JP2018032735A - ウェハの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エクスリンシック・ゲッタリング（ＥＧ層）をウェハに生成する際に、重金属がウェハに付着することを抑制するウェハの表面処理装置構造を提供する。【解決手段】ウェハＷとＥＧパッド２６との間にアルカリ性の研磨助剤を供給しながら、ＥＧパッド２６をウェハＷに押圧し、チャック部１２ａ及びＥＧパッド２６を回転させて、ウェハＷの裏面Ｗａを鏡面状に研磨すると共にゲッタリング層を生成する。ＥＧパッド２６が、ウェハＷの裏面Ｗａの研削ダメージを除去して鏡面状に仕上げると共にウェハＷにＥＧ層を生成するため、研磨工程とＥＧ層生成工程との間に重金属がウェハＷ内に混入することを抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明はウェハの表面処理方法に関するものであり、特に、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という）にゲッタリング層を形成するためのウェハの表面処理方法に関するものである。

シリコンからなる薄厚の半導体デバイスは、シリコン単結晶からスライスしたウェハ、すなわちシリコンウェハ上に回路を形成することにより製造される。

半導体プロセスにおける問題点の一つとして、シリコンウェハ中に不純物である重金属が混入することが挙げられる。シリコンウェハの表面側に形成されるデバイス領域へ重金属が拡散した場合、デバイス特性に著しい悪影響をもたらす。そこで、シリコンウェハに混入した重金属がデバイス領域に拡散するのを抑制するため、ゲッタリング法を採用するのが一般的である。

ゲッタリング法は、表面側に半導体素子が形成されたウェハに対して、多数の極微小なスクラッチから成るエクストリンシック・ゲッタリング（Ｅｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）層（以下、単に「ゲッタリング層」又は「ＥＧ層」と称す）を形成するものである。ＥＧ層によるゲッタリング効果によって、重金属がＥＧ層に捕捉され、ウェハ内に混入した重金属がデバイス領域に拡散することを防止する。

このようなＥＧ層を形成するものとして、研磨液を供給しながら研磨パッドでウェハの裏面を鏡面状に研磨してウェハの裏面に付着した重金属を捕捉可能な研削歪を除去した後に、純水を供給しながら研磨パッドをウェハの裏面に押し当ててウェハにＥＧ層を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２４７１３２号公報。

しかしながら、特許文献１に記載の加工方法では、研削歪を除去する研磨工程とＥＧ層をウェハに生成する工程との間に、重金属がウェハの裏面に付着した場合には、重金属のデバイス領域への拡散を抑制することが難しいという問題があった。

そこで、ＥＧ層をウェハに生成する際に、重金属がウェハに付着することを抑制するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、表面側にデバイス領域が形成されたウェハの裏面を鏡面状に仕上げ研磨すると共にゲッタリング層を生成するウェハの表面処理方法であって、前記ウェハを基板保持機構で保持する保持工程と、前記ウェハと前記表面処理パッドとの間にアルカリ性の研磨助剤を供給しながら、前記表面処理パッドを前記ウェハに押圧し、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを回転させて、前記ウェハの裏面を鏡面状に研磨すると共に前記ゲッタリング層を生成する表面処理工程と、を含むウェハの表面処理方法を提供する。

この構成によれば、表面処理パッドがウェハの裏面の研削ダメージを除去して鏡面状に仕上げると共にウェハにゲッタリング層を生成するため、研磨工程とＥＧ層生成工程との間に重金属がウェハ内に混入することを抑制することができる。

さらに、ウェハの研磨とゲッタリング層の生成を並行して行うため、従来のようにこれらを独立して行う場合と比べて、表面処理工程を効率良く行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記表面処理工程の後に、前記ウェハと前記表面処理パッドとの間に純水を供給しながら、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを回転させて、前記ウェハの裏面に残存する研磨助剤を洗い流すリンス工程を含むウェハの表面処理方法を提供する。

この構成によれば、表面処理工程後にウェハ上に残存した研磨助剤を洗い流すことにより、ウェハが研磨助剤で腐食することを抑制できる。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載の構成において、前記リンス工程において、前記ウェハと前記表面処理パッドとが非接触状態で回転するウェハの表面処理方法を提供する。

