JP6048654B2 - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体ウェーハの製造方法に関する。

半導体装置（半導体デバイス）の製造において、その大量生産を可能にするため、ウェーハはどんどん大口径化し、直径３００ｍｍ以上の極めて大きな口径のウェーハも出現している。この大口径のウェーハに、研磨、洗浄、乾燥、ＣＶＤ、露光、現像、エッチング等の必要な処理を連続して施し、最後に裁断して個片化する一連の工程を行うことによって生産性を高めている。このような一連の工程を一括して行うためには、数千億円規模の大規模な生産設備が必要となる。

しかしながら、昨今、種々の用途に用いるため、多品種で少量必要とされる半導体装置も多くなってきている。このような多品種少量生産の半導体装置には、上記大規模な生産設備は不向きである。
そこで、昨今、直径１／２インチ程度の小さなウェーハ（半導体チップ１個取り程度）に、必要な加工処理を施していくミニマル(登録商標)ファブ構想が提案されている。このミニマルファブ構想によれば、研磨装置、ＣＶＤ装置など、各工程毎に小型の処理装置を設け、これら処理装置を必要に応じて適宜組み合わせて使用することによって、多品種のウェーハに対応できるようにしている。各装置は小型のものでよいので、設備投資費を低く抑えることができる。

上記ミニマルファブ構想では、当面は直径１／２インチ程度の小径のシリコン単結晶の引き上げは考えず、現状の大口径シリコンウェーハから１／２インチサイズの小口径のシリコンウェーハに切り出すことを前提としている。
ところで、従来においても、大口径の半導体ウェーハから小口径ウェーハを複数枚切り出すことが特許文献１に記載されている。

特開２００５−３３１９０

特許文献１には、例えば、４インチ径以上の大口径ウェーハから２インチ径以上の小口径ウェーハを３枚以上切り出したり、５インチ径以上の大口径ウェーハから２インチ径以上の小口径ウェーハを４枚以上切り出したり、６インチ径以上の大口径ウェーハから２インチ径以上の小口径ウェーハを７枚以上切り出したりすることが記載されている。また、この切り出しは、レーザー光等を用いて行い、さらに、同時にオリフラ（オリエンテーションフラット）をも切り出すことが記載されている。

ところで、ミニマルファブ構想に用いるウェーハサイズは、上記のように、１／２インチ径程度の小口径のものである。このような小口径のウェーハにおいて、オリフラやノッチをその外周に切り出すと、後工程の面取り工程において、オリフラ部やノッチ部の面取りが良好に行えないという課題がある。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、オリフラ線を容易に形成できると共に、面取り加工も問題なく行える半導体ウェーハの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る半導体ウェーハの製造方法は、大口径の半導体ウェーハから複数の小口径ウェーハを切り出す半導体ウェーハの製造方法であって、前記大口径の半導体ウェーハにおいて、小口径ウェーハの切出位置が特定の方向に列をなし、各列の各小口径ウェーハを横切るようにして、直線溝状のオリフラ線を、レーザー光にて、各列ごとに一括して形成するマーキング工程と、該マーキング工程後、前記大口径の半導体ウェーハから小口径ウェーハをレーザー光により個別に切り出す切り出し工程を含むことを特徴とする。

また、切り出された小口径ウェーハを、所要外径に仕上げる外径仕上げ工程と、外径仕上げされた小口径ウェーハの外周部を所定形状に面取りをする面取り工程と、面取りされた小口径ウェーハをエッチングするエッチング工程と、該エッチング後の小口径ウェーハを鏡面加工するポリシング工程とをさらに含むことを特徴とする。
また、大口径の半導体ウェーハを研磨して所要厚さにするラッピング工程を有し、該ラッピング工程を行った後、前記マーキング工程以下の工程を行うことを特徴とする。

前記直線状のオリフラ線の位置を、前記大口径の半導体ウェーハのオリフラもしくはノッチに基づいて決定すると好適である。
また、１／２インチサイズの小口径ウェーハに切り出すことを特徴とする。

