(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面がそれぞれ０．０１〜０．１μｍ（ＰＵＡ９５％以上）のサイト平坦度及び１．０μｍ以内のＴＴＶを有する鏡面加工されたシリコンウェーハの片面を化学エッチングにより曇化するシリコンウェーハの加工方法において、
前記化学エッチングは、両面が鏡面加工されたシリコンウェーハの片面をこの片面全体に密着可能であって前記化学エッチングのエッチング液に対して疎水性のある台板に真空吸着により密着してこの台板により被覆した後、前記ウェーハの別の片面をエッチングすることにより行うことを特徴とするシリコンウェーハの加工方法。
ただし、サイト平坦度とはシリコンウェーハを真空吸着固定してできた平面であるウェーハ裏面を基準面とし、ステッパによりウェーハ一面を一定サイズに分割した単位露光領域であるウェーハ表面の各サイトにおいてサイト中心点を含む平面を焦点平面としたときにサイト内における焦点平面からの符合を含まない最大変位量をいい、サイト平坦度が０．０１〜０．１μｍ（ＰＵＡ９５％以上）とは分割域の９５％以上が０．０１〜０．１μｍのサイト平坦度を有することをいう。またＴＴＶとはシリコンウェーハを真空吸着固定してできた平面であるウェーハ裏面を基準面とし、その基準面からウェーハ表面高さの最大値と最小値との差をいう。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は片面鏡面研磨された平坦度が極めて高いシリコンウェーハの加工方法に関する。更に詳しくは２５６Ｍ ＤＲＡＭ以上の高い記憶容量のメモリを有するデバイスに適するシリコンウェーハの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シリコンウェーハに要求される表面加工形状と精度は、デバイスの集積度に対応する回路パターンの最小線幅（デザインルール）に律則される。要求される平坦度はデバイス製造時のリソグラフィープロセスで使用される露光装置にも依存する。従って露光面積に対応する領域でのデザインルール程度以下の平坦度の達成が必要となる。
この所望の平坦度を得るために、従来よりシリコン単結晶インゴットから切断したウェーハを機械的に研磨し、研磨したウェーハを化学エッチングした後で、ウェーハ片面のみを機械的かつ化学的に研磨して鏡面加工する方法が採られている。この片面研磨法は、研磨ブロックに数枚のシリコンウェーハをワックスなどにより貼付け、このブロックを回転テーブル上に接着した人造皮革（研磨クロス）に適切なる圧力を加えてＳｉＯ２を主成分としたｐＨ９〜１２程度のアルカリ性コロイダルシリカ研磨液を供給しながらウェーハの片面のみを研磨する方法である。
【０００３】
しかし、この方法では片面研磨する際に研磨ブロックに貼付けたウェーハへの圧力により、研磨ブロック表面の微細な凹凸がウェーハの裏面に転写し、研磨後にウェーハを研磨ブロックから取り外すとウェーハ裏面の形状がウェーハ表面の研磨面に転移する。或いは化学エッチング処理により生じたウェーハの裏面粗さが研磨後に研磨面である悪影響を及ぼす。このため、片面鏡面加工されたウェーハでは、平坦度のうちのウェーハを吸着固定した際のウェーハ表面高さの最大値と最小値の差を表すＴＴＶ（ｔｏｔａｌ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は比較的良好な値を示すけれども、表面基準のサイト平坦度を表すローカルサイトフラットネス（ｌｏｃａｌ−ｓｉｔｅ  ｆｌａｔｎｅｓｓ）はそれ程良好でない不具合があった。また片面研磨ウェーハには不可避的に熱処理で比較的大きなそりを生じる欠点や接着用ワックスで汚染されたウェーハ裏面を洗浄しなければならない煩わしさがあった。
鏡面加工されたシリコンウェーハは、その平坦度が高いことから主としてＶＬＳＩを初めとした各種ＩＣなどの基板として直接使用されたり、エピタキシャルウェーハの基板などに使用されている。近年、シリコンウェーハはデバイスの高集積化、高密度化などに呼応して品質、特に平坦度に対する要求も厳しさを増してきている。この要求を満たすために上記片面研磨法に代わって両面同時研磨法が提案されている。この方法は、シリコンウェーハをその仕上げ厚さより若干薄いキャリアプレートのウェーハ収容孔に装填して維持しながら、このシリコンウェーハの表裏面を研磨クロスを介して互いに逆回転する上定盤及び下定盤により機械的かつ化学的に研磨する方法である。この方法ではウェーハをいずれの定盤にも接着させず、研磨中、上下の定盤を絶えずウェーハに対してその接触位置を変化させるため、上述した片面研磨法の問題点を解消できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
