JP2004241723A - 半導体ウエーハの製造方法、サポートリング及びサポートリング付ウエーハ - Google Patents
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Abstract
【課題】周辺ダレの領域が非常に小さいあるいは最外周部分まで周辺ダレが全く無い半導体ウエーハを容易に製造する方法並びにその方法に好適に用いられるサポートリング及びサポートリング付ウエーハを提供する。
【解決手段】少なくとも半導体ウエーハの一主面を研磨し鏡面化する半導体ウエーハの製造方法において、研磨前の半導体ウエーハの外周部にサポートリングを装着することによってサポートリング付ウエーハを形成し、該サポートリング付ウエーハの状態で該半導体ウエーハを研磨するようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも半導体ウエーハの一主面を研磨し鏡面化する半導体ウエーハの製造方法において、研磨前の半導体ウエーハの外周部にサポートリングを装着することによってサポートリング付ウエーハを形成し、該サポートリング付ウエーハの状態で該半導体ウエーハを研磨するようにした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエーハ（以下、単にウエーハということがある）の製造方法、具体的には研磨後にウエーハ主面の外周部に周辺ダレが無い半導体ウエーハの製造方法、並びにその製造方法に用いられるサポートリング及びサポートリング付ウエーハに関する。
【０００２】
【関連技術】
半導体デバイスを作製するための原料ウエーハとして用いられる鏡面ウエーハの一般的な製造方法としては、まずチョクラルスキー法等により半導体インゴットを成長させ、これをスライスして得たウエーハに、主に面取り加工、平坦化加工（ラッピングまたは平面研削）、エッチング、表面研磨等の処理を順次施して鏡面ウエーハとすることが知られている。
【０００３】
図９は、従来の一般的な鏡面ウエーハの製造工程の工程順の１例を示すフローチャートである。単結晶育成工程（ステップ１００）において、所望の製品径より若干太く成長させた半導体単結晶棒を引上げ、これを円筒研削して円柱状のインゴットを得る。これをスライスしてウエーハとし（ステップ１０１）、粗面取り加工（ステップ１０２）、ラッピング（ステップ１０３）、エッチング（ステップ１０４）を施した後、面取り部に対して鏡面面取りを行ない（ステップ１０５）、ついで表面研磨を行なう（ステップ１０６）。表面研磨工程（ステップ１０６）では二段階または三段階の研磨により少なくともウエーハの一主面を鏡面化し、鏡面ウエーハとすることができる。上記したステップ１０１〜１０６によってウエーハ製造工程２００が構成される。なお、上記ウエーハ製造工程２００は主な工程を示したもので、他に洗浄工程や熱処理工程等の工程が加わったり、また工程の一部が省略されたり、同じ工程を多段で行なったり、工程順が入れ換えられたりすることもある。
【０００４】
このような工程を経て得られた鏡面ウエーハ（以下製品ウエーハという事がある）の表面に回路を形成させて半導体デバイスを作製する場合、１枚のウエーハから極力多くのデバイスを得ることが望ましく、そのためにはウエーハ全面、特にウエーハ主面の外周端部近くまで極力フラットな形状とすることが要求される。つまり、図７に示すようにウエーハ外周部について、現状の規格ではウエーハ外周端部から一定の領域（例えば外周３ｍｍ）を除いたウエーハ主面側の領域（ウエーハ有効領域Ｗｅ）で高平坦化がなされていればよいが、近年、除外領域Ｒが狭くなり、外周端部から２ｍｍ、更には１ｍｍまでの領域と外周まで高平坦度であるウエーハＷが要望されつつある。図７において、Ｆ１はウエーハ主面（表面）、Ｆ２はウエーハ主面（裏面）、Ｘは外周Ｘｍｍという場合のＸｍｍの距離をそれぞれ示す。
【０００５】
鏡面ウエーハの製造工程における表面研磨は、前記したように通常、二段階あるいは三段階に分けて行われる。すなわち、表面をより平坦化及び鏡面化するため数μｍ〜十数μｍ程度の研磨代で研磨（一次研磨と言うことがある）を行った後、必要に応じて研磨代が１μｍ程度の研磨（２次研磨と言うことがある）を行い、さらに、わずかな研磨代での研磨（仕上げ研磨と言うことがある）を行うことで鏡面ウエーハとすることができる。
【０００６】
なお、一般に研磨を行う際は、片面研磨装置であれば、図１０に示すような装置が用いられる。この研磨装置１０は、ウエーハＷの片面を研磨する装置として構成され、回転する定盤１２と研磨ヘッド１３に装着したウエーハ保持部１４と研磨剤供給ノズル１６から成っている。定盤１２の上面には研磨布１８が貼付してある。定盤１２は回転軸２０により所定の回転速度で回転される。そして、ウエーハ保持部１４は、真空吸着等によりそのワーク保持面１５にウエーハＷを保持し、回転軸２２をもつ研磨ヘッド１３に装着され、研磨ヘッド１３により回転されると同時に所定の荷重で研磨布１８にウエーハＷを押し付ける。研磨剤２４の供給はノズル１６から所定の流量で研磨布１８上に供給し、この研磨剤２４がウエーハＷと研磨布１８の間に供給されることによりウエーハＷが研磨される。このウエーハ保持部１４は、ウエーハ保持面１５に多数の真空吸着用の貫通孔２６をもつウエーハ保持部本体１４ａおよびウエーハ保持部裏板１４ｂとから構成され、貫通孔２６はウエーハ保持部本体１４ａとウエーハ保持部裏板１４ｂの間にある真空部２８を経て真空ライン３０から不図示の真空装置につながり、真空の発生によってウエーハ保持面１５にウエーハＷを吸着保持するようになっている。
【０００７】
図１０の装置においては、特にウエーハ保持部本体１４ａのウエーハ保持面１５に熱硬化性樹脂皮膜を保護膜１５ａとして被覆したものとなっている。研磨ヘッド１３は、その回転ホルダ３２の内部に加圧空間部３４を設け、ゴムシートなどからなる弾性体リング３６を介してウエーハ保持部１４を気密に保持している。加圧空間部３４は加圧空気供給路３８を経て空気圧縮機（不図示）につながっている。そしてウエーハＷをウエーハ保持面１５上の保護膜１５ａの表面に真空吸着保持しているウエーハ保持部１４に回転あるいは揺動を与えると同時にウエーハ保持部１４の背面を空気により加圧して、ウエーハ保持部１４を研磨布１８に押し付けるようになっている。
【０００８】
このように、研磨布１８を貼った定盤１２とウエーハＷを保持する研磨ヘッド１３を相対的に回転させながら研磨布１８とウエーハＷの間に研磨剤（スラリー）２４を供給することにより研磨が行われる。なお、ウエーハＷの保持は、本例では図１０に示したように多数の貫通孔２６が設けられたウエーハ保持部１４にウエーハＷを真空吸着する方式で保持し、そのウエーハ保持部１４には保護膜（樹脂）１５ａが形成されている例を示したが、ウエーハの保持方法や研磨ヘッドの形態は上記例に限らず、バッキングパッド等とテンプレートを使用した水貼り方式の保持方法やガラスやセラミックス製のウエーハ保持部（キャリアプレート又はマウント板ともいわれる）１４にワックス等を介してウエーハＷを貼り付ける形態のものなどもある。
【０００９】
平坦度（フラットネス）はこのような一次研磨、二次・仕上げ研磨などの研磨により影響され、特に一次研磨によりほぼ決まる。図８は、一次研磨後のウエーハＷの周辺部分の断面を模式的に示している。一次研磨の際、ウエーハの周辺部分が中央部分に比べて過剰に研磨され、研磨面側の面取り部近くの周辺部分にいわゆる周辺ダレＳが生じている。この周辺ダレＳは、製品径によらずウエーハ外周端部から約５ｍｍの領域で発生しており、ウエーハ中央部分に比べ、ウエーハ厚が０．１〜０．６μｍ程度薄くなっている場合が多い。そして、このような周辺ダレは、外周端部に近づくほど急激に悪化しており、特に外周端部から３ｍｍより外周側では急激に落ち込んでいることが多い。
【００１０】
近年の高精度のデバイス作製では極めて高い平坦度が要求されており、ウエーハの中央部分に比べて例えば０．１〜０．２μｍ程度落ち込んでいる部分は使用できないため、周辺ダレＳの量及び領域はできるだけ少なくすることが望まれている。つまり規格を外れる周辺ダレＳの領域を、通常の規格で外周端部から３ｍｍ、近年では２ｍｍ、できれば１ｍｍ以内とすることが望まれている。
【００１１】