この構成によれば、ウェハと表面処理パッドとが回転することでウェハと表面処理パッドとの間に介在する純水中に水流が形成されることにより、ウェハ上に残存した研磨助剤がスムーズに洗い流されるため、ウェハが研磨助剤で腐食することを抑制できる。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載の構成において、前記リンス工程において、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを相対的に逆回転させるウェハの表面処理方法を提供することができる。

この構成によれば、ウェハと表面処理パッドとが相対的に逆向きに回転することでウェハと表面処理パッドとの間に介在する純水中に複雑な水流が形成されることにより、ウェハ上に残存した研磨助剤がスムーズに洗い流されるため、ウェハが研磨助剤で腐食することをさらに抑制できる。

請求項５記載の発明は、請求項２乃至４の何れか１項記載の構成において、前記表面処理工程及び前記リンス工程の間に、前記表面処理パッドの加工面にパットドレッサを押圧して該加工面を払拭するドレッシング工程を含むウェハの表面処理方法を提供する。

この構成によれば、リンス工程の前に、パットドレッサによって表面処理パッドに残存した研磨助剤が取り除かれるため、リンス工程において研磨助剤が表面処理パッドからウェハに研磨助剤が移って、ウェハが研磨助剤で腐食することを抑制できる。

本発明によれば、表面処理パッドがウェハの裏面の研削ダメージを除去して鏡面状に仕上げると共にウェハにゲッタリング層を生成するため、研磨工程とＥＧ層生成工程との間に重金属がウェハ内に混入することを抑制することができる。さらに、ウェハの研磨とゲッタリング層の生成を並行して行うため、従来のようにこれらを独立して行う場合と比べて、表面処理工程を効率良く行うことができる。

本発明を適用したウェハの表面処理装置を示す概略平面図である。 図１に示した同上ウェハの表面処理装置における研磨・テクスチャリングユニットの部分側面図で、（ａ）は表面処理パッドを説明する図、（ｂ）はパットドレッサを説明する図である。 ウェハの加工処理手順を説明する模式図で、（ａ）は研削工程の説明図、（ｂ）は研磨、テクスチャリング工程の説明図、（ｃ）はクリーニング工程の説明図、（ｄ）はリンス工程の説明図である。 ウェハにＥＧ層を生成する様子を模式的に示す図である。 ＥＧ層が生成されたウェハの一例を示し、（ａ）はその全体図、（ｂ）はその部分拡大断面図、（ｃ）はその部分拡大斜視図である。

本発明は、ＥＧ層をウェハに生成する際に、重金属がウェハに付着することを抑制するという目的を達成するために、表面側にデバイス領域が形成されたウェハの裏面を鏡面状に仕上げ研磨すると共にゲッタリング層を生成するウェハの表面処理方法であって、ウェハを基板保持機構で保持する保持工程と、ウェハと表面処理パッドとの間にアルカリ性の研磨助剤を供給しながら、表面処理パッドをウェハに押圧し、基板保持機構及び表面処理パッドを回転させて、ウェハの裏面を鏡面状に研磨すると共にゲッタリング層を生成する表面処理工程と、を含む構成としたことにより実現した。

以下、本発明の一実施例に係るウェハの表面処理方法を適用したウェハの表面処理装置１０について図面を参照しながら説明する。

図１はウェハの表面処理装置１０を示す概略平面図である。図１に示されるウェハの表面処理装置１０は、複数のウェハＷ（例えばシリコン・ウェハ）を格納するカセット１１ａ、１１ｂと、４つの基板保持機構としてのチャック部１２ａ〜１２ｄを備えていてインデックス回転するターンテーブル１３と、４つのチャック部１２ａ〜１２ｄを洗浄する洗浄ユニット１４と、ウェハＷを搬送する搬送ロボット１５とを含んでいる。