言い換えれば、上述したように、サイト平坦度又はＴＴＶに関して所望の平坦度を有するシリコンウェーハを、上記両面同時研磨法による両面鏡面加工品では安定して得られたが、従来の片面鏡面加工品では安定して得ることが困難であった。一方両面鏡面加工品はウェーハ両面が全く同一の鏡面で同じ光沢を有するため、ウェーハの表裏の区別が困難であり、その上裏面に相当する面の光の反射率が高いために、ステッパに設けられたセンサが通常の設定ではエラーを起こすなどしてウェーハを認知することが困難であった。
本発明の目的は、極めて高い平坦度を有し、かつ光沢度の差による表裏の区別を容易にすることができるシリコンウェーハの加工方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、研磨時の接着剤を除去する煩わしさがなく、そりの小さいシリコンウェーハの加工方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、両面がそれぞれ０．０１〜０．１μｍ（ＰＵＡ９５％以上）のサイト平坦度及び１．０μｍ以内のＴＴＶを有する鏡面加工されたシリコンウェーハの片面を化学エッチングにより曇化するシリコンウェーハの加工方法の改良である。その特徴ある構成は、化学エッチングは、両面が鏡面加工されたシリコンウェーハの片面をこの片面全体に密着可能であって化学エッチングのエッチング液に対して疎水性のある台板に真空吸着により密着してこの台板により被覆した後、ウェーハの別の片面をエッチングすることにより行うところにある。
ただし、サイト平坦度とはシリコンウェーハを真空吸着固定してできた平面であるウェーハ裏面を基準面とし、ステッパによりウェーハ一面を一定サイズに分割した単位露光領域であるウェーハ表面の各サイトにおいてサイト中心点を含む平面を焦点平面としたときにサイト内における焦点平面からの符合を含まない最大変位量をいい、サイト平坦度が０．０１〜０．１μｍ（ＰＵＡ９５％以上）とは分割域の９５％以上が０．０１〜０．１μｍのサイト平坦度を有することをいう。またＴＴＶとはシリコンウェーハを真空吸着固定してできた平面であるウェーハ裏面を基準面とし、その基準面からウェーハ表面高さの最大値と最小値との差をいう。
ウェーハ両面を鏡面加工した後、裏面のみを曇化させるため、ウェーハ表面が極めて高い平坦度を有する一方、裏面との光沢度の差は顕著になり、ウェーハの表裏を容易に区別できる。
【０００６】
ここでＰＵＡはＰｅｒｃｅｎｔ  Ｕｓａｂｌｅ  Ａｒｅａの略語であって規定水準を満たす領域のパーセントをいう。具体的にはこのサイト平坦度は静電容量型のセンサを有する厚さ測定装置で測定され、ＳＦＰＤ（Ｓｉｔｅ  Ｆｏｃａｌ  Ｐｌａｎｅ  Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ＝焦点面偏差）と呼ばれるものである。このＳＦＰＤはウェーハ裏面を基準面とし、更に各サイトにおいてサイト中心点を含む平面を焦点平面としたとき、サイト内における焦点平面からの符合を含まない最大変位量である。ＰＵＡ９５％以上とは分割域の９５％以上が０．０１〜０．１μｍのサイト平坦度を有することを意味する。シリコンウェーハの表面のサイト平坦度を０．０１〜０．１μｍ（ＰＵＡ９５％以上）にすることにより、又はＴＴＶを１．０μｍ以内にすることにより、鏡面加工したウェーハの平坦度を極めて高くできる。一方ウェーハの裏面は非鏡面であるため、表裏の光沢度は顕著な差を有し容易にウェーハの表裏の区別を付けることができる。
【０００８】
本発明の化学エッチングでは、ウェーハの片面を上記台板に真空吸着などの方法により密着してこの台板により被覆することにより、密着面のエッチングが防止され、別の片面のみがエッチングされるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のシリコンウェーハは請求項１に係る加工方法により得られる。この方法を例示すれば、次の加工方法がある。即ち、育成された単結晶インゴットは一定の抵抗率範囲のブロックに切断された後、直径を均一にするために各ブロックは外径研削される。その後特定の結晶方位を示すために外径研削されたブロックにはオリエンテーションフラット又はノッチが施される。