周辺ダレＳの発生原因としては、ウエーハＷの中央部分よりも周辺部分の方がより新しい研磨剤に触れること、あるいは、研磨布の圧縮弾性によりウエーハＷが研磨布に沈み込んだ状態で研磨されるため、研磨布の圧縮弾性による周辺部分での研磨圧力が高いこと等が挙げられる。これらの種々の要因により、研磨中、特に一次研磨中にウエーハの中央部分より周辺部分が過剰に研磨されて周辺ダレＳが生じる。
【００１２】
周辺ダレＳを抑制する方法としては、ウエーハ保持部（保持盤）１４でウエーハＷを真空吸着して枚葉式に研磨を行う際、例えば、ウエーハ保持部（保持盤）１４の外周にウエーハ保持面１５よりウエーハＷの厚さ分だけ突出するリテーナリングと呼ばれる治具を設けたり、あるいはウエーハより小径の保持盤を用いてウエーハの周辺部分を浮かせたりすることで過剰な研磨を抑える方法等が提案されている。さらに、特許文献１に開示されるようにリテーナリングと小径保持盤を組み合わせた方法も提案されている。
【００１３】
その他の技術としては、特許文献２に開示されているように直径の大きなインゴットを育成し、研磨後、外周ダレが発生している部分を面取りし、製品ウエーハの平坦度を向上させる技術が開示されている。
【００１４】
【特許文献１】
特開平８−２５７８９３号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３８８９９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
鏡面ウエーハの平坦度の規格は、ウエーハ全面、あるいは局所的な区分で評価されるものなど様々であるが、測定値のうちの最悪値で平坦度を評価する場合、その測定領域に周辺ダレが生じているとウエーハ全体が欠陥品とされてしまうという問題があった。
【００１６】
しかしながら、一次研磨で発生する周辺ダレは、研磨に使用する研磨布の圧縮弾性特性に強く依存しており、前記したような研磨工程において改良した保持盤を使用しても周辺ダレを完全に防止することは事実上不可能だった。
【００１７】
特にリテーナリングを用いた方法では、ウエーハが研磨布に沈み込むことでウエーハ外周端に発生する局所圧力変動をリテーナリングにより除去できることを理想としているが、リテーナリングとウエーハの間には面取り部があり、ウエーハとリテーナーが完璧に一緒に上下動することが不可能なため、ウエーハ外周端に発生する局所圧力変動をなくすことはできない。
【００１８】
従って周辺ダレの領域を近年要求されている外周端部から２ｍｍ以内とすることは非常に困難であり、ましてや１ｍｍ以内までのウエーハ最外周部分での周辺ダレ（外周ハネ及び変曲点も含む）を抑えたウエーハを製造することはできなかった。
【００１９】
特許文献２に開示されている技術では、平坦度の改善はできるものの、インゴットの直径を大きくする必要がありコスト増となることや、面取り（縮径面取り）により多くの部分を研削する必要があり、装置的な負担や加工時間も増加し、また鏡面化後の処理である為、縮経面取り時に鏡面にキズ等をつけない為、ウエーハに保護膜を形成するなど、余計な工程が増えてしまうなどの問題があった。
【００２０】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、周辺ダレの領域が非常に小さいあるいは最外周部分まで周辺ダレが全く無い半導体ウエーハを容易に製造する方法並びにその方法に好適に用いられるサポートリング及びサポートリング付ウエーハを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の半導体ウエーハの研磨方法は、少なくとも半導体ウエーハの一主面を研磨し鏡面化する半導体ウエーハの製造方法において、研磨前の半導体ウエーハの外周部にサポートリングを装着することによってサポートリング付ウエーハを形成し、該サポートリング付ウエーハの状態で該半導体ウエーハを研磨することを特徴とする。
【００２２】
半導体インゴットをスライスしてウエーハとし、該ウエーハに面取り加工、平坦化加工、研磨を施して、少なくともウエーハの一主面を研磨し鏡面化する半導体ウエーハの製造方法において、ウエーハの平坦度を改善するために（特許文献２のように）実際にウエーハ径の大きいものを用いるのではなく、サポートリングを設けてウエーハ製品径より見かけ上大きいウエーハ（サポートリング付ウエーハ）として研磨を行った後、このサポートリングを除去すれば、従来研磨で発生していた周辺ダレの領域を無くすことが出来、外周ダレが減少、あるいは完全に除去することができる。
【００２３】
これによりウエーハの周辺部分においても平坦度に優れ、かつ表面特性にも優れた半導体ウエーハを得ることができる。なお、このような方法であれば、研磨工程までの工程は何の変更も必要なく、研磨工程においてもウエーハ保持部の径が大きくなるだけであり比較的容易に装置改造ができる。なお、本発明で言う「ウエーハ製品径」とは顧客の仕様で決められているウエーハの直径を意味する。
【００２４】
この場合、研磨前のサポートリングを装着した状態のウエーハ（サポートリング付ウエーハ）の径は、ウエーハ製品径より直径で１ｍｍ以上大きいことが好ましい。特に直径で４ｍｍ〜２０ｍｍ程度大きい方が好ましい。
【００２５】
このように研磨前の見かけ上のウエーハの径（サポートリング付ウエーハの径）を所望のウエーハ製品径より大きいものとすれば、ウエーハが研磨布に沈み込み発生する局所圧力変動領域がサポートリングの部分になり、製品となるウエーハの領域は圧力が均一となり、平らなウエーハが加工できる。特に直径で４ｍｍ以上（サポートリングの幅を２ｍｍ以上）とすれば、問題となっている最外周付近の領域の外周ダレを改善でき、更にある程度の幅があったほうがサポートリングの接着も行ないやすい。また上限も特に限定するものではないが２０ｍｍ程度（サポートリングの幅を１０ｍｍ程度）あれば研磨条件等のばらつき等の影響もなく安定して外周ダレの改善ができる。
【００２６】
特にサポートリングはウエーハと一体化させると良い。サポートリングとウエーハが独立に回転しないように密着した状態にする。このようにすればサポートリングが着いていたとしても一枚のウエーハとして取り扱うことが出来、研磨剤の回り込み等の影響も少なく、多段で研磨する時もそのまま一枚のウエーハとして流すことも可能である。
【００２７】
前記のように研磨前のウエーハ径を見かけ上製品径より大きくするためのサポートリングとしては、特に限定するものではないが、ウエーハを汚染する物質を含まず、再利用できるものであることが好ましい。また、研磨中に研磨布の沈み込み等がウエーハ主面まで影響しないように、サポートリング部分で吸収するために、サポートリングは軟質のものではなく、ある程度の硬さを有している必要がある。更に研磨中にウエーハからはずれないようにする必要がある。そこでこのサポートリングとしては形状記憶ポリマー、例えばポリウレタン系ポリマー、ポリノルボルネン系ポリマー、スチレン−ブタジエン系コポリマー、ポリイソプレン系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマー、アクリル系、スチレン−アクリル系及び含フッ素系ポリマー、合成ゴム系、及びこれらの複合材料等から研磨条件等にあったポリマーを選択し使用すればよい。特にポリウレタン系プラスチック素材である形状記憶ポリマーを用いることが好ましい。
【００２８】
このような形状記憶ポリマーを使用することで、加熱してゴム状になった状態でウエーハ外周部に取り付けることが出来、ウエーハと一体化させることが容易であり、取り付け後に成型、冷却することで製品部分のウエーハ形状（厚さ等）にあったサポートリングとすることができ、自由な形状のサポートリングを装着できる利点がある。
【００２９】
また、この状態で研磨した後、サポートリングの除去もサポートリング部分に熱を加えることで、元のゴム状のリングに戻り、取り外しも容易である。
【００３０】
形状記憶ポリマーにポリウレタン系プラスチック素材を用いれば、研磨布とほぼ同様な材質のものであり、その硬度も研磨布と同等か又はそれ以上に硬くすることもできる。研磨布の消耗・変形を防止でき好ましい。また、このようなサポートリングは、再利用も容易である。
【００３１】
このようにサポートリングを用いウエーハ径を見かけ上ウエーハ製品径よりも大きいもの（サポートリング付ウエーハ）とした状態で研磨すれば、研磨布の圧縮弾性による周辺部分での研磨圧力の上昇等をサポートリング部で吸収でき高平坦度なウエーハが製造できる。特許文献２に開示されているように実際に製品径より大きくして研磨するのに比べ、コスト的にも時間的にも有利である。
【００３２】
