JPH09270400A - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

半導体ウェーハの製造方法

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JPH09270400A
JPH09270400A JP9008169A JP816997A JPH09270400A JP H09270400 A JPH09270400 A JP H09270400A JP 9008169 A JP9008169 A JP 9008169A JP 816997 A JP816997 A JP 816997A JP H09270400 A JPH09270400 A JP H09270400A
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polishing
etching
acid
polished
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Tadahiro Kato
忠弘 加藤
Hisashi Masumura
寿 桝村
Hideo Kudo
秀雄 工藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 裏面を粗面とすることによってウェーハ表裏
の判別を容易とするとともに高い平坦度の加工を可能と
した新規な半導体ウェーハの製造方法を提供する。 【解決手段】 原料ウェーハの両面を１次研磨する両面
１次研磨工程と、両面１次研磨されたウェーハの裏面の
みをエッチングする裏面エッチング工程と、裏面エッチ
ングされたウェーハの表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程
とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【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（以下、単にウェーハとい
うことがある）の製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】一般に、半導体ウェーハの製造方法は、図
８に示すように、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板状のウェーハ
を得るスライス工程Ａと、該スライス工程Ａによって得
られたウェーハの割れや欠けを防ぐためにその外周エッ
ジ部を面取りする面取り工程Ｂと、面取りされたウェー
ハをラッピングしてこれを平面化するラッピング工程Ｃ
と、面取り及びラッピングされたウェーハに残留する加
工歪を除去するエッチング工程Ｄと、エッチングされた
ウェーハの片面を一次鏡面研磨する表面一次鏡面研磨工
程Ｅ１と、一次鏡面研磨されたウェーハ表面を表面仕上
げ鏡面研磨する表面仕上げ鏡面研磨工程Ｇと、表面仕上
げ鏡面研磨されたウェーハを洗浄してこれに付着した研
磨剤や異物を除去する洗浄工程Ｈが含まれる。
【０００３】上記した従来のウェーハの製造方法におい
ては、ウェーハの一次研磨処理及び仕上げ研磨処理とも
に片面研磨装置を用いて行なわれているのが通常であ
る。
【０００４】ウェーハの研磨を行なう装置としては、上
記片面研磨装置の他に、両面研磨装置が知られている。
両面研磨装置は、ウェーハの表裏両面を同時に研磨で
き、かつ高い平坦度の研磨加工を行なうことができると
いう利点を有している。
【０００５】シリコンウェーハの次期加工プロセスとし
て、高精度な平坦度が得られる点、高い生産性の点で両
面研磨はメリットが大きい。しかしながら、上記した従
来のウェーハの製造方法の研磨工程に両面研磨装置によ
る両面研磨工程をそのまま適用すると、研磨されたウェ
ーハの両面が鏡面化されるため、ウェーハの表裏の判別
がつかず、プロセス装置のセンサーが働かないとか搬送
中にウェーハがすべってしまうという問題があった。
【０００６】そこで、両面研磨装置による両面研磨の利
点を保ちつつその欠点を解消する提案が種々なされてい
る。例えば、ウェーハの表裏全面にＳｉＯ2 および／ま
たはＳｉ3 Ｎ4 からなる保護膜を形成する第１工程と、
