JP7072180B1 - 半導体結晶ウェハの製造方法および製造装置 - Google Patents

半導体結晶ウェハの製造方法および製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、高品質な半導体結晶ウェハを簡易かつ確実に製造することができる半導体結晶ウェハの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】半導体結晶ウェハであるＳｉＣウェハの製造方法は、円筒形状に研削加工されたＳｉＣインゴットからスライス状に切り出したウェハの表面に高精度研削加工を施したＳｉＣウェハを得る方法であって、溝加工工程（ＳＴＥＰ１００／図１）と、切断工程（ＳＴＥＰ１２０／図１）と、うねり除去工程（ＳＴＥＰ１２０／図１）と、第１面加工工程（ＳＴＥＰ１３０／図１）と、第２面加工工程（ＳＴＥＰ１４０／図１）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、円筒形状に研削加工された半導体結晶インゴットからスライス状に切り出したウェハの表面に高精度研削加工を施した半導体結晶ウェハの製造方法に関するものである。
従来、この種の半導体結晶ウェハであるＳｉＣウェハの製造方法としては、下記特許文献１に示すように、ウェハ形状形成工程として、結晶成長させた単結晶ＳｉＣの塊を円柱状のインゴットに加工するインゴット成形工程と、インゴットの結晶方位を示す目印となるよう、外周の一部に切欠きを形成する結晶方位成形工程と、単結晶ＳｉＣのインゴットをスライスして薄円板状のＳｉＣウェハに加工するスライス工程と、修正モース硬度未満の砥粒を用いてＳｉＣウェハを平坦化する平坦化工程と、刻印を形成する刻印形成工程と、外周部を面取りする面取り工程とを含み、次に、加工変質層除去工程として、先行の工程でＳｉＣウェハに導入された加工変質層を除去する加工変質層除去工程を含み、最後に、鏡面研磨工程として、研磨パッドの機械的な作用とスラリーの化学的な作用を併用して研磨を行う化学機械研磨（ＣＭＰ）工程を含むＳｉＣウェハの製造方法が知られている。
特開２０２０－１５６４６号公報
しかしながら、かかる従来のＳｉＣウェハの製造方法では、製造工程が多く複雑であり、装置構成が複雑となり製造コストが嵩むという問題ある。
一方で、製造工程を簡略化した場合には、ＳｉＣウェハに要求される品質を安定して得ることが困難となる。
そこで、本発明は、高品質な半導体結晶ウェハを簡易かつ確実に製造することができる半導体結晶ウェハの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
第１発明の半導体結晶ウェハの製造方法は、円筒形状に研削加工された半導体結晶インゴットからスライス状にウェハを切り出す半導体結晶ウェハの製造方法であって、
前記半導体結晶インゴットを複数のワイヤーによりスライス状に切断して半導体結晶ウェハを得る切断工程と、
前記切断工程によりスライス状に切断した半導体ウェハに対して、その一面のうねりを除去するうねり除去工程と
を備え、
前記うねり除去工程は、前記切断工程により切断された複数の半導体結晶ウェハの２枚を一対として、両面が研削面の平板砥石を両側から挟み込んだ状態で、該一対の半導体結晶ウェハと該平板砥石とのいずれか一方または両方を摺動させることにより該一対の半導体ウェハの各一面のうねりを除去することを特徴とする。
第１発明の半導体結晶ウェハの製造方法によれば、まず、ワイヤーにより半導体結晶インゴットを精度よくスライス状に切断する。
そして、スライス状に切断した複数の半導体ウェハの２枚を１組として、両面が研削面の平板砥石を両側から挟み込んだ状態で、一対の半導体結晶ウェハと平板砥石とのいずれか一方または両方を摺動（例えば、揺動と回転とのいずれか一方または両方）させることにより一対の半導体ウェハの各一面のうねりを除去することができる。
