JP6500796B2

JP6500796B2 - ウェーハの製造方法

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Publication number: JP6500796B2
Application number: JP2016019071A
Authority: JP
Inventors: 田中　利幸; 利幸田中; 友裕橋井; 中島　亮; 亮中島
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2036-02-03
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Description

本発明は、ウェーハの製造方法に関する。

従来、うねりがあるウェーハを平坦化する技術として、以下のようなものが知られている。
まず、ウェーハの一方の面に硬化性樹脂を塗布し、この硬化性樹脂を平坦に加工して硬化させる。その後、硬化性樹脂の平坦面を保持してウェーハの他方の面を研削し、硬化性樹脂を除去した後または除去せずに、平坦化された他方の面を保持してウェーハの一方の面を研削する。なお、以下において、上記技術を「樹脂貼り研削」と言う場合がある。

そして、このような樹脂貼り研削を応用したさらなる平坦化の検討がなされている（例えば、特許文献１〜４参照）。
特許文献１には、厚さが４０μｍ以上３００μｍ未満の硬化性樹脂を塗布することが開示されている。
特許文献２には、特定の特性を有する硬化性樹脂を１０μｍ〜２００μｍの厚さで塗布することが開示されている。
特許文献３には、ウェーハの一方の面を吸引保持してウェーハのうねりを矯正し、他方の面を研削した後、他方の面を吸引保持して一方の面を研削することで、両面に同等の研削歪みを形成し、その後、樹脂貼り研削を行うことが開示されている。
特許文献４には、樹脂貼り研削を繰り返し行うことが開示されている。

特開２００６−２６９７６１号公報特開２００９−２７２５５７号公報特開２０１１−２４９６５２号公報特開２０１５−８２４７号公報

ところで、半導体デバイス製造プロセスにおいて、ウェーハ上には、何層ものメタルや絶縁膜の層が形成される。このウェーハ上に形成される各層の膜厚均一性は、デバイスの性能に影響を与えるため、各層の形成直後にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化が行われる。しかし、ウェーハにうねりがあると、ＣＭＰの精度が下がり、膜厚が不均一な層が形成されてしまう。特に、波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりが、ＣＭＰの精度に大きな影響を与えてしまう。

しかしながら、特許文献１〜３のような方法では、ウェーハのうねりの大きさを考慮に入れずに研削しているため、うねりが大きい場合、十分に平坦化できないおそれがある。このため、うねりを十分に小さくできず、半導体デバイスを適切に製造できないおそれがある。
また、特許文献４のような方法では、樹脂貼り研削を複数回行うため、製造効率が落ちてしまうおそれがある。

本発明の目的は、ウェーハのうねりが大きい場合でも、製造効率を落とすことなく、か、半導体デバイスの製造に影響を与えないように平坦化可能なウェーハの製造方法を提供することにある。

本発明のウェーハの製造方法は、単結晶インゴットから切り出されたウェーハまたはラッピングされたウェーハの一方の面に硬化性樹脂を塗布して樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、前記樹脂層を介して前記一方の面を保持し、前記ウェーハの他方の面を平面研削する第１の平面研削工程と、前記樹脂層を除去する樹脂層除去工程と、前記他方の面を保持し、前記一方の面を平面研削する第２の平面研削工程とを含み、前記樹脂層形成工程は、前記ウェーハにおける波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりの最大振幅Ｘを求めてから、以下の式（１）を満たすように、前記樹脂層を形成することを特徴とする。
Ｔ／Ｘ＞３０ … （１）
Ｔ：前記樹脂層における最も厚い部分の厚さ

本発明によれば、半導体デバイス製造に影響を与える波長（１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下）のうねりが大きいウェーハであっても、上記式（１）に基づく厚さの樹脂層によって、一方の面のうねりを十分に吸収できる。したがって、このうねりを十分に吸収した樹脂層を介して一方の面を保持することで、第１の平面研削工程において、他方の面をうねりが十分に除去された平坦面にすることができる。また、うねりが十分に除去された他方の面を保持して、一方の面を平面研削することで、この一方の面もうねりが十分に除去された平坦面にすることができる。さらに、樹脂貼り研削を１回だけ行えばよいため、製造効率が落ちない。
よって、ウェーハのうねりが大きい場合でも、製造効率を落とすことなく、かつ、半導体デバイスの製造に影響を与えないように平坦化可能なウェーハの製造方法を提供できる。

