JPH1167777A

JPH1167777A - 半導体ウェハの製造方法

Info

Publication number: JPH1167777A
Application number: JP22268897A
Authority: JP
Inventors: Hideji Takaoka; 秀嗣高岡; Hideo Yamase; 英夫山瀬
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 1999-03-09
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JP4060405B2

Abstract

(57)【要約】【課題】両面鏡面研磨ウェハと同等の表面清浄度を有
し、かつ、両面鏡面研磨ウェハと比較して低コストであ
る半導体ウェハの製造方法を提供する【解決手段】（ａ）に示すような、両面がラップドサ
ーフェスとなっているシリコンウェハ１０の両面を酸溶
液を用いて化学研磨（化学エッチング）する。化学研磨
後のシリコンウェハ１０は、（ｂ）に示すように、両面
がエッチングサーフェスとなっている状態になる。その
後、シリコンウェハ１０のデバイス生成面でない方の面
（以下裏面１２という）を全面にわたって、レーザアブ
レーション処理を実施し（ｃ）、表面１２を鏡面研磨処
理を実施する（ｄ）。レーザアブレーション処理に用い
るレーザ光は、波長が１００〜４００ｎｍの範囲であ
り、一回の発光時間が５００ｎｓ以下の短パルスレーザ
であることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンなどの半
導体ウェハの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワークステーション、パーソナルコンピ
ュータの主記憶装置に広く用いられているＤＲＡＭなど
のＬＳＩの高集積化の傾向は日進月歩の勢いで進行し、
いまや１ＧｂｉｔＤＲＡＭの実用化が検討される時代に
なっている。これに伴い、ＬＳＩのデザインルールも、
０．１８μｍといった超微細化が進んでいる。

【０００３】このようなデザインルールの超微細化が進
むと、いままでは許容されていたような半導体ウェハ上
のわずかな欠陥あるいは汚染も、製品歩留まりに大きく
影響することになる。このため、半導体ウェハ表面の無
欠陥化、非汚染化が現状以上に要求されている。

【０００４】この要求への回答を与える手段として、昨
今では、半導体ウェハプロセスにおけるレーザ光の有効
利用が盛んに行われている。例えば、エキシマレーザを
半導体ウェハに照射し、半導体ウェハ上に塗布されたレ
ジスト材料を光分解させ、さらに真空吸引することによ
りレジスト材料を除去する方法が特開昭６２−２５７７
３１に開示されている。この方法によると、レジスト材
料の残留粒子などの汚染物質を、半導体ウェハの表面か
ら完全に取り除くことができる。

【０００５】また、レーザ光を半導体ウェハのデバイス
生成面の裏面に照射して、大きなダメージを持った層を
形成するエクストリンシックゲッタリング法なども、例
えば特開昭５８−３７９８３号公報に開示されている。
この方法によれば、上記のダメージを持った層が、表面
近傍における欠陥や金属原子を吸収してしまうことがよ
く知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウェハプロセス
において、ウェハ表面近傍の無欠陥化、並びに表面の非
汚染化が現状以上に要求されていることは、上記に述べ
たとおりである。ところで、一般の鏡面研磨ウェハを製
造するプロセス中で、ウェハが汚染される工程として
は、例えば化学研磨工程などが上げられる。化学研磨工
程において、デバイス生成面の裏面のエッチングサーフ
ェスに残存した微量重金属などの汚染物質は、後工程に
おいて、鏡面研磨処理されたデバイス生成面に回り込
み、デバイス生成面の汚染の原因となる。この問題を回
避するために、高度な表面清浄度が要求される半導体ウ
ェハの製造時には、同時両面鏡面研磨法によって、本来
は鏡面研磨処理を施す必要のないデバイス生成面の裏面
も、デバイス生成面と同時に鏡面研磨処理することが必
要となり、製造コスト増大の一因となっている。

【０００７】汚染物質の極めて少なく、表面清浄度の高
い基板として、エピタキシャルウェハを用いることも考
えられるが、エピタキシャルウェハは、一般の鏡面研磨
ウェハに比べて、製造装置が高価であり、スループット
が小さく、その結果製造コストが一般の鏡面ウェハと比
較して１．４〜１．７倍程度とさらに高価になってしま
う。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであ
り、両面鏡面研磨ウェハと同等の表面清浄度を有し、か
つ、両面鏡面研磨ウェハと比較して低コストで製造が可
能である片面鏡面研磨ウェハの製造方法を提供すること
を課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体ウェハの製造方法は、化学研磨工程
を含む半導体ウェハの製造方法において、化学研磨工程
後に、半導体ウェハの一方の主表面全体を、鏡面研磨処
理するとともに、半導体ウェハの他方の主表面全体を、
レーザアブレーション処理することを特徴としている。

