JP2020104210A - ウェーハの製造方法およびウェーハ - Google Patents

ウェーハの製造方法およびウェーハ Download PDF

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Abstract

【課題】ノッチ形状の変更を伴うことなくノッチ近傍の平坦性を高めることができるウェーハの製造方法を提供すること。【解決手段】ノッチ部を有するウェーハの製造方法は、ウェーハの両主面を研磨する両面研磨工程と、ノッチ部のノッチ面取り部を鏡面研磨するノッチ鏡面研磨工程と、ウェーハにおける外周部の外周面取り部を鏡面研磨する外周鏡面研磨工程と、ウェーハの一方の主面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程とを備え、ノッチ鏡面研磨工程と両面研磨工程と外周鏡面研磨工程とを、当該順序で行った後に、仕上げ研磨工程を行う。【選択図】図７

Description

本発明は、ウェーハの製造方法およびウェーハに関する。
従来、ウェーハのノッチ部近傍の平坦性を高めるための検討がなされている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、最終の研磨処理後における、ノッチ部の深さとノッチ部における面取り部の径方向の幅との和を、９００μｍ以下に調整することが開示されている。
特開２０１７−１５７７９６号公報
しかしながら、特許文献１のような構成では、ノッチ部近傍の平坦性向上のためにノッチ部の深さを調整する必要があり、場合によっては、後工程でノッチ部を利用できないような深さになってしまうおそれがある。
本発明の目的は、ノッチ部の形状の変更を伴うことなくノッチ部近傍の平坦性を高めることができるウェーハの製造方法およびウェーハを提供することにある。
本発明のウェーハの製造方法は、ノッチ部を有するウェーハの製造方法であって、前記ウェーハの両主面を研磨する両面研磨工程と、前記ノッチ部のノッチ面取り部を鏡面研磨するノッチ鏡面研磨工程と、前記ウェーハにおける外周部の外周面取り部を鏡面研磨する外周鏡面研磨工程と、前記ウェーハの一方の主面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程とを備え、前記ノッチ鏡面研磨工程と前記両面研磨工程と前記外周鏡面研磨工程とを、当該順序で行った後に、前記仕上げ研磨工程を行うことを特徴とする。
本発明によれば、ノッチ部の形状の変更を伴うことなくノッチ部近傍の平坦性を高めることができる。
本発明のウェーハの製造方法において、前記ウェーハがシリコンウェーハであることが好ましい。
本発明のウェーハは、ノッチ部を有するウェーハであって、前記ノッチ部のノッチ面取り部のエッジロールオフ量が、前記ウェーハにおける外周部の外周面取り部のエッジロールオフ量よりも小さいことを特徴とする。
本発明の関連技術に係るウェーハの製造方法のフローチャート。 前記関連技術および本発明の一実施形態に係るウェーハの製造方法に用いる両面研磨装置の模式図。 ノッチ部の研磨進行状況を示す模式図であり、（Ａ）は前記関連技術における研磨進行状況、（Ｂ）は前記一実施形態における研磨進行状況を表す。 （Ａ）は前記関連技術および前記一実施形態のウェーハの製造方法に用いるノッチ研磨装置の側面図、（Ｂ）は平面視での部分拡大図。 （Ａ）は前記関連技術および前記一実施形態のウェーハの製造方法に用いる外周研磨装置の側面図、（Ｂ）は平面図。 前記関連技術および前記一実施形態のウェーハの製造方法に用いる仕上げ研磨装置の模式図。 前記一実施形態のウェーハの製造方法のフローチャート。 本発明の実施例の結果を示すグラフ。
［関連技術］
