JP6281537B2 - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハの製造方法に関する。

従来、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの製造は、シリコンインゴットをスライスしてウェーハを作製してから、ウェーハの面取り、ラップ、エッチング、研磨、洗浄などの各工程を施すことで行われている。さらに、デバイスが形成されるウェーハ表面の無欠陥化を図るため、例えば、気相エピタキシャル法によって、ウェーハの表面にエピタキシャル層を成長させる技術が利用されている（特許文献１参照）。

しかし、シリコンウェーハ上にエピタキシャル層を成長させる場合、シリコンウェーハとエピタキシャル層との関係において、互いのドーパント濃度が異なる場合には、それぞれを構成する原子の格子定数が同一ではない。そのため、表面にエピタキシャル成長を施したシリコンウェーハには反りが発生し易くなることが知られている。

その対策として、研削工程および研磨工程の少なくとも一方において、シリコンウェーハの中央部にお椀状の凹みを形成するよう加工して、ウェーハに反りを発生させる方法が利用されている（特許文献２参照）。このようにすれば、研削工程等で発生させた反りによって、シリコンウェーハとエピタキシャル層とのドーパント濃度差により生じた応力を打ち消すことができるので、エピタキシャルウェーハの大きな反りの発生を抑制することができる。

特開平６−１１２１２０号公報 特開２００８−１４０８５６号公報

しかしながら、特許文献２に開示された方法は、片面吸着機構を用いてウェーハの片面を保持する研削または研磨工程でなければ対応できない。よって、片面吸着機構を有しない、ウェーハの両面を研磨する両面研磨等の工程を有する半導体ウェーハの製造方法においても、エピタキシャル成長後の大きな反りの発生を抑制する技術が必要であった。

そこで、ウェーハの反りの向きを測定し、表裏の決まるレーザーマークを打つ前や両面研磨前に、必要ならばウェーハを反転させて反りの向きを一方向に揃えてからエピタキシャル層を成長させる方法が考案された。エピタキシャル成長用ウェーハの場合は、ウェーハの反りの向きを下側に凸の方向にすることができる。しかし、反りの向きを揃えるために反転したウェーハに、キャリアを用いた両面研磨を施すと平坦度が悪化してしまうという問題が発生した。また、このような両面研磨時の平坦度の悪化を防ぐために、両面研磨後にウェーハの反りの向きを揃え、その後、レーザーマークを打つ方法も考えられるが、この場合は、レーザーマークによるデブリにより、ウェーハの平坦度の悪化が起こる。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、両面研磨工程の前にウェーハの反りの方向を一方向に揃える工程を実施する場合であっても、両面研磨後のウェーハの平坦度の悪化を抑制することができ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に、本発明は、インゴットから複数のウェーハをスライスするスライス工程と、該スライスされた複数のウェーハの外周部を面取りする面取り工程と、該面取り後の複数のウェーハを、該ウェーハの外周部を保持するキャリアを用いて保持し、該キャリアで外周部を保持したウェーハの両面を研磨する両面研磨工程とを含む半導体ウェーハの製造方法であって、前記スライス工程の後であって、前記面取り工程の前に、前記複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃える反り方向調整工程を含み、該反り方向調整工程後、前記複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃えた状態で、前記面取り工程、及び前記両面研磨工程を実施することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法を提供する。

このように、スライス工程の後であって、面取り工程の前に、複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃えておくことで、両面研磨工程における両面研磨後のウェーハの平坦度の悪化を抑制することができる。

このとき、前記反り方向調整工程において、前記複数のウェーハの反りの向きを判別し、該判別結果に基づいて、前記複数のウェーハのうちの一部のウェーハを反転させることで、前記複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃えることができる。

より具体的には、反り方向調整工程において、このようにして複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃えることができる。

本発明の半導体ウェーハの製造方法であれば、両面研磨工程の前にウェーハの反りの方向を一方向に揃える工程を実施する場合であっても、両面研磨後のウェーハの平坦度の悪化を抑制することができる。

本発明の半導体ウェーハの製造方法の一例を示すフロー図である。 本発明の半導体ウェーハの製造方法の両面研磨工程において用いることができる両面研磨装置の一例を示す概略図である。 実施例における、両面研磨後のウェーハのＳＦＱＲの測定結果を示すグラフである。 比較例における、両面研磨後のウェーハのＳＦＱＲの測定結果を示すグラフである。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

上記のように、ウェーハの反りを一方向に揃えるため、レーザーマーク前に反転を行ったウェーハに関して、キャリアを用いた両面研磨を施した場合、平坦度の大幅な悪化が見られることがあった。そこで、本発明者は、ウェーハの端面形状に着目し、種々実験を行った。

