JP6717353B2 - レーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法およびレーザマーク付きシリコンウェーハに関する。

従来、半導体デバイスの基板として、シリコンウェーハが広く使用されている。このシリコンウェーハは、以下のように得られる。すなわちまず、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ、ＣＺ）法等により育成した単結晶シリコンインゴットをブロックに切断し、ブロックの外周部を研削した後、スライスする。

スライスにより得られたシリコンウェーハに対して面取り処理、平坦化（ラップ）処理を施す。ラップ処理が施されたシリコンウェーハのおもて面または裏面の外周部には、レーザ光の照射によりウェーハ管理や識別のための識別符号（マーク）を印字する場合がある。レーザ光により印字されたマーク（以下、「レーザマーク」と言う。）は、複数の凹部（ドット）の集合からなる文字や記号で構成され、目視またはカメラ等により識別可能な大きさを有している。

上記レーザ光の照射により、ドットの周縁には環状の隆起部が形成される。そのため、上記レーザマークが印字されたシリコンウェーハの少なくともレーザマークが印字された領域（以下、「レーザマーク領域」とも言う。）に対して、エッチング処理を施して上記隆起部を除去した後、シリコンウェーハの表面に対して研磨処理を施す（例えば、特許文献１参照）。続いて研磨処理が施されたシリコンウェーハに対して最終洗浄を施し、各種検査を行って所定の品質基準を満たすものが製品として出荷される。

特開２０１１−２９３５５号公報

上述のように、レーザマークの印字の際に形成された、ドット周縁の隆起部は、エッチング処理によって除去されている。しかしながら、研磨処理後のシリコンウェーハを検査したところ、ドット周縁に隆起部が形成されていることが判明した。近年、半導体デバイスの微細化・高集積化が益々進行し、シリコンウェーハには極めて高い平坦性が要求されている。また、デバイス形成領域についてもウェーハ径方向外側に年々拡大しており、ウェーハ外周部に対しても高い平坦性が要求されている。上記ドット周縁の隆起部は、ウェーハ外周部の平坦性を低下させる。

そこで本発明の目的は、研磨処理後にレーザマークを構成するドット周縁に隆起部のないレーザマーク付きシリコンウェーハを製造することができる方法およびレーザマーク付きシリコンウェーハを提供することにある。

上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）所定の方法で育成した単結晶シリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハに複数のドットを有するレーザマークを印字するレーザマーク印字工程と、
前記シリコンウェーハの少なくともレーザマークが印字された領域に対してエッチング処理を施すエッチング工程と、
前記エッチング工程後の前記シリコンウェーハの表面に対して研磨処理を施す研磨工程と、
を含み、
前記レーザマーク印字工程において、前記複数のドットの各々を、レーザ光を第１のビーム径で前記シリコンウェーハの外周部の所定の位置に照射して前記ドットの第１の部分を形成する第１工程と、レーザ光を前記第１のビーム径よりも小さな第２のビーム径で前記所定の位置に照射して前記ドットの第２の部分を形成する第２工程とにより形成し、
前記第１工程は、前記第１の部分が、前記研磨工程後に前記第１の部分の少なくとも一部が残る深さを有するように行うことを特徴とするレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法。

（２）前記第１のビーム径は前記第２のビーム径の１００％越え１２０％以下である、前記（１）に記載のレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法。

（３）前記第１工程は複数回のレーザ光の照射により行う、前記（１）または（２）に記載のレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法。

（４）前記第２工程は複数回のレーザ光の照射により行う、前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法。

（５）外周部に複数のドットを有するレーザマークを備えるレーザマーク付きシリコンウェーハであって、
前記ドットが、第１の壁面によって区画された第１の部分と、該第１の部分よりも前記シリコンウェーハ表面から深い位置に設けられ、第２の壁面および底面によって区画された第２の部分とを有し、
前記シリコンウェーハの表面に対する前記第１の壁面の傾斜角が前記第２の壁面の傾斜角よりも小さいことを特徴とするレーザマーク付きシリコンウェーハ。

