SiCウェーハの研削・研磨・洗浄技術 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 1 目 次 １．SiC基板の研削・研磨・洗浄のニーズ ２．ラップ研磨からグラインド研削へ ３．ダイヤモンドホイールによるSiC研削加工実用化 ４．高速・超平滑化を可能にしたCMP ５．エピウェーハの再生加工結果 ６．CMP後洗浄の結果 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 2 SiC基板の研削・研磨・洗浄の取組み ラップ研磨からグラインド研削へ ・研削加工で加工時間，コストを低減 研削（グラインド） 前工程の加工ダメージ低減とＣＭＰ ・高速・超平滑面を得るＣＭＰ パーティクル，金属汚染除去洗浄 ・シリコンウェハＲＣＡ洗浄を基本に した清浄化 研磨バッチ処理（CMP） 洗浄（RCA） ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 3 １．SiC基板の研削・研磨・洗浄のニーズ ①ラップ加工を研削加工にする ②購入したSiCウェーハの再CMP ③Ｅｐｉ成膜面の平滑化CMP（エピレディ面の作製） ④Epi成膜済みウェーハの再生加工（エピ層の除去） ⑤デバイス付きウェーハの薄化加工 ⑥チップ形状（非円形）SiC基板の薄化・鏡面化 ⑦Epi後ウェーハの金属汚染除去洗浄 ⑧パーティクル・金属汚染の低減 ⑨加工面粗さの調整，反りの低減 ⑩φ150mmウェーハの加工 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 4 ２．ラップ研磨からグラインド研削へ ラッピング（遊離砥粒）研磨 一般的な平坦化・前加工ダメージ除去 研磨剤を使用した表面研磨加工 グラインド（固定砥粒）研削 固定砥粒（ダイヤモンド砥粒）を使用 枚葉加工で自動化が容易 ラッピングより高速で加工 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 5 ２．ラップとグラインドの長所，短所 長 所 短 所 １）バッチ処理で生産性高い 遊離砥粒加工 （ ラップ ） １）作業環境が汚くなる，スラリー廃棄物多い 良好な加工面が得られる ２）加工速度が遅い。自動化が困難 （面粗さ） ３）定盤精度維持に熟練必要 ２）加工方法が確立されている ４）少量加工が困難 ３）スライス後，両面ラップで ５）デバイス付きウェーハの薄化困難 うねり除去できる 固定砥粒加工 （ グラインド ） １）自動化が容易 １）ウェーハにより，砥石仕様，加工条件出しが必要 ２）加工速度が速い ２）大口径ウェハの研削は高剛性・高出力スピンドル ３）作業環境がきれい 装置が必要 ４）ロット内厚みバラツキ小さい ３）スライスウェーハのうねり除去が困難 ウェーハメイキングに適したラップ加工 ⇒ 大量生産に最適 デバイス付きウェーハの加工に適したグラインド加工 ⇒ 少量から量産に対応 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 6 ２．ラップ研磨からグラインド研削へ ラッピング（遊離砥粒）研磨 4～7時間 現行 一次 ラップ プロセス 5～8時間 二次 ラップ 一次 ダイヤ研磨 二次 ダイヤ研磨 2～10時間 仕上げ研磨 CMP 表面粗さ Ra≦0.１nm グラインド（固定砥粒）研削 現行プロセス：11～25時間 研削 プロセス ROKKO 0.3～ 0.5時間 1.5～3時間 研削 仕上げ 研磨 表面粗さ Ra≦1nm CONFIDENTIAL 表面粗さ Ra≦0.1nm 研削プロセス：2～4時間 ラップ加工を研削加工にすることで 加工時間が1/3～1/12まで低減 © 2014 Rokko All rights reserved 7 ３．