その結果、ウェーハ端部の上部と下部の取代差の関係で上下非対象にしていた面取り形状と、キャリアのウェーハに接する端面の形状とのかみ合わせが、両面研磨の前にウェーハを反転することで変化していることを突き止めた。そして、このかみ合わせの変化が、両面研磨におけるウェーハの平坦度の悪化につながっていることを突き止めた。そこで、本発明者等は、面取り加工前にウェーハの方向を一方向に揃えることで、キャリアを用いた両面研磨後の平坦度の悪化を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。

以下、本発明の半導体ウェーハの製造方法を、図１、２を参照して説明する。図１に示すように、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、少なくとも、インゴットから複数のウェーハをスライスするスライス工程（図１のＳ１０１）、複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃える反り方向調整工程（図１のＳ１０２）、複数のウェーハの外周部を面取りする面取り工程（図１のＳ１０３）、ウェーハの両面を研磨する両面研磨工程（図１のＳ１０４）を含む。

まず、スライス工程を行う（図１のＳ１０１）。この工程では、シリコンインゴット等のインゴットを複数枚のウェーハにスライスする。スライスは、ワイヤーソーを使用して行うことができる。ワイヤーソーによってインゴットをスライスした場合には、ワイヤー列を形成する溝付きローラーやインゴット自体、その他各部位の熱膨張の影響により、インゴットの両端で逆向きの反りをもったウェーハが作られる。なお、本発明において使用できるスライス装置は、ワイヤーソーに限定されることは無い。ワイヤーソー以外にも、内周刃やバンドソーを具備したスライス装置を用いることができる。

続いて、スライス工程（図１のＳ１０１）の後であって、面取り工程（図１のＳ１０３）の前に、反り方向調整工程（図１のＳ１０２）を行う。反り方向調整工程では、例えば以下の方法によって、複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃えることができる。

まず、複数のウェーハの反りの向きを判別する。各々のウェーハの反りの向きは、Ｂｏｗを指標として評価することができる。Ｂｏｗは、ウェーハ中心においての基準面から、ウェーハ中点においての中心面までの変位量の数値である。Ｂｏｗの値がマイナスならば、ウェーハの反りが下側に凸であると判断でき、逆に、Ｂｏｗの値がプラスならば、ウェーハの反りが上側に凸であると判断できる。Ｂｏｗの測定には、ＳＢＷ−３３０（コベルコ科研製）などの測定装置を使用することができる。

次に、複数のウェーハの反りの向きの判別結果に基づいて、複数のウェーハのうちの一部のウェーハを反転させることで、複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃える。この際、複数のウェーハの反りの向きは、下側に凸、上側に凸のいずれの方向に揃えても良い。ウェーハの反転作業は、ＳＢＷ−３３０などの測定装置に付随している反転機構を用いて行うことができる。

反り方向調整工程の実施後、面取り工程を実施する（図１のＳ１０３）。本発明の半導体ウェーハの製造方法において、この面取り工程では、複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃えた状態で、ウェーハの外周部を面取りする。

面取り工程の実施後、両面研磨工程を実施する（図１のＳ１０４）。本発明の半導体ウェーハの製造方法において、両面研磨工程でも、複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃えた状態で、ウェーハの両面を研磨する。両面研磨には、例えば、図２のような両面研磨装置を用いることができる。

図２に示すように、両面研磨装置１０は、上下に相対向して設けられた上定盤１１と下定盤１２を備えており、各定盤１１、１２には、それぞれ研磨布１３が貼り付けられている。上定盤１１と下定盤１２の間の中心部にはサンギヤ１４が、周縁部には環状のインターナルギヤ１５が設けられている。ウェーハＷはキャリア１６の保持孔に挿入されることにより外周部を保持され、上定盤１１と下定盤１２の間に挟まれる。

また、サンギヤ１４及びインターナルギヤ１５の各歯部にはキャリア１６の外周歯が噛合しており、上定盤１１及び下定盤１２が駆動源によって回転されるのに伴い、キャリア１６は自転しつつサンギヤ１４の周りを公転する。このとき、キャリア１６の保持孔で外周部を保持されたウェーハＷは、上下の研磨布１３に摺接されることより両表面を同時に研磨される。なお、ウェーハＷの研磨時には、不図示のノズルからウェーハＷにスラリーが供給される。

本発明では、面取り工程の実施前に、複数のウェーハの反り方向を一方向に揃えている。よって、キャリア１６でウェーハＷの外周部を保持しながら行う両面研磨において、ウェーハの面取り形状とキャリアのウェーハに接する端面形状（図２の研磨装置１０においてはキャリア１６の保持孔の内周面の形状）のかみ合わせが、各ウェーハで同じとなる。従って、ウェーハの反りの方向を一方向に揃える工程を実施する場合であっても、両面研磨によるウェーハの平坦度の悪化を抑制することができる。