さらに、図１に示されるように、ウェハの表面処理装置１０においては、粗研削ユニット１６、仕上げ研削ユニット１７、研磨・テクスチャリングユニット１８がターンテーブル１３の外周に沿って順番に配置されている。なお、粗研削ユニット１６は、粗研削砥石（図示しない）によりウェハＷの裏面Ｗａを粗研削し、仕上げ研削ユニット１７は仕上げ研削砥石（図示しない）により裏面Ｗａを仕上げ研削する。

図２は、ウェハＷの裏面を鏡面状に仕上げ研磨をすると共にウェハＷにＥＧ層を生成する研磨・テクスチャリングユニット１８の部分側面図である。研磨・テクスチャリングユニット１８は、図２（ａ）に示されるＥＧパッドユニット２０と、図２（ｂ）に示されるパットドレスユニット３０とを備えている。

図２（ａ）に示されるＥＧパッドユニット２０は、アーム２１の先端にモータ２２が懸架されている。そのモータ２２の出力軸２２ａには、円板状をしたパッド支持体２３が水平回転可能に取り付けられている。また、パッド支持体２３の下面には同じく円板状をしたサブパッド２４が樹脂性接着剤２５を介して接着固定され、更にサブパッド２４の下面には同じく円板状をした表面処理パッドとしてのＥＧパッド２６が樹脂性接着剤２７を介して接着固定され、これらパッド支持体２３、サブパッド２４、ＥＧパッド２６が一体化されている。したがって、これらパッド支持体２３、サブパッド２４、ＥＧパッド２６は、アーム２１と一体にウェハＷの厚さ方向に下降可能であり、また水平方向に回動可能である。

ＥＧパッド２６は、厚みが４．８ｍｍ程の円板状に形成されたポリウレタン樹脂製のパッド基材に、０．６μｍ程度の微細なＳｉＣ（シリコン珪素）や、タングステン、アルミナ等の砥粒を樹脂材内に混合させ、その樹脂パッド基材に含浸させてなる。パッド基材に樹脂材と共に含浸された砥粒は、ウェハＷの裏面Ｗａに極微細なスクラッチを与えてＥＧ層を形成するのに寄与する。一方、サブパッド２４は、厚みが０．９ｍｍ程の円板状に形成され、ＥＧパッド２３よりも硬さの低いものを用い、加工時におけるウェハＷの表面形状に追従し易くなるように設けられている。なお、砥粒を混同させる樹脂材は、ポリウレタンに限定されるものではないことは云うまでもない。

ＥＧパッドユニット２０には、ウェハＷとＥＧパッド２３との間に水（純水）及び研磨助剤としての研磨助剤を供給する供給源に接続された供給ライン２８が設けられている。なお、研磨助剤とは、例えばアミン系（ピペラジン等）を含む溶液（５〜１０％）を希釈したものである。

図２（ｂ）に示されるパットドレスユニット３０は、図示しないモータの出力軸に接続された支持部材３１に、ドレッサヘッド３２が水平回転可能に取り付けられている。なお、ドレッサヘッド３２は、本例ではＥＧパッド２６の下面（加工面）と対向する円板状に形成された不織布の上面にダイヤモンド砥粒を樹脂材内に含浸させた研磨層３３を設けてなる。

そして、ウェハの表面処理装置１０では、研磨・テクスチャリングユニット１８において、ウェハＷの裏面Ｗａ側に極微細なダメージを与えて、ゲッタリング能を有するＥＧ層を生成すると共に鏡面状に仕上げる研磨加工を行うことができるようになっている。

以下、本発明のウェハの表面処理装置１０の動作について説明する。まず、搬送ロボット１５によって、カセット１１ａから一つのウェハＷが取り出されて、ウェハＷを保持して回転させる基板保持機構としてのチャック部１２ａまで搬送される。

ウェハＷは、裏面Ｗａが上方を向いた状態でチャック部１２ａに吸引保持される。チャック部１２ａは、洗浄ユニット１４により予め洗浄されている。その後、ターンテーブル１３がインデックス回転し、チャック部１２ａは、粗研削ユニット１６まで移動される。このとき、別のチャック部１２ｄには、別のウェハＷが搬送ロボットにより搬送され、同様な処理が行われる。

