JP6192778B2 - シリコンウエーハの加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウエーハを研磨するとともにゲッタリング層を付与するシリコンウエーハの加工装置に関する。

半導体デバイスウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを所定の厚みへと薄化するのに研削装置が広く利用されている。研削装置は、ダイアモンドやＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）等の砥粒を含む研削砥石を有しており、この研削砥石でウエーハを研削して所定の厚みにウエーハを薄化する。

しかし、研削砥石でウエーハを研削するとウエーハには研削歪が生成される。研削歪がウエーハに生成されると、ウエーハの抗折強度が低下して破損するリスクが上昇する。そこで、例えば、特開２００２−１８３２１１号公報に開示されるようなドライポリッシュやＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の研磨を研削後のウエーハに施して研削歪を除去している。

しかし、研削歪が除去されたウエーハではゲッタリング効果が消失してしまうという問題がある。ゲッタリング効果とは、半導体デバイスウエーハや光デバイスウエーハ等の製造工程中、これらのウエーハに含有された重金属を主とする不純物をウエーハのデバイスの形成されたデバイス領域以外の領域で補足して、デバイスを不純物による汚染から守る効果である。

デバイス形成領域以外の領域で不純物を捕獲するサイトとして研削歪が活用される。ゲッタリング効果によってデバイスが不純物で汚染されることなく、結晶欠陥の発生や電気特性の劣化といった不具合が抑制され、デバイス特性の安定化や性能の向上が図られている（例えば、特開平１０−７００９９号公報及び特開２００５−９３８６９号公報参照）。

そこで、研削歪が除去されたウエーハにゲッタリング効果を付与する方法として、砥粒が混入された液体にウエーハを浸漬し、超音波を付与してウエーハの裏面に歪層を形成する方法が特開２００６−３０３２２３号公報で提案されている。

特開２００２−１８３２１１号公報 特開平１０−７００９９号公報 特開２００５−９３８６９号公報 特開２００６−３０３２２３号公報

しかし、上述した特許文献４に開示された方法では、ゲッタリング効果を付与するためのダイアモンド砥粒が必要となるため、非経済的であるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリコンウエーハの研削歪を除去するとともに簡単な方法でゲッタリング効果のあるゲッタリング層を形成可能なシリコンウエーハの加工装置を提供することである。

本発明によると、シリコンウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたシリコンウエーハを研削する研削手段と、該チャックテーブルに保持され該研削手段により研削されたシリコンウエーハを研磨する、砥粒を含有した固定砥粒型研磨パッドを有する研磨手段と、切替弁を介してアルカリ性の研磨液供給源と純水供給源とに選択的に接続され、該チャックテーブルに保持されたシリコンウエーハと該固定砥粒型研磨パッドとに加工液を供給する加工液供給ノズルと、を備え、該切替弁は、該加工液供給ノズルを該研磨液供給源に接続して、アルカリ性研磨液を使用して砥粒を含有した該固定砥粒型研磨パッドでシリコンウエーハを研磨し、該研削手段による研削で生成された研削歪を除去した後、該加工液供給ノズルを該純水供給源に接続して、純水を使用して砥粒を含有した該固定砥粒型研磨パッドでシリコンウエーハを研磨してゲッタリング層を生成させるように切り替えが制御されることを特徴とする加工装置が提供される。

本発明の加工装置によると、アルカリ性の研磨液を供給しつつ砥粒を含有する研磨パッドでシリコンウエーハを研磨することで、シリコンウエーハに残存する研削歪を効果的に除去できる。この状態ではシリコンウエーハに歪が生成されることはないので、研磨液を切換弁でシリコンウエーハと化学反応を起こさない純水に切り替えることにより、シリコンウエーハに対して微小な歪をゲッタリング層として生成できる。

研削歪を除去する研磨ステップとゲッタリング層生成ステップとを同一チャックテーブル上で実施できるため、非常に効率が良い。また、リンス液として純水を使用するので、ゲッタリング層生成ステップを実施した後、シリコンウエーハを洗浄する洗浄ステップを省くことができる。

