JPH1131670A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】製造プロセスに平面研削工程を採用した場合で
あっても、高精度で平坦度および平行度に優れたウェハ
が製造できる。 【構成】(1)スライス工程と、面取り工程と、平面研削
工程とを経て所定の表面仕上げを行う製造方法であっ
て、前記の平面研削工程前にウェハを片面当たり１μｍ
以上加工するラッピング加工を実施する半導体基板の製
造方法。 (2)スライス工程と、面取り工程と、平面研削工程とを
経て所定の表面仕上げを行う製造方法であって、前記の
平面研削工程では両面同時に平面研削加工を実施する半
導体基板の製造方法。上記(2)の製造方法においては、
上記の平面研削工程でウェハの片面当たり１μｍ以上を
両面同時に平面研削加工ののち、ウェハの片面ごとに平
面研削加工を実施するのとが望ましい。 (3)スライス工程と、面取り工程と、平面研削工程とを
経て所定の表面仕上げを行う製造方法であって、前記の
平面研削工程では低圧吸着によってウェハの片面ごとに
平面研削加工を実施する半導体基板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単結晶インゴットから
半導体基板を製造する方法に関し、さらに詳しくは平面
研削によってウェハを加工する場合であっても、高精度
で平坦度および平行度に優れるウェハが提供できる半導
体基板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体基板として用いられるウ
ェハを製造する工程には、第一段階として、チョクラル
スキー法等によって育成された単結晶インゴットをブロ
ック切断したのち、このインゴットブロックから薄円板
状に切断するスライス工程がある。このスライス工程
は、ウェハ加工プロセスの中で重要な工程であり、ウェ
ハの平行度などの機械的な品質を支配する工程である。
次の段階には、切断されたままのウェハは堅くて脆く、
その外周面が欠け易いので、外周面の欠損を防ぐため、
ベベリング加工による面取り工程が施される。面取り工
程はこのような機能を発揮させるために行われるもので
あるから、下記のラッピング工程の前に実施してもよい
し、その後に実施してもよい。

【０００３】切断されたウェハは、面取り工程の他に、
主にラッピング工程およびエッチング工程を経て、鏡面
研磨、洗浄等の表面仕上げが施される。まず、ラッピン
グ工程では上記のスライス工程で生じたウェハ表面に残
留するソーマークの除去やウェハの平坦度および平行度
を向上させるための加工が実施される。このため、ウェ
ハは互いに平行に保たれた上下一対のラップ定盤の間に
置かれ、ラップ液を用いて一定の加圧下の条件で両面が
同時にラッピング加工される。ラッピング加工されたウ
ェハの表面には加工歪み層が残留し、この加工歪み層は
デバイスプロセスにおいて、転位などの結晶欠陥を誘発
したり、ウェハの機械的強度を低下させる。そこで、ウ
ェハ表面に残った加工歪み層を完全に除去するため、ウ
ェハはエッチング処理され、多量の酸またはアルカリ液
で加工歪み層が除去される。エッチング処理されたウェ
ハは光学的な光沢を持つ鏡面ウェハに仕上げるため、所
定の表面仕上げとして鏡面研磨（ミラーポリッシュ）工
程および最終仕上の洗浄工程が施される。

【０００４】上記のラッピング工程は上下一対のラップ
定盤によってウェハの両面を同時に機械的に研磨する方
法であるが、ウェハの両面を均一に研磨することが困難
な場合があり、ウェハの表面と裏面とに研磨量のバラツ
キが発生するという問題がある。また、その後のエッチ
ング工程において多量の酸あるいはアルカリ液をエッチ
ング液として使用するので、廃液処理に費用が嵩み、製
造コストに大きな負担を及ぼすという問題が生じる。

【０００５】このような問題を解消するため、ウェハの
製造工程に改善が加えられ、例えば、特開平６−177096
号公報では、ウェハの製造プロセスに平面研削工程を挿
入する半導体ウェハの製造方法が提案されている。すな
わち、上述のウェハ製造工程において少なくともラッピ
ング工程およびエッチング工程に代えて、各ウェハごと
に研削量を調整し、かつウェハを片面ごと研削していく
平面研削工程を特徴とする製造方法である。