上記ブロックからシリコンウェーハに切断（スライシング）し、面取り（ベベリング）を施した後、図１（ａ）に示すようにシリコンウェーハは機械的に研磨（ラッピング）される。このラッピング方法は、アルミナ或いはシリコンカーバイド砥粒とグリセリンの混合物であるラップ液をラップ定盤とウェーハの間に流し込み加圧下で回転、摺合せによりウェーハ両面を機械的に研磨する方法である。このラッピングにより主としてスライシングによって生じたウェーハ両面の凹凸層を削り表面の平坦度とウェーハの平行度が高められる。
【００１０】
ブロック切断、外径研削、スライシング、ラッピングの機械加工プロセスを経たシリコンウェーハは両面にダメージ層、即ち加工変質層を有している。図１（ｂ）に示すようにラッピング後、シリコンウェーハにはこの加工変質層を除去するために第１化学エッチングがなされる。このエッチング液（エッチャント）には、酸エッチング液又はアルカリエッチング液がある。前者はフッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）の混酸を水（Ｈ２Ｏ）或いは酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）で希釈した３成分素によるエッチング液であり、Ｓｉは硝酸により酸化されてＳｉＯ２を生成した後、このＳｉＯ２がフッ酸により溶解除去される。後者はＫＯＨ又はＮａＯＨなどを水で希釈したエッチング液である。なお、この化学エッチングの際には加工変質層をより低減させるために研削加工を施すこともできる。
第１化学エッチングしたシリコンウェーハは、デバイス特性に悪影響を及ぼす金属を除去する外部ゲッタリング処理及び酸素ドナー消去のための熱処理を行った後、図１（ｃ）に示すようにその両面が同時にポリッシングされる。この両面同時研磨法は、従来の技術で記載した方法と同じであって、シリコンウェーハをその仕上げ厚さより若干薄いキャリアプレートのウェーハ収容孔に装填して維持しながら、このシリコンウェーハの表裏面を研磨クロスを介して互いに逆回転する上定盤及び下定盤により機械的かつ化学的に研磨する方法である。
本発明のシリコンウェーハの両面鏡面加工は、上記の方法に限らず、例えばスライシング後、又はラッピング後にウェーハ両面を研削加工することによっても得られる。
【００１１】
両面同時に研磨されたシリコンウェーハは、次いで図１（ｄ）に示すようにウェーハ裏面が第２化学エッチングにより曇化される。このエッチング方法は、図２に示すエッチャント固定式の方法である。エッチャント固定式の方法では、両面が鏡面加工されたシリコンウェーハより広い面積を有しウェーハ片面に密着可能であってエッチャントに対して疎水性のある台板を用意し、この台板によりシリコンウェーハの片面を被覆した後、このウェーハの別の片面のみをエッチングする方法である。この第２化学エッチングのエッチャントとしては、エッチング速度が７〜１００μｍ／分であって、表面張力が少なくとも６０ｄｙｎｅ／ｃｍであって、粘性度が１．４〜４．５ｍＰａ・秒である酸エッチャント又はアルカリエッチャントが挙げられる。酸エッチャントを例示すれば、HF(50%):HNO3(70%):H3PO4(85%):H2O=2:1:1:1又は2:1:1:1.5、或いはHF(50%):HNO3(70%):H3PO4(85%)=2:1:1などがある。また台板としては、例えばポリテトラフルオロエチレン製の台板がある。上記台板にウェーハを真空吸着などの方法により密着させれば、エッチャントは密着面に侵入しない。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明の実施例を比較例とともに図面に基づいて詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１（ａ）〜図１（ｃ）に基づいた発明の実施の形態で説明した工程を経て、ＣＺ法で引上げられたシリコン単結晶インゴットから両面同時に研磨された直径２００ｍｍ、厚さ７３０μｍのシリコンウェーハを得た。ここで第１化学エッチングは酸エッチング液を用いた。この両面研磨ウェーハの裏面を図１（ｄ）及び図２に示すように第２化学エッチングすることにより曇化した。即ち、図２（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１０より広い面積を有する表面が極めて平滑でエッチャントに対して疎水性のあるポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）製の台板１１を容器１２の底部に配置し、この台板１１の中心にウェーハ裏面が密着するようにウェーハ１０を置いた。
