JP3596405B2 - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

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、詳しくはナノトポロジーが小さく、高平坦度で、ウェーハ表面の鏡面研磨工程での研磨量が少ない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では、インゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、このシリコンウェーハに対して面取り、ラッピング、酸エッチ、鏡面研磨の各工程が順次施される。
このうち、酸エッチ工程では、ラップ後のウェーハ（ラップドウェーハ）を混酸などの酸性エッチング液に浸漬し、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している。この酸エッチはシリコンウェーハとの反応性が高くて、エッチング速度が比較的速いという利点を有する一方、エッチング中に多量の気泡が発生し、その影響でウェーハの表裏両面に、周期０．２〜２０ｍｍくらい、高さ数十〜数百ｎｍくらいのうねりが発生し、その結果、ウェーハ表面の平坦度が低下されていた。
【０００３】
ところで、デバイス工程中のフォトリソグラフィ工程において、ウェーハ保持板にシリコンウェーハを吸着すると、ウェーハ裏面のうねりが、鏡面研磨されたウェーハ表面に転写されるという現象が起きる（以下、このウェーハ表面に転写されたうねりをナノトポロジーという）。これにより、露光の解像度が低下されて、デバイスの歩留りが小さくなっていた。
そこで、このような転写現象を抑える従来法として、例えば特許第２９１０５０７号の「半導体ウェーハの製造方法」が知られている。
この従来法は、ラップドウェーハのエッチングを、それまでの酸エッチングから、アルカリ性エッチング液を用いたアルカリエッチングに変更し、しかもこのアルカリエッチ工程からウェーハ表面の鏡面研磨工程までの間に、アルカリエッチングによってウェーハ裏面に形成された凹凸を軽く研磨して、その凹凸の幅を減少させる裏面軽ポリッシュ工程が組み込まれたものである。
このように、酸エッチに代えてアルカリエッチを採用することで、ナノトポロジーが小さくなり、この結果、上述した各不都合が解消されることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術においては、以下の課題が発生した。
すなわち、(1) アルカリエッチによれば、ナノトポロジーは小さくなるが、その反面、シリコンウェーハの表裏両面に周期１〜１００μｍで、かつＲｍａｘ＝１〜５μｍの大きな粗さの凹凸が現出されてしまう。
しかしながら、その後の鏡面研磨工程では、ウェーハ表面を鏡面化させるために、このアルカリエッチによるウェーハ表面の凹凸を鏡面研磨時に除かなければならない。そのため、ウェーハ表面の研磨量が十数μｍと大きくなり、研磨にかかる時間が長くなってしまっていた。しかも、従来の研磨による平坦度は、サイト平坦度、例えば２０ｍｍ×２０ｍｍの面積をもつサイトで裏面基準の高さの差（ＳＢＩＲ）で、０．４〜０．５μｍ程度と比較的大きくなっていた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、ナノトポロジーが小さく、高平坦度で、ウェーハ表面の鏡面研磨工程での研磨量が少ない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、ウェーハ裏面の輝度が、センサによるウェーハの表裏の検知が可能な輝度であ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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ラップ後の半導体ウェーハを、アルカリ性エッチング液によりエッチングするアルカリエッチ工程と、このアルカリエッチ後、半導体ウェーハの表面に、低ダメージ用の研削砥石を用いて２〜３μｍのダメージが残る研削を行なう表面研削工程と、この表面研削を行なってから、アルカリエッチによって半導体ウェーハの裏面に形成された凹凸を軽く研磨する裏面軽ポリッシュ工程と、この裏面軽ポリッシュ後、半導体ウェーハの表面を１０μｍ未満だけ鏡面研磨する鏡面研磨工程とを備えた半導体ウェーハの製造方法であって、上記裏面軽ポリッシュ工程のウェーハ裏面の研磨量が０．１〜４．０μｍである半導体ウェーハの製造方法である。
【０００７】
ここでいう半導体ウェーハには、例えばシリコンウェーハ、ガリヒ素ウェーハなどを挙げることができる。
また、アルカリ性エッチング液としては、例えばＫＯＨ，ＮａＯＨなどの溶液が挙げられる。アルカリエッチ時のエッチング量は、ウェーハ表裏両面合わせて１０〜４０μｍである。