【０００６】確かに提案の方法では、エッチング工程を
省略できるのでウェハの製造に直接関与しない廃酸処理
等の製造コストの低減に寄与することができるが、ウェ
ハを片面ごと研削していくことが必要になるので、ウェ
ハ表面の平坦度に関し新たな問題が発生する。

【０００７】図４は、平面研削加工によってウェハの片
面ごと研削を行う場合の平面研削の加工手順を説明する
図である。同図において(a)、(b)はウェハ１がチャック
２に吸着される状態を示し、(c)はウェハ１が研削され
る状態を、(d)はウェハ１がチャック２から外される状
態をそれぞれ示している。このような平面研削加工にお
いて、ウェハ１のチャッキングは片面ごと行う必要があ
るが、操作の容易性から、例えばチャック２にポーラス
セラミックステージ等を用いた真空吸着方式が多用され
ている。

【０００８】図４(c)で示すように、ウェハの研削面1a
は所定の平坦度が確保されるように研削加工されるが、
その裏面のチャッキング面1bはチャック２に吸着、拘束
されたままの状態で、研削後もスライスされたままの表
面が残る。その後(d)のように、ウェハ１を吸着から外
すと、解放されたウェハの研削面1aにはチャッキング面
1bのスライスされたままの表面形状が転写され、波を打
ったような表面状況になる（以下、単に「うねり」とい
う）。このような表面状況では、半導体基板として要求
される平坦度および平行度を満足することができず、そ
の後の魔鏡等を用いた光学的な検査によって、不良ウェ
ハの判定を受ける。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来から提
案されている平面研削加工を採用したウェハの製造方法
における問題点に鑑み、ウェハの製造プロセスに平面研
削工程を採用した場合であっても、高精度で平坦度およ
び平行度に優れたウェハが製造でき、しかも生産効率が
高く、品質的に安定して、低価格化に対応した半導体基
板を製造する方法を提供することを目的としてなされた
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】半導体基板の製造におい
て、ウェハ両面の平坦度および寸法精度を確保し、廃液
処理等の直接ウェハの品質に影響を及ばさない製造コス
トを低減するには、可能な限りラッピング工程に代えて
平面研削工程を採用して、平面研削による加工歪み層が
軽微であることから、極力エッチング工程を削除するよ
うにするのが有効である。

【００１１】本発明者は、この点に着目して平面研削を
採用することを前提とする種々の検討の結果、上記課題
を達成するウェハの製造方法に関し、下記〜の知見
を得ることができた。

【００１２】平面研削する前に、研削加工の基準とな
る吸着面を形成し、その面をチャッキング面とすること
によって、研削後にチャッキング面の表面形状が研削面
に及ぼす影響を排除できる。

【００１３】平面研削加工を行うに際し、ウェハの両
面を同時に研削することによってウェハにチャッキング
面を設ける必要が無くなり、研削後にこれらの影響を受
けることがない。

【００１４】ウェハの両面を同時に研削して一定の研削
代が確保できた後は、必要の応じて、ウェハを片面ごと
研削すればよい。

【００１５】平面研削加工を行うに際し、真空吸着の
圧力を制御して、低圧吸着することによって、研削後に
チャッキング面の表面形状が研削面に及ぼす影響を排除
できる。

【００１６】本発明は上記の知見に基づいて完成された
ものであり、図１に示すように、下記の(1)〜(3)を要旨
とする半導体基板の製造方法である。

【００１７】(1)単結晶インゴットをスライスして薄円
板状のウェハに切断するスライス工程と、切断されたウ
ェハの外周面を面取り加工する面取り工程と、切断され
たウェハを研削する平面研削工程とを経て鏡面研磨、洗
浄の所定の表面仕上げを行う半導体基板の製造方法であ
って、前記の平面研削工程前にウェハを片面当たり１μ
ｍ以上加工するラッピング加工を実施することを特徴と
する半導体基板の製造方法である（以下、第１の製造方
法という）。

