JP3797065B2 - 片面鏡面ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は片面鏡面ウェーハの製造方法、例えばサンギヤが組み込まれていない両面研磨装置を用いてシリコンウェーハを研磨することで、一面が鏡面に仕上げされ、他面が梨地面である片面鏡面ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の両面研磨ウェーハの製造では、単結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、このシリコンウェーハに対して面取り、ラッピング、エッチングの各工程が順次行われる。それからウェーハ表裏両面に鏡面仕上げを施す両面研磨が行われる。この両面研磨には、通常、中心部にサンギヤが配置され、外周部にインターナルギヤが配置された遊星歯車構造を有する両面研磨装置が用いられている。
この両面研磨装置では、キャリアプレートに複数形成されたウェーハ保持孔の内部にシリコンウェーハを挿入・保持し、その上方から研磨砥粒を含むスラリーを供給しながら、対向面に研磨布が張られた上定盤および下定盤を各ウェーハの表裏両面に押しあてることで、キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転・公転させて、各シリコンウェーハの両面を同時に研磨する。
【０００３】
ところで、このような遊星歯車式の両面研磨装置は、その中央部にサンギヤが存在する。このため、例えば３００ｍｍウェーハといった大口径ウェーハを両面研磨することができる両面研磨装置を製作する場合、このサンギヤの分だけキャリアプレート、ひいては両面研磨装置全体が大型化してしまうという問題点があった。例えば、３００ｍｍウェーハでは定盤の直径が３ｍ以上にもなる。
【０００４】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば、特開平１１−２５４３０２号公報に記載の「両面研磨装置」が知られている。
この両面研磨装置は、シリコンウェーハが保持される複数個のウェーハ保持孔を有するキャリアプレートと、このキャリアプレートの上下に配置されて、それぞれの対向面に、ウェーハ表裏両面の光沢度が同じになるように研磨する研磨布が展張された上定盤および下定盤と、両定盤間に保持されたキャリアプレートを、このキャリアプレートの表面と平行な面内で運動させるキャリア運動手段とを備えている。
ここでいうキャリアプレートの運動とは、両定盤の間に保持されたシリコンウェーハが、その対応するウェーハ保持孔内で旋回するような、キャリアプレートの自転をともなわない円運動を意味する。また、ウェーハ両面研磨中、これらの定盤は垂直な各回転軸を中心にして、互いに反対方向に回転する。
【０００５】
したがって、ウェーハ両面研磨時には、キャリアプレートの各ウェーハ保持孔にシリコンウェーハを挿入・保持し、研磨砥粒を含むスラリーをシリコンウェーハに供給しながら、しかも上定盤および下定盤を回転しつつ、キャリアプレートに自転をともなわない円運動を行わせることで、各シリコンウェーハが同時に両面研磨される。
ここでいう両面研磨装置（以下、無サンギヤ式両面研磨装置という場合がある）には、サンギヤが組み込まれていない。よって、その分だけ、キャリアプレート上でのウェーハ保持孔の形成スペースが拡大される。その結果、大きさが同じ両面研磨装置であっても、研磨処理が可能なウェーハのサイズを大きくすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無サンギヤ式両面研磨装置を用いたシリコンウェーハの両面研磨方法では、以下の問題点があった。
すなわち、従来装置によるウェーハ両面研磨方法では、日本電色社の測定器による測定の結果が、シリコンウェーハの表裏両面ともに、鏡面を示す光沢度３３０％であった。このため、例えばウェーハ裏面の光沢度を低下させてその面を梨地面としたい場合などには、それに対応することができなかった。
そこで、従来、一面が鏡面で他面が光沢度の低い梨地面である片面鏡面ウェーハとしたい場合には、片面研磨装置を用いて行われていた。すなわち、混酸またはアルカリ性エッチング液によりエッチングされたウェーハの表面だけを鏡面化する方法である。
すなわち、従来の無サンギヤ式両面研磨装置にあっては、ウェーハ表面を鏡面研磨すると同時に、ウェーハ裏面を梨地面に仕上げることはできなかった。
また、この無サンギヤ式両面研磨装置によってベアウェーハの両面同時研磨を行った際、ウェーハ保持孔内で旋回中のベアウェーハの外周部が、この保持孔の形成部の内周面に接触するなどして、ウェーハ外周部にカケなどの破損が発生するおそれがあった。
【０００７】
【発明の目的】
そこで、この発明は、無サンギヤ式両面研磨装置を用いて、裏面が梨地面の片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができ、しかもこの両面同時研磨時にウェーハ外周部にカケなどが発生しにくい片面鏡面ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、保護層によるウェーハ外周部の被覆処理時間の短縮が図れて、この被覆処理に要するコストを低減させることができる片面鏡面ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
さらに、この発明は、片面鏡面ウェーハの製造工程数の削減を図ることができる片面鏡面ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
そして、この発明は、簡単かつ低コストで、ウェーハ表面を鏡面研磨する一方、ウェーハ裏面を梨地加工することができる片面鏡面ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、エッチングされたシリコンウェーハの面取りされた外周部を含む両面全面を、ドナーキラー熱処理によって形成された厚さ０．５〜３ｎｍの保護層によって被覆する工程と、この後、キャリアプレートに上記シリコンウェーハを保持し、スラリーをシリコンウェーハに供給しながら、それぞれ研磨布が展張された上定盤および下定盤の間で、上記キャリアプレートの表面と平行な面内で、このキャリアプレートを、上記シリコンウェーハがウェーハ保持孔の内部で旋回する自転をともなわない円運動させて、上記シリコンウェーハの表裏両面を同時に研磨する両面研磨装置を使用して、上記シリ コンウェーハの両面を同時に研磨することで、上記シリコンウェーハの表面を鏡面研磨するとともに、その裏面を梨地加工する工程とを備えた片面鏡面ウェーハの製造方法であって、上記上定盤の研磨布および下定盤の研磨布のうちの何れか一方に、残りの他方とは研磨時における上記シリコンウェーハの沈み込み量が異なる研磨布を使用した片面鏡面ウェーハの製造方法である。
【０００９】
シリコンウェーハの大きさは限定されない。例えば、３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハでもよい。
シリコンウェーハのエッチングの種類は限定されない。例えば、混酸などによる酸エッチでもよいし、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどを使用したアルカリエッチでもよい。
梨地面であるウェーハ裏面の光沢度は限定されない。例えば、鏡面仕上げされたウェーハ表面の６０〜９５％などでもよい。例えばこの光沢度の測定は公知の測定器（例えば日本電色社製測定器）を用いて行うことができる。この測定器による測定の場合、表面（鏡面）の光沢度は３３０％である。したがって、他面の光沢度は約２００〜３１０％となる。
【００１０】
保護層の素材は限定されない。ただし、シリコンウェーハよりも硬い素材が好ましい。これは、ウェーハ外周部を保護層により被覆する時間を短縮できたり、この被覆に要するコスト低下を図るためである。シリコンウェーハでは、シリコン酸化膜などが適当である。そのほか、窒化膜などでもよい。
この保護層によって被覆されるのは、シリコンウェーハの少なくとも外周部である。例えば、ウェーハ裏面またはこのウェーハの露出面全体を被覆していてもよい。このようにシリコンウェーハの全面を保護層によって覆う場合には、その後の両面同時研磨時に、表裏面を覆っている保護層が邪魔になる。しかしながら、保護層の膜厚は、通常、０．５〜３ｎｍと薄いため、この膜は両面同時研磨時に簡単に除去される。保護層の厚さが０．５ｎｍ未満では、加工中に保護層がなくなってしまい、保護膜としての機能が果たせない場合がある。また、３ｎｍを超えると成膜に時間がかかり過ぎるという若干の不都合が生じる。