まず、本発明の関連技術として、上記特許文献１に記載のウェーハの製造方法について説明する。
関連技術のウェーハの製造方法は、図１に示すように、ウェーハの両主面を粗研磨する両面研磨工程Ｓ１１と、両面研磨工程Ｓ１１が施されたウェーハにおけるノッチ部の面取り部を鏡面研磨するノッチ鏡面研磨工程Ｓ１２と、ノッチ鏡面研磨工程Ｓ１２が施されたウェーハにおけるノッチ部以外の外周部の面取り部を鏡面研磨する外周鏡面研磨工程Ｓ１３と、外周鏡面研磨工程Ｓ１３が施されたウェーハの一方の主面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程Ｓ１４とを備えている。
以下、各工程の詳細について説明する。
〔両面研磨工程〕
まず、図２に示すようなノッチ部Ｎを有するウェーハＷを準備する。このウェーハＷの外周部およびノッチ部Ｎには、一次面取り工程によって外周面取り部ＷCおよびノッチ面取り部ＮC（図４（Ａ）参照）がそれぞれ形成されている。
両面研磨装置１を用いて、ウェーハＷの第１，第２の主面Ｗ１，Ｗ２を粗研磨し、ウェーハＷの平坦性を向上させる。
まず、下定盤１０上にキャリア１１をセットし、孔１１１内にウェーハＷを収納した後、昇降機構１２により上定盤１３を下降させ、上定盤１３を下方向に所定の圧力で加圧する。そして、上定盤１３に形成された図示しない孔から研磨スラリーを供給しつつ、下定盤１０、上定盤１３、インナーギア１４、アウターギア１５をそれぞれの中心を中心にして独立して回転させることによって、上定盤１３の図示しない研磨パッドおよび下定盤１０の研磨パッド１０１によって、第１，第２の主面Ｗ１，Ｗ２を粗研磨する。両面研磨における片面あたりの取り代は、３μｍ以上１３μｍ以下であることが好ましい。
この両面研磨の際、各定盤１０，１３の研磨パッドが硬度が高い部材、例えば発砲ポリウレタンで構成されているため、各主面Ｗ１，Ｗ２を削ぐように研磨が進行する。その結果、両面研磨後のノッチ部Ｎの形状は、図３（Ａ）の左側の図に二点鎖線で示す両面研磨前の状態から、実線で示す状態となる。このとき、研磨パッドは硬質ではあるものの、若干凹みながら研磨が行われるため、各主面Ｗ１，Ｗ２と外周面取り部ＷCとの境界部分、および、各主面Ｗ１，Ｗ２とノッチ面取り部ＮCとの境界部分に、それぞれ微小なダレ（エッジロールオフ）が発生する。
〔ノッチ鏡面研磨工程〕
次に、図４（Ａ），（Ｂ）に示すようなノッチ研磨装置２を用いて、ウェーハＷのノッチ面取り部ＮCを鏡面研磨する。
まず、ウェーハＷを図示しない吸着保持部で保持させる。次に、図４（Ａ）に示すように、面方向がウェーハＷの面方向と直交する円板状のノッチ研磨ホイール２０を、回転軸２０１を中心に回転させるとともに、ノッチ研磨ホイール２０とウェーハＷとを相対移動させて、図４（Ｂ）に二点鎖線で示すように、ノッチ研磨ホイール２０の外周縁全体にわたって設けられた研磨パッド２１とウェーハＷのノッチ部Ｎとを接触させることで、ノッチ部Ｎを鏡面研磨する。さらに、図４（Ａ）に二点鎖線で示すように、ウェーハＷをその端部ＷＥ近傍を中心にして上方向および下方向にそれぞれ角度αだけ傾けるとともに、ノッチ研磨ホイール２０の回転方向を調整した状態で、研磨パッド２１とノッチ部Ｎとを所定時間ずつ接触させ、鏡面研磨を行う。ノッチ鏡面研磨工程における取り代は、２μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。
