JP7327575B1

JP7327575B1 - 半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法

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Publication number: JP7327575B1
Application number: JP2022082488A
Authority: JP
Inventors: まり林田（高森）
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2042-05-19
Also published as: JP2023170611A

Abstract

【課題】本発明は、研磨代の評価を精度良く行うことのできる、半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法を提供することを目的とする。【解決手段】半導体ウェーハの断面形状のうちレーザーマークにより区画される輪郭線を基準として、鏡面面取り加工の前の断面形状と鏡面面取り加工の後の断面形状とを比較することにより、鏡面面取り工程における研磨代を評価する。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法に関する。

半導体ウェーハの製造において、スライス工程により得られた半導体ウェーハの直径が製品ウェーハの直径（目標直径）よりも１～２ｍｍ程度大きいことから、直径を調整するための鏡面面取り加工が行われている（例えば特許文献１）。

従来、レーザー変位計を用いて半導体ウェーハの面取り部の断面形状を測定し、併せてウェーハの直径を測定し、鏡面面取り加工前後の断面形状をウェーハの直径を基準として重ね合わせることで、鏡面面取り加工時の研磨代を評価することが行われていた。別の手法として、ウェーハを１回転させた際のレーザーの遮断による影絵を取得し、鏡面面取り加工前後の影絵を重ね合わせることで、鏡面面取り加工時の研磨代を評価することも行われていた。

特開２０１８－１８２１６０号公報

しかしながら、上記の方法では、測定ばらつきが大きくなり、研磨代の評価を精度良く行えない場合があった。

そこで、本発明は、研磨代の評価を精度良く行うことのできる、半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、上記の研磨代の評価方法では、測定時に振動等の外部要因の影響を受けやすいことが、測定ばらつきが大きくなることの一因となっていることを発見した。そして、本発明者は、レーザーマークにより区画される部分に対する測定は、外部要因の影響を受けにくく、当該部分を基準として半導体ウェーハの鏡面面取り加工前後の面取り部の形状を比較することにより、上記の目的を達成し得るという知見を得た。

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
（１）半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法であって、
前記半導体ウェーハにレーザーマークを刻印する工程と、
その後、前記半導体ウェーハの外周部に鏡面面取り加工を行う工程と、を含み、
前記鏡面面取り加工の前に、前記半導体ウェーハの主面に対して垂直且つ前記レーザーマークを横切る断面における前記半導体ウェーハの断面形状を測定する工程と、
前記鏡面面取り加工の後に、前記断面における前記半導体ウェーハの断面形状を測定する工程と、
前記半導体ウェーハの断面形状のうち前記レーザーマークにより区画される輪郭線を基準として、前記鏡面面取り加工の前の前記断面形状と前記鏡面面取り加工の後の前記断面形状とを比較することにより、前記鏡面面取り工程における研磨代を評価する工程と、をさらに含む、研磨代の評価方法。
ここでいう、「レーザーマーク」とは、レーザー光線の照射で形成される凹部である。

（２）前記鏡面面取り加工の前の前記断面形状及び前記鏡面面取り加工の後の前記断面形状は、前記輪郭線のうち前記レーザーマークにより区画される底部を含む、上記（１）に記載の研磨代の評価方法。

本発明によれば、研磨代の評価を精度良く行うことのできる、半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法のフローチャートである。鏡面面取り加工の前後の半導体ウェーハの断面形状の比較について説明するための図である。比較例１、２について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に例示説明する。

本実施形態における、「半導体ウェーハ」は、シリコン、ＧａＡｓなどの化合物半導体、ＧａＮ、ＳｉＣなど半導体ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）を作製するために用いられる基板材料をいい、主表面及び主裏面からなる主面を有している。

図１は、本発明の一実施形態にかかる半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法のフローチャートである。本実施形態の方法では、インゴットをスライスした半導体ウェーハ（例えばシリコンウェーハ）に、以下に説明する工程を順次行う。図１のフローに示したステップよりも前段では、面取り、ラッピング、研削、エッチング、洗浄、及び、片面研磨又は両面研磨等の工程が適宜行われる。

図１に示すように、本実施形態においては、半導体ウェーハにレーザーマークを刻印する（ステップＳ１０１）。

レーザーマークの刻印は、既知の手法で行うことができ、レーザーマークに用いるレーザー光源としては、例えば赤外線レーザーやＣＯ_２レーザー、ＹＬＦレーザー（固体レーザー）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レーザーを用いることが好ましい。ビーム径や強度は、適宜調整することができる。レーザーマークは、半導体ウェーハの主面と鏡面面取り加工の対象となる面取り部との境界から、径方向の主面側に１００μｍ離間した位置よりも面取り部側に刻印することが好ましい。レーザーマークの深さは、４０μｍ以上８０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。