本発明によれば、小口径のウェーハにあって、オリフラ線を容易に形成できると共に、オリフラ線をウェーハ面上に設けたので、面取り加工も問題なく行える。

大口径ウェーハから小口径ウェーハをレーザー光により切り出す切り出しパターンの一例を示す模式図である。 切り出した小口径ウェーハ１２の寸法等を示す平面図である。 実際の２００ｍｍ径の大口径ウェーハでの小口径ウェーハの切り出しパターンの一例を示す平面図である。

以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、大口径ウェーハ１０から小口径ウェーハ１２をレーザー光により切り出す切り出しパターンの一例を示す模式図である。図２は切り出した小口径ウェーハ１２の寸法等を示す平面図である。
大口径ウェーハ１０は、例えば２００ｍｍあるいは３００ｍｍ径のものである。この大口径ウェーハ１０は通常の製造方法、すなわち、引き上げられた単結晶→外周研削→ノッチ形成→スライシング→べべリング（面取り）→ラッピング→エッチング→ポリシング→精密洗浄工程等を経て製造されたものであるが、ノッチ１４あるいはオリフラ（オリエンテーションフラット）が形成されているウェーハであればよい。

ノッチ１４は、例えば、ノッチ１４とウェーハ１０の中心とを結ぶ線が、ウェーハ１０の表面の面方位に直交する位置関係等の、所要の位置となるように形成される。また、オリフラの場合も、オリフラの方向がウェーハ１０の面方位と平行あるいは垂直となる方向とか、ある決められた所要の位置となるように形成される。
ノッチ１４もオリフラも、ウェーハ１０に多数の処理工程を行って半導体装置（デバイス）に完成する各処理工程での、ウェーハ１０のアライメント（位置決め）等に利用される。

通常、大口径のウェーハ１０は、多数の処理工程におけるハンドリングを容易にするため、７００〜１０００μｍの厚さに形成されている。すなわち、強度上、この程度の厚さが必要となる。そして、必要な処理工程を行って、半導体装置に形成する最終段階で、例えば２００〜２５０μｍの厚さとなるように研磨され、最終的に個片に切断されて半導体装置に完成される。

この点、本実施の形態においては、大口径のウェーハ１０にラッピング処理を行って、初めから厚さ３５０μｍ程度となるように研磨したウェーハ１０を用いる。ラッピング工程は通常の両面研磨装置を用いて行える。
本実施の形態では、後記するように、初めの段階で、大口径のウェーハ１０から、１／２インチ径程度の小口径のウェーハ１２に切り出して後、必要な処理工程を行っていく。大口径のウェーハ１０を厚さ３５０μｍ程度の薄いウェーハに研磨することによって、レーザー光による切り出しが容易となる。また、１／２インチ径程度の小口径のウェーハ１２に切り出すので、直径に対する厚さの比率は大口径のウェーハ１０よりも大きくなり、厚さが薄くても反りなどが生じず、後工程において割れ等が生じることはない。

本実施の形態では、小口径のウェーハ１２に切り出す前に、図１の破線で示すように、まず、大口径のウェーハ１０に、得るべき小口径のウェーハ１２の所要位置となるように、直線溝状のオリフラ線１６をレーザー光にて形成する。
図１における実線は切り出す小口径のウェーハ１２の仮想位置を示している。
オリフラ線１６は、図１に示すように、大口径の半導体ウェーハにおいて、小口径ウェーハの切出位置が特定の方向に列をなし、各列の各小口径ウェーハを横切るようにして、レーザー光にて、各列ごとに一括して形成される。すなわち、レーザー装置（図示せず）を、列方向に走行させて、各列ごとにオリフラ線１６を一括して形成する。