【００１８】(2)単結晶インゴットをスライスして薄円
板状のウェハに切断するスライス工程と、切断されたウ
ェハの外周面を面取り加工する面取り工程と、切断され
たウェハを研削する平面研削工程とを経て鏡面研磨、洗
浄の所定の表面仕上げを行う半導体基板の製造方法であ
って、前記の平面研削工程では両面同時に平面研削加工
を実施することを特徴とする半導体基板の製造方法（以
下、第２の製造方法という）。

【００１９】この製造方法においては、上記の平面研削
工程でウェハの片面当たり１μｍ以上を両面同時に平面
研削加工ののち、ウェハの片面ごとに平面研削加工を実
施するのが望ましい。

【００２０】(3)単結晶インゴットをスライスして薄円
板状のウェハに切断するスライス工程と、切断されたウ
ェハの外周面を面取り加工する面取り工程と、切断され
たウェハを研削する平面研削工程とを経て鏡面研磨、洗
浄の所定の表面仕上げを行う半導体基板の製造方法であ
って、前記の平面研削工程では低圧吸着によってウェハ
の片面ごとに平面研削加工を実施することを特徴とする
半導体基板の製造方法である（以下、第３の製造方法と
いう）。

【００２１】本発明の第１の製造方法乃至第３の製造方
法では、スライス工程、面取り工程、表面研削工程およ
び鏡面研磨と洗浄とを含む表面仕上げ工程を前提として
いる。これらの工程の処理条件は従来のウェハ製造方法
の場合と同様であり、以下の説明において詳細には説明
しないが、本発明の製造方法においてはこれらの工程の
組み合わせに特徴がある。

【００２２】面取り工程はウェハの外周面の欠損を防ぐ
ために行われるものであるから、通常、ラッピング工
程、平面研削工程の前に実施されるが、本発明の製造方
法ではラッピング工程、平面研削工程の後に実施しても
よく、ベベル部の加工精度を確保するため、それらの工
程の前後に実施してもよい。したがって、本発明方法で
は、面取り工程をどの時点で実施するかは、特に限定さ
れない。さらに、本発明の製造方法では平面研削工程を
採用したことに伴って、エッチング工程を必須としてい
ない。しかし、平面研削工程では表面仕上げの鏡面研磨
で除去しうる程度の僅かな加工歪みが生じる。そのた
め、表面仕上げで鏡面研磨を片面にしか施さない場合に
は、加工歪みが僅かに残存するおそれがあることから、
エッチング処理を実施するのが望ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１、第２およ
び第３の製造方法における工程を示した図である。この
工程図から明らかなように、いずれの製造方法において
も平面研削工程が必須になっている。平面研削加工は、
前述の通り、ラッピング加工等の機械研磨に比べウェハ
表面に残留する加工歪みが極めて少なくなるからであ
る。

【００２４】図２は本発明で用いられる平面研削装置の
模式的構成を示す図であり、(a)は片面ごと研削する装
置構成を、(b)は両面同時に研削する装置構成をそれぞ
れ示している。同図(a)に示す研削装置では、チャック
２に吸着されたウェハ１の片面を、回転軸４を中心に高
速回転する砥石３で研削する。このときのウェハの研削
量は砥石の下降量によって調整される。同図(b)に示す
研削装置では、ウェハ１の両面はお互いに反対方向に高
速回転する砥石３、３によって、同時に研削される。こ
の平面研削工程を含め、以下に本発明の具体的な内容
を、図１を用いて説明する。

【００２５】図１(a)は、第１の製造方法であり、表面
研削工程前にウェハを片面当たり１μｍ以上研磨するラ
ッピング加工を実施する工程を説明する図である。すな
わち、第１の製造方法では、事前に、ラッピング加工に
よって平面研削加工の際に基準となるチャッキング面を
形成して、その面をチャックに吸着させることによっ
て、研削後にチャッキング面の表面形状が研削面に転写
する影響をなくすことを特徴としている。この場合に、
チャッキング面の影響をなくすには、ラッピング加工に
よって所定の加工代を確保する必要がある。

【００２６】図３は、ラッピング工程における加工代と
魔鏡を用いた判定結果を示す図である。図中において、
縦軸はラッピング加工代を、横軸はスライス工程での平
坦度、具体的にはTTV（Total Thickness Variation ;面
内の総厚さバラツキ）で表しおり、判定結果として合格
（●）および不良（×）を示している。同図から明らか
なように、スライス工程でのTTVに拘わらず、ラッピン
グ工程で１μｍ以上の加工代を確保することによって、
魔鏡を用いた判定においていずれも合格判定となってい
る。ラッピング工程での加工代の上限は、原料コストを
考慮して200μｍにするのが望ましい。

