JP2001260025A

JP2001260025A - ウェーハの再生方法

Info

Publication number: JP2001260025A
Application number: JP2000076311A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ushifusa; 信之牛房; Terutaka Mori; 照享森; Asao Nakano; 朝雄中野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハの大型化に適切に対応でき、且つウェ
ーハを再生するための研磨にかかる加工効率を向上でき
ること。【解決手段】ウェーハの再生方法は、ウェーハ表面の膜
を形成した面に粉体を吹き付けてウェーハの膜を研磨除
去することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウェーハの研磨方法
に係り、特にウェーハに粉体を吹き付けてウェーハに形
成された膜を研磨除去することを特徴とするウェーハの
再生方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハの研磨とは、結晶質或いはガラ
ス質等から成る薄板状ワークの表面を研磨することであ
る。また、ウェーハの研磨装置とは、それを行う装置で
あり、例えば、シリコンウェーハの表面を鏡面仕上げす
るポリシング装置がある。そのポリシング装置として
は、従来から、多数のシリコンウェーハの表面を同時に
鏡面仕上げする、いわゆるバッチ式のポリシング装置が
一般的に用いられている。そのバッチ式のポリシング装
置を用いる研磨方法では、先ず、シリコンウェーハ（以
下単にウェーハという）をワックスを用いてキャリアプ
レートに接着し、そのキャリアプレートをポリシング装
置の研磨クロスが貼られた定盤（研磨用定盤）に接触
（当接）するように反転して供給する。そして、そのキ
ャリアプレートを研磨クロス方向に加圧ヘッド（一般的
に重り）により押圧すると共に、スラリー（液状研磨
剤）を供給して研磨クロスとウェーハとの間に侵入させ
つつ、研磨用定盤を回転運動させてウェーハ表面を鏡面
加工（ポリシング加工）している。一方、化学機械式研
磨（ＣＭＰ：chemical mechanical polishing）は、現
在半導体素子において見られる種々の物質を研磨するた
めに用いられている。かかる物質には、タングステン、
アルミニウム、および銅のような金属が含まれる。研磨
対象の物質の種類には無関係に、同様の技法が用いられ
る。例えば、研磨システムは、典型的に、研磨プラテン
を含み、この上に研磨パッドを取り付ける。プラテンを
回転させている間に、半導体ウエハをパッドに押しつけ
ながら、スラリを分与する。スラリおよび研磨対象層間
における化学的反応、ならびにスラリ内の摩擦および研
磨対象層間における機械的相互作用の組み合わせによ
り、層の平面化が行われる。

【０００３】同一研磨工程における導電性物質および非
導電性（酸化物）物質の研磨に関する問題の他にも、同
一工程において２つの異なる導電性物質を研磨する場合
にも問題がある。例えば、チタン／窒化チタン層上に堆
積されているタングステンを研磨する場合、タングステ
ンおよびチタン物質の研磨特性は大きく異なる。チタン
および窒化チタンは、タングステンの研磨に最適化され
たプロセスを用いると、研磨が比較的困難な物質であ
る。チタンおよび窒化チタンを良好に研磨するスラリの
調合では、他のスラリ程速くタングステンの研磨は行え
ない。しかしながら、これら他のスラリは、チタンまた
は窒化チタンを除去するには非効率的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体装置の高
集積化及び生産の効率化が進むに伴い、その基材である
シリンウェーハの再生が求められていると共に、シリコ
ンウェーハが大型化（例えば直径１２インチ）してきて
おり、これに適切に対応することが要請されている。

【０００５】しかしながら、上記従来のポリシング装置
及び化学機械式研磨装置では、シリコンウェーハの大型
化とその加工速度の向上について、適切に対応できない
という課題があった。すなわち、上記従来のポリシング
装置及び化学機械式研磨装置では、多数のウェーハを平
面的に並べて同時に研磨することになり、その一つの装
置自体が大型化してしまうという課題があった。また、
そのポリシング装置に関する付帯設備（例えば、接着
機、プレート搬送装置、プレート洗浄機、ウェーハの剥
離装置等）が多く、システムが複雑化すると共に、広い
設置スペースを要するという課題があった。また、プレ
ートを介してウェーハを移送するシステムになっている
が、そのプレート自体がウェーハの大型化になり高価に
なるにしたがって、大型化半導体製造工程においては発
生した不良品の再生が大きな課題になってきた。

