JP2009289877A - 半導体ウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの収納容器への装填及び収納容器からの取り出しや、加工装置や製造装置等におけるウェーハの搬送が可能となる半導体ウェーハを提供すること。
【解決手段】本発明の半導体ウェーハ１は、直径が４５０ｍｍで、厚みが７２５μｍ以上９００μｍ以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハに関する。

近年、半導体装置の高集積化、高機能化などに伴うチップサイズの増加により、半導体装置の製造に使用される半導体ウェーハ（以下単に「ウェーハ」ともいう）には、より大口径化が求められている。

しかしながら、大口径のウェーハにおいては、製造時に様々な問題が生じるおそれがある。例えば、特許文献１では、装填するウェーハの直径と厚みからたわみ量を計算し、これによりバッチ搬送でのウェーハカセットの溝巾を決定する技術が提案されている。
特開２００４−９５９４２号公報

上述した特許文献１には、ウェーハの裏面研削後の厚さが薄くなったウェーハについて開示されているが、大口径の半導体ウェーハにおいても、ウェーハの自重によるたわみ量の増加により、収納容器へのウェーハの装填及びウェーハの収納容器からの取り出しや、加工装置や製造装置等におけるウェーハの搬送の可否が問題となる。

したがって、本発明は、ウェーハの収納容器への装填及び収納容器からの取り出しや、加工装置や製造装置等におけるウェーハの搬送が可能となる半導体ウェーハを提供することを目的とする。

（１）本発明の半導体ウェーハは、直径が４５０ｍｍで厚みが７２５μｍ以上９００μｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、ウェーハの収納容器への装填及び収納容器からの取り出しや、加工装置や製造装置等におけるウェーハの搬送が可能となる半導体ウェーハを提供することができる。

以下、本発明の半導体ウェーハの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の半導体ウェーハ１の一実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は、半導体ウェーハ１の厚み方向から視た図であり、（ｃ）は、半導体ウェーハ１の径方向から視た図である。

本実施形態の半導体ウェーハ１（以下単に「ウェーハ」ともいう）は、直径が４５０ｍｍで、厚みが７２５μｍ以上９００μｍ以下である。

また、本実施形態のウェーハ１は、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハからなる。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態のウェーハ１は、直径φが４５０ｍｍである。ここで、ウェーハ１の直径φは、製造時の目標値としての数値であり、製造時の許容誤差等を含むものである。例えば、ウェーハ１の直径φは、±０．２ｍｍの許容誤差を含むものとする。

本実施形態のウェーハ１は、図１（ｃ）に示す厚みｔが７２５μｍ以上である。その意義は、直径φが４５０ｍｍのウェーハで、厚みｔが７２５μｍ以上であれば、ウェーハ１のたわみ量が、従来の半導体ウェーハのたわみ量と同等となるので、収納容器や製造装置等の設計・製造時に従来の半導体ウェーハのたわみ量を適用することができる点にある。厚みｔは、好ましくは８００μｍ以上である。
ウェーハ１のたわみ量が従来の半導体ウェーハのたわみ量と同等となることを示す評価例については、後記〔実施例〕欄において詳述する。

また、本実施形態のウェーハ１は、厚みｔが９００μｍ以下である。その意義は、ウェーハ１のコストアップを防止することができる点にある。厚みｔが９００μｍを超えると、ウェーハの重量が増加し、これに伴い素材使用量も増加するため、ウェーハ１のコストがアップする。厚みｔは、好ましくは８５０μｍ以下である。

次に、本実施形態の半導体ウェーハ１の製造方法について説明する。図２は、本実施形態の半導体ウェーハ１の一製造方法を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態の半導体ウェーハ１の製造方法は、下記工程Ｓ１〜Ｓ１１を備える。
（Ｓ１）単結晶インゴット成長工程
まず、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ法）等により単結晶の半導体インゴットを成長させる。

（Ｓ２）外形研削工程
単結晶インゴット成長工程Ｓ１を経て成長した半導体インゴットは、先端部及び終端部が切断され、外周形状がいびつであるため、外形研削工程において、直径を均一にするために半導体インゴットの外周を円筒研削盤等により研削してブロック体とし、外周形状が整えられる。