このノッチ鏡面研磨の際、研磨パッド２１が軟質の不織布で構成されている上、ウェーハＷを傾けて鏡面研磨を行うため、研磨パッド２１がノッチ部Ｎの先端部Ｎ１およびノッチ面取り部ＮCだけではなく、ウェーハＷの第１の主面Ｗ１および第２の主面Ｗ２にまで回り込んだ状態で研磨が進行する（以下、「オーバーポリッシュ」という場合がある）。このようなオーバーポリッシュが生じると、ノッチ部Ｎの先端部Ｎ１およびノッチ面取り部ＮCは、図３（Ａ）の中央の図に示すように鏡面研磨され、第１の主面Ｗ１および第２の主面Ｗ２におけるノッチ面取り部ＮCとの境界部分に、ダレ面ｒ１が形成され、大きなダレＲ１が生じる。このダレＲ１は、前記両面研磨時や、後に行われる外周鏡面研磨や仕上げ研磨時に発生するダレよりも桁違いで大きい。
〔外周鏡面研磨工程〕
次に、図５（Ａ），（Ｂ）に示すような外周研磨装置３を用いて、ウェーハＷの外周面取り部ＷCを鏡面研磨する。
まず、ウェーハＷを吸着保持部３０で保持させる。次に、上方傾斜面研磨部３１、垂直面研磨部３２および下方傾斜面研磨部３３の研磨パッド３１１，３２１，３３１を所定の圧力で、ウェーハＷの外周部にそれぞれ押し付ける。なお、研磨パッド３１１，３２１，３３１は、図５（Ａ）では、ウェーハＷの外周部に対する位置関係を理解しやすくするために、ウェーハＷの右側に並べて示しているが、実際には、図５（Ｂ）に示すように、研磨パッド３１１，３２１，３３１は、それぞれ同じ長さの円弧状に形成され、ウェーハＷの周りに配置されている。
そして、配管３４から研磨スラリーを研磨パッド３１１，３２１，３３１に供給しながら、吸着保持部３０を回転させてウェーハＷを回転させるとともに、各研磨部３１，３２，３３を回転させることによって、外周面取り部ＷCの上方が研磨パッド３１１によって、中央部が研磨パッド３２１によって、下方が研磨パッド３３１によってそれぞれ鏡面研磨される。外周鏡面研磨における取り代は、２μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。
この外周鏡面研磨の際、研磨パッド３１１，３２１，３３１が軟質の不織布で構成されているため、研磨パッド３１１，３２１，３３１の凹み量が大きくなり、各主面Ｗ１，Ｗ２と外周面取り部ＷCとの境界部分に、小さなダレが付加される。このダレは、両面研磨時に発生するダレよりも大きい。
一方、研磨パッド３１１，３２１，３３１がノッチ部Ｎの内部に接触することはないため、ノッチ部Ｎは研磨されない。その結果、外周鏡面研磨後のノッチ部Ｎの形状は、図３（Ａ）の中央の図に実線で示すノッチ鏡面研磨後の状態が維持される。
〔仕上げ研磨工程〕
次に、図６に示すような仕上げ研磨装置４を用いて、ウェーハＷの第１の主面Ｗ１を仕上げ研磨し、粗研磨により生じる加工ダメージを除去したり、第１の主面Ｗ１の表面粗さを改善したりする。
まず、研磨ヘッド４０の図示しないウェーハチャックでウェーハＷを保持させる。次に、定盤４１を回転させるとともに、当該定盤４１上の研磨パッド４１１に研磨スラリーを供給する。そして、研磨ヘッド４０を回転させながら下降させ、ウェーハＷを研磨パッド４１１に接触させることによって、第１の主面Ｗ１を仕上げ研磨する。仕上げ研磨における取り代は、０．４μｍ以上１．２μｍ以下であることが好ましい。
仕上げ研磨が行われると、第１の主面Ｗ１とダレ面ｒ１が同じ取り代だけ削られ、ダレ面ｒ１のダレＲ１は、ほとんど変化しない。この仕上げ研磨の際、研磨パッド４１１が軟質のポリウレタン樹脂で構成されているため、さらにダレ面ｒ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分にダレ面ｒ２が発生するため、図３（Ａ）の右側の図に二点鎖線で示す仕上げ研磨直前の状態から、実線で示す状態となる。その結果、仕上げ研磨後のダレＲ２は、外周鏡面研磨後のダレＲ１よりさらに大きくなる。