これにより、切断面のうねりや筋を磨き上げて除去して基準面とするすることができ、平坦化工程において一般的に行われている遊離砥石加工、すなわち１次～４次の複数回のラップなど複雑な製造工程を大幅に簡略化することができる。
このように、第１発明の半導体結晶ウェハの製造方法によれば、高品質な半導体結晶ウェハを簡易かつ確実に製造することができる。
第２発明の半導体結晶ウェハの製造装置は、円筒形状に研削加工された半導体結晶インゴットからスライス状にウェハを切り出す半導体結晶ウェハの製造装置であって、
前記半導体結晶インゴットに対して、複数のワイヤーを周回させながら前進させて切断するワイヤーソー部と、
前記ワイヤーソー部によりスライス状に切断された半導体ウェハに対して、その一面のうねりを除去するうねり除去部と
を備え、
前記うねり除去部は、
両面が研削面の平板砥石と、
前記ワイヤーソー部により切断された複数の半導体結晶ウェハの２枚を一対として、前記平板砥石を両側から挟み込んだ状態で支持するウェハ支持部と
前記平板砥石と前記一対の半導体結晶ウェハとのいずれか一方または両方を、板面方向において摺動させる摺動機構と、
を有し、前記ウェハ支持部により一対の半導体ウェハが前記平板砥石を両側から挟み込んだ状態で、前記摺動機構により該一対の半導体結晶ウェハと該平板砥石とのいずれか一方または両方を摺動させることで該一対の半導体ウェハの各一面のうねりを除去することを特徴とする。
第２発明の半導体結晶ウェハの製造装置によれば、第１発明の半導体結晶ウェハの製造方法を実現する装置である。
まず、ワイヤーソー部により、半導体結晶インゴットをワイヤーで精度よくスライス状に切断する。
次いで、うねり除去部のウェハ支持部により切断した複数の半導体ウェハの２枚を１組として、両面が研削面の平板砥石を両側から挟み込んだ状態とすることができ、この状態で、摺動機構により一対の半導体結晶ウェハと平板砥石とのいずれか一方または両方を摺動（例えば、揺動と回転とのいずれか一方または両方）させることで一対の半導体ウェハの各一面のうねりを除去することができる。
これにより、切断面のうねりや筋を磨き上げて除去して基準面とするすることができ、平坦化工程において一般的に行われている遊離砥石加工、すなわち１次～４次の複数回のラップなど複雑な製造工程を大幅に簡略化することができる。
このように、第２発明の半導体結晶ウェハの製造装置によれば、実際に高品質な半導体結晶ウェハを簡易かつ確実に製造することができる。
本実施形態のＳｉＣウェハ（半導体結晶ウェハ）の製造方法の工程全体を示すフローチャート。 図１のＳｉＣウェハの製造方法における溝加工工程および切断工程の内容を示す説明図。 図１のＳｉＣウェハの製造方法におけるうねり除去工程の内容を示す説明図。 図１のＳｉＣウェハの製造方法における第１面加工工程および第２面加工工程の内容を示す説明図。 図１のＳｉＣウェハの製造方法におけるうねり除去工程の変更例を示す説明図。
図１に示すように、本実施形態において、半導体結晶ウェハであるＳｉＣウェハの製造方法は、円筒形状に研削加工されたＳｉＣインゴットからスライス状に切り出したウェハの一面のうねり除去を施したＳｉＣウェハを得る方法であって、溝加工工程（ＳＴＥＰ１１０／図１）と、切断工程（ＳＴＥＰ１２０／図１）と、うねり除去工程（ＳＴＥＰ１３０／図１）と、第１面加工工程（ＳＴＥＰ１４０／図１）と、第２面加工工程（ＳＴＥＰ１５０／図１）とを備える。
図２～図５を参照して各工程の詳細および各工程で用いられる装置について説明する。
まず、図２に示すＳＴＥＰ１００の溝加工工程では、予め結晶させたＳｉＣ結晶に対して、インゴット加工工程において、結晶方位を定めて円筒研削加工を施して得られる円筒形状のＳｉＣインゴット１０を準備する。
そして、ＳＴＥＰ１００の溝加工工程では、かかるＳｉＣインゴット１０に対して、側面全体に周回する複数の凹溝１１を形成する。
具体的に、ＳＴＥＰ１００の溝加工工程では、凹溝１１に対応した凸部２１が側面に形成された溝加工ドラム砥石２０を互いに平行な回転軸上でそれぞれ回転させながらＳｉＣインゴット１０に圧接することにより凹溝１１を形成する。