本発明のウェーハの製造方法において、前記樹脂層形成工程は、以下の式（２）を満たすように、前記樹脂層を形成することが好ましい。
Ｔ／Ｘ＜２３０ … （２）

ここで、樹脂層が厚すぎて、上記式（２）を満たさない場合、第１の平面研削工程中に樹脂層が弾性変形してしまい、他方の面のうねりを十分に除去できないおそれがある。また、うねりが十分に除去されていない他方の面を保持して行う第２の平面研削工程でも、一方の面のうねりを十分に除去できないおそれがある。
本発明によれば、上記式（２）を満たすように、適切な厚さの樹脂層を形成するため、第１の平面研削工程中に樹脂層が弾性変形してしまうことを抑制でき、他方の面をうねりが十分に除去された平坦面にすることができる。また、その後の第２の平面研削工程でも、一方の面をうねりが十分に除去された平坦面にすることができる。したがって、平坦度が高いウェーハを確実に得ることができる。

本発明の一実施形態に係るウェーハの製造方法のフローチャート。（Ａ）〜（Ｃ）は前記ウェーハの製造方法の説明図。（Ａ）〜（Ｃ）は前記ウェーハの製造方法の説明図であり、図２に続く状態を示す。本発明の実施例におけるウェーハの製造方法とＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅとの関係を示すグラフ。前記実施例におけるウェーハの製造方法と波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりの最大振幅との関係を示すグラフ。前記実施例におけるＴ／ＸとＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅとの関係を示すグラフ。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
［ウェーハの製造方法］
図１に示すように、ウェーハの製造方法は、まず、シリコン、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、サファイアなどの単結晶インゴット（以下、単に「インゴット」と言う）をワイヤソーで切断して、複数のウェーハを得る（ステップＳ１：スライス工程）。
次に、ラッピング装置によって、ウェーハの両面を同時に平坦化加工し（ステップＳ２：ラッピング工程）、面取りを行う（ステップＳ３：面取り工程）。
このとき、ラッピング工程だけではウェーハの十分な平坦化を図ることが困難なため、図２（Ａ）に示すように、一方の面Ｗ１および他方の面Ｗ２にうねりＷ１１，Ｗ２１が発生しているウェーハＷが得られる。
この後、図１に示すように、ウェーハＷの一方の面Ｗ１に硬化性樹脂を塗布して樹脂層Ｒ（図２（Ｂ）参照）を形成する樹脂層形成工程（ステップＳ４）と、樹脂層Ｒを介して一方の面Ｗ１を保持し、ウェーハＷの他方の面Ｗ２を平面研削する第１の平面研削工程（ステップＳ５）と、樹脂層Ｒを除去する樹脂層除去工程（ステップＳ６）と、他方の面Ｗ２を保持し、一方の面Ｗ１を平面研削する第２の平面研削工程（ステップＳ７）とを含む樹脂貼り研削工程を行う。

樹脂層形成工程は、まず、一方の面Ｗ１および他方の面Ｗ２の表面形状を測定し、波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりＷ１１の最大振幅Ｘと、ウェーハＷの面内厚さのばらつき（ＴＴＶ：Total Thickness Variation）Ｖとを求める。なお、うねりＷ１１とうねりＷ２１とは、ほぼ対称の形状のため、これらの最大振幅もほぼ同じになる。
次に、以下の式（１）を満たすような樹脂層Ｒの厚さを求める。
Ｔ／Ｘ＞３０ … （１）
Ｔ：樹脂層Ｒにおける最も厚い部分の厚さ
この際、樹脂層Ｒの厚さは、以下の式（２）を満たすことが好ましい。
Ｔ／Ｘ＜２３０ … （２）

また、以下の式（３）に基づいて、第１，第２の平面研削工程における他方の面Ｗ２、一方の面Ｗ１の取代最小値Ｐを求める。
Ｐ＝Ｘ＋Ｖ … （３）
なお、最大振幅Ｘ、面内厚さばらつきＶは、インゴットのスライス条件や同じロットのウェーハＷの測定結果から推定できれば、その推定値を用いてもよい。