（Ｓ３）スライス加工工程
外形研削工程Ｓ２を経たブロック体は、特定の結晶方位を示すために、このブロック体にオリエンテーションフラットやオリエンテーションノッチが施される。このプロセスの後、ブロック体は棒軸方向に対して所定角度をもってワイヤソー等によりスライスされ、ウェーハとなる。

（Ｓ４）面取り工程
スライス加工工程Ｓ３を経てスライスされたウェーハは、ウェーハの周辺部の欠けやチッピングを防止するためにウェーハ周辺に面取り加工が行われる。すなわち、ウェーハの外周部が面取り用砥石により、所定の形状に面取りされる。これにより、ウェーハの外周部は、所定の丸みを帯びた形状に成形される。

（Ｓ５）ラッピング工程
面取り工程Ｓ４を経たウェーハは、スライス等の工程で生じた薄円板状のウェーハ表裏面の凹凸層がラッピングにより平坦化される。ラッピング工程では、ウェーハを、互いに平行なラッピング定盤の間に配置し、ラッピング定盤とウェーハとの間に、アルミナ砥粒、分散剤、水の混合物であるラッピング液を流し込む。そして、加圧下で回転・すり合わせを行ない、ウェーハ表裏両面がラッピングされる。これにより、ウェーハ表裏面の平坦度とウェーハの平行度が高まる。

（Ｓ６）エッチング工程
ラッピング工程Ｓ５を経たウェーハは、エッチング液にディップされてエッチングされる。エッチング工程では、ウェーハをスピンしながらウェーハの表面にエッチング液を供給して、供給したエッチング液をスピンによる遠心力によりウェーハ表面全体に拡げてウェーハ表面全体をエッチングし、ウェーハ表面の表面粗さＲａを所定の表面粗さに制御する。このエッチング工程では、面取り工程Ｓ４やラッピング工程Ｓ５のような機械加工プロセスによって導入された加工変質層をエッチングによって完全に除去する。

（Ｓ７）外周研磨工程
エッチング工程Ｓ６を経たウェーハは、外周部が外周研磨される。これにより、ウェーハの面取り面が鏡面仕上げされる。外周研磨工程では、ウェーハの面取り面を、研磨液を供給しながら、軸線回りに回転している研磨布の外周面に押し付けて、鏡面に研磨する。

（Ｓ８）一次研磨工程
外周研磨工程Ｓ７を経たウェーハは、表裏面を同時に研磨する両面同時研磨装置を用いて、表面の粗研磨としての一次研磨を行う。

（Ｓ９）二次研磨（鏡面研磨）工程
一次研磨工程Ｓ８を経たウェーハは、表裏面を同時に研磨する両面同時研磨装置を用いて、鏡面研磨としての二次研磨を行う。なお、本実施形態の一次研磨工程Ｓ８及び二次研磨工程Ｓ９では、両面同時研磨によってウェーハの表裏面を同時に研磨したが、この両面同時研磨の代わりに、ウェーハの表裏面を片面ずつ研磨する片面研磨によってウェーハを研磨してもよい。

（Ｓ１０）仕上げ洗浄工程
二次研磨（鏡面研磨）工程Ｓ９を経たウェーハは、仕上げ洗浄される。具体的には、ＲＣＡ洗浄液により洗浄される。

（Ｓ１１）平坦度測定
仕上げ洗浄工程Ｓ１０を経たウェーハは、研磨の仕上がり具合を平坦度として測定される。

以上Ｓ１〜Ｓ１１において説明した製造工程により、直径φが４５０ｍｍで厚みｔが７２５μｍ以上９００μｍ以下のウェーハ１を得ることができる。

本実施形態のウェーハ１によれば、ウェーハ１の厚みｔが７２５μｍ以上であるため、ウェーハ１のたわみ量が収納容器や加工装置等の設計・製造時に従来のウェーハのたわみ量と同等となる。したがって、収納容器や加工装置等の設計・製造が容易になる。例えば、収納容器へのウェーハ１の装填やウェーハ１の取り出し、加工装置等によるウェーハ１の各種のハンドリングが可能になる。また、収納容器や加工装置等においてウェーハ同士の接触や本来接触すべきでない部材へウェーハの接触を防ぎ、ウェーハの傷、割れ、欠け等を防ぐことができる。