【０００９】上記他方の主表面全体をレーザアブレーシ
ョン処理することにより、他方の主表面上に存在する重
金属などの汚染物質を蒸散させ、除去することができ
る。その結果、汚染物質が鏡面研磨処理した一方の主面
に回り込むことが無くなり、表面清浄度の高い半導体ウ
ェハが製造できる。

【００１０】本発明の半導体ウェハの製造方法は、化学
研磨工程後に加えて、半導体ウェハの洗浄工程後にも、
半導体ウェハの他方の主表面全体を、レーザアブレーシ
ョン処理することを特徴としても良い。

【００１１】洗浄工程後にも、他方の主表面全体をレー
ザアブレーション処理することにより、洗浄工程におい
て他方の主表面に付着した汚染物質を除去することが可
能となる。

【００１２】本発明の半導体ウェハの製造方法は、レー
ザアブレーション処理に用いるレーザ光の波長が１００
〜４００ｎｍの範囲であり、一回の発光時間が５００ｎ
ｓ以下の短パルスレーザであることを特徴とすることが
好適である。

【００１３】上記のようなレーザ光を用いることによ
り、レーザ光が半導体ウェハのごく表面部で吸収され、
加工領域以外の周辺部にはほとんどダメージを与えない
ことが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る半導体ウ
ェハの製造方法を図面を参照して説明する。図１は、本
発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方法の工程図
である。図１（ａ）に示す半導体ウェハは、シリコン単
結晶インゴットから切り出され、ベベリング、ラッピン
グなどの前処理をされたシリコンウェハ１０である。

【００１５】通常シリコンウェハ１０は、ダイヤモンド
粉粒を内周に沿って電着させた内周刃を有する自動スラ
イシングマシンによって、シリコン単結晶インゴットか
ら切り出される。また近年では、ダイヤモンド粉粒を主
材とした砥粒を含んだスラリーを、線径０．２５〜０．
３５ｍｍの特殊鋼細線に一定量ずつコンスタントに注入
しながら、シリコンウェハ１０を切り出すことができる
ワイヤーソーなるマシンを用いることもできる。

【００１６】シリコン単結晶インゴットから切り出され
たシリコンウェハ１０は、後工程における周辺部の端面
破損を防止するために、端面の面取り（ベベリング）処
理が施され、その後、その両方の主表面についてラッピ
ング処理がなされる。ラッピング処理は、遊星歯車回転
をする両面ラップマシンを用い、通常^#１２００アラン
ダム粉を油または水に溶かしたスラリーを、シリコンウ
ェハ１０の両方の主表面に注入しながら、両方の主表面
をそれぞれ３０〜５０μｍ程度研磨する。その結果、両
方の主表面とも粗く研磨された（通常^#１２００アラン
ダムラップ面）ラップドサーフェスを有している。

【００１７】本実施形態の半導体ウェハの製造方法は、
まず、両面がラップドサーフェス（ＷＳ）となっている
シリコンウェハ１０の両面を、ＨＦ・ＨＮＯ₃系の酸溶
液に浸して化学研磨（化学エッチング）する。具体的に
は、シリコンウェハ１０を酸溶液中で上下、左右、前後
に機械的に運動させると共に、シリコンウェハ１０に超
音波を印加することにより、効率良く且つ空間的に均一
に化学研磨が施される。ここで、表面の平坦度を特に重
視する製品においては、酸溶液の代わりにアルカリ溶液
を用いて化学研磨処理することもある。化学研磨後のシ
リコンウェハ１０は、表面がそれぞれ２０〜３０μｍ程
度ずつ削られ、図１の（ｂ）に示すように、両面がエッ
チングサーフェス（ＥＳ）を有する状態になる。

【００１８】その後、シリコンウェハ１０のデバイス生
成面でない方の面（以下裏面１２という）の全面にわた
って、レーザアブレーション処理を実施する。その結
果、シリコンウェハ１０は、裏面１２がレーザアブレー
ションサーフェス（ＬＳ）、デバイス生成面（以下表面
１４という）がエッチングサーフェス（ＥＳ）を持った
図１（ｃ）に示す状態となる。

