半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法
【課題】半導体ウエハの面粗化処理と反り矯正処理との両立を、ショットブラスト加工により達成する。
【解決手段】半導体ウエハ１の面粗化および形状矯正の加工方法であって、半導体ウエハ１の少なくとも一面に、表面粗さ調整用の投射材として反り矯正用の投射材よりも相対的に硬度が高く粒径が小さい粒子を用いてショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハ１の表面粗さを調整するとともに、反り矯正用の投射材として表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に硬度が低く粒径が大きい粒子を用いて部分的にショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハ１の反りを矯正する。
【解決手段】半導体ウエハ１の面粗化および形状矯正の加工方法であって、半導体ウエハ１の少なくとも一面に、表面粗さ調整用の投射材として反り矯正用の投射材よりも相対的に硬度が高く粒径が小さい粒子を用いてショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハ１の表面粗さを調整するとともに、反り矯正用の投射材として表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に硬度が低く粒径が大きい粒子を用いて部分的にショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハ１の反りを矯正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板として用いられる半導体ウエハの加工方法であって、特に、ショットブラストを利用した半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板として用いられる半導体ウエハ、特に、弾性表面波用基板において、バルク波を除去する目的などで半導体ウエハの裏面を面粗化することが行われている。その面粗化方法は、旧来はエッチングや遊離砥粒によるラッピング加工であったが、均一な品質の加工が可能であること、および生産性の向上といった効果が得られることから、近年はショットブラストが採用されてきた。特許文献１には、それにかかる従来技術が開示されている。
【０００３】
面粗化の対象となる半導体基板は、難加工物質であり、チョクラルスキー法等で育成されたインゴットをワイヤーソーなどでスライスして、半導体ウエハとして形成するが、切断後に、直径６インチ、厚さ１３５０μｍの半導体ウエハで、４０〜１２０μｍ程度の反りが生じる。この反りを矯正するために、面粗化加工前に、熱処理や、面研削加工の加工量を増やし、形状の修正を行うなど工程が必要であった。しかし、熱処理では、処理に長い時間が掛かり、生産性が低下し、また、面研削加工で加工量を増やす対策では、収量を低下させるといった問題があり、処理の簡素化や加工能率の改善が求められていた。
【０００４】
本発明者は、半導体ウエハの面粗化に使用するショットブラストを半導体ウエハの反り矯正に使用できないかと考えた。反りなどの形状矯正にショットブラストが用いられる従来技術としては、特許文献２に記載の技術が挙げられる。しかし、特許文献２の技術では、面粗化と形状矯正とを同一条件のショットブラスト加工で処理しようとしており、当該技術を半導体ウエハの反り矯正に適用するに際し、形状矯正能力が不足し、これを補うために、処理時間を長くすると、面粗化状態が悪化するといった問題が生じた。
【０００５】
さらに、特許文献３では、反りおよび厚みのばらつきの抑制された半導体ウエハを得るために、半導体ウエハの面内で厚み分布を計測して、厚みの大きい位置を数値制御加工法によりブラスト加工し、半導体ウエハの厚みを均一化させる加工法が開示されている。しかし、その技術では、半導体ウエハの反りの矯正技術については得るものがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３４５２７６号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２００７−９４０５７号公報
【０００８】
【特許文献３】特開２０１０−２０７９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の課題は、従来技術の前記の問題点を解消し、半導体ウエハの面粗化処理と反り矯正処理との両立を、ショットブラスト加工により達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題のもとに、本発明は、半導体ウエハの面粗化処理および反り矯正処理を行うに際に、各処理毎に異なる投射材（噴射粉末）を使い分けることにより、各処理を合理的で最適な状態として達成している。
【００１１】
すなわち、本発明は、半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法であって、半導体ウエハの少なくとも一面に、表面粗さ調整用の投射材として反り矯正用の投射材よりも相対的に硬度が高く粒径が小さい粒子を用いてショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハの表面粗さを調整するとともに、反り矯正用の投射材として表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に硬度が低く粒径が大きい粒子を用いて部分的にショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハの反りを矯正することを特徴とする（請求項１）。表面粗さの調整、反りの矯正の処理は、上記の記載順に限定されず、記載順と逆に、反りの矯正、表面粗さの調整の順序であってもよい。
【００１２】
