JP2005223359A - 半導体ウェハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境汚染物質の発生がなく環境負荷の小さい半導体ウェハの加工方法を提供することを目的とする。
【解決手段】回路形成面に保護膜が形成された半導体ウェハをウェハ収納部２からウェハ搬送部３によって取り出し、プリセンタ部５によって位置合わせした後、研磨部６で薄化加工の目標厚さにドライエッチング代を加えた厚さ寸法に機械研磨する。研磨後の半導体ウェハはウェハ洗浄部１０によって洗浄液により洗浄されて異物が除去された後にプラズマ処理部４Ａ，４Ｂに送られ、プラズマエッチングによるドライエッチングが行われる。これにより、エッチング液を用いたウェットエッチングを行う際に発生する環境汚染物質の発生がなく、環境負荷の小さい半導体ウェハの加工方法が実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハを薄化加工する半導体ウェハの加工方法に関するものである。

半導体装置に用いられる半導体ウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない半導体ウェハの厚さを薄くするための研磨加工が行われる。この研磨加工は、半導体ウェハの表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面と反対側の裏面を機械研磨することによって行われる。機械研磨後のシリコン基板の表面には、加工によって形成されたマイクロクラックによって脆化した層（マイクロクラック導入層）が存在する。このマイクロクラックはシリコン基板の抗折強度を損なうため、機械研磨後にシリコン表面のマイクロクラック導入層を除去する必要がある。従来このマイクロクラック導入層除去は、フッ酸や硝酸などのエッチング液を用いたウエットエッチングが用いられていた。

しかしながら、ウエットエッチングによる処理に際しては、エッチング液の化学反応により窒素酸化物などの環境汚染物質が大量に発生する。このため、ウエットエッチングを用いる場合には、これらの環境汚染物質の空気中への排出を防止するための回収装置や、エッチング後に排出されるエッチング液の廃液処理などの環境設備に多大のコストを要するという問題点があった。

そこで本発明は、環境汚染物質の発生がなく環境負荷の小さい半導体ウェハの加工方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の半導体ウェハの加工方法は、機械研磨によって回路が形成されたシリコンを主成分とする半導体ウェハの反対側の面を研磨し、次いで研磨された面をドライエッチングすることにより前記半導体ウェハを目標厚さに薄化加工する半導体ウェハの加工方法であって、前記半導体ウェハをチャックテーブルに移載する工程と、前記チャックテーブル上へ移載された半導体ウェハを機械研磨によって前記目標厚さに３μｍ〜５０μｍの範囲で設定されるドライエッチング代を加えた厚さに研磨する工程と、機械研磨後の半導体ウェハを洗浄前搬送手段により前記チャックテーブルからウェハ洗浄部に搬出し、このウェハ洗浄部において前記半導体ウェハの研磨された面を洗浄液によって洗浄し、その後半導体ウェハに残留付着する洗浄液の水切り・乾燥を行う工程と、洗浄液の水切り・乾燥を終えた半導体ウェハを洗浄後搬送手段で前記洗浄部から取り出してドライエッチング装置へ搬送し、洗浄されたドライエッチング代をフッ素系ガスと酸素を主体とするプラズマ発生用の混合ガスによってドライエッチングして除去するようにした。

請求項２記載の半導体ウェハの加工方法は、回路形成面に回路パターンを保護する保護膜が形成された半導体ウェハを目標厚さに薄化加工する半導体ウェハの加工方法であって、前記保護膜側を下に向けた状態で半導体ウェハをチャックテーブルに移載する工程と、前記チャックテーブル上へ移載された半導体ウェハの回路形成面の反対側の面を機械研磨することにより半導体ウェハを前記目標厚さに３μｍ〜５０μｍの範囲で設定されるドライエッチング代を加えた厚さにする工程と、前記チャックテーブルから機械研磨後の半導体ウェハを洗浄前搬送手段でウェハ洗浄部に搬出し、このウェハ洗浄部において前記半導体ウェハを洗浄液によって洗浄し、その後半導体ウェハに残留付着する洗浄液の水切り・乾燥を行う工程と、洗浄液の水切り・乾燥を終えた半導体ウェハを洗浄後搬送手段で前記
洗浄部から取り出し、真空チャンバ内に上部電極と下部電極を備えたドライエッチング装置の下部電極上に前記保護膜を接触させて載置し、この状態で前記真空チャンバにプラズマ発生用の混合ガスを供給すると共に前記上部電極と前記下部電極の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより前記反対側面をドライエッチングして前記ドライエッチング代の分を除去する工程とを含む。