本発明の板状物の加工方法を実施するのに適した加工装置の斜視図である。 研磨ユニットの背面側斜視図である。 半導体ウエーハの表面側斜視図である。 表面に表面保護テープが貼着された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。 保持ステップを示す一部断面側面図である。 第１実施形態の研磨形成ステップを示す一部断面側面図である。 第１実施形態のゲッタリング層生成ステップを示す一部断面側面図である。 第２実施形態の研磨形成ステップを示す一部断面側面図である。 第２実施形態のゲッタリング層生成ステップを示す一部断面側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の加工方法を実施するのに適した加工装置２の斜視図が示されている。加工装置２は、略直方体形状の装置ハウジング４を具備している。装置ハウジング４の右上端には、コラム６が立設されている。

コラム６の内周面には、上下方向に伸びる二対の案内レール８及び１０が設けられている。一方の案内レール８には粗研削ユニット１２が粗研削ユニット送り機構１４により上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に装着されており、他方の案内レール１０には仕上げ研削ユニット１６が仕上げ研削ユニット送り機構１８により上下方向に移動可能に装着されている。

粗研削ユニット１２は、ユニットハウジング２０と、ユニットハウジング２０中に回転自在に収容されたスピンドル２２と、スピンドル２２の先端に固定されたホイールマウント２４と、ホイールマウント２４の先端に着脱自在に装着された粗研削砥石を有する粗研削ホイール２６と、スピンドル２２を回転駆動するモータ３２とを含んでいる。

仕上げ研削ユニット１６は、ユニットハウジング３４と、ユニットハウジング３４内に回転可能に収容されたスピンドル３６と、スピンドル３６の先端に固定されたホイールマウント３８と、ホイールマウント３８に着脱可能に装着された仕上げ研削砥石を有する仕上げ研削ホイール４０と、スピンドル３６を回転駆動するモータ４６とを含んでいる。

加工装置２は、コラム６の前側において装置ハウジング４の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル４８を具備している。ターンテーブル４８は比較的大径の円板状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印４９で示す方向に回転される。ターンテーブル４８には、互いに円周方向に９０度離間して４個のチャックテーブル５０が水平面内で回転可能に配置されている。

ターンテーブル４８に配設された４個のチャックテーブル５０は、ターンテーブル４８が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃ、研磨加工領域Ｄ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

研磨加工領域Ｄには研磨ユニット５２が配設されている。研磨ユニット５２は、図２に示すように、装置ハウジング４上に固定された静止ブロック５４と、静止ブロック５４に装着されてＸ軸移動機構５８によりＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動ブロック５６と、Ｘ軸移動ブロック５６に装着されてＺ軸移動機構６２によりＺ軸方向に移動可能なＺ軸移動ブロック６０とを含んでいる。

Ｚ軸移動ブロック６０にはユニットハウジング６４が配設されており、ユニットハウジング６４中には、スピンドル６６が回転可能に収容されている。スピンドル６６の先端にはホイールマウント６８が固定されており、このホイールマウント６８に対してねじ６９で着脱自在に研磨ホイール７０が装着されている。

研磨ホイール７０は、ホイールマウント６８に装着される基台７２と、基台７２に貼着された研磨パッド７４とから構成される。研磨パッド７４としては、例えばＷＯ２００３／１０１６６８号公報で開示される固定砥粒研磨パッドが好適に使用でき、例えば発泡ウレタン中に砥粒を分散させ適宜のボンド剤で固定した固定砥粒研磨パッドから構成される。

砥粒としては例えば粒径０．２〜１．５μｍのＧＣ（Ｇｒｅｅｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）砥粒を発泡ウレタン中に含有させる。発泡ウレタンに替えて不織布中にＧＣ砥粒を含有させてもよい。