また、本発明は、上記半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法において、半導体ウエハとしてのサファイアウェハの面粗化および形状矯正の加工にあたり、表面粗さ調整用の投射材として＃１５０〜＃４００のＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を用い、反り矯正用の投射材として＃２００〜＃４００のＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）もしくはそれより軟質の粉末を用いることを特徴とする（請求項２）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ショットブラスト処理によって面粗化処理および反り矯正処理が連続して行えるため、加工前の焼き鈍しなどの別工程を用意する必要がなく、加工処理が低コストとなること、また、面粗化処理の条件と反り矯正処理との条件が独立して合理的で最適な状態として設定できるため、各処理について優れた処理品質が得られること、これらの結果、難加工物質としての半導体ウエハの表面または裏面の面粗さを任意の粗さに作り込め、しかも、半導体ウエハの形状を目標の形状に矯正できること、などの特有の効果が得られる（請求項１）。
【００１４】
本発明の半導体ウエハの面粗化加工および形状矯正加工と従来のラップ加工とを比較すると、本発明の方法では、生産性が向上し、しかも、半導体ウエハの面内での平面のばらつきが小さくできるから、従来のラップ加工よりも製品の品質が向上する（請求項１）。
【００１５】
このように、本発明では、半導体ウエハの面粗化工程が従来と比較し大きく簡便化し、生産性を上げ、コストを下げることができ、また、形状矯正工程により半導体ウエハの形状を自由にコントロールすることが可能となり、これによって半導体ウエハの平面形状の均一性が向上し、歩留まりの向上が期待できる（請求項１）。
【００１６】
また、半導体ウエハとしてのサファイアウェハの面粗化加工および形状矯正加工にあたって、表面粗さ調整用の投射材として＃１５０〜＃４００のＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を用い、反り矯正用の投射材として＃２００〜＃４００のＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）もしくはそれより軟質の粉末を用いると、サファイアウェハに対して面粗化処理および反り矯正処理が合理的で最適な状態として実現でき、各処理の品質が向上し、しかも、各処理が他の処理に影響しなくなり、有利となる（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体ウエハの製造工程フロー図であり、図中の（１）は従来例、（２）は本発明の例を示す。
【図２】本発明の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法を実施するときのブラスト加工装置の平面図である。
【図３】半導体ウエハの一般的な反り形状の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１中の（１）の従来例に示すように、半導体ウエハの製造工程は、チョクラルスキー法などにより育成された単結晶インゴットの結晶育成、インゴット打ち抜き、インゴットの端面研削加工、インゴットの円筒研削加工（円周面研削加工）、結晶方位確認用のオリエンテーションフラット加工もしくはノッチ加工、ワイヤーソーなどによるスライシングによる切断加工の工程を経て多数の薄いウエハを形成し、つぎに形状矯正のための熱処理、固定平面研削加工、ウエハ外周研削加工、熱処理、表面研磨加工および洗浄の一連の工程を経て半導体ウエハとなる。
【００１９】
上記の従来例に対して、本発明の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法は、図１中の（２）に示すように、ブラスト加工の工程において、半導体ウエハの少なくとも一面、例えば裏面に、表面粗さ調整用の投射材として反り矯正用の投射材よりも相対的に硬度が高く粒径が小さい粒子を用いてショットブラスト処理を行うことによって半導体ウエハの表面粗さを目標の粗さに作り込むとともに、反り矯正用の投射材として表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に硬度が低く粒径が大きい粒子を用いて部分的にショットブラスト処理を行うことによって半導体ウエハの反りを矯正する。
【００２０】
ブラスト加工（ショットブラスト処理）は、半導体ウエハの面粗化および反り矯正のための工程であるから、最も適切な工程位置、例えばウエハ外周研削加工とこれに続く次の熱処理との間に設けられる。ショットブラスト処理は、半導体ウエハの反りを矯正することから、従来例での矯正用の最初の熱処理は、不要となる。このように、本発明の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法は、従来例に対して、最初の熱処理の工程を省略し、一例としてウエハ外周研削加工とこれに続く次の熱処理との間にブラスト加工の工程を入れたものとなっている。
【００２１】
ショットブラスト処理の条件は、面粗化の目的、反り矯正の目的ごとに設定される。面粗化は、投射材の噴射運動によって、半導体ウエハの表面を削り、面を粗く作り込む加工であるから、その作用効果を有効に発揮させるために、反り矯正用の投射材よりも相対的に高硬度で、粒径の小さい粒子の投射材を用いる。これに対し、反り矯正は、投射材の噴射運動によって、半導体ウエハの表面層に歪みを与え、この歪みによって反りを矯正する加工であるから、その作用効果を有効に発揮させるために、表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に低い硬度すなわち軟質で大径の粒子の投射材を用いる。各処理の条件および作用効果は、互いに独立するように設定するとよい。すなわち、面粗化処理では、半導体ウエハの反りに影響がなく、反りの矯正処理では、半導体ウエハの裏面の面粗度に影響がない方が加工制御が容易である。
【００２２】
図２は、本発明の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法にもとづいて、加工対象の半導体ウエハ１にショットブラスト加工により面粗化処理および反り矯正処理を実施するためのブラスト加工装置２の一例を示している。
【００２３】
固定平面研削、ウエハ外周研削の加工された例えば２０枚の半導体ウエハ１は、ウエハｉｎの位置において、反時計方向に回転する回転ステージ３の外周位置で、同一円周上のウェハステージ６に等間隔で位置決め状態でセットされ、面粗化処理、反り矯正処理の後にウエハｏｕｔの位置において回転ステージ３のウェハステージ６から取り外されるようになっている。
【００２４】
面粗化処理は、回転ステージ３の周囲に配置した面粗化用の例えば６本の噴射ガン５により行われ、反り矯正処理は、形状矯正用の例えば２本の噴射ガン４により行われる。
【００２５】