【０００６】すなわち、半導体製造工程でシリコン基板
上にＣＶＤ（化学的気相成長）およびＰＶＤ（物理的気
相成長）によりＳｉＯ₂、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、Ｓｉ₃Ｎ
₄などの絶縁膜、ポリシリコン膜やＷ、Ａｌ、ＴｉＮな
どの金属及び導電性膜等が形成され、それぞれパターン
が形成されているが、半導体工程におけるコストダウン
を図るには、いかにこれらの硬度や性質の異なる被膜を
簡単に除去してウェーハを再生するかが重要になってく
る。従来は、この課題を達成可能な手段は提供されてい
なかった。

【０００７】そこで、本発明は、ウェーハの大型化に適
切に対応でき、且つウェーハの研磨にかかる加工効率を
向上できるとともに、ウェーハの表面に形成された膜を
研磨除去しウェーハを再生することが可能なウェーハの
再生方法を提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のウェーハの再生
方法は、ウェーハに膜を形成した面に粉体を吹き付け
て、ウェーハに形成した膜を研磨除去することを特徴と
している。

【０００９】また、この方法を実施するためのウェーハ
の研磨装置は、ウェーハの表面に形成された膜を研磨除
去するために用いられるウェーハの研磨装置であって、
ウェーハの研磨を行うための加工室と、該加工室内に備
えられたウェーハを保持する保持手段と、該保持手段に
より保持されたウェーハに粉体を吹き付けて研磨する研
磨手段と、該研磨手段により付着した粉体を除去する粉
体除去手段とを具備するものである。

【００１０】本発明によれば、粉体をウェーハに吹き付
けることにより、粉体がウェーハに衝突した際の衝撃力
で、ウェーハ表面に形成された各種材料からなる膜が剥
がれようとする現象を利用して研磨除去することを特徴
とする。

【００１１】このように、本発明を用いることにより、
ウェーハ表面に形成された膜を研磨除去してウェーハの
表面を平坦にすることができるため、たとえば、ポリシ
ング装置または化学機械式研磨装置により鏡面研磨をす
る前段階として本発明を採用することにより、ウェーハ
の研磨に要する時間を大幅に短縮できるとともに、ポリ
シング装置または化学機械式研磨装置のシステムの小型
化を達成することが可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のウェーハの再生方法で
は、ウェーハに膜を形成した面に粉体を吹き付けて、粉
体がウェーハに衝突した際の衝撃力で、ウェーハ表面に
形成された各種材料からなる膜が剥がれようとする現象
を利用して研磨除去する。

【００１３】ここで、ウェーハに吹き付ける粉体として
は、安価で切削性に優れているものがよく、硬度がビッ
カース硬度で９ＧＰａ以上の炭化物、窒化物、酸化物、
硼化物等のセラミックス粉末が好ましい。

【００１４】セラミック粉末としては、炭化物としてＳ
ｉＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、ＨｆＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＷＣ、
ＴａＣ、Ｍｏ₂Ｃ、Ｃｒ₃Ｃ₂、Ｗ₂Ｃ、Ｂ₄Ｃ、窒化物と
してＴｉＮ、ＶＮ、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＢＮ、Ａ
ｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＣｒＮ、酸化物としてＡｌ₂Ｏ₃、Ｂｅ
Ｏ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、ＣｒＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₅、
硼化物としてＴｉＢ₂、ＺｒＢ₂、ＨｆＢ₂、ＴａＢ₂、Ｍ
ｏＢ₂、ＣｒＢ₂、ＭｏＢ、ＮｂＢ、ＵＢ₂、ＭｏＢ₂があ
り、これら単独もしくは混合物を使用してもよい。

