に研磨され、また加
工によって生じる廃スラリーについても直線溝の排出作
用で、いつまでもウエハ研磨面内部に留まることがなく
スラリーの供給、排出が良好で、ウエハ品質上好ましい
状態を維持しながら加工可能となる。平面研削工程で
は、研削時に発生する研削粉が、発生とほとんど同時に
ウエハの直線溝に落ち込むことにより、ダイヤモンド砥
石に固着して目詰まりの原因にならない。またウエハ面
を引きずられることなく直線溝を伝わってウエハの周辺
に排出されるため、大口径のウエハであっても研磨面に
いつまでも研削粉が残ることがなくキズの原因とならな
い。請求項２の発明は、請求項１記載の構成に対して、
前記シリコン半導体ウエハの両面に形成された直線溝の
うち、少なくともパターンを形成する研磨面側の直線溝
が、最終研磨加工開始の直前には存在している構成を追
加することにより、以下の作用が生じる。最終研磨（ポ
リッシュ）工程では、研磨中のウエハ側面に研磨面へ入
り込めないスラリーが液溜まりとなって停滞するもの
の、ウエハと共に直線溝が回転することにより、この溜
まっているスラリーを掻き取るように作用して、ウエハ
の研磨面内部へスラリーが十分に供給される。その結
果、大口径のウエハであっても生産性（研磨速度）が良
好で加工精度の優れた半導体ウエハを製造できる。請求
項３の発明は、請求項２記載の構成に対して、前記シリ
コン半導体ウエハの両面に形成された直線溝の表面が、
最終研磨加工の前にエッチング処理される構成を追加す
ることにより、以下の作用が生じる。直線溝を形成する
手段としては、一般的に機械的加工方法によるのが容易
である。この加工方法によって形成された直線溝は、必
然的に表面からある深さまでは加工による歪みを有して
いる。この直線溝の表面をエッチング処理することによ
り加工歪みが除去され、その結果、加工表面からシリコ
ンが剥離し微細粒子となって研磨中の傷の原因等となる
ことを完全に排除できる。請求項４の発明は、請求項１
記載の構成に対して、前記シリコン半導体ウエハの直径
が３００ｍｍ以上である構成を追加することにより、上
述した諸作用や効果が顕著になる。その結果、特に直径
が３００ｍｍ以上のウエハ加工工程において研磨面にキ
ズを発生させずに高平坦度加工が可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。この実施例は、外径が３００ｍｍの円
筒型半導体シリコンインゴットを、内周刃スライサ−に
て目標厚さ１０００μｍのウエハ１を切り出し、その
後、このウエハ１をウエハ保持盤に吸着保持して、刃先
断面形状が円弧形状で刃厚が８００μｍの回転する＃１
５００ダイヤモンド砥石により、図１に示す如く上記ウ
エハ１の研磨面側は、その中心を通る十字線状の直線溝
１ｂ，１ｂを、その反対面側にも十字線状の直線溝２
ｂ，２ｂを深さ９０μｍで一対ずつ形成したものであ
る。（但し、溝深さは必ずしも表裏同一である必要はな
い）

【０００８】次いで、上記ウエハ１を酢酸、硝酸、フッ
酸からなる混合酸に浸漬し、該ウエハ１の両面同時に表
裏合わせて目標値６０μｍエッチング代でエッチングす
る。このエッチング工程では、当然ながら上記ウエハ１
両面の直線溝１ｂ，２ｂもその表面からほぼ３０μｍエ
ッチングされる。その結果、該砥石での機械加工歪が除
去され、加工表面からシリコンが剥離し微細粒子となっ
て研磨中の傷の原因等となることを完全に排除できる。
尚、最終的には、これら直線溝１ｂの表面は研磨されて
鏡面にすることが好ましいが、この段階で光沢度でいえ
ば、ほぼ７０％以上は確保できる。

【０００９】その後、２軸平面研削盤（＃４００、＃２
０００）の特殊ウエハ保持盤に前記ウエハ１を保持し、
片面を夫々目標値８０μｍずつ、表裏合わせて目標値１
６０μｍで平面研削する。尚、通常、平面研削加工は、
ウエハ１の片面ずつ行われるが、両頭平面研削盤などを
利用し、一定の間隙を保って回転する研削砥石の間に、
キャリヤに保持されたウエハ１を挿入することにより、
両面同時に平面研削加工しても良い。

【００１０】これに続いて、前記ウエハ１を酢酸、硝
酸、フッ酸からなる混合酸に再度浸漬し、該ウエハ１の
両面同時に表裏合わせて目標値３０μｍエッチング代で
エッチングする。このエッチング工程では、エッチング
処理代をできるだけ少なくし、平面研削されたウエハ１
の良好な加工精度を崩さないようにするが、当然ながら
上記ウエハ１両面の直線溝１ｂ，２ｂは、その表面から
ほぼ１５μｍエッチングされる。その結果、前記エッチ
ング代３０μｍと合わせ、合計４５μｍのエッチング処
理がなされ、直線溝１ｂ，２ｂの表面の光沢度も更に増
大する。