面粗化用の６本の噴射ガン５は、回転テージ３の外周において、３箇所の処理位置毎に２個対として回転テージ３の直径方向に整列状態となって、対応の半導体ウエハ１の裏面に向き合っており、図示しない移動支持手段によって、回転テージ３の直径方向に対して平行に揺動自在または直線往復移動自在に支持されている。
【００２６】
図２において、右側の２本の噴射ガン５は、対応の半導体ウエハ１の中心より右の半円部分の面に向き合い、左側の２本の噴射ガン５は、対応の半導体ウエハ１の中心より左の半円部分の面に向き合い、さらに、中間位置の２本の噴射ガン５は、対応の半導体ウエハ１の直径部分の面に向き合っている。このようにして、６本の噴射ガン５は、全体として半導体ウエハ１のすべての裏面に向き合っている。
【００２７】
また、形状矯正用の２本の噴射ガン４は、噴射ガン５と同様に、回転テージ３の外周において、対応の半導体ウエハ１の裏面に向き合い、図示しない移動支持手段により、回転テージ３の直径方向に対して平行に揺動自在または直線往復移動自在に支持されている。
【００２８】
面粗化のためのショットブラスト処理は、次のように行われる。図示しない回転駆動装置によって、半導体ウエハ１がセットされた回転ステージ３を一例として反時計方向に４０ｒｐｍ程度で回転させる。面粗化のための各処理位置において、噴射ガン５を揺動させ、噴射ガン５からの投射材を半導体ウエハ１の対向面に噴射し、その面を目的の粗さに合わせて粗さの作り込み加工をする。この時、それぞれの噴射ガン５は、外周から回転ステージ３の中心へ向かうにしたがって、往復移動のスピードを変化させることにより、半導体ウエハ１の面に対し噴射時間を均一となるように調整する。また、投射材の噴射圧力は、０．１２〜０．６ＭＰａの範囲で目的の粗さに合わせ変化させ、投射材の噴射時間（噴射量）も目的の粗さに合わせて経験的または実験結果にもとづいて調整する。
【００２９】
また、回転ステージ３の外周から中心への噴射ガン５の移動、回転ステージ３の中心から外周への噴射ガン５の移動の往復動作を吹き付け回数１回とし、固定平面研削加工された半導体ウエハ１の面の状態に合わせ、吹き付け回数を１〜３０回の範囲で変化させて面粗化加工を行う。この時、半導体ウエハ１に対する投射材の面圧力の調整は、半導体ウエハ１と噴射ガン５との距離の調節、噴射ガン５の噴射圧力の加減により行うが、必要に応じて、半導体ウエハ１の面に対して噴射ガン５の噴射角度を１°＜噴射角度≦９０°の範囲で変化させることにより変化させることも可能である。
【００３０】
次に、反り矯正のためのショットブラスト処理は、つぎのように行われる。図２のように回転ステージ３のウエハステージ６に半導体ウエハ１をセットし、図示しない回転駆動割り出し装置によって回転ステージ３を回して、反り矯正の必要な半導体ウエハ１を形状矯正用の２本の噴射ガン４の位置に移動させる。次に、噴射ガン４を中心方向に揺動移動または往復移動させながら半導体ウエハ１の裏面に投射材の噴射を行い、半導体ウエハ１の指定部分に反り矯正方向の歪みを導入する加工を施し、このときの歪みの発生によって半導体ウエハ１の反り矯正を行い、矯正後の半導体ウエハ１をウエハｏｕｔの位置において回転ステージ３のウェハステージから取り外す。
【００３１】
半導体ウエハ１の指定部分すなわち歪み導入位置は、半導体ウエハ１の反り面を予め測定し、特定される。この測定後に、半導体ウエハ１は、２本の噴射ガン４によって矯正可能な状態として回転ステージ３のウェハステージ６に位置決めされる。
【００３２】
加工後、回転ステージ３を回転し、次の半導体ウエハ１を形状矯正用の噴射ガン４の位置へ移動させる。この操作を繰り返し、全てもしくは一部の半導体ウエハ１に対して同様の形状矯正加工を行う。
【００３３】
反り矯正のために回転ステージ３のウェハステージ６にセットする半導体ウエハ１は、固定平面研削加工の工程により加工された均一な厚さ（１〜２μｍ程度の厚さのばらつき）に修正された物で、平面研削工程によって発生した均一な歪が半導体ウエハ１の全面に反りとして存在している。また、半導体ウエハ１の形状は、通常、切断加工の工程で発生した形状を維持している。
【００３４】
そこで、半導体ウエハ１について、前記のように、反り矯正のためのショットブラスト処理の加工前に、反り形状の測定が行われ、この形状測定によって、平面からの浮き上がり部分が反り矯正用の加工域として確認され、反り矯正処理の加工域が指定位置すなわち歪み導入位置として特定される。
【００３５】
図３は、半導体ウエハ１の最も一般的な反り形状を示している。半導体ウエハ１の反りが図３のように円柱面のような単純な形状のとき、半導体ウエハ１は、ウェハステージ６の底平面に対して、半導体ウエハ１の中心を通る円柱面の母線部分で接触しており、ウェハステージ６の底平面からの浮き上がりは、半導体ウエハ１の中心を通る上記母線から離れるしたがって大きく現れ、両端位置で最大となる。
【００３６】
したがって、回転テージ３のウェハステージ６に半導体ウエハ１をセットするとき、半導体ウエハ１の中心を通る円柱面の母線を回転ステージ３の半径方向に一致させれば、浮きの大きな両端位置は、反り矯正のための指定位置となり、それぞれ噴射ガン４に向き合うことになる。このようにして、２本の噴射ガン４の移動方向に対して、半導体ウエハ１の指定位置すなわち歪み導入位置が平行となるようにセットされる。
【００３７】
反り矯正のためのショットブラスト処理のときに、次の事項が重要となる。すなわち、反り矯正用の投射材は、半導体ウエハ１の素材を面粗化しない硬度の材質を選択するものとし、また、加工圧力は、半導体ウエハ１の裏面を面粗化しない程度に調整する。加工圧力の調整は、噴射ガン４の噴射圧力、半導体ウエハ１と噴射ガン４との距離によって調節するか、あるいは場合によっては、半導体ウエハ１の面に対する噴射ガン４の噴射角度を変えることによっても加減できる。反り矯正用の投射材の上記の条件を半導体ウエハ１の反りの程度や材質に応じて調整し、調整後の投射材を半導体ウエハ１の特定の矯正部分（浮き上がり部分）へと投射し、矯正部分に他の部分より大きな圧縮応力を与えることによって、半導体ウエハ１の形状を矯正する。
【００３８】
図２の例は、一例として面粗化処理の後に、反り矯正処理を行っている。しかし、それらの２つの処理の順序は、前後しても問題はない。面粗化処理が反り矯正後の平坦な面に行われるならば、粗さの作り込みは平坦な面に均一に行える可能性がある。この観点からすれば、反り矯正処理、面粗化処理の順序が好ましいといえる。
【００３９】