第１の主面Ｗ１と外周面取り部ＷCとの境界部分にも、小さなダレが付加される。このダレは、上記ダレ面ｒ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分に発生するダレ面ｒ２によるダレと同程度の大きさである。その結果、仕上げ研磨後における第１の主面Ｗ１と外周面取り部ＷCとの境界部分のダレは、仕上げ研磨前よりも少し大きくなる。
［実施形態］
次に、本発明の一実施形態に係るウェーハの製造方法について説明する。
ウェーハの製造方法は、図７に示すように、ノッチ面取り部ＮCを鏡面研磨するノッチ鏡面研磨工程Ｓ１と、ノッチ鏡面研磨工程Ｓ１が施されたウェーハＷの両主面を粗研磨する両面研磨工程Ｓ２と、両面研磨工程Ｓ２が施されたウェーハＷの外周面取り部ＷCを鏡面研磨する外周鏡面研磨工程Ｓ３と、外周鏡面研磨工程Ｓ３が施されたウェーハＷの第１の主面Ｗ１を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程Ｓ４とを備えている。つまり、本実施形態のウェーハの製造方法は、ノッチ鏡面研磨工程を最初に行う点で、上記関連技術と異なっている。
なお、ウェーハとしては、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウムなどの材料で構成されたものを適用できる。
〔ノッチ鏡面研磨工程〕
まず、上記関連技術のノッチ鏡面研磨工程Ｓ１２と同じ装置および同じ条件を用いて、ウェーハＷのノッチ部Ｎを鏡面研磨する。
この鏡面研磨の際、研磨パッド２１が軟質の不織布で構成されている上、ウェーハＷを傾けて鏡面研磨を行うため、各主面Ｗ１，Ｗ２とノッチ面取り部ＮCとの境界部分には、図３（Ｂ）の左側の図に示すように、大きなダレＲ１が生じる。
なお、研磨パッド２１を構成する部材として、発泡ポリウレタン、ポリエステル不織布を適用してもよい。
研磨パッド２１の硬度としては、７０以上８０以下であることが好ましい。硬度が８０を超える場合、ノッチ面取り部ＮCを十分に研磨できないという不具合があり７０未満の場合、オーバーポリッシュ過多によるノッチ部Ｎの周辺形状の悪化という不具合があるからである。
〔両面研磨工程〕
次に、上記関連技術の両面研磨工程Ｓ１１と同じ装置および同じ条件を用いて、ウェーハＷの各主面Ｗ１，Ｗ２を粗研磨する。
この両面研磨の取り代は、仕上げ研磨と比べて大きい。このため、両面研磨後のノッチ部Ｎの形状は、図３（Ｂ）の中央の図に二点鎖線で示す両面研磨工程前の状態から、実線で示す状態となり、各主面Ｗ１，Ｗ２とノッチ面取り部ＮCとの境界部分のダレＲ１がなくなる。
しかし、上述したように、両面研磨時に研磨パッドが若干凹むため、各主面Ｗ１，Ｗ２と外周面取り部ＷCとの境界部分、および、各主面Ｗ１，Ｗ２とノッチ面取り部ＮCとの境界部分には、最終的に、微小なダレが発生する。
〔外周鏡面研磨工程〕
次に、上記関連技術の外周鏡面研磨工程Ｓ１３と同じ装置および同じ条件を用いて、ウェーハＷの外周面取り部ＷCを鏡面研磨する。
この外周鏡面研磨の際、上述のように、各主面Ｗ１，Ｗ２と外周面取り部ＷCとの境界部分に小さなダレが付加される一方で、当該小さなダレは、各主面Ｗ１，Ｗ２とノッチ面取り部ＮCとの境界部分に付加されない。その結果、ノッチ部Ｎの形状は、図３（Ｂ）の中央の図に実線で示す外周鏡面研磨直前の状態とほとんど変わらない。
〔仕上げ研磨工程〕
次に、上記関連技術の仕上げ研磨工程Ｓ１４と同じ装置および同じ条件を用いて、ウェーハＷの第１の主面Ｗ１を仕上げ研磨する。
仕上げ研磨が行われると、外周面取り部ＷCとノッチ面取り部ＮCが同じ取り代だけ削られ、仕上げ研磨後のノッチ部Ｎの形状は、図３（Ｂ）の右側の図に二点鎖線で示す仕上げ研磨直前の状態から、実線で示すダレ面ｒ２が付加された状態となる。