従来の研削装置と高剛性研削装置 SiC ウェーハのグラインディング • 従来のシリコンウェーハ研削装置 ≦ φ4インチ • 高剛性研削装置 φ6インチ 振動・砥石の逃げの小さい装置で加工，品質・コスト低減 高剛性 グラインダー（メカスピンドル） インフィード 研削 ウェーハ ダイヤモンド ホイール 研削部の写真 150mmウェーハ，φ300mm砥石 SiC ウェーハは高剛性装置，高トルクスピンドル必要 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 8 ３．ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞﾎｲｰﾙによるSiC研削加工 （１）ダイヤモンドの砥粒径と加工組み合わせ 基板 シリコンウェハ SiCウェハ サファイアウェハ 粗研削 仕上げ研削 ファイン研削 #320~#360 #2000 - #320 - #8000 #400～600 #2000～#3000 #5000～#8000 #400～600 #2000～#3000 - - #2000～#3000 #7000~#8000 #400～600 - #7000~#8000 #270～325 #1000～#2000 なし ※各基板，6インチウェーハの研削実績 • SiC用のダイヤモンド砥石を使用することで，高速，薄化加工ができ るようになった。 • ノンドレス研削加工が成立し，連続加工ができるようになった。 １）シリコンウェーハは2ステップ研削 ２）SiCウェーハ研削は電流負荷高く，#400以下の加工困難 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 9 ３．SiCウェハ 加工実績 SiC ウェーハ加工例 サイズ 加工面 粗研削 仕上げ研削 ファイン研削 CMP 再生 76.2 mm Si 面 ○ ○ ○ ○ パターン C面 ○ ○ ○ ○ エピ膜除去 Si 面 ○ ○ ○ ○ エピ膜除去 C面 ○ ○ ○ ○ － Si 面 ○ ○ ○ ○ エピ膜除去 C面 ○ ○ ○ ○ エピ膜除去 ＜50 mm A面・M面 － ○ ○ ○ － － その他 Si・C面 － ○ ○ ○ － < 5 μm 100 mm 150 mm ① 研削加工（ＢＧ） ② CMP加工（ＢＧ＋ＣＭＰ，ＣＭＰ） ➂ 膜除去再生加工（エッチング＋ＣＭＰ，ＢＧ＋ＣＭＰ） １） 研削【グラインド】 ２） 研磨【CMP】 ３） 洗浄【研磨後洗浄】 ROKKO CONFIDENTIAL 仕上げ厚み < 50 μm < 50 μm （ﾃﾞﾊﾞｲｽ付き） < 100 μm ＜ 0.1nm 薄板化，低Ra化 CMP，φ6インチ Ra ＜1Å（AFM 10×10μm） Candela測定，TXRF測定 © 2014 Rokko All rights reserved 10 ３．SiCウェーハ研削加工 表面粗さ 150mm SiC ウェーハのグラインド 表面粗さ 評 価 項 目 表面粗さ Ra 反り 目視（スケール） 仕上げ研削 ファイン仕上げ研削 12.4 ～ 14.6 nm 0.6 ～ 0.8 nm 0.5 ～ 0.8 mm 0.2 ～ 0.4 mm ・各数値は使用砥石，加工条件，ウェーハ状態によって異なります。 ・Si面・C面で加工効率，表面粗さは同等 表面粗さ：非接触表面形状測定機 zygo ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 11 ４．高速・超平滑化を可能にしたCMP 化学機械研磨（ CMP:chemical mechanical polishing) ウェーハそのものを平坦化・鏡面化 前加工の加工ダメージを除去 仕上げ加工。 ※研磨量は数～数十μm ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 12 ４．