JP3973843B2

JP3973843B2 - 半導体ウェハ及びその製造方法

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Publication number: JP3973843B2
Application number: JP2001032884A
Authority: JP
Inventors: 以之角; 川口俊央
Original assignee: 株式会社ティ・ケー・エックス
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2021-02-08
Also published as: JP2002237476A

Description

【０００１】
【発明属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ及びその製造方法、特に半導体インゴットブロックに表面処理を施した後に、スライスする半導体ウェハ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の結晶シリコン（Ｓｉ）ウェハ（以下、単にウェハと略称する）の製造方法を示したもので、以下の工程で製造されている。すなわち、先ず、ステップＳ１で原料となる固体シリコン等を成形型に充填し、この成形型を成長炉で溶融、結晶を成長させ、凝固させて半導体結晶インゴットを形成する。このインゴットをステップＳ２でハンドソー等を用い所定大きさのブロックに切断しブロック化する。このブロックインゴット（以下、単にブロックと略称する）をステップＳ３でバンドソー等を用い、端面を切断し面取りを行う。次いで、このブロックをステップＳ４で冶具に固定し、マルチワイヤーソーを用いて、所定の厚さにスライスする。スライスしたウェハをステップＳ５で炭化水素系洗浄液を用い一次洗浄し、この後、有機酸系の洗浄液に浸し、接着剤等を剥離する。ステップＳ６では、このウェハをアルカリ洗浄液に浸して洗浄し、次いで純水で洗浄し、この後に乾燥する。乾燥したウェハをステップＳ７で自動検査機を用いてウェハの割れ、傷等の物理的検査を行い、次いで、人間の目によって、割れ目等の検査を行う。最後に、ステップ８において梱包し出荷していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の製造工程により、ステップＳ３でブロック加工されたブロックをマルチワイヤーソーを用いてスライスすると、平板状のウェハは、薄くスライスされる途中でウェハが一部欠けたり、ひび或いは割れ等が発生し、製品の歩留まりが悪く、また、後工程の洗浄、更にはセル化工程等において、一部の欠け、ひび、割れ等の欠陥が発生していた。さらに、後工程のウェハ自体の細片化等において、さらにウェハの欠け、ひび、割れ等が生じた。
【０００４】
図８（Ａ）（Ｂ）は、ウェハのエッジ部の構成の概要を拡大図で示したものであって、特にこのエッジ部において一部の欠け１、２、３が頻繁に発生していた。
【０００５】
この欠陥の原因を究明するために、スライス前のブロック表面を観察すると図９、図１０の様相を示していた。すなわち図９（Ｂ），図１０（Ｂ）は、インゴット１７の表面加工前のエッジ部、及び平面部の顕微鏡写真である。図９（Ｂ）のエッジ部拡大写真から分るように、写真上下部の境目の波うち際が大きく波打っており、ところどころに大きな凹凸があることが分る。また上下方向に走っている筋目はバンドソーで切断した際の加工目で、これもまた表面が大きな凹凸となって現れている。
【０００６】
また、図１０（Ｂ）の平面部拡大写真では、ここにもブロック１７の表面がバンドソーで切断された際に、写真の中央に見られるように、凹み、いわゆるクレータが現れている。また図１１も平面部の拡大写真であるが、この写真からは、ブロック１７表面にバンドソーで切断された際の筋、いわゆる加工目が多く存在していることが分かる。
【０００７】