【００１９】さらにその後、表面１４全体について鏡面
研磨処理を実施する。鏡面研磨処理は、松ヤニ等を混入
したパラフィン系の薄膜接着剤を用いてシリコンウェハ
１０を定盤に接着し、シリコンウェハ１０の表面１４に
ＳｉＯ₂ゾルまたはゲル状の研磨溶液を注入しながら、
遊星運動をするキャリアにて駆動する鏡面研磨機を用い
て行う。シリコンウェハ１０の平行度や厚さの均一度の
仕様を満たしながら、表面１４を１０〜２０μｍ程度研
磨することにより、シリコンウェハ１０は、図１（ｄ）
に示すように、裏面１２がレーザアブレーションサーフ
ェス（ＬＳ）、表面１４が鏡面（ＭＳ）である状態とな
る。

【００２０】レーザアブレーション処理に用いるレーザ
光は、波長が１００〜４００ｎｍの範囲であり、一回の
発光時間が５００ｎｓ以下の短パルスレーザであること
が望ましい。ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ、ＸｅＣｌレ
ーザ、ＸｅＦレーザなどのエキシマレーザは、波長がそ
れぞれ１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３０８ｎｍ、３５１ｎ
ｍであり、パルス幅が数十ｎｓであるので、本実施形態
に係るレーザアブレーション処理に用いるには最適であ
る。また、ＱスイッチＹＡＧ高調波レーザも、第３高調
波波長、第４高調波波長がそれぞれ３５５ｎｍ、２６６
ｎｍであり、パルス幅が数ｎｓ〜数十ｎｓであるので上
記エキシマレーザと同様にレーザアブレーション処理に
用いることができる。

【００２１】照射するレーザ光のエネルギー密度は、シ
リコンをアブレーションするために必要なエネルギー密
度以上であって、かつ、シリコンウェハ１０の深部にダ
メージを与えないエネルギー密度であることが好まし
く、３〜２０Ｊ／ｃｍ²の範囲が好適である。

【００２２】次に、レーザアブレーション処理におけ
る、シリコンウェハ１０へのレーザ光の照射方法につい
て説明する。シリコンウェハ１０へのレーザ光の照射
は、図２に示すように行う。レーザ発振器１６によって
発振したレーザ光は、可変アッテネータ１８によって出
力調整された後、レーザ光整形光学系２０によってビー
ム整形される。レーザ光整形光学系２０によってビーム
整形されたレーザ光は、可変スリット２２により光束の
断面積を調節され、反射ミラー２４によって垂直に折り
返される。垂直に折り返されたレーザ光は、ビームエキ
スパンダ２６、線状ビーム整形レンズ群２８を通して、
断面が線状の線状レーザビームとなり、移動ステージ３
０上に裏面１２が上になるように載せられたシリコンウ
ェハ１０の裏面１２に照射される。ここで、シリコンウ
ェハ１０の裏面１２全体にレーザアブレーション処理を
行うには、移動ステージ３０を、逐次移動させながら、
シリコンウェハ１０にレーザ光を照射すればよい。

【００２３】また、図３に示すように、ビームエキスパ
ンダ２６、線状レーザビーム整形レンズ群２８によっ
て、線状レーザビームの長さをシリコンウェハ１０の外
形寸法（直径）まで拡大することにより、移動ステージ
３０を線状レーザビームと垂直な一方向に動かすだけ
で、シリコンウェハ１０の裏面１２全体に、効果的にレ
ーザアブレーション処理を行うことができるようにな
る。

【００２４】さらに、図４に示すように、シリコンウェ
ハ１０上のレーザ光が照射される部分の上部に近接し
て、アブレーション処理によって発生する蒸散物を除去
する蒸散物除去器３２を設けても良い。この蒸散物除去
器３２は、真空ポンプを用いて吸引口３４から空気を吸
引し、蒸散物除去器３２の内部を負圧にすることによ
り、図４のａの様な空気の流れを作る。この空気流によ
って蒸散物がシリコンウェハ１０の上部から取り除か
れ、シリコンウェハ１０の表面の清浄度をより高水準に
保つことが可能となる。また、蒸散物除去器３２に高圧
静電気型（コットレル型）の集塵機能を付加することに
より、空気流による蒸散物除去効果をさらに高めること
もできる。