その後、レーザーマークの刻印を行った半導体ウェーハに対して、研磨や洗浄を適宜行うことができる。本実施形態では、さらにその後、半導体ウェーハの外周部に鏡面面取り加工を行う（ステップＳ１０３）。この鏡面面取り加工により、直径が調整され、規定の直径（例えば２００ｍｍ）を有するウェーハとして加工され得るが、目標よりも直径が短くなってしまわないように、研磨代を確認しながら鏡面面取り加工を行う。なお、鏡面面取り加工前の半導体ウェーハの直径は、ウェーハの直径（目標直径）よりも１～２ｍｍ程度大きいのが通常である。このステップＳ１０３では、面取り部（面取り面）に対して、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工を施す。ＣＭＰ加工は、既知の手法により行うことができる。

本実施形態では、鏡面面取り加工（ステップＳ１０３）の前に、半導体ウェーハの主面に対して垂直且つレーザーマークを横切る断面における半導体ウェーハの断面形状を測定する（ステップＳ１０２）。

図２は、鏡面面取り加工の前後の半導体ウェーハの断面形状の比較について説明するための図である。図２に示すように、半導体ウェーハ１の主面１ａに対して垂直且つレーザーマーク２（レーザーマーク２の一部又は全部、図示例では一部）を横切る断面３における半導体ウェーハ１の断面形状を測定する。測定は、例えばレーザー顕微鏡を用いて行うことができる。断面形状の測定において、レーザー顕微鏡の測定倍率はレーザーマークの底形状4と面取り部３ｂとを同時に測定可能な値に設定することが好ましい。

そして、本実施形態では、鏡面面取り加工（ステップＳ１０３）の後にも、上記断面３における半導体ウェーハ１の断面形状を測定する（ステップＳ１０４）。なお、レーザーマーク刻印部分は、鏡面面取り加工により形状が変化しない部分であるため、ステップＳ１０２とステップＳ１０３とで、断面３のうちレーザーマーク刻印部分に対応する箇所では同じ形状を測定することが容易である。

そして、本実施形態では、半導体ウェーハ１の断面形状のうちレーザーマークにより区画される輪郭線４を基準として（すなわち、鏡面面取り加工前後の輪郭線４を重ね合わせる等して）、鏡面面取り加工の前の断面形状５と鏡面面取り加工の後の断面形状６とを比較することにより、鏡面面取り工程における研磨代を評価する（ステップＳ１０５）。

一例として、図２に上記断面３の拡大図を示しているように、上記断面３には、半導体ウェーハ１の主面１ａに対応する部分３ａと鏡面面取り加工がなされる面取り部に対応する部分３ｂとが含まれている。境界線３ｃは、上記主面１ａに対応する部分３ａと上記面取り部に対応する部分３ｂとの境界を表す。

図２の拡大図において、丸で囲って示しているように、鏡面面取り加工前後の輪郭線４を重ね合わせる。これにより、鏡面面取り加工前後の断面形状５、６の比較により、鏡面面取り加工の進行状態を把握することができ、研磨代を評価することができる。

研磨代を評価した後は、評価した研磨代に基づいて再度鏡面面取り加工を行い、規定の直径を得るまで、ステップＳ１０２～ステップＳ１０５を繰り返すことができる。すなわち、先の「鏡面面取り加工後」の半導体ウェーハの断面形状を、新たに「鏡面面取り加工前」の半導体ウェーハの断面形状として上記のフローにて置換して適用することで、ステップＳ１０２～ステップＳ１０５を繰り返すことにより、段々と規定の直径に近づけることができる。

既定の直径を得た後は、研磨、洗浄、種々の品質測定検査、仕上げ洗浄等を適宜行って、ウェーハを得ることができる。これらの研磨、洗浄、品質測定検査、及び仕上げ洗浄は、既知の手法で行うことができる。
以下、本実施形態の半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法の作用効果について説明する。

本実施形態の半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法では、上述したように、半導体ウェーハの断面形状のうちレーザーマークにより区画される輪郭線４を基準として、鏡面面取り加工の前の断面形状５と鏡面面取り加工の後の断面形状６とを比較している（ステップＳ１０５）。
レーザーマーク刻印部分（すなわち、上記輪郭線４）は、鏡面面取り加工によって断面形状が変化しない。このことから、ステップＳ１０２で得た鏡面面取り加工前の半導体ウェーハの断面形状における上記輪郭線４と、ステップＳ１０４で得た鏡面面取り加工後の半導体ウェーハの断面形状における上記輪郭線４とでは、上記断面３における形状がほぼ同一となる。このため、レーザーマーク刻印部分（すなわち、上記輪郭線４）に対する測定は、外部要因の影響を受けにくい。
そこで、上記輪郭線４を基準として、鏡面面取り加工の前の上記断面形状５と鏡面面取り加工の後の上記断面形状６とを比較することにより、精度良く、半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代を評価することができる。