【００１５】なお、ウェーハに粉体を吹き付ける際に、
ウェーハの研磨する面を下方に向け、下方よりウェーハ
に粉体を吹き付けて研磨しても良く、これにより、ウェ
ーハの研磨屑や研磨に用いた粉体をウェーハから容易に
除去することができ、研磨効率を向上できる。

【００１６】また、ウェーハに粉体を吹き付ける場合に
は、ウェーハを固定する必要があるが、この方法として
は、ウェーハを真空チャックにより保持する方法、ある
いは、０℃以上５０℃以下の温度で粘着し８０℃以上２
００℃以下の温度に加熱することで剥離可能な熱剥離シ
ートによりウェーハを保持する方法を採用すると良い。

【００１７】さらに、ウェーハを複数枚保持し、この保
持した複数枚のウェーハを同時に研磨しても良く、さら
にまた、ウェーハの表面を研磨した後に、研磨したウェ
ーハを複数枚重ね合わせ、この複数枚重ね合わせたウェ
ーハの側面から粉体を吹き付けることにより、ウェーハ
側面に形成された膜を研磨除去すると良い。

【００１８】本発明のウェーハの再生に用いた研磨装置
の実施例について、図面を参照して説明する。図１は、
本実施例のウェーハの再生に用いた研磨装置の一実施例
の構成を示す図であり、ウェーハに粉体を吹き付ける際
に、ウェーハの研磨する面を上方に向け、上方よりウェ
ーハに粉体を吹き付けて研磨する装置の概要図である。
一方、図２は、本実施例のウェーハの再生に用いた研磨
装置の他の一実施例の構成を示す図であり、ウェーハに
粉体を吹き付ける際に、ウェーハの研磨する面を下方に
向け、下方よりウェーハに粉体を吹き付けて研磨する装
置の概要図である。

【００１９】図１及び２において１は、ウェーハ９の研
磨を行うための加工室である。この加工室１内には、任
意の箇所に、粉体１２をウェーハ９に吹き付けるための
噴射ノズル５が備えられるとともに、この噴射ノズル５
には、粉体供給ホース８の一端が連結されている。更
に、前記粉体供給ホース８の他端は、前記加工室１の外
に備えた、高圧ガス等により粉体１２を供給するための
粉体供給装置４に連結され、これにより、粉体供給ホー
ス８を介して、前記噴射ノズル５より粉体１２を噴射可
能としている。また、図１において７は、ウェーハを固
定しておくためのウェーハ吸着台７であり、このウェー
ハ吸着台７は前記加工室１内において、前記噴射ノズル
５より粉体１２が噴射される側に備えられており、これ
により、このウェーハ吸着台７上に固定されたウェーハ
９に向けて粉体１２を噴射可能としている。なお、この
ウェーハ吸着台７として本実施例では、真空チャックを
用いている。更に、図において６はホッパーであり、こ
のホッパー６は、前記加工室１の下方に備えられてお
り、このホッパー６により、噴射された粉体１２、及び
粉体の吹き付けにより削られた被加工物が回収される。
また、このホッパー６には風管１０が連結されるととも
に、この風管１０はサイクロン２に連結され、このサイ
クロン２には前記粉体供給装置４及び集塵機３が連結さ
れている。そして、前記ホッパー６及び風管１０を介し
て回収された粉体１２及び削られた被加工物はこのサイ
クロン２により選別され、研磨により削られた被加工物
と破砕された粉体は集塵機３に入り捕集され、また、使
用できる粉体１２は、粉体捕集装置１１を介して前記粉
体供給装置４に入り、再び噴射ノズル５から噴射され
る。

【００２０】このようにして、構成される本実施例のウ
ェーハ９の再生に用いた研磨装置においては、ウェーハ
吸着台７にウェーハ９を固定した後に粉体供給装置４を
作動させると、粉体１２が高圧ガス等により加工室１内
の噴射ノズル５に供給されるとともに、この粉体１２
は、高圧ガスとともに噴射ノズル５より噴射され、ウェ
ーハ９に吹き付けられ、これによりウェーハ９の表面に
形成された膜の研磨除去が行われる。

