JP2009302478A - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大口径のウェーハであっても、加工中に発生した加工歪みを除去することによって変形や割れを抑制でき、安定した製造を可能にする。
【解決手段】インゴットを切断してウェーハを得るスライス工程（Ｓ１０）と、ウェーハの切断面を粗仕上げ研削する両頭研削工程（Ｓ２０）と、ウェーハの周縁部を面取りする面取り工程（Ｓ２２）と、スライス工程及び両頭研削工程に起因して両面に発生した加工歪みを除去するために両面を同時加工する両面同時加工工程と、少なくとも片面を当該片面ずつ仕上げ加工する片面仕上げ工程と、ウェーハを洗浄する洗浄工程（Ｓ６０）と、を含む。両面同時加工工程は、両面を同時にエッチングする両面エッチング工程（Ｓ３０）と、両面を同時に研磨する両面同時研磨工程（Ｓ４０）と、を含み、片面仕上げ工程は、両面を片面ずつ研磨（鏡面仕上げ）する両面研磨工程（Ｓ５０）とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハ（以下、適宜、ウェーハという）の製造方法に関する。

図７〜図１０は、従来の一般的なウェーハの製造方法を示すフローチャートである。図１１は、スライス工程及び粗仕上げ工程に起因して加工歪みが発生したウェーハを模式的に示す側面図、図１２は、反りが生じたウェーハを模式的に示す側面図である。

図７に基づいて、半導体デバイスを作製するためのウェーハの一般的な製造方法の一例を説明する。チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）等で製造された単結晶の半導体インゴットは、図７に示すように、先ず、スライス工程（ステップＳ１０）において、円形内周刃やワイヤーソー等を用いて薄板円盤状に切断される。

次に、ステップＳ２０の工程では、ウェーハの表裏両面（以下、両面と称する）は、ウェーハの表（おもて）面及び裏面にそれぞれ配置した砥石（図示せず）により同時に研削される。この両面同時研削（粗仕上げ工程）を、以下、「両頭研削」と称する。

ところで、スライス工程（ステップＳ１０）において切断されたウェーハは、両面の平坦度が悪く、表面粗さも粗いため、うねりが生じている。このため、両頭研削工程（ステップＳ２０）によってウェーハの両面の粗研削が行われ、ウェーハのうねりが除去される。

続いて、面取り工程（ステップＳ２２）では、ウェーハの周縁部の欠片落ち防止のために当該周縁部が面取りされる。

面取り工程（ステップＳ２２）の後は、ウェーハの両面を片面ずつ仕上げ研磨する両面研磨（片面仕上げ工程）が行われる（ステップＳ５０）。この両面研磨により、ウェーハの平坦度は極めて高い状態に加工される。なお、説明の便宜上、以下の図中においては、ウェーハの両面のうち、片面ずつ加工する場合を「（片面＋片面）」と表示している。

そして、最後に、洗浄工程（ステップＳ６０）において、両面研磨工程（ステップＳ５０）等により残留した砥粒や不純物等を洗浄する。これにより、所望する仕様のウェーハが得られる。

一方、ウェーハの製造方法は、要求されるウェーハの仕様（性能）等に応じて、図７に示した工程と異なる工程を含む場合もある。以下、図８〜図１０に基づいて、ウェーハの他の製造方法について説明する。

すなわち、図８のステップＳ２４に示すように、図７のステップＳ２０に示した両頭研削工程の代わりに、粗仕上げ工程としてのラッピング工程を実施する場合もある。このラッピング工程は、スライス工程（ステップＳ１０）時に生じたウェーハのうねりを除去して平坦度を得るために、ウェーハを平坦化するものである。図８に示すステップＳ２４以外の工程は、図７に示した工程と同様であるので、説明を省略する。

また、図７のステップＳ５０に示した両面研磨工程では、片面ずつ両面を研磨するのに対して、図９のステップＳ５５に示すように、ウェーハの片面のみを鏡面研磨する片面研磨工程を実施する場合もある。この片面研磨工程（ステップＳ５５）においても、図７のステップＳ５０に示した両面研磨工程と同様に、ウェーハの平坦度は極めて高い状態に加工される。図９に示すステップＳ５５以外の工程は、図７に示したステップＳ５０以外の工程と同様であるので、説明を省略する。

