JP3620554B2 - 半導体ウェーハ製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ特に単結晶シリコンウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、半導体ウェーハの製造方法は、単結晶引き上げ装置により引き上げられた単結晶インゴットをスライスして薄板円盤状のウェーハを得るスライス工程と、スライスしたウェーハの欠けや割れを防止するためにウェーハの外周エッジ部を面取りする面取り工程と、面取りしたウェーハの表面を平坦化するラッピング工程と、面取り及びラッピングにより残留する加工変質層を除去する湿式エッチング工程と、エッチングしたウェーハの片面を鏡面研磨する片面鏡面研磨工程と、研磨したウェーハに残留する研磨剤や異物を除去し清浄度を向上させる洗浄工程とからなっている。
【０００３】
しかし、上記従来の各工程には種々問題点を内蔵し、まず最初のスライス工程では、円形内周刃やワイヤソーによりインゴットより薄板円盤状のウェーハをスライスするわけであるが、前記スライス用刃物の切断抵抗の左右の僅かな相違が切断の際刃物の直進を妨げ、その結果爾後の各工程での煩雑且つ手数のかかる処理の原因を形成するうねりや反りを切断面に発生する。
また、ラップ工程では前記うねりは除去できるが反りは除去できない問題がある。
【０００４】
更に、エッチング工程においても、前記機械加工により生じた加工変質層の除去のため、エッチング用薬液としては混酸やアルカリ水溶液が使用されているが、薬液の活性の強弱によりウェーハ面の平坦性が左右されるため、平坦度を維持したままでの加工変質層の除去が要求されている。
更にまた、研磨工程は複数段階からなる機械・化学複合研磨方法が使用され、機械的研磨が持つ力学作用とエッチングによる化学的除去作用を複合させ、それらの相乗効果で高精度の鏡面を高能率に得ているわけであるが、何れにしてもそれらは研磨時の上記機械的要素と化学的要素との配分に左右される。
【０００５】
上記スライス工程直後のアズカットウェーハのうねり、特に０．５〜３０ｍｍ程度の周期で長周期の凹凸、言換えればうねりを減少させる手段としては、非公知の特願平６−２２７２９１号において、図１０に示すように、上記長周期のうねりの解消を図るために、ウェーハ１と該ウェーハ背面１ｂ側を吸着支持するベースプレート２表面間を（Ａ）に示すように直接吸着する事なく、（Ｂ）に示すように、ワックス等の接着材３を介在させ、前記ウェーハ背面１ｂ側の長周期のうねり等を吸収する提案がなされている。（以下第１研削技術という）
【０００６】
即ち、ウェーハ背面１ｂをベースプレート２の上面に接着材３を介して固定した場合、前記ウェーハ背面１ｂの凹凸が接着材３内に吸収された状態で保持され、言い換えれば前記ウェーハ背面１ｂの凹凸が生じていても前記接着材３が吸収材となっているために、ウェーハ１が弾性変形が生じる事なく、平面研削を行なう事が出来、この結果、前記吸着を解除しても平面研削されたウェーハ表面１ａの平坦度を維持される。
【０００７】
即ちウェーハ等の薄板ワークをベースプレート２上に載置した際に起きる前記「うねり」による隙間を充填してワーク表面への転写を阻止するようにしたものである。
なお、上記接着材３には溶融ワックス、ホットメルト接着剤、石膏、氷等を使用する構成にしてある。
【０００８】
更に本出願人は、前記０．５〜３０ｍｍ程度の周期のうねりを減少させる他の手段として平成８年３月８日出願に係る特許出願「整理番号９５１１２ＪＰ：薄板ワーク平面研削方法及びその装置」を提案している。該提案は、ウェーハ吸着力を可変としたウェーハ固定用回転テーブルを持つカップ型砥石を備えた縦型インフィード平面研削盤（インフィード型研削とは砥石の回転摺動面に垂直に砥石を送り込む方式を言う）を使用して、最終研削過程であるスパークアウト時にウェーハの吸着圧力を低圧に切り替えて研削を行なうようにし、前記うねりを除去するようにしたものである。（以下第２研削技術という）
【０００９】
即ち、図１１に示すように、研削加工初期においては（Ａ）に示すように、通常の真空に近い吸着圧力でワーク１を保持して研削加工を行なうが、砥石の送り圧力が低下若しくはほとんど存在しない加工終期（スパークアウト時、即ちゼロ切込み研削時）において（Ｂ）に示すように保持力を維持し得る程度に吸着圧力を低減させれば、保持力を維持しつつウェーハの弾性変形力が実質的に解除された状態で平面研削を行なう事が出来、前記吸着を解除しても平面研削された平坦度が維持されるものである。
そして前記薄板ウェーハがスライスカット直後のアズカットウェーハである平面研削方法の場合には、真空に近い吸着圧力が略−６００ｍｍＨｇ〜−７６０ｍｍＨｇ、ウェーハの弾性変形力が実質的に解除された状態の吸着圧力が略−１００〜−５０ｍｍＨｇとするのがよい。
【００１０】
また、エッチングの手段としては、特開平５−１６００７４号公報の「ウェーハから材料を除去するシステム」及び、特開平６−５５７１号公報の「均一に薄くした基体の非接触プラズマ研磨および平滑のための方法および装置」が提案されている。同提案は、エッチング前のウェーハの形状情報を部分的なエッチング代にフィードバックすることにより、エッチング後のウェーハの厚さ精度や平坦度精度を向上させるようにしたもので、プラズマ補助化学的エッチングによる非接触制御可能のプラズマエッチングのシステムである。
該システムによれば、ウェーハの平坦度を低下させることなく加工変質層等の除去を可能とするとともに、形状情報のフィードバックにより微細な平坦化が、反応性プラズマガスに供給する高周波パワーの制御とともに、ウェーハをΧＹ方向に移動させる速度を変化させる事により可能となる。
【００１１】
また、前記片面鏡面研磨工程においては、研磨工程の前工程であるエッチング工程でのエッチング処理面の表側は片面研磨工程に移行するため問題はないが、大きな表面粗さがそのまま残るウェーハ裏面はその凹凸の鋭利な先端部がチッピングにより欠け、多数のパーティクルを発生させ、歩留まり低下の問題がある。
この問題解決のため、本出願人は先に非公知の特許願「半導体鏡面ウェーハの製造方法、出願番号：特願平７−２０７５１４」の提案がされている。
【００１２】
同提案では、半導体製造方法の工程のなかにウェーハの両面研磨工程を取込むことにより、研磨ウェーハの平坦度の向上を図るとともに、表裏両面の研磨を行なう事により裏面のチッピングによる発塵を抑えてデバイスの歩留りを高めることが出来るものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の半導体の高機能化や高性能化、超小型化、軽量化、高集積化に鑑み母体となるウェーハの高品質化と大口径化が進み、特に２００〜３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに対し高精度の平坦度を得ることは難しく、次世代のウェーハ製造方法としてウェーハを大口径化した場合においても高平坦度化と高品質化を可能とする製造技術が望まれている。
【００１４】
本発明は、かかるウェーハを大口径化した場合においても高平坦度化と高品質化を可能にしながら工程の短縮を図った半導体ウェーハの製造方法を提供する事にある。
即ち本発明は前記した各種先願技術及び従来技術の組合せにより、従来のラッピングでは除去できないアズカットウェーハに発生する長周期のうねり除去、加工変質層の除去等における素材加工において後段に悪影響を残さない加工をなし、更には片面研磨によりもたらされたパーティクル発生の防止を図りつつ、特にウェーハを大口径化した場合における半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
【００１５】
より具体的に説明するに、本発明の第１の基本技術は、
従来プロセスの問題点であるラッピングでは除去が困難であったアズカットウェーハのそり除去のため、平坦化工程に平面研削手段を導入し、更に両面研磨工程でパーティクル発生の防止を図り、更に第２の基本技術は、前段の平坦化工程までの各機械加工による切り屑及び加工変質層の除去を可能にし、更に第３の基本技術は、前記面研削手段を特定し、前記うねりを確実に除去できる半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