前記ウェーハの表面側を研削して表面側の前記保護膜の
みを除去しウェーハ露出面を形成する第２工程と、前記
ウェーハを両面研磨装置にかけてメカノケミカル研磨を
行ない前記ウェーハ露出面のみを研磨する第３工程と、
裏面側の保護層をエッチングにより除去する第４工程と
を具備するウェーハ研磨方法が提案されている（特開平
５−３１５３０５号公報）。この方法によれば、研磨ウ
ェーハの平坦度の向上という両面研磨装置の利点は維持
されるものの、裏面側の保護膜のエッチングによる除去
が不可欠であり、それだけ工程が複雑化するという難点
があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は、
上記事情に鑑み、半導体ウェーハの製造方法に両面研磨
工程を効果的に組み込んで研磨ウェーハの品質向上を図
るとともに、裏面を粗面とした高平坦度なウェーハを製
造することのできる新規な半導体ウェーハの製造方法を
実現すべく種々の研究を行った結果、本発明を完成した
ものである。
【０００８】本発明は、裏面を粗面とすることによって
ウェーハ表裏の判別を容易とするとともに高い平坦度の
加工を可能とした新規な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。
【０００９】
【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ーハの製造方法は、原料ウェー
ハの両面を１次研磨する両面１次研磨工程と、両面１次
研磨されたウェーハの裏面のみをエッチングする裏面エ
ッチング工程と、裏面エッチングされたウェーハの表面
を鏡面研磨する鏡面研磨工程とを含むことを特徴とす
る。
【００１０】上記原料ウェーハとしては、エッチドウェ
ーハが用いられる。該エッチドウェーハは、常法により
面取り及びラッピングされたウェーハの加工歪を除去す
るエッチング処理をほどこすことによって作成されるの
が好ましい。
【００１１】上記鏡面研磨工程は、ウェーハの表面を２
次研磨する表面２次研磨工程と、表面２次研磨されたウ
ェーハの表面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程とを含む
のが好適である。
【００１２】上記エッチングとしては、酸エッチングを
採用するのが好ましい。酸エッチングは、アルカリエッ
チングに比較してウェーハのエッチング面からの発塵の
問題がないという利点がある。
【００１３】上記酸エッチングは、弗酸、硝酸、硫酸及
び水を必須成分とする酸エッチング液によって行なうの
が好適である。このエッチング液に酢酸及び／又は燐酸
をさらに添加することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明方法の実施の形態を
添付図面中、図１〜図７とともに説明する。図１におい
て、図８と同一又は類似工程は同一符号で示す。
【００１５】図１は本発明の半導体ウェーハの製造方法
の一つの実施の形態を示すフローチャートである。
【００１６】まず、スライス工程Ａでは、不図示の単結
晶引上装置によって引き上げられた単結晶インゴットが
棒軸方向に対して直角あるいはある角度をもってスライ
スされて複数の薄円板状のウェーハが得られる。
【００１７】上記スライス工程Ａによって得られたウェ
ーハは、割れや欠けを防ぐために、その外周エッジ部が
次の面取り工程Ｂで面取りされ、この面取りされたウェ
ーハは、ラッピング工程Ｃで不図示のラップ盤を用いて
ラッピングされて平面化される。
【００１８】次に、平面化された上記ウェーハは、次の
エッチング工程Ｄで例えば水酸化ナトリウムの４５％水
溶液をアルカリエッチング液として用いたアルカリエッ
チングを受け、これに蓄積された加工歪が除去される
が、このとき、ウェーハの両面には、図６に示したよう
な周期１０〜２０μｍの大きな粗さの凹凸（Ｐ−Ｖ値が
１．５μｍを超えるものもある）が発生する。但し、ウ
ェーハの表面には酸エッチング特有の微細な凹凸は発生
せず、図６に示すように、該ウェーハの平坦度は或る程
度（許容範囲内で）良好に保たれている。
【００１９】ところが、従来は上記エッチング工程Ｄに
よって加工歪を除去されたウェーハは、そのまま表面研