次いでウェーハ１０の外径より大きな内径を有するポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）製の筒１３を台板１１上のウェーハ１０を囲むように台板上に置いた。この筒１３の中にＨＦ（５０％）：ＨＮＯ３（７０％）：Ｈ３ＰＯ４（９０％）：Ｈ２Ｏ＝２：１：１：１．５の比率で混合した２５℃の酸エッチング液１４を静かに注入した。この酸エッチング液１４を６０秒間ウェーハ１０上に静置した後、図２（ｂ）に示すように筒１３を取外して容器１２内に純水を大量に入れ、酸エッチング液を希釈しエッチング反応を停止させるとともにウェーハ表面を洗浄した。次にウェーハ１０を台板１１とともに容器１２から取り出し、ウェーハ１０を台板１１から剥離して乾燥することにより裏面が曇化したシリコンウェーハを得た。エッチング深さは約１０μｍであった。
【００１３】
＜比較例１＞
ウェーハ裏面を曇化しない以外は実施例１と同じ両面研磨シリコンウェーハを比較例１とした。
【００１４】
＜比較例２＞
比較例２のシリコンウェーハは実施例１の両面同時研磨までは実施例１と同じ工程を経たものを用いた。即ち、実施例１の両面同時研磨の代わりに、研磨ブロックに１６枚のシリコンウェーハをワックスにより貼付け、このブロックを回転テーブル上に接着した人造皮革（研磨クロス）に適切なる圧力を加えてＳｉＯ２を主成分としたｐＨ９〜１２程度のアルカリ性コロイダルシリカ研磨液を供給しながらウェーハの片面のみを研磨した。
【００１５】
＜比較試験＞
実施例１の片面曇化ウェーハと、比較例１の両面研磨ウェーハと、比較例２の片面研磨ウェーハについて、光沢度とＴＴＶとサイト平坦度（ＳＦＰＤ）について調べた。これらの結果を表１に示す。
（ａ）  光沢度
各シリコンウェーハの両面を目視で観察した後、日本電色社製の光沢度計によりグロス（Ｇｒｏｓｓ）６０゜規格で測定した。
（ｂ）  ＴＴＶ
各シリコンウェーハをそれぞれ吸着固定した後、ウェーハ表面高さの最大値と最小値の差を求め、その値をＴＴＶとした。
（ｃ）  ＳＦＰＤ
各ウェーハ裏面を真空吸着盤に真空吸着し、図３に示すようにこの状態でステッパにより２５ｍｍ×２５ｍｍの単位露光領域のローカルサイト平坦度を求めた。即ち、各ウェーハ面内の全点を最小自乗法にて算出された平面を基準とし、この基準平面（ベストフィット基準平面）からの最大絶対変位量をＳＦＰＤとして求めた。
【００１６】
【表１】
0003578238.tif 000002
【００１７】
表１から明らかなように、比較例１のシリコンウェーハは高い平坦度を示したが、両面が同じように光沢度に優れたため表裏の区別が付かなかった。また比較例２のシリコンウェーハは表裏の区別は容易に付いたが、平坦度に劣っていた。これらに対して実施例１のシリコンウェーハは比較例１（両面研磨）のシリコンウェーハと同程度の高い光沢度と、比較例２（片面研磨）のシリコンウェーハと同様に表裏の区別が容易に付いた。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、両面同時研磨の後にウェーハ裏面を化学エッチングで曇化し、この化学エッチングを、両面が鏡面加工されたシリコンウェーハの片面をこの片面全体に密着可能であって化学エッチングのエッチング液に対して疎水性のある台板に真空吸着により密着してこの台板により被覆した後、ウェーハの別の片面をエッチングすることにより行うことにより、極めて高い平坦度を有し、かつ光沢度の差による表裏を容易に区別可能なシリコンウェーハが得られる。この結果、２５６Ｍ ＤＲＡＭ以上の高い記憶容量のメモリを有するデバイスに適するシリコンウェーハが得られる。また両面同時研磨法で加工するため、研磨時の接着剤を除去する煩わしさがなく、そりが小さい利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリコンウェーハの加工方法を示す工程図。
【図２】両面同時研磨した後にウェーハ裏面を曇化する固定式エッチング法を示す図。（ａ）第２化学エッチング液によりウェーハ裏面をエッチングしている状況を示す断面図。
（ｂ）エッチングしたウェーハ裏面を純水で洗浄している状況を示す断面図。
【図３】ステッパによる露光領域における焦点面からのポジティブ最大偏差ａとネガティブ最大偏差ｂとによりローカルサイト平坦度を示す図。
【符号の説明】
１０  シリコンウェーハ
１１  台板
１２  容器
１３  筒
１４  酸エッチング液
【図１】
0003578238.tif 000003
【図２】
0003578238.tif 000004
【図３】
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