本発明のサポートリングは、半導体ウエーハの外周部に着脱可能に装着されるサポートリングであって、研磨前の半導体ウエーハの外周部に装着されてサポートリング付ウエーハを形成し、該サポートリング付ウエーハの状態で該半導体ウエーハを研磨した後、該研磨された半導体ウエーハの外周部から除去されることを特徴とする。このサポートリングは、上述したように、形状記憶ポリマーによって形成されるのが好適である。形状記憶ポリマーは、半導体ウエーハの外周部に接着する時にはやわらかくすることができ、ウエーハの形状（特に面取り形状）にそった形状に変形し、その後はウエーハと一体化して硬化させることができ、研磨時にもはずれることがなく接着でき、研磨後は容易に除去可能なサポートリングとなる。
【００３３】
本発明のサポートリング付ウエーハは、半導体ウエーハの外周部に上述した本発明のサポートリングを着脱可能に装着したことを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００３５】
図１は、本発明方法により半導体ウエーハを製造する工程順の１例を示すフローチャートである。図１において、図９に示した工程と同一又は類似工程は同一の符号で示す。図２は本発明方法における研磨工程における工程順の１例を模式的に示す説明図である。図３は本発明のサポートリング付ウエーハの１例を示す図面で、（ａ）は上面説明図、（ｂ）は断面的説明図である。図４は研磨装置に本発明のサポートリング付ウエーハを取り付けて研磨する場合の１つの構成例の要部を示す断面的説明図である。
【００３６】
図１に示すように、まず、チョクラルスキー法（ＣＺ法）、浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）等によりシリコン等の原料融液から成長させた半導体単結晶を円筒研削により円柱状のインゴットにする（単結晶育成工程：ステップ１００）。次に、作製したインゴットをスライスしてウエーハとし（ステップ１０１）、得られたウエーハの粗面取り（ステップ１０２）とラッピング（ステップ１０３）や平面研削などの平坦化加工を行う。なお、ここではラッピング（ステップ１０３）を行う場合について説明する。
【００３７】
上記加工工程については特に限定されるものではなく、従来と同様の方法で行うことができ、一般に行われている方法であればいずれの方法であってもよい。また、通常、ラッピング（ステップ１０３）後は、ウエーハ表面の加工歪等を除去するため、エッチング（ステップ１０４）が行われる。
【００３８】
従来の方法では、図９に示したように、ウエーハに粗面取り、ラッピング、エッチング及び鏡面面取り（ステップ１０５）を施した後、一次研磨（ステップ１０６）を行う。一次研磨では、従来同様、複数のウエーハをガラス等のプレートにワックス等を介して貼り付けて研磨するバッチ式、あるいは複数の貫通孔が設けられた保持板に真空吸着して１枚毎に研磨する枚葉式等、更には両面を同時に研磨する方式などいずれの形態でも行うことができる。
【００３９】
一次研磨での研磨代は、通常、数μｍ〜十数μｍ程度となるが、前記したように研磨圧力の違い等の種々の理由によりウエーハの周辺部分の研磨代が中央部分に比べて多くなるのが一般的でウエーハ外周部で周辺ダレが生じる。
【００４０】
図６は、従来の方法で一次研磨後にウエーハ形状を測定した例で、ウエーハの周辺部分の形状変化を外周端部１ｍｍから１０ｍｍの位置を示したグラフである。このグラフは様々な研磨装置及び研磨条件で研磨したウエーハの外周形状であるが、このグラフによれば多くのウエーハで外周端部から内側５ｍｍ前後から落ち込みが始まって周辺ダレが生じ、外周端部に近づくほど落ち込み方が急になっていることがわかる。なお、外周端部から約０．５ｍｍの領域は面取り部である。平坦度としては周辺２ｍｍ場外のＳＦＱＲｍａｘで約０．２μｍ（０．１５μｍ〜０．３μｍ）程度である。
【００４１】
本発明方法では、このような周辺ダレ等のウエーハ外周部の形状を最外周まで平らにするために、図３に示すように研磨前にウエーハＷの外周部にサポートリング４０を装着することによってサポートリング付ウエーハＷ１を形成し、このサポートリング４０により見かけ上、製品径より大きいウエーハとした状態でこのサポートリング付ウエーハＷ１を研磨する。つまり、ウエーハＷをサポートリング４０によって大口径化した後にこのサポートリング付ウエーハＷ１を研磨する。
【００４２】
具体的にサポートリングの装着の方法を図２によって説明する。図２（ａ）に示すように初めに基台３９上に配置されたウエーハＷの外周部に形状記憶ポリマー４０ａのリングを配置し形状記憶ポリマーのガラス転移点以上、例えばガラス転移点が１００〜１２０℃程度の形状記憶ポリマーなら、１２０℃以上の高温で加熱する。又は１２０℃に加熱した形状記憶ポリマー４０ａをリング状に配置しても良い。このように加熱することで形状記憶ポリマー４０ａがゴム状に変質する。なお、形状記憶ポリマーのガラス転移点は、ウエーハを研磨する際の温度（通常５０℃以下）より高い温度であることが好ましい。例えば８０〜１００℃程度であれば取り扱い易い。
【００４３】
この状態で、図２（ｂ）に示すように形状記憶ポリマー４０ａの形状を調整する為の調整冶具４２を用い、形状記憶ポリマー４０ａを目的とする直径及び厚さにする。この調整治具４２は、ウエーハＷ上に載置される調整治具本体４４と該調整治具本体４４の側面に上下動可能に設けられた上面押圧板４６とウエーハＷの側面に対して接離自在に移動する側面押圧部材４８とを有しており、該上面押圧板４６によって形状記憶ポリマー４０ａの上面を押圧し、該側面押圧板４８によって形状記憶ポリマー４０ａの側面を押圧し、該形状記憶ポリマー４０ａを所望の形状に調節することができる（図２（ｃ））。
【００４４】
図２（ｃ）の状態でガラス転移点以下、例えば３０℃程度に冷却することで形状記憶ポリマー４０ａを硬化させ、ウエーハＷと一体化した状態のサポートリング４０付きウエーハＷ１とする（図２（ｄ））。
【００４５】
このようにしてウエーハ外周部にサポートリングを配置し一体化したウエーハ（サポートリング付ウエーハ）Ｗ１を、研磨装置のウエーハ保持部に保持し研磨する。（図２（ｅ））
【００４６】
研磨装置及び研磨条件については特に限定するものではなく、従来用いていたものが使用できる。例えば、図１０に示したような研磨装置を用い、図４に示すようにサポートリング４０を装着したウエーハ（サポートリング付ウエーハ）Ｗ１を保持し研磨すれば良い。但し、ウエーハ直径が従来より見かけ上大きくなる為、枚様式の研磨ヘッド（ウエーハ保持部）などでは、サポートリングを装着したウエーハ（サポートリング付ウエーハ）Ｗ１の直径でも処理できる程度のものを使用する。従来外周部形状を制御する為に用いていたリテーナリングはあってもなくても良い。
【００４７】
このように研磨した後、サポートリング４０をサポートリング付ウエーハＷ１から除去する。これは図２（ｆ）のように形状記憶ポリマー４０ａ（サポートリング４０）をヒータ等により加熱することで、再度ゴム状に変質させ、もとの形状に戻す（図２（ｇ））。その後ウエーハの洗浄を行う（図２（ｈ））。なおこの例では、一次研磨後にこのような処理を行っているが、サポートリング４０の除去は仕上げ研磨後に実施しても良い。
【００４８】
このように加工することにより、ウエーハ周辺部分に発生している周辺ダレの影響を除去することができる。
【００４９】
なお、周辺ダレは、通常外周端部から５ｍｍ程度内側あたりから生じるが、図６において観察できるように、外周端部から３ｍｍ程度内側のあたりから急に落ち込む場合が多い。したがって、外周除外領域が１ｍｍ程度の場合、例えばサポートリングにより見かけ上製品径より直径で４ｍｍ〜１０ｍｍ大きいウエーハとして研磨を行い、次いでサポートリングを取り除くことで、一次研磨後の急に落ち込んでいる２〜３ｍｍ近辺の周辺ダレを改善することができる。
【００５０】
さらに、研磨前のウエーハの径をサポートリングにより見かけ上製品径より直径で１０〜２０ｍｍ程度大きいものとすれば、外周ダレが生じやすい周辺部分の５ｍｍ付近の領域を実質的に除去して研磨することができる。ウエーハの外周端部から０．５ｍｍまでは面取り部が形成されているが、面取り部を除くウエーハ表面（主面）は、周辺ダレの無い全面フラットのウエーハとすることができる。
【００５１】