【００２１】そして、ウェーハ９に吹き付けられた粉体
１２は、ホッパー６及び風管１０を通って加工室１から
サイクロン２に入り、このサイクロン２において、
（１）削られた被加工物及び破砕された粉体、（２）再
使用可能な粉体、とにより選別されて、この削られた被
加工物及び破砕された粉体は集塵機３に入り捕集され
る。一方、再使用可能な粉体は、ロータリーバルブある
いはスクリュー等の粉体捕集装置１１を介して粉体供給
装置４に入り、再び噴射ノズル５へ供給される。

【００２２】このように、上記に記載のウェーハの研磨
装置を用いることにより、ウェーハ９へ粉体１２を吹き
付けてウェーハ９に形成された膜を研磨除去することが
容易となる。

【００２３】次に、このように構成されるウェーハの研
磨装置を用いてウェーハ９の研磨を行う場合の実施例に
ついて説明すると、本実施例によりウェーハ９の研磨を
行う場合には、まず、加工室１内においてウェーハ９を
固定した後に、このウェーハ９に向けて粉体１２を吹き
付け、これによりウェーハ９の表面に形成された膜を除
去してウェーハ９を研磨する。

【００２４】なお、この場合、ウェーハ９上に蒸着等に
より絶縁膜、導電膜、半導体膜を形成したり、熱拡散及
びイオン打ち込み法により不純物を導入したウェーハ９
の表面を空気圧力２０ｋＰａ以上の圧力でセラミック粉
体１２を吹き付けることによりウェーハ９表面の研磨を
行うとよい。

【００２５】また、基板のダメージを低減して、次のポ
リシング工程の時間を短縮するために加工後の面粗さを
低く押さえるためセラミック粉末の平均粒径は３０μｍ
以下で２μｍ以上の粉体を使用することが望ましい。

【００２６】即ち、一般に半導体で絶縁膜及び半導体膜
を形成するときは１μ以下の膜厚で形成してパターンを
形成させるため、蒸着された皮膜の膜厚より大きな粒径
の粉体をぶつけることにより、材質に関係なく、ぶつか
ったときの衝撃力で薄膜が剥がれようとする。そのた
め、この衝撃力を利用してウェーハ表面の膜を簡単に除
去することができる。

【００２７】なお、前述したように、本実施例のウェー
ハの再生方法によりウェーハの研磨を行う場合には、高
圧ガスにてセラミック粉体を吹き付けるためウェーハを
固定しないと高圧ガスによりウェーハが吹き飛んでしま
うために、ウェーハを台に固定する必要があるが、この
固定方法としては真空により固定する方法、ワックスに
より固定する方法、０℃以上５０℃以下の温度で粘着し
８０℃以上２００℃以下の温度に加熱することで剥離可
能な熱剥離シートにより固定する方法がある。このよう
にしてウェーハ表面の膜を研磨除去してウェーハ表面を
平坦にした後に、一般にウェーハのポリシングに使用さ
れているポリシング装置やＣＭＰ（化学機械式研磨）に
よりウェーハ表面のポリシングを行うとよい。

【００２８】次に、図３を参照して、本実施例のウェー
ハの再生方法を用いてウェーハの研磨を行った場合の詳
細な説明を行うと、まず、図３（３−１）にて、ウェー
ハ吸着台７にウェーハ９を固定し、その後に、噴射ノズ
ル５よりセラミック粉体１２を噴射して前記ウェーハ９
に吹き付け、これにより、ウェーハ９の表面を切削研磨
して、粉体１２の衝撃力により薄膜及び不純物層を除去
した。そしてその後に、エアーブローや水洗等により表
面に付着したパウダーを除去した。