【００１１】
保護層の形成方法は限定されない。通常、保護層の素材によって適宜選択される。また、片面鏡面ウェーハの製造工程において、この保護層でウェーハ外周部を被覆する時期は、シリコンウェーハのエッチ後から両面同時研磨されるまでのあいだであれば限定されない。必要であればシリコンウェーハのエッチ後、ウェーハ表面の研削を行ってもよい。また、この表面研削後に、ウェーハ外周部を鏡面仕上げするＰＣＲ加工を施してもよい。さらに、このＰＣＲ加工を施した後、ドナーキラー熱処理（保護層の同時形成）を行ってもよい。
【００１２】
片面鏡面ウェーハの製造は、無サンギヤ式両面研磨装置によって行われる。
この研磨装置にはサンギヤが組み込まれておらず、上定盤および下定盤の間でキャリアプレートを運動させることでシリコンウェーハの表裏両面を同時に研磨する装置である。
キャリアプレートに形成されるウェーハ保持孔の個数は、１個（枚葉式）でも複数個でもよい。ウェーハ保持孔の大きさは、研磨されるシリコンウェーハの大きさにより、任意に変更される。
【００１３】
キャリアプレートの運動は、キャリアプレートの表面（または裏面）と平行な面内での運動であれば良く、運動の方向などは限定されない。例えば、上定盤および下定盤の間で保持されたシリコンウェーハがウェーハ保持孔の内部で旋回するキャリアプレートの自転をともなわない円運動でもよい。なお、自転をともなわない円運動とは、キャリアプレートが上定盤および下定盤の軸線から所定距離だけ偏心した状態を常に保持して旋回するような円運動である。この円運動によって、キャリアプレート上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描くことになる。
その他、キャリアプレートの中心線を中心とした円運動、偏心位置での円運動、直線運動などでもよい。なお、この直線運動の場合には、上定盤および下定盤をそれぞれの軸線を中心に回転させる方が、ウェーハ表裏両面を均一に研磨することができる。
【００１４】
使用されるスラリーの種類としては、例えばｐＨが１０〜１１．４の低いアルカリ性を有するアルカリ液に研磨砥粒が分散されたものを採用することができる。研磨砥粒の平均粒径は、通常、０．０２〜０．１μｍ程度である。
なお、ｐＨ１０未満では研磨レートが低くなり、ｐＨ１１．４を超えると研磨剤の凝集が生じる。
スラリーの供給量はキャリアプレートの大きさにより異なり、限定されない。
通常は、１．０〜２．０リットル／分である。スラリーのシリコンウェーハへの供給は、例えば、シリコンウェーハの鏡面とは反対側の上定盤側から行うことができる。この場合、ウェーハの鏡面側の面は下定盤により研磨される。
【００１５】
上定盤および下定盤の回転速度は限定されない。例えば、同じ速度で回転させてもよいし、異なる速度で回転させてもよい。また、各回転方向も限定されない。すなわち、同じ方向に回転させてもよいし、互いに反対方向へ回転させてもよい。ただし、必ずしも上定盤および下定盤を同時に回転させなくてもよい。それは、この発明が、シリコンウェーハの表裏両面に上定盤および下定盤の各研磨布を押し付けた状態でキャリアプレートを運動させる構成を採用しているためである。
上定盤および下定盤のシリコンウェーハに対しての押圧力は限定されない。通常は１５０〜２５０ｇ／ｃｍ２である。
【００１６】
また、ウェーハ表裏両面の研磨量および研磨速度も限定されない。このウェーハ表面とウェーハ裏面との研磨速度のちがいは、ウェーハ表裏両面の光沢度に大きな影響をおよぼす。
これらの上定盤および下定盤に展張される研磨布の種類および材質は限定されない。例えば、硬質発泡ウレタンフォームパッド、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた不織布パッドが挙げられる。その他、不織布からなる基布の上にウレタン樹脂を発泡させたパッドなども挙げられる。
また、上定盤用の研磨布、下定盤用の研磨布として、ウェーハ研磨時において、シリコンウェーハの沈み込み量が異なるものを採用する。なお、沈み込み量は限定されない。
【００１７】
ドナーキラー熱処理とは、ＣＺ法による単結晶シリコン製のウェーハを６５０℃前後の温度で短時間（０．５〜１．５時間）熱処理した後、４５０℃前後の温度領域を急速に冷却して、ウェーハ中の酸素ドナーを消去する処理である。この際の熱処理によって、ウェーハ露出面の全体（ウェーハ外周部を含む）をシリコン酸化膜（保護層）によって覆う。
【００１８】
シリコン酸化膜の形成は、例えば、乾燥酸素中の酸化であるドライ酸化式、水蒸気酸化のウェット酸化式などで行う。
【００１９】
このシリコンウェーハの沈み込み量を異ならせる方法は限定されない。例えば、高度が異なる材質の研磨布、密度が異なる材質の研磨布、圧縮率がちがう材質の研磨布、または、圧縮弾性率がちがう材質の研磨布などを採用することができる。このように硬度、密度、圧縮率または圧縮弾性率が異なる研磨布を使用して、ウェーハ表裏両面を研磨すれば、シリコンウェーハの表裏両面が別々の光沢度に研磨される。
また、このほか、このようにシリコンウェーハの沈み込み量を異ならせる方法として、例えば同じ材質の研磨布において、硬度、密度、圧縮率、圧縮弾性率を異ならせるようにしてもよい。
【００２０】
【作用】
この発明によれば、あらかじめエッチングされたウェーハの外周部を保護層により被覆し、その後、無サンギヤ式両面研磨装置を使用してウェーハ表裏両面を同時に研磨する。これにより、この無サンギヤ式の両面研磨装置を用いて、ウェーハ表面が鏡面で、ウェーハ裏面は梨地面である片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。しかも、この両面同時研磨時に、ウェーハ外周部にカケなどの破損も発生しにくい。
また、保護層の厚さを０．５〜３ｎｍとしたので、保護層によるウェーハ外周部の被覆処理時間の短縮が図れて、この被覆処理に要するコストを低減することができる。しかも、仮にこの保護層がウェーハ露出面の全体を覆っている場合であっても、両面同時研磨時に、比較的短時間でウェーハ表裏両面を覆った保護層の部分を除去することができる。
【００２１】
また、保護層をドナーキラー熱処理で形成するようにしたので、片面鏡面ウェーハの製造工程数を削減することができる。
【００２２】
さらに、この発明によれば、上定盤用の研磨布と下定盤用の研磨布として、研磨時におけるシリコンウェーハの沈み込み量が異なるものを採用したので、簡単かつ低コストで、ウェーハ表面を鏡面研磨し、かつウェーハ裏面を梨地加工することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１はこの発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法のフローシートである。
図１に示すように、この実施例にあっては、スライス，面取り，ラップ，アルカリエッチ，必要に応じての表面研削，ＰＣＲ，ドナーキラー熱処理，鏡面研磨，仕上げ洗浄の各工程を経て、半導体ウェーハが作製される。以下、各工程を詳細に説明する。
【００２４】
ＣＺ法により引き上げられたシリコンインゴットは、スライス工程（Ｓ１０１）で、直径２０１ｍｍ、厚さ８７５μｍのシリコンウェーハにスライスされる。
次に、シリコンウェーハに面取り（Ｓ１０２）が施される。すなわち、ウェーハの外周部が＃６００〜＃１５００のメタル面取り用砥石により、所定の形状にあらく面取りされる。これにより、このウェーハの外周部は、所定の丸みを帯びた形状（例えばＭＯＳ型の面取り形状）に成形される。
【００２５】
次に、この面取り加工がほどこされたシリコンウェーハは、ラッピング工程（Ｓ１０３）でラッピングされる。このラッピング工程では、シリコンウェーハを、互いに平行に保たれたラップ定盤の間に配置し、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を、このラップ定盤とシリコンウェーハとの間に流し込む。そして、加圧下で回転・すり合わせを行なうことにより、ウェーハ表裏面を機械的にラップする。この際のラップ量は、ウェーハの表裏両面を合わせて４０〜８０μｍ程度である。
【００２６】
続いて、このラッピング工程後のシリコンウェーハに、アルカリエッチングが施される（Ｓ１０４）。