【００２７】１μｍ以上の加工代を確保した後、前記図
２(a)に示す研削装置によってウェハの片面ごとに平面
研削して、スライス工程およびラッピング工程で付加さ
れた加工歪み層を除去するとともに、平坦度の改善を図
る。そののち鏡面研磨および洗浄等の処理がなされて最
終の表面仕上げが行われる。

【００２８】図１(b)は、第２の製造方法であり、表面
研削工程ではウェハの両面を同時に平面研削加工を実施
する工程を説明する図である。すなわち、第２の製造方
法は、平面研削に際しウェハ両面を同時に研削すること
によってウェハにチャッキング面を不要とすることを特
徴としている。

【００２９】前記図２(b)に示すように、ウェハ両面を
同時に平面研削加工する場合には、上下一対の高速回転
する砥石によって研削する方式であるため、研削量、研
削速度等の加工条件の選定が難しく、所定の寸法精度を
確保するには、研削加工速度を著しく低下させることが
ある。このような場合には、両面に所定の研削加工代を
確保した後、片面ごとの平面研削を行うのが望ましい。
このときの研削加工代は、第１の製造方法におけるラッ
ピング加工の場合と同様に、片面当たり１μｍ以上確保
する必要がある。

【００３０】図１(c)は、第３の製造方法であり、表面
研削工程では低圧吸着によってウェハの片面ごとに表面
研削加工を実施する工程を説明する図である。第３の方
法では、平面研削時の真空吸着の圧力を弱く制御するこ
とによって、研削後のチャッキング面の影響をなくすこ
とを特徴としている。前述の通り、ウェハを強制的に吸
着することによって、チャッキング面は拘束され、一時
的に平坦度が確保されたようになる。しかし、研削後に
ウェハが解放されると、チャッキング面が再びスライス
加工ままの表面形状に回復し、その影響が研削面に及ぶ
こととなる。そのため、研削加工に支障が生じない程度
にチャッキング面の拘束を緩め、研削後にウェハが解放
されても、チャッキング面の影響が研削面に及ばないよ
うに吸着圧力を低下させる必要がある。

【００３１】本発明者の検討によると、吸着圧力は150m
mHg〜400mmHgの範囲にするのが望ましい。吸着圧力が15
0mmHg未満であると、吸着不良が発生し、ウェハの脱落
あるいは平面研削中にウェハが破損する等の問題があ
り、また、吸着圧力が400mmHgを超えると、ウェハの解
放時に平面研削工程前のウェハ形状に戻ってしまい、表
面にうねりが発生するという問題がある。

【００３２】

【実施例】本発明の半導体基板の製造方法の効果を、第
１、第２、第３の製造方法に区分し実施例１〜３に基づ
いて説明する。

【００３３】（実施例１）図１(a)に示す第１の製造方
法によってウェハの製造を行った。直径５インチの単結
晶インゴットから厚さ700μｍの薄円板状ウェハをスラ
イス加工し、得られたウェハの外周面に面取り加工を施
した。その後、粒度1000番のアルミナ研磨砥粒を用い
て、ウェハ両面10μｍ（片面当たり５μｍ）のラッピン
グ加工を実施した。そして、ラッピングされたウェハ
は、図２(a)に示す構成の研削装置によって、粒度2000
番のレジボンド砥石で片面ごと20μｍ（両面で40μｍ）
の表面研削され、そののち、表面仕上げによって厚さ63
0μｍの鏡面ウェハに製造された。

【００３４】第１の製造方法で製造されたウェハを魔鏡
を用いて観察すると、スライス工程でのソーマークおよ
び表面のうねりは全く観察されず、半導体基板として問
題ない品質であった。比較のため、前述の特開平６−17
7096号公報で提案された製造方法で製造されたウェハを
観察したが、全て表面にうねりが発生しており、半導体
基板として使用できないものであった。

