JP4345357B2 - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶インゴットから高平坦度、低加工歪みの半導体ウェーハを得る方法に係り、より詳しくは、遊離砥粒を用いた半固定砥粒研削により、半導体ウェーハを平坦化しつつ、ワイヤーソースライスまたは両頭研削で発生する微小な表面うねりを低減するとともに、従来の半導体ウェーハ製造プロセスを簡略化するための半導体ウェーハ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウェーハの製造方法には、１）単結晶引上装置によって引き上げられた単結晶インゴットをスライスして薄円盤状のウェーハを得るスライス工程、２）ウェーハの欠けやワレを防ぐための面取工程、３）面取りされたウェーハを平坦化するためのラッピング工程、４）前記加工によりウェーハに発生した加工歪み層を除去するためのエッチング工程、５）面取り部を仕上げ研磨する面取り研磨工程、６）前記ウェーハを片面あるいは両面を研磨する研磨工程、７）前記ウェーハの仕上げ研磨を行う工程が採用されている。
【０００３】
そして、上記のような一般的な半導体ウェーハの製造方法における平坦度の向上と微小な表面うねりの低減を目的として、図６に示すように、スライス工程、面取工程、ラッピング工程後に、両面の反転式平面研削工程を行い、必要に応じて残留歪み除去のエッチング工程を行い、両面研磨工程で仕上げる方法（特許文献１参照）や、図７に示すように、スライス工程後に、両頭研削工程を行い、面取工程、ラッピング工程後に、両面の反転式平面研削工程を行い、必要に応じて残留歪み除去のエッチング工程を行い、片面または両面研磨工程で仕上げる方法（特許文献２の段落【０００２】参照）等が提案されている。
【０００４】
しかるに、前記した従来の半導体ウェーハの製造方法におけるラッピング工程で用いられるラッピング装置は、ウェーハの大口径化に伴い大型化し、消耗資材や装置コストの上昇、ウェーハの大口径化および装置の巨大化に伴う作業者の作業負荷の増大、使用資材増加による産業廃棄物（廃研磨粉）の増加等の各課題が顕著化している。また、片面研削をスライス直後に行った場合、ワイヤーソーで生じたうねりを除去できないという問題がある。この問題を解決する手段として、ラッピング装置を両頭研削盤に置き換えて製造する方法が、種々提案されているが、両頭研削盤で製造されたウェーハの表面には、両頭研削加工に起因する微小表面うねり（高低差数＋μｍ、周期数ｍｍ）が生じる問題がある。そこで、微小表面うねりを低減し、より均一な表面を得るために、両頭研削後に弾性体定盤を用いたラッピング加工を行い製造工程を簡略化する方法が提案されている（特許文献２に記載の発明）。しかしながら、この方法は、金属定盤に比較して砥粒がソフトに作用し加工歪みの少ないウェーハ表面が得られるが、加工速度が低く、また、弾性体定盤が著しく磨耗してウェーハの平坦度精度を維持できないという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２４６２１６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２４４９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、遊離砥粒を用いた半固定砥粒研削により、ワイヤーソースライスまたは両頭研削で発生する微小な表面うねりを低減するとともに、従来の半導体ウェーハ製造プロセスを簡略化し得る半導体ウェーハ製造方法の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体ウェーハの製造方法は、スライス工程後に、面取工程、エッチング工程、片面または両面研磨工程の各工程を行う半導体ウェーハの製造方法であって、前記スライス工程後かつ前記面取工程前に、多孔質状の研磨パッドの表面孔に遊離砥粒を保持し、該研磨パッドの表面と半導体ウェーハ表面とを接触させた状態で該半導体ウェーハ表面を研削する半固定砥粒研削工程を行うことを特徴とする。更には、スライス工程後かつ半固定砥粒研削工程前に、半導体ウェーハの表裏両面を上下の砥石により同時に研削する両頭研削工程を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明における多孔質状の研磨パッドと遊離砥粒を用いた半固定砥粒研削工程とは、例えば多孔質状のポリウレタンパッドに番手＃４００〜＃１０００程度の遊離砥粒を低濃度で供給することで、砥粒が研磨パッド表面の孔に保持されて半固定砥粒状態でウエーハを研削する方法をいう。この方法によれば、パッド表面に半固定状態で保持された砥粒による引っ掻き作用によりウエーハが研削されるので、スライス等の前工程で発生した微小うねりを低減することが可能となる。