アルカリ性エッチング液としては重量濃度４５ｗｔ％のＮａＯＨ溶液が用いられ、エッチング温度９０℃、エッチング時間５〜１５分でエッチングが行なわれる。
次いで、必要に応じて、エッチングされたウェーハには表面研削が施される（Ｓ１０５）。具体的には、＃８００のレジノイド研削砥石により、ウェーハの表面が１０μｍだけ研削される。
その後、この表面研削されたエッチングされたウェーハの外周部にＰＣＲ加工が施され、ウェーハ外周面が鏡面化される（Ｓ１０６）。公知のＰＣＲ研磨機を用いて行う。
【００２７】
次に、ＰＣＲ加工されたエッチドウェーハを熱酸化処理炉に挿入し、ドナーキラー熱処理を行う（Ｓ１０７）。すなわち、８００℃前後の温度で２０分間だけ熱処理した後、４５０℃前後の温度領域を急冷し、ウェーハ中の酸素ドナーを消去する。なお、このとき、ウェーハ全面が厚さ３ｎｍのシリコン酸化膜によって覆われる。
こうして得られたシリコン酸化膜付きのエッチングされたウェーハを図２に示す。図２は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法によって中間製造された研磨ガード膜付きの半導体ウェーハの拡大断面図である。図２中、Ｗはシリコンウェーハ（エッチングされたウェーハ）、Ｓはシリコン酸化膜（保護層）である。
【００２８】
次いで、このウェーハ表面にバッチ式の無サンギヤ式両面研磨装置によって、両面研磨が施される（Ｓ１０８）。研磨量は、ウェーハ表面が８μｍ、ウェーハ裏面が１μｍである。これにより、ウェーハ表裏両面を被覆していたシリコン酸化膜Ｓが除去され、さらにウェーハ表面は鏡面に仕上げられ、ウェーハ裏面はエッチ面（梨地面）となる。
続いて、洗浄工程（Ｓ１０９）を施す。具体的には、ＲＣＡ系の洗浄とする。
【００２９】
次に、図３〜図７に基づいて、片面鏡面ウェーハを製造するための無サンギヤ式両面研磨装置を説明する。
図３は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置の全体斜視図である。図４は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置によるウェーハ両面研磨中の縦断面図である。図５は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置による両面研磨中の状態を示すその断面図である。図６は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置の概略平面図である。図７は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハを作製可能な両面研磨装置のキャリアプレートに運動力を伝達する運動力伝達系の要部拡大断面図である。
【００３０】
図３および図４において、１０は一実施例に係る一面が鏡面で他面が梨地面の片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される無サンギヤ式両面研磨装置（以下、両面研磨装置という）である。この両面研磨装置１０は、５個のウェーハ保持孔１１ａがプレート軸線回りに（円周方向に）７２度ごとに穿設された平面視して円板形状のガラスエポキシ製のキャリアプレート１１と、それぞれのウェーハ保持孔１１ａに旋回自在に挿入・保持されたシリコン酸化膜Ｓ付きのシリコンウェーハＷを、上下から挟み込むとともに、シリコンウェーハＷに対して相対的に移動させることでウェーハ面を研磨する上定盤１２および下定盤１３とを備えている。シリコンウェーハＷは、その外周部だけがシリコン酸化膜Ｓにより覆われたものを採用してもよい。また、キャリアプレート１１の厚さ（６００μｍ）は、シリコンウェーハＷの厚さ（７３５μｍ）よりも若干薄くなっている。
【００３１】
上定盤１２の下面には、ウェーハ裏面を梨地面に研磨する硬質の発泡ウレタンフォームパッド１４が展張されている。また下定盤１３の上面には、ウェーハ表面を鏡面化させる不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた軟質の不織布パッド１５が展張されている。硬質発泡ウレタンフォームパッド１４（ロデール社製ＭＨＳ１５Ａ）の硬度は８５゜（Ａｓｋｅｒ）、密度は０．５３ｇ／ｃｍ３、圧縮率は３．０％、その厚さは１０００μｍである。一方、軟質不織布パッド１５（ロデール社製Ｓｕｂａ６００）の硬度は８０゜（Ａｓｋｅｒ）、圧縮率は３．５％、圧縮弾性率は７５．０％であって、厚さは１２７０μｍである（図５も参照）。
【００３２】
上定盤１２は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転する。また、この上定盤１２は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直方向に昇降させられる。この昇降装置１８は、シリコンウェーハＷをキャリアプレート１１に給排する際などに用いられる。なお、上定盤１２および下定盤１３のシリコンウェーハＷの表裏両面に対する押圧は、上定盤１２および下定盤１３に組み込まれた図示しないエアバック方式などの加圧手段により行われる。
下定盤１３は、その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転する。このキャリアプレート１１は、そのプレート１１自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１の面と平行な面（水平面）内で円運動する。
次に、図３，図４，図６および図７を参照して、このキャリア円運動機構１９を詳細に説明する。
【００３３】
これらの図に示すように、キャリア円運動機構１９は、キャリアプレート１１を外方から保持する環状のキャリアホルダ２０を有している。これらの部材１１，２０は、連結構造体２１を介して連結されている。ここでいう連結構造体２１とは、キャリアプレート１１を、そのキャリアプレート１１が自転せず、しかもこのプレート１１の熱膨張時の伸びを吸収できるようにキャリアホルダ２０に連結させる手段である。
すなわち、この連結構造体２１は、キャリアホルダ２０の内周フランジ２０ａに、ホルダ周方向へ所定角度ごとに突設された多数本のピン２３と、各対応するピン２３を、キャリアプレート１１の外周部に各ピン２３と対応する位置に対応する数だけ穿設された長孔形状のピン孔１１ｂとを有している。
【００３４】
これらのピン孔１１ｂは、ピン２３を介してキャリアホルダ２０に連結されたキャリアプレート１１が、その半径方向へ若干移動できるように、その孔の長さ方向をプレート半径方向と合致させている。それぞれのピン孔１１ｂにピン２３を遊挿させてキャリアプレート１１をキャリアホルダ２０に装着することで、両面研磨時のキャリアプレート１１の熱膨張による伸びが吸収される。なお、各ピン２３の元部は、この部分の外周面に刻設された外ねじを介して、上記内周フランジ２０ａに形成されたねじ孔にねじ込まれている。また、各ピン２３の元部の外ねじの直上部には、キャリアプレート１１が載置されるフランジ２３ａが周設されている。したがって、ピン２３のねじ込み量を調整することで、フランジ２３ａに載置されたキャリアプレート１１の高さ位置が調整可能となる。
【００３５】
このキャリアホルダ２０の外周部には、９０度ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが挿着されている。また、これら４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。これらの回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０度ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固着されている。そして、各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。なお、このタイミングチェーン２７をギヤ構造の動力伝達系に変更してもよい。これらの４個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる同期手段を構成している。
【００３６】