また、本実施形態のウェーハ１によれば、ウェーハ１の厚みｔが９００μｍ以下であるため、ウェーハ１の重量の増加、及びこれに伴う素材使用量の増加を防ぎ、ウェーハ１のコストアップを防止することができる。

次に、本発明について、実施例を用いて更に詳細に説明する。なお、この実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。

〔評価例１〕
まず、ウェーハ１のたわみ量の評価例１について説明する。図３は、ウェーハ１のたわみ量の一測定方法を示す平面図である。

図３に示すように、水平な台座２上の所定位置に４個の保持部材Ｐ１〜Ｐ４が配置される。４個の保持部材Ｐ１〜Ｐ４に、直径φが４５０ｍｍのウェーハ１（図３において二点鎖線で示す）のエッジ部が掛かるように、ウェーハ１が載置される。保持部材Ｐ１及びＰ４は、ウェーハ１の中心Ｃを挟んで１８０度ずれた位置に配置されている。保持部材Ｐ２及びＰ３は、２００ｍｍ間隔をあけてエッジ部ａを挟んで対称に配置されている。エッジ部ａは、ウェーハ１のエッジ部であり、保持部材Ｐ１と保持部材Ｐ４とからそれぞれ９０度ずれた位置である。

このような保持部材Ｐ１〜Ｐ４の配置は、ウェーハ１が収納容器（ＦＯＳＢ仕様）に装填されたときにおける、収納容器内でウェーハの裏面が保持される位置をモデル化したものである。また、ウェーハ１として、厚みの異なる５個の水準（水準１：０．７７９ｍｍ、水準２：０．８２６ｍｍ、水準３：０．９００ｍｍ、水準４：１．０１２ｍｍ、水準５：２．３３８ｍｍ）を用意した。ここで、水準１〜３は本発明の実施例であり、水準４及び５は本発明の比較例である。

そして、水準１〜５のウェーハ１はそれぞれ保持部材Ｐ１〜Ｐ４上に載置される。このとき、ウェーハ１と保持部材Ｐ１及びＰ４とは、ウェーハ１のエッジ部と保持部材Ｐ１又はＰ４との接触幅が最も長い部分が、それぞれウェーハ１のエッジ部からウェーハ１の中心Ｃの方向へ７．５ｍｍの幅で接触している。

ここで、ウェーハ１の所定のエッジ部ａからウェーハ中心方向へ１０ｍｍの位置を位置Ａとする。ウェーハ１の所定のエッジ部ｂからウェーハ中心方向へ１０ｍｍの位置を位置Ｂとする。エッジ部ｂは、エッジ部ａからウェーハ１の中心Ｃを挟んで１８０度ずれた位置である。ウェーハ１の中心Ｃとエッジ部ａとの中点（ウェーハの中心Ｃからφ／４の地点）を位置Ｄとする。中心Ｃとエッジ部ｂとの中点（ウェーハの中心Ｃからφ／４の位置）を位置Ｅとする。

そして、位置Ａから位置Ｂへ向かって、位置Ａ、位置Ｄ、ウェーハの中心Ｃ、位置Ｅ及び位置Ｂのそれぞれの位置において光学的にウェーハのたわみ量の測定を行った。また、たわみ量の基準は、保持部材Ｐ１〜Ｐ４上のウェーハのエッジ部のたわみ量を基準値（たわみ量０）とした。

図４は、図３に示す測定方法により測定されたウェーハの厚みと位置Ｂのたわみ量との関係を示す図である。ここで、以下の説明では、ウェーハ１の鉛直下向き方向のたわみ量を−（マイナス）のたわみ量といい、ウェーハ１の鉛直上向き方向のたわみ量を＋（プラス）のたわみ量という。
図４に示すように、ウェーハの厚みが薄くなると単純にたわみ量が大きくなるわけではなく、水準３（厚み：０．９００ｍｍ）においてたわみ量がピーク値となった。

図５は、図３に示す測定方法により測定されたウェーハのそれぞれの測定位置とたわみ量との関係を示すグラフである。
図５に示すように、ウェーハのたわみ量は、保持部材Ｐ２及びＰ３により保持されている位置に近い位置Ａから、保持部材Ｐ２及びＰ３から離れる位置Ｂにかけて大きくなる傾向にあり、特に水準１から水準４ではその傾向が顕著である。

