(57)【要約】【課題】せん断応力がウェーハ全域で均一な半導体ウェーハに比べて撓みにくい半導体ウェーハを提供する。【解決手段】シリコンウェーハ１０を自重が作用しない状況で、ウェーハ表面側部分１０ａのせん断応力より、ウェーハ裏面側部分１０ｂのせん断応力を圧縮方向に大きくしたので、自重が作用した場合の撓み量が、従来のウェーハより小さく、例えばウェーハ搬送用のカセットボックス内でのウェーハの支持間隔を設定する際、シリコンウェーハ１０の撓み分をさほど考慮しなくてよい。【選択図】図１
2009295697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの自重が作用しない状況でその半導体ウェーハのウェーハ表面側部分に発生するせん断応力より、そのウェーハ裏面側部分のせん断応力を圧縮方向に大きくし、その半導体ウェーハを水平状態で単純支持して、自重が作用した場合の撓みを低減した半導体ウェーハ。
【請求項２】
前記半導体ウェーハの裏面に、該半導体ウェーハの素材の格子定数より格子定数が小さい高応力膜を形成した請求項１に記載の半導体ウェーハ。
【請求項３】
前記高応力膜は、シリコンよりも原子半径が小さい元素を置換位置に導入したシリコン化合物である請求項２に記載の半導体ウェーハ。
【請求項４】
前記高応力膜がレジスト膜である請求項２に記載の半導体ウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体ウェーハ、詳しくは半導体ウェーハを水平状態で単純支持したとき、従来品のウェーハに比べて撓みにくい半導体ウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、デバイスプロセスでは、露光時、例えばステッパ（縮小投影型露光装置）により、露光光源から照射された光を、マスク（レチクル）に形成されたパターンに照射し、パターンを通過した光を縮小投影レンズにより縮小後、シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）のフォトレジストが塗布された表面に転写している（例えば特許文献１）。
図３に示すように、ウェーハ製造工場から出荷されたシリコンウェーハ１００は、直径が３００ｍｍ、厚さが７７５μｍ、固溶酸素濃度が５×１０１７〜１１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ヤング率１１０ＧＰａのＣＺ（チョクラルスキー式）ウェーハである。
露光時、シリコンウェーハ１００は、ステッパの下部に配置されたウェーハステージ上に、ステージ周方向（ウェーハ周方向）へ６０°毎に配設された６本の支持ピン１０１により、その外周部が下方から６点支持される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２８９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、従来のシリコンウェーハ１００は、固溶酸素濃度が５×１０１７〜１１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ヤング率１１０ＧＰａのＣＺウェーハであり、撓みに対しては十分な対策が取られていなかった。したがって、例えば直径が４５０ｍｍ以上となる次世代の大口径ウェーハの場合には、前記ステッパのウェーハステージ、カセットボックス内などでシリコンウェーハの外周部を単純支持した際、表裏面が水平状態だったシリコンウェーハ１００（図３の二点鎖線）に、自重による大きい撓みが発生する問題があった（図３の実線）。この撓みは、例えば、カセットボックスによるウェーハ搬送を行う場合、カセットボックス内でのウェーハの支持間隔に考慮される必要があり、その分、この支持間隔が大きくなっていた。すなわち、カセットボックス内に収容できるウェーハの枚数が少なくなっていた。または、カセットボックスを大容量化しなければならなかった。
【０００５】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、シリコンウェーハの厚さ方向に外力が作用した場合、この厚みに対して垂直な方向に作用するウェーハのせん断応力、特にウェーハの表面側部分に作用するせん断応力とウェーハの裏面側部分のそれとに着目した。すなわち、ウェーハに自重が作用しないとした状況でウェーハ表面側部分のせん断応力より、ウェーハ裏面側部分のせん断応力が圧縮方向に（ウェーハの厚みと直交する方向；ウェーハ表面と平行な面で半径を小さくする方向に）大きいシリコンウェーハとすれば、従来のせん断応力（ウェーハの厚みと直交する方向に作用するせん断応力）がウェーハ全域で（ウェーハ表面側部分および裏面側部分で）均一なものに比べて撓みにくくなることを知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