なお、溝加工工程により得られたＳｉＣインゴット１０（特に凹溝１１）に対して化学処理的手法によりノンダメージの鏡面加工を施すことが望ましい。
次に、ＳＴＥＰ１１０の切断工程では、溝加工工程において形成された複数の凹溝１１に配置された複数のワイヤー３１によりＳｉＣインゴット１０をスライス状に切断してＳｉＣウェハ１００を得る。
具体的に切断工程では、切断加工装置であるワイヤーソー装置３（本発明のワイヤーソー部に相当する）の複数のワイヤー３１を、溝加工工程で形成した複数の凹溝１１にそれぞれ合せて、ワイヤーを周回させながら前進させることによりＳｉＣインゴット１０をスライス状に切断する。
このとき、ワイヤーソー装置３の複数のワイヤー３２を周回させるワイヤーソーボビン３１の側面全体に複数の凸溝２１に対応した複数のボビン溝を形成しておくことが好ましい。
これにより、複数の凹溝１１と同一形状のボビン溝が形成されたワイヤーボビン３１を介してワイヤー３２が周回することにより、複数の凹溝１１に正確に配置された複数のワイヤー３２で精度よくＳｉＣインゴット１０を１回でスライス状に精度よく切断することができる。
このように、溝加工工程において、予めＳｉＣインゴットの側面全体に周回する凹溝１１を形成しておき、凹溝１１をガイドとしてワイヤー３１によりＳｉＣインゴット１０を精度よくスライス状に切断することができ、改めて面取り工程を行う必要がない。
次に、図３に示すように、ＳＴＥＰ１２０のうねり除去工程では、切断工程により得られたＳｉＣウェハ１００に対して、その一面のうねりを除去する。
具体的にうねり除去工程では、うねり除去装置４０（本発明のうねり除去部に相当する）が用いられる。
うねり除去装置４０は、両面が研削面の平板砥石４１（例えばダイヤモンド平板砥石）と、平板砥石４１を板面方向に揺動させる揺動機構４２（本発明の摺動機構に相当する、例えばアクチュエータ装置など）と、ＳｉＣウェハ１００の２枚を一対として、平板砥石４１を両側から挟み込んだ状態で平板砥石４１に押圧するように支持するウェハ支持部４３とを備える。
ここで、ＳｉＣウェハ１００は、研磨面を平板砥石４１に対向させて、ウェハ支持部４３のテンプレート内（ＳｉＣウェハ１００が嵌まり込む樹脂製のテンプレート）に格納された状態で、平板砥石４１に押圧される。
このとき、ウェハ支持部４３のテンプレート内には、例えば、水分を含ませたスポンジ状のバックパッドが装備されており、図中に矢印で示す方向に、適度な力でＳｉＣウェハ１００が平板砥石４１に押圧される。
さらに、このとき、図中に矢印で示すように、平板砥石４１が揺動機構４２により板面方向に揺動することで、一対のＳｉＣウェハ１００のそれぞれの研磨面１１０が同時に研磨される。
これにより、研磨面１１０は、切断時のうねりや筋が磨き上げられて除去され、後述する面加工工程における基準面とするすることができる。
なお、本実施形態では、揺動機構４２が横方向に２箇所設置されているように図示しているが、一方をアクチュエータなどの揺動装置とすると共に、他方をばねなどの付勢手段による揺動補助手段としてもよい。また、揺動機構４２は横方向に代えて又は加えて縦方向に設置（揺動補助手段も併せて設置）してもよい。
次に、図４に示すように、ＳＴＥＰ１３０の第１面加工工程では、ＳｉＣウェハ１００の研磨面１１０を支持面として、残る他面１２０にメカニカルポリッシュ（高精度研削加工）を施す。ここで、ＳＴＥＰ１２０のうねり除去工程により研磨されたＳｉＣウェハ１００は、その研磨面１１０が高い平滑性を有するため支持面（基準面）とすることができるためである。
具体的には、第１面加工工程では、メカニカルポリッシュを施すメカニカルポリッシュ装置５０（超高合成高精度研削加工装置）により、研削加工を行う。
メカニカルポリッシュ装置５０は、スピンドル５１と、定盤であるプラテン５２上のダイアモンド砥石５３とを備える。