【００２５】シリコンウェハ１０へのレーザ光の照射
は、図５に示すように行なっても良い。すなわち、ビー
ムエキスパンダ２６、線状ビーム整形レンズ群２８を通
して、断面が線状の線状レーザビームを生成する代わり
に、集光レンズ群３６を用いて、レーザビームを１点に
集光し、移動ステージ３０を移動させながらシリコンウ
ェハ１０の裏面１２全面に照射しても良い。このような
方法においては、ビームエキスパンダ２６を用いる必要
が無くなり、装置構成が簡単になる。

【００２６】また、シリコンウェハ１０へのレーザ光の
照射は、図６に示すように行なっても良い。すなわち、
レーザ光整形光学系２０によってビーム整形され、可変
スリット２２により光束の断面積を調節されたレーザ光
を、水平スキャンミラー３８、垂直スキャンミラー４０
から成るガルバノミラーとＦ−Θレンズ４２とを用い
て、固定ステージ４４上に裏面１２が上になるように載
せられたシリコンウェハ１０の裏面１２全体にスキャン
しながら照射する方法である。この方法を用いると、移
動ステージ３０の代わりに固定ステージ４４を用いるこ
とができるので、装置を小型化することができる。

【００２７】続いて、本実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法の作用、及び効果について説明する。本実施形
態に係る半導体ウェハの製造方法の如く、化学研磨工程
後に、シリコンウェハ１０の裏面１２全面にレーザアブ
レーション処理を行うことにより、特に化学研磨工程時
に裏面１２に付着した重金属などの汚染物質を、蒸散さ
せ、除去することができる。従って、後工程において、
汚染物質が鏡面研磨された表面１４に回り込むことによ
る表面１４の汚染を防止することができる。

【００２８】中でも、エキシマレーザのような紫外光
で、パルス幅が数１０ｎｓ程度のパルスレーザ光をシリ
コンウェハ１０に照射すると、レーザ光はシリコンウェ
ハ１０のごく表面部のみで吸収され、深部には到達しな
い。さらに、エキシマレーザのような紫外光レーザは、
波長１．０６μｍで発振するＹＡＧレーザ、波長１０．
６μｍで発振するＣＯ₂レーザなど、熱を伴う赤外線レ
ーザと異なり、紫外光の高いエネルギーによって、物質
を構成する分子結合を光で切断する非熱加工が可能とな
る。

【００２９】例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマ
レーザ光をシリコンウェハ１０に照射すると、シリコン
ウェハ１０の表面部では、ごく短時間であるが、そのエ
ネルギー密度が数十ＭＷ／ｃｍ²に達するため、シリコ
ンウェハ１０の表面部ではレーザ光の照射と同時に、爆
発的な勢いで物質が蒸散する。しかし、パルス幅が数１
０ｎｓ程度であり、レーザ光はシリコンウェハ１０のご
く表面部のみで吸収されることから、レーザ光を照射し
た部分以外には加工部が広がらず、加工部以外にはほと
んどダメージを与えない。

【００３０】さらに、パルスレーザを用いることによ
り、照射エネルギー密度、照射パルス数を制御すること
で、深さ方向にサブミクロンレベルの加工制御が可能と
なる。

【００３１】また、レーザアブレーション処理は、非接
触でドライなプロセスであるため、汚染の原因となる溶
液などを用いる必要が無く、自動化もしやすい。さら
に、レーザ光の照射という物理的なプロセスであるた
め、除去できる金属の種類を問わない。また、レーザア
ブレーション処理されたシリコンウェハ１０の裏面１２
は、レーザ出力の微細調整により、本来の汚染物質の除
去に加えて、適当なバックサーフェスダメージを残すこ
とが可能となる。そのため、シリコンウェハ１０の裏面
１２は、製品に要求される最適なバックサイドゲッタリ
ング効果を有し、シリコンウェハ１０の表面近傍あるい
は内部の欠陥及び汚染物質の吸収効果も期待できる。さ
らに、レーザアブレーション処理により、シリコンウェ
ハ１０の表面部にかかるストレスを取り除くことがで
き、シリコンウェハ１０の反りを防止することもでき
る。