また、図１０に示すように、粗仕上げ工程としてのラッピング工程（ステップＳ２４）の後、ウェーハの両面を片面ずつ仕上げ研削する両面研削（ステップＳ２６）が行われ、更にウェーハの片面をエッチング（ステップＳ４５）する場合もある。エッチング工程は、化学的腐食法によってウェーハの表面処理（エッチング）を行うものである。

なお、ウェーハの一面或いは両面を鏡面研磨して得られる鏡面ウェーハの製造方法において、少なくとも最終鏡面研磨工程以前にウェーハの一面或いは両面を精密切削加工する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特公平６−６１６８１号公報

従来のウェーハは、比較的口径の大きなものであっても、例えば直径が３００ｍｍ以下であり、かつ、厚みが８００μｍ程度である。このような従来サイズのウェーハは、粗仕上げ工程としての両頭研削工程（図７及び図９のステップＳ２０）の後に、或いは、粗仕上げ工程としてのラッピング工程（図８及び図１０のステップＳ２４）の後に、片面ずつ仕上げ加工が実施されていたが、ウェーハの剛性が確保できていたため、前工程で生じた加工歪の影響を受けにくく、特に問題は生じていなかった。

しかしながら、近年はウェーハの更なる大口径化が進んでおり、ウェーハの直径が例えば４５０ｍｍ以上であり、かつ、厚みが８００〜１３００μｍ程度以下のものを製造する場合において、従来と同様の製造工程をそのまま適用すると、次のような問題点が生じていた。

すなわち、図１１に示すように、ウェーハ１の両面に加工歪み１ａを残留させたまま、上記両面研削や片面研磨、片面エッチング等の片面仕上げ加工をすると、当該仕上げ加工によって加工歪み１ａが除去されるに従い、図１２に示すように、ウェーハ１の変形（反り）が大きくなる。この変形によって片面仕上げ加工時に、ウェーハが保持された状態を維持できずに、ウェーハが外れたり、飛び出したりして設定した加工ができず、ウェーハが割れる等の不具合が発生する確率が高くなってしまう、という問題点があった。これは、ウェーハの大口径化に伴い、ウェーハの厚みが当該口径に対して相対的に薄くなると共に、ウェーハの剛性が低くなると考えられるからである。

このように、近年では、大口径のウェーハであっても、加工中に発生した加工歪みを除去することによってウェーハの変形や割れを抑制することができ、安定した製造が可能となる半導体ウェーハの製造方法の提供が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大口径のウェーハであっても、加工中に発生した加工歪みを除去することによってウェーハの変形や割れを抑制することができ、安定した製造が可能となる半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、（１）本発明は、半導体インゴットを切断してウェーハを得るスライス工程と、前記ウェーハの切断面を粗仕上げする粗仕上げ工程と、前記ウェーハの周縁部を面取りする面取り工程と、前記スライス工程及び前記粗仕上げ工程に起因して前記ウェーハの両面に発生した加工歪みを除去するために当該両面を同時に加工する両面同時加工工程と、前記ウェーハの少なくとも片面を当該片面ずつ仕上げ加工する片面仕上げ工程と、前記ウェーハを洗浄する洗浄工程と、を含むことを特徴とする。

（１）の発明によれば、片面仕上げ工程の前に両面同時加工工程を実施することによって、片面仕上げ工程を実施する時には、スライス工程及び粗仕上げ工程に起因してウェーハの両面に発生した加工歪みを予め除去することができる。したがって、大口径のウェーハであっても、片面仕上げ工程時にウェーハの変形や割れを抑制することができ、安定した製造が可能となる半導体ウェーハの製造方法を提供することができる。

（２） （１）の発明においては、前記両面同時加工工程は、前記ウェーハの両面を同時に研磨する両面同時研磨工程と、前記ウェーハの両面を同時にエッチングする両面エッチング工程と、を含み、前記片面仕上げ工程は、前記ウェーハの両面を片面ずつ研磨する両面研磨工程と、前記ウェーハの片面のみを研磨する片面研磨工程と、前記ウェーハの片面のみをエッチングする片面エッチング工程のうちのいずれかを含むことが好ましい。