まず、ここで研磨面１１０を上面として、スピンドル５１の吸着プレートである真空ポーラスチャック５４に吸着させて支持させ、他面１２０を下面として、ダイアモンド砥石５３により他面１２０を研削加工する。
このとき、スピンドル５１およびダイアモンド砥石５３は、図示しない駆動装置により回転駆動されると共に、図示しないコンプレッサーなどによりスピンドル５１がダイアモンド砥石５３に押圧されることにより残る他面１２０に研削加工が施される。
なお、研削加工後には、ドレッサー等によりダイアモンド砥石５３へのドレッシングが施されてもよい。
また、メカニカルポリッシュ装置５０は、必要に応じて、加工時に複数の機能水を使用可能なように機能水供給配管を有してもよい。
次に、ＳＴＥＰ１４０の第２面加工工程では、第１面加工工程により、高精度研削加工が施された他面１２０を上面として、一面１１０（研磨面）に対して、第１面加工工程と同様の高精度研削加工を施す。
すなわち、他面１２０を上面として、スピンドル５１の吸着プレートである真空ポーラスチャック５４に吸着させ、一面１１０を下面として、ダイアモンド砥石５３により一面１１０を研削加工する。
この場合にも、必要に応じて、ドレッサー等をダイアモンド砥石５３に押圧することによりドレッシングが施されてもよい。
かかるＳＴＥＰ１３０の第１面加工工程およびＳＴＥＰ１４０の第２面加工工程のメカニカルポリッシュ（高精度研削加工）処理によれば、うねり除去工程により得られた高い平坦性を有する研磨面１１０を支持面（吸着面）として、残りの面に順次、メカニカルポリッシュ（高精度研削加工）を施していくことで、いわゆる転写を防止して高品質なＳｉＣウェハを得ることができると共に、従来の遊離砥石加工、すなわち１次～４次の複数回のラップなど複雑な製造工程を大幅に簡略化することができる。
より具体的には、砥石を替えて粗研削や複数回の仕上げ研削を行う必要がなく、例えば、♯３００００以上の砥石により直接１回の研削加工により仕上げまで行うことができるため、簡易であるばかりでなく、ＳｉＣウェハ１００から利用できる真性半導体層を大きく確保するすることができるという優位性がある。
なお、ＳＴＥＰ１３０の第１面加工工程およびＳＴＥＰ１４０の第２面加工工程の高精度研削加工処理において、ＳｉＣウェハ１００のサイズは、現在８インチまでであり、それぞれの口径のウェハはヘッドの面積に応じて、セットされ、（１２インチまでが可能）高精度研削加工処理が行われる。
以上が本実施形態のＳｉＣウェハの製造方法の詳細である。以上、詳しく説明したように、かかる本実施形態のＳｉＣウェハの製造方法によれば、高品質なＳｉＣウェハを簡易かつ確実に製造することができる。
なお、本実施形態のＳｉＣウェハの製造方法において、上述の一連の処理の後、必要に応じて、化学機械研磨（ＣＭＰ）工程やウェハ洗浄工程が行われてもよい。
また、本実施形態は、半導体結晶ウェハの製造方法として、ＳｉＣインゴットからＳｉＣウェハを製造する場合について説明したが、半導体結晶は、ＳｉＣに限定されるものはなく、ガリヒソ、インジュウムリン、シリコン、その他の化合物半導体であってもよい。
なお、本実施形態のＳｉＣウェハの製造方法において、うねり除去工程で用いられるうねり除去装置４０は、図５に示すように変更してもよい。なお、図５において、同一構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
図５において、平板砥石４１は、リンク機構４２´（本発明の摺動機構に相当する）の一端に連結され、図示しない他端側の回転駆動部により、板面方向に揺動可能または揺動回転可能に構成されてもよい。
なお、リンク機構４２´に代えて、クランク機構を採用して、平板砥石４１を板面方向において往復運動させてもよく、リンク機構４２´の代わりにギア機構を介して平板砥石４１を単に回転させるようにしてもよい。