また、図２の例では、面粗化処理と反り矯正処理とは、異なる位置で行われているが、両者の処理は、同じ位置において、同一の噴射ガンを面粗化用の噴射ガン５、形状矯正用の噴射ガン４として異なる時間に使い分けて行うこともできる。さらに、図３は、半導体ウエハ１の凹面を処理面として両端部を噴射ガン４に向き合わせているが、半導体ウエハ１の処理面は、半導体ウエハ１の置き方を上下逆にすれば、半導体ウエハ１の凸面とすることもでき、この場合、凸面頂部が噴射ガン４に向き合うことになる。
【実施例１】
【００４０】
実施例１は、図２のブラスト加工装置２を用いて、半導体ウエハ１としてのサファイアウェハについてショットブラスト処理を行う具体的な例である。実施例１では、反り矯正用の投射材として、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）粉末を採用し、また、表面粗さ調整用の投射材として、ＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を採用している。
【００４１】
図２に示すように、ブラスト加工装置２の前面より加工対象の２０枚の半導体ウエハ１をローディングし、半導体ウエハ１を回転ステージ３のウエハステージ６へとセットする。この時、事前にレーザ干渉計などによる測定で、確認されたウエハ形状から回転ステージ３に対し反りの方向が一定になるようにセットしておく。
【００４２】
次に、表面粗さ調整用の投射材としてＳｉＣ（炭化シリコン）粉末の＃２２０番手を使用し、加工圧力０．２ＭＰａ、吹き付け回数２３回、回転ステージ３の回転数４０ｒｐｍの条件にて面粗さ（算術平均あらさＲａ）０．７〜０．８μｍ、面内の粗さばらつき０．１５μｍ程度の粗さを作り込む処理を行う。以上の加工を半導体ウエハ１の面粗化加工とする。
【００４３】
反り矯正加工は、図２のブラスト加工装置２おいて、形状矯正用の噴射ガン４の位置に半導体ウエハ１を移動させ、反り矯正用の投射材としてＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）粉末の＃２００番手を使用し、圧力を０．３ＭＰａ、吹き付け回数を５回の条件にて形状矯正加工を行った。
【００４４】
加工後は、回転ステージ３の回転により、次の半導体ウエハ１を形状矯正用の噴射ガン４の位置へと移動させ、次の半導体ウエハ１について形状矯正加工を行う。この操作を繰り返し、全ての半導体ウエハ１もしくは指定した半導体ウエハ１の反り矯正加工を行う。
【００４５】
以上の２つの加工の終了後に、半導体ウエハ１は、ブラスト加工装置２の前面より収納用のカセットへアンロードされる。このように、面粗化および反り矯正の２つの加工を１台のブラスト加工装置２によって行うことで、生産性の向上を図っている。
【００４６】
半導体ウェハ１がサファイアウェハの場合、投射材（粉末）の粗さは、実験結果に基づいて以下のようにして決定される。
【００４７】
粗さ調整用の投射材（粉末）については、サファイアウェハの一般的な裏面粗さのより望ましい範囲の面粗さ（算術平均あらさＲａ）０．０５〜１．０μｍの範囲内を達成するために、上下限が規定される。実験によれば、＃１５０よりも粗い（＃数字の小さい）ＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を使用したときは、裏面粗さ（算術平均あらさＲａ）が１．０μｍを超え、＃４００よりも細かい（＃数字の大きい）ＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を使用したときは、裏面粗さ（算術平均あらさＲａ）が０．０５μｍを下回る。したがって、サファイアウェハの表面粗さ調整用の投射材としては、＃１５０〜＃４００のＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を採用しない場合、裏面粗さのより望ましい範囲を満たす他の加工条件を探さなければならない。
【００４８】
反り矯正用の投射材（粉末）に関しても、サファイアウェハに十分な歪みを加え、かつウェハ割れが発生しづらい領域ということから、上下限が規定される。＃２００よりも粗い（＃数字の小さい）Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）粉末を使用したときは、ウェハ割れが発生し易くなり、＃４００よりも細かい（＃数字の大きい）粉末を使用したときは、サファイアウェハに十分な歪みを与えられづらいので、所要の矯正効果が得られない場合、他の加工条件の調整が必要となる。したがって、サファイアウェハの反り矯正用の投射材としては、＃２００〜＃４００のＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）もしくはそれより軟質の粉末を採用することがより望ましい。
【００４９】
サファイアウェハ以外の材料の半導体ウェハ１の場合に、粗さ調整用の投射材（噴射粉末）や反り矯正用の投射材（噴射粉末）のあらさは、半導体ウェハ１の材料に応じて上記の観点から決定される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の方法は、半導体ウエハ１の円柱の周面、楕円柱の周面や円錐の円錐面のような単純な反りを想定している。しかし、形状矯正用の噴射ガン４の移動経路が数値制御により任意に設定すれば、半導体ウエハ１の反り形状を自由に矯正できるため、本発明の方法は、従来の加工方法では矯正が困難な波状の形状、球面状の形状あるいは上記の面のねじれ面など複雑な反り形状を意図的に安定的に矯正するときにも利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 半導体ウエハ
２ ブラスト加工装置
３ 回転ステージ
４ 形状矯正用の噴射ガン
５ 面粗化用の噴射ガン
６ ウエハステージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板として用いられる半導体ウエハの加工方法であって、特に、ショットブラストを利用した半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板として用いられる半導体ウエハ、特に、弾性表面波用基板において、バルク波を除去する目的などで半導体ウエハの裏面を面粗化することが行われている。その面粗化方法は、旧来はエッチングや遊離砥粒によるラッピング加工であったが、均一な品質の加工が可能であること、および生産性の向上といった効果が得られることから、近年はショットブラストが採用されてきた。特許文献１には、それにかかる従来技術が開示されている。
【０００３】