【００３２】また、本実施形態に係る半導体ウェハの製
造方法においては、シリコンウェハ１０の裏面１２をレ
ーザアブレーション処理した後に、シリコンウェハ１０
の表面１４を鏡面研磨処理していたが、特に平坦度を重
視する製品の場合は、シリコンウェハ１０の表面１４を
鏡面研磨処理した後に、シリコンウェハ１０の裏面１２
をレーザアブレーション処理することがより効果的であ
る。

【００３３】さらに、本実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法においては、化学研磨工程後にレーザアブレー
ション処理を実施していたが、化学研磨工程に加えて、
各洗浄工程後に実施しても同様に効果的である。すなわ
ち、洗浄工程によって、シリコンウェハ１０の裏面１２
に付着した汚染物質を、レーザアブレーション処理によ
って除去することにより、汚染物質の表面１４への回り
込みを防止することが可能となる。

【００３４】また、本実施形態に係る半導体ウェハの製
造方法においては、シリコンウェハ１０を用いていた
が、ゲルマニウムウェハ、ＧａＡｓなどのIII-V族化合
物半導体結晶からなるウェハでも良い。これらのウェハ
の製造時においても、レーザアブレーション処理によっ
て、上記実施形態と同様の効果が得られる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の半導体ウェハの製造方法のよう
に、化学研磨工程後に半導体ウェハの裏面にレーザアブ
レーション処理を行うことにより、化学研磨工程におい
て裏面に付着した重金属などの汚染物質を蒸散除去し、
後工程において、鏡面研磨された表面に汚染物質が回り
込むことを防ぐことができる。また、洗浄工程後にも同
様に、半導体ウェハの裏面にレーザアブレーション処理
を行うことにより、洗浄工程において裏面に付着した汚
染物質が表面に回り込むことを防ぐことができる。

【００３６】また、半導体ウェハに照射するレーザ光出
力を微細調整することにより、レーザ光照射前の半導体
ウェハ表面部の平坦度を損なうことなく、重金属等の汚
染物質の蒸散除去が可能となり、両面鏡面研磨ウェハと
同等の表面清浄度を有し、かつ、両面鏡面研磨ウェハと
比較して低コストな半導体ウェハの製造が可能となる。

【００３７】さらに、紫外光のパルスレーザを用いてレ
ーザアブレーション処理を行うことにより、加工部以外
の部分にはダメージを与えることが無くなり、高品質の
ウェハを提供することが可能となる。

【００３８】また、製品に要求される品質仕様によっ
て、所望のバックサイドダメージを半導体ウェハの裏面
に残すことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方
法の工程図である。

【図２】本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方
法における、レーザ光の照射方法を表した図である。

【図３】本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方
法における、レーザ光の照射方法を表した図である。

【図４】本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方
法における、レーザ光の照射方法を表した図である。

【図５】本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方
法における、レーザ光の照射方法を表した図である。

【図６】本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方
法における、レーザ光の照射方法を表した図である。

【符号の説明】

１０…シリコンウェハ、１２…裏面、１４…表面、１６
…レーザ発振器、１８…可変アッテネータ、２０…レー
ザ光整形光学系、２２…可変スリット、２４…反射ミラ
ー、２６…ビームエキスパンダ、２８…線状レーザビー
ム整形レンズ群、３０…移動ステージ、３２…蒸散物除
去器、３４…吸引口、３６…集光レンズ群、３８…水平
スキャンミラー、４０…垂直スキャンミラー、４２…Ｆ
−Θレンズ、４４…固定ステージ、ＷＳ…ラップドサー
フェス、ＥＳ…エッチングサーフェス、ＬＳ…レーザア
ブレーションサーフェス、ＭＳ…鏡面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学研磨工程を含む半導体ウェハの製造
方法において、前記化学研磨工程後に、前記半導体ウェハの一方の主表面全体を、鏡面研磨処理
するとともに、前記半導体ウェハの他方の主表面全体を、レーザアブレ
ーション処理することを特徴とする半導体ウェハの製造
方法。
【請求項２】化学研磨工程後に加えて、半導体ウェハの洗浄工程後にも、前記半導体ウェハの前記他方の主表面全体を、レーザア
ブレーション処理することを特徴とする請求項１に記載
の半導体ウェハの製造方法。
【請求項３】前記レーザアブレーション処理に用いる
レーザ光は、波長が１００〜４００ｎｍの範囲であり、一回の発光時間が５００ｎｓ以下の短パルスレーザであ
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半
導体ウェハの製造方法。