また、これらの４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂはさらに長尺に形成されており、その先端部がスプロケット２６より下方に突出されている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固着されている。このギヤ２８は、例えばギヤドモータなどの円運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。なお、このようにタイミングチェーン２７により同期させなくても、例えば４個の偏心アーム２４のそれぞれに円運動用モータ２９を配設させて、各偏心アーム２４を個別に回転させてもよい。ただし、各編心アーム２４の回転は同期させる必要がある。
【００３７】
したがって、円運動用モータ２９の出力軸を回転させると、その回転力は、ギヤ３０，２８および長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介してタイミングチェーン２７に伝達され、このタイミングチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期して回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、それぞれの偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１が、このプレート１１に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。すなわち、キャリアプレート１１は上定盤１２および下定盤１３の軸線ａから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離と同じである。この自転をともなわない円運動により、キャリアプレート１１上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描く。
【００３８】
次に、この両面研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
まず、下定盤１３側に設置されたキャリアプレート１１の各ウェーハ保持孔１１ａにそれぞれ旋回自在にシリコンウェーハＷを挿入する。このとき、各シリコン酸化膜Ｓによって覆われたウェーハ裏面は上向きとする。次いで、この状態のまま、上定盤１２をキャリアプレート１１に２００ｇ／ｃｍ２で押し付ける。
【００３９】
その後、これらの両パッド１４，１５をウェーハ表裏両面に押し付けた状態で、上定盤１２側からスラリーを供給しながら、円運動用モータ２９によりタイミングチェーン２７を周転させる。これにより、各偏心アーム２４が水平面内で同期回転し、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０およびキャリアプレート１１が、このプレート１１表面に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を２４ｒｐｍで行う。その結果、各シリコンウェーハＷは、対応するウェーハ保持孔１１ａ内で水平面内で旋回しながら、それぞれのウェーハ表裏両面が両面研磨される。ここで使用するスラリーは、ｐＨ１０．６のアルカリ性の液中に、粒度０．０５μｍのコロイダルシリカからなる研磨砥粒が分散されたものである。
【００４０】
この両面同時研磨によって、ウェーハ表面が８μｍ、ウェーハ裏面が１μｍだけ研磨される。これにより、ウェーハ表裏両面を覆っていたシリコン酸化膜Ｓが除去され、さらにウェーハ表面は鏡面に仕上げられ、ウェーハ裏面はエッチ面（梨地面）に加工される。その結果、無サンギヤ式両面研磨装置１０を用いて、表面が鏡面で裏面が梨地面の片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。
しかも、この研磨時には、ウェーハ外周部がシリコン酸化膜Ｓによって被覆されている。これにより、ウェーハ保持孔内で旋回中のウェーハ外周部が、この保持孔の形成部の内周面に接触しても、従来のベアウェーハのときに比べて、ウェーハ外周部にカケなどの破損が発生しにくい。
【００４１】
また、この実施例では、保護層として、単結晶シリコンよりも硬いシリコン酸化膜Ｓを採用したので、保護層を薄くでき、これによりウェーハ裏面へのシリコン酸化膜Ｓの被覆時間を短縮でき、さらにこの被覆にかかるコストも安価にすることができる。
しかも、このシリコン酸化膜Ｓの厚さを３ｎｍと薄くしたので、保護層によるウェーハ外周部の被覆処理時間の短縮が図れて、この被覆処理に要するコストを低減することができる。
そして、ここでは、シリコン酸化膜Ｓをドナーキラー熱処理と同時に形成するようにしたので、片面鏡面ウェーハの製造工程数を削減することができる。
さらに、上定盤１２用の研磨布と下定盤１３用の研磨布として、研磨時におけるシリコンウェーハＷの沈み込み量が異なる硬質発泡ウレタンフォームパッド１４、および、軟質不織布パッド１５を採用したので、簡単かつ低コストで、ウェーハ表面を鏡面研磨し、かつウェーハ裏面を梨地加工することができる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によれば、あらかじめエッチングされたウェーハの外周部を保護層で被覆した後、無サンギヤ式両面研磨装置によりウェーハ表裏両面を同時に研磨するようにしたので、この無サンギヤ式の両面研磨装置を用いて、ウェーハ表面が鏡面で、ウェーハ裏面は梨地面である片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。しかも、この両面同時研磨時に、ウェーハ外周部にカケなどの破損も発生しにくくなる。
また、保護層の厚さを０．５〜１ｎｍとしたので、ウェーハ外周部の被覆処理時間の短縮が図れ、この被覆処理に要するコストを低減することができる。しかも、このように膜厚が薄いので、仮に保護層によってウェーハ露出面の全体が被覆されている場合でも、両面同時研磨時に、比較的短時間のうちにウェーハ表裏面を覆った保護層の部分を除去することができる。
【００４３】
また、保護膜をドナーキラー熱処理によって形成したので、片面鏡面ウェーハの製造工程数を削減することができる。
【００４４】
さらに、上定盤用の研磨布と下定盤用の研磨布として、研磨時におけるシリコンウェーハの沈み込み量が異なるものを採用したので、簡単かつ低コストで、ウェーハ表面を鏡面研磨し、かつウェーハ裏面を梨地加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法のフローシートである。
【図２】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法によって中間製造された保護層付きの半導体ウェーハの拡大断面図である。
【図３】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置の全体斜視図である。
【図４】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置によるウェーハ両面研磨中の状態を示す縦断面図である。
【図５】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置による両面研磨中の状態を示すその断面図である。
【図６】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置の概略平面図である。
【図７】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハを作製可能な両面研磨装置のキャリアプレートに運動力を伝達する運動力伝達系の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 無サンギヤ式両面研磨装置（両面研磨装置）、
１１ キャリアプレート、
１１ａ ウェーハ保持孔、
１２ 上定盤、
１３ 下定盤、
１４ 硬質発泡ウレタンフォームパッド（研磨布）、
１５ 軟質不織布パッド（研磨布）、
Ｓ シリコン酸化膜（保護層）、
Ｗ シリコンウェーハ。
【発明の属する技術分野】
この発明は片面鏡面ウェーハの製造方法、例えばサンギヤが組み込まれていない両面研磨装置を用いてシリコンウェーハを研磨することで、一面が鏡面に仕上げされ、他面が梨地面である片面鏡面ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の両面研磨ウェーハの製造では、単結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、このシリコンウェーハに対して面取り、ラッピング、エッチングの各工程が順次行われる。それからウェーハ表裏両面に鏡面仕上げを施す両面研磨が行われる。この両面研磨には、通常、中心部にサンギヤが配置され、外周部にインターナルギヤが配置された遊星歯車構造を有する両面研磨装置が用いられている。
