JPH1167700A

JPH1167700A - 半導体ウェハの製造方法

Info

Publication number: JPH1167700A
Application number: JP22642697A
Authority: JP
Inventors: Hideji Takaoka; 秀嗣高岡; Hideo Yamase; 英夫山瀬
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】表面清浄度の高い半導体ウェハの製造方法を
提供することを課題とする。【解決手段】シリコンウェハ１０（ａ）の面取りを実
施した後（ｂ）、ラップドサーフェス（ＷＳ）を有する
シリコンウェハ１０の表面１２および裏面１４を化学研
磨する（ｃ）。その後に、シリコンウェハの側面１６に
レーザアブレーション処理を施し（ｄ）、表面１２およ
び裏面１４を鏡面研磨する（ｅ）。レーザアブレーショ
ン処理に用いるレーザ光は、波長が１００〜４００ｎｍ
の範囲であり、一回の発光時間が５００ｎｓ以下の短パ
ルスレーザであることが望ましく、照射するレーザ光の
エネルギー密度は、シリコンをアブレーションするため
に必要なエネルギー密度以上であって、かつ、シリコン
ウェハ１０の深部にダメージを与えないエネルギー密度
である３〜２０Ｊ／ｃｍ²の範囲が好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンなどの半
導体ウェハの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワークステーション、パーソナルコンピ
ュータの主記憶装置に広く用いられているＤＲＡＭなど
のＬＳＩの高集積化の傾向は日進月歩の勢いで進行し、
いまや１ＧｂｉｔＤＲＡＭの実用化が検討される時代に
なっている。これに伴い、ＬＳＩのデザインルールも、
０．１８μｍといった超微細化が進んでいる。

【０００３】このようなデザインルールの超微細化が進
むと、いままでは許容されていたような半導体ウェハ上
のわずかな欠陥あるいは汚染も、製品歩留まりに大きく
影響することになる。このため、半導体ウェハ表面の無
欠陥化、非汚染化が現状以上に要求されている。

【０００４】この要求への回答を与える手段として、昨
今では、半導体ウェハプロセスにおけるレーザ光の有効
利用が盛んに行われている。例えば、エキシマレーザを
半導体ウェハに照射し、半導体ウェハ上に塗布されたレ
ジスト材料を光分解させ、さらに真空吸引することによ
りレジスト材料を除去する方法が特開昭６２−２５７７
３１に開示されている。この方法によると、レジスト材
料の残留粒子などの汚染物質を、半導体ウェハの表面か
ら完全に取り除くことができる。

【０００５】また、レーザ光を半導体ウェハのデバイス
生成面の裏面に照射して、大きなダメージを持った層を
形成するエクストリンシックゲッタリング法なども、例
えば特開昭５８−３７９８３号公報に開示されている。
この方法によれば、上記のダメージを持った層が、表面
近傍における欠陥や金属原子を吸収してしまうことがよ
く知られている。

【０００６】またレーザ光は、例えば特開昭５３−７７
４６１号公報、特開昭６４−８２６１０号公報に開示さ
れているように、半導体ウェハの側面の面取り、面取り
部の加工などにも盛んに利用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウェハプロセス
において、ウェハ表面近傍の無欠陥化、並びに表面の非
汚染化が現状以上に要求されていることは、上記に述べ
たとおりである。ところで、一般の鏡面研磨ウェハを製
造するプロセス中で、ウェハが汚染される工程として
は、例えば化学研磨工程などが上げられる。化学研磨工
程において、ウェハ側面あるいはデバイス生成面の裏面
のエッチングサーフェスに残存した微量重金属などの汚
染物質は、後工程において、鏡面研磨処理されたデバイ
ス生成面に回り込み、デバイス生成面の汚染の原因とな
る。この問題を回避するために、高度な表面清浄度が要
求される半導体ウェハの製造時には、同時両面鏡面研磨
法によって、本来は鏡面研磨処理を施すことが考えられ
る。しかし、両面鏡面研磨処理によってデバイス生成面
の裏面に残存した汚染物質は除去可能となるが、ウェハ
側面に残存した微量の重金属は除去されない。したがっ
て、ウェハ側面に残存した微量の重金属は後工程におい
てデバイス生成面に回り込み、汚染の原因となる。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、ウェハ側面からデバイス生成面への汚染物質
の回り込みを防止し、表面清浄度の高い半導体ウェハの
製造方法を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体ウェハの製造方法は、化学研磨工程
後に、半導体ウェハの一方の主表面全体を鏡面研磨処理
するとともに、半導体ウェハの側面をレーザアブレーシ
ョン処理することを特徴としている。