なお、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、スライス工程、反り方向調整工程、面取り工程、両面研磨工程に加えて、半導体ウェーハの製造において一般的に用いられているその他の工程も含んでいて良い。例えば、面取り工程後のウェーハを平坦化するためのラップ工程や、ラップによるダメージを除去するエッチング工程、両面研磨工程のウェーハの表面にレーザーを照射しマーキングするレーザーマーク工程等を含んでいても良い。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
本発明の半導体ウェーハの製造方法に従って、半導体ウェーハを製造した。実施例では、スライス工程、反り方向調整工程、面取り工程、ラップ工程、レーザーマーク工程、及び両面研磨工程を、この順に実施した。

スライス工程では、実施例及び後述する比較例ともに、ＣＺ法（チョクラルスキー法）で製造された直径３００ｍｍのシリコンインゴットをワイヤーソーでスライスしてウェーハを作製した。

反り方向調整工程では、反りの向きが全てのウェーハで下側凸の方向になるように揃えた。この際、ＳＢＷ−３３０で各ウェーハのＢｏｗの値を測定し、反りの向きを判別した。そして、反りの向きが上側凸となっているウェーハをＳＢＷ−３３０に付随している反転機構を用いて反転させ、ウェーハの反りの向きを下側凸の方向に揃えた。

実施例では、複数のウェーハの反りの向きをこのように一方向に揃えた状態で、面取り工程、両面研磨工程を実施した。

両面研磨工程の完了後、反り方向調整工程にて反転させたウェーハの両面研磨後の平坦度を評価するために、ＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｒａｎｇｅ）を測定した。ＳＦＱＲとは、表面上に任意の寸法のセルを決め、このセル表面について最小２乗法により求めた面を基準面としたときの、この基準面からの正および負の偏差の範囲である。また、ＳＦＱＲの測定には、Ｗａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔ（ＫＬＡ−ＴＥＮＣＯＲ社製）を用いた。

図３に実施例のＳＦＱＲの測定結果を示す。図３に示すように、ＳＦＱＲ＝２１〜２４ｎｍのウェーハの割合が最も多く、その割合は３０％を超えた。また、ＳＦＱＲ＝３６ｎｍまでに累積頻度が１００％に達している。これらの結果から、面取り工程の前に、ウェーハの反りの方向を一方向に揃える本発明の半導体ウェーハの製造方法であれば、両面研磨における平坦性の悪化を抑制し、平坦性が良好な半導体ウェーハを高い割合で得られることが分かった。

（比較例）
半導体ウェーハの製造における各製造工程の順番を、スライス工程、面取り工程、反り方向調整工程、ラップ工程、レーザーマーク工程、両面研磨工程の順としたこと、すなわち、反り方向調整工程を、面取り加工後に実施したこと以外、実施例と同様な条件で半導体ウェーハを製造した。さらに、実施例と同様な方法で、反り方向調整工程にて反転させたウェーハの両面研磨後のＳＦＱＲを測定した。

図４に比較例のＳＦＱＲの測定結果を示す。ＳＦＱＲ＝３３〜３６ｎｍのウェーハの割合が最も多く、その割合は２０％であった。そして、ＳＦＱＲ＝６０ｎｍでようやく累積頻度が１００％に達している。このように、比較例では、実施例に比べ平坦性がより悪化している半導体ウェーハの割合が高くなった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１０…両面研磨装置、 １１…上定盤、 １２…下定盤、 １３…研磨布、
１４…サンギヤ、 １５…インターナルギヤ、 １６…キャリア、
Ｗ…ウェーハ。

Claims (2)

1. インゴットから複数のウェーハをスライスするスライス工程と、
   該スライスされた複数のウェーハの外周部を面取りする面取り工程と、
   該面取り後の複数のウェーハを、該ウェーハの外周部を保持するキャリアを用いて保持し、該キャリアで外周部を保持したウェーハの両面を研磨する両面研磨工程とを含む半導体ウェーハの製造方法であって、
   前記スライス工程の後であって、前記面取り工程の前に、前記複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃える反り方向調整工程を含み、
   該反り方向調整工程後、前記複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃えた状態で、前記面取り工程、及び前記両面研磨工程を実施することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
2. 前記反り方向調整工程において、前記複数のウェーハの反りの向きを判別し、該判別結果に基づいて、前記複数のウェーハのうちの一部のウェーハを反転させることで、前記複数のウェーハの反りの向きを一方向に揃える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。

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