そこで、発明者らは、この原因を追求して行ったところ、ステップＳ３後のブロックインゴットをステップＳ４でマルチワイヤーソーを用いてスライスする際に、ブロックインゴットの表面凹凸とマルチワイヤーソーのワイヤーとの関係に一因があることを発見した。
【０００８】
図１２は、マルチワイヤーソーのワイヤー１４の垂直断面から見たワイヤー１４とブロック１７の表面の凹凸１７ｐとの接触位置関係を一部拡大して示したものである。後述するマルチワイヤーソー装置１０のテーブル１６ａ（図２参照）が下降すると、所定間隔の複数箇所でワイヤー１４がブロック１７の凹凸面に当接する。すると、テーブル１６ａの下降によって、その垂直方向の押圧力ａが働くが、その当接面が図１２に示されているように傾いている場合、押圧力ａは当接面に垂直な抗力ｂとこの抗力に垂直な横滑り力ｃとに分解される。この結果、ワイヤー押圧力がブロックの切断方向と外れた方向に作用するので、ブロックへの当たりが不安定になっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、マルチワイヤーソーでスライスする前にブロックを表面加工処理することにより、マルチワイヤーソーによるウェハの欠け、ひび、割れ等を最小限に押さえて、ウェハ製造の歩留まりを向上させることを目的とし、同時にウェハ自体の表面鏡面度を上げて、スライス後の工程におけるウェハ自体の加工における欠け、ひび、割れ等も少なくすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体ウェハの製造方法であって、半導体結晶インゴットを所定大きさのブロックに切断し、該ブロックのマルチワイヤーソーのワイヤーが当接する表面の粗さＲｍａｘが２．５μｍ以下となるように該ブロック表面を研磨して鏡面仕上げを施すと共に、さらにブロックの前記半導体ウェハのエッジ部に該当するエッジ部を面取りし、この面取り部の表面についても粗さＲｍａｘが２．５μｍ以下となるように研磨して、マルチワイヤーソーでスライスすることを特徴とする。これにより、ブロックをほぼ均一にスライスできると共に、スライス時の欠け、ひび、割れ等を減少させ、ウェハ製造の歩留まりを向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例の表面加工処理する工程を示す図であって、図７に示した従来の結晶シリコンウェハ製造工程において、インゴット製造工程（ステップＳ１）、ブロック化工程（Ｓ２）、ブロック加工工程（Ｓ３）、スライシング工程（Ｓ４）、スラリー洗浄工程（Ｓ５）、ウェハ洗浄工程（Ｓ６）、検査工程（Ｓ７）等は同一であるが、ブロック加工工程（ステップＳ３）とスライシング工程（Ｓ４）との間にブロック表面を研磨し平滑にする表面処理工程（Ｓ３−１）を追加した点に特徴がある。
なお、結晶ウェハは、単結晶シリコンでも多結晶シリコンでもよい。
【００１３】
この表面処理工程により、スライスする前にブロック表面をブラシで研磨し、表面を鏡面化加工し、その後、このブロックをワイヤーソーを使用してスライスしてウェハを製造する。
【００１４】
以下、この表面加工処理について説明する。
図２は、マルチワイヤーソー装置１０の斜視図構成の要部を示したもので、箱型基台１１に樹脂製ローラ１２ａ〜１２ｄが回動自在に装着されていて、これらの表面には複数の溝が所定ピッチで形成され、ワイヤー１４がガイドされている。またローラ１２ａ、１２ｄはベルト１５ａ、１５ｂを介して駆動用モーター１３ａ、１３ｂに回転させられ、この結果、ワイヤー１４が回動する。昇降装置１８には、インゴット固定用テーブル１６ａ、１６ｂがインゴットをスライスする場合に上下に昇降可能に装着されており、これらにほぼ直方体形状のインゴットブロック１７ａ、１７ｂがそれぞれ４個ずつ固定されている。ワイヤー１４はガイドローラ１９ａ、１９ｂにガイドされ、ワイヤー１４の一端は図示しないテンションコントロール等を介し新しいワイヤーを送り出す新線ボビンに、他端は巻き取りボビンに巻回されている。