【００１１】次いで、前記ウエハ１を熱処理することも
ある。

【００１２】その後、最終研磨加工として、前記ウエハ
１を保持する複数のキャリヤと、研磨布が貼付けられた
上下一対の金属製定盤と、上記キャリヤを上下定盤の間
で遊星運動させるためのサンギア及びインターナルギア
よりなる両面研磨機にて、スラリーを供給しながら加圧
し、ウエハ１の表裏合わせて目標研磨代２０μｍで、図
２に示す如く研磨して鏡面に仕上げる。この時の最終ウ
エハ１の厚さは７３０μｍである。

【００１３】本実施例では、最終研磨加工がポリッシン
グであって、このポリッシング終了時点で出荷される中
間製品を示し、このポリッシュ工程では、上述した直線
溝１ｂ，２ｂが形成されたウエハ１には、次のような作
用が生じる。上記直線溝１ｂ，２ｂの溝幅は、ウエハ１
の円周長に比べて小さいが、ウエハが回転することによ
って、研磨中にウエハ１の側面と研磨布とのコーナーの
部分において、ウエハ１の上下に入り込めない「液溜ま
り」状となっているスラリーを、回転する直線溝が掻き
取るように作用して、ウエハ１の研磨面内部へスラリー
を十分に取り込むことができる。

【００１４】また研磨方法としても現状加工精度に関し
ては、中でも最良といわれる両面同時研磨方式を採用す
れば、加工精度としては最良のものを得られる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明は、ラップ工程ではウエハに対し、上定
盤に形成された格子状溝の交点に貫通するスラリー供給
孔からスラリーを供給することにより、ウエハの周辺か
ら定盤の溝を経由してスラリーがウエハの表面に分布さ
れると同時に、キャリア内で自転するウエハの直線溝に
よってスラリーが掻き取られるように作用し、ウエハの
中心部にも十二分にスラリーが進入して研磨に使用され
て、研磨面上のスラリー量が増し研磨スピードが向上す
るばかりでなく、ウエハ表面のスラリー分布が一様にな
り、また平面研削工程では、研削時に発生する研削粉
が、発生とほとんど同時に直線溝に落ち込むことにより
ウエハ面を引きずられることなく直線溝を伝わってウエ
ハの周辺に排出されるので、ダイヤモンド砥石に固着し
て目詰まりの原因とならず、ウエハ加工工程において研
磨面にキズを発生させずに高平坦度加工が可能となる。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１の発明の効果
に加えて、研磨中のウエハ側面に研磨面へ入り込めない
スラリーが液溜まりとなって停滞するものの、ウエハと
共に直線溝が回転することにより、この溜まっているス
ラリーを掻き取るように作用して、ウエハの研磨面内部
へスラリーが十分に供給されるので、最終研磨工程にお
いても高平坦度加工が可能となる。

【００１７】請求項３の発明は、請求項２の発明の効果
に加えて、直線溝を形成する際に発生した機械的加工歪
がエッチング処理によって除去されるので、加工表面か
らシリコンが剥離し微細粒子となって研磨中の傷の原因
等となることを完全に排除できる。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１の発明の効果
に加えて、シリコン半導体ウエハの直径が３００ｍｍ以
上である時に、上述した諸作用や効果が顕著になるの
で、特に直径が３００ｍｍ以上のウエハ加工工程におい
て研磨面にキズを発生させずに高平坦度加工が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すシリコン半導体ウエ
ハの正面図である。

【図２】 図１の（２）−（２）線に沿える部分的な拡
大断面図である。

【符号の説明】

１… シリコン半導体ウエハ １ａ… 研磨面 １ｂ，２ｂ… 直線溝

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン半導体ウエハ（１）の両面に、
   互いに直交するスラリー案内用の直線溝（１ｂ）を一対
   以上スライス直後に形成し、その後ラップまたは平面研
   削加工を行うことを特徴とする半導体ウエハの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記シリコン半導体ウエハ（１）の両面
   に形成された直線溝（１ｂ，２ｂ）のうち、少なくとも
   パターンを形成する研磨面（１ａ）側の直線溝（１ｂ）
   が、最終研磨加工開始の直前には存在している請求項１
   記載の半導体ウエハ製造方法。
3. 【請求項３】 前記シリコン半導体ウエハ（１）の両面
   に形成された直線溝（１ｂ，２ｂ）の表面が、最終研磨
   加工の前にエッチング処理される請求項２記載の半導体
   ウエハ製造方法。
4. 【請求項４】 前記シリコン半導体ウエハ（１）の直径
   が３００ｍｍ以上である請求項１記載の半導体ウエハ製
   造方法。