この両面研磨装置では、キャリアプレートに複数形成されたウェーハ保持孔の内部にシリコンウェーハを挿入・保持し、その上方から研磨砥粒を含むスラリーを供給しながら、対向面に研磨布が張られた上定盤および下定盤を各ウェーハの表裏両面に押しあてることで、キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転・公転させて、各シリコンウェーハの両面を同時に研磨する。
【０００３】
ところで、このような遊星歯車式の両面研磨装置は、その中央部にサンギヤが存在する。このため、例えば３００ｍｍウェーハといった大口径ウェーハを両面研磨することができる両面研磨装置を製作する場合、このサンギヤの分だけキャリアプレート、ひいては両面研磨装置全体が大型化してしまうという問題点があった。例えば、３００ｍｍウェーハでは定盤の直径が３ｍ以上にもなる。
【０００４】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば、特開平１１−２５４３０２号公報に記載の「両面研磨装置」が知られている。
この両面研磨装置は、シリコンウェーハが保持される複数個のウェーハ保持孔を有するキャリアプレートと、このキャリアプレートの上下に配置されて、それぞれの対向面に、ウェーハ表裏両面の光沢度が同じになるように研磨する研磨布が展張された上定盤および下定盤と、両定盤間に保持されたキャリアプレートを、このキャリアプレートの表面と平行な面内で運動させるキャリア運動手段とを備えている。
ここでいうキャリアプレートの運動とは、両定盤の間に保持されたシリコンウェーハが、その対応するウェーハ保持孔内で旋回するような、キャリアプレートの自転をともなわない円運動を意味する。また、ウェーハ両面研磨中、これらの定盤は垂直な各回転軸を中心にして、互いに反対方向に回転する。
【０００５】
したがって、ウェーハ両面研磨時には、キャリアプレートの各ウェーハ保持孔にシリコンウェーハを挿入・保持し、研磨砥粒を含むスラリーをシリコンウェーハに供給しながら、しかも上定盤および下定盤を回転しつつ、キャリアプレートに自転をともなわない円運動を行わせることで、各シリコンウェーハが同時に両面研磨される。
ここでいう両面研磨装置（以下、無サンギヤ式両面研磨装置という場合がある）には、サンギヤが組み込まれていない。よって、その分だけ、キャリアプレート上でのウェーハ保持孔の形成スペースが拡大される。その結果、大きさが同じ両面研磨装置であっても、研磨処理が可能なウェーハのサイズを大きくすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無サンギヤ式両面研磨装置を用いたシリコンウェーハの両面研磨方法では、以下の問題点があった。
すなわち、従来装置によるウェーハ両面研磨方法では、日本電色社の測定器による測定の結果が、シリコンウェーハの表裏両面ともに、鏡面を示す光沢度３３０％であった。このため、例えばウェーハ裏面の光沢度を低下させてその面を梨地面としたい場合などには、それに対応することができなかった。
そこで、従来、一面が鏡面で他面が光沢度の低い梨地面である片面鏡面ウェーハとしたい場合には、片面研磨装置を用いて行われていた。すなわち、混酸またはアルカリ性エッチング液によりエッチングされたウェーハの表面だけを鏡面化する方法である。
すなわち、従来の無サンギヤ式両面研磨装置にあっては、ウェーハ表面を鏡面研磨すると同時に、ウェーハ裏面を梨地面に仕上げることはできなかった。
また、この無サンギヤ式両面研磨装置によってベアウェーハの両面同時研磨を行った際、ウェーハ保持孔内で旋回中のベアウェーハの外周部が、この保持孔の形成部の内周面に接触するなどして、ウェーハ外周部にカケなどの破損が発生するおそれがあった。
【０００７】
【発明の目的】
そこで、この発明は、無サンギヤ式両面研磨装置を用いて、裏面が梨地面の片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができ、しかもこの両面同時研磨時にウェーハ外周部にカケなどが発生しにくい片面鏡面ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、保護層によるウェーハ外周部の被覆処理時間の短縮が図れて、この被覆処理に要するコストを低減させることができる片面鏡面ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
さらに、この発明は、片面鏡面ウェーハの製造工程数の削減を図ることができる片面鏡面ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
そして、この発明は、簡単かつ低コストで、ウェーハ表面を鏡面研磨する一方、ウェーハ裏面を梨地加工することができる片面鏡面ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、エッチングされたシリコンウェーハの面取りされた外周部を含む両面全面を、ドナーキラー熱処理によって形成された厚さ０．５〜３ｎｍの保護層によって被覆する工程と、この後、キャリアプレートに上記シリコンウェーハを保持し、スラリーをシリコンウェーハに供給しながら、それぞれ研磨布が展張された上定盤および下定盤の間で、上記キャリアプレートの表面と平行な面内で、このキャリアプレートを、上記シリコンウェーハがウェーハ保持孔の内部で旋回する自転をともなわない円運動させて、上記シリコンウェーハの表裏両面を同時に研磨する両面研磨装置を使用して、上記シリ コンウェーハの両面を同時に研磨することで、上記シリコンウェーハの表面を鏡面研磨するとともに、その裏面を梨地加工する工程とを備えた片面鏡面ウェーハの製造方法であって、上記上定盤の研磨布および下定盤の研磨布のうちの何れか一方に、残りの他方とは研磨時における上記シリコンウェーハの沈み込み量が異なる研磨布を使用した片面鏡面ウェーハの製造方法である。
【０００９】
シリコンウェーハの大きさは限定されない。例えば、３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハでもよい。
シリコンウェーハのエッチングの種類は限定されない。例えば、混酸などによる酸エッチでもよいし、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどを使用したアルカリエッチでもよい。
梨地面であるウェーハ裏面の光沢度は限定されない。例えば、鏡面仕上げされたウェーハ表面の６０〜９５％などでもよい。例えばこの光沢度の測定は公知の測定器（例えば日本電色社製測定器）を用いて行うことができる。この測定器による測定の場合、表面（鏡面）の光沢度は３３０％である。したがって、他面の光沢度は約２００〜３１０％となる。
【００１０】
保護層の素材は限定されない。ただし、シリコンウェーハよりも硬い素材が好ましい。これは、ウェーハ外周部を保護層により被覆する時間を短縮できたり、この被覆に要するコスト低下を図るためである。シリコンウェーハでは、シリコン酸化膜などが適当である。そのほか、窒化膜などでもよい。
この保護層によって被覆されるのは、シリコンウェーハの少なくとも外周部である。例えば、ウェーハ裏面またはこのウェーハの露出面全体を被覆していてもよい。このようにシリコンウェーハの全面を保護層によって覆う場合には、その後の両面同時研磨時に、表裏面を覆っている保護層が邪魔になる。しかしながら、保護層の膜厚は、通常、０．５〜３ｎｍと薄いため、この膜は両面同時研磨時に簡単に除去される。保護層の厚さが０．５ｎｍ未満では、加工中に保護層がなくなってしまい、保護膜としての機能が果たせない場合がある。また、３ｎｍを超えると成膜に時間がかかり過ぎるという若干の不都合が生じる。
【００１１】
保護層の形成方法は限定されない。通常、保護層の素材によって適宜選択される。また、片面鏡面ウェーハの製造工程において、この保護層でウェーハ外周部を被覆する時期は、シリコンウェーハのエッチ後から両面同時研磨されるまでのあいだであれば限定されない。必要であればシリコンウェーハのエッチ後、ウェーハ表面の研削を行ってもよい。また、この表面研削後に、ウェーハ外周部を鏡面仕上げするＰＣＲ加工を施してもよい。さらに、このＰＣＲ加工を施した後、ドナーキラー熱処理（保護層の同時形成）を行ってもよい。