〔評価例２〕
次に、ウェーハ１のたわみ量の評価例２について説明する。図６は、ウェーハ１のたわみ量の他の測定方法を示す平面図である。

図６に示すように、水平な台座３上の所定位置に２個の保持部材Ｐ５及びＰ６を配置する。２個の保持部材Ｐ５及びＰ６に、直径φが４５０ｍｍのウェーハ１（図６において二点鎖線で示す）のエッジ部が掛かるように、ウェーハ１を載置する。保持部材Ｐ５及びＰ６は、ウェーハ１の中心Ｃを挟んで１８０度ずれた位置に配置されている。このような保持部材Ｐ５及びＰ６の配置は、ウェーハ１が加工装置等により保持されたときにおける、加工装置等によりウェーハの裏面が保持される位置をモデル化したものである。

ここで、保持部材Ｐ５及びＰ６の長手方向の長さは５５０ｍｍとし、保持部材Ｐ５と保持部材Ｐ６の距離は４００ｍｍとする。エッジ部ｇは、ウェーハ１のエッジであり、保持部材Ｐ５と保持部材Ｐ６とからそれぞれ９０度ずれた位置である。エッジ部ｈは、エッジ部ｇから９０度ずれた位置であり、エッジ部ｈは保持部材Ｐ６と重なっている。また、ウェーハ１は、上述した評価例１と同様に厚みの異なる５個の水準（水準１：０．７７９ｍｍ、水準２：０．８２６ｍｍ、水準３：０．９００ｍｍ、水準４：１．０１２ｍｍ、水準５：２．３３８ｍｍ）を用意した。ここで、水準１〜３は本発明の実施例であり、水準４及び５は本発明の比較例である。

そして、水準１〜５のウェーハ１は、それぞれ保持部材Ｐ５及びＰ６上に載置される。このとき、ウェーハ１と保持部材Ｐ５及びＰ６とは、ウェーハ１のエッジ部と保持部材Ｐ５又はＰ６との接触幅が最も長い部分が、それぞれウェーハのエッジ部からウェーハの中心Ｆの方向へ２５ｍｍの幅で接触している。

ここで、ウェーハ１の所定のエッジ部ｇからウェーハ１の中心Ｆの方向へ１０ｍｍの位置を位置Ｇとする。ウェーハの所定のエッジ部ｈから、ウェーハ１の中心Ｆの方向へ１０ｍｍの位置を位置Ｈとする。中心Ｆから位置Ｇの方向にそれぞれ５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ及び２００ｍｍ離れた位置を、それぞれ位置Ｉ、位置Ｊ、位置Ｋ、位置Ｌとする。中心Ｆから位置Ｈの方向にそれぞれ５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ及び２００ｍｍ離れた位置を、それぞれ位置Ｍ、位置Ｎ、位置Ｏ、位置Ｑとする。

そして、中心Ｆ、位置Ｉ、位置Ｊ、位置Ｋ及び位置Ｌにおいて光学的にウェーハ１のたわみ量の測定を行った。また、中心Ｆ、位置Ｍ、位置Ｎ、位置Ｏ及び位置Ｑにおいて光学的にウェーハのたわみ量の測定を行った。また、たわみ量の基準は、保持部材Ｐ６により保持される位置Ｑのたわみ量を基準値（たわみ量０）とした。

図７は、図６に示す測定方法により測定されたウェーハのそれぞれの測定位置とたわみ量との関係を示すグラフであり、（ａ）は中心Ｆから位置Ｇにおいて測定されたウェーハのそれぞれの測定位置とたわみ量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、中心Ｆから位置Ｈにおいて測定されたウェーハのそれぞれの測定位置とたわみ量との関係を示すグラフである。

図７（ａ）に示すように、測定位置が中心Ｆから、保持部材Ｐ５及びＰ６により保持されていないウェーハ１のエッジ部ｇに近づくにしたがって、たわみ量が大きくなる傾向にある。
また、図７（ｂ）に示すように、測定位置が、保持部材Ｐ６により保持されている位置Ｈから、保持部材Ｐ５及びＰ６により保持されていない中心Ｆに近づくにしたがって、たわみ量が大きくなる傾向にある。