以上のように本発明では、研磨前のウエーハＷの径をサポートリング４０により見かけ上製品径より例えば４ｍｍ〜２０ｍｍまで大きいものとし（サポートリング装着ステップ１０６ａ）、サポートリング４０をウエーハ外周部に装着したまま、即ちサポートリング付ウエーハＷ１を研磨をし（ステップ１０６ｂ）、その後サポートリング４０を除去する（ステップ１０６ｃ）ことで、周辺ダレの少ない、あるいは全く無い鏡面ウエーハとすることができる。このように、本発明の研磨工程（ステップ１０６）は上述したように、ステップ１０６ａ〜１０６ｃによって構成される（図１）。
【００５２】
なお、一次研磨の条件の違いにより周辺ダレが生じる範囲は多少異なるので、一次研磨前のサポートリングの幅（サポートリング付ウエーハの直径）は上記範囲に限定されるものではなく、また、要求される製品の規格に応じて適宜調整すればよい。
【００５３】
外周ダレが最も発生しやすいのは一次研磨であり、この一次研磨においてサポートリング付ウエーハＷ１を形成し、研磨するのが効果的である。一次研磨後は仕上げ研磨を行って鏡面ウエーハとするが、仕上げ研磨前に、二次研磨を行うこともできる。二次研磨は表面粗さの改善と研磨傷やダメージの除去を目的として行い、研磨代は１μｍ以下、多くても数μｍ以下として行われる。このように必要に応じて二次研磨を行った後、仕上げ研磨を行う。仕上げ研磨ではほとんど研磨代は無いが、ヘイズを除去して完全な鏡面ウエーハに仕上げることができる。
【００５４】
このような２次研磨時や仕上げ研磨では研磨代が少ない為、外周形状への影響は少ないが、このような研磨時にも本発明の方法によりサポートリングを配置した状態のウエーハ（サポートリング付ウエーハ）として研磨しても良い。
【００５５】
以上のように製造された鏡面ウエーハは、所望のウエーハ製品径を有するとともに、ウエーハ表面全体にわたって、特に最外周部付近まで平坦度に優れているため、平坦度測定領域に急に落ち込むような周辺ダレが無く、ウエーハの良品率を著しく向上させることができる。
【００５６】
また、このようなウエーハを用いることで表面全体に回路を形成させることができ、ひいては半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００５７】
また、本発明に係る方法では、従来の鏡面ウエーハ製造工程で使用している装置をそのまま使用できる上、他の装置を増設する必要も無いので、表面特性に優れた鏡面ウエーハを低コストで容易に製造することができる。
【００５８】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００５９】
（実施例１）
上記実施形態で説明したような従来のウエーハ製造方法でエッチング、鏡面面取りまでの加工を行った直径３００ｍｍのシリコンウエーハについて鏡面研磨を実施した。
【００６０】
鏡面研磨する前に、ウエーハ外周部にサポートリングを装着した。このサポートリングは８０℃のガラス転移点を持つポリウレタン系プラスチック素材の形状記憶ポリマーを用いた。サポートリングの装着については、上記した方法で行い、ウエーハの厚さと同じでウエーハ外部に幅３ｍｍのリングを装置してサポートリング付ウエーハを形成した。このサポートリング付ウエーハの直径（見かけ上の直径）は３０６ｍｍであった。
【００６１】
このようなサポートリングが一体化されたウエーハ（サポートリング付ウエーハ）を図１０に示すような研磨装置を用い研磨した。研磨条件は、研磨布としてポリウレタン製の不織布を用い研磨圧力３００ｋｇ／ｃｍ２で、コロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を研磨剤として供給し研磨した。研磨代は７μｍで実施した。
【００６２】
このような研磨（一次研磨）あがりの形状を確認した。形状はＡＤＥ社製ＡＦＳ３２２０を用い評価した。その結果、周辺２ｍｍ除外のＳＦＱＲｍａｘで０．０５μｍのウエーハが製造できた。従来レベルであるＳＦＱＲｍａｘ０．２μｍ程度よりはるかに改善されている。
【００６３】
特にウエーハ外周１０ｍｍの範囲の形状を確認すると、図５に示すように外周ダレは大きく改善され、外周１ｍｍまで略平らなウエーハが製造できた。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。
【００６５】
例えば、前記実施形態で説明した本発明に係るウエーハの製造工程は一例であって、各工程間で適宜洗浄を行うことができることは言うまでもない。また、従来の製造工程と同様、一部の工程の入れ替え、省略、追加をすることができる。例えば、粗面取りとラッピングの入れ替え、二次研磨の省略、またはラッピング後の熱処理工程の追加、あるいは一次研磨前にエッチング処理すること等もできる。また、ラッピングの代わりに平面研削等を行うこともできる。
【００６６】
またウエーハの保持方法も上記例に限るものではなく、ガラスやセラミック製のキャリヤプレート（マウント板）にワックス等を介してウエーハを貼り付ける方式でもバッキングパッド等とテンプレートを使用して保持する方式でも良い。また、本発明は片面研磨に限らず、両面研磨を行う場合にも適用できる。
【００６７】
ウエーハの材質及び大きさに関しては、本発明を実施するにあたり何ら制限は無く、現在製造されている直径のシリコン、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の半導体ウエーハは勿論のこと、将来製造可能となる非常に大きなウエーハに対しても本発明を適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では研磨前にウエーハ径を見かけ上ウエーハ製品径より大きくなるようにサポートリングを装着し、サポートリングが一体化したウエーハ（サポートリング付ウエーハ）を研磨することで周辺ダレの少ない、あるいは周辺ダレが全く無い鏡面ウエーハを製造することができる。
【００６９】
このような鏡面ウエーハは、所望のウエーハ製品径を有するとともに、全面にわたって、特に外周端部付近まで平坦度に優れているため、表面全体に回路を形成させることができ、半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００７０】
本発明によれば、サポートリングを装着する工程は増えるものの従来の設備が略そのまま使え、コスト的な増加や時間的な増加も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法により半導体ウエーハを製造する工程順の１例を示すフローチャートである。
【図２】本発明方法における研磨工程における工程順の１例を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明のサポートリング付ウエーハの１例を示す図面で、（ａ）は上面説明図、（ｂ）は断面的説明図である。
【図４】研磨装置に本発明のサポートリング付ウエーハを取り付けて研磨する場合の１つの構成例の要部を示す断面的説明図である。
【図５】実施例１において研磨されたウエーハの外周形状を示すグラフである。
【図６】従来方法による一次研磨後のウエーハの外周形状を示すグラフである。
【図７】ウエーハ外周部の一般的な形状を示す断面模式図である。
【図８】一次研磨後のウエーハの周辺部分の断面の模式図である。
【図９】従来の鏡面ウエーハの製造工程の工程順の１例を示すフローチャートである。
【図１０】従来の研磨工程の１例を示す断面的説明図である。
【符号の説明】
１０：研磨装置、１２：定盤、１３：研磨ヘッド、１４：ウエーハ保持部、１４ａ：ウエーハ保持部本体、１４ｂ：ウエーハ保持部裏板、１５：ウエーハ保持面、１５：ワーク保持面、１５ａ：保護膜、１６：研磨剤供給ノズル、１８：研磨布、２０，２２：回転軸、２４：研磨剤、２６：貫通孔、２８：真空部、３０：真空ライン、３２：回転ホルダ、３４：加圧空間部、３６：弾性体リング、３８：加圧空気供給路、３９：基台、４０：サポートリング、４０ａ：形状記憶ポリマー、４２：調整治具、４４：調整治具本体、４６：上面押圧板、４８：側面押圧部材、Ｗ：ウエーハ、Ｗ１：サポートリング付ウエーハ。
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエーハ（以下、単にウエーハということがある）の製造方法、具体的には研磨後にウエーハ主面の外周部に周辺ダレが無い半導体ウエーハの製造方法、並びにその製造方法に用いられるサポートリング及びサポートリング付ウエーハに関する。
【０００２】
【関連技術】