（２）の発明によれば、両面研削工程と、両面研磨工程と、片面研磨工程と、片面エッチング工程のうちのいずれかの片面仕上げ工程の前に、両面エッチング工程及び両面同時研磨工程を実施することによって、片面仕上げ工程を実施する時には、スライス工程及び粗仕上げ工程に起因してウェーハの両面に発生した加工歪みを予め除去することができる。したがって、大口径のウェーハであっても、片面仕上げ工程時にウェーハの変形や割れを抑制することができ、安定した製造が可能となる半導体ウェーハの製造方法を提供することができる。

（３） （１）又は（２）に記載の発明においては、前記ウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上であり、かつ、厚みが８００〜１３００μｍであることが好ましい。

（３）の発明によれば、近年要請されている、きわめて大口径のウェーハを歩留まり良く製造することができる。

本発明によれば、大口径のウェーハであっても、加工中に発生した加工歪みを除去することによってウェーハの変形や割れを抑制することができ、安定した製造が可能となる半導体ウェーハの製造方法を提供することができる。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、既に従来技術において説明した製造工程のステップと同一のステップには、同一の符号を付して重複説明を省略又は簡略化する。

図１に基づいて、第１実施形態に係るウェーハの製造方法を説明する。半導体インゴットは、先ず、スライス工程（ステップＳ１０）において、ワイヤーソーを用いて薄板円盤状に切断される。

なお、ワイヤソーは、所定径のピアノ線に所定径の砥粒を含む加工液を供給してスライスするため、円形内周刃よりも切り代が少ない。また、複数枚のウェーハを一括してバッチスライスできるため、円形内周刃よりも短時間でスライスできるという利点を有する。更に、大口径ウェーハを切り出す場合であっても機械的に制約を受けることが少ないため、特に本実施形態のように、大口径ウェーハ（直径４５０ｍｍ以上）をスライスする場合には、ワイヤソーを用いるのが好ましい。

上記スライス工程（ステップＳ１０）において切断されたウェーハは、両面の平坦度が悪く、表面粗さも粗いため、うねりが生じている。このため、次の両頭研削（粗仕上げ）工程（ステップＳ２０）によってウェーハのうねりが除去される。

すなわち、ステップＳ２０の工程では、ウェーハの両面は、ウェーハの表（おもて）面及裏面にそれぞれ配置した砥石（図示せず）により両頭研削される。両頭研削は、例えば、ウェーハの両面を、互いに逆回転する砥石によって挟み込んで研削する両頭研削盤によって行われる。

次に、面取り工程（ステップＳ２２）では、ウェーハの周縁部の欠片落ち防止のために当該周縁部が面取りされる。

次に、従来技術（図７参照）では、両頭研削工程（ステップＳ２０）の後は、面取り工程（ステップＳ２２）を経て両面研磨が行われていたが（ステップＳ５０）、本実施形態では、両面研磨工程（ステップＳ５０）の前に両面同時加工工程を実施する。

すなわち、両面同時加工工程は、スライス工程（ステップＳ１０）及び両頭研削工程（ステップＳ２０）に起因してウェーハの両面に発生した加工歪み（図１１の加工歪み１ａを参照）を除去するために当該両面を同時に加工するものである。ここで、「加工歪みを除去する」とは、その後の加工時においてウェーハの変形（図１２参照）や割れが生じない程度に加工歪みを除去する、という趣旨である。

両面同時加工工程は、図１に示すように、ウェーハの両面を同時にエッチングする両面エッチング工程（ステップＳ３０）と、ウェーハの両面を同時に研磨する両面同時研磨工程（ステップＳ４０）と、を含む工程である。

両面エッチング工程（ステップＳ３０）を実施する理由は、次の通りである。すなわち、上述したスライス工程（図１のステップＳ１０）や、両頭研削工程（ステップＳ２０）等に起因して、ウェーハの両面には加工歪み（図１１の加工歪み１ａを参照）が生じている。

加工歪みには、研削粉、シリコン屑等の汚れや不純物が残存する。つまり、加工歪みが存在すると、デバイスの電気特性の悪化、動作不良等の悪影響を与えると共に、ウェーハの製造工程においても汚染等の悪影響を与える。