砥粒は被加工物より硬度が高く被加工物に傷をつけることが可能なものであればよく、被加工物がシリコンウエーハの場合、モース硬度５以上の物質を主材料にした砥材が好ましく、例えば、ＧＣ砥粒に替えてダイアモンドやアルミナ、セリア、ＣＢＮ等の砥粒を含有させるようにしてもよい。

加工装置２のハウジング４の前方側には、加工前のウエーハをストックする第１のカセット９０と、加工後のウエーハをストックする第２のカセット９２が着脱可能に装着される。

９４はウエーハ搬送ロボットであり、第１のカセット９０内に収容されたウエーハを仮置きテーブル９６に搬出するとともに、スピンナ洗浄ユニット１００で洗浄された加工後のウエーハを第２のカセット９２に搬送する。

９８は、仮置きテーブル９６からウエーハをウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられたチャックテーブル５０に搬入したり、チャックテーブル５０から加工後のウエーハを吸着してスピンナ洗浄ユニット１００まで搬送するウエーハ搬送ユニットであり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能である。

スピンナ洗浄ユニット１００は回転可能なスピンナテーブル１０２を有している。スピンナ洗浄ユニット１００は更に、スピンナテーブル１０２に保持されている加工後のウエーハに洗浄水を供給する洗浄水供給ノズル１０４を有している。８２は加工により生成された加工屑を含んだ排液を排出する排液口である。

図３を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる半導体ウエーハ１１の斜視図が示されている。図３に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

このように構成された半導体ウエーハ１１は、半導体デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。また、半導体ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。

本発明の加工対象となる板状物はシリコンウエーハに限定されるものではなく、ＧａＮウエーハ、ＳｉＣウエーハ等のウエーハ、ガラス基板、セラミックス基板等の板状物を含むものである。

本発明の加工方法では、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する前に、半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、図４に示すように、表面１１ａに形成された半導体デバイス１５を保護するために表面保護テープ２３が貼着される。

従って、半導体ウエーハ１１の表面１１ａは、表面保護テープ２３によって保護され、図４に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。表面保護テープ２３に代わって半導体ウエーハ１１の表面にサポートプレートを貼着してもよい。

次に、本発明実施形態に係る板状物の加工方法について詳細に説明する。第１のウエーハカセット９０に収容された半導体ウエーハ（以下、ウエーハと略称することがある）１１は、ウエーハ搬送ロボット９４により第１のカセット９０から引き出されて仮置きテーブル９６まで搬送され、仮置きテーブル９６で半導体ウエーハ１１の中心出しが実施される。

次いで、ウエーハ搬送ユニット９８により吸着された半導体ウエーハ１１がウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられたチャックテーブル５０に搬送され、表面保護テープ２３を下側にしてチャックテーブル５０により吸引保持される。

半導体ウエーハ１１をチャックテーブル５０で吸引保持した後、ターンテーブル４８を矢印４９で示す時計回り方向に９０度回転して、チャックテーブル５０に保持された半導体ウエーハ１１が粗研削ユニット１２に対向する粗研削加工領域Ｂに位置付ける。

半導体ウエーハ１１の粗研削では、このように位置付けられた半導体ウエーハ１１に対してチャックテーブル５０を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２６をチャックテーブル５０と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、粗研削ユニット送り機構１４を作動して粗研削用の研削砥石を半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール２６を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂの粗研削を実施する。この粗研削は研削砥石とウエーハ１１に研削液を供給しながら実施される。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ１１の厚みを測定しながらウエーハ１１を所望の厚みに研削する。

粗研削が終了すると、ターンテーブル４８を時計回り方向に更に９０度回転して、粗研削の終了したウエーハ１１を仕上げ研削加工領域Ｃに位置付ける。この仕上げ研削では、チャックテーブル５０を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール４０をチャックテーブル５０と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、仕上げ研削ユニット送り機構１８を作動して仕上げ研削用の研削砥石をウエーハ１１の裏面に接触させる。