半導体デバイスを作製するための原料ウエーハとして用いられる鏡面ウエーハの一般的な製造方法としては、まずチョクラルスキー法等により半導体インゴットを成長させ、これをスライスして得たウエーハに、主に面取り加工、平坦化加工（ラッピングまたは平面研削）、エッチング、表面研磨等の処理を順次施して鏡面ウエーハとすることが知られている。
【０００３】
図９は、従来の一般的な鏡面ウエーハの製造工程の工程順の１例を示すフローチャートである。単結晶育成工程（ステップ１００）において、所望の製品径より若干太く成長させた半導体単結晶棒を引上げ、これを円筒研削して円柱状のインゴットを得る。これをスライスしてウエーハとし（ステップ１０１）、粗面取り加工（ステップ１０２）、ラッピング（ステップ１０３）、エッチング（ステップ１０４）を施した後、面取り部に対して鏡面面取りを行ない（ステップ１０５）、ついで表面研磨を行なう（ステップ１０６）。表面研磨工程（ステップ１０６）では二段階または三段階の研磨により少なくともウエーハの一主面を鏡面化し、鏡面ウエーハとすることができる。上記したステップ１０１〜１０６によってウエーハ製造工程２００が構成される。なお、上記ウエーハ製造工程２００は主な工程を示したもので、他に洗浄工程や熱処理工程等の工程が加わったり、また工程の一部が省略されたり、同じ工程を多段で行なったり、工程順が入れ換えられたりすることもある。
【０００４】
このような工程を経て得られた鏡面ウエーハ（以下製品ウエーハという事がある）の表面に回路を形成させて半導体デバイスを作製する場合、１枚のウエーハから極力多くのデバイスを得ることが望ましく、そのためにはウエーハ全面、特にウエーハ主面の外周端部近くまで極力フラットな形状とすることが要求される。つまり、図７に示すようにウエーハ外周部について、現状の規格ではウエーハ外周端部から一定の領域（例えば外周３ｍｍ）を除いたウエーハ主面側の領域（ウエーハ有効領域Ｗｅ）で高平坦化がなされていればよいが、近年、除外領域Ｒが狭くなり、外周端部から２ｍｍ、更には１ｍｍまでの領域と外周まで高平坦度であるウエーハＷが要望されつつある。図７において、Ｆ１はウエーハ主面（表面）、Ｆ２はウエーハ主面（裏面）、Ｘは外周Ｘｍｍという場合のＸｍｍの距離をそれぞれ示す。
【０００５】
鏡面ウエーハの製造工程における表面研磨は、前記したように通常、二段階あるいは三段階に分けて行われる。すなわち、表面をより平坦化及び鏡面化するため数μｍ〜十数μｍ程度の研磨代で研磨（一次研磨と言うことがある）を行った後、必要に応じて研磨代が１μｍ程度の研磨（２次研磨と言うことがある）を行い、さらに、わずかな研磨代での研磨（仕上げ研磨と言うことがある）を行うことで鏡面ウエーハとすることができる。
【０００６】
なお、一般に研磨を行う際は、片面研磨装置であれば、図１０に示すような装置が用いられる。この研磨装置１０は、ウエーハＷの片面を研磨する装置として構成され、回転する定盤１２と研磨ヘッド１３に装着したウエーハ保持部１４と研磨剤供給ノズル１６から成っている。定盤１２の上面には研磨布１８が貼付してある。定盤１２は回転軸２０により所定の回転速度で回転される。そして、ウエーハ保持部１４は、真空吸着等によりそのワーク保持面１５にウエーハＷを保持し、回転軸２２をもつ研磨ヘッド１３に装着され、研磨ヘッド１３により回転されると同時に所定の荷重で研磨布１８にウエーハＷを押し付ける。研磨剤２４の供給はノズル１６から所定の流量で研磨布１８上に供給し、この研磨剤２４がウエーハＷと研磨布１８の間に供給されることによりウエーハＷが研磨される。このウエーハ保持部１４は、ウエーハ保持面１５に多数の真空吸着用の貫通孔２６をもつウエーハ保持部本体１４ａおよびウエーハ保持部裏板１４ｂとから構成され、貫通孔２６はウエーハ保持部本体１４ａとウエーハ保持部裏板１４ｂの間にある真空部２８を経て真空ライン３０から不図示の真空装置につながり、真空の発生によってウエーハ保持面１５にウエーハＷを吸着保持するようになっている。
【０００７】
図１０の装置においては、特にウエーハ保持部本体１４ａのウエーハ保持面１５に熱硬化性樹脂皮膜を保護膜１５ａとして被覆したものとなっている。研磨ヘッド１３は、その回転ホルダ３２の内部に加圧空間部３４を設け、ゴムシートなどからなる弾性体リング３６を介してウエーハ保持部１４を気密に保持している。加圧空間部３４は加圧空気供給路３８を経て空気圧縮機（不図示）につながっている。そしてウエーハＷをウエーハ保持面１５上の保護膜１５ａの表面に真空吸着保持しているウエーハ保持部１４に回転あるいは揺動を与えると同時にウエーハ保持部１４の背面を空気により加圧して、ウエーハ保持部１４を研磨布１８に押し付けるようになっている。
【０００８】
このように、研磨布１８を貼った定盤１２とウエーハＷを保持する研磨ヘッド１３を相対的に回転させながら研磨布１８とウエーハＷの間に研磨剤（スラリー）２４を供給することにより研磨が行われる。なお、ウエーハＷの保持は、本例では図１０に示したように多数の貫通孔２６が設けられたウエーハ保持部１４にウエーハＷを真空吸着する方式で保持し、そのウエーハ保持部１４には保護膜（樹脂）１５ａが形成されている例を示したが、ウエーハの保持方法や研磨ヘッドの形態は上記例に限らず、バッキングパッド等とテンプレートを使用した水貼り方式の保持方法やガラスやセラミックス製のウエーハ保持部（キャリアプレート又はマウント板ともいわれる）１４にワックス等を介してウエーハＷを貼り付ける形態のものなどもある。
【０００９】
平坦度（フラットネス）はこのような一次研磨、二次・仕上げ研磨などの研磨により影響され、特に一次研磨によりほぼ決まる。図８は、一次研磨後のウエーハＷの周辺部分の断面を模式的に示している。一次研磨の際、ウエーハの周辺部分が中央部分に比べて過剰に研磨され、研磨面側の面取り部近くの周辺部分にいわゆる周辺ダレＳが生じている。この周辺ダレＳは、製品径によらずウエーハ外周端部から約５ｍｍの領域で発生しており、ウエーハ中央部分に比べ、ウエーハ厚が０．１〜０．６μｍ程度薄くなっている場合が多い。そして、このような周辺ダレは、外周端部に近づくほど急激に悪化しており、特に外周端部から３ｍｍより外周側では急激に落ち込んでいることが多い。
【００１０】
近年の高精度のデバイス作製では極めて高い平坦度が要求されており、ウエーハの中央部分に比べて例えば０．１〜０．２μｍ程度落ち込んでいる部分は使用できないため、周辺ダレＳの量及び領域はできるだけ少なくすることが望まれている。つまり規格を外れる周辺ダレＳの領域を、通常の規格で外周端部から３ｍｍ、近年では２ｍｍ、できれば１ｍｍ以内とすることが望まれている。
【００１１】
周辺ダレＳの発生原因としては、ウエーハＷの中央部分よりも周辺部分の方がより新しい研磨剤に触れること、あるいは、研磨布の圧縮弾性によりウエーハＷが研磨布に沈み込んだ状態で研磨されるため、研磨布の圧縮弾性による周辺部分での研磨圧力が高いこと等が挙げられる。これらの種々の要因により、研磨中、特に一次研磨中にウエーハの中央部分より周辺部分が過剰に研磨されて周辺ダレＳが生じる。
【００１２】
周辺ダレＳを抑制する方法としては、ウエーハ保持部（保持盤）１４でウエーハＷを真空吸着して枚葉式に研磨を行う際、例えば、ウエーハ保持部（保持盤）１４の外周にウエーハ保持面１５よりウエーハＷの厚さ分だけ突出するリテーナリングと呼ばれる治具を設けたり、あるいはウエーハより小径の保持盤を用いてウエーハの周辺部分を浮かせたりすることで過剰な研磨を抑える方法等が提案されている。さらに、特許文献１に開示されるようにリテーナリングと小径保持盤を組み合わせた方法も提案されている。
【００１３】
その他の技術としては、特許文献２に開示されているように直径の大きなインゴットを育成し、研磨後、外周ダレが発生している部分を面取りし、製品ウエーハの平坦度を向上させる技術が開示されている。
【００１４】
【特許文献１】
特開平８−２５７８９３号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３８８９９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
鏡面ウエーハの平坦度の規格は、ウエーハ全面、あるいは局所的な区分で評価されるものなど様々であるが、測定値のうちの最悪値で平坦度を評価する場合、その測定領域に周辺ダレが生じているとウエーハ全体が欠陥品とされてしまうという問題があった。
【００１６】