【０００９】
通常、ラッピングとは砥粒濃度２０ｗｔ％程度のスラリーを定盤に供給し、ウェーハと定盤間のスラリ一層中にある砥粒の転動によってウェーハ表面に発生した脆性破壊作用を原理とした加工方法である。それに対し、本発明における半固定砥粒研削は、スラリー中の砥粒濃度を従来の約１／１０程度に低下させることによりスラリー層を薄くし、砥粒を多孔質状のパッド表面の孔（ボア）に保持させることで砥粒の引っ掻き作用を生じさせる加工原理に基づくものである。
【００１０】
従って、本発明方法によれば、高能率で比較的加工歪みの少ない良好な仕上げ面が得られ、スライス工程または両頭研削工程で生じた表面の微小うねりを除去できる。また、砥粒濃度を従来の約１／１０程度に低下させて使用するために砥粒の使用量が少なく、消耗資材の削減による低コストを実現することができる上、スラリー中の砥粒濃度を低濃度にすることで、研磨パッドが著しく摩耗することがなく、ウェーハの平坦度精度を維持できる。さらに、本発明は、上記半固定砥粒研削工程をスライス工程後、またはスライス工程、両頭研削工程後に行うことにより、従来のラッピング工程、反転式平面研削工程を省略することができ、製造工程を簡略化できる。
【００１１】
なお、本発明の半固定砥粒研削工程で用いる研削手段としては、一度に複数のウエーハを加工するバッチ式の両面研磨機またはラッピング装置等の既存の装置に多孔質状のパッドを貼付けることにより実施することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明にかかる半導体ウェーハの製造方法の一実施例を示す製造工程図、図２は同じく本発明の他の実施例を示す製造工程図、図３は本発明の半固定砥粒研削工程で採用する両面研磨機の一例を示す概略図、図４は図３に示す両面研磨機のパッドにウエーハが押しつけられた状態の一部を拡大して示す断面図、図５は図４に示す状態においてスラリーが供給されて研削加工されている状態を示す図４相当図であり、１は両面研磨機、２は多孔質のパッド、３は半導体ウエーハ、４はスラリー、４−１は砥粒である。
【００１３】
すなわち、本発明方法は図１に示すように、スライス工程後に、半固定砥粒研削工程、面取工程、エッチング工程、片面または両面研磨工程の各工程を順次行う方法であり、また、図２に示すように、スライス工程後に、両頭研削工程、半固定砥粒研削工程、面取工程、エッチング工程、片面または両面研磨工程の各工程を順次行う方法である。
【００１４】
本発明の半固定砥粒研削工程で採用する両面研磨機１は、図３に示すように、１度に複数のウェーハを加工するバッチ式の研磨機１であって、ウェーハを挟む上下両面に多孔質のパッド２を貼付けている。この多孔質のパッドとしては、図４に示すように、例えば通常のポリシングで用いられる独立発泡性ポリウレタンパッドを用いることができる。ただし、その孔（ポア）２−１は使用する砥粒径に近いものが好ましく、例えば平均粒径が２０μｍの砥粒であれば、加工能率を考慮して孔径は１０〜４０μｍが適当であり、また、硬度は９０（ＪＩＳ−Ａ）以上のパッドの方が、ウエーハ表面のうねりを除去するのに有効である。なお、多孔質のパッドとしては、砥粒の粒径、加工能率、ウエーハ表面のうねり除去効果を考慮して、孔（ポア）径、硬度、さらには孔の形態（孔が独立したものが好ましい）や強度を選定し、その条件を満たすものを使用するもので、必ずしも発泡性ポリウレタンパッドに限定されない。
【００１５】
また、研磨機としては、両面研磨機以外に、ラッピング装置、または比較的小さな定盤で１枚ずつ加工する枚葉式の装置を用いてもよい。さらには、半導体ウェーハの片面または両面について使用するものであってもよい。
【００１６】