【００１０】上記の方法のようにウェハの側面をレーザ
アブレーション処理することにより、ウェハの側面に存
在する重金属などの汚染物質を蒸散させ、除去すること
ができる。その結果、汚染物質が鏡面研磨処理した一方
の主表面（デバイス生成面）に回り込むことが無くな
り、表面清浄度の高い半導体ウェハが製造できる。

【００１１】本発明の半導体ウェハの製造方法は、レー
ザアブレーション処理に用いるレーザ光の波長が１００
〜４００ｎｍの範囲であり、一回の発光時間が５００ｎ
ｓ以下の短パルスレーザであることを特徴とすることが
好適である。

【００１２】上記のようなレーザ光を用いることによ
り、レーザ光が半導体ウェハのごく表面部で吸収され、
加工領域以外の周辺部にはほとんどダメージを与えない
ことが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態に係る半
導体ウェハの製造方法を図面を参照して説明する。図１
は、本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方法の
工程図である。図１（ａ）に示す半導体ウェハは、シリ
コン単結晶インゴットから切り出され、ラッピングなど
の前処理をされたシリコンウェハ１０である。

【００１４】通常シリコンウェハ１０は、ダイヤモンド
粉粒を内周に沿って電着させた内周刃を有する自動スラ
イシングマシンによって、シリコン単結晶インゴットか
ら切り出される。また近年では、ダイヤモンド粉粒を主
材とした砥粒を含んだスラリーを、線径０．２５〜０．
３５ｍｍの特殊鋼細線に一定量ずつコンスタントに注入
しながら、シリコンウェハ１０を切り出すことができる
ワイヤーソーなるマシンを用いることもできる。

【００１５】シリコン単結晶インゴットから切り出され
たシリコンウェハ１０はまず、その両方の主表面につい
てラッピング処理がなされる。ラッピング処理は、遊星
歯車回転をする両面ラップマシンを用い、通常^#１２０
０アランダム粉を油または水に溶かしたスラリーを、シ
リコンウェハ１０の両方の主表面に注入しながら、両方
の主表面をそれぞれ３０〜５０μｍ程度研磨する。その
結果、両方の主表面とも粗く研磨された（通常^#１２０
０アランダムラップ面）ラップドサーフェスを有してい
る。

【００１６】続いて、シリコンウェハ１０には、後工程
における周辺部の端面破損を防止するために、側面１６
の面取り（ベベリング）処理が施される。シリコンウェ
ハ１０の側面１６の面取りは、アランダム、カーボラン
ダム砥石、ダイヤモンド粉を用いてシリコンウェハ１０
の側面１６を所望の形状に研磨することによって行う。
面取りが行われたシリコンウェハ１０の側面１６は、図
１の（ｂ）に示す形状となる。

【００１７】続いて、両面がラップドサーフェス（Ｗ
Ｓ）となっているシリコンウェハ１０の両面を、ＨＦ・
ＨＮＯ₃系の酸溶液に浸して化学研磨（化学エッチン
グ）する。具体的には、シリコンウェハ１０を酸溶液中
で上下、左右、前後に機械的に運動させると共に、シリ
コンウェハ１０に超音波を印加することにより、効率良
く且つ空間的に均一に化学研磨が施される。ここで、表
面の平坦度を特に重視する製品においては、酸溶液の代
わりにアルカリ溶液を用いて化学研磨処理することもあ
る。化学研磨後のシリコンウェハ１０は、表層がそれぞ
れ２０〜３０μｍ程度ずつ削られ、図１の（ｃ）に示す
ように、エッチングサーフェス（ＥＳ）を有する状態に
なる。

【００１８】その後、シリコンウェハ１０の側面１６に
対して、レーザアブレーション処理を実施する。その結
果、シリコンウェハ１０は、図１の（ｄ）に示すように
側面１６がレーザアブレーションサーフェス（ＬＳ）を
有する状態となる。

【００１９】さらにその後、表面１２（デバイス生成
面）および裏面１４に鏡面研磨処理を施す。鏡面研磨処
理は、松ヤニ等を混入したパラフィン系の薄膜接着剤を
用いてシリコンウェハ１０を定盤に接着し、シリコンウ
ェハ１０の表面１２および裏面１４にＳｉＯ₂ゾルまた
はゲル状の研磨溶液を注入しながら、遊星運動をするキ
ャリアにて駆動する鏡面研磨機を用いて行う。シリコン
ウェハ１０の平行度や厚さの均一度の仕様を満たしなが
ら、表面１２および裏面１４を１０〜２０μｍ程度研磨
することにより、シリコンウェハ１０は、図１（ｅ）に
示すように、表面１２および裏面１４が鏡面（ＭＳ）、
側面１６がレーザアブレーションサーフェス（ＬＳ）で
ある状態となる。