（６）前記シリコンウェーハの表面が鏡面研磨されている、前記（５）に記載のレーザマーク付きシリコンウェーハ。

（７）前記第１の部分の深さが０超え２３μｍ以下である、前記（５）または（６）に記載のレーザマーク付きシリコンウェーハ。

本発明によれば、研磨処理後にレーザマークを構成するドット周縁に隆起部のないレーザマーク付きシリコンウェーハを製造することができる。

本発明によるレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法のフローチャートである。 本発明によりウェーハ外周部の平坦度が向上するメカニズムを説明する図である。 レーザマーク印字工程後のドットの模式断面図である。 エッチング工程後のドットの模式断面図である。 研磨工程後のドットの模式断面図である。 ドットの表面プロファイルを示す図である。

（レーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法）
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明によるレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法のフローチャートを示している。本発明によるレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法は、所定の方法で育成した単結晶シリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハに複数のドットを有するレーザマークを印字するレーザマーク印字工程（ステップＳ１）と、シリコンウェーハの少なくともレーザマークが印字された領域に対してエッチング処理を施すエッチング工程（ステップＳ２）と、エッチング工程後のシリコンウェーハの表面に対して研磨処理を施す研磨工程（ステップＳ３）とを含む。ここで、複数のドットの各々を、レーザ光を第１のビーム径でシリコンウェーハの外周部の所定の位置に照射してドットの第１の部分を形成する第１工程（ステップＳ１１）と、レーザ光を第１のビーム径よりも小さな第２のビーム径で所定の位置に照射してドットの第２の部分を形成する第２工程（ステップＳ１２）とにより形成し、第１工程は、第１の部分が、研磨工程後に第１の部分の少なくとも一部が残る深さを有するように行うことを特徴とする。

上述のように、シリコンウェーハの外周部にレーザマークを印字した際に形成されるドット周縁の隆起部は、エッチング処理によって除去されている。それにもかかわらず、研磨処理後に、ドット周縁に隆起部が形成されていることが判明したのである。

本発明者は、上記隆起部が形成される原因について鋭意検討した。その結果、研磨処理中にドット周縁にて作用する砥粒が不足しているのではないかと考えた。すなわち、図２に示すように、研磨パッドＰとシリコンウェーハＷとの間に研磨スラリーを供給してシリコンウェーハＷの表面を研磨すると、研磨スラリーに含まれる砥粒ＧがドットＤ内に落下してドットＤの周縁での砥粒が不足し（図２（ａ））、その結果、ドットＤ周縁での研磨量が他の部分の研磨量に比べて減少して、ドットＤ周縁に隆起部Ｂが形成されたのではないかと考えた（図２（ｂ））。

そこで、本発明者は、上記推測に基づいてドットＤ周縁での隆起部Ｂの形成を抑制する方途について鋭意検討した結果、複数のドットＤの各々を、レーザ光を第１のビーム径でシリコンウェーハの外周部の所定の位置に照射する第１工程と、レーザ光を第１のビーム径よりも小さな第２のビーム径で上記所定の位置に照射する第２工程とにより形成することが極めて有効であることを見出したのである。

上記ビーム径が異なる複数段階のレーザ光照射により、径が比較的大きな第１の部分と径が比較的小さな第２の部分からなるドットが形成される。本発明者が検討した結果、こうしたドットが形成されたシリコンウェーハに対してエッチング処理を施すと、ウェーハＷの表面に近い第１の部分において、傾斜が小さな壁面が形成されることが分かった（図２（ｃ））。

上記隆起部Ｂの形成が抑制されるメカニズムは必ずしも明らかではないが、上述のような傾斜が小さな壁面によって、砥粒ＧがドットＤの深い位置に落下するのが抑制され、ドットＤの周縁に滞留する砥粒Ｇが増加して隆起部Ｂの形成が抑制されたためと考えられる。