本発明によれば、機械研磨によって半導体ウェハの表面を研磨し、次いで機械研磨された面を目標厚さにドライエッチングすることにより、環境汚染物質の発生がなく環境負荷の小さい半導体ウェハの加工方法が実現される。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置の平面図、図３、図４は本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置のウェハ収納部の斜視図、図５は本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置の部分平面図、図６は本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置の研磨部の側面図、図７は本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置のウェハ洗浄部の断面図、図８は本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置のプラズマ処理部の断面図、図９、図１０は本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工方法の工程説明図、図１１は本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工方法における半導体ウェハ洗浄のフロー図である。

まず図１、図２を参照して半導体ウェハの加工装置の全体構造を説明する。図１、図２において、ベース部１の上面の前半部１ａには、ウェハ搬送部３を中心としてウェハ収納部２、第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂ、プリセンタ部５およびウェハ洗浄部１０が放射状に配設されている。

ウェハ収納部２は、加工前および加工後の半導体ウェハを収納する。すなわち、ウェハ収納部２は半導体ウェハの収納手段となっている。第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂは、減圧雰囲気下で発生するプラズマのエッチング作用により半導体ウェハ表面のドライエッチングを行う。したがって、第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂは、半導体ウェハのドライエッチング手段となっている。

プリセンタ部５は、後述する研磨部６へ渡される半導体ウェハを予め位置合わせするプリセンタ動作を行う。ウェハ洗浄部１０は、研磨部６によって研磨された半導体ウェハを洗浄液によって洗浄する。すなわち、ウェハ洗浄部１０は半導体ウェハの洗浄手段となっている。

ベース部１の上面の後半部１ｂには、研磨部６が配設されている。研磨部６はベース部１上面に立設された壁部６ａを備え、壁部６ａの前側面には第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂが配設されている。第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニットは８Ｂそれぞれ半導体ウェハ１１の粗研磨および仕上げ研磨を行う。すなわち研磨部６は、半導体ウェハ１１の機械研磨を行う研磨手段となっている。第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂの下方には、コーミング６ｂに囲まれてターンテーブル７が配設されている。ターンテーブル７はインデックス回転し、研磨対象の半導体ウェハを保持して第１の研磨ユニット８Ａや第２の研磨ユニット８Ｂに対して位置決めする。

研磨部６の手前側には、ウェハ搬入部９Ａ、ウェハ搬出部９Ｂが配設されている。ウェハ搬入部９Ａは、プリセンタ部５で位置合わせされた半導体ウェハを研磨部６に搬入する
。ウェハ搬出部９Ｂは、機械研磨後の半導体ウェハを研磨部６から搬出する。したがって、前述のウェハ搬送部３、ウェハ搬入部９Ａ、ウェハ搬出部９Ｂは、研磨部６、ウェハ洗浄部１０、第１のプラズマ処理部４Ａ又は第２のプラズマ処理部４Ｂの間で半導体ウェハ１１の受け渡しを行い、研磨部６に半導体ウェハ１１を供給しかつ第１のプラズマ処理部４Ａ又は第２のプラズマ処理部４Ｂからドライエッチング後の半導体ウェハ１１を取り出すウェハハンドリング手段となっている。

以下、各部の構成および機能について順次説明する。図１、図２に示すように、ウェハ収納部２は２つのウェハ収納用のマガジン２Ａ，２Ｂを備えている。マガジン２Ａ，２Ｂは薄化加工の対象の半導体ウェハを多数収納する。図３、図４に示すように、マガジン２Ａ，２Ｂは筺体１２の内部に棚部材１３を多段に設けた構造となっており、棚部材１３上には半導体ウェハ１１が載置される。