【００２０】レーザアブレーション処理に用いるレーザ
光は、波長が１００〜４００ｎｍの範囲であり、一回の
発光時間が５００ｎｓ以下の短パルスレーザであること
が望ましい。ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ、ＸｅＣｌレ
ーザ、ＸｅＦレーザなどのエキシマレーザは、波長がそ
れぞれ１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３０８ｎｍ、３５１ｎ
ｍであり、パルス幅が数十ｎｓであるので、本実施形態
に係るレーザアブレーション処理に用いるには最適であ
る。また、ＱスイッチＹＡＧ高調波レーザも、第３高調
波波長、第４高調波波長がそれぞれ３５５ｎｍ、２６６
ｎｍであり、パルス幅が数ｎｓ〜数十ｎｓであるので上
記エキシマレーザと同様にレーザアブレーション処理に
用いることができる。

【００２１】照射するレーザ光のエネルギー密度は、シ
リコンをアブレーションするために必要なエネルギー密
度以上であって、かつ、シリコンウェハ１０の深部にダ
メージを与えないエネルギー密度であることが好まし
く、３〜２０Ｊ／ｃｍ²の範囲が好適である。

【００２２】次に、レーザアブレーション処理におけ
る、シリコンウェハ１０へのレーザ光の照射方法につい
て説明する。シリコンウェハ１０へのレーザ光の照射
は、図２に示すように行う。シリコンウェハ１０は、真
空チャック１８に固定された状態でモータ２０に接続さ
れ、回転可能になっている。

【００２３】一方、レーザ発振器２２によって発振した
レーザ光は、可変アッテネータ２４によって出力調整さ
れた後、レーザ光整形光学系２６によってビーム整形さ
れる。レーザ光整形光学系２６によってビーム整形され
たレーザ光は、可変スリット２８により光束の断面積を
調節され、ビームスプリッタ３０によって上下に２分割
される。上下に２分割されたレーザ光は、それぞれ反射
ミラー３２で反射され、集光レンズ３４を通してシリコ
ンウェハ１０の側面１６にそれぞれ上方、下方から照射
される。

【００２４】モータ２０を回転させながら上記レーザ光
の照射を行うことにより、シリコンウェハ１０の側面１
６全体にレーザアブレーション処理を施すことが可能と
なる。

【００２５】なお、本実施形態においては、ビームスプ
リッタ３０を用いてレーザ光を２分割し、シリコンウェ
ハ１０の側面１６を上方と下方の両側から同時にレーザ
アブレーション処理しているが、これは片側ずつ実施し
ても良い。

【００２６】また、図３に示すように、レーザ光の照射
部に蒸散物除去器３６を設置し、レーザアブレーション
処理によって発生した蒸散物を除去吸引しても良い。蒸
散物除去器３６は、真空ポンプ等を用いて吸引口３６ａ
から空気を吸引することにより、レーザアブレーション
処理によって発生した蒸散物を除去することができるよ
うになっている。よって、蒸散物がシリコンウェハ１０
へ付着することを効果的に防止することが可能となる。
また、蒸散物除去器３６に高圧静電気型（コットレル
型）の集塵機能を付加することにより、空気流による蒸
散物除去効果をさらに高めることもできる。

【００２７】続いて、本実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法の作用、及び効果について説明する。本実施形
態に係る半導体ウェハの製造方法の如く、化学研磨工程
後に、シリコンウェハ１０の側面１６にレーザアブレー
ション処理を行うことにより、特に化学研磨工程時に側
面１６に付着した重金属などの汚染物質を、蒸散させ、
除去することができる。従って、後工程において、汚染
物質が鏡面研磨された表面１２に回り込むことによる表
面１２の汚染を防止することができる。

【００２８】中でも、エキシマレーザのような紫外光
で、パルス幅が数１０ｎｓ程度のパルスレーザ光をシリ
コンウェハ１０に照射すると、レーザ光はシリコンウェ
ハ１０のごく表層部のみで吸収され、深部には到達しな
い。さらに、エキシマレーザのような紫外光レーザは、
波長１．０６μｍで発振するＹＡＧレーザ、波長１０．
６μｍで発振するＣＯ₂レーザなどの熱を伴う赤外線レ
ーザと異なり、紫外光の高いエネルギーによって、物質
を構成する分子結合を光で切断する非熱加工が可能とな
る。