また、第４基本技術はバッチ加工による形状バラツキを除去するとともに、スライス時に発生したそりやうねりを矯正すべく両面研削による第１次研削手段を導入しその後段の２次研削手段により高精度の平坦化を実現した半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
【００１６】
そして本発明は、従来の半導体ウェーハの製造方法の問題点である、従来プロセスのラッピングないし基本技術の平坦化工程と湿式エッチングとに代わる、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理工程を導入して、平坦化と加工変質層の除去とを同時に可能としつつ、且つパーティクル発生の防止を可能とする両面研磨を備えた、半導体ウェーハの製造方法の提供を目的としたものである。
特に、請求項２記載の発明は、
平面研削ないしラッピングによる平坦化工程の後段に、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理工程を導入し平坦度維持を確実にした半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、
平面研削ないしラッピングによる平坦化工程を経由し、更に切り屑及び加工変質層の除去をする湿式エッチングを経由処理された素材に、更にフィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理工程により微細平坦化加工をして後段の両面研磨工程へウェーハを供給する半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
次世代のウェーハ製造方法としてウェーハを大口径化した場合においても高平坦度化と高品質化を可能とする次世代の中核となる技術として本出願人は前記した両面研磨技術を検討した。
前記先願技術の両面研磨方式ついて概略的に説明する。
従来のスライス工程で作られるスライスウェーハの平坦度は、ＴＴＶ（ＴＯＴＡＬ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮ、即ちウェーハ全面における最大厚と最小厚の差）で１０〜２０μｍであり、しかも片面最大で３０μｍの深さまでの加工歪を有している。
また、スライス工程においては前記した長周期のうねりが発生することは前記した通りである。
【００１９】
そして先願技術においてはこのスライスウェーハを面取りしたのち硬質な研磨布（アスカーＣ硬度８０以上）を用いて両面研磨を行った場合片面研磨代３０μｍ以上で極めて良好な平坦度（ＴＴＶ）が得られ、かつ加工歪層およびスライス特有のうねりも除去可能であることが判った。
しかしながら両面研磨方式は、上下定盤に貼り付けた研磨用パッドにより両面を同時に研磨加工する方法であるが、バッチ式（複数枚同時研磨）であるために、該研磨工程へ供給される素材の厚さのバラツキや平坦度のバラツキが研磨後の平坦度に大きく影響する。
従って、より少ない研磨代で高精度な平坦度を得るためには、研磨工程の前段の処理において厚さバラツキの小さく且つ平坦度の良い原料ウェーハを素材として投入することが必須である。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の基本技術は、薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを平面研削手段により平坦化した後、該平坦化したウェーハをアスカーＣ硬度８０以上の硬質な研磨布を用いて同時に両面研磨を行うことを特徴としたものである。
この場合、前記平面研削は１枚づつ枚葉式にて行って高精度な平坦度を維持し、一方両面研磨はバッチ式に行っても又枚葉式にて行ってもよい。
かかる第１の基本技術によれば、例えば前記両面研磨を行う前にカップ砥石インフィード型縦型平面研削盤により枚葉加工を行い、厚さ精度や平坦度に対し安定したウェーハを両面研磨工程に導入する事が出来る。
【００２１】
また、第２の基本技術は、第１の基本技術にエッチング処理を加えたもので、
薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを平面研削手段により平坦化した後、該平坦化したウェーハをエッチング処理により平坦度を維持した状態でウェーハの加工変質層を除去し、その後該加工変質層を除去したウェーハをアスカーＣ硬度８０以上の硬質な研磨布を用いて同時に両面研磨を行うことを特徴としている。
この場合、前記エッチング処理が、アルカリ溶液をエッチング液として使用した湿式エッチングであるのがよい。
即ち平面研削手段による平坦化後にアルカリ溶液によるエッチング処理を行う事により面粗さは大幅に改善され、その後の両面研磨工程における研磨代の大幅低減を可能にした。
しかも、アルカリ溶液をエッチング用薬液として使用することにより、前工程で確保された平坦度を確実に維持したままでの切り屑及び加工変質層の除去を可能にしている。
【００２２】
また、基本技術１若しくは２記載の平面研削手段を特定したもので、
基本技術３は前記平面研削手段が、ウェーハ背面を負圧により吸着固定した状態でその表面側を平面研削する平面研削手段であって、前記薄板ワークを吸着固定するための負圧（以下吸着圧力と言う）を砥石の送り圧力が低下するスパークアウト時において低減させる平面研削手段であることを特徴とする。
そして前記技術においても平面研削されたウェーハ表面の平坦度を維持され、特に従来不可能とされたアズカットウェーハのうねりの大幅除去が可能となり、両面研磨工程へ高精度の素材の供給が可能となり効率化に貢献する。
【００２３】
基本技術４は、前記平面研削手段を、両面研削によるバッチ式１次研削手段と、カップ型砥石インフィード平面研削による枚葉式２次研削手段との組み合わせであることにある。
即ち、平面研削手段の前段に両面研削手段の導入により、バッチ加工を可能とするとともに、ウェーハ両面に加工変質層を形成させ該両面にバランスの取れた弾性歪みを惹起させ２次的反りの発生を防止するなかで、特に厚さ寸法のバラツキを少なくさせ、両面研磨工程におけるバッチ加工に対し、より効率的作用効果を与える。
【００２４】
そしてまた、かかる基本技術を前提とした請求項１記載の発明は、薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理にて加工変質層を除去し且つ平坦化した後、該ウェーハをアスカーＣ硬度８０以上の硬質な研磨布を用いて同時に両面研磨を行うことを特徴とする。
かかる発明によれば、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理で平坦化が可能なために前記基本技術の様な平面研削手段若しくはラッピング手段で平坦化する手段を省略して、薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを、直接フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理にて加工変質層を除去し且つ平坦化した後、該ウェーハを同時に硬質な研磨布（アスカーＣ硬度８０以上）を用いて両面研磨を行うように出来る。
【００２５】
また、請求項２記載の発明は、面取り工程とフィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理の間に平面研削手段若しくはラッピング手段で平坦化する工程が付加されている。請求項３の発明は、面取り工程とフィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理の間に面取りしたウェーハを平面研削手段若しくはラッピング手段で平坦化した後、該平坦化したウェーハをエッチング処理により平坦度を維持した状態でウェーハの加工変質層を除去する工程が存在している。
【００２６】
