JP4060405B2

JP4060405B2 - 半導体ウェハの製造方法

Info

Publication number: JP4060405B2
Application number: JP22268897A
Authority: JP
Inventors: 秀嗣高岡; 英夫山瀬
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JPH1167777A

Description

【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６２−２５７７３１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】
【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、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必要のないデバイス生成面の裏面も、デバイス生成面と同時に鏡面研磨処理することが必要となり、製造コスト増大の一因となっている。
【０００７】
汚染物質の極めて少なく、表面清浄度の高い基板として、エピタキシャルウェハを用いることも考えられるが、エピタキシャルウェハは、一般の鏡面研磨ウェハに比べて、製造装置が高価であり、スループットが小さく、その結果製造コストが一般の鏡面ウェハと比較して１．４〜１．７倍程度とさらに高価になってしまう。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、両面鏡面研磨ウェハと同等の表面清浄度を有し、かつ、両面鏡面研磨ウェハと比較して低コストで製造が可能である片面鏡面研磨ウェハの製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【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、化学研磨工程を含む半導体ウェハの製造方法において、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、半導体ウェハの他方の主表面全体を、レーザアブレーション処理する工程と、半導体ウェハの洗浄工程後に、半導体ウェハの他方の主表面全体を、レーザアブレーション処理する工程と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
上記他方の主表面全体をレーザアブレーション処理することにより、他方の主表面上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。さらに、洗浄工程後にも、他方の主表面全体をレーザアブレーション処理することにより、洗浄工程において他方の主表面に付着した汚染物質を除去することが可能となる。その結果、汚染物質が鏡面研磨処理した一方の主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。
【００１２】
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５００ｎｓ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。
【００１３】
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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明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、ベベリング、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、後工程における周辺部の端面破損を防止するために、端面の面取り（ベベリング）処理が施され、その後、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^#１２００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^#１２００アランダムラップ面）ラップドサーフェスを有している。
【００１７】
本実施形態の半導体ウェハの製造方法は、まず、両面がラップドサーフェス（ＷＳ）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、表面がそれぞれ２０〜３０μｍ程度ずつ削られ、図１の（ｂ）に示すように、両面が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のデバイス生成面でない方の面（以下裏面１２という）の全面にわたって、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、裏面１２がレーザアブレーションサーフェス（ＬＳ）、デバイス生成面（以下表面１４という）がエッチングサーフェス（ＥＳ）を持った図１（ｃ）に示す状態となる。
【００１９】
さらにその後、表面１４全体について鏡面研磨処理を実施する。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（ｄ）に示すように、裏面１２がレーザアブレーションサーフェス（ＬＳ）、表面１４が鏡面（ＭＳ）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、３５１ｎｍ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、２６６ｎｍ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。レーザ発振器１６によって発振したレーザ光は、可変アッテネータ１８によって出力調整された後、レーザ光整形光学系２０によってビーム整形される。レーザ光整形光学系２０によってビーム整形されたレーザ光は、可変スリット２２により光束の断面積を調節され、反射ミラー２４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２６、線状ビーム整形レンズ群２８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３０上に裏面１２が上になるように載せられたシリコンウェハ１０の裏面１２に照射される。ここで、シリコンウェハ１０の裏面１２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３０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。
【００２３】
また、図３に示すように、ビームエキスパンダ２６、線状レーザビーム整形レンズ群２８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３０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１２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。
【００２４】
さらに、図４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３２を設けても良い。この蒸散物除去器３２は、真空ポンプを用いて吸引口３４から空気を吸引し、蒸散物除去器３２の内部を負圧にすることにより、図４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３２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。
【００２５】
シリコンウェハ１０へのレーザ光の照射は、図５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２６、線状ビーム整形レンズ群２８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３６を用いて、レーザビームを１点に集光し、移動ステージ３０を移動させながらシリコンウェハ１０の裏面１２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２６を用いる必要が無くなり、装置構成が簡単になる。
【００２６】
また、シリコンウェハ１０へのレーザ光の照射は、図６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２０によってビーム整形され、可変スリット２２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３８、垂直スキャンミラー４０から成るガルバノミラーとＦ−Θレンズ４２とを用いて、固定ステージ４４上に裏面１２が上になるように載せられたシリコンウェハ１０の裏面１２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３０の代わりに固定ステージ４４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。
【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の裏面１２全面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裏面１２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１４に回り込むことによる表面１４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のごく表面部のみで吸収され、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、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の表面部では、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、シリコンウェハ１０の表面部では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のごく表面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ることにより、照射エネルギー密度、照射パルス数を制御することで、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の裏面１２は、レーザ出力の微細調整により、本来の汚染物質の除去に加えて、適当なバックサーフェスダメージを残すことが可能となる。そのため、シリコンウェハ１０の裏面１２は、製品に要求される最適なバックサイドゲッタリング効果を有し、シリコンウェハ１０の表面近傍あるいは内部の欠陥及び汚染物質の吸収効果も期待できる。さらに、レーザアブレーション処理により、シリコンウェハ１０の表面部にかかるストレスを取り除くことができ、シリコンウェハ１０の反りを防止することもできる。
【００３２】
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の裏面１２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１４を鏡面研磨処理していたが、特に平坦度を重視する製品の場合は、シリコンウェハ１０の表面１４を鏡面研磨処理した後に、シリコンウェハ１０の裏面１２をレーザアブレーション処理することがより効果的である。
【００３３】
さらに、本実施形態に係る半導体ウェハの製造方法においては、化学研磨工程後にレーザアブレーション処理を実施していたが、化学研磨工程に加えて、各洗浄工程後に実施しても同様に効果的である。すなわち、洗浄工程によって、シリコンウェハ１０の裏面１２に付着した汚染物質を、レーザアブレーション処理によって除去することにより、汚染物質の表面１４への回り込みを防止することが可能となる。
【００３４】
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。これらの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。
【００３５】
【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裏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裏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。また、洗浄工程後にも同様に、半導体ウェハの裏面にレーザアブレーション処理を行うことにより、洗浄工程において裏面に付着した汚染物質が表面に回り込むことを防ぐことができる。
【００３６】
また、半導体ウェハに照射するレーザ光出力を微細調整することにより、レーザ光照射前の半導体ウェハ表面部の平坦度を損なうことなく、重金属等の汚染物質の蒸散除去が可能となり、両面鏡面研磨ウェハと同等の表面清浄度を有し、かつ、両面鏡面研磨ウェハと比較して低コストな半導体ウェハの製造が可能となる。
【００３７】
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。
【００３８】
また、製品に要求される品質仕様によって、所望のバックサイドダメージを半導体ウェハの裏面に残すことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】本発明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５】本発明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…裏面、１４…表面、１６…レーザ発振器、１８…可変アッテネータ、２０…レーザ光整形光学系、２２…可変スリット、２４…反射ミラー、２６…ビームエキスパンダ、２８…線状レーザビーム整形レンズ群、３０…移動ステージ、３２…蒸散物除去器、３４…吸引口、３６…集光レンズ群、３８…水平スキャンミラー、４０…垂直スキャンミラー、４２…Ｆ−Θレンズ、４４…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、ＬＳ…レーザアブレーションサーフェス、ＭＳ…鏡面

Claims

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他方の主表面全体を、レーザアブレーション処理する工程と、
前記半導体ウェハの洗浄工程後に、
前記半導体ウェハの前記他方の主表面全体を、レーザアブレーション処理する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
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記載の半導体ウェハの製造方法。