【００２９】例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマ
レーザ光をシリコンウェハ１０に照射すると、シリコン
ウェハ１０の表層部では、ごく短時間であるが、そのエ
ネルギー密度が数十ＭＷ／ｃｍ²に達するため、レーザ
光の照射と同時に、爆発的な勢いで物質が蒸散する。し
かし、パルス幅が数１０ｎｓ程度であり、レーザ光はシ
リコンウェハ１０のごく表層部のみで吸収されることか
ら、レーザ光を照射した部分以外には加工部が広がら
ず、加工部以外にはほとんどダメージを与えない。

【００３０】さらに、パルスレーザを用いて照射エネル
ギー密度、照射パルス数を制御することにより、深さ方
向にサブミクロンレベルの加工制御が可能となる。

【００３１】また、レーザアブレーション処理は、非接
触でドライなプロセスであるため、汚染の原因となる溶
液などを用いる必要が無く、自動化もしやすい。さら
に、レーザ光の照射という物理的なプロセスであるた
め、除去できる金属の種類を問わない。また、レーザア
ブレーション処理されたシリコンウェハ１０の側面１６
は、ゲッタリング効果も有するため、シリコンウェハ１
０の内部あるいは表層部の欠陥及び汚染物質の吸収効果
も期待できる。

【００３２】続いて本発明の第２の実施形態に係る半導
体ウェハの製造方法を図面を参照して説明する。図４
は、本発明の実施形態に係る半導体ウェハの製造方法の
工程図である。側面１６をレーザアブレーション処理す
る工程（ｄ）までは、上記第１の実施形態に係る半導体
ウェハの製造方法と同一である。

【００３３】本実施形態に係る半導体ウェハの製造方法
においては、側面１６のレーザアブレーション処理を実
施した後（ｄ）、表面１２を鏡面研磨処理する。その結
果シリコンウェハ１０は、図４の（ｅ）に示すように、
表面１２は鏡面（ＭＳ）、裏面１４はエッチングサーフ
ェス（ＥＳ）を有する状態となる。

【００３４】その後、裏面１４を全面にわたってレーザ
アブレーション処理する。その結果、シリコンウェハ１
０は表面１２は鏡面（ＭＳ）、裏面１４および側面１６
はレーザアブレーションサーフェス（ＬＳ）を有する状
態となる。

【００３５】シリコンウェハ１０の裏面１４へのレーザ
光の照射は、図５に示すように行う。レーザ発振器２２
によって発振したレーザ光は、可変アッテネータ２４に
よって出力調整された後、レーザ光整形光学系２６によ
ってビーム整形される。レーザ光整形光学系２６によっ
てビーム整形されたレーザ光は、可変スリット２８によ
り光束の断面積を調節され、反射ミラー３８によって垂
直に折り返される。垂直に折り返されたレーザ光は、ビ
ームエキスパンダ４０、線状ビーム整形レンズ群４２を
通して、断面が線状の線状レーザビームとなり、移動ス
テージ４４上に裏面１４が上になるように載せられたシ
リコンウェハ１０の裏面１４に照射される。ここで、シ
リコンウェハ１０の裏面１４全体にレーザアブレーショ
ン処理を行うには、移動ステージ４４を、逐次移動させ
ながら、シリコンウェハ１０にレーザ光を照射すればよ
い。

【００３６】また、図６に示すように、ビームエキスパ
ンダ４０、線状レーザビーム整形レンズ群４２によっ
て、線状レーザビームの長さをシリコンウェハ１０の外
形寸法（直径）まで拡大することにより、移動ステージ
４４を線状レーザビームと垂直な一方向に動かすだけ
で、シリコンウェハ１０の裏面１４全体に、効果的にレ
ーザアブレーション処理を行うことができるようにな
る。

【００３７】さらに、図７に示すように、シリコンウェ
ハ１０上のレーザ光が照射される部分の上部に近接し
て、アブレーション処理によって発生する蒸散物を除去
する蒸散物除去器４６を設けても良い。この蒸散物除去
器４６は、真空ポンプを用いて吸引口４６ａから空気を
吸引し、蒸散物除去器４６の内部を負圧にすることによ
り、図７のａの様な空気の流れを作る。この空気流によ
って蒸散物がシリコンウェハ１０の上部から取り除か
れ、シリコンウェハ１０の表面の清浄度をより高水準に
保つことが可能となる。また、蒸散物除去器４６に高圧
静電気型（コットレル型）の集塵機能を付加することに
より、空気流による蒸散物除去効果をさらに高めること
もできる。