SiCウェハ ＣＭＰ装置 ① バッチ片面研磨機 （36型研磨機） φ６インチ ＣＭＰ バッチ片面研磨 セラミックプレート：φ360ｍｍ φ４インチ ＣＭＰ バッチ片面研磨 最大６枚×４ 24枚バッチ研磨 ② φ６インチ ＣＭＰ 枚葉片面研磨機 （3テーブル，２ヘッド） ③ φ６インチ ＣＭＰ 枚葉片面研磨機 （1テーブル，２ヘッド） ウェーハ枚数や研磨量，デバイスの有無で装置を使い分け ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 13 ４．SiCウェーハ ＣＭＰ面のＡＦＭ測定結果 φ６インチ Ｓｉ面 研磨面のＡＦＭ測定結果（面内の３点） Ｃｅｎｔｅｒ Ｍｉｄｄｅｌ Ｅｄｇｅ Ra=0.711Å Ra=0.576Å Ra=0.632Å 150mm SiC ウェーハ Ｓｉ面 ROKKO φ６インチ CONFIDENTIAL CMP表面粗さ Ra ＜ 0.1nm（1Å） © 2014 Rokko All rights reserved 14 ４．SiCウェーハ ＣＭＰ面のＡＦＭ測定結果 Φ４インチ Ｓｉ面 研磨面のＡＦＭ測定結果（面内の２点） Ｅｄｇｅ Ｃｅｎｔｅｒ Ra=0.053nm 100mm，150mm SiC ウェーハ Ｓｉ面 ROKKO CONFIDENTIAL Φ４インチ Ra=0.062nm CMP表面粗さ Ra ＜ 0.1nm（1Å） © 2014 Rokko All rights reserved 15 ５．ｴﾋﾟｳｪｰﾊ再生加工後のＡＦＭ測定結果 ５－１．SiC エピウェーハの再生加工後面粗さ ①４水準のエピウェーハ再生後の粗さ及びＲｅｆ．材として4inchベアウェーハ（ｴﾋﾟﾚﾃﾞｨ面）の粗さを 下記に示します。 ※測定視野角：10×10um（Ｘ・Y方向各々512ステップ），ｳｪｰﾊ中心1点測定 サンプル Ref.（ﾍﾞｱｳｪｰﾊ：ｴﾋﾟﾚﾃﾞｨ面） エピウェーハ再生① エピウェーハ再生② エピウェーハ再生③ エピウェーハ再生④ Ra 0.075 0.051 0.046 0.053 0.050 RMS 0.095 0.064 0.059 0.067 0.064 （単位：nm） ②エピウェーハ再生後の面粗さは，市販のエピレディ面のベアウェーハに較べ，面粗さが小さく 良好な面状態に仕上がっております。 ※Ref.材 ROKKO CONFIDENTIAL ※ｴﾋﾟｳｪｰﾊ再生① ※ｴﾋﾟｳｪｰﾊ再生② © 2014 Rokko All rights reserved ※ｴﾋﾟｳｪｰﾊ再生③ ※ｴﾋﾟｳｪｰﾊ再生④ 16 ５－２．SiC エピウェーハの再生加工面のPSD(Power spectral density )評価 ①４水準のエピウェーハ再生後及びＲｅｆ．材：4inchベアウェーハ（ｴﾋﾟﾚﾃﾞｨ面）のＰＳＤ評価結果 を下記に示します。 ※測定視野角：10×10um，Ｘ方向ﾗｲﾝﾌﾟﾛﾌｧｲﾙにて解析 1.0E+01 Ref.(ﾍﾞｱｳｪｰﾊ：ｴﾋﾟﾚﾃﾞｨ) Power spectral density (nm^3) ｴﾋﾟ再生① 1.0E+00 ｴﾋﾟ再生② ｴﾋﾟ再生③ ｴﾋﾟ再生④ 1.0E-01 1.0E-02 長周期のうねり 1.0E-03 1.0E-01 短周期のうねり 1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 Sptial Frequency (1/um) 各サンプルのPSDプロファイル ②ｴﾋﾟｳｪｰﾊ再生後のPSDﾌﾟﾛﾌｧｲﾙでは，市販のﾍﾞｱｳｪｰﾊと較べて長波長側の成分が小さく なっており，より平坦な面状態に仕上がっていると考えられます。 ⇒長波長域のうねり成分の低減により，面粗さが良化していると推測されます。 ベアウェーハ作製時の遊離砥粒によるラップ加工と再生加工時の固定砥粒による 研削加工の違いによるものと考えられる。 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 17 ６．