この発明は、せん断応力がウェーハ全域で均一な半導体ウェーハに比べて撓みにくい半導体ウェーハを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハの自重が作用しない状況でその半導体ウェーハのウェーハ表面側部分に発生するせん断応力より、そのウェーハ裏面側部分のせん断応力を圧縮方向に大きくし、その半導体ウェーハを水平状態で単純支持して、自重が作用した場合の撓みを低減した半導体ウェーハである。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハを水平にして単純支持し、その半導体ウェーハの自重が作用した状態において、従来の、作用するせん断応力がその裏面側部分と表面側部分とで均一な半導体ウェーハと比較して、ウェーハ裏面側部分のせん断応力を圧縮方向に（ウェーハの厚みに対して直交する方向でその半径を小さくする方向に作用するせん断応力のこと）大きくしたので、せん断応力がウェーハ全域で均一な半導体ウェーハに比べて撓みにくい。この圧縮方向のせん断応力とは、ウェーハの表裏面と平行な面に作用するせん断応力でウェーハ中心に向かって作用するせん断応力の成分を意味する。そのため、例えば、ウェーハ搬送用のカセットボックス内でのウェーハの支持間隔を設定する際、ウェーハの撓み分の補正量を小さくすることができる。
なお、半導体ウェーハの表面側部分のせん断応力を、従来のものより圧縮方向に高めることも考えられるが、表面を上側として水平に保持した場合、撓みが従来のものよりも大きくなるので好ましくない。
【０００９】
半導体ウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。半導体ウェーハの表面は鏡面仕上げされている。
半導体ウェーハの直径は、例えば２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどである。ウェーハが大口径になるほど、ウェーハ単価が高くなり、半導体ウェーハが再生される頻度も高まる。
「半導体ウェーハを水平状態で単純支持する」とは、水平配置された半導体ウェーハが、半導体ウェーハの自重のみが作用する非固定状態で支持されている状態をいう。
【００１０】
「ウェーハ表面側部分」とは、半導体ウェーハの表面および裏面に直交する断面において、半導体ウェーハのうち、半導体ウェーハの厚さ（高さ）の２分の１の高さ位置で、半導体ウェーハの直径方向に延びる仮想直線を含む面を基準として、この直線を含む基準面よりウェーハ表面側に存在する部分をいう。なお、半導体ウェーハの表面とは鏡面化されてデバイスが形成される面である。
「ウェーハ裏面側部分」とは、半導体ウェーハのうち、前記仮想直線を含む面を基準として、この直線を含む基準面よりウェーハ裏面側に存在する部分をいう。
「ウェーハ表面側部分のせん断応力より、ウェーハ裏面側部分のせん断応力が圧縮方向に大きい」とは、半導体ウェーハにその表裏方向から外力を作用させた場合、上記基準面と平行な方向に作用する抵抗力でウェーハ中心に向かう成分（せん断応力）が、ウェーハ表面側部分よりウェーハ裏面側部分の方が大きいことをいう。
符号を含めた、ウェーハ裏面側部分の圧縮せん断応力（ウェーハ面の中心方向に向かって作用する応力成分）とウェーハ表面側部分の圧縮せん断応力の差を、ウェーハ裏面側の圧縮せん断応力とウェーハ表面側の圧縮せん断応力との平均値で割った値は、１０〜１０００％であることが望ましい。１０％未満では、撓みを低減する効果が小さくなる。また、１０００％を超えれば、ウェーハ自体の反りが大きくなり、ハンドリングが困難になる。
【００１１】