オリフラ線１６は、隣接する列の切り出すべき小口径のウェーハの障害とならない限り、各列において、大口径ウェーハ１０に途切れることのない１本の直線状に形成すると、レーザー装置におけるレーザー光照射の制御が容易となって好適である。
なお、切り出すべき小口径ウェーハの配列によっては、隣接する列の小口径ウェーハ上を直線溝が横切ることもあるから、この場合には、各列の、小口径ウェーハ１２の必要箇所のみにオリフラ線１６を形成すればよい。なお、この場合にあっても、オリフラ線１６は、両端部が、小口径ウェーハ１２のエッジ部に到達するように設ける。このようにすることで、後工程において、ウェーハ１２のエッジ部におけるオリフラ線１６の両端部の位置をセンサによって検出して、ウェーハ１２のアライメントを容易にできる。

オリフラ線１６の位置および方向は、大口径ウェーハ１０にあらかじめ設けられているノッチ１４（あるいはオリフラ）に基づいて、所要の方向になるように形成する。例えば、図１においては、ノッチ１４とウェーハ１０の中心を結ぶ線に対して直交する方向に、各列のオリフラ線１６を平行に形成している。
オリフラ線１６を形成した後、図示しないレーザー装置を駆動して、大口径のウェーハ１０から小口径のウェーハ１２を切り出すようにする。小口径のウェーハ１２は円形に切り出す。なお、小口径のウェーハ１２は、後の外径仕上げ工程によってエッジ部を研削して所要外径に仕上げるので、１／２インチサイズよりは若干大きめに切り出すようにする。

レーザー装置は特許文献１に示されるような公知の装置を用いることができる。レーザー装置は公知のＸＹ駆動装置上に載置し、水平面内で自由に移動できるようにする。制御部には、オリフラ線１６の形成パターンや小口径ウェーハ１２の切り出しパターンをあらかじめ記憶させておく。制御部は、所定のプログラムに従ってレーザー装置の移動、駆動をし、オリフラ線１６の形成および小口径ウェーハ１２の切り出しを行う。

大口径ウェーハ１０は、特許文献１に示されるような公知の真空チャック（図示せず）上に保持される。すなわち、真空チャックは、切り出すべき小口径ウェーハ１２の各ウェーハ１２に対応する大口径ウェーハ１０の下面側を、リング状に形成した支持部にて支持し、このリング状の支持部内を真空装置で吸引して、各ウェーハ１２部分の下面を吸着、支持するようにする。また、大口径ウェーハ１０の周縁部も、真空チャックにて保持するとよい。このように真空チャックで大口径ウェーハ１０を吸着支持することで、オリフラ線１６の形成、および各小口径ウェーハ１２の切断、分離を行うことができる。

前記したように、あらかじめ大口径ウェーハ１０を研磨して厚さ３５０μｍ程度に薄くしておくことで、小口径ウェーハ１２のレーザー光による切り出しを容易に行える。
レーザー光の種類は特に限定されないが、ＹＡＧレーザーが好適である。
なお、レーザー装置において、レーザー光放射口から射出されるレーザー光の周囲に水をリング状に噴出する水噴出口を有するレーザー装置を用いると好適である（水中でのレーザー加工）。レーザー光によるオリフラ線１６形成時、および小口径ウェーハ１２の切り出し時、水を噴出することによって、レーザー光照射によって高温になるウェーハ１０を冷却できると共に、生じる切断残滓を水によって除去できる。

図２に、小口径ウェーハ１２の寸法の一例を示す。
小口径ウェーハ１２の外径は１２．５ｍｍ、フラット部分の直径は１２．２５ｍｍ、面取り部の幅は０．１２５ｍｍとなっている。
オリフラ線１６の位置は、ウェーハ１２の中心から５．７５ｍｍであり、幅は５０μｍ、深さは５〜２５μｍである。これらの寸法は特に限定されるものではないが、レーザー加工時のオリフラ線１６の深さは、エッチング工程やポリシング工程、半導体装置形成時の各処理工程を経ても消失しない深さ（５０μｍ）とする。
図３は、実際の２００ｍｍの大口径ウェーハ１０での、小口径ウェーハ１２の切り出しパターンの一例を示す。１２９個の小口径ウェーハ１２の切り出しが行える。もちろん、結晶欠陥の存在する部位における小口径ウェーハ１２は廃棄する。