そして、研削ホイール４０を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウエーハ１１の裏面研削を実施する。この仕上げ研削も研削砥石とウエーハ１１に研削液を供給しながら実施される。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ１１の厚みを測定しながらウエーハ１１を所望の厚み、例えば５０μｍに仕上げる。

仕上げ研削の終了したウエーハ１１を保持したチャックテーブル５０は、ターンテーブル４８を時計回り方向に更に９０度回転することにより、研磨ユニット５２に対向する研磨加工領域Ｄに位置付けられ、研磨ステップが実施される。

第１実施形態の研磨ステップでは、図６に示すように、研磨パッド７４でウエーハ１１の裏面１１ｂを部分的に覆った状態で研磨を実施する。加工液供給ノズル７８は、電磁切替弁８０を介して研磨液供給源８２及びリンス液供給源８４に選択的に接続される。

ウエーハ１１の裏面１１ｂを研磨する研磨ステップでは、加工液供給ノズル７８は研磨液供給源８２に接続され、加工液供給ノズル７８から研磨液をウエーハ１１の裏面１１ｂと研磨パッド７４に供給しつつ、チャックテーブル５０を矢印ａ方向に回転するとともに研磨パッド７４を矢印ｂ方向に回転しながら、ウエーハ１１の裏面１１ｂに研磨パッド７４を押し付けてウエーハ１１の裏面１１ｂの研磨を実施する。

この研磨ステップは研削ステップで生成された研削歪の除去を目的とし、研磨ステップにより、研削ステップで生成された研削歪が除去される。この研磨ステップで使用する研磨液には、被加工物と化学反応を生じてＣＭＰを実施することができる物質が含まれる。ウエーハがシリコンからなる本実施形態では、例えばアルカリ性の研磨液を使用する。

研磨ステップ実施後、ウエーハの裏面にゲッタリング層を生成することを目的としたゲッタリング層生成ステップを実施する。ゲッタリング層生成ステップでは、図７に示すように、電磁切替弁８０を切り替えて加工液供給ノズル７８をリンス液供給源８４に接続し、加工液供給ノズル７８からリンス液をウエーハ１１の裏面１１ｂ及び研磨パッド７４に供給しつつ、チャックテーブル５０を矢印ａ方向に回転するとともに研磨パッド７４を矢印ｂ方向に回転しながら、ウエーハ１１の裏面１１ｂに研磨パッド７４を押し付けてウエーハ１１の裏面１１ｂにゲッタリング層を生成させる。

リンス液は被加工物と化学反応を生じない物質のみで構成され、研磨パッドの砥粒が極めて機械的に作用するように調整される。本実施形態では、リンス液として例えば純水を用いる。

加工液供給ノズル７８から供給する液体をアルカリ性研磨液から純水等のリンス液に切り替えることで、研削歪よりも更に細かい歪層がウエーハ１１の裏面１１ｂに形成され、これがゲッタリング層として機能する。リンス液はウエーハ１１と化学反応を起こさない液体であれば良く、純水に替えて、例えば界面活性剤を供給してもよい。

リンス液として純水を供給すると、ゲッタリング層形成ステップでウエーハ１１の裏面１１ｂにゲッタリング層を形成した後、ウエーハ１１を洗浄する洗浄ステップを省くことも可能となる。洗浄ステップを実施してもよいことは勿論である。

被加工物がシリコンウエーハ１１の場合には、研磨液としては例えばｐＨ９〜１３程度に調整されたアルカリ水溶液が好ましい。更に好ましくは、ｐＨ１０〜１１のアルカリ水溶液である。

図８を参照すると、本発明第２実施形態の研磨ステップを示す一部断面側面図が示されている。本実施形態の研磨ステップでは、研磨パッド７４でウエーハ１１の裏面全面を覆った状態で研磨する。

本実施形態では流体供給路６７がスピンドル６６、ホイールマウント６８及び研磨ホイール７０を貫通して形成されている。そして、流体供給路６７が電磁切替弁８０を介して研磨液供給源８２及びリンス液供給源８４に選択的に接続される。