また、図５において、ウェハ支持部４３により、ＳｉＣウェハ１００の２枚を一対として、平板砥石４１を両側から挟み込んだ状態で平板砥石４１に押圧する際に、図示しないモータなどの回転駆動手段の回転軸にユニバーサルジョイント４４（本発明の摺動機構に相当する）を介して連結して押圧することで、一対のＳｉＣウェハ１００を揺動回転させるようにしてもよい。
なお、ユニバーサルジョイント４４を省略して、ウェハ支持部４３を単に回転させてもよく、ユニバーサルジョイント４４および回転駆動手段の代わりに、（揺動機構４２と同様に）ウェハ支持部４３を板面方向に揺動させるアクチュエータなどの揺動装置を、ウェハ支持部４３の端部に設けて、単に揺動させるようにしてもよい。
このように、うねり除去工程では、各種摺動機構により一対のＳｉＣウェハ１００と平板砥石４１とのいずれか一方または両方を摺動（例えば、揺動と回転とのいずれか一方または両方を含むがこれに限定されないを）させることでうねりを除去するようにしてもよい。
また、本実施形態では、溝加工工程の後に切断工程を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、溝加工工程を省略したり、溝加工工程に代えて他の他の切断前処理工程を実行するようにしてもよい。
１…ＳｉＣ結晶（半導体結晶）、１０…ＳｉＣインゴット（半導体結晶インゴット）、１１…凹溝、２０…溝加工ドラム砥石、２１…凸部、３０…ワイヤーソー装置（ワイヤーソー部）、３１…ワイヤーソーボビン、３２…ワイヤー、４０…うねり除去装置（うねり除去部）、４１…平板砥石、４２…揺動機構（摺動機構）、４２´…リンク機構（摺動機構）４３…ウェハ支持部、４４…ユニバーサルジョイント（摺動機構）、５０…メカニカルポリッシュ装置（超高合成高精度研削加工装置）、５１…スピンドル、５２…プラテン、５３…ダイアモンド砥石、５４…真空ポーラスチャック（吸着プレート）、１００…ＳｉＣウェハ（半導体結晶ウェハ）、１１０…研磨面（基準面、一面）、１２０…他面。

Claims (2)

  1. 円筒形状に研削加工された半導体結晶インゴットからスライス状にウェハを切り出す半導体結晶ウェハの製造方法であって、
    前記半導体結晶インゴットを複数のワイヤーによりスライス状に切断して半導体結晶ウェハを得る切断工程と、
    前記切断工程によりスライス状に切断した半導体ウェハに対して、その一面のうねりを除去するうねり除去工程と
    を備え、
    前記うねり除去工程は、前記切断工程により切断された複数の半導体結晶ウェハの２枚を一対として、両面が研削面の平板砥石を両側から挟み込んだ状態で、該一対の半導体結晶ウェハと該平板砥石とのいずれか一方または両方を摺動させることにより該一対の半導体ウェハの各一面のうねりを除去することを特徴とする半導体結晶ウェハの製造方法。
  2. 円筒形状に研削加工された半導体結晶インゴットからスライス状にウェハを切り出す半導体結晶ウェハの製造装置であって、
    前記半導体結晶インゴットに対して、複数のワイヤーを周回させながら前進させて切断するワイヤーソー部と、
    前記ワイヤーソー部によりスライス状に切断された半導体ウェハに対して、その一面のうねりを除去するうねり除去部と
    を備え、
    前記うねり除去部は、
    両面が研削面の平板砥石と、
    前記ワイヤーソー部により切断された複数の半導体結晶ウェハの２枚を一対として、前記平板砥石を両側から挟み込んだ状態で支持するウェハ支持部と
    前記平板砥石と前記一対の半導体結晶ウェハとのいずれか一方または両方を、板面方向において摺動させる摺動機構と、
    を有し、前記ウェハ支持部により一対の半導体ウェハが前記平板砥石を両側から挟み込んだ状態で、前記摺動機構により該一対の半導体結晶ウェハと該平板砥石とのいずれか一方または両方を摺動させることで該一対の半導体ウェハの各一面のうねりを除去することを特徴とする半導体結晶ウェハの製造装置。
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