面粗化の対象となる半導体基板は、難加工物質であり、チョクラルスキー法等で育成されたインゴットをワイヤーソーなどでスライスして、半導体ウエハとして形成するが、切断後に、直径６インチ、厚さ１３５０μｍの半導体ウエハで、４０〜１２０μｍ程度の反りが生じる。この反りを矯正するために、面粗化加工前に、熱処理や、面研削加工の加工量を増やし、形状の修正を行うなど工程が必要であった。しかし、熱処理では、処理に長い時間が掛かり、生産性が低下し、また、面研削加工で加工量を増やす対策では、収量を低下させるといった問題があり、処理の簡素化や加工能率の改善が求められていた。
【０００４】
本発明者は、半導体ウエハの面粗化に使用するショットブラストを半導体ウエハの反り矯正に使用できないかと考えた。反りなどの形状矯正にショットブラストが用いられる従来技術としては、特許文献２に記載の技術が挙げられる。しかし、特許文献２の技術では、面粗化と形状矯正とを同一条件のショットブラスト加工で処理しようとしており、当該技術を半導体ウエハの反り矯正に適用するに際し、形状矯正能力が不足し、これを補うために、処理時間を長くすると、面粗化状態が悪化するといった問題が生じた。
【０００５】
さらに、特許文献３では、反りおよび厚みのばらつきの抑制された半導体ウエハを得るために、半導体ウエハの面内で厚み分布を計測して、厚みの大きい位置を数値制御加工法によりブラスト加工し、半導体ウエハの厚みを均一化させる加工法が開示されている。しかし、その技術では、半導体ウエハの反りの矯正技術については得るものがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３４５２７６号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２００７−９４０５７号公報
【０００８】
【特許文献３】特開２０１０−２０７９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の課題は、従来技術の前記の問題点を解消し、半導体ウエハの面粗化処理と反り矯正処理との両立を、ショットブラスト加工により達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題のもとに、本発明は、半導体ウエハの面粗化処理および反り矯正処理を行うに際に、各処理毎に異なる投射材（噴射粉末）を使い分けることにより、各処理を合理的で最適な状態として達成している。
【００１１】
すなわち、本発明は、半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法であって、半導体ウエハの少なくとも一面に、表面粗さ調整用の投射材として反り矯正用の投射材よりも相対的に硬度が高く粒径が小さい粒子を用いてショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハの表面粗さを調整するとともに、反り矯正用の投射材として表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に硬度が低く粒径が大きい粒子を用いて部分的にショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハの反りを矯正することを特徴とする（請求項１）。表面粗さの調整、反りの矯正の処理は、上記の記載順に限定されず、記載順と逆に、反りの矯正、表面粗さの調整の順序であってもよい。
【００１２】
また、本発明は、上記半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法において、半導体ウエハとしてのサファイアウェハの面粗化および形状矯正の加工にあたり、表面粗さ調整用の投射材として＃１５０〜＃４００のＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を用い、反り矯正用の投射材として＃２００〜＃４００のＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）もしくはそれより軟質の粉末を用いることを特徴とする（請求項２）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ショットブラスト処理によって面粗化処理および反り矯正処理が連続して行えるため、加工前の焼き鈍しなどの別工程を用意する必要がなく、加工処理が低コストとなること、また、面粗化処理の条件と反り矯正処理との条件が独立して合理的で最適な状態として設定できるため、各処理について優れた処理品質が得られること、これらの結果、難加工物質としての半導体ウエハの表面または裏面の面粗さを任意の粗さに作り込め、しかも、半導体ウエハの形状を目標の形状に矯正できること、などの特有の効果が得られる（請求項１）。
【００１４】
本発明の半導体ウエハの面粗化加工および形状矯正加工と従来のラップ加工とを比較すると、本発明の方法では、生産性が向上し、しかも、半導体ウエハの面内での平面のばらつきが小さくできるから、従来のラップ加工よりも製品の品質が向上する（請求項１）。
【００１５】
このように、本発明では、半導体ウエハの面粗化工程が従来と比較し大きく簡便化し、生産性を上げ、コストを下げることができ、また、形状矯正工程により半導体ウエハの形状を自由にコントロールすることが可能となり、これによって半導体ウエハの平面形状の均一性が向上し、歩留まりの向上が期待できる（請求項１）。
【００１６】
また、半導体ウエハとしてのサファイアウェハの面粗化加工および形状矯正加工にあたって、表面粗さ調整用の投射材として＃１５０〜＃４００のＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を用い、反り矯正用の投射材として＃２００〜＃４００のＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）もしくはそれより軟質の粉末を用いると、サファイアウェハに対して面粗化処理および反り矯正処理が合理的で最適な状態として実現でき、各処理の品質が向上し、しかも、各処理が他の処理に影響しなくなり、有利となる（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体ウエハの製造工程フロー図であり、図中の（１）は従来例、（２）は本発明の例を示す。
【図２】本発明の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法を実施するときのブラスト加工装置の平面図である。