また、本発明者は、上記第１工程において、第１の部分を、研磨工程後に第１の部分の少なくとも一部が残る深さで形成することにより、隆起部Ｂの形成を防止できることを見出した（図２（ｄ））。これは、研磨処理の開始から終了まで、傾斜が小さな壁面が消失するのを防止することができ、研磨スラリーに含まれる砥粒ＧがドットＤの深い位置に落下するのが抑制されるためと考えられる。

このように、本発明者は、レーザマークの印字工程をビーム径が異なる複数段階のレーザ光照射により行い、ビーム径が比較的大きなレーザ光の照射によって形成される第１の部分を、研磨工程後に第１の部分の少なくとも一部が残る深さを有するように形成することによって、ドットＤ周縁の隆起部Ｂの形成を防止できることを見出し、本発明を完成させたのである。以下、各工程について説明する。

まず、ステップＳ１において、所定の方法で育成した単結晶シリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハに複数のドットを有するレーザマークを印字する（レーザマーク印字工程）。

上記レーザマーク印字工程は、具体的には以下の２つの工程により行う。まず、ステップＳ１１において、レーザ光を第１のビーム径Ｄ１でシリコンウェーハの外周部の所定の位置に照射する（第１工程）。これにより、シリコンウェーハの外周部の所定の位置に、第１の径Ｄ１および第１の深さｄ１を有する孔（第１の部分）が形成される。

なお、上記孔は、ウェーハのおもて面および裏面のいずれに形成してもよい。また、孔の第１の径Ｄ１とは、ウェーハ最表面での径を意味している。さらに、第１の深さｄ１は、ウェーハ表面から孔の最深部までの深さを意味している。

上記シリコンウェーハは、ＣＺ法や浮遊帯域溶融法（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ、ＦＺ）法により育成された単結晶シリコンインゴットに対して、公知の外周研削、スライス、ラッピング処理を施して得られた、所定の厚みを有するものを用いることができる。

上記単結晶シリコンインゴットの育成は、育成したシリコンインゴットから採取されたシリコンウェーハが所望の特性を有するように、酸素濃度や炭素濃度、窒素濃度等を適切に調整することができる。また、導電型についても、適切なドーパントを添加してｎ型またはｐ型とすることができる。

レーザ光源としては、例えば赤外線レーザやＣＯ_２レーザ、ＹＬＦレーザ（固体レーザ）を用いることができる。このうち、熱損傷を低く抑えることができることから、ＹＬＦレーザを用いることが好ましい。

シリコンウェーハに照射するレーザ光のビーム径は、レーザ光の出力や電流値で制御することができ、レーザ光の出力を大きくすることによりビーム径を大きくすることができる。本第１工程においては、後述する第２工程の第２のビーム径よりも大きな第１のビーム径で、レーザ光を照射することにより、シリコンウェーハの外周部の所定の位置に、第１の径Ｄ１および第１の深さｄ１の孔（第１の部分）を形成する。

１回のレーザ光の照射により形成される孔の深さは、レーザ光の出力に依存せず、装置にもよるが、例えば約４μｍ／回である。１回のレーザ光の照射により上記第１の深さｄ１の孔が得られない場合には、第１工程においてレーザ光照射を複数回行うことにより、上記第１の深さｄ１の孔を形成することができる。

本発明においては、上記第１の深さｄ１は、後の研磨処理後に第１工程で設けられた孔の少なくとも一部が残る深さとすることが肝要である。これにより、後の研磨工程の開始から終了まで、径が比較的大きな第１の部分において、図２（ｃ）に示したような壁面の傾斜が小さな部分が常時存在するようになり、隆起部の形成を防止することができる。

また、第１の深さｄ１の上限については、エッチング後に形成される角度の小さな面に近い形状をエッチング前に形成させるという点から、後述する第２工程の後に形成される孔の第２の深さｄ２に対して５０％以下とすることが好ましい。ここで、第２の深さｄ２は、第２工程によって、第１工程で形成された孔の中にさらに形成された孔の部分の深さであり、ウェーハ表面からの深さではない。