半導体ウェハ１１はシリコンを主成分とし、複数の半導体素子が作り込まれている。半導体ウェハ１１の回路形成面上には保護膜１１ａが形成されている（図１０（ｂ）参照）。保護膜１１ａは半導体ウェハ１１の回路パターンを保護するとともに、半導体ウェハ１１を補強して抗折強度を向上させる機能を有している。半導体ウェハ１１をマガジン２Ａ，２Ｂに収納する際には、保護膜１１ａ側を上向きにした状態で棚部材１３上に載置される。

図２において、前半部１ａの中央部に形成された凹部１ｃ内には、ウェハ搬送部３が設置されている。ウェハ搬送部３のベース部材３ａ上には極座標系のロボット機構が配設されている。ベース部材３ａは図示しない駆動機構によってベース部１上を３６０度旋回可能になっており、ロボット機構の向きを自由に制御することができる。

ロボット機構はベース部材３ａ上に立設された上下方向に伸縮自在なアーム軸（図示せず）に対して横方向に延設された第１旋回アーム１４ａに第２旋回アーム１４ｂを連結し、さらに第２旋回アーム１４ｂの先端部にウェハ保持部１７を装着して構成されている。ウェハ保持部１７は上面に吸着孔１７ａが設けられた２股のフォーク状部材１７ｂ（図４参照）を備えており、ハンド回転機構１５によって軸廻りに回転し、手首機構１６によってウェハ保持部１７の傾きを制御する。さらに第１旋回アーム１４ａと第２旋回アーム１４ｂを旋回させることにより、ウェハ保持部１７を水平方向に進退させることができる。

ロボット機構の各部を駆動することにより、ウェハ保持部１７はマガジン２Ａ，２Ｂや第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂ、プリセンタ部５およびウェハ洗浄部１０などのウェハ受け渡し対象に対して移動する。そしてウェハ保持部１７によって半導体ウェハ１１を保持してウェハ受け渡し対象の各部間で半導体ウェハの受け渡しを行う。

すなわち、ベース部材３ａを旋回させてウェハ保持部１７を任意の方向に向けることができ、第１旋回アーム１４ａ、第２旋回アーム１４ｂにより、ウェハ保持部１７を水平方向に前進させて前記ウェハ受け渡し対象の各部へアクセスさせることができる。またハンド回転機構１５を駆動することにより、ウェハ保持部１７に吸着孔１７ａによって吸着保持された状態の半導体ウェハ１１（図４参照）は上下反転され、図示しないアーム軸を駆動することにより、ウェハ保持部１７は上下動する。このように、極座標系のロボット機構を用いたウェハ搬送部３の周囲に、前記ウェハ受け渡し対象の各部を放射状に配置した構成を採用することにより、単一のロボット機構によって複数のウェハ受け渡し対象をカバーすることができ、作業効率に優れたコンパクトな半導体ウェハの加工装置が実現される。

ここでウェハ保持部１７による半導体ウェハ１１のマガジン２Ａ，２Ｂからの取り出し動作および収納動作について説明する。取り出し時には、図３に示すようにウェハ保持部１７を吸着孔１７ａを下向きにした姿勢で、マガジン２Ａ（２Ｂ）内に収納された半導体ウェハ１１の上方まで差し込む。次いでウェハ保持部１７を下降させて半導体ウェハ１１の上面に当接させ、この状態で吸着孔１７ａから真空吸着することにより、半導体ウェハ１１はウェハ保持部１７の下面に吸着保持される。この後ウェハ保持部１７を再び上昇させてマガジン２Ａ（２Ｂ）外に引き出すと、半導体ウェハ１１はウェハ保持部１７の下面に吸着保持された状態で取り出される。

図４は半導体ウェハ１１をマガジン２Ａ（２Ｂ）内に戻し入れる収納動作を示している。この収納動作では、薄化加工面が上向きの状態でウェハ保持部１７によって上面側から吸着保持された半導体ウェハ１１を、ウェハ保持部１７を軸廻りに回転させることにより上下反転させて、保護膜１１ａを上向きにした姿勢にしてマガジン２Ａ（２Ｂ）内に収納する。このとき、同一の半導体ウェハ１１は、加工前に収納されていた同一の位置に戻し入れられる。