粗研削ユニット１６においては、ウェハＷの裏面Ｗａが粗研削砥石（図示しない）により公知の手法で粗研削される。次いで、ターンテーブル１３がインデックス回転して、チャック部１２ａは、粗研削ユニット１６から仕上げ研削ユニット１７まで移動される。仕上げ研削ユニット１７においては、ウェハＷの裏面Ｗａは仕上げ研削砥石（図示しない）により仕上げ研削される。

ターンテーブル１３は再びインデックス回転して、チャック部１２ａは、仕上げ研削ユニット１７から研磨・テクスチャリングユニット１８まで移動される。

研削工程後のウェハＷの裏面Ｗａには、図３（ａ）に示すような研削痕が存在する。そこで、研磨・テクスチャリングユニット１８では、図３（ｂ）に示すように、ＥＧパッド２６がアーム２１と共に水平回動して、チャック部１２ａの上方に移動する。その後、ＥＧパッド２６とウェハＷをそれぞれ回転させながら、ＥＧパッド２６を下降させて、ＥＧパッド２６をウェハＷに押圧させる。また、ＥＧパッド２６とウェハＷとの間には、アルカリ性の研磨助剤が供給される。このようにして、ウェハＷの裏面Ｗａの研削痕を除去して裏面Ｗａを鏡面状に研磨するウェットポリッシュとウェハＷにＥＧ層を生成するテクスチャリング処理とを並行して行う研磨・テクスチャリング工程（表面処理工程）が実行される。

具体的には、ＥＧパッド２６に含まれる砥粒（以下、「固定砥粒」と称す）Ａ１とＥＧパッド２６から遊離した砥粒（以下、「遊離砥粒」と称す）Ａ２とが協働して、研磨加工とテクスチャリング処理を行う。固定砥粒Ａ１がウェハＷの裏面Ｗａに押圧された状態でＥＧパッド２６とウェハＷとが回転し、遊離砥粒Ａ２がウェハＷ上を転動する。遊離砥粒Ａ２は、樹脂性接着剤２７が研磨助剤によって膨潤し加水分解することにより、図４に示すようにＥＧパッド２６に含まれる固定砥粒Ａ１の一部がＥＧパッド２６から遊離したものである。

また、ウェハＷの裏面Ｗａの表層側が研磨助剤に触れて酸化膜（ＳｉＯ２）がＳｉＯＨに改質することで軟化し、ウェハＷの裏面Ｗａが研磨し易くなっている。さらに、ＥＧパッド２６とウェハＷとの間を遊離砥粒Ａ２が転動することにより、ウェハＷに遊離砥粒Ａ２が食い込む等の外力で強制的に行う研磨ではなく、自然な力でウェハＷに極微細なスクラッチを形成することにより、ウェハＷ内にＥＧ層を生成する。

図５は、研磨・テクスチャリング工程を経たウェハＷの一例を示すものであり、同図（ａ）はウェハＷを裏面側から見た全体斜視図、同図（ｂ）はウェハＷの部分拡大断面図、同図（ｃ）はその部分拡大斜視図である。図５に示すウェハＷは、表面Ｗｂ側に無欠陥層４０が形成され、その無欠陥層４０の表面に複数個の半導体素子４１が設けられている。また、これら半導体素子４１を保護するために、裏面研削時には、保護フィルム４２がウェハＷの表面Ｗｂに貼り付けられている。一方、裏面Ｗａ側には、ＥＧ層４３が形成されている。ＥＧ層４３は、多数のクラッチから成り、面粗さ（Ｒａ）１．０ｎｍ〜１．７ｎｍで形成される。

研磨・テクスチャリング工程の後に、図３（ｃ）に示すように、ＥＧパッド２６の加工面２６ａに対してクリーニング工程を行う。この工程では、ＥＧパッド２６がアーム２１と共に水平回動され、ＥＧパッド２６がドレッサヘッド３２の上方に移動される。その後、モータ２２の駆動によりＥＧパッド２６を回転させながら、そのＥＧパッド２６をアーム２１と一体にウェハＷの厚さ方向に下降させ、同じく図示せぬモータにより回転しているドレッサヘッド３２上にＥＧパッド２６を軽く押し付け、ＥＧパッド２６の加工面２６ａから厚み方向の所定範囲を払拭し、ＥＧパッド２６の加工面２６ａに残存する研磨助剤を取り除く。これにより、後述するリンス工程において、加工面２６ａに残留した研磨助剤がウェハＷに移ることを回避できる。