この仕上げ研磨の際、上述したように、第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分、および、第１の主面Ｗ１と外周面取り部ＷCとの境界部分に、それぞれ小さなダレ面ｒ２が付加される。仕上げ研磨前に、第１の主面Ｗ１と外周面取り部ＷCとの境界部分には、外周鏡面研磨によって小さなダレが付加されている。このため、仕上げ研磨後における第１の主面Ｗ１と外周面取り部ＷCとの境界部分のダレの大きさ（厚さ方向の長さ）は、仕上げ研磨前よりも大きくなる。
一方、仕上げ研磨前に、第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分には、外周鏡面研磨によるダレは付加されておらず、仕上げ研磨時に付加されるダレと比べて桁違いに小さい微小なダレが、両面研磨によって付加されている。このため、仕上げ研磨後における第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分のダレの形状は、仕上げ研磨で付加されたダレの形状（ダレ面ｒ２）とほぼ同じになる。つまり、第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分のダレの大きさ（厚さ方向の長さ）は、第１の主面Ｗ１と外周面取り部ＷCとの境界部分のダレよりも小さくなる。
また、仕上げ研磨で付加されるダレは、ノッチ鏡面研磨で付加されるダレと比べて桁違いに小さい。したがって、仕上げ研磨後における第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分の形状は、図３（Ｂ）の右側に実線で示すように、仕上げ研磨により作られたダレ面ｒ２が付加された形状とほぼ同じ形状になる。
以上の工程によって、第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分のダレが抑制されたウェーハＷが得られる。
また、第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分のダレ量（エッジロールオフ量）が、第１の主面Ｗ１と外周面取り部ＷCとの境界部分のダレ量よりも小さいウェーハＷが得られる。
［実施形態の作用効果］
上記実施形態によれば、関連技術で例示するように、従来、行われていたウェーハＷの製造方法におけるノッチ鏡面研磨工程を両面研磨工程の前に実施するだけの簡単な方法で、第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分におけるダレＲ２の発生を抑制できる。よって、上記特許文献１の発明のようにノッチ部Ｎの形状の変更を伴うことなく、ノッチ部Ｎ近傍の平坦性を高めることができる。
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
〔サンプルの作成〕
まず、１２枚のウェーハＷを準備した。図５（Ｂ）に示すようなノッチ部Ｎの幅ＮWが３．３ｍｍ、深さＮDが１．１３ｍｍのウェーハＷを１２枚準備した。
そして、６枚のウェーハＷに対して、図１に示すような上記関連技術のウェーハの製造方法を実施し、比較例１のサンプルを得た。
また、残りの６枚のウェーハＷに対して、図７に示すような上記実施形態のウェーハの製造方法を実施し、実施例１のサンプルを得た。
比較例１と実施例１とは、各工程を行う順序を異ならせたのみで、研磨装置および研磨条件を同じにした。各工程の条件を表１に示す。
Figure 2020104210
〔評価〕