しかしながら、一次研磨で発生する周辺ダレは、研磨に使用する研磨布の圧縮弾性特性に強く依存しており、前記したような研磨工程において改良した保持盤を使用しても周辺ダレを完全に防止することは事実上不可能だった。
【００１７】
特にリテーナリングを用いた方法では、ウエーハが研磨布に沈み込むことでウエーハ外周端に発生する局所圧力変動をリテーナリングにより除去できることを理想としているが、リテーナリングとウエーハの間には面取り部があり、ウエーハとリテーナーが完璧に一緒に上下動することが不可能なため、ウエーハ外周端に発生する局所圧力変動をなくすことはできない。
【００１８】
従って周辺ダレの領域を近年要求されている外周端部から２ｍｍ以内とすることは非常に困難であり、ましてや１ｍｍ以内までのウエーハ最外周部分での周辺ダレ（外周ハネ及び変曲点も含む）を抑えたウエーハを製造することはできなかった。
【００１９】
特許文献２に開示されている技術では、平坦度の改善はできるものの、インゴットの直径を大きくする必要がありコスト増となることや、面取り（縮径面取り）により多くの部分を研削する必要があり、装置的な負担や加工時間も増加し、また鏡面化後の処理である為、縮経面取り時に鏡面にキズ等をつけない為、ウエーハに保護膜を形成するなど、余計な工程が増えてしまうなどの問題があった。
【００２０】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、周辺ダレの領域が非常に小さいあるいは最外周部分まで周辺ダレが全く無い半導体ウエーハを容易に製造する方法並びにその方法に好適に用いられるサポートリング及びサポートリング付ウエーハを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の半導体ウエーハの研磨方法は、少なくとも半導体ウエーハの一主面を研磨し鏡面化する半導体ウエーハの製造方法において、研磨前の半導体ウエーハの外周部にサポートリングを装着することによってサポートリング付ウエーハを形成し、該サポートリング付ウエーハの状態で該半導体ウエーハを研磨することを特徴とする。
【００２２】
半導体インゴットをスライスしてウエーハとし、該ウエーハに面取り加工、平坦化加工、研磨を施して、少なくともウエーハの一主面を研磨し鏡面化する半導体ウエーハの製造方法において、ウエーハの平坦度を改善するために（特許文献２のように）実際にウエーハ径の大きいものを用いるのではなく、サポートリングを設けてウエーハ製品径より見かけ上大きいウエーハ（サポートリング付ウエーハ）として研磨を行った後、このサポートリングを除去すれば、従来研磨で発生していた周辺ダレの領域を無くすことが出来、外周ダレが減少、あるいは完全に除去することができる。
【００２３】
これによりウエーハの周辺部分においても平坦度に優れ、かつ表面特性にも優れた半導体ウエーハを得ることができる。なお、このような方法であれば、研磨工程までの工程は何の変更も必要なく、研磨工程においてもウエーハ保持部の径が大きくなるだけであり比較的容易に装置改造ができる。なお、本発明で言う「ウエーハ製品径」とは顧客の仕様で決められているウエーハの直径を意味する。
【００２４】
この場合、研磨前のサポートリングを装着した状態のウエーハ（サポートリング付ウエーハ）の径は、ウエーハ製品径より直径で１ｍｍ以上大きいことが好ましい。特に直径で４ｍｍ〜２０ｍｍ程度大きい方が好ましい。
【００２５】
このように研磨前の見かけ上のウエーハの径（サポートリング付ウエーハの径）を所望のウエーハ製品径より大きいものとすれば、ウエーハが研磨布に沈み込み発生する局所圧力変動領域がサポートリングの部分になり、製品となるウエーハの領域は圧力が均一となり、平らなウエーハが加工できる。特に直径で４ｍｍ以上（サポートリングの幅を２ｍｍ以上）とすれば、問題となっている最外周付近の領域の外周ダレを改善でき、更にある程度の幅があったほうがサポートリングの接着も行ないやすい。また上限も特に限定するものではないが２０ｍｍ程度（サポートリングの幅を１０ｍｍ程度）あれば研磨条件等のばらつき等の影響もなく安定して外周ダレの改善ができる。
【００２６】
特にサポートリングはウエーハと一体化させると良い。サポートリングとウエーハが独立に回転しないように密着した状態にする。このようにすればサポートリングが着いていたとしても一枚のウエーハとして取り扱うことが出来、研磨剤の回り込み等の影響も少なく、多段で研磨する時もそのまま一枚のウエーハとして流すことも可能である。
【００２７】
前記のように研磨前のウエーハ径を見かけ上製品径より大きくするためのサポートリングとしては、特に限定するものではないが、ウエーハを汚染する物質を含まず、再利用できるものであることが好ましい。また、研磨中に研磨布の沈み込み等がウエーハ主面まで影響しないように、サポートリング部分で吸収するために、サポートリングは軟質のものではなく、ある程度の硬さを有している必要がある。更に研磨中にウエーハからはずれないようにする必要がある。そこでこのサポートリングとしては形状記憶ポリマー、例えばポリウレタン系ポリマー、ポリノルボルネン系ポリマー、スチレン−ブタジエン系コポリマー、ポリイソプレン系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマー、アクリル系、スチレン−アクリル系及び含フッ素系ポリマー、合成ゴム系、及びこれらの複合材料等から研磨条件等にあったポリマーを選択し使用すればよい。特にポリウレタン系プラスチック素材である形状記憶ポリマーを用いることが好ましい。
【００２８】
このような形状記憶ポリマーを使用することで、加熱してゴム状になった状態でウエーハ外周部に取り付けることが出来、ウエーハと一体化させることが容易であり、取り付け後に成型、冷却することで製品部分のウエーハ形状（厚さ等）にあったサポートリングとすることができ、自由な形状のサポートリングを装着できる利点がある。
【００２９】
また、この状態で研磨した後、サポートリングの除去もサポートリング部分に熱を加えることで、元のゴム状のリングに戻り、取り外しも容易である。
【００３０】
形状記憶ポリマーにポリウレタン系プラスチック素材を用いれば、研磨布とほぼ同様な材質のものであり、その硬度も研磨布と同等か又はそれ以上に硬くすることもできる。研磨布の消耗・変形を防止でき好ましい。また、このようなサポートリングは、再利用も容易である。
【００３１】
このようにサポートリングを用いウエーハ径を見かけ上ウエーハ製品径よりも大きいもの（サポートリング付ウエーハ）とした状態で研磨すれば、研磨布の圧縮弾性による周辺部分での研磨圧力の上昇等をサポートリング部で吸収でき高平坦度なウエーハが製造できる。特許文献２に開示されているように実際に製品径より大きくして研磨するのに比べ、コスト的にも時間的にも有利である。
【００３２】
本発明のサポートリングは、半導体ウエーハの外周部に着脱可能に装着されるサポートリングであって、研磨前の半導体ウエーハの外周部に装着されてサポートリング付ウエーハを形成し、該サポートリング付ウエーハの状態で該半導体ウエーハを研磨した後、該研磨された半導体ウエーハの外周部から除去されることを特徴とする。このサポートリングは、上述したように、形状記憶ポリマーによって形成されるのが好適である。形状記憶ポリマーは、半導体ウエーハの外周部に接着する時にはやわらかくすることができ、ウエーハの形状（特に面取り形状）にそった形状に変形し、その後はウエーハと一体化して硬化させることができ、研磨時にもはずれることがなく接着でき、研磨後は容易に除去可能なサポートリングとなる。
【００３３】
本発明のサポートリング付ウエーハは、半導体ウエーハの外周部に上述した本発明のサポートリングを着脱可能に装着したことを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００３５】
図１は、本発明方法により半導体ウエーハを製造する工程順の１例を示すフローチャートである。図１において、図９に示した工程と同一又は類似工程は同一の符号で示す。図２は本発明方法における研磨工程における工程順の１例を模式的に示す説明図である。図３は本発明のサポートリング付ウエーハの１例を示す図面で、（ａ）は上面説明図、（ｂ）は断面的説明図である。図４は研磨装置に本発明のサポートリング付ウエーハを取り付けて研磨する場合の１つの構成例の要部を示す断面的説明図である。
【００３６】