さらに、表面研削工程は、少なくとも仕上げ時に低ダメージの表面研削が行なわれればよい。例えば、この仕上げ表面研削だけでもよいし、比較的粗い１次表面研削と、この仕上げ表面研削との組み合わせでもよい。さらに、１次表面研削と仕上げ表面研削との間に２次研削を行なったり、３次研削以上の表面研削を行なってもよい。
【０００８】
表面研削の研削量は、通常、５〜１０μｍである。仕上げ用の表面研削装置に組み込まれる研削砥石としては、例えば、良質の合成樹脂を結合剤としてダイヤモンド砥粒を結合したレジノイド研削砥石を採用することができる。ただし、この仕上げ表面研削工程では、ウェーハ表面があれにくく、しかも非ダメージ面でも研削することができる高番手の研削砥石を用いた方が好ましい。具体例を挙げれば、＃１０００〜＃８０００、好ましくは＃２０００〜＃４０００のレジノイド研削砥石を採用することができる。
さらに具体的な仕上げ表面研削用の砥石としては、例えばディスコ株式会社製の＃１５００〜＃３０００のレジノイド研削砥石が挙げられる。また、このディスコ株式会社製のレジノイド研削砥石中でも、特に製品名「ＩＦ−０１−１−４／６−Ｂ−Ｍ０１」が好ましい。
また、１次表面研削には、＃３００〜＃６００のビトリファイド研削砥石を用いることができる。
【０００９】
表面研削での加工ダメージは、２〜３μｍである。ダメージが大きければ、のちの鏡面研磨における研磨量が増える。ちなみに、研磨量が１０μｍを超えると、例えば研磨の前までは比較的高平坦度の半導体ウェーハであっても、ウェーハ表面のＧＢＩＲが低下するおそれがある。これは、もともと高平坦度のウェーハであったものをさらに研磨していった場合、その研磨量が約１０μｍを超えたところで、反対に平坦度が低下する現象が起きるためである。ただし、この発明では、ウェーハ表面の鏡面研磨を行なう前に低ダメージの研削を施すため、研磨量を１０μｍ未満（例えば７μｍくらい）まで減らすことができる。したがって、鏡面研磨後のウェーハは高平坦度となる。
【００１０】
ここでいう裏面軽ポリッシュとは、アルカリエッチによってウェーハの裏面に形成された凹凸を軽度に研磨して、その凹凸の幅を小さくして軽い梨地面とすることを意味する。よって、このウェーハ裏面が、輝度に基づいてウェーハの裏面を検出するウェーハ裏面検出センサを用いたウェーハの表裏の検知が可能な輝度となる。ここでいう輝度とは、例えば日本電色株式会社製の光沢度計で測定した値であり、鏡面の場合は３００以上となる。
ウェーハ裏面の研磨量は、０．１〜４．０μｍ以下、好ましくは０．５〜３．０μｍ程度である。また、この裏面軽ポリッシュにより現出された梨地面の平坦度も限定されない。
【００１１】
上記鏡面研磨工程における研磨量は１０μｍ未満である。通常は、従来の研磨量の１２μｍよりも小さくなる。例えば７μｍくらいである。使用される研磨布には、例えば硬質発泡ウレタンフォームパッド、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させたパッドなどが挙げられる。
ここでいう半導体ウェーハの表裏面が高平坦度というのは、サイト平坦度、例えば２０ｍｍ×２０ｍｍの面積をもつサイトで、裏面基準の高さの差（ＳＢＩＲ）が０．４μｍ以下であることを意味する。
【００１２】
【００１３】
【作用】
この発明によれば、ラップドウェーハをアルカリエッチする。しかも、後工程において、ウェーハ裏面を軽く研磨する裏面軽ポリッシュ工程を施す。このため、ウェーハ裏面に比較的粗い凹凸が発生するというアルカリエッチの問題を解消し、しかも従来の酸エッチ後の鏡面研磨時に現出されていたウェーハ表面のナノトポロジーの問題を解消することができる。その結果、デバイス工程で、露光の解像度が低下したり、ＣＭＰ工程を経た後でのデバイスの歩留りが低下したりするのを抑えることができる。
次いで、アルカリエッチ後、ウェーハ表面に２〜３μｍのダメージが残る研削を行なう。
これにより、のちの鏡面研磨時にウェーハ表面の研磨量が１０μｍ未満まで低減される。このように、表面研削によって低ダメージ化されたウェーハ表面の研磨量を１０μｍ未満としたので、鏡面研磨後のウェーハ表面は、上述した理由で、従来のウェーハと比較して高平坦度となる。しかも、このように研磨量が減ることから研磨時間も短縮される。
【００１４】
特に、裏面軽ポリッシュ工程のウェーハ裏面の研磨量を０．１〜４．０μｍとしたので、このウェーハ裏面の輝度を、センサによるウェーハの表裏の検知が可能な輝度とすることができる。
【００１５】
【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シートである。
図１に示すように、この実施例にあっては、スライス，面取り，ラップ，アルカリエッチ，表面研削，裏面軽ポリッシュ，鏡面研磨，仕上げ洗浄の各工程を経て、半導体ウェーハが作製される。以下、各工程を詳細に説明する。
【００１６】