次に、図２（Ｂ）に示すような保持押圧装置１０を用いて、樹脂層Ｒを形成する。
まず、高平坦化された平板１１上に樹脂層Ｒとなる硬化性樹脂を滴下する。一方、図２（Ｂ）に実線で示すように、保持手段１２が保持面１２１でウェーハＷの他方の面Ｗ２を吸引保持する。
次に、保持手段１２を下降させ、図２（Ｂ）に二点鎖線で示すように、ウェーハＷの一方の面Ｗ１を硬化性樹脂に押圧する。その後、保持手段１２によるウェーハＷへの圧力を解除し、ウェーハＷを弾性変形させない状態で、一方の面Ｗ１上に硬化性樹脂を硬化させる。以上の工程により、一方の面Ｗ１に接触している面の反対側の面が平坦面Ｒ１となり、かつ、最も厚い部分の厚さが上記式（１），（２）を満たす樹脂層Ｒが形成される。

なお、ウェーハＷに硬化性樹脂を塗布する方法としては、ウェーハＷの一方の面Ｗ１を上に向けて、一方の面Ｗ１上に硬化性樹脂を滴下し、ウェーハＷを回転させることで硬化性樹脂を一方の面Ｗ１全面に広げるスピンコート法、一方の面Ｗ１にスクリーン版を配置し、スクリーン版に硬化性樹脂を載せ、スキージで塗布するスクリーン印刷法、エレクトリックスプレーデポジション法により一方の面Ｗ１全面にスプレーする方法などによって硬化性樹脂を塗布した後に、高平坦化された平板１１を硬化性樹脂に押圧する方法を適用できる。硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可逆性樹脂、感光性樹脂などの硬化性樹脂が、加工後の剥離のしやすさの点で好ましい。特に、感光性樹脂は熱によるストレスが加わらない点でも好適である。本実施形態では、硬化性樹脂として、ＵＶ硬化樹脂を使用した。また、他の具体的な硬化性樹脂の材質として、合成ゴムや接着剤（ワックスなど）などが挙げられる。

第１の平面研削工程は、図２（Ｃ）に示すような平面研削装置２０を用いて、他方の面Ｗ２を平面研削する。
まず、真空チャックテーブル２１の高平坦化された保持面２１１に、平坦面Ｒ１が下を向く状態でウェーハＷが載置されると、真空チャックテーブル２１がウェーハＷを吸引保持する。
次に、図２（Ｃ）に実線で示すように、砥石２２が下面に設けられた定盤２３を、ウェーハＷの上方に移動させる。その後、定盤２３を回転させながら下降させるとともに、真空チャックテーブル２１を回転させ、図２（Ｃ）に二点鎖線で示すように、砥石２２と他方の面Ｗ２とを接触させることで、他方の面Ｗ２を平面研削する。そして、取代が取代最小値Ｐ以上になったら、平面研削を終了する。以上の工程により、他方の面Ｗ２は、うねりが十分に除去された平坦面になる。

樹脂層除去工程は、図３（Ａ）に示すように、ウェーハＷの一方の面Ｗ１に形成された樹脂層ＲをウェーハＷから引き剥がす。この際、溶剤を用いて化学的に樹脂層Ｒを除去してもよい。

第２の平面研削工程は、図３（Ｂ）に示すように、第１の平面研削工程と同様の平面研削装置２０を用いて、一方の面Ｗ１を平面研削する。
まず、保持面２１１に、高平坦化された他方の面Ｗ２が下を向く状態でウェーハＷが載置されると、真空チャックテーブル２１がウェーハＷを吸引保持し、図３（Ｂ）に実線で示すように、ウェーハＷの上方に移動させた定盤２３を回転させながら下降させるとともに、真空チャックテーブル２１を回転させ、図３（Ｂ）に二点鎖線で示すように、一方の面Ｗ１を平面研削する。そして、取代が取代最小値Ｐ以上になったら、平面研削を終了することで、一方の面Ｗ１は、うねりが十分に除去された平坦面になる。

以上の樹脂貼り研削工程により、うねりＷ１１，Ｗ２１が十分に除去され、図３（Ｃ）に示すように、一方の面Ｗ１および他方の面Ｗ２が高平坦化されたウェーハＷが得られる。
この得られたウェーハＷは、波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりの振幅が０．５μｍ未満であり、かつ、平坦度測定器Ｗａｆｅｒｓｉｇｈｔ２のＨｉｇｈＯｒｄｅｒＳｈａｐｅモードで測定した際に、１０ｍｍ×１０ｍｍサイトにおけるＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅ（以下、単に「ＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅ」と言う）の最大値が１．２ｎｍ／ｍｍ^２以下という特性を有する。
ここで、「ＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅ」とは、ウェーハの反りを表す指標であって、指定のサイトサイズ（本発明では、１０ｍｍ×１０ｍｍ）に区切った面に対し、二次で近似した近似面の曲率を表す。このため、ＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅが大きいほど、ウェーハは大きなうねりを持つことになる。