この戻し入れは、半導体ウェハ１１を上面に保持したウェハ保持部１７をマガジン２Ａ（２Ｂ）内に挿入し、次いで真空吸着を解除した後にウェハ保持部１７を下降させることにより行われる。すなわち、この下降動作において図４に示すようにウェハ保持部１７のフォーク状部材１７ｂは、棚部材１３上に半導体ウェハ１１を載置した状態で切り欠き部１３ａを下方に向かって通過する。そしてウェハ保持部１７をマガジン外に引き出すことにより、半導体ウェハ１１の収納が完了する。

次に図５を参照してプリセンタ部５について説明する。プリセンタ部５は、研磨部６に供給される半導体ウェハ１１を予め位置合わせするものである。図５において、プリセンタ部５は円形の載置テーブル２０を備えている。載置テーブル２０の上面にはウェハ保持部１７の形状に対応して上面が部分的に除去された除去部２１（ハッチング部参照）が形成されており、除去部２１の深さは除去部２１内にウェハ保持部１７が収容できる深さに設定されている。

半導体ウェハ１１のプリセンタ部５への搬入は次のようにして行われる。まず半導体ウェハ１１を上面側に保持したウェハ保持部１７を載置テーブル２０上に移動させてウェハ保持部１７の水平位置を除去部２１に合わせ、次いでウェハ保持部１７が除去部２１内に収容される高さ位置まで下降させる。これにより、半導体ウェハ１１は載置テーブル２０上に載置される。そしてこの後ウェハ保持部１７を除去部２１内から退避させることにより、半導体ウェハ１１の搬入が完了する。

載置テーブル２０には、１２０度の等配位置に中心に向かって放射状に複数の溝状部２２が設けられており、各溝状部２２は溝方向に沿って移動可能な位置決め爪２２ａを備えている。載置テーブル２０上に半導体ウェハ１１を載置した状態で、位置決め爪２２ａを載置テーブル２０の中心に向かって移動させることにより、半導体ウェハ１１は載置テーブル２０の中心位置に対して位置合わせされる。すなわちプリセンタ部５は、研磨部６に供給される半導体ウェハ１１を載置し位置合わせを行う載置部となっている。

プリセンタ部５に隣接してウェハ搬入部９Ａが配設されている。ウェハ搬入部９Ａは、図５に示すようにアーム駆動機構２３によって旋回・上下駆動される搬送アーム２４Ａの先端部に吸着ヘッド２５Ａを装着して構成される。吸着ヘッド２５Ａをプリセンタ部５の半導体ウェハ１１上に移動させて下降させると、吸着ヘッド２５Ａは半導体ウェハ１１を吸着保持する。この後、搬送アーム２４Ａを上昇させ研磨部６の方向に旋回移動させることにより、半導体ウェハ１１は研磨部６へ搬入され、ウェハ受け渡しステーション（後述
）まで移動する。

次に図２、図６を参照して研磨部６について説明する。図２、図６を参照して研磨部６について説明する。図２、図６に示すように、ベース部１の上面にはターンテーブル７が配設されている。ターンテーブル７は中心軸廻りにインデックス回転可能となっており、インデックス位置である１２０度等配位置には、３基のチャックテーブル７ａが設けられている。

各チャックテーブル７ａは、ウェハ受け渡しステーション（図６において左側のインデックス位置）において、ウェハ搬入部９Ａの搬送アーム２４Ａから半導体ウェハ１１を受け取る。チャックテーブル７ａはその上面に半導体ウェハ１１を吸着保持するとともに、それぞれ軸中心廻りに回転自在となっている。

ベース部１上面の右端部に立設された壁部６ａの側面には、第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂが設けられている。第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂの水平方向の配置は、それぞれターンテーブル７のインデックス位置に対応したものとなっており、第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂの下方のインデックス位置はそれぞれ粗研磨ステーション、仕上げ研磨ステーションとなっている。

第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂは、それぞれ下部に回転駆動部３０を備えている。回転駆動部３０の下面には半導体ウェハ１１を研磨する粗研磨用又は仕上げ研磨用の砥石３１Ａ，３１Ｂが装着される。粗研磨用には＃５００程度の砥石が使用され、仕上げ研磨用には一般的に＃３０００〜＃４０００の砥石が使用される。これらの第１の研磨ユニット８Ａ、第１の研磨ユニット８Ｂはそれぞれ内蔵された上下動機構により昇降する。