この場合、前記プラズマ補助の化学的エッチングは、例えば、前記特開平６−５５７１号に基づいて Ｈｅｕｇｈｅｓ Ｄａｎｂａｒｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ 社が開発したＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｕｍａ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術は、エッチング前のウェーハ形状情報を部分的なエッチング代にフィードバックすることにより、エッチング後ウェーハ厚さ精度や平坦度精度を向上させるシステムである。
このようなフィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを、特に両面研磨前の素材加工工程に導入することにより、高精度な平坦度を持つ鏡面研磨ウェーハを得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態を、図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は、本発明の半導体ウェーハの製造方法の基本技術を示すフローチャートで、図２はプラズマ乾式エッチング工程の導入の形態を示すフローチャートである。
【００２８】
図１に示すように、本基本技術の半導体ウェーハの製造方法は、半導体単結晶インゴットより薄板円盤状ウェーハをスライスするスライス工程Ｅと、スライスしたウェーハの面取りをする面取り工程Ｆと、面取りしたウェーハの平坦化を図る平坦化（平面研削）工程Ｇと、平坦化によるウェーハ表面に生成された切り屑や加工変質層を除去する湿式エッチング工程Ｈと、エッチング後のウェーハ表面の鏡面加工する両面研磨工程Ｋとより構成し、工程Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを介して両面研磨工程Ｋへ供給する素材ウェーハを形成するようにしてある。
上記スライス工程Ｅでの、ワイヤソーや円形内周刃によりスライスされたスライス直後のアズカットウェーハは、前記０．５〜３０ｍｍのうねりと小さな周期を持つ凹凸を持ち、従来のラッピングプロセスにおいては後者の凹凸は除去可能であるが前者の長周期うねりは除去困難な状況にあった。
【００２９】
上記平坦化工程Ｇは、例えば両面研削による第１次研削工程Ｇ−１ とそれに後続する、裏面及び表面を夫々行う片側平面研削による第２次研削工程Ｇ−２とに構成してもよく、又図１０（Ｂ）に示す第１研削技術、又図１１に示す第２研削技術により構成させてもよい。
更に第１次研削工程Ｇ−１はバッチ研削で、更に第２次研削工程Ｇ−２は枚葉式で行うことにより生産効率及び研削精度の面で好ましい。
【００３０】
上記両面研削は図３（Ａ）に示すように、周知の高剛性構造の縦型両頭ダブルディスク型研削盤において、駆動機１２ａにより高速駆動される上段砥石１１ａと駆動機１２ｂにより同方向高速駆動される下段砥石前記１１ｂとの間に、前記砥石回転に対し逆方向低速駆動されるキャリヤ１４に載置した複数のアズカットウェーハ１を順次送り込みバッチ加工させる枚葉式両面研削を用いてもよい。
又図３（Ｂ）に示すようにバッチ式両面研削盤は、互いに逆回転し、それぞれ研削砥石６１ａ、６２ａを設けた下定盤６１と上定盤６２を設けてある。且つ下定盤６１には中心ギヤ６３を設け、下定盤６１の外側にはインターナルギヤ６４を設け、前記上下の研削砥石６１ａ、６２ａの間には複数のウェーハ１をウェーハ受け穴６６ｂを介して載置したの歯車付きキャリヤ６６を複数介在させ、前記中心ギヤ６３とインターナルギヤ６４とに噛み合って下定盤の回転につれて自転と公転の遊星運動を行い、上定盤６２による適当加圧下のもとで、複数個のウェーハ１の同時両面研削（バッチ研削）を可能にしている。
【００３１】
そしてかかる研削工程は、いずれもアズカットウェーハの反りやうねりの大半を除去するもので、厚さのバラツキない素材形成をするとともに、両面研削により加工変質層を両面に形成させて研削時の歪み及び２次的反りの発生を防止するようにしてある。
後段の第２次研削工程Ｇ−２では、カップ状砥石を使用する縦型インフィード型平面研削盤により裏面及び表面を夫々片側平面研削を行う。
【００３２】
尚、本基本技術では図１１に示す第２研削技術のみにて平坦化研削を行った。即ち、図４（Ａ）、（Ｂ）の模式図に示すように、高剛性の縦型平面研削盤による枚葉処理をするようにしたもので、駆動機２６により矢印２４方向に高速回転するカップ状砥石２２を矢印２６ａ方向に上下方向可動可能の上部構造体に、矢印２５方向に高速回転する回転テーブル２１を設ける構造とし、回転テーブル２１にはセラミック等の多孔性素材よりなるベースプレート２０を設け、別個に設けた高圧真空源２９Ａと低圧真空源２９Ｂより切り替え弁２８ａを介してベースプレート２０を吸着作動をさせる配管２８を設けてある。そして、前記ベースプレート２０上に素材ウェーハを吸着固持させて、研削終了時のスパークアウト時にはそれまでの高圧真空圧−６００ｍｍＨｇを低圧の−５０〜１００ｍｍＨｇに切り替え素材ウェーハのうねりを除去するようにしてある。尚２７は回転テーブル駆動モ−タである。
上記構造であるので、縦型高速回転砥石の送り精度がそのまま素材であるウェーハの厚さの精度となるため、ウェーハの厚さ精度の制御が容易で、安定した高平坦度ウェーハの素材を供給できる。
【００３３】
又、前記研削技術を採用することなく、図１０（Ｂ）に示すように、ウェーハ１と該ウェーハ背面１ｂ側を吸着支持するベースプレート２表面間を、ワックス等の接着材３を介在させ、前記ウェーハ背面１ｂ側の長周期のうねり等を吸収する前記第１研削技術を採用してもよい。
【００３４】
前記湿式エッチング工程Ｈは、前記平坦化工程Ｇで素材表面に形成された加工変質層等を、平坦化工程Ｇで形成された平坦度を損なうことなくそのままの状態で除去可能にしたもので、エッチング用薬液やエッチング時の薬液の撹拌や反応進行の状況によっては平坦度を損なうことになるため、前記薬液にはアルカリ溶液（ＮａＯＨやＫＯＨの４５〜５０％溶液）が最適である。
【００３５】
前記両面研磨工程Ｋは、その前工程であるＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈで用意された安定した厚さ精度及び平坦度精度を持つ素材ウェーハを、前記した整理番号Ｂ９５−２７ＪＰ１の先願特許出願に見るように、パーティクル発生防止と加工歪みの相殺によりその影響を押さえた、バッチ加工システムの高能率の両面研磨工程で構成してある。
上記両面研磨は、図５に示すように、互いに逆回転し、それぞれ研磨パッド５１ａ、５２ａを設けた下定盤５１と上定盤５２を設けてある。且つ下定盤５１には中心ギヤ５３を設け、下定盤５１の外側にはインターナルギヤ５４を設け、前記上下の研磨パッド５１ａ、５２ａの間には複数のウェーハ１をウェーハ受け穴５５ｂを介して載置したの歯車付きキャリヤ５５を複数介在させ、前記中心ギヤ５３とインターナルギヤ５４とに噛み合って下定盤の矢印Ａ方向の回転につれて実線矢印Ｂ方向の自転と点線矢印Ｃ方向の公転を行い、上定盤５２による適当加圧下のもとで、複数個のウェーハ１の同時研磨を可能にしている。５６は研磨液投入部である。
【００３６】
図２には、図１に示す半導体ウェーハ製造方法に、プラズマエッチング工程Ｐを導入した場合の３種の本発明の実施形態につき示してある。上記プラズマエッチングは、前記した Ｈｅｕｇｈｅｓ Ｄａｎｂａｒｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ 社が開発したプラズマ補助化学的エッチング（ＰＡＣＥ）を利用したもので、厚さムラの情報をエッチング処理にフィードバックさせたものである。
【００３７】
図２（Ａ）は、図１の工程Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを介して形成されたエッチドウェーハを素材ウェーハとして前記プラズマエッチング工程Ｐにより微細平坦化させた後、両面研磨工程Ｋに送りこむようにしたものである。
【００３８】
尚、前記プラズマエッチング工程Ｐはそりやうねりが除去することが可能であるために従来のラッピング工程Ｇ−１’を平坦化工程Ｇに加えても問題がない。
【００３９】
図２（Ｂ）は、図１の工程Ｅ、Ｆ、Ｇを介して形成されたラッピング工程Ｇ−１’により微小凹凸が除去され、また必要に応じて第１若しくは第２研削工程（図１のＧ−１ＯＲＧ−２工程）に基づく平面研削工程Ｇ−２’により平坦化されたウェーハを素材ウェーハとして、前記プラズマエッチング工程Ｐにより切り屑及び加工変質層の除去と微細平坦化を行なった後、両面研磨工程Ｋに送り込むようにしたものである。