図１に示すように、まず、チョクラルスキー法（ＣＺ法）、浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）等によりシリコン等の原料融液から成長させた半導体単結晶を円筒研削により円柱状のインゴットにする（単結晶育成工程：ステップ１００）。次に、作製したインゴットをスライスしてウエーハとし（ステップ１０１）、得られたウエーハの粗面取り（ステップ１０２）とラッピング（ステップ１０３）や平面研削などの平坦化加工を行う。なお、ここではラッピング（ステップ１０３）を行う場合について説明する。
【００３７】
上記加工工程については特に限定されるものではなく、従来と同様の方法で行うことができ、一般に行われている方法であればいずれの方法であってもよい。また、通常、ラッピング（ステップ１０３）後は、ウエーハ表面の加工歪等を除去するため、エッチング（ステップ１０４）が行われる。
【００３８】
従来の方法では、図９に示したように、ウエーハに粗面取り、ラッピング、エッチング及び鏡面面取り（ステップ１０５）を施した後、一次研磨（ステップ１０６）を行う。一次研磨では、従来同様、複数のウエーハをガラス等のプレートにワックス等を介して貼り付けて研磨するバッチ式、あるいは複数の貫通孔が設けられた保持板に真空吸着して１枚毎に研磨する枚葉式等、更には両面を同時に研磨する方式などいずれの形態でも行うことができる。
【００３９】
一次研磨での研磨代は、通常、数μｍ〜十数μｍ程度となるが、前記したように研磨圧力の違い等の種々の理由によりウエーハの周辺部分の研磨代が中央部分に比べて多くなるのが一般的でウエーハ外周部で周辺ダレが生じる。
【００４０】
図６は、従来の方法で一次研磨後にウエーハ形状を測定した例で、ウエーハの周辺部分の形状変化を外周端部１ｍｍから１０ｍｍの位置を示したグラフである。このグラフは様々な研磨装置及び研磨条件で研磨したウエーハの外周形状であるが、このグラフによれば多くのウエーハで外周端部から内側５ｍｍ前後から落ち込みが始まって周辺ダレが生じ、外周端部に近づくほど落ち込み方が急になっていることがわかる。なお、外周端部から約０．５ｍｍの領域は面取り部である。平坦度としては周辺２ｍｍ場外のＳＦＱＲｍａｘで約０．２μｍ（０．１５μｍ〜０．３μｍ）程度である。
【００４１】
本発明方法では、このような周辺ダレ等のウエーハ外周部の形状を最外周まで平らにするために、図３に示すように研磨前にウエーハＷの外周部にサポートリング４０を装着することによってサポートリング付ウエーハＷ１を形成し、このサポートリング４０により見かけ上、製品径より大きいウエーハとした状態でこのサポートリング付ウエーハＷ１を研磨する。つまり、ウエーハＷをサポートリング４０によって大口径化した後にこのサポートリング付ウエーハＷ１を研磨する。
【００４２】
具体的にサポートリングの装着の方法を図２によって説明する。図２（ａ）に示すように初めに基台３９上に配置されたウエーハＷの外周部に形状記憶ポリマー４０ａのリングを配置し形状記憶ポリマーのガラス転移点以上、例えばガラス転移点が１００〜１２０℃程度の形状記憶ポリマーなら、１２０℃以上の高温で加熱する。又は１２０℃に加熱した形状記憶ポリマー４０ａをリング状に配置しても良い。このように加熱することで形状記憶ポリマー４０ａがゴム状に変質する。なお、形状記憶ポリマーのガラス転移点は、ウエーハを研磨する際の温度（通常５０℃以下）より高い温度であることが好ましい。例えば８０〜１００℃程度であれば取り扱い易い。
【００４３】
この状態で、図２（ｂ）に示すように形状記憶ポリマー４０ａの形状を調整する為の調整冶具４２を用い、形状記憶ポリマー４０ａを目的とする直径及び厚さにする。この調整治具４２は、ウエーハＷ上に載置される調整治具本体４４と該調整治具本体４４の側面に上下動可能に設けられた上面押圧板４６とウエーハＷの側面に対して接離自在に移動する側面押圧部材４８とを有しており、該上面押圧板４６によって形状記憶ポリマー４０ａの上面を押圧し、該側面押圧板４８によって形状記憶ポリマー４０ａの側面を押圧し、該形状記憶ポリマー４０ａを所望の形状に調節することができる（図２（ｃ））。
【００４４】
図２（ｃ）の状態でガラス転移点以下、例えば３０℃程度に冷却することで形状記憶ポリマー４０ａを硬化させ、ウエーハＷと一体化した状態のサポートリング４０付きウエーハＷ１とする（図２（ｄ））。
【００４５】
このようにしてウエーハ外周部にサポートリングを配置し一体化したウエーハ（サポートリング付ウエーハ）Ｗ１を、研磨装置のウエーハ保持部に保持し研磨する。（図２（ｅ））
【００４６】
研磨装置及び研磨条件については特に限定するものではなく、従来用いていたものが使用できる。例えば、図１０に示したような研磨装置を用い、図４に示すようにサポートリング４０を装着したウエーハ（サポートリング付ウエーハ）Ｗ１を保持し研磨すれば良い。但し、ウエーハ直径が従来より見かけ上大きくなる為、枚様式の研磨ヘッド（ウエーハ保持部）などでは、サポートリングを装着したウエーハ（サポートリング付ウエーハ）Ｗ１の直径でも処理できる程度のものを使用する。従来外周部形状を制御する為に用いていたリテーナリングはあってもなくても良い。
【００４７】
このように研磨した後、サポートリング４０をサポートリング付ウエーハＷ１から除去する。これは図２（ｆ）のように形状記憶ポリマー４０ａ（サポートリング４０）をヒータ等により加熱することで、再度ゴム状に変質させ、もとの形状に戻す（図２（ｇ））。その後ウエーハの洗浄を行う（図２（ｈ））。なおこの例では、一次研磨後にこのような処理を行っているが、サポートリング４０の除去は仕上げ研磨後に実施しても良い。
【００４８】
このように加工することにより、ウエーハ周辺部分に発生している周辺ダレの影響を除去することができる。
【００４９】
なお、周辺ダレは、通常外周端部から５ｍｍ程度内側あたりから生じるが、図６において観察できるように、外周端部から３ｍｍ程度内側のあたりから急に落ち込む場合が多い。したがって、外周除外領域が１ｍｍ程度の場合、例えばサポートリングにより見かけ上製品径より直径で４ｍｍ〜１０ｍｍ大きいウエーハとして研磨を行い、次いでサポートリングを取り除くことで、一次研磨後の急に落ち込んでいる２〜３ｍｍ近辺の周辺ダレを改善することができる。
【００５０】
さらに、研磨前のウエーハの径をサポートリングにより見かけ上製品径より直径で１０〜２０ｍｍ程度大きいものとすれば、外周ダレが生じやすい周辺部分の５ｍｍ付近の領域を実質的に除去して研磨することができる。ウエーハの外周端部から０．５ｍｍまでは面取り部が形成されているが、面取り部を除くウエーハ表面（主面）は、周辺ダレの無い全面フラットのウエーハとすることができる。
【００５１】
以上のように本発明では、研磨前のウエーハＷの径をサポートリング４０により見かけ上製品径より例えば４ｍｍ〜２０ｍｍまで大きいものとし（サポートリング装着ステップ１０６ａ）、サポートリング４０をウエーハ外周部に装着したまま、即ちサポートリング付ウエーハＷ１を研磨をし（ステップ１０６ｂ）、その後サポートリング４０を除去する（ステップ１０６ｃ）ことで、周辺ダレの少ない、あるいは全く無い鏡面ウエーハとすることができる。このように、本発明の研磨工程（ステップ１０６）は上述したように、ステップ１０６ａ〜１０６ｃによって構成される（図１）。
【００５２】
なお、一次研磨の条件の違いにより周辺ダレが生じる範囲は多少異なるので、一次研磨前のサポートリングの幅（サポートリング付ウエーハの直径）は上記範囲に限定されるものではなく、また、要求される製品の規格に応じて適宜調整すればよい。
【００５３】
外周ダレが最も発生しやすいのは一次研磨であり、この一次研磨においてサポートリング付ウエーハＷ１を形成し、研磨するのが効果的である。一次研磨後は仕上げ研磨を行って鏡面ウエーハとするが、仕上げ研磨前に、二次研磨を行うこともできる。二次研磨は表面粗さの改善と研磨傷やダメージの除去を目的として行い、研磨代は１μｍ以下、多くても数μｍ以下として行われる。このように必要に応じて二次研磨を行った後、仕上げ研磨を行う。仕上げ研磨ではほとんど研磨代は無いが、ヘイズを除去して完全な鏡面ウエーハに仕上げることができる。
【００５４】
このような２次研磨時や仕上げ研磨では研磨代が少ない為、外周形状への影響は少ないが、このような研磨時にも本発明の方法によりサポートリングを配置した状態のウエーハ（サポートリング付ウエーハ）として研磨しても良い。
【００５５】