図６に示すように半導体ウェハ１１を保持したチャックテーブル７ａを第１の研磨ユニット８Ａ（または第２の研磨ユニット８Ｂ）の下方のインデックス位置（研磨位置）に移動させた状態で、砥石３１Ａ（または３１Ｂ）を下降させて半導体ウェハ１１の上面に当接させ、砥石３１Ａ（または３１Ｂ）を回転駆動部３０によって回転させることにより、半導体ウェハ１１の上面は研磨される。

これらの第１の研磨ユニット８Ａ、第１の研磨ユニット８Ｂの下方の研磨位置にチャックテーブル７ａが位置した状態では、チャックテーブル７ａは図示しない駆動機構によって回転駆動されるようになっている。このチャックテーブル７ａの回転と上述の砥石３１Ａ，３１Ｂの回転を組み合わせることにより、研磨時には半導体ウェハ１１の上面は偏りなく均一に研磨される。

この研磨時には、半導体ウェハ１１の研磨面に対して研磨液が図示しない研磨液供給手段により供給される。そしてこの研磨液はベース部１の上面にターンテーブル７を囲んで設けられたコーミング６ｂ内に溜まり、外部へ導出される。研磨後の半導体ウェハ１１はチャックテーブル７ａをターンテーブル７のインデックス回転によって移動させることによりウェハ受け渡し位置まで移動し、その後ウェハ搬出部９Ｂの搬送アーム２４Ｂによって搬出される。

次に図７を参照してウェハ洗浄部１０の構造について説明する。図１のＢＢ断面を示す図７において、箱状の洗浄フレーム部３５の上部には、前面および２つの側面を部分的に切り取ることにより開口部３５ａが設けられている。開口部３５ａは、半導体ウェハ１１を保持したウェハ搬出部９Ｂが出入可能な大きさとなっている。洗浄フレーム部３５の底部３５ｂには、排水用の開孔３５ｃおよび上方に突出した形状の軸受けボス３５ｄが設け
られている。軸受けボス３５ｄ内には軸受け３８が嵌着されており、軸受け３８に軸支された垂直な軸部３９の上部には回転支持部４０が結合されている。

回転支持部４０の水平な上面には複数の吸着孔４０ａが設けられており、吸着孔４０ａは軸部３９内に設けられた吸引孔３９ａと連通している。回転支持部４０の上面に半導体ウェハ１１を載置した状態で吸引孔３９ａと接続された吸引制御部４６を駆動して吸引孔３９ａから真空吸引することにより、半導体ウェハ１１は回転支持部４０の上面に吸着保持される。

また軸部３９の下部にはプーリ４１が結合されており、モータ４４の回転軸４４ａに結合されたプーリ４３とプーリ４１にはベルト４２が調帯されている。モータ４４はモータ駆動部４５により駆動される。モータ４４を駆動することにより軸部３９は回転し、したがって回転支持部４０に保持された半導体ウェハ１１はスピン回転する。

洗浄フレーム部３５の内部には、半導体ウェハ１１を囲んだ形状の筒形のカバー部３６が上下動自在に装着されており、カバー部３６の上部に設けられたフランジ部３６ａには、シリンダ３７のロッド３７ａが結合されている。シリンダ３７を駆動することにより、カバー部３６は上下動する。カバー部３６が上昇した状態では、フランジ部３６ａは洗浄フレーム部３５の天井面に接する位置にあり、開口部３５ａはカバー部３６によって閉ざされる。

洗浄フレーム部３５の天井面には、洗浄液ノズル４７およびエアーノズル４９がそれぞれ噴出方向を下方に向けて配設されている。洗浄液ノズル４７は純水等の洗浄液を供給する洗浄液供給部４８と接続されており、洗浄液供給部４８を駆動することにより、洗浄液ノズル４７から回転支持部４０に支持された半導体ウェハ１１の上面に対して洗浄液が噴射される。