一方、砥粒としては、前記したように番手＃４００〜＃１０００程度（平均粒径１１〜３０μｍ）の遊離砥粒が適当であり、また砥粒の種類としてはＧＣ、ＦＯ等のラッピング砥粒等が比較的安価でありこの加工法に利用することができる。また、砥粒の濃度としては、特に限定するものではないが、砥粒を多孔質状のパッド表面の孔（ポア）２−１に保持させることを考慮すると、２ｗｔ％以下の低濃度とするのが好ましい。
【００１７】
図３に示す研磨機１において、図５に示すように、上下両面の多孔質のパッド２間に挟まれた半導体ウェーハ３が当該パッドにて押しつけられた状態で、該多孔質のパッド２に低濃度の遊離砥粒を懸濁したスラリー４を供給すると、パット表面の孔（ポア）２−１に砥粒４−１が保持され半固定砥粒として半導体ウェーハ３に対して研削作用（砥粒の引っ掻き作用）を生じる。そして、スラリー４を連続的に供給することにより、スラリー中の砥粒４−１はパッド表面にある程度保持されると脱落するため、研削砥石のような固定砥粒の目つぶれによる加工能率の低下を生じることはない。
【００１８】
【実施例】
ＧＣ＃８００砥粒の濃度０．３ｗｔ％のスラリーを、発泡性ポリウレタンパンドを貼った両面研磨機（図３）に供給して半固定砥粒研削加工を行った結果、３００ｍｍウェーハにおいて、加工速度＝２〜５μｍ／ｍｉｎ、平坦度；ＴＴＶ＜１．０μｍおよび表面粗さＲａ＜４００Åの半鏡面状態の半導体ウェーハを得ることができた。
また、当該加工法（半固定砥粒式研削）を図１、図２に示す製造工程に適用して半導体ウェーハを製造し、図７に示す従来の製造工程（プロセス）に対する取代の削減量と表面の微小うねり（ナノトポグラフィー）の結果を表１に示す。
表１の結果より明らかなごとく、従来工程（図７）での１０ｍｍ□サイズでのナノトポグラフィー値２４．９ｎｍに対し、図１に示す製造工程では２４．７ｎｍ、図２に示す製造工程では２３．５ｎｍとなり、取代を３０〜３５μｍ削減しても、従来の工程と同等の表面うねりの品質を得ることができた。
【表１】
Figure 0004345357
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明方法によれば、スライス工程あるいは両頭研削工程で発生した半導体ウェーハ表面のうねりを、半固定砥粒研削工程により、ラッピング工程等と同等に除去することができるので、従来のラッピング工程、反転式平面研削工程を省略することができ、半導体ウェーハ製造プロセスを簡略化できるとともに加工取代を削減でき、また、スラリーを低濃度で供給することができるため消耗資材費を削減できる等、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる半導体ウェーハの製造方法の一実施例を示す製造工程図である。
【図２】 本発明の他の実施例を示す製造工程図である。
【図３】 本発明の半固定砥粒研削工程で採用する両面研磨機の一例を示す概略図である。
【図４】 図３に示す両面研磨機のパッドにウエーハが押しつけられた状態の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】 図４に示す状態において砥粒スラリーが供給されて研削加工されている状態を示す図４相当図である。
【図６】 従来の半導体ウェーハの製造方法の一例を示す製造工程図である。
【図７】 従来の半導体ウェーハの製造方法の一例を示す製造工程図である。
【符号の説明】
１ 両面研磨機
２ 多孔質のパッド
２−１ 孔（ポア）
３ 半導体ウエーハ
４ スラリー
４−１ 砥粒

Claims (2)

  1. スライス工程後に、面取工程、エッチング工程、片面または両面研磨工程の各工程を行う半導体ウェーハの製造方法であって、前記スライス工程後かつ前記面取工程前に、多孔質状の研磨パッドの表面孔に遊離砥粒を保持し、該研磨パッドの表面と半導体ウェーハ表面とを接触させた状態で該半導体ウェーハ表面を研削する半固定砥粒研削工程を行う半導体ウェーハの製造方法。
  2. スライス工程後かつ半固定砥粒研削工程前に、半導体ウェーハの表裏両面を上下の砥石により同時に研削する両頭研削工程を行う請求項１記載の半導体ウェーハの製造方法。
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