クリーニング工程の後に、図３（ｄ）に示すように、ウェハＷの裏面Ｗａに対してリンス工程を行う。この工程では、ＥＧパッド２６がアーム２１と共に水平回動して、チャック部１２ａの上方に移動する。その後、ＥＧパッド２６を下降させてウェハＷに接近させる。そして、回転しているチャック部１２ａ上のウェハＷの裏面ＷａとＥＧパッド２６の加工面との間に純水を供給しながら、ウェハＷとＥＧパッド２６を互いに逆向きに回転させる。ＥＧパッド２６は、ウェハＷに非接触状態で近接して配置されており、この状態でウェハＷとＥＧパッド２６を互いに逆向きに回転させることにより、ウェハＷの裏面Ｗａ上に複雑な水流を形成することができる。このようにして、供給された水でリンス処理をし、ウェハＷの裏面Ｗａに残存する研磨助剤を洗い流して除去する。

以上説明したように、本発明によるウェハの表面処理装置１０によれば、ＥＧパッド２６がウェハＷの裏面Ｗａの研削ダメージを除去して鏡面状に仕上げると共にウェハＷにＥＧ層４３を生成するため、研磨工程とＥＧ層生成工程との間に重金属がウェハＷ内に混入することを抑制することができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

以上説明したように、ウェハＷの裏面２０ｂを加工処理する以外にも、各種の板状表面を処理する装置にも応用できる。

１０ ウェハの表面処理装置
１１ａ、１１ｂ カセット
１２ａ〜１２ｄ チャック部（基板保持機構）
１３ ターンテーブル
１４ 洗浄ユニット
１５ 搬送ロボット
１６ 粗研削ユニット
１７ 仕上げ研削ユニット
１８ 研磨・テクスチャリングユニット
２０ ＥＧパッドユニット
２１ アーム
２２ モータ
２２ａ 出力軸
２３ パッド支持体
２４ サブパッド
２５ 樹脂性接着剤
２６ ＥＧパッド（表面処理パッド）
２６ａ 加工面
２７ 樹脂性接着剤
２８ 供給ライン
３０ パットドレスユニット（パットドレッサ）
３１ 支持部材
３２ ドレッサヘッド
３３ 不織布
Ａ１ 固定砥粒
Ａ２ 遊離砥粒

Claims (5)

1. 表面にデバイス領域が形成されたウェハの裏面を鏡面状に仕上げ研磨すると共にゲッタリング層を生成するウェハの表面処理方法であって、
   前記ウェハを基板保持機構で保持する保持工程と、
   前記ウェハと前記表面処理パッドとの間にアルカリ性の研磨助剤を供給しながら、前記表面処理パッドを前記ウェハに押圧し、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを回転させて、前記ウェハの裏面を鏡面状に研磨すると共に前記ゲッタリング層を生成する表面処理工程と、
   を含むことを特徴とするウェハの表面処理方法。
2. 前記表面処理工程の後に、前記ウェハと前記表面処理パッドとの間に純水を供給しながら、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを回転させて、前記ウェハの裏面に残存する研磨助剤を洗い流すリンス工程を含むことを特徴とする請求項１記載のウェハの表面処理方法。
3. 前記リンス工程において、前記ウェハと前記表面処理パッドとが非接触状態で回転することを特徴とする請求項２記載のウェハの表面処理方法。
4. 前記リンス工程において、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを相対的に逆回転させることを特徴とする請求項３記載のウェハの表面処理方法。
5. 前記表面処理工程及び前記リンス工程の間に、前記表面処理パッドの加工面にパットドレッサを押圧して該加工面を払拭するドレッシング工程を含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項記載のウェハの表面処理方法。