磨工程Ｆにおいてその表面のみが鏡面研磨されていた。
この段階で両面研磨処理を行なうと前述したごとく、ウ
ェーハ両面の表裏の判別が不能となるため、両面研磨処
理をそのまま導入することはできない。
【００２０】そこで、本発明の一つの実施の形態では、
エッチング工程Ｄの後に、当該エッチングされたウェー
ハ（エッチドウェーハ）に対する１次研磨として両面研
磨を行ない（両面１次研磨工程Ｅ２）、次いで両面１次
研磨されたウェーハの裏面のみをエッチングする裏面エ
ッチング工程Ｋを新たに行なうものである。この裏面エ
ッチングは混酸を用いて酸エッチングにより行うのが好
ましい。酸エッチングはアルカリエッチングに比較して
ウェーハエッチング面からの発塵の問題がないという有
利さがある。上記混酸の組成としては、弗酸、硝酸、硫
酸及び水を必須成分とするが、場合によっては酢酸、燐
酸などを添加してもよい。エッチング時間は１〜３分程
度で充分である。
【００２１】上記裏面エッチング工程Ｋにおいて、ウェ
ーハ裏面は酸エッチングによって粗面となるが、表面は
１次研磨処理による鏡面の状態を維持している。
【００２２】この裏面エッチング工程Ｋにおいて用いら
れる片面エッチング方法は、ウェーハの片面がエッチン
グされればよいもので特別の限定はないが、例えば図７
に示すような枚葉式のスピン式エッチング装置を用いる
片面エッチング方法が適用される。
【００２３】図７において、ウェーハＷは、その片面
（図では下面）を自転可能な真空吸着盤４０によって保
持されている。エッチング液（エッチャント）４４がウ
ェーハＷの下面側に回り込むのを阻止するため、ウェー
ハＷの下方からエアー４２がウェーハＷの下面に吹きか
けられる。ウェーハＷを自転させながら、ウェーハＷの
上面の上方に設けられた揺動可能なエッチャント供給口
４６からエッチャント４４をウェーハＷの上面の中心部
に供給し、所定時間エッチングを行う。
【００２４】この時、エッチャント４４を均一に供給す
るために、エッチャント供給口４６をウェーハ中心に対
して揺動させるのが好ましい。この揺動幅としては、最
大でウェーハ直径分、即ち±２０〜５０ｍｍ程度とすれ
ばよい。
【００２５】エッチングの停止は、ウェーハＷの回転数
を上げると共に、エッチャント供給口４６からリンス水
をウェーハＷ上に供給することにより行われる。最後
に、該ウェーハＷを更に高速回転させることにより、ウ
ェーハＷの乾燥を行う。その後、真空吸着盤４０による
ウェーハＷの吸着を解除し、ウェーハＷを該真空吸着盤
４０から取り外す。
【００２６】本発明に適用される片面エッチング方法に
おいては、例えば、図７に示した枚葉式のスピン式エッ
チング装置を用いてウェーハＷを自転させつつ、エッチ
ング→リンス→乾燥の各処理がおおよそ次の条件で行わ
れる。
【００２７】・エッチング条件：ウェーハの自転数＝１
０〜１００ｒｐｍ、エッチャント流量＝２〜３リットル
／分、エッチング時間＝１〜３分 ・リンス条件：ウェーハの自転数＝１，０００〜２，０
００ｒｐｍ、リンス水流量＝２〜３リットル／分、リン
ス時間＝１分程度 ・乾燥条件：ウェーハの自転数＝２，５００〜３，００
０ｒｐｍ、乾燥時間＝０．５〜１分
【００２８】なお、上記した各条件は１５０ｍｍφのウ
ェーハを処理する場合について記述したが、ウェーハの
口径が異なると、上記条件が多少変動することもある。
【００２９】上記した片面エッチング方法の他に表面コ
ートによる片面エッチング方法も採用可能である。この
方法は、ウェーハの片面に耐食性ワックスを片面スピン
コータで塗布し乾燥した後、エッチング液（エッチャン
ト）内に当該ウェーハを浸漬することによりディップエ
ッチングする方法である。この場合、温度ムラ等による
不均一エッチングの発生を防ぐため、エッチング液の攪
拌（循環による）及びウェーハの自転及び揺動を行う必
要がある。ウェーハの片面に塗布されたワックスの除去
は、温（熱）水或いは、温（熱）アルカリ（苛性ソーダ
＋過酸化水素水）の使用が有効であるが、有機溶剤の使
用は好ましくない。上述した耐食性ワックスの代わりに
耐食性粘着フィルムをコートして同様に片面エッチング
を行うこともできる。
【００３０】上記した裏面エッチングを受けることによ
って裏面を粗面とされ、表面は１次研磨された状態のウ