平坦度測定器Ｗａｆｅｒｓｉｇｈｔ２（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いて、各ウェーハＷの外周部のＥＳＦＱＲ（Edge flatness metric, Sector based, Front surface referenced, least sQuares fit reference plane, Range of the data within sector）を測定した。ＥＳＦＱＲの測定は、ウェーハＷの最外周からウェーハ中心方向に２ｍｍ入った位置と、３２ｍｍ入った位置との間の円環状領域（エッジ最外周２ｍｍを除く、幅が３０ｍｍの円環状領域）を円周方向に７２等分したものを１つのサイトとして、各サイトに対して行った。
そして、各ウェーハＷにおけるノッチ部Ｎを含むサイトのＥＳＦＱＲ（以下、「ノッチＥＳＦＱＲ」という）をＶ１、それ以外のサイトのＥＳＦＱＲの最大値（以下、「外周最大ＥＳＦＱＲ」という）をＶ２として、以下の式（１）で示すノッチ平坦度指標Ｖを求めた。比較例１および実施例１の評価結果を図８に示す。
Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２ … （１）
図８に示すように、実施例１のノッチ平坦度指標Ｖは、比較例１よりも小さくなった。また、実施例１のノッチ平坦度指標Ｖの平均値は、２．９１ｎｍであり、比較例１のノッチ平坦度指標Ｖの平均値は、−４．５３ｎｍであった。
ここで、関連技術および実施形態のウェーハの製造方法を比較すると、上述のように、第１の主面Ｗ１と外周面取り部ＷCとの境界部分のダレの発生状況は同じであるが、第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分のダレの発生状況は異なる。ノッチ平坦度指標Ｖが小さくなったということは、外周最大ＥＳＦＱＲ（Ｖ２）については、実施例１と比較例１とでほぼ同じであるが、ノッチＥＳＦＱＲ（Ｖ１）については、実施例１が比較例１よりも小さくなったことを意味する。
以上のことから、本発明のウェーハの製造方法を実施することによって、ウェーハのノッチ近傍における平坦性を高められ、ウェーハ外周部全体としても平坦性を高められることが確認できた。
また、実施例１のノッチ平坦度指標Ｖが負の値になったということは、ノッチＥＳＦＱＲ（Ｖ１）が、外周最大ＥＳＦＱＲ（Ｖ２）よりも小さくなったことを意味する。
以上のことから、本発明のウェーハの製造方法を実施することによって、第１の主面Ｗ１とノッチ面取り部ＮCとの境界部分のエッジロールオフ量が、第１の主面Ｗ１と外周面取り部ＷCとの境界部分のエッジロールオフ量よりも小さいウェーハＷが得られることが確認できた。
Ｎ…ノッチ部、ＮC…ノッチ面取り部、Ｗ…ウェーハ、Ｗ１，Ｗ２…第１，第２の主面、ＷC…外周面取り部。

Claims (3)

  1. ノッチ部を有するウェーハの製造方法であって、
    前記ウェーハの両主面を研磨する両面研磨工程と、
    前記ノッチ部のノッチ面取り部を鏡面研磨するノッチ鏡面研磨工程と、
    前記ウェーハにおける外周部の外周面取り部を鏡面研磨する外周鏡面研磨工程と、
    前記ウェーハの一方の主面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程とを備え、
    前記ノッチ鏡面研磨工程と前記両面研磨工程と前記外周鏡面研磨工程とを、当該順序で行った後に、前記仕上げ研磨工程を行うことを特徴とするウェーハの製造方法。
  2. 請求項１に記載のウェーハの製造方法において、
    前記ウェーハがシリコンウェーハであることを特徴とするウェーハの製造方法。
  3. ノッチ部を有するウェーハであって、
    前記ノッチ部のノッチ面取り部のエッジロールオフ量が、前記ウェーハにおける外周部の外周面取り部のエッジロールオフ量よりも小さいことを特徴とするウェーハ。
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