以上のように製造された鏡面ウエーハは、所望のウエーハ製品径を有するとともに、ウエーハ表面全体にわたって、特に最外周部付近まで平坦度に優れているため、平坦度測定領域に急に落ち込むような周辺ダレが無く、ウエーハの良品率を著しく向上させることができる。
【００５６】
また、このようなウエーハを用いることで表面全体に回路を形成させることができ、ひいては半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００５７】
また、本発明に係る方法では、従来の鏡面ウエーハ製造工程で使用している装置をそのまま使用できる上、他の装置を増設する必要も無いので、表面特性に優れた鏡面ウエーハを低コストで容易に製造することができる。
【００５８】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００５９】
（実施例１）
上記実施形態で説明したような従来のウエーハ製造方法でエッチング、鏡面面取りまでの加工を行った直径３００ｍｍのシリコンウエーハについて鏡面研磨を実施した。
【００６０】
鏡面研磨する前に、ウエーハ外周部にサポートリングを装着した。このサポートリングは８０℃のガラス転移点を持つポリウレタン系プラスチック素材の形状記憶ポリマーを用いた。サポートリングの装着については、上記した方法で行い、ウエーハの厚さと同じでウエーハ外部に幅３ｍｍのリングを装置してサポートリング付ウエーハを形成した。このサポートリング付ウエーハの直径（見かけ上の直径）は３０６ｍｍであった。
【００６１】
このようなサポートリングが一体化されたウエーハ（サポートリング付ウエーハ）を図１０に示すような研磨装置を用い研磨した。研磨条件は、研磨布としてポリウレタン製の不織布を用い研磨圧力３００ｋｇ／ｃｍ２で、コロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を研磨剤として供給し研磨した。研磨代は７μｍで実施した。
【００６２】
このような研磨（一次研磨）あがりの形状を確認した。形状はＡＤＥ社製ＡＦＳ３２２０を用い評価した。その結果、周辺２ｍｍ除外のＳＦＱＲｍａｘで０．０５μｍのウエーハが製造できた。従来レベルであるＳＦＱＲｍａｘ０．２μｍ程度よりはるかに改善されている。
【００６３】
特にウエーハ外周１０ｍｍの範囲の形状を確認すると、図５に示すように外周ダレは大きく改善され、外周１ｍｍまで略平らなウエーハが製造できた。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。
【００６５】
例えば、前記実施形態で説明した本発明に係るウエーハの製造工程は一例であって、各工程間で適宜洗浄を行うことができることは言うまでもない。また、従来の製造工程と同様、一部の工程の入れ替え、省略、追加をすることができる。例えば、粗面取りとラッピングの入れ替え、二次研磨の省略、またはラッピング後の熱処理工程の追加、あるいは一次研磨前にエッチング処理すること等もできる。また、ラッピングの代わりに平面研削等を行うこともできる。
【００６６】
またウエーハの保持方法も上記例に限るものではなく、ガラスやセラミック製のキャリヤプレート（マウント板）にワックス等を介してウエーハを貼り付ける方式でもバッキングパッド等とテンプレートを使用して保持する方式でも良い。また、本発明は片面研磨に限らず、両面研磨を行う場合にも適用できる。
【００６７】
ウエーハの材質及び大きさに関しては、本発明を実施するにあたり何ら制限は無く、現在製造されている直径のシリコン、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の半導体ウエーハは勿論のこと、将来製造可能となる非常に大きなウエーハに対しても本発明を適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では研磨前にウエーハ径を見かけ上ウエーハ製品径より大きくなるようにサポートリングを装着し、サポートリングが一体化したウエーハ（サポートリング付ウエーハ）を研磨することで周辺ダレの少ない、あるいは周辺ダレが全く無い鏡面ウエーハを製造することができる。
【００６９】
このような鏡面ウエーハは、所望のウエーハ製品径を有するとともに、全面にわたって、特に外周端部付近まで平坦度に優れているため、表面全体に回路を形成させることができ、半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００７０】
本発明によれば、サポートリングを装着する工程は増えるものの従来の設備が略そのまま使え、コスト的な増加や時間的な増加も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法により半導体ウエーハを製造する工程順の１例を示すフローチャートである。
【図２】本発明方法における研磨工程における工程順の１例を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明のサポートリング付ウエーハの１例を示す図面で、（ａ）は上面説明図、（ｂ）は断面的説明図である。
【図４】研磨装置に本発明のサポートリング付ウエーハを取り付けて研磨する場合の１つの構成例の要部を示す断面的説明図である。
【図５】実施例１において研磨されたウエーハの外周形状を示すグラフである。
【図６】従来方法による一次研磨後のウエーハの外周形状を示すグラフである。
【図７】ウエーハ外周部の一般的な形状を示す断面模式図である。
【図８】一次研磨後のウエーハの周辺部分の断面の模式図である。
【図９】従来の鏡面ウエーハの製造工程の工程順の１例を示すフローチャートである。
【図１０】従来の研磨工程の１例を示す断面的説明図である。
【符号の説明】
１０：研磨装置、１２：定盤、１３：研磨ヘッド、１４：ウエーハ保持部、１４ａ：ウエーハ保持部本体、１４ｂ：ウエーハ保持部裏板、１５：ウエーハ保持面、１５：ワーク保持面、１５ａ：保護膜、１６：研磨剤供給ノズル、１８：研磨布、２０，２２：回転軸、２４：研磨剤、２６：貫通孔、２８：真空部、３０：真空ライン、３２：回転ホルダ、３４：加圧空間部、３６：弾性体リング、３８：加圧空気供給路、３９：基台、４０：サポートリング、４０ａ：形状記憶ポリマー、４２：調整治具、４４：調整治具本体、４６：上面押圧板、４８：側面押圧部材、Ｗ：ウエーハ、Ｗ１：サポートリング付ウエーハ。
Claims (9)
- 少なくとも半導体ウエーハの一主面を研磨し鏡面化する半導体ウエーハの製造方法において、研磨前の半導体ウエーハの外周部にサポートリングを装着することによってサポートリング付ウエーハを形成し、該サポートリング付ウエーハの状態で該半導体ウエーハを研磨することを特徴とする半導体ウエーハの製造方法。
- 前記研磨前のサポートリング付ウエーハの径が、ウエーハ製品径より１ｍｍ以上大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体ウエーハの製造方法。
- 前記サポートリングと前記半導体ウエーハとを一体化させて前記サポートリング付ウエーハを形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体ウエーハの製造方法。
- 前記サポートリングが、形状記憶ポリマーによって形成されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の半導体ウエーハの製造方法。
- 形状記憶ポリマーがポリウレタン系プラスチック素材によって形成されたものであることを特徴とする請求項４記載の半導体ウエーハの製造方法。
- 前記サポートリングが、研磨時に研磨布の硬度と同等か又はそれ以上に硬いことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の半導体ウエーハの製造方法。
- 半導体ウエーハの外周部に着脱可能に装着されるサポートリングであって、研磨前の半導体ウエーハの外周部に装着されてサポートリング付ウエーハを形成し、該サポートリング付ウエーハの状態で該半導体ウエーハを研磨した後、該研磨された半導体ウエーハの外周部から除去されることを特徴とするサポートリング。
- 形状記憶ポリマーによって形成されることを特徴とする請求項７記載のサポートリング。
- 半導体ウエーハの外周部に請求項７又は８記載のサポートリングを着脱可能に装着したことを特徴とするサポートリング付ウエーハ。
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