ェーハは、次いで後述する片面研磨装置及び研磨剤を用
いて、その表面が２次研磨され（表面２次研磨工程
Ｆ）、さらに仕上研磨され（表面仕上研磨工程Ｇ）、そ
の後洗浄工程Ｈにおいて、洗浄され、このウェーハに付
着している研磨剤やパーティクルが除去される。この実
施の形態によって得られるウェーハの平坦度は両面研磨
処理の導入により向上し、また裏面はエッチング面（粗
面）を露出させて用いるのでその輝度は低く、両面の輝
度差にもとづいてウェーハの表裏をセンサーで検知する
ことができる。
【００３１】図３は上記した両面研磨工程において用い
られる両面研磨装置の１例の断面的説明図及び図４は該
両面研磨装置の上定盤を取り外した状態を示す上面説明
図である。
【００３２】図３において、両面研磨装置２２は上下方
向に相対向して設けられた下定盤２４及び上定盤２６を
有している。該下定盤２４の上面には下研磨布２４ａが
布設され、また上定盤２６の下面には上研磨布２６ａが
それぞれ布設されている。該下定盤２４及び上定盤２６
は不図示の駆動手段によって互いに逆方向に回転せしめ
られる。
【００３３】該下定盤２４はその中心部上面に中心ギア
２８を有し、その周縁部には環状のインターナルギア３
０が隣接して設けられている。
【００３４】３２は円板状のキャリアで、該下定盤２４
の下研磨布２４ａの上面と該上定盤２６の上研磨布２６
ａの下面との間に挟持され、該中心ギア２８及びインタ
ーナルギア３０の作用により、自転及び公転しつつ該下
研磨布２４ａと該上研磨布２６ａとの間を摺動する。
【００３５】該キャリア３２には複数個のウェーハ受け
穴３４が穿設されている。研磨すべきウェーハＷは該ウ
ェーハ受け穴３４内に配置される。該ウェーハＷを研磨
する場合には、研磨剤はノズル３６から上定盤２６に設
けられた貫通孔３８を通してウェーハＷと研磨布２４ａ
及び２６ａの間に供給され、該キャリア３２の自転及び
公転とともに該ウェーハＷは自転及び公転して該下研磨
布２４ａと該上研磨布２６ａとの間に摺動し、ウェーハ
Ｗの両面が研磨される。
【００３６】また、図２は上記表面仕上げ鏡面研磨に使
用する従来から用いられている片面研磨装置を示す側面
図である。図２において、研磨装置１０は、回転定盤１
２とウェーハホルダー１３と研磨剤供給装置１４からな
っている。回転定盤１２の上面には研磨パッド１６が貼
付してある。回転定盤１２は回転軸１７により所定の回
転速度で回転される。
【００３７】ウェーハホルダー１３は真空吸着等により
その下面にウェーハＷを保持し、回転シャフト１８によ
り回転されると同時に所定の荷重で研磨パッド１６にウ
ェーハＷを押しつける。研磨剤供給装置１４は所定の流
量で研磨剤１９を研磨パッド１６上に供給し、この研磨
剤１９がウェーハＷと研磨パッド１６の間に供給される
ことによりウェーハＷが研磨される。
【００３８】
【実施例】次に本発明の実施例をあげて説明する。 （実施例１） 試料ウェーハ：ＣＺ、ｐ型、結晶方位＜１００＞、１５
０ｍｍφ、シリコンウェーハ 上記シリコンウェーハを、常法により、エッチングし、
次いで上記した両面研磨装置を用いて１次両面研磨処理
した。この両面１次研磨処理したシリコンウェーハ２０
枚に対して、図７に示した枚葉式のスピン式エッチング
装置を用い、前述した手順と同様の手順により、次の条
件でエッチング→リンス→乾燥処理からなる裏面
の酸エッチングを行なった。
【００３９】エッチング ・ウェーハの自転数＝５０ｒｐｍ ・エッチャント組成＝弗酸＋硝酸＋硫酸＋水〔50%HF:98
%HNO3:98%H2SO4:H2O=1:2.4:1: 0.3(容量比) 〕 ・エッチャント流量＝２リットル／分 ・エッチング時間＝２分、室温 リンス ・ウェーハの自転数＝１，５００ｒｐｍ ・リンス水流量＝２．５リットル／分 ・リンス時間＝１分 乾燥 ・ウェーハの自転数＝２，８００ｒｐｍ ・乾燥時間＝１分
【００４０】上記裏面エッチング処理によって両面研磨
により鏡面化したウェーハの裏面を輝度≦８０％の低輝
度面とすることができた。また、ウェーハ裏面の面粗さ
はエッチング前のRa≦0.01μm からエッチング後にはRa
=0.5〜1 μm に上昇させることが出来た。上記した片面
研磨装置を用いてこのウェーハの表面の２次研磨及び仕