したがって、本実施形態では、ウェーハの両面の加工歪みや不純物の除去を主目的として、両面エッチング工程（ステップＳ３０）が実施される。なお、エッチングには、強酸性のＨＦ（還元剤）、ＨＮＯ_３（酸化剤）、ＣＨ_３ＣＯＯＨ（緩和剤）の混酸や強アルカリ性のＫＯＨ、ＮａＯＨが用いられることが多い。

次に、両面同時研磨工程（ステップＳ４０）について説明する。両面同時研磨工程は、両面エッチング工程（ステップＳ３０）を実施する理由と同様に、前工程（図１のステップＳ１０、ステップＳ２０等）でウェーハに発生した加工歪みを除去すると共に、ウェーハの平坦度を上げるために両面研磨装置を用いて実施される。

図示を省略するが、両面研磨装置は、両面エッチング（ステップＳ３０）を終了したウェーハを一度に１枚ないし数枚、互いに逆回転する二枚の定盤の間隙に、キャリアプレートを介して固定し、研磨砥粒を供給しながらウェーハの両面を同時に研磨する。

以上のように、両面エッチング（ステップＳ３０）と、両面研磨装置による両面同時研磨（ステップＳ４０）とを実施することによって、前工程でウェーハ両面に発生した加工歪みを同時に除去することができると共に、ウェーハの平坦度を上げることができる。

したがって、その後に両面研磨工程（ステップＳ５０）を実施しても、ウェーハの変形や割れを抑制することができ、歩留まりの良い安定した製造が可能となる。

そして、最後に、洗浄工程（ステップＳ６０）において、前工程により残留した砥粒や不純物等を洗浄する。これにより、所望する仕様の大口径のウェーハが得られる。

以上のように、第１実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法によれば、大口径のウェーハ（例えば、直径が４５０ｍｍ以上であり、かつ、厚みが８００〜１３００μｍであるウェーハ）であっても、加工中に発生した加工歪みを除去することによってウェーハの変形や割れを抑制することができ、安定した製造が可能となる。

〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。図２のステップＳ２４に示すように、第２実施形態は、上記第１実施形態の図１で示したステップＳ２０の両頭研削工程の代わりに、ラッピング工程（粗仕上げ工程）を実施するものである。

このラッピング工程（ステップＳ２４）は、スライス工程（ステップＳ１０）時に生じたウェーハのうねりを除去して平坦度を得るために、ウェーハを平坦化するものである。なお、図２に示すステップＳ２４以外の工程は、図１に示した上記第１実施形態のステップＳ２０以外の工程と同様であり、また奏する効果も、上記第１実施形態が奏する効果と同様であるので、説明を省略する。

以上のように、第２実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法によれば、上記第１実施形態の奏する効果と同様の効果を奏することができる。

〔第３実施形態〕
図３は、本発明の第３実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。図３のステップＳ５５に示すように、第３実施形態は、上記第１実施形態の図１で示したステップＳ５０の両面研磨工程の代わりに、ウェーハの片面を鏡面研磨する片面研磨工程（片面仕上げ工程）を実施するものである。

この片面研磨工程（ステップＳ５５）においても、図１のステップＳ５０に示した両面研磨工程と同様に、ウェーハの平坦度は極めて高い状態に加工される。なお、図３に示すステップＳ５５以外の工程は、上記第１実施形態の図１に示したステップＳ５０以外の工程と同様であり、奏する効果もほぼ同様であるので、説明を省略する。

以上のように、第３実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法によれば、上記第１実施形態の奏する効果と同様の効果を奏することができる。

〔第４実施形態〕
図４は、本発明の第４実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。図４のステップＳ４５に示すように、第４実施形態は、上記第２実施形態の図２で示した両面研磨工程（ステップＳ５０）の代わりに、片面エッチング工程を実施する点で上記第２実施形態と異なる。

第４実施形態においても、片面エッチング工程（ステップＳ４５）を実施する前に、両面エッチング（ステップＳ３０）と、両面同時研磨（ステップＳ４０）とを実施することによって、前工程のスライス工程（ステップＳ１０）やラッピング工程（ステップＳ２４）等でウェーハに発生した加工歪みを除去することができる。

したがって、第４実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法によれば、その後に片面エッチング工程（ステップＳ４５）を実施しても、ウェーハの変形や割れを抑制することができ、安定した製造が可能となる。