洗浄 パーティクル・金属汚染 CMP後ウェーハ洗浄 ◆清浄面に洗浄 RCA洗浄(バッチ） RCA洗浄(枚葉） １，パーティクル ２，金属汚染 スクラブ洗浄 ◆洗浄方法 １，有機洗浄，スクラブ洗浄 表面分析装置 ２，RCA洗浄（シリコンウェーハの洗浄方法）＋α ３，その他洗浄方法 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 18 ６．SiCウェーハ洗浄後 パーティクル結果 150mm SiCウェーハ洗浄後 パーティクル スクラブ 洗浄後 洗浄前 BIN1 BIN2 BIN3 BIN4 BIN5 TOTAL Scratch 0 0 1 0 1 2 Pit 0 1 1 0 2 4 Bump Particle Stain 0 52 802 26 48 348 8 318 214 0 326 13 8 1,277 2 42 2,021 1,379 TOTAL 3,448 BIN1 BIN2 BIN3 BIN4 BIN5 TOTAL Scratch 0 0 0 0 0 0 Pit 0 1 0 0 2 3 Bump Particle 0 4 3 0 1 103 0 120 0 276 1 506 Stain 39 4 1 0 0 44 TOTAL 554 洗浄後 BIN1 BIN2 BIN3 BIN4 BIN5 TOTAL Scratch 0 0 0 0 0 0 Pit 0 1 0 0 0 1 洗浄後 Bump Particle 0 2 0 0 1 4 0 0 0 7 1 13 Stain 0 0 0 0 0 0 TOTAL 15 １，スクラブ洗浄で砥粒・パッドクズなどの除去効果がある ２，RCA洗浄後はパーティクル，汚れも除去された ３，Ｔ／Ｍ：≦10個／ＷＦ（≧0.3um） ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 19 ６．SiCウェーハ洗浄後 パーティクル結果 150mm SiCウェーハ洗浄後 パーティクル スクラブ 洗浄後 洗浄前 BIN1 BIN2 BIN3 BIN4 BIN5 TOTAL Scratch 0 0 1 0 1 2 Pit 0 1 1 0 2 4 Bump Particle Stain 0 52 802 26 48 348 8 318 214 0 326 13 8 1,277 2 42 2,021 1,379 TOTAL 3,448 BIN1 BIN2 BIN3 BIN4 BIN5 TOTAL Scratch 0 0 0 0 0 0 Pit 0 1 0 0 2 3 Bump Particle 0 4 3 0 1 103 0 120 0 276 1 506 Stain 39 4 1 0 0 44 TOTAL 554 洗浄後 BIN1 BIN2 BIN3 BIN4 BIN5 TOTAL Scratch 0 0 0 0 0 0 Pit 0 1 0 0 0 1 洗浄後 Bump Particle 0 2 0 0 1 4 0 0 0 7 1 13 Stain 0 0 0 0 0 0 TOTAL 15 １，スクラブ洗浄で砥粒・パッドクズなどの除去効果がある ２，RCA洗浄後はパーティクル，汚れも除去された ３，Ｔ／Ｍ：≦10個／ＷＦ（≧0.3um） ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 20 ６．SiCウェーハ洗浄後 金属汚染 150mm SiCウェーハ 洗浄後 金属汚染 ＴＸＲＦ測定装置 洗浄後ウェハ TXRF測定結果 Ｂ／Ｍ：＜ 5×1010atoms/cm2 Ｔ／Ｍ：＜ 1×1010atoms/cm2 ROKKO CONFIDENTIAL © 2014 Rokko All rights reserved 21
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