JP3596363B2

JP3596363B2 - 半導体ウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP3596363B2
Application number: JP22144699A
Authority: JP
Inventors: 幸夫黒田; 恵一田中
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP2001044153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの製造方法、詳しくは平坦度不良と判定された研磨ウェーハの再生率を高められる半導体ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシリコンウェーハの製造方法の一例を図６のフローチャートを参照して説明する。
まず、スライス工程（Ｓ６０１）では、ＣＺ法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハをスライスする。次の面取り工程（Ｓ６０２）では、このシリコンウェーハの外周部に面取り加工を施す。続くラッピング工程（Ｓ６０３）においては、ラップ盤によりシリコンウェーハの表裏両面にラップ加工を施す。次のエッチング工程（Ｓ６０４）では、ラップドウェーハを所定のエッチング液（混酸、または、アルカリ）に浸漬し、そのラップ加工での歪み、面取り工程での歪みなどを除去する。この場合、通常、片面で２０μｍ、両面で４０μｍ程度のエッチングとなる。
【０００３】
それから、シリコンウェーハの表面を鏡面研磨する（Ｓ６０５）。この工程は、研磨装置の研磨ヘッドの下面に固定されたシリコンウェーハの表面を、回転中の研磨定盤上に展張された研磨布に押し付けることで行われる。
研磨終了後、研磨ヘッドからシリコンウェーハを取り外し、ウェーハ平坦度の検査を行う（Ｓ６０６）。この検査には平坦度測定器が用いられる。例えばＧＢＩＲ（ＴＴＶ）で、１．５μｍ以下を平坦度良（製品ウェーハ）とし、これに満たない場合には平坦度不良（不良ウェーハ）と判定される。基準値を満たし、平坦度良と判定された製品ウェーハは、その後、梱包されて出荷される（Ｓ６０７）。
一方、基準値を満たさず、平坦度不良と判定された不良ウェーハは、ふたたび鏡面研磨工程（Ｓ６０５）に戻されて、再生研磨が行われる。なお、この再生研磨の終了後に、もう一度、平坦度不良と判定された再不良ウェーハ（Ｓ６０８でＮＯ）は、そのまま廃棄処分される（Ｓ６０９）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来法によるシリコンウェーハの鏡面研磨によれば、以下の欠点があった。
すなわち、（１）図４の研磨後の半導体ウェーハのＧＢＩＲを示すグラフから明らかなように、従来のウェーハ製造方法では、仕上げ洗浄工程へ送られるシリコンウェーハのＧＢＩＲ（ＴＴＶ）が１μｍ前後であった。そのため、規格をＧＢＩＲが１．５μｍ以下とした場合、再生研磨を行っても、一般的に３％前後の出現率で、ふたたび平坦度不良と判定されるシリコンウェーハが存在していた。
【０００５】
（２）また、研磨装置によるシリコンウェーハの研磨は、研磨布の研磨作用面に所定圧力でウェーハ表面を押し付けるという主に機械的な研磨である。そのため、例えば研磨布の素材の種類、研磨布の目詰まりの度合い、研磨ヘッド側からウェーハに加えられる研磨圧の偏りなど、研磨量を増減させる要素が多い。これにより、現実的にシリコンウェーハの研磨量を微細に制御することはむずかしい。このため、鏡面研磨時の研磨量は、５〜２０μｍと比較的大きな値となっていた。よって、再生研磨時にも、これと同じ研磨量での研磨が行われることになる。
なお、この再研磨時の研磨量は、通常、再生研磨される不良ウェーハのＧＢＩＲを超える大きさである。図７は従来手段に係る半導体ウェーハの再生研磨量を示す説明図である。
したがって、再生されたシリコンウェーハ（以下、再生ウェーハという場合がある）はその厚さが薄くなり、十分なウェーハ強度が得られないという懸念があった。