次に、ステップＳ１２において、レーザ光を第１のビーム径よりも小さな第２のビーム径Ｄ２で上記所定の位置、すなわち、第１工程でレーザ光を照射した位置に照射する（第２工程）。これにより、第１工程において形成された、第１の径Ｄ１および第１の深さｄ１の孔の中に、第１の径Ｄ１よりも小さな第２の径Ｄ２および第２の深さｄ２の孔が形成される。

第１工程と同様に、１回のレーザ光の照射により上記第２の深さｄ２の孔が得られない場合には、第２工程においてレーザ光照射を複数回行うことにより、上記第２の深さｄ２の孔を形成することができる。

第２のビーム径に対する第１のビーム径の割合（Ｄ１／Ｄ２）は１００％越え１２０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、１０５％以上１２０％以下とする。これにより、後の研磨工程後に形成される隆起部の形成の抑制効果をより高めることができる。

このように、シリコンウェーハの外周部の所定の位置に、第１の直径Ｄ１および第１の深さｄ１と第２の深さｄ２との和の深さを有する孔を形成することができる。本明細書では、このように形成された孔をドットと呼ぶ。上記第１工程および第２工程を別の位置において繰り返し行って複数のドットを形成することにより、レーザマークを印字することができる。

なお、上述の説明では、第１工程および第２工程を行って１つのドットを形成した後、別のドットを形成しているが、まず全てのドット形成位置に対して第１工程を行った後に、第２工程を行うようにしてもよい。

また、上述の説明では、第１工程を行った後に第２工程を行っているが、第２工程を行った後に第１工程を行うこともできる。この場合、まず第２工程において第２の直径Ｄ２、第２の深さｄ２の孔を形成し、続く第１工程において第２の直径Ｄ２よりも大きな第１の直径Ｄ１、深さｄ１の孔を形成する。ここで、第１工程においては、第２工程で形成された孔にもレーザ光が照射されるため、第１工程で形成された孔の深さはｄ１だけ深くなってｄ１＋ｄ２になり、結果として第１工程を行った後に第２工程を行って形成された場合と同様のドットが形成される。

なお、後のエッチング工程および研磨工程において、シリコンウェーハの表面部分が除去され、各ドットの径および深さが変化する。よって、上記第１工程および第２工程では、研磨工程後のシリコンウェーハについて、最終製品での直径および最終製品での深さを有する複数のドットを有するレーザマークが得られるよう、各工程でのビーム径や設ける孔の深さを適切に設定するようにする。

上記レーザマーク印字工程の後、ステップＳ２において、シリコンウェーハの少なくともレーザマークが印字された領域に対してエッチング処理を施す（エッチング工程）。このエッチング工程は、ステップＳ１におけるレーザ光の照射により、ドットの内部を含めたシリコンウェーハの表面部分が除去され、ドットの周縁に形成された隆起部も除去される。また本エッチング工程により、ラップ処理によりシリコンウェーハに生じた歪みを除去することもできる。

上記エッチング工程の一例として、レーザマーク印字後のシリコンウェーハを、エッチング槽に充填されたエッチング液に浸して保持し、ウェーハを回転させながらエッチングする方法を挙げることができる。

エッチング液としては、アルカリ性のエッチング液を用いることが好ましく、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液からなるエッチング液を用いることが更に好ましい。このエッチング工程により、レーザマークを構成するドット部周縁の隆起部を除去するとともに、ラップ処理によりシリコンウェーハに生じた歪みを除去することもできる。

上記エッチング工程の後、ステップＳ３において、エッチング工程後のシリコンウェーハの表面に対して研磨処理を施す（研磨工程）。本研磨工程においては、砥粒を有する研磨スラリーを用いてエッチング後のウェーハの両面を研磨する。これにより、シリコンウェーハの表面が鏡面研磨される。