【００３５】（実施例２）図１(b)に示す第２の製造方
法によってウェハの製造を行った。スライス加工および
面取り加工は実施例１と同じ条件とした。平面研削加工
は、図２(b)に示す構成の研削装置によって、粒度2000
番の精密仕上用の砥石を用いてウェハの両面を同時に研
削した。研削加工代はスライス工程で付加された加工歪
み層を十分に除去できるように確保し、最終的にウェハ
の厚さが660μｍになるまで研削した。そののち、表面
仕上げによって厚さ630μｍの鏡面ウェハを製造した。

【００３６】第２の製造方法で製造されたウェハを魔鏡
を用いて観察すると、スライス工程でのソーマークおよ
び表面のうねりは全く観察されなかった。

【００３７】（実施例３）図１(c)に示す第３の製造方
法によってウェハの製造を行った。この場合も、スライ
ス加工および面取り加工は実施例１と同じ条件とし、平
面研削加工も実施例１と同じ砥石を用いて片面ごとの研
削を行った。このときのウェハの吸着圧力は200mmHgと
し、片面ごと20μｍ（両面で40μｍ）の研削加工代を確
保して、ウェハの厚さが660μｍになるまで研削した。
そののち、表面仕上げによって厚さ630μｍの鏡面ウェ
ハを製造した。

【００３８】第３の製造方法で製造されたウェハを魔鏡
を用いて観察すると、スライス工程でのソーマークおよ
び表面のうねりは全く観察されず、実施例１、２の場合
と同様に、半導体基板として問題ない品質であった。

【００３９】

【発明の効果】本発明の半導体基板の製造方法によれ
ば、ウェハの低コスト化に対応して製造プロセスに平面
研削工程を採用した場合であっても、高精度で平坦度お
よび平行度に優れたウェハが製造でき、しかも生産効率
が高く、品質的に安定したウェハを製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１、第２および第３の製造方法にお
ける工程を示した図である。

【図２】本発明で用いられる平面研削装置の模式的構成
を示す図であり、(a)は片面ごと研削する装置構成を、
(b)は両面同時に研削する装置構成をそれぞれ示してい
る。

【図３】ラッピング工程における加工代と魔鏡を用いた
判定結果を示す図である。

【図４】平面研削加工によってウェハの片面ごと研削を
行う場合の平面研削の加工手順を説明する図である。

【符号の説明】

１：ウェハ、 1a：研削面 1b：チャッキング面、 ２：チャック ３：砥石、 ４：回転軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単結晶インゴットをスライスして薄円板状
   のウェハに切断するスライス工程と、切断されたウェハ
   の外周面を面取り加工する面取り工程と、切断されたウ
   ェハを研削する平面研削工程とを経て鏡面研磨、洗浄の
   所定の表面仕上げを行う半導体基板の製造方法であっ
   て、前記の平面研削工程前にウェハを片面当たり１μｍ
   以上研磨するラッピング加工を実施することを特徴とす
   る半導体基板の製造方法。
2. 【請求項２】単結晶インゴットをスライスして薄円板状
   のウェハに切断するスライス工程と、切断されたウェハ
   の外周面を面取り加工する面取り工程と、切断されたウ
   ェハを研削する平面研削工程とを経て鏡面研磨、洗浄の
   所定の表面仕上げを行う半導体基板の製造方法であっ
   て、前記の平面研削工程では両面同時に平面研削加工を
   実施することを特徴とする半導体基板の製造方法。
3. 【請求項３】上記の平面研削工程でウェハの片面当たり
   １μｍ以上を両面同時に平面研削加工ののち、ウェハの
   片面ごとに平面研削加工を実施することを特徴とする請
   求項２記載の半導体基板の製造方法。
4. 【請求項４】単結晶インゴットをスライスして薄円板状
   のウェハに切断するスライス工程と、切断されたウェハ
   の外周面を面取り加工する面取り工程と、切断されたウ
   ェハを研削する平面研削工程とを経て鏡面研磨、洗浄の
   所定の表面仕上げを行う半導体基板の製造方法であっ
   て、前記の平面研削工程では低圧吸着によってウェハの
   片面ごとに平面研削加工を実施することを特徴とする半
   導体基板の製造方法。