【０００６】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、平坦度不良の半導体ウェーハの研磨面に、ＧＢＩＲが０．３μｍ以下となるプラズマエッチング（再生エッチング）を施せば、不良ウェーハの再生率を略１００％にすることができることを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、不良ウェーハの再生率を高めることができる半導体ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、再生処理を原因とした再生ウェーハの強度低下を防止することができる半導体ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハをエッチングするエッチング工程と、エッチング後、この半導体ウェーハの表面を研磨する研磨工程と、研磨された半導体ウェーハの平坦度を検査する検査工程と、検査工程で、平坦度不良と判定された半導体ウェーハの研磨面にプラズマエッチングを施す再生エッチング工程とを備えた半導体ウェーハの製造方法である。
半導体ウェーハの品種は限定されない。例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられる。半導体ウェーハの研磨後の平坦度は、例えばＧＢＩＲで１μｍ程度である（図４のグラフ参照）。
【０００９】
この研磨工程で使用される研磨装置は限定されない。例えば、１枚ずつ鏡面研磨する枚葉式の研磨装置でも、複数枚の半導体ウェーハを一括して鏡面研磨するバッチ式の研磨装置でもよい。
研磨面は、半導体ウェーハの表面である。ただし、ここでいう表面とは、外部に露出された面を意味する。したがってウェーハ裏面を含む。
また、半導体ウェーハの研磨取代は限定されない。ただし、通常は片面当たり５〜２０μｍ、好ましくは１０〜１５μｍである。５μｍ未満では研磨ウェーハの面質の改善すなわち完全鏡面化ができない。また、２０μｍを超えると、加工時間の増加に伴い生産性が低下するという不都合が生じる。
【００１０】
ウェーハ平坦度の検査法としては、例えばウェーハ表面に対してプリズムなどを使って測定光を斜めに投射させ、その反射光と、基準リファレンス面からの反射光とにより形成される干渉縞から、ウェーハ平坦度を測定する斜入射干渉計方式、ウェーハ表面に対して測定光を垂直に投射し、その反射光と基準リファレンス面からの反射光とにより形成される干渉縞により、ウェーハ平坦度を測定するフィゾー干渉計方式、ウェーハ表面とセンサ電極間の静電容量の変化量を検出して平坦度を測定する静電容量方式、レーザビーム、赤外ビームなどを使用して、ウェーハ表面からの反射光を受光素子により検出し、これに基づいて反射光量差や反射光の移動量を検出することでウェーハ平坦度を測定する光電方式、超音波を音源とし、これがウェーハ表面から反射される時間を検出してウェーハ平坦度を測定する超音波方式などの各種の検査法が挙げられる。
この検査における良否判定の基準値は限定されない。例えば、ＧＢＩＲで１．５μｍなどが挙げられる。
【００１１】
上記プラスマエッチングとは、反応性ガスプラズマを利用したドライエッチングの一種であり、一般的には、高周波放電プラズマ中に発生した化学的に活性度の高い励起状態にある原子または分子（ラジカル）を反応種として用いる化学反応をいう。
再生エッチング時のエッチング量は限定されない。ただし、通常は０．５〜５μｍである。また、プラズマエッチングのエッチングレートは、通常２００ｍｍウェーハで０．５〜１．０μｍ／分である。
このプラズマエッチング後の半導体ウェーハのＧＢＩＲは、図５のプラズマエッチング後の半導体ウェーハのＧＢＩＲを示すグラフからわかるように、０．３μｍ前後の高平坦度である。
【００１２】
使用されるエッチングガスは、一般的に、プラズマエッチングされる対象材料によって決定される。そのガスの選択では、まず対象材料と化学反応し、蒸気圧の高い反応生成物を形成できるものを選択する。
半導体ウェーハのエッチングには、一般にハロゲンを含むガスが用いられる。例えば、シリコンウェーハのエッチングではＳＦ_６、ＳｉＦ_４、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＢｒ_４などが挙げられる。いずれも、蒸気圧が高く、エッチング用のガスとしてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素といったハロゲン元素を含有する安定的なガス分子となる。
【００１３】
プラズマエッチングにおけるエッチングガスの動作圧力領域は、通常、０．１〜数Ｔｏｒｒと、希薄な気相状態のプラズマが用いられる。なお、この低圧ガスプラズマの制御には、ガス圧力と放電パラメータを定量的に設定する必要がある。