例えば従来のラッピング工程Ｇ−１’を第１研削工程（Ｇ−１）の代りに設け、該ラッピング工程Ｇ−１’と図１の第２研削工程Ｇ−２（裏面／表面片側研削工程）を平坦化工程Ｇに用いてもよい。
【００４０】
更に、前記プラズマエッチング工程Ｐはそりやうねりの除去とともに平坦化も可能であるために前記平坦化工程Ｇを省略しても問題がない。
図２（Ｃ）は、図１の工程Ｅ、Ｆを介して形成された面取りされたアズカットウェーハを素材として前記プラズマエッチング工程Ｐにより、切り屑及び加工変質層の除去と平坦化を図った後、両面研磨工程Ｋに送り込むようにしたものである。
【００４１】
上記プラズマ補助化学的エッチングは、図６に示すように、上中下のフレーム３０ａ、３０ｂ、３０ｃと側壁３１ａ、３１ｂと、排気口４２とにより真空反応室４１を形成させ、上部フレーム３０ｃには先端に誘電性絶縁体３６、３７により形成されたプラズマチャンバ空洞３８を、吊り下げ状に維持する円筒構造体３０ｄ、３０ｅ、３０ｆを設け、ウェーハ１に対する対向角度を調整可能の構造にしてある。尚３５はウェーハ支持部である。
【００４２】
上記プラズマチャンバ空洞３８の上部には処理ガス供給菅３９を設け、空洞天井部には高周波駆動電極４０ａとそれに接続する高周波入力導体４０が設け、エッチング反応の中心部を形成してある。
なお、素材ウェーハ１は電気的に接地されたホルダ３３により載置され、その下部には２次元移行装置３２を設け、エッチング位置の適宜設定可能にしてある。なお、本装置には図示してない高周波パワー、ガス圧、温度調整機構を持ち、プラズマ下に反応ガスを導入し該反応ガスに高周波パワーを作用させ制御可能にしたもので、必要に応じて所定箇所の選択的エッチングないし全方向エッチングが非接触で可能である。
【００４３】
【実施例】
１、平面研削による素材ウェーハの製造
図７に示すように、従来プロセスの場合のアルカリエッチドウェーハと前記図１に基づく工程の平坦化工程Ｇに図１１に示す低圧平面研削工程を採用した基本例で平坦化処理したウェーハを素材として、硬質な研磨布（アスカーＣ硬度８０以上）を用いて２０μｍ／両面の両面研磨を行なった。
その結果厚さバラツキ±０．５μｍ程度を持つ平面研削ウェーハの両面研磨後の平坦度レベルは、厚さバラツキ±５μｍ程度を持つエッチドウェーハの両面研磨後の平坦度レベルより１０％程度改善された。
逆に、同等レベルを得るためには、従来のアルカリエッチドウェーハの厚さ選別が必要となる。
【００４４】
２、平面研削及びエッチングによる素材ウェーハの製造
図８に示すように、
ａ）比較例１
ＦＯ／＃１２００ラッピング処理＋３０μｍアルカリエッチドウェーハ、
ｂ）比較例２
ＦＯ＃１２００ラッピング処理＋３０μｍ酸エッチドウェーハ、
ｃ）基本例１
＃２０００ダイヤモンド砥石（レジンボンド）を用いて図１１に示す低圧平面研削＋２０μｍアルカリエッチドウェーハ
を夫々準備し、
夫々の素材ウェーハについて充分に鏡面化される研磨量を調査した結果、各々ａ）比較例１は１４〜１５μｍ、ｂ）比較例２は７〜１０μｍ、ｃ）基本例１は３〜５μｍの結果となった。
【００４５】
この結果基本例１による研磨量低減効果は比較例１、２に比較して１／３〜１／２に及ぶ。
なお、鏡面化の判断は、表面の散乱光観察（一般的な光散乱式パーチクルカウンタ）及び顕微鏡評価で行なった。
【００４６】
３、プラズマ乾式エッチングによる素材の製造
図９に示すように、プラズマ補助化学的エッチング（ＰＡＣＥ）を用いた実施例として、図２（Ｃ）に示すようにスライス後面取りをしたワイヤーソーアズカットウェーハを用いた場合について説明すると、ＴＴＶで１１μｍ程度あった素材の平坦度が、ＰＡＣＥに基づくプラズマエッチング処理により約１．５μｍまでに大きく改善され、これに両面同時研磨を施すことにより、１μｍ以下の平坦度を容易に得ることができた。
尚、プラズマ補助化学的エッチング（ＰＡＣＥ）の前に平坦化処理を行った図２（Ａ）、図２（Ｂ）は更なる効果が期待される。
【００４７】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、従来のワイヤーソー切断→ラップ→エッチング→研磨の加工プロセスの内、研磨工程を両面研磨工程とし、研磨工程への素材供給の過程で、従来プロセスのラッピングに代わる両面研削及び低圧吸着による平面研削の採用で、大幅な平坦度の向上と更に、素材ウェーハの厚さバラツキを押さえ、平坦度のみならず両面研磨における生産性も向上させることが可能となる。
また、フィードバック制御可能のプラズマ乾式エッチングの使用によりより更に微細な平坦度の向上と生産性向上を図ることができる。
従って本発明によれば、特に２００〜３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに対しても工程を簡略化しつつ高平坦度化と高品質化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体ウェーハ製造方法の一の実施の形態を示すフローチャートである。
【図２】図１にプラズマ乾式エッチング工程の導入の形態を示すフローチャートで、
（Ａ）は、図１の工程Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを介して形成されたエッチドウェーハを素材として前記プラズマ乾式エッチング処理をした場合を示す。
（Ｂ）は、図１の工程Ｅ、Ｆ、Ｇを介して形成されたラッピングにより平坦化され、または平面研削により平坦化されたウェーハを素材として前記プラズマ乾式エッチング処理をした場合を示す。
（Ｃ）は、面取りされたアズカットウェーハを素材として前記プラズマ乾式エッチング処理した場合を示す図である。
【図３】両面研削盤の概略構成図で、（Ａ）は枚葉式、（Ｂ）はバッチ式を示す。
【図４】低圧平面研削の概要を示す模式図である。
【図５】両面研磨盤の概略の構成を示す図である。
【図６】プラズマ補助化学的エッチング装置の概要を示す図である。
【図７】本発明のアルカリエッチドウェーハと平面研磨ウェーハとを両面研磨した後の平坦度の比較図である。
【図８】ラップ＋アルカリエッチ後の素材ウェーハ（比較例１）と、ラップ＋酸エッチ（従来）後の素材ウェーハ（比較例２）と、平面研削＋アルカリエッチ（基本例１）後の面粗さの比較と、必要研磨量の比較を示す図である。
【図９】ワイヤーソーアズカットウェーハをプラズマエッチング処理＋両面研磨処理した平坦度レベルの変化を示す図である。
【図１０】従来公知技術の平面研削技術（Ａ）と本発明に使用される第１の平面研削技術（Ｂ）の基本構成を示す作用図である。
【図１１】本発明に使用される第２の平面研削技術の基本構成を示す作用図である。
【符号の説明】
１ ウェーハ
１１ａ 上段砥石
１２ａ 下段砥石
１４ キャリヤ
２０ ベースプレート
２１ 回転テーブル
２２ カップ状砥石
３８ プラズマチャンバ空洞
５１ 下定盤
５２ 上定盤
５１ａ、５２ａ 研磨パッド
Ｅ スライス工程
Ｆ 面取り工程
Ｇ 平坦化工程
Ｈ エッチング工程
Ｋ 両面研磨工程
Ｐ プラズマエッチング工程
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ特に単結晶シリコンウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、半導体ウェーハの製造方法は、単結晶引き上げ装置により引き上げられた単結晶インゴットをスライスして薄板円盤状のウェーハを得るスライス工程と、スライスしたウェーハの欠けや割れを防止するためにウェーハの外周エッジ部を面取りする面取り工程と、面取りしたウェーハの表面を平坦化するラッピング工程と、面取り及びラッピングにより残留する加工変質層を除去する湿式エッチング工程と、エッチングしたウェーハの片面を鏡面研磨する片面鏡面研磨工程と、研磨したウェーハに残留する研磨剤や異物を除去し清浄度を向上させる洗浄工程とからなっている。
【０００３】