次に、図１に示すように、面取り時や樹脂貼り研削時に発生し、ウェーハＷに残留する加工変質層などを除去するために、エッチングを行う（ステップＳ８：エッチング工程）。
この後、両面研磨装置を用いてウェーハＷの両面を研磨する一次研磨工程（ステップＳ９）と、片面研磨装置を用いてウェーハＷの両面を研磨する最終研磨工程（ステップＳ１０）とを含む鏡面研磨工程を行い、ウェーハの製造方法が終了する。

［実施形態の作用効果］
上述したように、上記式（１）に基づいて、ウェーハＷのうねりＷ１１の振幅を考慮に入れた厚さの樹脂層Ｒを用いて、樹脂貼り研削工程を行うため、一方の面Ｗ１および他方の面Ｗ２のうねりＷ１１，Ｗ２１を十分に除去できる。さらに、樹脂貼り研削工程を１回だけ行えばよいため、製造効率が落ちない。したがって、ウェーハＷのうねりが大きい場合でも、製造効率を落とすことなく、かつ、半導体デバイスの製造に影響を与えないように平坦化可能なウェーハＷの製造方法を提供できる。
特に、上記式（２）を満たすように、樹脂層Ｒの厚さを設定しているため、平坦度が高いウェーハＷを確実に得ることができる。

［変形例］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能であり、その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造などは本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。

例えば、ラッピング工程を行わずに、少なくとも上記式（１）を満たす条件で樹脂貼り研削工程を行ってもよい。このような場合でも、上述の特性を有するウェーハＷを得ることができる。
また、樹脂層Ｒの除去は、引き剥がしではなく、樹脂層除去工程としての第２の平面研削工程における研削により行ってもよい。

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

［ウェーハの製造方法と、ＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅおよび波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりの最大振幅との関係］
〔ウェーハの製造方法〕
｛実施例１｝
まず、図１に示すスライス工程を行い、直径３００ｍｍ、厚さ約９００μｍのウェーハを準備した。次に、これらのウェーハに対し、ラッピング工程、面取り工程を行った。ラッピング工程では、浜井産業株式会社製のラッピング装置（ＨＡＭＡＩ３２ＢＮ）を用い、研磨布を使用せず、アルミナ砥粒を含むスラリーでラッピングを行った。
そして、株式会社コベルコ科研社製のウェーハ平坦度・形状測定器（ＳＢＷ）を用いて、ウェーハの一方の面の形状を測定し、周波数解析を行うことで、ラッピング工程後における波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりの最大振幅Ｘを求めた。表１に示すように、最大振幅Ｘは、０．９μｍであった。

この後、樹脂貼り研削工程を行った。樹脂層形成工程では、ＵＶ硬化樹脂を塗布し、ＵＶ照射により硬化させることで、樹脂層を形成した。表１に示すように、樹脂層の最も厚い部分の厚さＴは８０μｍであり、Ｔ／Ｘは上記式（１）を満たす８８．９であった。なお、厚さＴは、株式会社ミツトヨ社製のリニアゲージ（ＬＧＦ）を用いて、樹脂貼り前のウェーハの厚さと、樹脂貼り後のウェーハおよび樹脂の合計厚さとを測定し、これらの差分から求めた。
そして、第１の平面研削工程、樹脂層除去工程、第２の平面研削工程を行った。第１，第２の平面研削工程では、株式会社ディスコ製の研削装置（ＤＦＧ８３６０）を用い、それぞれ取代２０μｍで平面研削を行った。
その後、エッチング工程から鏡面研磨工程までを行った。

｛実施例２｝
まず、スライス工程を行い、直径３００ｍｍ、厚さ約９００μｍのウェーハを準備した。表１に示すように、スライス工程後における波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりの最大振幅Ｘは、１．５μｍであった。
そして、ラッピング工程を行わず、表１に示すように、Ｔ／Ｘが上記式（１）を満たす５３．３となるような樹脂層を形成したこと以外は、実施例１と同様の条件で樹脂貼り研削工程から鏡面研磨工程までを行った。