【００１５】
この装置１０を用い、所定の大きさにブロック化されたインゴットをスライスするには、モーター１３ａ、１３ｂを駆動し、ワイヤー１４の上にインゴットブロック１７ａ、１７ｂを固定したテーブルを下降する。すると一対のインゴットブロック１７ａ、１７ｂは、回動しているワイヤー１４と接触し、該インゴットブロック１７ａ、１７ｂがこのワイヤー１４の所定間隔でスライスされる。なお、走行するワイヤー１４には研削砥粒を含むスラリを供給しながらインゴットブロック１７ａ、１７ｂをスライスする。
【００１６】
図３は、マルチワイヤーソーのワイヤー１４の垂直断面から見たワイヤー１４とブロック１７の表面１７ｐとの接触位置関係を一部拡大して示したものであって、表面１７ｐは図１２に示された従来の表面加工しない凹凸面より滑らかにブラシ研磨されている。
【００１７】
（マルチワイヤーソーのワイヤー方向の安定性）
なお、このブロック１７ａ、１７ｂに、例えばテーブル１６ａ（図２参照）の下降により、ワイヤー１４をブロック１７の凹凸面１７ｐに当てる。すると、テーブル１６ａの下降による押圧力ａ’により横の分力ｂ’が働き、結局、凹凸面１７ｐには、押圧力が垂直方向に加わらず、外れた方向に作用し、ワイヤーのブロックへの当たりが不安定になってしまう。要するに、分力ｂ’が大きくなればなる程、ワイヤーのブロックへの当たりが不安定になってしまい、ブロックのスライス時に、ウェハの厚みが一定せず、不安定になると共に、ウェハの一部欠け、割れ、ひび等の原因になるので、表面１７ｐは出来るだけ滑らかなほうが良い。
【００１８】
そこで、ブロック１７表面の凹凸面１７ｐをブラシ研磨して、この面をより平滑な凹凸面、すなわち、この表面の粗さＲｍａｘを小さくして鏡面化する。この結果、ワイヤー１４がブロック１７表面の凹凸面１７ｐに当たる場合に、テーブル１６ａの下降による押圧力ａ’からの分力ｃ’は図１２に示されている従来の場合に比較して図３示されているように無視できる程度に小さくなり、凹凸面１７ｐには、ワイヤー１４の押圧力ａ’がほぼ真下に加わる。
【００１９】
この結果、ワイヤーの切り口方向が一定になる。また、表面の鏡面化により硬度が上がり、また表面が大きな曲面をなしているので、これに伴いワイヤー切り口の硬度もアップし、欠け、割れ等が少なくなる。
【００２０】
直径１６０μｍのワイヤーを使用してブロックをスライスする際に、表面研磨する前の粗さＲｍａｘが１０μｍであるブロックを研磨により、その粗さＲｍａｘが１．０〜２．２μｍの範囲になるように研磨すると、スライス時の欠け、ひび、割れ等が大幅に減少した。
【００２１】
（ウェハ外周部の強度の向上）
また、上記ブロック１７表面を研磨した後、面取りした後の面取り部、すなわちエッジ部を研磨する。図４はブロック１７のエッジ部の外形を拡大した図面であって、ブロック化した後、面取りしたエッジ部は同図４の点線で示されているように角張っている。そこで、ブラシを用い角部ａ、ｂを研磨し、その面を同図４の実線で示されているように滑らかな面ｃに加工する。
この研磨により、外周部の面取した部分、すなわちエッジ部の接点に丸みが付くためエッジチップ（欠け）等が出にくくなる。また欠け、割れの原因となるマイクロチッピングが加工前より少なくなる。
【００２２】
ブロックの外周面が平滑に仕上がることから、外周面の強度が上がり、マルチワイヤーソーでブロックをスライスする際に安定したスライスができる。
【００２３】
表１はブロック１７の表面の粗さＲｍａｘとスライス時の歩留まりとの関係を示すもので、図５に示されている円柱状基盤３１の下面３２に植毛３３を固着した回転ブラシ３０で、ブラシの番手を＃２００、および＃８００と変更することによりブロック１７の表面粗さＲｍａｘを変えた場合、厚さ約３００μｍのウェハへのスライスでの歩留まりが同表に示すとおり、９０％を越える高効率となる表面粗さＲｍａｘは、２．５μｍ以下とする必要があることが理解された。
【表１】