図８は、図６に示す測定方法により測定されたそれぞれのウェーハにおける厚みとたわみ量の関係を示すグラフであり、（ａ）は、中心Ｆにおける厚みとたわみ量の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、位置Ｇにおける厚みとたわみ量の関係を示すグラフである。
図８（ａ）に示すように、中心Ｆでは、ウェーハの厚みが薄くなるとウェーハのたわみ量が大きくなる傾向にある。また、図８（ｂ）に示すように、位置Ｇでも同様の傾向があるが、たわみ量は中心Ｆよりも大きい。また、単純にウェーハの厚みが薄くなるとたわみ量が大きくなるわけではなく、位置Ｇでは、水準３（厚み：０．９００ｍｍ）におけるたわみ量がピーク値となった。

図９は、図３乃至図８の結果に基づき、ウェーハの厚みとたわみ量の関係を示すグラフである。
図９に示すように、測定結果Ｒ（三角）は、上述した図６に示す測定方法において中心Ｆでの測定結果を示す。測定結果Ｔ（丸）は、上述した図６の測定方法において位置Ｇでの測定結果を示す。測定結果Ｕ（四角）は、上述した図３の測定方法において中心Ｃでの測定結果を示す。測定結果Ｖ（菱形）は、上述した図３の測定方法において位置Ｂでの測定結果を示す。

また、グラフＸ（二点鎖線）は、上述した図３に示す測定方法において位置Ｂでの測定結果から算出したウェーハの厚みとたわみ量の関係を示すグラフである。グラフＷ（一点鎖線）は、上述した図６に示す測定方法において位置Ｇでの測定結果から算出したウェーハの厚みとたわみ量の関係を示すグラフである。更に、グラフＹ（実線）は、従来のウェーハのたわみ量を適用した収納容器及び加工装置等を用いた場合に、収納容器から加工装置等によってウェーハの装填・取出しをする際のマージンを考慮したウェーハの厚みとたわみ量の許容値を示すグラフである。

図９に示すように、グラフＸとグラフＹとの交点は、ウェーハの厚みが７２５μｍのときである。したがって、ウェーハの厚みが７２５μｍ以上であれば、収納容器から加工装置等によるウェーハの装填・取り出しが充分に可能である。また、測定結果ＶとグラフＹとの交点は、ウェーハの厚みが９００μｍのときである。したがって、ウェーハの厚みが９００μｍ以下であれば、収納容器から加工装置等によるウェーハの装填・取り出しが充分に可能である。

本発明の半導体ウェーハ１の一実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は、半導体ウェーハ１の厚み方向から視た図であり、（ｃ）は、半導体ウェーハ１の径方向から視た図である。 本実施形態の半導体ウェーハ１の製造工程について示すフローチャートである。 ウェーハ１のたわみ量の一測定方法を示す平面図である。 図３に示す測定方法により測定されたウェーハの厚みと位置Ｂのたわみ量との関係を示す図である。 図３に示す測定方法により測定されたウェーハのそれぞれの測定位置とたわみ量との関係を示すグラフである。 ウェーハ１のたわみ量の他の測定方法を示す平面図である。 図６に示す測定方法により測定されたウェーハのそれぞれの測定位置とたわみ量との関係を示すグラフであり、（ａ）は中心Ｆから位置Ｇにおいて測定されたウェーハのそれぞれの測定位置とたわみ量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、中心Ｆから位置Ｈにおいて測定されたウェーハのそれぞれの測定位置とたわみ量との関係を示すグラフである。 図６に示す測定方法により測定されたそれぞれのウェーハにおける厚みとたわみ量の関係を示すグラフであり、（ａ）は、中心Ｆにおける厚みとたわみ量の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、位置Ｈにおける厚みとたわみ量の関係を示すグラフである。 図３乃至図８の結果に基づき、ウェーハの厚みとたわみ量の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 半導体ウェーハ
φ 直径
ｔ 厚み

Claims (1)

1. 直径が４５０ｍｍで厚みが７２５μｍ以上９００μｍ以下であることを特徴とする半導体ウェーハ。

Images