このときモータ４４を駆動することによって半導体ウェハ１１はスピン回転状態にあり、半導体ウェハ１１の中心部に噴射された洗浄液は遠心力によって半導体ウェハ１１の外縁方向に流動する。これにより半導体ウェハ１１上面に付着した異物は洗浄液とともに除去され、洗浄フレーム部３５の底面に溜まる。そして洗浄液とともに開口部３５ｃから排水管３５ｅを経て図示しない排水処理装置へ導かれる。

またエアーノズル４９はエアー供給部５０と接続されており、エアー供給部５０を駆動することにより、エアーノズル４９のエア孔４９ａより下方にエアーが噴射される。これにより洗浄後の半導体ウェハ１１上面に残留付着する洗浄液滴は除去され、水切りおよび乾燥が行われる。上記の各動作は、シリンダ３７、モータ駆動部４５、吸引制御部４６、洗浄液供給部４８およびエアー供給部５０を、装置本体の制御部（図示せず）によって制御することにより行われる。

次に図８を参照して第１および第２のプラズマ処理部４Ａ，４Ｂについて説明する。これらの２つのプラズマ処理部は同一機能を有するものであり、作業負荷に応じて１方のみもしくは両方を使用するようになっている。図２のＡＡ断面を示す図８において、真空チャンバ５１の側面には開口部５１ａが設けられている。開口部５１ａは半導体ウェハ１１の搬出入用であり、半導体ウェハ１１を保持したウェハ保持部１７が出入可能な大きさとなっている。開口部５１ａは昇降式のゲート５６を備えており、ゲート５６はシリンダ５７のロッド５７ａに結合されている。シリンダ５７を駆動することにより、ゲート５６は昇降し、開口部５１ａは開閉される。

真空チャンバ５１の天井面および底面にはそれぞれ開口部５１ｂ，５１ｃが設けられて
いる。開口部５１ｂには真空密の軸受け５１ｅを介して上部電極５２の支持部５２ａが上下動自在に挿通している。支持部５２ａは電極昇降駆動部５５と結合されており、電極昇降駆動部５５を駆動することにより、上部電極５２は昇降する。

上部電極５２の下面にはガス噴出口５２ｂが多数開口しており、ガス噴出口５２ｂは支持部５２ａの内部に設けられた内孔５２ｃを介してガス供給部５４と接続されている。ガス供給部５４はＣＦ_４などのフッ素系ガスと酸素を主体とするプラズマ発生用の混合ガスを供給する。

真空チャンバ５１の底面の開口部５１ｃには絶縁体５３を介して下部電極５８の支持部５８ａが真空密に挿通している。下部電極５８の上面には吸着孔５８ｂが多数設けられており、吸着孔５８ｂは支持部５８ａの内部に設けられた内孔５８ｃを介して吸引制御部６０と接続されている。吸引制御部６０を駆動して、吸着孔５８ｂから真空吸引することにより、下部電極５８の上面に半導体ウェハ１１を真空吸着して保持する。また吸引制御部６０を駆動して吸着孔５８ｂに正圧を付与することにより、吸着保持した半導体ウェハ１１を吸着状態から解放する。

下部電極５８の内部には冷却孔５８ｄが設けられており、冷却孔５８ｄは支持部５８ａ内の内孔５８ｅを介して電極冷却部６１と接続されている。電極冷却部６１を駆動して冷却孔５８ｄ内を冷媒を循環させることにより、プラズマ処理時に発生する熱は下部電極５８から冷媒へ伝達される。これにより下部電極５８の異常昇温が防止され、下部電極５８上に載置された半導体ウェハ１１の保護膜１１ａへの熱によるダメージを防止することができる。

真空チャンバ５１には排気孔５１ｄが設けられており、排気孔５１ｄは管継手５１ｆを介してガス排気部５９に接続されている。ガス排気部５９を駆動することにより、真空チャンバ５１内の空間は真空排気される。下部電極５８は支持部５８ａを介して高周波電源部６２と電気的に接続されている。上部電極５２は支持部５２ａを介して接地部５２ｄに接続されており、高周波電源部６２を駆動することにより、相対向した上部電極５２と下部電極５８の間には高周波電圧が印加される。