このような半導体ウェーハの製造方法としては、例えばチョクラルスキー法により引き上げられた半導体単結晶に対して、外周研削、ブロック切断、スライスを順次行って半導体ウェーハとする。次に、半導体ウェーハに面取り、ラッピング、エッチング、研磨の各工程を順に施す。その後、得られた半導体ウェーハの裏面に対して、半導体ウェーハの素材の格子定数より格子定数が小さい高応力膜を形成することで得られる。その他にも、例えば収縮性の樹脂を応用したものを塗布することで得られる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記半導体ウェーハの裏面に、該半導体ウェーハの素材の格子定数よりその格子定数が小さい高応力膜を形成した請求項１に記載の半導体ウェーハである。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、一般に格子定数が小さくて結晶粒が小さい金属組成のものほど、結晶粒界を境界にして隣り合う結晶同士のすべり抵抗（金属の変形抵抗）が大きくなる。しかも、粒界それ自身の強度が、一般に結晶そのものの強度より多少大きいので、金属の変形抵抗は、結晶粒界が多いものほど、すなわち格子定数が小さくて結晶粒の小さい金属組成のものほど大きくなる。これにより、金属材料は撓みにくくなる。
そこで、これを応用し、半導体ウェーハの裏面に、半導体ウェーハの素材の格子定数より格子定数が小さい高応力膜を形成する。これにより、ウェーハ表面側部分のせん断応力に比べてウェーハ裏面側部分のせん断応力（半径中心方向に向かって作用するせん断応力）が高まる。その結果、ウェーハ全域で均一なせん断応力を有する従来の半導体ウェーハに比べて、撓みにくくなる。
【００１４】
半導体ウェーハの素材の格子定数と高応力膜の格子定数との差は、０．０１％〜１％が望ましい。０．０１％未満では界面に発生する応力（上記圧縮方向に作用する面内応力）が小さく、十分な撓み低減効果が期待できない。また、１％を超えれば、エピタキシャルな状態を保てなくなり応力が発生しない。
ここで、高応力膜とは、半導体ウェーハの素材の格子定数より格子定数が小さく、半導体ウェーハの素材に比べて変形抵抗が大きい膜である。
【００１５】
高応力膜の厚さは、０．１〜１０μｍである。０．１μｍ未満では、上記応力を発生させる効果が弱い。また、１０μｍを超えればそれ以上厚くする効果が小さくなるとともに、生産コスト上の問題が生じる等の不都合が生じる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記高応力膜は、シリコンよりも原子半径が小さい元素を置換位置に導入したシリコン化合物である請求項２に記載の半導体ウェーハである。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記高応力膜がレジスト膜である請求項２に記載の半導体ウェーハである。
レジスト膜は、光照射により感光部分が現像液に不溶となるネガ型のレジスト膜でも、光照射によりこの感光部分が現像液に可溶になるポジ型のレジスト膜でもよい。その素材としては、ネガ型のレジスト膜の場合、還化ポリイソプレンと、架橋反応を生じさせる感光性材料との混合物を溶質とした有機物溶液を採用することができる。また、ポジ型のレジストの場合、ノボラック系樹脂を主体とする樹脂に、感光剤としてキノンジアジド系化合物を加え、セロソルブ、キシレンなどの溶剤を加えたものを採用することができる。
レジスト膜の膜厚は、０．１〜１０μｍが望ましい。０．１μｍ未満では、上記応力を発生させる効果が弱い。また、１０μｍを超えればそれ以上厚くする効果が小さいことと、生産コスト上の問題が生じる等の不都合が生じる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハを水平にして単純支持し、その半導体ウェーハの自重が作用した状態において、ウェーハ表面側部分の圧縮方向に作用するせん断応力より、ウェーハ裏面側部分の圧縮方向に向かうせん断応力を大きくしたので、半導体ウェーハの撓み量が、従来の半導体ウェーハより小さく、例えば、ウェーハ搬送用のカセットボックス内でのウェーハの支持間隔を設定する際、ウェーハの撓み分の補正量を小さくすることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、半導体ウェーハの裏面に、半導体ウェーハの素材の格子定数より格子定数が小さい高応力膜を形成したので、ウェーハ表面側部分のせん断応力に比べてウェーハ裏面側部分のせん断応力が圧縮方向に（ウェーハの表裏面と平行で面中心に向かう方向に）高まり、半導体ウェーハが撓みにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１において、１０は、この発明の実施例１に係るシリコンウェーハで、このシリコンウェーハ１０は、シリコンウェーハ１０を大気中で水平状態で単純支持したとき、ウェーハ表面側部分１０ａのせん断応力より、ウェーハ裏面側部分１０ｂのせん断応力の方が圧縮方向に（ウェーハ半径中心方向に）大きくなる構成を有したウェーハである。