上げ研磨を行って、表裏の判別が可能でかつ平坦度の高
いウェーハ製品を得た。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明方法によれ
ば、ウェーハの両面研磨においても片面をエッチング面
（粗面）とすることによってウェーハ表裏の判別を容易
にした平坦度の高いウェーハ加工を行なうことができ、
両面研磨工程を取り入れた加工プロセスの構築が可能と
なるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体ウェーハの製造方法の第１の実
施の形態を示すフローチャートである。
【図２】片面研磨装置を示す側面図である。
【図３】両面研磨装置を示す断面的説明図である。
【図４】両面研磨装置の上定盤を取り外した状態を示す
上面説明図である。
【図５】酸エッチングされたウェーハ表面の粗さ分布を
示す図面である。
【図６】アルカリエッチングされたウェーハ表面の粗さ
分布を示す図面である。
【図７】ウェーハの片面エッチング方法の１例を示す概
略説明図である。
【図８】従来の半導体ウェーハの製造方法の一例を示す
フローチャートである。
【符号の説明】
１０ 研磨装置 １２ 回転定盤 １３ ウェーハホルダー １４ 研磨剤供給装置 １６ 研磨パッド １７ 回転軸 １８ 回転シャフト １９ 研磨剤 ２２ 両面研磨装置 ２４ 下定盤 ２４ａ 下研磨布 ２６ 上定盤 ２６ａ 上研磨布 ２８ 中心ギア ３０ インターナルギア ３２ キャリア ３４ ウェーハ受け孔 ４０ チャッキング手段 ４２ エアー ４４ エッチング液 Ａ スライス工程 Ｂ 面取り工程 Ｃ ラッピング工程 Ｄ エッチング工程 Ｅ１ 表面一次鏡面研磨工程 Ｅ２ 両面一次鏡面研磨工程 Ｆ 表面２次研磨工程 Ｇ 表面仕上げ鏡面研磨工程 Ｈ 洗浄工程 Ｋ 裏面エッチング工程 Ｗ ウェーハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 秀雄 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社半導体白河 研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原料ウェーハの両面を１次研磨する両面
    １次研磨工程と、両面１次研磨されたウェーハの裏面の
    みをエッチングする裏面エッチング工程と、裏面エッチ
    ングされたウェーハの表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程
    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. 【請求項２】 加工歪を除去するエッチング処理をほど
    こされたエッチドウェーハを上記原料ウェーハとして用
    いることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの
    製造方法。
  3. 【請求項３】 上記鏡面研磨工程がウェーハの表面を２
    次研磨する表面２次研磨工程と、表面２次研磨されたウ
    ェーハの表面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程とを含む
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウェーハ
    の製造方法。
  4. 【請求項４】 上記裏面エッチング工程が酸エッチング
    により行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
    か１項記載の半導体ウェーハの製造方法。
  5. 【請求項５】 上記酸エッチングを弗酸、硝酸、硫酸及
    び水を必須成分とする酸エッチング液によって行なうこ
    とを特徴とする請求項４記載の半導体ウェーハの製造方
    法。
  6. 【請求項６】 上記エッチング液に酢酸及び／又は燐酸
    を添加することを特徴とする請求項５記載の半導体ウェ
    ーハの製造方法。
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