【００１２】
片面鏡面ウェーハの製造は、無サンギヤ式両面研磨装置によって行われる。
この研磨装置にはサンギヤが組み込まれておらず、上定盤および下定盤の間でキャリアプレートを運動させることでシリコンウェーハの表裏両面を同時に研磨する装置である。
キャリアプレートに形成されるウェーハ保持孔の個数は、１個（枚葉式）でも複数個でもよい。ウェーハ保持孔の大きさは、研磨されるシリコンウェーハの大きさにより、任意に変更される。
【００１３】
キャリアプレートの運動は、キャリアプレートの表面（または裏面）と平行な面内での運動であれば良く、運動の方向などは限定されない。例えば、上定盤および下定盤の間で保持されたシリコンウェーハがウェーハ保持孔の内部で旋回するキャリアプレートの自転をともなわない円運動でもよい。なお、自転をともなわない円運動とは、キャリアプレートが上定盤および下定盤の軸線から所定距離だけ偏心した状態を常に保持して旋回するような円運動である。この円運動によって、キャリアプレート上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描くことになる。
その他、キャリアプレートの中心線を中心とした円運動、偏心位置での円運動、直線運動などでもよい。なお、この直線運動の場合には、上定盤および下定盤をそれぞれの軸線を中心に回転させる方が、ウェーハ表裏両面を均一に研磨することができる。
【００１４】
使用されるスラリーの種類としては、例えばｐＨが１０〜１１．４の低いアルカリ性を有するアルカリ液に研磨砥粒が分散されたものを採用することができる。研磨砥粒の平均粒径は、通常、０．０２〜０．１μｍ程度である。
なお、ｐＨ１０未満では研磨レートが低くなり、ｐＨ１１．４を超えると研磨剤の凝集が生じる。
スラリーの供給量はキャリアプレートの大きさにより異なり、限定されない。
通常は、１．０〜２．０リットル／分である。スラリーのシリコンウェーハへの供給は、例えば、シリコンウェーハの鏡面とは反対側の上定盤側から行うことができる。この場合、ウェーハの鏡面側の面は下定盤により研磨される。
【００１５】
上定盤および下定盤の回転速度は限定されない。例えば、同じ速度で回転させてもよいし、異なる速度で回転させてもよい。また、各回転方向も限定されない。すなわち、同じ方向に回転させてもよいし、互いに反対方向へ回転させてもよい。ただし、必ずしも上定盤および下定盤を同時に回転させなくてもよい。それは、この発明が、シリコンウェーハの表裏両面に上定盤および下定盤の各研磨布を押し付けた状態でキャリアプレートを運動させる構成を採用しているためである。
上定盤および下定盤のシリコンウェーハに対しての押圧力は限定されない。通常は１５０〜２５０ｇ／ｃｍ２である。
【００１６】
また、ウェーハ表裏両面の研磨量および研磨速度も限定されない。このウェーハ表面とウェーハ裏面との研磨速度のちがいは、ウェーハ表裏両面の光沢度に大きな影響をおよぼす。
これらの上定盤および下定盤に展張される研磨布の種類および材質は限定されない。例えば、硬質発泡ウレタンフォームパッド、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた不織布パッドが挙げられる。その他、不織布からなる基布の上にウレタン樹脂を発泡させたパッドなども挙げられる。
また、上定盤用の研磨布、下定盤用の研磨布として、ウェーハ研磨時において、シリコンウェーハの沈み込み量が異なるものを採用する。なお、沈み込み量は限定されない。
【００１７】
ドナーキラー熱処理とは、ＣＺ法による単結晶シリコン製のウェーハを６５０℃前後の温度で短時間（０．５〜１．５時間）熱処理した後、４５０℃前後の温度領域を急速に冷却して、ウェーハ中の酸素ドナーを消去する処理である。この際の熱処理によって、ウェーハ露出面の全体（ウェーハ外周部を含む）をシリコン酸化膜（保護層）によって覆う。
【００１８】
シリコン酸化膜の形成は、例えば、乾燥酸素中の酸化であるドライ酸化式、水蒸気酸化のウェット酸化式などで行う。
【００１９】
このシリコンウェーハの沈み込み量を異ならせる方法は限定されない。例えば、高度が異なる材質の研磨布、密度が異なる材質の研磨布、圧縮率がちがう材質の研磨布、または、圧縮弾性率がちがう材質の研磨布などを採用することができる。このように硬度、密度、圧縮率または圧縮弾性率が異なる研磨布を使用して、ウェーハ表裏両面を研磨すれば、シリコンウェーハの表裏両面が別々の光沢度に研磨される。
また、このほか、このようにシリコンウェーハの沈み込み量を異ならせる方法として、例えば同じ材質の研磨布において、硬度、密度、圧縮率、圧縮弾性率を異ならせるようにしてもよい。
【００２０】
【作用】
この発明によれば、あらかじめエッチングされたウェーハの外周部を保護層により被覆し、その後、無サンギヤ式両面研磨装置を使用してウェーハ表裏両面を同時に研磨する。これにより、この無サンギヤ式の両面研磨装置を用いて、ウェーハ表面が鏡面で、ウェーハ裏面は梨地面である片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。しかも、この両面同時研磨時に、ウェーハ外周部にカケなどの破損も発生しにくい。
また、保護層の厚さを０．５〜３ｎｍとしたので、保護層によるウェーハ外周部の被覆処理時間の短縮が図れて、この被覆処理に要するコストを低減することができる。しかも、仮にこの保護層がウェーハ露出面の全体を覆っている場合であっても、両面同時研磨時に、比較的短時間でウェーハ表裏両面を覆った保護層の部分を除去することができる。
【００２１】
また、保護層をドナーキラー熱処理で形成するようにしたので、片面鏡面ウェーハの製造工程数を削減することができる。
【００２２】
さらに、この発明によれば、上定盤用の研磨布と下定盤用の研磨布として、研磨時におけるシリコンウェーハの沈み込み量が異なるものを採用したので、簡単かつ低コストで、ウェーハ表面を鏡面研磨し、かつウェーハ裏面を梨地加工することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１はこの発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法のフローシートである。
図１に示すように、この実施例にあっては、スライス，面取り，ラップ，アルカリエッチ，必要に応じての表面研削，ＰＣＲ，ドナーキラー熱処理，鏡面研磨，仕上げ洗浄の各工程を経て、半導体ウェーハが作製される。以下、各工程を詳細に説明する。
【００２４】
ＣＺ法により引き上げられたシリコンインゴットは、スライス工程（Ｓ１０１）で、直径２０１ｍｍ、厚さ８７５μｍのシリコンウェーハにスライスされる。
次に、シリコンウェーハに面取り（Ｓ１０２）が施される。すなわち、ウェーハの外周部が＃６００〜＃１５００のメタル面取り用砥石により、所定の形状にあらく面取りされる。これにより、このウェーハの外周部は、所定の丸みを帯びた形状（例えばＭＯＳ型の面取り形状）に成形される。
【００２５】
次に、この面取り加工がほどこされたシリコンウェーハは、ラッピング工程（Ｓ１０３）でラッピングされる。このラッピング工程では、シリコンウェーハを、互いに平行に保たれたラップ定盤の間に配置し、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を、このラップ定盤とシリコンウェーハとの間に流し込む。そして、加圧下で回転・すり合わせを行なうことにより、ウェーハ表裏面を機械的にラップする。この際のラップ量は、ウェーハの表裏両面を合わせて４０〜８０μｍ程度である。
【００２６】
続いて、このラッピング工程後のシリコンウェーハに、アルカリエッチングが施される（Ｓ１０４）。
アルカリ性エッチング液としては重量濃度４５ｗｔ％のＮａＯＨ溶液が用いられ、エッチング温度９０℃、エッチング時間５〜１５分でエッチングが行なわれる。
次いで、必要に応じて、エッチングされたウェーハには表面研削が施される（Ｓ１０５）。具体的には、＃８００のレジノイド研削砥石により、ウェーハの表面が１０μｍだけ研削される。
その後、この表面研削されたエッチングされたウェーハの外周部にＰＣＲ加工が施され、ウェーハ外周面が鏡面化される（Ｓ１０６）。公知のＰＣＲ研磨機を用いて行う。
【００２７】