高周波電力は、容量的または誘導的に印加される。半導体ウェーハは電気的に浮遊状態におかれるので、プラズマ中のイオンは、プラズマ電位と浮遊電位との差によって加速され、半導体ウェーハに入射される。なお、プラズマ電位と浮遊電位との差は、数十Ｖくらいと小さい。主なエッチング種は前述したラジカルであり、加工形状は等方的である。
【００１４】
半導体ウェーハの表面を均一にプラズマエッチングするのに適した方法として、ＰＡＣＥ（ＰｌａｓｍａＡｓｓｉｓｔｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｔｃｈｉｎｇ）法が知られている。これは、ＨｅｕｇｈｅｓＤａｎｂａｒｙＯｐｔｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ社が開発したプラズマアシスト化学エッチング法のひとつであり、エッチング前のウェーハ形状情報を部分的なエッチング代にフィードバックすることで、プラズマエッチング後の半導体ウェーハの厚さ精度や平坦度精度を高める方法である。
すなわち、このＰＡＣＥ法によるプラズマエッチングに際しては、通常、これに付随した前工程として、例えば反射分光法を採用した面粗さ測定装置などを用いて、プラズマエッチングされるウェーハ表面の面粗さの測定が行われる。その後、この得られた測定データに基づいて、エッチングガスに供給される高周波の大きさを制御したり、半導体ウェーハを面方向に移動させる際の速度を変化させたりしてエッチングが行われる。
【００１５】
プラズマエッチング工程に用いられるプラズマエッチング装置は限定されない。例えばこのＰＡＣＥ法を採用したプラズマエッチング装置などが挙げられる。これは、エッチング反応炉内にエッチングガスを流しながら、この反応炉内に配置されたプラズマ発生電極と、半導体ウェーハの真空チャックを兼用するチャック兼用電極との間に、高周波電源から高周波電圧を連続的に印加してプラズマ発生電極内でプラズマを発生させる。そして、このプラズマ発生電極を、あらかじめ得られたウェーハ形状情報に基づき移動させることで、プラズマにより励起されたラジカル種を、供給管からウェーハ所定位置へと順次供給してエッチングする装置である。また、これ以外のプラズマエッチング装置として、例えば円筒形の石英容器の外周に電極を配設させ、エッチング室内のプラズマにより生成された中性活性種によって、この室内の半導体ウェーハがエッチングされる円筒型プラズマエッチング装置なども挙げられる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、上記再生エッチング工程におけるプラズマエッチングによる最大エッチング量を、上記検査工程で平坦度不良と判定された半導体ウェーハのＧＢＩＲと略同じ大きさとした請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法である。
不良ウェーハのＧＢＩＲは、通常、１．５〜５μｍである。この値が再生エッチング時の最大エッチング量となる。
【００１７】
【作用】
この発明によれば、エッチング後の半導体ウェーハの表面を研磨する。その後、ウェーハ平坦度の検査を行う。ここで、平坦度が基準値を満たさない平坦度不良と判定されたウェーハは再生プラズマエッチング工程へ送られ、ここでプラズマエッチングが施されて、ウェーハが再生される。なお、研磨後のウェーハ平坦度はＧＢＩＲで、通常、最小でも１μｍ前後である（図４のグラフ参照）。これに対して、再生エッチング後のウェーハ平坦度は、ＧＢＩＲで０．３μｍ以下である（図５のプラズマエッチング後の半導体ウェーハのＧＢＩＲを示すグラフ参照）。その結果、不良ウェーハの再生率を高めることができる。
【００１８】
しかも、請求項２に記載した発明のように、再生エッチング時のエッチング量をＧＢＩＲと略同じ大きさにすれば、再生ウェーハの厚さは平坦度良のウェーハとほとんどかわらなくなる。これにより、この再生処理を原因とした再生ウェーハの強度低下を防ぐことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。図２は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの製造方法に用いられるプラズマエッチング装置の説明図である。図３は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの再生エッチング量を示す説明図である。