しかし、上記従来の各工程には種々問題点を内蔵し、まず最初のスライス工程では、円形内周刃やワイヤソーによりインゴットより薄板円盤状のウェーハをスライスするわけであるが、前記スライス用刃物の切断抵抗の左右の僅かな相違が切断の際刃物の直進を妨げ、その結果爾後の各工程での煩雑且つ手数のかかる処理の原因を形成するうねりや反りを切断面に発生する。
また、ラップ工程では前記うねりは除去できるが反りは除去できない問題がある。
【０００４】
更に、エッチング工程においても、前記機械加工により生じた加工変質層の除去のため、エッチング用薬液としては混酸やアルカリ水溶液が使用されているが、薬液の活性の強弱によりウェーハ面の平坦性が左右されるため、平坦度を維持したままでの加工変質層の除去が要求されている。
更にまた、研磨工程は複数段階からなる機械・化学複合研磨方法が使用され、機械的研磨が持つ力学作用とエッチングによる化学的除去作用を複合させ、それらの相乗効果で高精度の鏡面を高能率に得ているわけであるが、何れにしてもそれらは研磨時の上記機械的要素と化学的要素との配分に左右される。
【０００５】
上記スライス工程直後のアズカットウェーハのうねり、特に０．５〜３０ｍｍ程度の周期で長周期の凹凸、言換えればうねりを減少させる手段としては、非公知の特願平６−２２７２９１号において、図１０に示すように、上記長周期のうねりの解消を図るために、ウェーハ１と該ウェーハ背面１ｂ側を吸着支持するベースプレート２表面間を（Ａ）に示すように直接吸着する事なく、（Ｂ）に示すように、ワックス等の接着材３を介在させ、前記ウェーハ背面１ｂ側の長周期のうねり等を吸収する提案がなされている。（以下第１研削技術という）
【０００６】
即ち、ウェーハ背面１ｂをベースプレート２の上面に接着材３を介して固定した場合、前記ウェーハ背面１ｂの凹凸が接着材３内に吸収された状態で保持され、言い換えれば前記ウェーハ背面１ｂの凹凸が生じていても前記接着材３が吸収材となっているために、ウェーハ１が弾性変形が生じる事なく、平面研削を行なう事が出来、この結果、前記吸着を解除しても平面研削されたウェーハ表面１ａの平坦度を維持される。
【０００７】
即ちウェーハ等の薄板ワークをベースプレート２上に載置した際に起きる前記「うねり」による隙間を充填してワーク表面への転写を阻止するようにしたものである。
なお、上記接着材３には溶融ワックス、ホットメルト接着剤、石膏、氷等を使用する構成にしてある。
【０００８】
更に本出願人は、前記０．５〜３０ｍｍ程度の周期のうねりを減少させる他の手段として平成８年３月８日出願に係る特許出願「整理番号９５１１２ＪＰ：薄板ワーク平面研削方法及びその装置」を提案している。該提案は、ウェーハ吸着力を可変としたウェーハ固定用回転テーブルを持つカップ型砥石を備えた縦型インフィード平面研削盤（インフィード型研削とは砥石の回転摺動面に垂直に砥石を送り込む方式を言う）を使用して、最終研削過程であるスパークアウト時にウェーハの吸着圧力を低圧に切り替えて研削を行なうようにし、前記うねりを除去するようにしたものである。（以下第２研削技術という）
【０００９】
即ち、図１１に示すように、研削加工初期においては（Ａ）に示すように、通常の真空に近い吸着圧力でワーク１を保持して研削加工を行なうが、砥石の送り圧力が低下若しくはほとんど存在しない加工終期（スパークアウト時、即ちゼロ切込み研削時）において（Ｂ）に示すように保持力を維持し得る程度に吸着圧力を低減させれば、保持力を維持しつつウェーハの弾性変形力が実質的に解除された状態で平面研削を行なう事が出来、前記吸着を解除しても平面研削された平坦度が維持されるものである。
そして前記薄板ウェーハがスライスカット直後のアズカットウェーハである平面研削方法の場合には、真空に近い吸着圧力が略−６００ｍｍＨｇ〜−７６０ｍｍＨｇ、ウェーハの弾性変形力が実質的に解除された状態の吸着圧力が略−１００〜−５０ｍｍＨｇとするのがよい。
【００１０】
また、エッチングの手段としては、特開平５−１６００７４号公報の「ウェーハから材料を除去するシステム」及び、特開平６−５５７１号公報の「均一に薄くした基体の非接触プラズマ研磨および平滑のための方法および装置」が提案されている。同提案は、エッチング前のウェーハの形状情報を部分的なエッチング代にフィードバックすることにより、エッチング後のウェーハの厚さ精度や平坦度精度を向上させるようにしたもので、プラズマ補助化学的エッチングによる非接触制御可能のプラズマエッチングのシステムである。
該システムによれば、ウェーハの平坦度を低下させることなく加工変質層等の除去を可能とするとともに、形状情報のフィードバックにより微細な平坦化が、反応性プラズマガスに供給する高周波パワーの制御とともに、ウェーハをΧＹ方向に移動させる速度を変化させる事により可能となる。
【００１１】
また、前記片面鏡面研磨工程においては、研磨工程の前工程であるエッチング工程でのエッチング処理面の表側は片面研磨工程に移行するため問題はないが、大きな表面粗さがそのまま残るウェーハ裏面はその凹凸の鋭利な先端部がチッピングにより欠け、多数のパーティクルを発生させ、歩留まり低下の問題がある。
この問題解決のため、本出願人は先に非公知の特許願「半導体鏡面ウェーハの製造方法、出願番号：特願平７−２０７５１４」の提案がされている。
【００１２】
同提案では、半導体製造方法の工程のなかにウェーハの両面研磨工程を取込むことにより、研磨ウェーハの平坦度の向上を図るとともに、表裏両面の研磨を行なう事により裏面のチッピングによる発塵を抑えてデバイスの歩留りを高めることが出来るものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の半導体の高機能化や高性能化、超小型化、軽量化、高集積化に鑑み母体となるウェーハの高品質化と大口径化が進み、特に２００〜３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに対し高精度の平坦度を得ることは難しく、次世代のウェーハ製造方法としてウェーハを大口径化した場合においても高平坦度化と高品質化を可能とする製造技術が望まれている。
【００１４】
本発明は、かかるウェーハを大口径化した場合においても高平坦度化と高品質化を可能にしながら工程の短縮を図った半導体ウェーハの製造方法を提供する事にある。
即ち本発明は前記した各種先願技術及び従来技術の組合せにより、従来のラッピングでは除去できないアズカットウェーハに発生する長周期のうねり除去、加工変質層の除去等における素材加工において後段に悪影響を残さない加工をなし、更には片面研磨によりもたらされたパーティクル発生の防止を図りつつ、特にウェーハを大口径化した場合における半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
【００１５】
より具体的に説明するに、本発明の第１の基本技術は、
従来プロセスの問題点であるラッピングでは除去が困難であったアズカットウェーハのそり除去のため、平坦化工程に平面研削手段を導入し、更に両面研磨工程でパーティクル発生の防止を図り、更に第２の基本技術は、前段の平坦化工程までの各機械加工による切り屑及び加工変質層の除去を可能にし、更に第３の基本技術は、前記面研削手段を特定し、前記うねりを確実に除去できる半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
また、第４基本技術はバッチ加工による形状バラツキを除去するとともに、スライス時に発生したそりやうねりを矯正すべく両面研削による第１次研削手段を導入しその後段の２次研削手段により高精度の平坦化を実現した半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
【００１６】
そして本発明は、従来の半導体ウェーハの製造方法の問題点である、従来プロセスのラッピングないし基本技術の平坦化工程と湿式エッチングとに代わる、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理工程を導入して、平坦化と加工変質層の除去とを同時に可能としつつ、且つパーティクル発生の防止を可能とする両面研磨を備えた、半導体ウェーハの製造方法の提供を目的としたものである。
特に、請求項２記載の発明は、