【００２４】
表２は、図５に示されている回転ブラシ３０で図６に示されているほぼ直方体形状のブロック１７の表面部分１７ｃ、１７ｄ、１７ｅを研磨した場合の研磨加工前と加工後の表面粗さＲｍａｘの最大値を示している。
研磨は次の２つのパターンでテストした。
研磨パターン１では、ブラシ硬さ番手Ｄ＃２００を用いてブロック表面を回転させながら横方向に往復させて厚さ０．３ｍｍの研削を行い、次いで、ブラシ硬さ番手Ｄ＃６００を用い同じ方法で厚さ０．１ｍｍの研削を行った。
研磨パターン２では、ブラシ硬さ番手Ｄ＃１００を用いてブロック表面を回転させながら横方向に往復させて厚さ０．３ｍｍの研削を行い、次いで、ブラシ硬さ番手Ｄ＃６００を用い同じ方法で厚さ０．１ｍｍの研削を行った。
【００２５】
【表２】

この表２から、ブロック１７の表面粗さＲｍａｘは、表面加工前に比べ、約２．５μｍ以下になっていることが分る。
【００２６】
図９（Ａ）、図１０（Ａ）は、研磨した後のブロック表面の顕微鏡写真を示す。
同図（Ｂ）は比較を容易にするために研磨する前の顕微鏡写真を示す。
図９（Ａ）、（Ｂ）との比較から明らかなように、同図（Ａ）では、同図（Ｂ）に存在していた写真上下部境目の波うち状が大きくなっている凹凸がなくなっている。また上下に走っている筋目はバンドソーで切断した加工目で、これも減少している。
【００２７】
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、ブロック１７の表面部であるが、ここにもバンドソーで切断した際に写真中央部に見られるクレータが消えている。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、半導体結晶インゴットを所定大きさのブロックに切断し、該ブロック表面の粗さＲｍａｘが２．５μｍ以下となるように該ブロック表面を研磨して鏡面仕上げを施した後に、該結晶ブロックをマルチワイヤーソーでスライスしたので、ブロックをほぼ均一にスライスできると共に、スライス時の欠け、ひび、割れ等を減少させ、ウェハ製造の歩留まりを向上させることができ、さらにウェハスライス後の処理工程において、ウェハの欠け、ひび、割れ等も少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシリコンウェハの製造工程を示すフローチャートである。
【図２】マルチワイヤーソーの要部を示す斜視図である。
【図３】本発明によるブロックインゴットの表面とワイヤーソーのワイヤーによる切断力との関係を示す拡大図である。
【図４】本発明によるウェハのエッジ部の構成の概要を示す拡大図である。
【図５】ブロックインゴットの表面の研磨用ブラシの斜視図である。
【図６】ブロックインゴットの斜視図である。
【図７】従来のシリコンウェハの製造工程を示すフローチャートである。
【図８】従来のウェハのエッジ部の構成の概要を示す拡大図である。
【図９】半導体結晶インゴットの表面加工後（Ａ）、および加工前（Ｂ）のエッジ部の顕微鏡写真図である。
【図１０】半導体結晶インゴットの表面加工後（Ａ）、および加工前（Ｂ）の平面部の顕微鏡写真図である。
【図１１】その他のインゴットの表面加工後の平面部の顕微鏡写真図である。
【図１２】従来のブロックインゴットの表面とワイヤーソーのワイヤーによる切断力との関係を示す拡大図である。
【符号の説明】
１０マルチワイヤーソー装置
１１箱型基台
１２ａ〜２ｄ樹脂製ローラ
１４ワイヤー
１２ａ、１２ｄローラ
１５ａ、１５ｂベルト
１３ａ、１３ｂ駆動用モーター
１８昇降装置
１６ａ、１６ｂインゴット固定用テーブル
１７、１７ａ、１７ｂ（インゴット）ブロック
１９ａ、１９ｂガイドローラ

Claims

半導体ウェハの製造方法であって、半導体結晶インゴットを所定大きさのブロックに切断し、該ブロックのマルチワイヤーソーのワイヤーが当接する表面を研磨して該表面の粗さＲｍａｘを２．５μｍ以下とする鏡面仕上げを施すと共に、該ブロックの前記半導体ウェハのコーナー部に該当するエッジ部を面取りし、この面取り部の表面を研磨し該表面の粗さＲｍａｘを２．５μｍ以下とするように滑らかにした後に、マルチワイヤーソーでスライスすることを特徴とする半導体ウェハの製造方法。