ここで、鏡面面取り加工の前の断面形状５及び鏡面面取り加工の後の断面形状６は、輪郭線４のうちレーザーマークにより区画される底部４ａを含むことが好ましい。底部４ａは、輪郭線４の中でも特に鏡面面取り加工や測定の影響を受けにくい部分であることから、底部４ａを含んで断面を測定し、鏡面面取り加工前後の底部４ａを基準とする（すなわち、底部４ａを重ね合わせる等する）ことにより、さらに精度良く、研磨代を評価し得るからである。なお、「底部」とは、レーザーマークの最大深さ部分を中心とし、輪郭線のペリフェリ長さの１０％をなす部分を意味する。

ここで、ステップＳ１０３の鏡面面取り加工の後には、適宜研磨工程を行っても良い。ただし、レーザーマークを付与した面の研磨等を行う場合には、上述のように、底部４ａを含んで断面を測定し、鏡面面取り加工前後の底部４ａを基準とすることが好ましい。

上記のような研磨代の評価は、断面内での所定のウェーハの径方向位置にある１点で行うこともできるが、断面内での所定のウェーハの径方向位置にある複数点のそれぞれにおいて行うこともできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、図２に示した例では、断面３を半導体ウェーハ１の主面１ａに対して垂直且つレーザーマーク２の一部を横切る断面３としているが、半導体ウェーハ１の主面１ａに対して垂直且つレーザーマーク２の全部を横切る断面３としても良い。また、図２に示した例では、断面３が底部４ａを含むものとしているが、底部４ａを含まないものとすることもできる。また、上記の例では、断面３における輪郭線４全体を（例えばフィッティングにより）重ね合わせているが、一部のみ（例えば底部４ａのみ）を重ね合わせるようにしても良い。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。

本発明の効果を確かめるため、図１に示したフローで、図２に示したように上述の輪郭線を基準として、鏡面面取り加工の前後の上記断面形状を比較して、研磨代の評価を行った（発明例）。発明例においては、上記境界線からウェーハの径方向外側に０μｍ、５０μｍ、１００μｍ離間した位置において、それぞれ研磨代の評価を複数回行った。
評価を複数回行った結果として得られた測定値の最大値および最小値、そして最大値と最小値との差を以下の表１に示している。

また、図３（左図）に示すように、レーザー変位計を用いて、半導体ウェーハの面取り部の断面形状を測定し、併せてウェーハの直径を測定し、鏡面面取り加工前後の断面形状をウェーハの直径を基準として重ね合わせることで、鏡面面取り加工時の研磨代を評価した（比較例１）。

また、図３（右図）に示すように、ウェーハの主面に平行なレーザーをウェーハの面取り部に照射しながらウェーハを１回転させることでレーザーがウェーハによって遮断されて作られる影絵をウェーハの全周にわたって取得し、鏡面面取り加工前の影絵と鏡面面取り加工後の影絵とを重ね合わせることで、鏡面面取り加工時の研磨代を評価した（比較例２）。

比較例１では、研磨代の評価を複数回行ったとき、測定値の中で約２μｍの評価ばらつきがあった。また、比較例２では、研磨代の評価を複数回行ったとき、測定値の中で約２μｍの評価ばらつきがあった。これに対し、表１に示すように、発明例では、いずれの測定位置においても、研磨代の評価を、約０．２μｍ程度の評価ばらつきに抑えることができた。

１：半導体ウェーハ、
２：レーザーマーク、
３：断面、
４：輪郭線、
５：鏡面面取り加工の前の断面形状
６：鏡面面取り加工の後の断面形状

Claims

半導体ウェーハの鏡面面取り加工時の研磨代の評価方法であって、
前記半導体ウェーハにレーザーマークを刻印する工程と、
その後、前記半導体ウェーハの外周部に鏡面面取り加工を行う工程と、を含み、
前記鏡面面取り加工の前に、前記半導体ウェーハの主面に対して垂直且つ前記レーザーマークを横切る断面における前記半導体ウェーハの断面形状を測定する工程と、
前記鏡面面取り加工の後に、前記断面における前記半導体ウェーハの断面形状を測定する工程と、
前記半導体ウェーハの断面形状のうち前記レーザーマークにより区画される底部を含む輪郭線を、前記鏡面面取り加工の前の前記断面形状と前記鏡面面取り加工の後の前記断面形状とで重ね合わせ、重ね合わせた前記断面形状を比較することにより、前記鏡面面取り工程における研磨代を評価する工程と、をさらに含む、研磨代の評価方法。