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８インチのシリコンウェーハにスライスされる。
次に、シリコンウェーハに面取り（Ｓ１０２）が施される。すなわち、ウェーハの外周部が＃６００〜＃１５００のメタル面取り用砥石により、所定の形状にあらく面取りされる。これにより、このウェーハの外周部は、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。
【００１７】
次に、この面取り加工がほどこされたシリコンウェーハは、ラッピング工程（Ｓ１０３）でラッピングされる。このラッピング工程では、シリコンウェーハを、互いに平行に保たれたラップ定盤の間に配置し、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を、このラップ定盤とシリコンウェーハとの間に流し込む
。そして、加圧下で回転・すり合わせを行なうことにより、ウェーハ表裏面を機械的にラップする。この際のラップ量は、ウェーハの表裏両面を合わせて４０〜８０μｍ程度である。
【００１８】
続いて、このラッピング工程後のシリコンウェーハに、アルカリエッチングが行なわれる（Ｓ１０４）。
アルカリ性エッチング液としては重量濃度４５ｗｔ％のＮａＯＨ溶液が用いられ、エッチング温度９０℃、エッチング時間５〜１５分でエッチングが行なわれる。このように、従来の酸エッチングに代えてアルカリエッチングを採用したので、従来、酸エッチ後の鏡面研磨時に現出されていたウェーハ表面の周期０．２〜２０ｍｍのうねり（ナノトポロジー）を小さくすることができる。
【００１９】
次に、このエッチドウェーハには、ウェーハ表面を研削する表面研削が施される（Ｓ１０５）。
この表面研削後、シリコンウェーハの裏面に軽い研磨である裏面軽ポリッシュが行なわれる（Ｓ１０６）。この裏面軽ポリッシュ用の研磨装置としては、枚葉片面研磨装置が採用されている。ウェーハ裏面の研磨量は０．５μｍである。
この裏面軽ポリッシュを行なうことで、シリコンウェーハにアルカリエッチングを施したとき、ウェーハ裏面に比較的粗い凹凸が発生するという現象が抑えられる。
しかも、この裏面軽ポリッシュ工程での研磨量を０．１〜４．０μｍとしたので、ウェーハ裏面の輝度を、例えば日本電色株式会社製の光沢度計などのウェーハ裏面検出センサを使用しての、ウェーハ表裏の検知が可能な輝度とすることができる。
【００２０】
その後、このウェーハの表面にバッチ式の鏡面研磨装置を用いて、鏡面研磨が施される（Ｓ１０７）。研磨量は７μｍ程度である。
ところで、鏡面研磨されるシリコンウェーハの表面は、あらかじめ表面研削工程で低ダメージ研削が施されている。したがって、この鏡面研磨工程では、その研磨量を、平坦度の低下がはじまる１０μｍよりも小さな７μｍまで減らすことができる。その結果、鏡面研磨後のウェーハ表面は、ＳＢＩＲで０．４μｍ以下の高平坦度ウェーハとなる。しかも、このように研磨量が減少することから研磨時間も短縮される。
その後、洗浄工程（Ｓ１０８）を施す。具体的には、ＲＣＡ系の洗浄とする。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、ラップドウェーハにアルカリエッチを施し、その後、裏面軽ポリッシュを施すようにしたので、ウェーハ裏面に比較的粗い凹凸が現出されるのを抑えながら、ナノトポロジーを小さくすることができる。これにより、デバイス工程での露光の解像度が低下したり、ＣＭＰ工程を経た後でのデバイスの歩留りが低下したりするのを防ぐことができる。
また、鏡面研磨されるウェーハ表面には、あらかじめ低ダメージの表面研削が施されているので、ウェーハ表面の研磨量を低減させることができ、しかも従来のウェーハに比べて高平坦度となる。
【００２２】
特に、ウェーハ裏面の輝度を、センサによるウェーハの表裏の検知が可能な輝度とすることができる。
【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シートである。

Claims (1)

1. ラップ後の半導体ウェーハを、アルカリ性エッチング液によりエッチングするアルカリエッチ工程と、
   このアルカリエッチ後、半導体ウェーハの表面に、低ダメージ用の研削砥石を用いて２〜３μｍのダメージが残る研削を行なう表面研削工程と、
   この表面研削を行なってから、アルカリエッチによってウェーハの裏面に形成された凹凸を軽く研磨する裏面軽ポリッシュ工程と、
   この裏面軽ポリッシュ後、半導体ウェーハの表面を１０μｍ未満だけ鏡面研磨する鏡面研磨工程とを備えた半導体ウェーハの製造方法であって、
   上記裏面軽ポリッシュ工程での半導体ウェーハの裏面の研磨量が０．１〜４．０μｍである半導体ウェーハの製造方法。

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