図１に示すように、この一実施例にあっては、大略、スライス，面取り，ラッピング，エッチング，粗研磨，仕上げ研磨，洗浄，検査，製品ウェーハの場合の出荷，不良ウェーハの場合の再生エッチングの各工程を経て、シリコンウェーハが作製される。以下、各工程を詳細に説明する。
【００２０】
ＣＺ法により引き上げられたシリコンインゴットは、スライス工程（Ｓ１０１）で、厚さ８６０μｍ程度の例えば８インチのシリコンウェーハＷ（図２参照）にスライスされる。
次に、スライス後のシリコンウェーハＷは、面取り工程（Ｓ１０２）で、その周縁部が面取り用の砥石により所定の形状に面取りされる。これにより、シリコンウェーハＷの周縁部は、所定の丸みを帯びた形状（例えばＭＯＳ型の面取り形状）に成形される。
そして、この面取りされたシリコンウェーハＷは、ラッピング工程（Ｓ１０３）においてラッピングされる。この工程は、シリコンウェーハＷを互いに平行な一対のラップ定盤間に配置し、その後、このラップ定盤間に、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を流し込む。それから、加圧下で回転・摺り合わせを行うことにより、このウェーハの表裏両面を機械的にラッピングする。この際、シリコンウェーハＷのラップ量は、ウェーハの表裏両面を合わせて３０〜８０μｍ程度である。
【００２１】
次いで、このラッピング後のウェーハをエッチングする（Ｓ１０４）。具体的には、フッ酸と硝酸とを混合した混酸液（常温〜５０℃）中にシリコンウェーハＷを浸漬する。
その後、シリコンウェーハＷの裏面を、研磨装置の上部を構成する研磨ヘッドの下面に着脱可能に取り付けられたキャリアプレートにワックスにより貼着する。
そして、このシリコンウェーハＷの表面を、研磨装置の下部を構成する、回転中の研磨定盤上に展張された研磨布に押し付けて粗研磨する（Ｓ１０５）。このときの研磨取代は１５μｍである。この粗研磨においては、所定のスラリーを供給して行うものとする。
【００２２】
続いて、このシリコンウェーハＷの粗研磨面に仕上げ研磨を施す（Ｓ１０６）。仕上げ研磨時の研磨量は０．５μｍ以下である。この仕上げ研磨が施されたシリコンウェーハＷのＧＢＩＲは、通常、１μｍ前後である（図４のグラフ参照）。
次にまた、仕上げ研磨後のシリコンウェーハＷを洗浄する洗浄工程（Ｓ１０７）を行う。ＳＣ１洗浄である。
それから、洗浄されたシリコンウェーハＷを検査工程（Ｓ１０８）へ送り、ウェーハ平坦度を測定する。ここでは、一例としてＧＢＩＲが１．５μｍ以下のものを平坦度良の製品ウェーハと判定する。測定には、静電容量方式の測定装置が用いられる。その後、製品ウェーハは、ウェーハケースに密封されてデバイスメーカなどへ出荷される（Ｓ１０９）。
【００２３】
一方、この検査工程（Ｓ１０８）で、平坦度不良と判定された不良ウェーハは、再生エッチング工程（Ｓ１１０）へ送られる。ここで、シリコンウェーハＷの表面が、図２に示すＰＡＣＥ方式のプラズマエッチング装置１０により、プラズマアシスト化学エッチングされる。
すなわち、このプラズマエッチングは、高周波電源１１を用いて、エッチングガスＳＦ_６を１００〜１０００ｃｃ／分でエッチング反応炉内に流しながら、この反応炉内に配置された断面が下向きコの字形のプラズマ発生電極１２（電極サイズ７〜５０ｍｍ）と、シリコンウェーハＷの静電チャックを兼用するチャック兼用電極１３との間に、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力４００〜７００ワットの高周波電圧を連続的に印加する。これにより、ブラズマ発生電極１２の内部空間で、エッチングガスＳＦ_６が励起されてプラズマ１４が発生する。すなわち、このエッチングガスＳＦ_６がプラズマ発生電極１２下に達したとき、プラズマのエネルギを受けて化学的に活性化する。
【００２４】
その後、このプラズマ発生電極１２を、シリコンウェーハＷの表面に沿って、シリコンウェーハＷの表層のうねり部ａの厚さに合わせて移動速度を変更しながら動かすことで、プラズマ１４により励起されたラジカル種１５が、供給管１６からこのウェーハＷの所定位置へと順次供給される。これにより、プラズマ領域下のシリコンが、２０〜５０μｍ／分のエッチングレート、エッチング量１〜５μｍで、うねり部ａの厚さ１〜５μｍに合わせてエッチングされる（図３参照）。これにより、このシリコンウェーハＷの表面上から、うねり部ａがきれいに除去される。なお、うねり部ａの最大厚５μｍが、このシリコンウェーハＷのＧＢＩＲ値、すなわち最大再生エッチング量である。