【００２９】なお、本実施例における前記ウェーハ吸着
台７としては真空チャックを用いており、真空１３によ
りウェーハ吸着台７にウェーハ９を固定した。

【００３０】また、本実施例では、図にも示されている
ように、ウェーハ９を複数枚保持したが、必ずしも複数
枚保持する必要は無い。また、この保持した複数枚のウ
ェーハ９を同時に研磨してもよい。

【００３１】更に、ウェーハ表面を切削研磨する場合に
は、図３（３−２）に示すようにして、ウェーハ吸着台
７の下側にウェーハ９を固定してウェーハ９の研磨する
面を下方に向け、下方よりウェーハ９に粉体１２を吹き
付けて研磨してもよい。これにより、ウェーハ９の研磨
屑や研磨に用いた粉体１２をウェーハから容易に除去す
ることができ、研磨効率を向上できる。即ち、セラミッ
ク粉体１２を下方より噴射する場合には、研磨により除
去された研磨屑が容易に除去できるため、短時間で表面
を均一に研磨することができるとともに、エアーブロー
や水洗等による表面に付着した粉体の除去が容易であ
る。

【００３２】次に、図３（３−３）にて、ウェーハ９の
側面に蒸着された薄膜及び不純物層を研磨除去した。そ
してこの場合は、ウェーハ９を何枚も重ね合わせた後に
側面から粉体を吹きつけ、これにより研磨除去するよう
にした。但し、ウェーハの側面に薄膜の蒸着や不純物層
が無い場合はこの工程を省略してもよい。

【００３３】また、比較的膜厚の厚い金属は粉体１２を
吹きつけることによる研磨のみでは除去できないため、
この場合は薬液によるエッチングを組み合わせて不純物
を除去する。

【００３４】そしてその後に、図３（３−４）にて、ウ
ェーハ固定台１５にウェーハ９を固定して、研磨板１６
を使用して薄膜や不純物層を除去した基板のポリシング
を行った。

【００３５】なお、本実施例においては、次の加工条件
にて１２インチシリコンウェーハに付着した薄膜を除去
した。また、窒化チタン、アルミ、アルミナ、タングス
テン、窒化珪素の薄膜を蒸着したウェーハを使用して加
工を行った。加工装置としてはＨＣ−４ＸＢＡＲＳ−Ｎ
Ｈ−４０１Ｐ（不二製作所製）を用いた。

【００３６】また、図３（３−１）における研磨の際の
加工条件としては、空気圧力を５０ｋＰａ、ノズル距離
を３０ｍｍ、ノズル移動スピードを３０ｍｍ／ｍｉｎ、
ワーク移動スピードを２００ｍｍ／ｍｉｎとし、使用研
磨材としてホワイトアランダム＃１５００（アルミナ粉
末）を用い、加工パス数を２パスとした。

【００３７】そして、上記の加工の後にシリコンウェー
ハ９を１０枚重ね合わせ保護用に上下に保護板１４でシ
リコンウェーハ９を保護して基板を図３の（３−３）の
ように回転させながらウェーハ側面から粉体１２を吹き
つけ、側面の薄膜を除去した。そしてこの場合の加工条
件として、空気圧力を５０ｋＰａとし、ノズル距離を３
０ｍｍ、基板回転数を１０ｒｐｍ、加工時間を１２０秒
にし、使用研磨材としてホワイトアランダム＃１５００
（アルミナ粉末）を用いて研磨加工を行った。そしてそ
の結果、完全に表面の薄膜が除去された。また、前記図
３（３−１）に示される上方からのセラミック粉体吹き
つけ加工後の面粗さはＲｍａｘ：０．８μｍであり、更
に図３（３−２）に示される下方からのセラミック粉体
吹き付け加工後に面粗さはＲｍａｘ：０．５μｍであ
り、いずれの場合も全面に亘って均一に研磨することが
できた。

【００３８】そして、前記研磨除去加工の後に、スピー
ドファム製のポリシング装置または化学機械式研磨装置
を使用してウェーハ表面のポリシングを行った結果、表
面粗さ計で測定できないほど鏡面になり新品のウェーハ
と同様の表面状態が得られた。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、以上説明した形態で実施さ
れ、以下に記載するような効果を奏する。