具体的には、シリコンウェーハ１０の裏面に、シリコンウェーハ１０の格子定数（５．４３Ａ）よりその格子定数（５．３５Ａ）が小さいシリコンボロン膜（高応力膜）１１が形成されている。Ａはオングストロームである。
【００２２】
以下、シリコンウェーハ１０を詳細に説明する。
シリコンウェーハは、その表面（デバイス形成面）が鏡面仕上げされた直径４５０ｍｍ、厚さが７７５μｍ、比抵抗１０Ω・ｃｍ、ｐ形、固溶酸素濃度８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ヤング率１１０ＧＰａの単結晶ＣＺ（チョクラルスキー式）ウェーハである。このシリコンウェーハ１０は、ルツボの溶融液から引き上げられたシリコン単結晶に対して、外周研削、ブロック切断、スライスを順次施してウェーハとし、これに面取り、ラッピング、エッチング、研磨の各工程を順に施すことで製造される。
【００２３】
また、シリコンウェーハ１０の裏面に形成されたシリコンボロン膜１１は、ウェーハ裏面の全域に１μｍの均一厚さで形成されている。
したがって、シリコンウェーハ１０は、ウェーハ表面側部分１０ａのせん断応力が単結晶シリコンと同じである。一方、ウェーハ裏面側部分１０ｂのせん断応力は、ウェーハ裏面にシリコンボロン膜１１を形成したことで圧縮側に（裏面の中心方向に）大きくなっている。
【００２４】
製造されたシリコンウェーハ１０はデバイスプロセスへ移送され、ここでウェーハ表面にデバイスが形成される。その露光時、シリコンウェーハ１０は、ステッパの下部に配置されたウェーハステージ上に、ステージ周方向（ウェーハ周方向）へ６０°毎に配設された６本の支持ピン１２により、ウェーハ外周部が下方から単純支持される（図２）。露光光源から照射された光は、マスクに形成されたパターンを通過し、縮小投影レンズによる縮小後、シリコンウェーハ１０のフォトレジストが塗布された表面に照射され、パターンが転写される。
【００２５】
ウェーハ製造工場から出荷されたシリコンウェーハ１０は、直径が４５０ｍｍ、厚さが７７５μｍ、固溶酸素濃度が８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ヤング率が１１０ＧＰａのＣＺ（チョクラルスキー式）ウェーハである。このように、シリコンウェーハ１０を自重が作用しない状況（例えば真空中）で、水平にして単純支持した状態で、ウェーハ表面側部分１０ａのせん断応力より、ウェーハ裏面側部分１０ｂのせん断応力を圧縮方向に（裏面中心に向かう方向に）大きくしたので、例えば、ステッパのウェーハステージでウェーハ外周部を単純支持したとき、せん断応力がウェーハ全域で均一な従来のシリコンウェーハに比べて撓みにくくなる。また、水平配置されたシリコンウェーハの外周部のみが単純支持される、例えばウェーハ搬送用のカセットボックス内でのウェーハの支持間隔を設定する際、シリコンウェーハの撓み分の補正量（考慮量）を小さくすることができる。
【００２６】
一般に格子定数が小さくて結晶粒が小さい組成のものほど、結晶粒界を境界にして隣り合う結晶同士のすべり抵抗（金属の変形抵抗）が大きくなる。しかも、粒界それ自身の強度が、一般に結晶そのものの強度より多少大きい。そのため、金属の変形抵抗は、結晶粒界が多いものほど、すなわち格子定数が小さくて結晶粒の小さい組成のものほど大きくなる。これにより、この材料は撓みにくくなる。以上のことから、単結晶シリコンより格子定数が小さいシリコンボロン膜１１をウェーハ裏面に形成したので、シリコンウェーハ１１は撓みにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの支持前の状態を示す断面図である。
【図２】この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの点支持状態を示す断面図である。
【図３】従来手段に係る半導体ウェーハの支持前及び支持状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
１０ａ  ウェーハ表面側部分、
１０ｂ  ウェーハ裏面側部分、
１１  シリコンボロン膜（高応力膜）。
【図１】
2009295697.tif 000003
【図２】
2009295697.tif 000004
【図３】
2009295697.tif 000005