ところで、うねり部ａの厚さの測定は、あらかじめプラズマエッチング前に反射分光法により測定される。具体的には、このシリコンウェーハＷの表面全域のうねり部ａの厚さ分布は、例えば５１２×５１２画素を有する二次元のＣＣＤアレイなどにより比較的簡単に測定することができる。なお、上記検査工程（Ｓ１０８）で用いられた平坦度測定装置からの検出データを援用してもよい。
【００２５】
この実施例では、平坦度不良と判定されたシリコンウェーハＷの研磨面にプラズマエッチングによる再生エッチングを施すようにしたので、再生されたシリコンウェーハＷの平坦度が、ＧＢＩＲで０．３μｍ以下となる（図５のグラフ参照）。なお、前述したように平坦度良の判定基準値はＧＢＩＲで１．５μｍである。そのため、再生エッチングを施した後も、平坦度不良となる１．５μｍを超えた再不良ウェーハが現出するおそれは略皆無となる。したがって、不良ウェーハの再生率を略１００％まで高めることができる。
【００２６】
しかも、再生ウェーハにあっては、このように平坦度良と判定された製品ウェーハＷ（ＧＢＩＲ；１μｍ前後）に比べ、その平坦度が高い（ＧＢＩＲ；０．３μｍ以下）。このため、前者の製品ウェーハＷでは、今日、次期主流デバイスとして注目を集めている、集積度が２５６ＭＢ、メモリセル面積が１μｍ^２以下の超ＬＳＩ（ＭＯＳＤＲＡＭ）用のウェーハとして対応することができなかった。これに対して、再生ウェーハの場合は、その平坦度がＧＢＩＲ０．３μｍ以下であるために、この集積度２５６Ｍｂｉｔ用のものとしても対応することができる。
【００２７】
この実施例では、再生エッチング時のエッチング量がＧＢＩＲと同じ大きさに設定されている。その結果、再生ウェーハの厚さは、最初の検査時に平坦度良と判定された製品ウェーハＷとほとんどかわらない。よって、この再生処理を原因とした再生ウェーハの強度低下を防ぐことができる。
なお、この再生ウェーハは、仕上げ研磨工程Ｓ１０６へ送られる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、このように研磨後の検査時に、平坦度不良と判定された不良ウェーハに対して、プラズマエッチングの再生エッチングを行うようにしたので、不良ウェーハの再生率を高めることができる。
【００２９】
特に、請求項２の発明によれば、再生エッチング時のエッチング量をＧＢＩＲと略同じ大きさとしたので、再生ウェーハの厚さが平坦度良のウェーハとほとんどかわらなくなり、その結果、再生処理を原因とした再生ウェーハの強度低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの製造方法に用いられるプラズマエッチング装置の説明図である。
【図３】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの再生エッチング量を示す説明図である。
【図４】研磨後の半導体ウェーハのＧＢＩＲを示すグラフである。
【図５】プラズマエッチング後の半導体ウェーハのＧＢＩＲを示すグラフである。
【図６】従来手段に係る半導体ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【図７】従来手段に係る半導体ウェーハの再生研磨量を示す説明図である。
【符号の説明】
１０プラズマエッチング装置、
Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims

半導体ウェーハをエッチングするエッチング工程と、
エッチング後、この半導体ウェーハの表面を研磨する研磨工程と、
半導体ウェーハの研磨面の平坦度を検査する検査工程と、
検査工程で、平坦度不良と判定された半導体ウェーハの研磨面にプラズマエッチングを施す再生エッチング工程とを備えた半導体ウェーハの製造方法。
上記再生エッチング工程におけるプラズマエッチングでの最大エッチング量を、上記検査工程で平坦度不良と判定された半導体ウェーハのＧＢＩＲと略同じ大きさとした請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法。