｛比較例１｝
表１に示すように、Ｔ／Ｘが上記式（１）を満たさない２７．８となるような樹脂層を形成したこと以外は、実施例１と同様の条件でスライス工程から鏡面研磨工程までを行った。

｛比較例２｝
表１に示すように、樹脂貼り研削工程の代わりに、樹脂層を形成しない研削、つまり樹脂貼り研削工程のうち第１，第２の平面研削工程のみを行ったこと以外は、実施例１と同様の条件でスライス工程から鏡面研磨工程までを行った。なお、第１，第２の平面研削工程における取代は、２０μｍであった。

〔評価〕
実施例１，２、比較例１，２の条件で、それぞれ４枚ずつのウェーハを処理して評価した。

｛ＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅ｝
平坦度測定器Ｗａｆｅｒｓｉｇｈｔ２（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）のＨｉｇｈＯｒｄｅｒＳｈａｐｅモードで、各ウェーハの面形状を測定し、ＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅの最大値を評価した。その評価結果を図４に示す。
図４に示すように、Ｔ／Ｘが上記式（１）を満たす実施例１，２では、いずれも１．２ｎｍ／ｍｍ^２以下となり、Ｔ／Ｘが大きいほど小さい値となった。一方、Ｔ／Ｘが上記式（１）を満たさない比較例１および樹脂貼り研削工程を行わない比較例２では、いずれも１．２ｎｍ／ｍｍ^２を超えた。

｛波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりの最大振幅｝
実施例１におけるラッピング工程後のうねりの最大振幅Ｘを求めたときと同様の方法で、波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりの最大振幅を求めて評価した。その評価結果を図５に示す。
図５に示すように、Ｔ／Ｘが上記式（１）を満たす実施例１，２では、いずれも０．５μｍ未満となり、Ｔ／Ｘが大きいほど小さい値となった。一方、Ｔ／Ｘが上記式（１）を満たさない比較例１および樹脂貼り研削工程を行わない比較例２では、いずれも０．５μｍを超えた。

｛まとめ｝
以上のことから、スライス工程からラッピング工程まで行ったウェーハ、ラッピング工程を行わないウェーハのいずれであっても、Ｔ／Ｘが上記式（１）を満たす条件で樹脂貼り研削工程を行うことで、製造効率および平坦度が高く、半導体デバイスを適切に製造可能なウェーハを提供できることが確認できた。
なお、本実施例では、鏡面研磨工程後のウェーハについて評価したが、樹脂貼り研削工程（比較例２では、第１，第２の平面研削工程）直後の形状も図４および図５に示すものとほぼ等しくなると推定できる。その理由は、エッチング工程および鏡面研磨工程における取代は、ラッピング工程や樹脂貼り研削工程と比べて非常に小さいため、鏡面研磨工程後の平坦度は、樹脂貼り研削工程直後の平坦度とほぼ等しくなるからである。

［Ｔ／Ｘの許容範囲の検討］
樹脂層の厚さを複数のレベルで変えたこと以外は、各レベルで２枚ずつのウェーハに対して上記実施例１と同様の処理を行い、ＳｈａｐｅＣｕｒｖａｔｕｒｅの最大値を評価した。その評価結果を図６に示す。
図６に示すように、Ｔ／Ｘが３０を超えかつ２３０未満であれば、１．２ｎｍ／ｍｍ^２以下となることが確認できた。

Ｒ…樹脂層、Ｗ…ウェーハ、Ｗ１…一方の面、Ｗ２…他方の面。

Claims

単結晶インゴットから切り出されたウェーハまたはラッピングされたウェーハの一方の面に硬化性樹脂を塗布して樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記樹脂層を介して前記一方の面を保持し、前記ウェーハの他方の面を平面研削する第１の平面研削工程と、
前記樹脂層を除去する樹脂層除去工程と、
前記他方の面を保持し、前記一方の面を平面研削する第２の平面研削工程とを含み、
前記樹脂層形成工程は、前記ウェーハにおける波長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のうねりの最大振幅Ｘを求めてから、以下の式（１）を満たすように、前記樹脂層を形成することを特徴とするウェーハの製造方法。
Ｔ／Ｘ＞３０ … （１）
Ｔ：前記樹脂層における最も厚い部分の厚さ
請求項１に記載のウェーハの製造方法において、
前記樹脂層形成工程は、以下の式（２）を満たすように、前記樹脂層を形成することを特徴とするウェーハの製造方法。
Ｔ／Ｘ＜２３０ … （２）