〔第５実施形態〕
図５は、本発明の第５実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。第５実施形態は、上記第１実施形態の図１で示した両面同時研磨工程（ステップＳ４０）を省略した点で、上記第１実施形態と異なる。また、第５実施形態は、上記従来技術の図７で示した製造方法とは、面取り工程（ステップＳ２２）と両面研磨工程（ステップＳ５０）との間に、両面エッチング工程（ステップＳ３０）を付加している点で異なる。

この両面エッチング工程（ステップＳ３０）を従来の製造工程（図７参照）に付加したことにより、前工程の両頭研削工程（ステップＳ２０）等でウェーハに発生した加工歪みを除去することができる。

したがって、第５実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法によれば、その後の両面研磨工程（ステップＳ５０）において片面ずつ研磨しても、ウェーハの変形や割れを抑制することができ、安定した製造が可能となる。

〔第６実施形態〕
図６は、本発明の第６実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。第６実施形態は、上記第２実施形態の図２で示した両面同時研磨工程（ステップＳ４０）を省略した点で、上記第２実施形態と異なる。また、第６実施形態は、上記従来技術の図８で示した製造方法とは、ラッピング工程（ステップＳ２４）と両面研磨工程（ステップＳ５０）との間に、両面エッチング工程（ステップＳ３０）を付加している点で異なる。

この両面エッチング工程（ステップＳ３０）を従来の製造工程（図８参照）に付加したことにより、前工程のスライス工程（ステップＳ１０）やラッピング工程（ステップＳ２４）等でウェーハに発生した加工歪みを除去することができる。

したがって、第６実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法によれば、その後の両面研磨工程（ステップＳ５０）において片面ずつ研磨しても、ウェーハの変形や割れを抑制することができ、安定した製造が可能となる。

なお、両面同時加工工程は、上記第１実施形態〜第４実施形態においては、両面エッチング工程（ステップＳ３０）と両面同時研磨工程（ステップＳ４０）とを含む工程であり（図１〜図４参照）、上記第５実施形態及び第６実施形態においては、両面エッチング工程（ステップＳ３０）である（図５及び図６参照）ものとして説明したが、これに限定されない。

すなわち、両面同時加工工程は、その後に実施される片面仕上げ工程（例えば、図１及び図２に示すステップＳ５０の両面研磨工程）におけるウェーハの変形や割れを抑制するために実施されるものであるから、この目的を達成し得れば、両面同時加工工程では、両面同時研磨工程（ステップＳ４０）のみを実施してもよい。

また、上記各実施形態において示した各工程の図示例は、ウェーハの製造方法の概略を示したものであり、各工程の間に通常必要とされる、図示しない洗浄工程等をも排除するものではない。

本発明の第１実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第５実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第６実施形態に係るウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 従来の一般的なウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 従来の一般的なウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 従来の一般的なウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 従来の一般的なウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 スライス工程及び粗仕上げ工程に起因して加工歪みが発生したウェーハを模式的に示す側面図である。 反りが生じたウェーハを模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ ウェーハ（半導体ウェーハ）
１ａ 加工歪み

Claims (3)

1. 半導体インゴットを切断してウェーハを得るスライス工程と、
   前記ウェーハの切断面を粗仕上げする粗仕上げ工程と、
   前記ウェーハの周縁部を面取りする面取り工程と、
   前記スライス工程及び前記粗仕上げ工程に起因して前記ウェーハの両面に発生した加工歪みを除去するために当該両面を同時に加工する両面同時加工工程と、
   前記ウェーハの少なくとも片面を当該片面ずつ仕上げ加工する片面仕上げ工程と、
   前記ウェーハを洗浄する洗浄工程と、
   を含むことを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
2. 前記両面同時加工工程は、前記ウェーハの両面を同時に研磨する両面同時研磨工程と、前記ウェーハの両面を同時にエッチングする両面エッチング工程と、を含み、
   前記片面仕上げ工程は、前記ウェーハの両面を片面ずつ研磨する両面研磨工程と、前記ウェーハの片面のみを研磨する片面研磨工程と、前記ウェーハの片面のみをエッチングする片面エッチング工程のうちのいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法。
3. 前記ウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上であり、かつ、厚みが８００〜１３００μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの製造方法。

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