【図３】半導体ウエハの一般的な反り形状の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１中の（１）の従来例に示すように、半導体ウエハの製造工程は、チョクラルスキー法などにより育成された単結晶インゴットの結晶育成、インゴット打ち抜き、インゴットの端面研削加工、インゴットの円筒研削加工（円周面研削加工）、結晶方位確認用のオリエンテーションフラット加工もしくはノッチ加工、ワイヤーソーなどによるスライシングによる切断加工の工程を経て多数の薄いウエハを形成し、つぎに形状矯正のための熱処理、固定平面研削加工、ウエハ外周研削加工、熱処理、表面研磨加工および洗浄の一連の工程を経て半導体ウエハとなる。
【００１９】
上記の従来例に対して、本発明の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法は、図１中の（２）に示すように、ブラスト加工の工程において、半導体ウエハの少なくとも一面、例えば裏面に、表面粗さ調整用の投射材として反り矯正用の投射材よりも相対的に硬度が高く粒径が小さい粒子を用いてショットブラスト処理を行うことによって半導体ウエハの表面粗さを目標の粗さに作り込むとともに、反り矯正用の投射材として表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に硬度が低く粒径が大きい粒子を用いて部分的にショットブラスト処理を行うことによって半導体ウエハの反りを矯正する。
【００２０】
ブラスト加工（ショットブラスト処理）は、半導体ウエハの面粗化および反り矯正のための工程であるから、最も適切な工程位置、例えばウエハ外周研削加工とこれに続く次の熱処理との間に設けられる。ショットブラスト処理は、半導体ウエハの反りを矯正することから、従来例での矯正用の最初の熱処理は、不要となる。このように、本発明の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法は、従来例に対して、最初の熱処理の工程を省略し、一例としてウエハ外周研削加工とこれに続く次の熱処理との間にブラスト加工の工程を入れたものとなっている。
【００２１】
ショットブラスト処理の条件は、面粗化の目的、反り矯正の目的ごとに設定される。面粗化は、投射材の噴射運動によって、半導体ウエハの表面を削り、面を粗く作り込む加工であるから、その作用効果を有効に発揮させるために、反り矯正用の投射材よりも相対的に高硬度で、粒径の小さい粒子の投射材を用いる。これに対し、反り矯正は、投射材の噴射運動によって、半導体ウエハの表面層に歪みを与え、この歪みによって反りを矯正する加工であるから、その作用効果を有効に発揮させるために、表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に低い硬度すなわち軟質で大径の粒子の投射材を用いる。各処理の条件および作用効果は、互いに独立するように設定するとよい。すなわち、面粗化処理では、半導体ウエハの反りに影響がなく、反りの矯正処理では、半導体ウエハの裏面の面粗度に影響がない方が加工制御が容易である。
【００２２】
図２は、本発明の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法にもとづいて、加工対象の半導体ウエハ１にショットブラスト加工により面粗化処理および反り矯正処理を実施するためのブラスト加工装置２の一例を示している。
【００２３】
固定平面研削、ウエハ外周研削の加工された例えば２０枚の半導体ウエハ１は、ウエハｉｎの位置において、反時計方向に回転する回転ステージ３の外周位置で、同一円周上のウェハステージ６に等間隔で位置決め状態でセットされ、面粗化処理、反り矯正処理の後にウエハｏｕｔの位置において回転ステージ３のウェハステージ６から取り外されるようになっている。
【００２４】
面粗化処理は、回転ステージ３の周囲に配置した面粗化用の例えば６本の噴射ガン５により行われ、反り矯正処理は、形状矯正用の例えば２本の噴射ガン４により行われる。
【００２５】
面粗化用の６本の噴射ガン５は、回転テージ３の外周において、３箇所の処理位置毎に２個対として回転テージ３の直径方向に整列状態となって、対応の半導体ウエハ１の裏面に向き合っており、図示しない移動支持手段によって、回転テージ３の直径方向に対して平行に揺動自在または直線往復移動自在に支持されている。
【００２６】
図２において、右側の２本の噴射ガン５は、対応の半導体ウエハ１の中心より右の半円部分の面に向き合い、左側の２本の噴射ガン５は、対応の半導体ウエハ１の中心より左の半円部分の面に向き合い、さらに、中間位置の２本の噴射ガン５は、対応の半導体ウエハ１の直径部分の面に向き合っている。このようにして、６本の噴射ガン５は、全体として半導体ウエハ１のすべての裏面に向き合っている。
【００２７】
また、形状矯正用の２本の噴射ガン４は、噴射ガン５と同様に、回転テージ３の外周において、対応の半導体ウエハ１の裏面に向き合い、図示しない移動支持手段により、回転テージ３の直径方向に対して平行に揺動自在または直線往復移動自在に支持されている。
【００２８】
面粗化のためのショットブラスト処理は、次のように行われる。図示しない回転駆動装置によって、半導体ウエハ１がセットされた回転ステージ３を一例として反時計方向に４０ｒｐｍ程度で回転させる。面粗化のための各処理位置において、噴射ガン５を揺動させ、噴射ガン５からの投射材を半導体ウエハ１の対向面に噴射し、その面を目的の粗さに合わせて粗さの作り込み加工をする。この時、それぞれの噴射ガン５は、外周から回転ステージ３の中心へ向かうにしたがって、往復移動のスピードを変化させることにより、半導体ウエハ１の面に対し噴射時間を均一となるように調整する。また、投射材の噴射圧力は、０．１２〜０．６ＭＰａの範囲で目的の粗さに合わせ変化させ、投射材の噴射時間（噴射量）も目的の粗さに合わせて経験的または実験結果にもとづいて調整する。
【００２９】
また、回転ステージ３の外周から中心への噴射ガン５の移動、回転ステージ３の中心から外周への噴射ガン５の移動の往復動作を吹き付け回数１回とし、固定平面研削加工された半導体ウエハ１の面の状態に合わせ、吹き付け回数を１〜３０回の範囲で変化させて面粗化加工を行う。この時、半導体ウエハ１に対する投射材の面圧力の調整は、半導体ウエハ１と噴射ガン５との距離の調節、噴射ガン５の噴射圧力の加減により行うが、必要に応じて、半導体ウエハ１の面に対して噴射ガン５の噴射角度を１°＜噴射角度≦９０°の範囲で変化させることにより変化させることも可能である。
【００３０】