【００４０】本発明は、ウェーハの研磨方法として、粉
体をウェーハに吹き付けることを特徴としており、これ
により粉体がウェーハに衝突した際の衝撃力でウェーハ
表面に形成された膜を容易に研磨除去することができ
る。そのため、本発明を用いることにより、ウェーハ表
面に形成された膜を容易に研磨除去してウェーハ表面を
平坦にすることができるため、例えばポリシング装置ま
たは化学機械式研磨装置を利用して鏡面研磨する前段階
として本発明を採用することにより、ウェーハの研磨に
要する時間を大幅に短縮できるとともに、ポリシング装
置または化学機械式研磨装置のシステムの小型化を達成
することもでき、ウェーハの大型化に適切に対応して、
ウェーハの研磨にかかる加工効率を向上できるという著
効を奏する。本発明を採用することにより、ウェーハ表
面に形成された膜を有効に研磨除去できるため、ウェー
ハの再生が達成可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウェーハの再生に用いた研磨装置
の一実施例を示す図である。

【図２】本発明に係るウェーハの再生に用いた研磨装置
の他の一実施例を示す図である。

【図３】本発明のウェーハの再生方法の実施例を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１…加工室、２…サイクロン、３…集塵機、４…粉体供
給装置、５…噴射ノズル、６…ホッパー、７…ウェーハ
吸着台、８…粉体供給ホース、９…ウェーハ、１０…風
管、１１…粉体捕集装置、１２…セラミック粉体（高圧
ガス含む）、１３…真空、１４…保護板、１５…ウェー
ハ固定台、１６…研磨板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェーハ表面に形成された膜を研磨除去
するためのウェーハの研磨方法において、ウェーハの膜
を形成した面に粉体を吹き付けることにより、ウェーハ
に形成した膜を研磨除去することを特徴とするウェーハ
の再生方法。
【請求項２】上記請求項１に記載のウェーハの再生方
法において、ウェーハの研磨する面を下方に向け、下方
よりウェーハに粉体を吹き付けてウェーハに形成した膜
を研磨除去することを特徴とするウェーハの再生方法。
【請求項３】上記請求項１乃至２に記載のウェーハの
再生方法において、前記ウェーハを真空チャックにより
保持した状態でウェーハに粉体を吹き付けてウェーハに
形成した膜を研磨除去することを特徴とするウェーハの
再生方法。
【請求項４】上記請求項１乃至２に記載のウェーハの
再生方法において、０℃以上５０℃以下の温度で粘着し
８０℃以上２００℃以下の温度に加熱することで剥離可
能な熱剥離シートにより保持した状態でウェーハに粉体
を吹き付けてウェーハに形成した膜を研磨除去すること
を特徴とするウェーハの再生方法。
【請求項５】上記請求項１乃至４に記載のウェーハの
再生方法において、ウェーハを複数枚保持し、この保持
した複数枚のウェーハに同時に粉体を吹き付けてウェー
ハに形成した膜を研磨除去することを特徴とするウェー
ハの研磨方法。
【請求項６】上記請求項１乃至５に記載のウェーハの
研磨除去後に、研磨したウェーハを複数枚重ね合わせ、
この複数枚重ね合わせたウェーハの側面から粉体を吹き
付けることによりウェーハ側面に形成された膜を研磨除
去することを特徴とするウェーハの再生方法。
【請求項７】上記請求項１乃至６に記載のウェーハの
再生方法において、研磨に用いる粉体として硬度がビッ
カース硬度で９ＧＰａ以上の炭化物、窒化物、酸化物、
硼化物等のセラミックス粉末を吹き付けて研磨除去する
ことを特徴とするウェーハの再生方法。
【請求項８】上記請求項１乃至７に記載のウェーハの
再生方法において、研磨に用いる粉体として平均粒径が
２μｍ以上で３０μｍ以下のセラミックス粉末を吹き付
けて研磨除去することを特徴とするウェーハの再生方
法。