上記切り出された小口径ウェーハ１２を以下の工程によりウェーハに仕上げる。
・ 外径仕上げ工程
上記切り出されたウェーハ１２を、ダイヤモンド砥石等で研削して、外径が１／２インチサイズとなるように調整する。レーザー光で切り出されたウェーハ１２の外周縁には切断残滓が存在しているので、この外径仕上げ工程により、外径が調整されると共に、切断残滓の除去もできる。
・ 面取り工程
上記外径仕上げしたウェーハ１２を、仕上げ砥石によって研磨して、鏡面に仕上げる。これによって後工程での発塵を防止できる。オリフラ線１６をウェーハ１２の面上に設けたので、面取り加工も問題なく行えた。
・ エッチング工程
大口径ウェーハ１０をラッピングして薄肉化したときの加工ダメージ層と埋まり込んでいる粗粒を除去するためにウェーハ１２のエッチング加工を行う。エッチング液は、アルカリ（ＫＯＨ系溶液）または酸（フッ硝酸系溶液）を用いる。除去量は１０〜５０μｍ程度とする。
・ ポリシング（ＣＭＰ）工程
通常の大口径ウェーハと同様なＣＭＰ加工を行う。
このポリシングは適宜複数段の工程で行う。例えば、第一次ポリシングでは、高能率で平滑鏡面化を図る。第二次ポリシングでは、ＯＳＦ（Oxidation-induced Stacking Fault）フリー、表面粗さの向上を図る。第三次あるいは第四次ポリシングでは、ヘイズフリー、コンタミネションフリーを目的とする。各段階とも、適宜な研磨液を用いる。
・ 精密洗浄工程
通常のＲＣＡ洗浄を行い、ポリシングなどで汚染されたウェーハを清浄化する。金属不純物やパーティクルなどの残留物を除く。
以上のようにしてウェーハの仕上げ工程を行うことができる。
なお、別途、半導体製造工程において、ウェーハのアライメントに際しては、オリフラ線１６の方向として、ウェーハのエッジ部に至るオリフラ線１６の両端部をセンサ等で認識することによって、容易にウェーハ１２のアライメントを行うことが可能である。

１０ 大口径ウェーハ、１２ 小口径ウェーハ、１４ ノッチ、１６ オリフラ線

Claims (5)

1. 大口径の半導体ウェーハから複数の小口径ウェーハを切り出す半導体ウェーハの製造方法であって、
   前記大口径の半導体ウェーハにおいて、小口径ウェーハの切出位置が特定の方向に列をなし、各列の各小口径ウェーハを横切るようにして、直線溝状のオリフラ線を、レーザー光にて、各列ごとに一括して形成するマーキング工程と、
   該マーキング工程後、前記大口径の半導体ウェーハから小口径ウェーハをレーザー光により個別に切り出す切り出し工程を含むことを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
2. 切り出された小口径ウェーハを、所要外径に仕上げる外径仕上げ工程と、
   外径仕上げされた小口径ウェーハの外周部を所定形状に面取りをする面取り工程と、
   面取りされた小口径ウェーハをエッチングするエッチング工程と、
   該エッチング後の小口径ウェーハを鏡面加工するポリシング工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの製造方法。
3. 大口径の半導体ウェーハを研磨して所要厚さにするラッピング工程を有し、該ラッピング工程を行った後、前記マーキング工程以下の工程を行うことを特徴とする請求項１または２記載の半導体ウェーハの製造方法。
4. 前記直線状のオリフラ線の位置を、前記大口径の半導体ウェーハのオリフラもしくはノッチに基づいて決定することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の半導体ウェーハの製造方法。
5. １／２インチサイズの小口径ウェーハに切り出すことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の半導体ウェーハの製造方法。

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