本実施形態の研磨ステップでは、研磨パッド７４でウエーハ１１の裏面１１ｂの全面を覆った状態で、流体供給路６７からアルカリ性の研磨液を供給しつつ、チャックテーブル５０を矢印ａ方向に回転するとともに研磨パッド７４を矢印ｂ方向に回転しながら、ウエーハ１１の裏面１１ｂに研磨パッド７４を押し付けてウエーハ１１の裏面１１ｂの研磨を実施する。この研磨ステップにより、研削ステップで生成された研削歪が除去される。

研磨ステップに引き続いて、研磨液をリンス液に切り替えて実施するゲッタリング層生成ステップを遂行する。このゲッタリング層生成ステップでは、流体供給路６７を、図９に示すように、リンス液供給源８４に接続しリンス液としての純水をウエーハ１１の裏面１１ｂ及び研磨パッド７４に供給しながら、研磨パッド７４をウエーハ１１の裏面１１ｂに押し付けチャックテーブル５０を矢印ａ方向に回転するとともに研磨パッド７４を矢印ｂ方向に回転させてゲッタリング層を生成する。

上述した第１実施形態と同様に、供給する液体をアルカリ性研磨液から純水に切り替えることにより、研削歪よりも更に細かい歪層がウエーハ１１の裏面１１ｂに形成され、これがゲッタリング層として機能する。純水に替えて、界面活性剤を供給するようにしてもよい。

研磨パッド７４でウエーハ１１の裏面１１ｂの全面を覆うことで、加工熱により研磨が促進され、短時間で研磨が出来る。また、研磨後のウエーハ１１の厚みばらつきを小さく押さえることが可能となる。

板状被加工物がシリコンウエーハの場合には、上述したように研磨液としてアルカリ水溶液を供給しながら実施するのが好ましいが、板状被加工物がガラスや酸化物基板、ＳｉＣウエーハ、ＧａＮウエーハ等の場合には酸性の研磨液を供給しながら研磨ステップを実施するのが好ましい。

本発明の加工方法では、研削歪除去を目的とする第１の加工（研磨ステップ）とゲッタリング層を生成するという第１の加工と相反する第２の加工（ゲッタリング層生成ステップ）とを研磨液をリンス液に変更することにより、同一加工ツール上で実施できる。即ち同一加工軸や加工チャンバーで実施できプロセスの大幅な省力化が可能となる。

１１ 半導体ウエーハ
１２ 粗研削ユニット
１５ デバイス
１６ 仕上げ研削ユニット
２３ 表面保護テープ
４８ ターンテーブル
５０ チャックテーブル
５２ 研磨ユニット
７４ 研磨パッド
７８ 加工液供給ノズル
８０ 電磁切替弁
８２ 研磨液供給源
８４ リンス液供給源

Claims (1)

1. シリコンウエーハを保持するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルに保持されたシリコンウエーハを研削する研削手段と、
   該チャックテーブルに保持され該研削手段により研削されたシリコンウエーハを研磨する、砥粒を含有した固定砥粒型研磨パッドを有する研磨手段と、
   切替弁を介してアルカリ性の研磨液供給源と純水供給源とに選択的に接続され、該チャックテーブルに保持されたシリコンウエーハと該固定砥粒型研磨パッドとに加工液を供給する加工液供給ノズルと、を備え、
   該切替弁は、該加工液供給ノズルを該研磨液供給源に接続して、アルカリ性研磨液を使用して砥粒を含有した該固定砥粒型研磨パッドでシリコンウエーハを研磨し、該研削手段による研削で生成された研削歪を除去した後、
   該加工液供給ノズルを該純水供給源に接続して、純水を使用して砥粒を含有した該固定砥粒型研磨パッドでシリコンウエーハを研磨してゲッタリング層を生成させるように切り替えが制御されることを特徴とする加工装置。