次に、ＰＣＲ加工されたエッチドウェーハを熱酸化処理炉に挿入し、ドナーキラー熱処理を行う（Ｓ１０７）。すなわち、８００℃前後の温度で２０分間だけ熱処理した後、４５０℃前後の温度領域を急冷し、ウェーハ中の酸素ドナーを消去する。なお、このとき、ウェーハ全面が厚さ３ｎｍのシリコン酸化膜によって覆われる。
こうして得られたシリコン酸化膜付きのエッチングされたウェーハを図２に示す。図２は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法によって中間製造された研磨ガード膜付きの半導体ウェーハの拡大断面図である。図２中、Ｗはシリコンウェーハ（エッチングされたウェーハ）、Ｓはシリコン酸化膜（保護層）である。
【００２８】
次いで、このウェーハ表面にバッチ式の無サンギヤ式両面研磨装置によって、両面研磨が施される（Ｓ１０８）。研磨量は、ウェーハ表面が８μｍ、ウェーハ裏面が１μｍである。これにより、ウェーハ表裏両面を被覆していたシリコン酸化膜Ｓが除去され、さらにウェーハ表面は鏡面に仕上げられ、ウェーハ裏面はエッチ面（梨地面）となる。
続いて、洗浄工程（Ｓ１０９）を施す。具体的には、ＲＣＡ系の洗浄とする。
【００２９】
次に、図３〜図７に基づいて、片面鏡面ウェーハを製造するための無サンギヤ式両面研磨装置を説明する。
図３は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置の全体斜視図である。図４は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置によるウェーハ両面研磨中の縦断面図である。図５は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置による両面研磨中の状態を示すその断面図である。図６は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置の概略平面図である。図７は、この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハを作製可能な両面研磨装置のキャリアプレートに運動力を伝達する運動力伝達系の要部拡大断面図である。
【００３０】
図３および図４において、１０は一実施例に係る一面が鏡面で他面が梨地面の片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される無サンギヤ式両面研磨装置（以下、両面研磨装置という）である。この両面研磨装置１０は、５個のウェーハ保持孔１１ａがプレート軸線回りに（円周方向に）７２度ごとに穿設された平面視して円板形状のガラスエポキシ製のキャリアプレート１１と、それぞれのウェーハ保持孔１１ａに旋回自在に挿入・保持されたシリコン酸化膜Ｓ付きのシリコンウェーハＷを、上下から挟み込むとともに、シリコンウェーハＷに対して相対的に移動させることでウェーハ面を研磨する上定盤１２および下定盤１３とを備えている。シリコンウェーハＷは、その外周部だけがシリコン酸化膜Ｓにより覆われたものを採用してもよい。また、キャリアプレート１１の厚さ（６００μｍ）は、シリコンウェーハＷの厚さ（７３５μｍ）よりも若干薄くなっている。
【００３１】
上定盤１２の下面には、ウェーハ裏面を梨地面に研磨する硬質の発泡ウレタンフォームパッド１４が展張されている。また下定盤１３の上面には、ウェーハ表面を鏡面化させる不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた軟質の不織布パッド１５が展張されている。硬質発泡ウレタンフォームパッド１４（ロデール社製ＭＨＳ１５Ａ）の硬度は８５゜（Ａｓｋｅｒ）、密度は０．５３ｇ／ｃｍ３、圧縮率は３．０％、その厚さは１０００μｍである。一方、軟質不織布パッド１５（ロデール社製Ｓｕｂａ６００）の硬度は８０゜（Ａｓｋｅｒ）、圧縮率は３．５％、圧縮弾性率は７５．０％であって、厚さは１２７０μｍである（図５も参照）。
【００３２】
上定盤１２は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転する。また、この上定盤１２は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直方向に昇降させられる。この昇降装置１８は、シリコンウェーハＷをキャリアプレート１１に給排する際などに用いられる。なお、上定盤１２および下定盤１３のシリコンウェーハＷの表裏両面に対する押圧は、上定盤１２および下定盤１３に組み込まれた図示しないエアバック方式などの加圧手段により行われる。
下定盤１３は、その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転する。このキャリアプレート１１は、そのプレート１１自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１の面と平行な面（水平面）内で円運動する。
次に、図３，図４，図６および図７を参照して、このキャリア円運動機構１９を詳細に説明する。
【００３３】
これらの図に示すように、キャリア円運動機構１９は、キャリアプレート１１を外方から保持する環状のキャリアホルダ２０を有している。これらの部材１１，２０は、連結構造体２１を介して連結されている。ここでいう連結構造体２１とは、キャリアプレート１１を、そのキャリアプレート１１が自転せず、しかもこのプレート１１の熱膨張時の伸びを吸収できるようにキャリアホルダ２０に連結させる手段である。
すなわち、この連結構造体２１は、キャリアホルダ２０の内周フランジ２０ａに、ホルダ周方向へ所定角度ごとに突設された多数本のピン２３と、各対応するピン２３を、キャリアプレート１１の外周部に各ピン２３と対応する位置に対応する数だけ穿設された長孔形状のピン孔１１ｂとを有している。
【００３４】
これらのピン孔１１ｂは、ピン２３を介してキャリアホルダ２０に連結されたキャリアプレート１１が、その半径方向へ若干移動できるように、その孔の長さ方向をプレート半径方向と合致させている。それぞれのピン孔１１ｂにピン２３を遊挿させてキャリアプレート１１をキャリアホルダ２０に装着することで、両面研磨時のキャリアプレート１１の熱膨張による伸びが吸収される。なお、各ピン２３の元部は、この部分の外周面に刻設された外ねじを介して、上記内周フランジ２０ａに形成されたねじ孔にねじ込まれている。また、各ピン２３の元部の外ねじの直上部には、キャリアプレート１１が載置されるフランジ２３ａが周設されている。したがって、ピン２３のねじ込み量を調整することで、フランジ２３ａに載置されたキャリアプレート１１の高さ位置が調整可能となる。
【００３５】
このキャリアホルダ２０の外周部には、９０度ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが挿着されている。また、これら４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。これらの回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０度ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固着されている。そして、各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。なお、このタイミングチェーン２７をギヤ構造の動力伝達系に変更してもよい。これらの４個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる同期手段を構成している。
【００３６】
また、これらの４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂはさらに長尺に形成されており、その先端部がスプロケット２６より下方に突出されている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固着されている。このギヤ２８は、例えばギヤドモータなどの円運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。なお、このようにタイミングチェーン２７により同期させなくても、例えば４個の偏心アーム２４のそれぞれに円運動用モータ２９を配設させて、各偏心アーム２４を個別に回転させてもよい。ただし、各編心アーム２４の回転は同期させる必要がある。
【００３７】