【００３８】シリコンウェハ１０の裏面１４へのレーザ
光の照射は、図８に示すように行なっても良い。すなわ
ち、ビームエキスパンダ４０、線状ビーム整形レンズ群
４２を通して、断面が線状の線状レーザビームを生成す
る代わりに、集光レンズ群４８を用いて、レーザビーム
を１点に集光し、移動ステージ４４を移動させながらシ
リコンウェハ１０の裏面１４全面に照射しても良い。こ
のような方法においては、ビームエキスパンダ４０を用
いる必要が無くなり、装置構成が簡単になる。

【００３９】また、シリコンウェハ１０の裏面１４への
レーザ光の照射は、図９に示すように行なっても良い。
すなわち、レーザ光整形光学系２６によってビーム整形
され、可変スリット２８により光束の断面積を調節され
たレーザ光を、水平スキャンミラー５０、垂直スキャン
ミラー５２から成るガルバノミラーとＦ−Θレンズ５４
とを用いて、固定ステージ５６上に裏面１４が上になる
ように載せられたシリコンウェハ１０の裏面１４全体に
スキャンしながら照射する方法である。この方法を用い
ると、移動ステージ４４の代わりに固定ステージ５６を
用いることができるので、装置を小型化することができ
る。

【００４０】本実施形態に係る半導体ウェハの製造方法
のように、側面１６に加えて、裏面１４もレーザアブレ
ーション処理することにより、裏面１４に付着した汚染
物質の表面１２への回り込みも効果的に防止することが
可能となる。

【００４１】また、本実施形態に係る半導体ウェハの製
造方法においては、シリコンウェハ１０の表面１２を鏡
面研磨処理した後に、シリコンウェハ１０の裏面１４を
レーザアブレーション処理していたが、シリコンウェハ
１０の裏面１４をレーザアブレーション処理した後に、
シリコンウェハ１０の表面１２を鏡面研磨処理しても同
様の作用、効果が期待できる。

【００４２】また、上記第１および第２の実施形態に係
る半導体ウェハの製造方法においては、シリコンウェハ
１０を用いていたが、ゲルマニウムウェハ、ＧａＡｓな
どのIII-V族化合物半導体結晶からなるウェハでも良
い。ゲルマニウムウェハの製造時においても、レーザア
ブレーション処理によって、上記実施形態と同様の効果
が得られる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の半導体ウェハの製造方法のよう
に、化学研磨工程後に半導体ウェハの側面にレーザアブ
レーション処理を行うことにより、化学研磨工程におい
て側面に付着した重金属などの汚染物質を蒸散除去し、
後工程において、鏡面研磨された表面に汚染物質が回り
込むことを防ぐことができる。よって、表面清浄度の高
い半導体ウェハを製造することが可能となる。

【００４４】さらに、紫外光のパルスレーザを用いてレ
ーザアブレーション処理を行うことにより、加工部以外
の部分にはダメージを与えることが無くなり、高品質の
ウェハを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法の工程図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法における、レーザ光の照射方法を表した図であ
る。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法における、レーザ光の照射方法を表した図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法の工程図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法における、レーザ光の照射方法を表した図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法における、レーザ光の照射方法を表した図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法における、レーザ光の照射方法を表した図であ
る。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法における、レーザ光の照射方法を表した図であ
る。

【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体ウェハの
製造方法における、レーザ光の照射方法を表した図であ
る。

【符号の説明】

１０…シリコンウェハ、１２…表面、１４…裏面、１６
…側面、１８…真空チャック、２０…モータ、２２…レ
ーザ発振器、２４…可変アッテネータ、２６…レーザ光
整形光学系、２８…可変スリット、３０…ビームスプリ
ッタ、３２、３８…反射ミラー、３４…集光レンズ、３
６、４６…蒸散物除去器、３６ａ、４６ａ…吸引口、４
０…ビームエキスパンダ、４２…線状レーザビーム整形
レンズ群、４４…移動ステージ、４８…集光レンズ群、
５０…水平スキャンミラー、５２…垂直スキャンミラ
ー、５４…Ｆ−Θレンズ、５６…固定ステージ、ＷＳ…
ラップドサーフェス、ＥＳ…エッチングサーフェス、Ｌ
Ｓ…レーザアブレーションサーフェス、ＭＳ…鏡面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学研磨工程を含む半導体ウェハの製造
方法において、前記化学研磨工程後に、前記半導体ウェハの一方の主表面全体を、鏡面研磨処理
するとともに、前記半導体ウェハの側面を、レーザアブレーション処理
することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
【請求項２】前記レーザアブレーション処理に用いる
レーザ光は、波長が１００〜４００ｎｍの範囲であり、一回の発光時間が５００ｎｓ以下の短パルスレーザであ
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの製
造方法。