本研磨工程は、キャリアにシリコンウェーハを嵌め込み、ウェーハを、研磨布を貼りつけた上定盤および下定盤で挟み、上下定盤とウェーハとの間に、例えばコロイダルシリカ等のスラリーを流し込み、上下定盤およびキャリアを互いに反対方向に回転させて、シリコンウェーハの両面に対して鏡面研磨処理を施す。これにより、ウェーハ表面の凹凸を低減して平坦度の高いウェーハを得ることができる。

具体的には、研磨スラリーとしては、研磨砥粒としてコロイダルシリカを含むアルカリ性のスラリーを用いる。

上記研磨工程の後、シリコンウェーハの少なくとも片面を片面ずつ仕上げ研磨する片面仕上げ研磨する。この仕上げ研磨においては、片面のみの研磨および両面の研磨の両者を含む。両面を研磨する場合には、一方の表面の研磨を行った後他方の表面の研磨を行う。

その後、仕上げ研磨処理の後、研磨処理が施されたシリコンウェーハに対して洗浄する。具体的には、例えばアンモニア水、過酸化水素水および水の混合物であるＳＣ−１洗浄液や、塩酸、過酸化水素水および水の混合物であるＳＣ−２洗浄液を用いて、ウェーハ表面のパーティクルや有機物、金属等を除去する。

最後に、洗浄されたシリコンウェーハの平坦度、ウェーハ表面のＬＰＤの数、ダメージ、ウェーハ表面の汚染等を検査する。この検査において所定の品質を満足するシリコンウェーハのみが製品として出荷される。

こうして、研磨処理後にレーザマークを構成するドット周縁に隆起部のないレーザマーク付きシリコンウェーハを製造することができる。

（レーザマーク付きシリコンウェーハ）
次に、本発明によるレーザマーク付きシリコンウェーハについて説明する。本発明によるレーザマーク付きシリコンウェーハは、上述の方法により製造された、外周部に複数のドットを有するレーザマークを備えるレーザマーク付きシリコンウェーハである。ここで、上記ドットが、第１の壁面によって区画された第１の部分と、該第１の部分よりも前記シリコンウェーハ表面から深い位置に設けられ、第２の壁面および底面によって区画された第２の部分とを有し、シリコンウェーハの表面に対する第１の壁面の傾斜角が第２の壁面の傾斜角よりも小さいことを特徴とする。

上述のように、レーザマーク印字工程において、レーザマークを構成するドット周縁での隆起部の形成を防止することができる。よって、本発明によるレーザマーク付きシリコンウェーハは、レーザマークを構成するドットの周縁に隆起部のないものであり、従来のものよりもウェーハ外周部の平坦性が高い、表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハである。

また、本発明のレーザマーク付きシリコンウェーハの第１の部分の深さは、０超え２３μｍ以下とすることが好ましい。

以下、具体的な実施例および従来例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（発明例）
図１に示したフローチャートに従って、直径が１１６μｍ、深さが５８μｍの複数のドットからなるレーザマーク付きシリコンウェーハを作製した。まず、ＣＺ法により育成された直径３００ｍｍの単結晶シリコンインゴットをブロックに切断し、外周研削した後、スライスして、面方位（１００）のシリコンウェーハとした。次いで、得られたシリコンウェーハの裏面外周部にレーザマークを印字した。具体的には、レーザ光源としてＹＦＬレーザを用い、第１工程として、レーザー出力値：３０００μＪの条件の下で狙い直径１１０μｍ、狙い深さ４μｍで７回照射した後、第２工程として、レーザー出力値：１５００μＪの条件の下で狙い直径６５μｍ、狙い深さ４μｍで７回照射した。その結果、図３に示すような、直径１０９．０μｍの第１の部分と、直径６４．５μｍの第２の部分とからなるドットが形成された。

続いて、レーザマークが印字されたシリコンウェーハに対してエッチング処理を施した。具体的には、エッチング液としては濃度４８％の水酸化ナトリウム水溶液を用い、取り代は１５μｍとした。エッチング処理後のドットの断面模式図を図４に示す。