次に、反り矯正のためのショットブラスト処理は、つぎのように行われる。図２のように回転ステージ３のウエハステージ６に半導体ウエハ１をセットし、図示しない回転駆動割り出し装置によって回転ステージ３を回して、反り矯正の必要な半導体ウエハ１を形状矯正用の２本の噴射ガン４の位置に移動させる。次に、噴射ガン４を中心方向に揺動移動または往復移動させながら半導体ウエハ１の裏面に投射材の噴射を行い、半導体ウエハ１の指定部分に反り矯正方向の歪みを導入する加工を施し、このときの歪みの発生によって半導体ウエハ１の反り矯正を行い、矯正後の半導体ウエハ１をウエハｏｕｔの位置において回転ステージ３のウェハステージから取り外す。
【００３１】
半導体ウエハ１の指定部分すなわち歪み導入位置は、半導体ウエハ１の反り面を予め測定し、特定される。この測定後に、半導体ウエハ１は、２本の噴射ガン４によって矯正可能な状態として回転ステージ３のウェハステージ６に位置決めされる。
【００３２】
加工後、回転ステージ３を回転し、次の半導体ウエハ１を形状矯正用の噴射ガン４の位置へ移動させる。この操作を繰り返し、全てもしくは一部の半導体ウエハ１に対して同様の形状矯正加工を行う。
【００３３】
反り矯正のために回転ステージ３のウェハステージ６にセットする半導体ウエハ１は、固定平面研削加工の工程により加工された均一な厚さ（１〜２μｍ程度の厚さのばらつき）に修正された物で、平面研削工程によって発生した均一な歪が半導体ウエハ１の全面に反りとして存在している。また、半導体ウエハ１の形状は、通常、切断加工の工程で発生した形状を維持している。
【００３４】
そこで、半導体ウエハ１について、前記のように、反り矯正のためのショットブラスト処理の加工前に、反り形状の測定が行われ、この形状測定によって、平面からの浮き上がり部分が反り矯正用の加工域として確認され、反り矯正処理の加工域が指定位置すなわち歪み導入位置として特定される。
【００３５】
図３は、半導体ウエハ１の最も一般的な反り形状を示している。半導体ウエハ１の反りが図３のように円柱面のような単純な形状のとき、半導体ウエハ１は、ウェハステージ６の底平面に対して、半導体ウエハ１の中心を通る円柱面の母線部分で接触しており、ウェハステージ６の底平面からの浮き上がりは、半導体ウエハ１の中心を通る上記母線から離れるしたがって大きく現れ、両端位置で最大となる。
【００３６】
したがって、回転テージ３のウェハステージ６に半導体ウエハ１をセットするとき、半導体ウエハ１の中心を通る円柱面の母線を回転ステージ３の半径方向に一致させれば、浮きの大きな両端位置は、反り矯正のための指定位置となり、それぞれ噴射ガン４に向き合うことになる。このようにして、２本の噴射ガン４の移動方向に対して、半導体ウエハ１の指定位置すなわち歪み導入位置が平行となるようにセットされる。
【００３７】
反り矯正のためのショットブラスト処理のときに、次の事項が重要となる。すなわち、反り矯正用の投射材は、半導体ウエハ１の素材を面粗化しない硬度の材質を選択するものとし、また、加工圧力は、半導体ウエハ１の裏面を面粗化しない程度に調整する。加工圧力の調整は、噴射ガン４の噴射圧力、半導体ウエハ１と噴射ガン４との距離によって調節するか、あるいは場合によっては、半導体ウエハ１の面に対する噴射ガン４の噴射角度を変えることによっても加減できる。反り矯正用の投射材の上記の条件を半導体ウエハ１の反りの程度や材質に応じて調整し、調整後の投射材を半導体ウエハ１の特定の矯正部分（浮き上がり部分）へと投射し、矯正部分に他の部分より大きな圧縮応力を与えることによって、半導体ウエハ１の形状を矯正する。
【００３８】
図２の例は、一例として面粗化処理の後に、反り矯正処理を行っている。しかし、それらの２つの処理の順序は、前後しても問題はない。面粗化処理が反り矯正後の平坦な面に行われるならば、粗さの作り込みは平坦な面に均一に行える可能性がある。この観点からすれば、反り矯正処理、面粗化処理の順序が好ましいといえる。
【００３９】
また、図２の例では、面粗化処理と反り矯正処理とは、異なる位置で行われているが、両者の処理は、同じ位置において、同一の噴射ガンを面粗化用の噴射ガン５、形状矯正用の噴射ガン４として異なる時間に使い分けて行うこともできる。さらに、図３は、半導体ウエハ１の凹面を処理面として両端部を噴射ガン４に向き合わせているが、半導体ウエハ１の処理面は、半導体ウエハ１の置き方を上下逆にすれば、半導体ウエハ１の凸面とすることもでき、この場合、凸面頂部が噴射ガン４に向き合うことになる。
【実施例１】
【００４０】
実施例１は、図２のブラスト加工装置２を用いて、半導体ウエハ１としてのサファイアウェハについてショットブラスト処理を行う具体的な例である。実施例１では、反り矯正用の投射材として、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）粉末を採用し、また、表面粗さ調整用の投射材として、ＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を採用している。
【００４１】
図２に示すように、ブラスト加工装置２の前面より加工対象の２０枚の半導体ウエハ１をローディングし、半導体ウエハ１を回転ステージ３のウエハステージ６へとセットする。この時、事前にレーザ干渉計などによる測定で、確認されたウエハ形状から回転ステージ３に対し反りの方向が一定になるようにセットしておく。
【００４２】
次に、表面粗さ調整用の投射材としてＳｉＣ（炭化シリコン）粉末の＃２２０番手を使用し、加工圧力０．２ＭＰａ、吹き付け回数２３回、回転ステージ３の回転数４０ｒｐｍの条件にて面粗さ（算術平均あらさＲａ）０．７〜０．８μｍ、面内の粗さばらつき０．１５μｍ程度の粗さを作り込む処理を行う。以上の加工を半導体ウエハ１の面粗化加工とする。
【００４３】
反り矯正加工は、図２のブラスト加工装置２おいて、形状矯正用の噴射ガン４の位置に半導体ウエハ１を移動させ、反り矯正用の投射材としてＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）粉末の＃２００番手を使用し、圧力を０．３ＭＰａ、吹き付け回数を５回の条件にて形状矯正加工を行った。
【００４４】
加工後は、回転ステージ３の回転により、次の半導体ウエハ１を形状矯正用の噴射ガン４の位置へと移動させ、次の半導体ウエハ１について形状矯正加工を行う。この操作を繰り返し、全ての半導体ウエハ１もしくは指定した半導体ウエハ１の反り矯正加工を行う。
【００４５】