したがって、円運動用モータ２９の出力軸を回転させると、その回転力は、ギヤ３０，２８および長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介してタイミングチェーン２７に伝達され、このタイミングチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期して回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、それぞれの偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１が、このプレート１１に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。すなわち、キャリアプレート１１は上定盤１２および下定盤１３の軸線ａから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離と同じである。この自転をともなわない円運動により、キャリアプレート１１上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描く。
【００３８】
次に、この両面研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
まず、下定盤１３側に設置されたキャリアプレート１１の各ウェーハ保持孔１１ａにそれぞれ旋回自在にシリコンウェーハＷを挿入する。このとき、各シリコン酸化膜Ｓによって覆われたウェーハ裏面は上向きとする。次いで、この状態のまま、上定盤１２をキャリアプレート１１に２００ｇ／ｃｍ２で押し付ける。
【００３９】
その後、これらの両パッド１４，１５をウェーハ表裏両面に押し付けた状態で、上定盤１２側からスラリーを供給しながら、円運動用モータ２９によりタイミングチェーン２７を周転させる。これにより、各偏心アーム２４が水平面内で同期回転し、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０およびキャリアプレート１１が、このプレート１１表面に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を２４ｒｐｍで行う。その結果、各シリコンウェーハＷは、対応するウェーハ保持孔１１ａ内で水平面内で旋回しながら、それぞれのウェーハ表裏両面が両面研磨される。ここで使用するスラリーは、ｐＨ１０．６のアルカリ性の液中に、粒度０．０５μｍのコロイダルシリカからなる研磨砥粒が分散されたものである。
【００４０】
この両面同時研磨によって、ウェーハ表面が８μｍ、ウェーハ裏面が１μｍだけ研磨される。これにより、ウェーハ表裏両面を覆っていたシリコン酸化膜Ｓが除去され、さらにウェーハ表面は鏡面に仕上げられ、ウェーハ裏面はエッチ面（梨地面）に加工される。その結果、無サンギヤ式両面研磨装置１０を用いて、表面が鏡面で裏面が梨地面の片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。
しかも、この研磨時には、ウェーハ外周部がシリコン酸化膜Ｓによって被覆されている。これにより、ウェーハ保持孔内で旋回中のウェーハ外周部が、この保持孔の形成部の内周面に接触しても、従来のベアウェーハのときに比べて、ウェーハ外周部にカケなどの破損が発生しにくい。
【００４１】
また、この実施例では、保護層として、単結晶シリコンよりも硬いシリコン酸化膜Ｓを採用したので、保護層を薄くでき、これによりウェーハ裏面へのシリコン酸化膜Ｓの被覆時間を短縮でき、さらにこの被覆にかかるコストも安価にすることができる。
しかも、このシリコン酸化膜Ｓの厚さを３ｎｍと薄くしたので、保護層によるウェーハ外周部の被覆処理時間の短縮が図れて、この被覆処理に要するコストを低減することができる。
そして、ここでは、シリコン酸化膜Ｓをドナーキラー熱処理と同時に形成するようにしたので、片面鏡面ウェーハの製造工程数を削減することができる。
さらに、上定盤１２用の研磨布と下定盤１３用の研磨布として、研磨時におけるシリコンウェーハＷの沈み込み量が異なる硬質発泡ウレタンフォームパッド１４、および、軟質不織布パッド１５を採用したので、簡単かつ低コストで、ウェーハ表面を鏡面研磨し、かつウェーハ裏面を梨地加工することができる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によれば、あらかじめエッチングされたウェーハの外周部を保護層で被覆した後、無サンギヤ式両面研磨装置によりウェーハ表裏両面を同時に研磨するようにしたので、この無サンギヤ式の両面研磨装置を用いて、ウェーハ表面が鏡面で、ウェーハ裏面は梨地面である片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。しかも、この両面同時研磨時に、ウェーハ外周部にカケなどの破損も発生しにくくなる。
また、保護層の厚さを０．５〜１ｎｍとしたので、ウェーハ外周部の被覆処理時間の短縮が図れ、この被覆処理に要するコストを低減することができる。しかも、このように膜厚が薄いので、仮に保護層によってウェーハ露出面の全体が被覆されている場合でも、両面同時研磨時に、比較的短時間のうちにウェーハ表裏面を覆った保護層の部分を除去することができる。
【００４３】
また、保護膜をドナーキラー熱処理によって形成したので、片面鏡面ウェーハの製造工程数を削減することができる。
【００４４】
さらに、上定盤用の研磨布と下定盤用の研磨布として、研磨時におけるシリコンウェーハの沈み込み量が異なるものを採用したので、簡単かつ低コストで、ウェーハ表面を鏡面研磨し、かつウェーハ裏面を梨地加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法のフローシートである。
【図２】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法によって中間製造された保護層付きの半導体ウェーハの拡大断面図である。
【図３】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置の全体斜視図である。
【図４】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置によるウェーハ両面研磨中の状態を示す縦断面図である。
【図５】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置による両面研磨中の状態を示すその断面図である。
【図６】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に使用される両面研磨装置の概略平面図である。
【図７】 この発明の一実施例に係る片面鏡面ウェーハを作製可能な両面研磨装置のキャリアプレートに運動力を伝達する運動力伝達系の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 無サンギヤ式両面研磨装置（両面研磨装置）、
１１ キャリアプレート、
１１ａ ウェーハ保持孔、
１２ 上定盤、
１３ 下定盤、
１４ 硬質発泡ウレタンフォームパッド（研磨布）、
１５ 軟質不織布パッド（研磨布）、
Ｓ シリコン酸化膜（保護層）、
Ｗ シリコンウェーハ。
Claims (1)
- エッチングされたシリコンウェーハの面取りされた外周部を含む両面全面を、ドナーキラー熱処理によって形成された厚さ０．５〜３ｎｍの保護層によって被覆する工程と、
この後、キャリアプレートに上記シリコンウェーハを保持し、スラリーをシリコンウェーハに供給しながら、それぞれ研磨布が展張された上定盤および下定盤の間で、上記キャリアプレートの表面と平行な面内で、このキャリアプレートを、上記シリコンウェーハがウェーハ保持孔の内部で旋回する自転をともなわない円運動させて、上記シリコンウェーハの表裏両面を同時に研磨する両面研磨装置を使用して、上記シリコンウェーハの両面を同時に研磨することで、上記シリコンウェーハの表面を鏡面研磨するとともに、その裏面を梨地加工する工程とを備えた片面鏡面ウェーハの製造方法であって、
上記上定盤の研磨布および下定盤の研磨布のうちの何れか一方に、残りの他方とは研磨時における上記シリコンウェーハの沈み込み量が異なる研磨布を使用した片面鏡面ウェーハの製造方法。
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