平面研削ないしラッピングによる平坦化工程の後段に、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理工程を導入し平坦度維持を確実にした半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、
平面研削ないしラッピングによる平坦化工程を経由し、更に切り屑及び加工変質層の除去をする湿式エッチングを経由処理された素材に、更にフィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理工程により微細平坦化加工をして後段の両面研磨工程へウェーハを供給する半導体ウェーハ製造方法の提供を目的としたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
次世代のウェーハ製造方法としてウェーハを大口径化した場合においても高平坦度化と高品質化を可能とする次世代の中核となる技術として本出願人は前記した両面研磨技術を検討した。
前記先願技術の両面研磨方式ついて概略的に説明する。
従来のスライス工程で作られるスライスウェーハの平坦度は、ＴＴＶ（ＴＯＴＡＬ ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ ＶＡＲＩＡＴＩＯＮ、即ちウェーハ全面における最大厚と最小厚の差）で１０〜２０μｍであり、しかも片面最大で３０μｍの深さまでの加工歪を有している。
また、スライス工程においては前記した長周期のうねりが発生することは前記した通りである。
【００１９】
そして先願技術においてはこのスライスウェーハを面取りしたのち硬質な研磨布（アスカーＣ硬度８０以上）を用いて両面研磨を行った場合片面研磨代３０μｍ以上で極めて良好な平坦度（ＴＴＶ）が得られ、かつ加工歪層およびスライス特有のうねりも除去可能であることが判った。
しかしながら両面研磨方式は、上下定盤に貼り付けた研磨用パッドにより両面を同時に研磨加工する方法であるが、バッチ式（複数枚同時研磨）であるために、該研磨工程へ供給される素材の厚さのバラツキや平坦度のバラツキが研磨後の平坦度に大きく影響する。
従って、より少ない研磨代で高精度な平坦度を得るためには、研磨工程の前段の処理において厚さバラツキの小さく且つ平坦度の良い原料ウェーハを素材として投入することが必須である。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の基本技術は、薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを平面研削手段により平坦化した後、該平坦化したウェーハをアスカーＣ硬度８０以上の硬質な研磨布を用いて同時に両面研磨を行うことを特徴としたものである。
この場合、前記平面研削は１枚づつ枚葉式にて行って高精度な平坦度を維持し、一方両面研磨はバッチ式に行っても又枚葉式にて行ってもよい。
かかる第１の基本技術によれば、例えば前記両面研磨を行う前にカップ砥石インフィード型縦型平面研削盤により枚葉加工を行い、厚さ精度や平坦度に対し安定したウェーハを両面研磨工程に導入する事が出来る。
【００２１】
また、第２の基本技術は、第１の基本技術にエッチング処理を加えたもので、
薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを平面研削手段により平坦化した後、該平坦化したウェーハをエッチング処理により平坦度を維持した状態でウェーハの加工変質層を除去し、その後該加工変質層を除去したウェーハをアスカーＣ硬度８０以上の硬質な研磨布を用いて同時に両面研磨を行うことを特徴としている。
この場合、前記エッチング処理が、アルカリ溶液をエッチング液として使用した湿式エッチングであるのがよい。
即ち平面研削手段による平坦化後にアルカリ溶液によるエッチング処理を行う事により面粗さは大幅に改善され、その後の両面研磨工程における研磨代の大幅低減を可能にした。
しかも、アルカリ溶液をエッチング用薬液として使用することにより、前工程で確保された平坦度を確実に維持したままでの切り屑及び加工変質層の除去を可能にしている。
【００２２】
また、基本技術１若しくは２記載の平面研削手段を特定したもので、
基本技術３は前記平面研削手段が、ウェーハ背面を負圧により吸着固定した状態でその表面側を平面研削する平面研削手段であって、前記薄板ワークを吸着固定するための負圧（以下吸着圧力と言う）を砥石の送り圧力が低下するスパークアウト時において低減させる平面研削手段であることを特徴とする。
そして前記技術においても平面研削されたウェーハ表面の平坦度を維持され、特に従来不可能とされたアズカットウェーハのうねりの大幅除去が可能となり、両面研磨工程へ高精度の素材の供給が可能となり効率化に貢献する。
【００２３】
基本技術４は、前記平面研削手段を、両面研削によるバッチ式１次研削手段と、カップ型砥石インフィード平面研削による枚葉式２次研削手段との組み合わせであることにある。
即ち、平面研削手段の前段に両面研削手段の導入により、バッチ加工を可能とするとともに、ウェーハ両面に加工変質層を形成させ該両面にバランスの取れた弾性歪みを惹起させ２次的反りの発生を防止するなかで、特に厚さ寸法のバラツキを少なくさせ、両面研磨工程におけるバッチ加工に対し、より効率的作用効果を与える。
【００２４】
そしてまた、かかる基本技術を前提とした請求項１記載の発明は、薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理にて加工変質層を除去し且つ平坦化した後、該ウェーハをアスカーＣ硬度８０以上の硬質な研磨布を用いて同時に両面研磨を行うことを特徴とする。
かかる発明によれば、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理で平坦化が可能なために前記基本技術の様な平面研削手段若しくはラッピング手段で平坦化する手段を省略して、薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを、直接フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理にて加工変質層を除去し且つ平坦化した後、該ウェーハを同時に硬質な研磨布（アスカーＣ硬度８０以上）を用いて両面研磨を行うように出来る。
【００２５】
また、請求項２記載の発明は、面取り工程とフィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理の間に平面研削手段若しくはラッピング手段で平坦化する工程が付加されている。請求項３の発明は、面取り工程とフィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理の間に面取りしたウェーハを平面研削手段若しくはラッピング手段で平坦化した後、該平坦化したウェーハをエッチング処理により平坦度を維持した状態でウェーハの加工変質層を除去する工程が存在している。
【００２６】
この場合、前記プラズマ補助の化学的エッチングは、例えば、前記特開平６−５５７１号に基づいて Ｈｅｕｇｈｅｓ Ｄａｎｂａｒｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ 社が開発したＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｕｍａ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術は、エッチング前のウェーハ形状情報を部分的なエッチング代にフィードバックすることにより、エッチング後ウェーハ厚さ精度や平坦度精度を向上させるシステムである。
このようなフィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを、特に両面研磨前の素材加工工程に導入することにより、高精度な平坦度を持つ鏡面研磨ウェーハを得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態を、図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は、本発明の半導体ウェーハの製造方法の基本技術を示すフローチャートで、図２はプラズマ乾式エッチング工程の導入の形態を示すフローチャートである。