以上の２つの加工の終了後に、半導体ウエハ１は、ブラスト加工装置２の前面より収納用のカセットへアンロードされる。このように、面粗化および反り矯正の２つの加工を１台のブラスト加工装置２によって行うことで、生産性の向上を図っている。
【００４６】
半導体ウェハ１がサファイアウェハの場合、投射材（粉末）の粗さは、実験結果に基づいて以下のようにして決定される。
【００４７】
粗さ調整用の投射材（粉末）については、サファイアウェハの一般的な裏面粗さのより望ましい範囲の面粗さ（算術平均あらさＲａ）０．０５〜１．０μｍの範囲内を達成するために、上下限が規定される。実験によれば、＃１５０よりも粗い（＃数字の小さい）ＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を使用したときは、裏面粗さ（算術平均あらさＲａ）が１．０μｍを超え、＃４００よりも細かい（＃数字の大きい）ＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を使用したときは、裏面粗さ（算術平均あらさＲａ）が０．０５μｍを下回る。したがって、サファイアウェハの表面粗さ調整用の投射材としては、＃１５０〜＃４００のＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を採用しない場合、裏面粗さのより望ましい範囲を満たす他の加工条件を探さなければならない。
【００４８】
反り矯正用の投射材（粉末）に関しても、サファイアウェハに十分な歪みを加え、かつウェハ割れが発生しづらい領域ということから、上下限が規定される。＃２００よりも粗い（＃数字の小さい）Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）粉末を使用したときは、ウェハ割れが発生し易くなり、＃４００よりも細かい（＃数字の大きい）粉末を使用したときは、サファイアウェハに十分な歪みを与えられづらいので、所要の矯正効果が得られない場合、他の加工条件の調整が必要となる。したがって、サファイアウェハの反り矯正用の投射材としては、＃２００〜＃４００のＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）もしくはそれより軟質の粉末を採用することがより望ましい。
【００４９】
サファイアウェハ以外の材料の半導体ウェハ１の場合に、粗さ調整用の投射材（噴射粉末）や反り矯正用の投射材（噴射粉末）のあらさは、半導体ウェハ１の材料に応じて上記の観点から決定される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の方法は、半導体ウエハ１の円柱の周面、楕円柱の周面や円錐の円錐面のような単純な反りを想定している。しかし、形状矯正用の噴射ガン４の移動経路が数値制御により任意に設定すれば、半導体ウエハ１の反り形状を自由に矯正できるため、本発明の方法は、従来の加工方法では矯正が困難な波状の形状、球面状の形状あるいは上記の面のねじれ面など複雑な反り形状を意図的に安定的に矯正するときにも利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 半導体ウエハ
２ ブラスト加工装置
３ 回転ステージ
４ 形状矯正用の噴射ガン
５ 面粗化用の噴射ガン
６ ウエハステージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの加工方法であって、半導体ウエハの少なくとも一面に、表面粗さ調整用の投射材として反り矯正用の投射材よりも相対的に硬度が高く粒径が小さい粒子を用いてショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハの表面粗さを調整するとともに、反り矯正用の投射材として表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に硬度が低く粒径が大きい粒子を用いて部分的にショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハの反りを矯正することを特徴とする半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法。
【請求項２】
半導体ウエハとしてのサファイアウェハの面粗化および形状矯正の加工にあたり、表面粗さ調整用の投射材として＃１５０〜＃４００のＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を用い、反り矯正用の投射材として＃２００〜＃４００のＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）もしくはそれより軟質の粉末を用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法。
【請求項１】
半導体ウエハの加工方法であって、半導体ウエハの少なくとも一面に、表面粗さ調整用の投射材として反り矯正用の投射材よりも相対的に硬度が高く粒径が小さい粒子を用いてショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハの表面粗さを調整するとともに、反り矯正用の投射材として表面粗さ調整用の投射材よりも相対的に硬度が低く粒径が大きい粒子を用いて部分的にショットブラスト処理を行うことにより半導体ウエハの反りを矯正することを特徴とする半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法。
【請求項２】
半導体ウエハとしてのサファイアウェハの面粗化および形状矯正の加工にあたり、表面粗さ調整用の投射材として＃１５０〜＃４００のＳｉＣ（炭化シリコン）粉末を用い、反り矯正用の投射材として＃２００〜＃４００のＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）もしくはそれより軟質の粉末を用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハの面粗化および形状矯正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−４５６１（Ｐ２０１３−４５６１Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１０２２（Ｐ２０１１−１３１０２２）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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