その後、エッチング処理が施されたシリコンウェーハに対して、両面研磨処理を施した。具体的には、キャリアにエッチング処理が施されたシリコンウェーハを嵌め込み、ウェーハを、研磨布を貼りつけた上定盤および下定盤で挟み、上下定盤とウェーハとの間に、コロイダルシリカを含むアルカリ性の研磨スラリーを流し込み、上下定盤およびキャリアを互いに反対方向に回転させて、シリコンウェーハの両面に対して鏡面研磨処理を施した。この両面研磨処理での取り代は、片面あたり５μｍとした。研磨処理後のドットの断面模式図を図５に示す。図５から明らかなように、研磨処理後において、第１の部分の一部が残っていた。

続いて、上記研磨処理が施されたシリコンウェーハに対して仕上げ研磨した後、洗浄して、本発明によるレーザマーク付きシリコンウェーハを得た。同条件で５枚のレーザマーク付きシリコンウェーハを作製した。

（従来例）
発明例と同様にレーザマーク付きシリコンウェーハを作製した。ただし、レーザマークを構成する複数のドットの各々は、レーザー出力値が１５００μＪの条件の下で、狙い直径１００μｍ、狙い深さ４μｍで１４回照射して形成した。その他の条件は、発明例と全て同じである。レーザーマーク印字後、エッチング処理後、および研磨処理後のドットの断面模式図を、それぞれ図３、図４および図５に示す。

＜ドットの表面プロファイルの測定＞
上記発明例および従来例により得られたレーザマーク付きシリコンウェーハについて、レーザマークを構成するドットの表面プロファイルを測定した。具体的には、測定装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ２）を用いて全てのドットの周縁部の高さを測定した。

図６は、上述のように作製された発明例および従来例のシリコンウェーハについて、レーザマークを構成するドットの表面プロファイルを示している。図６から明らかなように、従来例においては、ドットの周縁に５０ｎｍを超える高さの隆起部が形成されている。これに対して、発明例においては、隆起部は形成されておらずにドットの周縁が凹んでおり、第１工程において形成された第１の部分の一部が残っていることが分かる。このように、本発明により、ドット周縁に隆起部のないレーザマーク付きシリコンウェーハが得られることが分かる。

本発明によれば、本発明によれば、研磨処理後にレーザマークを構成するドット周縁に隆起部のないレーザマーク付きシリコンウェーハを製造することができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。

Ｂ 隆起部
Ｄ ドット（凹部）
Ｇ 砥粒
Ｐ 研磨パッド
Ｗ シリコンウェーハ

Claims (4)

1. 所定の方法で育成した単結晶シリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハに複数のドットを有するレーザマークを印字するレーザマーク印字工程と、
   前記シリコンウェーハの少なくともレーザマークが印字された領域に対してエッチング処理を施すエッチング工程と、
   前記エッチング工程後の前記シリコンウェーハの表面に対して研磨処理を施す研磨工程と、
   を含み、
   前記レーザマーク印字工程において、前記複数のドットの各々を、レーザ光を第１のビーム径で前記シリコンウェーハの外周部の所定の位置に照射して前記ドットの第１の部分を形成する第１工程と、レーザ光を前記第１のビーム径よりも小さな第２のビーム径で前記所定の位置に照射して前記ドットの第２の部分を形成する第２工程とにより形成し、
   前記第１工程は、前記第１の部分が、前記研磨工程後に前記第１の部分の少なくとも一部が残る深さを有するように行うことを特徴とするレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法。
2. 前記第１のビーム径は前記第２のビーム径の１００％越え１２０％以下である、請求項１に記載のレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法。
3. 前記第１工程は複数回のレーザ光の照射により行う、請求項１または２に記載のレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法。
4. 前記第２工程は複数回のレーザ光の照射により行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザマーク付きシリコンウェーハの製造方法。

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