【００２８】
図１に示すように、本基本技術の半導体ウェーハの製造方法は、半導体単結晶インゴットより薄板円盤状ウェーハをスライスするスライス工程Ｅと、スライスしたウェーハの面取りをする面取り工程Ｆと、面取りしたウェーハの平坦化を図る平坦化（平面研削）工程Ｇと、平坦化によるウェーハ表面に生成された切り屑や加工変質層を除去する湿式エッチング工程Ｈと、エッチング後のウェーハ表面の鏡面加工する両面研磨工程Ｋとより構成し、工程Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを介して両面研磨工程Ｋへ供給する素材ウェーハを形成するようにしてある。
上記スライス工程Ｅでの、ワイヤソーや円形内周刃によりスライスされたスライス直後のアズカットウェーハは、前記０．５〜３０ｍｍのうねりと小さな周期を持つ凹凸を持ち、従来のラッピングプロセスにおいては後者の凹凸は除去可能であるが前者の長周期うねりは除去困難な状況にあった。
【００２９】
上記平坦化工程Ｇは、例えば両面研削による第１次研削工程Ｇ−１ とそれに後続する、裏面及び表面を夫々行う片側平面研削による第２次研削工程Ｇ−２とに構成してもよく、又図１０（Ｂ）に示す第１研削技術、又図１１に示す第２研削技術により構成させてもよい。
更に第１次研削工程Ｇ−１はバッチ研削で、更に第２次研削工程Ｇ−２は枚葉式で行うことにより生産効率及び研削精度の面で好ましい。
【００３０】
上記両面研削は図３（Ａ）に示すように、周知の高剛性構造の縦型両頭ダブルディスク型研削盤において、駆動機１２ａにより高速駆動される上段砥石１１ａと駆動機１２ｂにより同方向高速駆動される下段砥石前記１１ｂとの間に、前記砥石回転に対し逆方向低速駆動されるキャリヤ１４に載置した複数のアズカットウェーハ１を順次送り込みバッチ加工させる枚葉式両面研削を用いてもよい。
又図３（Ｂ）に示すようにバッチ式両面研削盤は、互いに逆回転し、それぞれ研削砥石６１ａ、６２ａを設けた下定盤６１と上定盤６２を設けてある。且つ下定盤６１には中心ギヤ６３を設け、下定盤６１の外側にはインターナルギヤ６４を設け、前記上下の研削砥石６１ａ、６２ａの間には複数のウェーハ１をウェーハ受け穴６６ｂを介して載置したの歯車付きキャリヤ６６を複数介在させ、前記中心ギヤ６３とインターナルギヤ６４とに噛み合って下定盤の回転につれて自転と公転の遊星運動を行い、上定盤６２による適当加圧下のもとで、複数個のウェーハ１の同時両面研削（バッチ研削）を可能にしている。
【００３１】
そしてかかる研削工程は、いずれもアズカットウェーハの反りやうねりの大半を除去するもので、厚さのバラツキない素材形成をするとともに、両面研削により加工変質層を両面に形成させて研削時の歪み及び２次的反りの発生を防止するようにしてある。
後段の第２次研削工程Ｇ−２では、カップ状砥石を使用する縦型インフィード型平面研削盤により裏面及び表面を夫々片側平面研削を行う。
【００３２】
尚、本基本技術では図１１に示す第２研削技術のみにて平坦化研削を行った。即ち、図４（Ａ）、（Ｂ）の模式図に示すように、高剛性の縦型平面研削盤による枚葉処理をするようにしたもので、駆動機２６により矢印２４方向に高速回転するカップ状砥石２２を矢印２６ａ方向に上下方向可動可能の上部構造体に、矢印２５方向に高速回転する回転テーブル２１を設ける構造とし、回転テーブル２１にはセラミック等の多孔性素材よりなるベースプレート２０を設け、別個に設けた高圧真空源２９Ａと低圧真空源２９Ｂより切り替え弁２８ａを介してベースプレート２０を吸着作動をさせる配管２８を設けてある。そして、前記ベースプレート２０上に素材ウェーハを吸着固持させて、研削終了時のスパークアウト時にはそれまでの高圧真空圧−６００ｍｍＨｇを低圧の−５０〜１００ｍｍＨｇに切り替え素材ウェーハのうねりを除去するようにしてある。尚２７は回転テーブル駆動モ−タである。
上記構造であるので、縦型高速回転砥石の送り精度がそのまま素材であるウェーハの厚さの精度となるため、ウェーハの厚さ精度の制御が容易で、安定した高平坦度ウェーハの素材を供給できる。
【００３３】
又、前記研削技術を採用することなく、図１０（Ｂ）に示すように、ウェーハ１と該ウェーハ背面１ｂ側を吸着支持するベースプレート２表面間を、ワックス等の接着材３を介在させ、前記ウェーハ背面１ｂ側の長周期のうねり等を吸収する前記第１研削技術を採用してもよい。
【００３４】
前記湿式エッチング工程Ｈは、前記平坦化工程Ｇで素材表面に形成された加工変質層等を、平坦化工程Ｇで形成された平坦度を損なうことなくそのままの状態で除去可能にしたもので、エッチング用薬液やエッチング時の薬液の撹拌や反応進行の状況によっては平坦度を損なうことになるため、前記薬液にはアルカリ溶液（ＮａＯＨやＫＯＨの４５〜５０％溶液）が最適である。
【００３５】
前記両面研磨工程Ｋは、その前工程であるＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈで用意された安定した厚さ精度及び平坦度精度を持つ素材ウェーハを、前記した整理番号Ｂ９５−２７ＪＰ１の先願特許出願に見るように、パーティクル発生防止と加工歪みの相殺によりその影響を押さえた、バッチ加工システムの高能率の両面研磨工程で構成してある。
上記両面研磨は、図５に示すように、互いに逆回転し、それぞれ研磨パッド５１ａ、５２ａを設けた下定盤５１と上定盤５２を設けてある。且つ下定盤５１には中心ギヤ５３を設け、下定盤５１の外側にはインターナルギヤ５４を設け、前記上下の研磨パッド５１ａ、５２ａの間には複数のウェーハ１をウェーハ受け穴５５ｂを介して載置したの歯車付きキャリヤ５５を複数介在させ、前記中心ギヤ５３とインターナルギヤ５４とに噛み合って下定盤の矢印Ａ方向の回転につれて実線矢印Ｂ方向の自転と点線矢印Ｃ方向の公転を行い、上定盤５２による適当加圧下のもとで、複数個のウェーハ１の同時研磨を可能にしている。５６は研磨液投入部である。
【００３６】
図２には、図１に示す半導体ウェーハ製造方法に、プラズマエッチング工程Ｐを導入した場合の３種の本発明の実施形態につき示してある。上記プラズマエッチングは、前記した Ｈｅｕｇｈｅｓ Ｄａｎｂａｒｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ 社が開発したプラズマ補助化学的エッチング（ＰＡＣＥ）を利用したもので、厚さムラの情報をエッチング処理にフィードバックさせたものである。
【００３７】
図２（Ａ）は、図１の工程Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを介して形成されたエッチドウェーハを素材ウェーハとして前記プラズマエッチング工程Ｐにより微細平坦化させた後、両面研磨工程Ｋに送りこむようにしたものである。
【００３８】
尚、前記プラズマエッチング工程Ｐはそりやうねりが除去することが可能であるために従来のラッピング工程Ｇ−１’を平坦化工程Ｇに加えても問題がない。
【００３９】
図２（Ｂ）は、図１の工程Ｅ、Ｆ、Ｇを介して形成されたラッピング工程Ｇ−１’により微小凹凸が除去され、また必要に応じて第１若しくは第２研削工程（図１のＧ−１ＯＲＧ−２工程）に基づく平面研削工程Ｇ−２’により平坦化されたウェーハを素材ウェーハとして、前記プラズマエッチング工程Ｐにより切り屑及び加工変質層の除去と微細平坦化を行なった後、両面研磨工程Ｋに送り込むようにしたものである。
例えば従来のラッピング工程Ｇ−１’を第１研削工程（Ｇ−１）の代りに設け、該ラッピング工程Ｇ−１’と図１の第２研削工程Ｇ−２（裏面／表面片側研削工程）を平坦化工程Ｇに用いてもよい。
【００４０】
更に、前記プラズマエッチング工程Ｐはそりやうねりの除去とともに平坦化も可能であるために前記平坦化工程Ｇを省略しても問題がない。
図２（Ｃ）は、図１の工程Ｅ、Ｆを介して形成された面取りされたアズカットウェーハを素材として前記プラズマエッチング工程Ｐにより、切り屑及び加工変質層の除去と平坦化を図った後、両面研磨工程Ｋに送り込むようにしたものである。
【００４１】
上記プラズマ補助化学的エッチングは、図６に示すように、上中下のフレーム３０ａ、３０ｂ、３０ｃと側壁３１ａ、３１ｂと、排気口４２とにより真空反応室４１を形成させ、上部フレーム３０ｃには先端に誘電性絶縁体３６、３７により形成されたプラズマチャンバ空洞３８を、吊り下げ状に維持する円筒構造体３０ｄ、３０ｅ、３０ｆを設け、ウェーハ１に対する対向角度を調整可能の構造にしてある。尚３５はウェーハ支持部である。
【００４２】
上記プラズマチャンバ空洞３８の上部には処理ガス供給菅３９を設け、空洞天井部には高周波駆動電極４０ａとそれに接続する高周波入力導体４０が設け、エッチング反応の中心部を形成してある。
なお、素材ウェーハ１は電気的に接地されたホルダ３３により載置され、その下部には２次元移行装置３２を設け、エッチング位置の適宜設定可能にしてある。なお、本装置には図示してない高周波パワー、ガス圧、温度調整機構を持ち、プラズマ下に反応ガスを導入し該反応ガスに高周波パワーを作用させ制御可能にしたもので、必要に応じて所定箇所の選択的エッチングないし全方向エッチングが非接触で可能である。
【００４３】
【実施例】
１、平面研削による素材ウェーハの製造
図７に示すように、従来プロセスの場合のアルカリエッチドウェーハと前記図１に基づく工程の平坦化工程Ｇに図１１に示す低圧平面研削工程を採用した基本例で平坦化処理したウェーハを素材として、硬質な研磨布（アスカーＣ硬度８０以上）を用いて２０μｍ／両面の両面研磨を行なった。
その結果厚さバラツキ±０．５μｍ程度を持つ平面研削ウェーハの両面研磨後の平坦度レベルは、厚さバラツキ±５μｍ程度を持つエッチドウェーハの両面研磨後の平坦度レベルより１０％程度改善された。
逆に、同等レベルを得るためには、従来のアルカリエッチドウェーハの厚さ選別が必要となる。
【００４４】
２、平面研削及びエッチングによる素材ウェーハの製造
図８に示すように、
ａ）比較例１
ＦＯ／＃１２００ラッピング処理＋３０μｍアルカリエッチドウェーハ、
ｂ）比較例２
ＦＯ＃１２００ラッピング処理＋３０μｍ酸エッチドウェーハ、
ｃ）基本例１
＃２０００ダイヤモンド砥石（レジンボンド）を用いて図１１に示す低圧平面研削＋２０μｍアルカリエッチドウェーハ
を夫々準備し、
夫々の素材ウェーハについて充分に鏡面化される研磨量を調査した結果、各々ａ）比較例１は１４〜１５μｍ、ｂ）比較例２は７〜１０μｍ、ｃ）基本例１は３〜５μｍの結果となった。
【００４５】
この結果基本例１による研磨量低減効果は比較例１、２に比較して１／３〜１／２に及ぶ。
なお、鏡面化の判断は、表面の散乱光観察（一般的な光散乱式パーチクルカウンタ）及び顕微鏡評価で行なった。
【００４６】
３、プラズマ乾式エッチングによる素材の製造
図９に示すように、プラズマ補助化学的エッチング（ＰＡＣＥ）を用いた実施例として、図２（Ｃ）に示すようにスライス後面取りをしたワイヤーソーアズカットウェーハを用いた場合について説明すると、ＴＴＶで１１μｍ程度あった素材の平坦度が、ＰＡＣＥに基づくプラズマエッチング処理により約１．５μｍまでに大きく改善され、これに両面同時研磨を施すことにより、１μｍ以下の平坦度を容易に得ることができた。
尚、プラズマ補助化学的エッチング（ＰＡＣＥ）の前に平坦化処理を行った図２（Ａ）、図２（Ｂ）は更なる効果が期待される。
【００４７】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、従来のワイヤーソー切断→ラップ→エッチング→研磨の加工プロセスの内、研磨工程を両面研磨工程とし、研磨工程への素材供給の過程で、従来プロセスのラッピングに代わる両面研削及び低圧吸着による平面研削の採用で、大幅な平坦度の向上と更に、素材ウェーハの厚さバラツキを押さえ、平坦度のみならず両面研磨における生産性も向上させることが可能となる。
また、フィードバック制御可能のプラズマ乾式エッチングの使用によりより更に微細な平坦度の向上と生産性向上を図ることができる。
従って本発明によれば、特に２００〜３００ｍｍ以上の大口径ウェーハに対しても工程を簡略化しつつ高平坦度化と高品質化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体ウェーハ製造方法の一の実施の形態を示すフローチャートである。
【図２】図１にプラズマ乾式エッチング工程の導入の形態を示すフローチャートで、
（Ａ）は、図１の工程Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを介して形成されたエッチドウェーハを素材として前記プラズマ乾式エッチング処理をした場合を示す。
（Ｂ）は、図１の工程Ｅ、Ｆ、Ｇを介して形成されたラッピングにより平坦化され、または平面研削により平坦化されたウェーハを素材として前記プラズマ乾式エッチング処理をした場合を示す。
（Ｃ）は、面取りされたアズカットウェーハを素材として前記プラズマ乾式エッチング処理した場合を示す図である。
【図３】両面研削盤の概略構成図で、（Ａ）は枚葉式、（Ｂ）はバッチ式を示す。
【図４】低圧平面研削の概要を示す模式図である。
【図５】両面研磨盤の概略の構成を示す図である。
【図６】プラズマ補助化学的エッチング装置の概要を示す図である。
【図７】本発明のアルカリエッチドウェーハと平面研磨ウェーハとを両面研磨した後の平坦度の比較図である。
【図８】ラップ＋アルカリエッチ後の素材ウェーハ（比較例１）と、ラップ＋酸エッチ（従来）後の素材ウェーハ（比較例２）と、平面研削＋アルカリエッチ（基本例１）後の面粗さの比較と、必要研磨量の比較を示す図である。
【図９】ワイヤーソーアズカットウェーハをプラズマエッチング処理＋両面研磨処理した平坦度レベルの変化を示す図である。
【図１０】従来公知技術の平面研削技術（Ａ）と本発明に使用される第１の平面研削技術（Ｂ）の基本構成を示す作用図である。
【図１１】本発明に使用される第２の平面研削技術の基本構成を示す作用図である。
【符号の説明】
１ ウェーハ
１１ａ 上段砥石
１２ａ 下段砥石
１４ キャリヤ
２０ ベースプレート
２１ 回転テーブル
２２ カップ状砥石
３８ プラズマチャンバ空洞
５１ 下定盤
５２ 上定盤
５１ａ、５２ａ 研磨パッド
Ｅ スライス工程
Ｆ 面取り工程
Ｇ 平坦化工程
Ｈ エッチング工程
Ｋ 両面研磨工程
Ｐ プラズマエッチング工程
Claims (4)
- 薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理にて加工変質層を除去し且つ平坦化した後、該ウェーハをアスカーＣ硬度８０以上の硬質な研磨布を用いて同時に両面研磨を行うことを特徴とした半導体ウェーハ製造方法。
- 薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを平面研削手段若しくはラッピング手段で平坦化し、フィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理にて加工変質層を除去し且つ微細に平坦化した後、該ウェーハをアスカーＣ硬度８０以上の硬質な研磨布を用いて同時に両面研磨を行うことを特徴とした半導体ウェーハ製造方法。
- 薄板円盤状に切断し、面取りしたウェーハを平面研削手段若しくはラッピング手段で平坦化した後、該平坦化したウェーハをエッチング処理により平坦度を維持した状態でウェーハの加工変質層を除去し、更にフィードバック制御可能の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理にて加工変質層を除去した後、該ウエーハをアスカーＣ硬度８０以上の硬質な研磨布を用いて同時に両面研磨を行うことを特徴とした半導体ウェーハ製造方法。
- 請求項１、２若しくは３記載の非接触プラズマ補助化学的エッチングを用いた処理が、エッチング前のウェーハ形状情報を部分的なエッチング代にフィードバックすることにより、エッチング後ウェーハ厚さ精度や平坦度精度を向上させるＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｕｍａ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術である事を特徴とする半導体ウェーハ製造方法。
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