プラズマ処理においては、下部電極５８上に半導体ウェハ１１を載置して保持させた状態で、まず真空チャンバ５１を閉じ内部を真空排気する。そして真空チャンバ５１内にガス供給部５４からプラズマ発生用の混合ガスを供給した状態で上部電極５２と下部電極５８の間に高周波電圧を印加することにより、上部電極５２と下部電極５８との間にはプラズマ放電が発生する。これにより発生するプラズマのエッチング効果により、半導体ウェハ１１の上面はエッチングされ薄化加工が行われる。

ガス供給部５４、電極昇降駆動部５５、ガス排気部５９、吸引制御部６０、電極冷却部６１、高周波電源部６２を本体装置の制御部（図示せず）によって制御することにより、上述のプラズマ処理動作が実行される。このとき、ガス供給部５４からはガス流量のデータが、ガス排気部５９からはチャンバー内圧のデータが、吸引制御部６０からは冷媒温度（すなわち電極温度）のデータが制御部に伝達される。制御部はこれらのデータに基づいて、プラズマ処理動作を制御する。

この半導体ウェハの加工装置は上記のように構成されており、以下、半導体ウェハの薄化加工について説明する。この薄化加工は、複数の半導体素子が作り込まれた半導体ウェハ１１の回路形成面に保護膜１１ａを形成した後に行われる。この半導体ウェハ１１は、図３に示すようにマガジン２Ａ（又は２Ｂ）に保護膜１１ａ側を上向きにして収納された状態で供給され、図３に示すようにウェハ保持部１７によって保護膜１１ａ側を真空吸着
されて取り出される。そして半導体ウェハ１１を下面に吸着保持したウェハ保持部１７は、ウェハ搬送部３のロボット機構によってプリセンタ部５まで移動する。

ここでウェハ保持部１７を軸廻りに回転させ、ウェハ保持部１７に吸着保持された半導体ウェハ１１を上下反転させる。これにより、半導体ウェハ１１は保護膜１１ａを下向きにして、図５に示すようにウェハ保持部１７の上面に吸着保持された状態となる。そしてウェハ保持部１７を下降させることにより、半導体ウェハ１１は保護膜１１ａ側を下に向けた状態で載置テーブル２０上に載置される。この後ウェハ保持部１７が溝部２１内から退避したならば、位置決め爪２２ａが３方向から半導体ウェハ１１の外周部を中心に向かって押し付ける。これにより、半導体ウェハ１１の位置合わせ、すなわちプリセンタ動作が行われる。

次いでこのプリセンタ動作により位置合わせされた半導体ウェハ１１は、ウェハ搬入部９Ａの吸着ヘッド２５Ａによってピックアップされ、図６に示すように研磨部６に渡される。すなわち吸着ヘッド２５Ａをウェハ受け渡し位置まで移動させ、そこで半導体ウェハ１１をチャックテーブル７ａ上に移載する。

この後、研磨部６による機械研磨が行われる。まず半導体ウェハ１１を保持したチャックテーブル７ａは第１の研磨ユニット８Ａの下方の粗研磨ステーションへ移動し、ここで砥石３１Ａを用いた粗研磨加工が行われる。次いでチャックテーブル７ａは仕上げ研磨ステーションへ移動し、第２の研磨ユニット８Ｂによってより細かい砥石３１Ｂを用いた仕上げ研磨が行われる。このとき、半導体ウェハ１１は所定の目標厚さ寸法よりも所定厚さだけ厚い寸法、すなわち３μｍ〜５０μｍの範囲で設定されるドライエッチング代だけ厚い寸法に薄化される。

仕上げ研磨が終了すると、当該半導体ウェハ１１を保持したチャックテーブル７ａは、ターンテーブル７がインデックス回転することにより再びウェハ受け渡しステーションまで移動する。そしてこの半導体ウェハ１１はウェハ搬出部９Ｂの吸着ヘッド２５Ｂによってピックアップされ、搬送アーム２４Ｂを旋回させることにより、ウェハ洗浄部１０まで移動する。したがって、ウェハ搬出部９Ｂは、研磨部６から研磨後の半導体ウェハ１１を取り出し、ウェハ洗浄部１０に渡す洗浄前搬送手段となっている。

この半導体ウェハ１１の搬出動作において、本実施の形態では半導体ウェハ１１には保護膜１１ａが形成されていることから、機械研磨によってマイクロクラック導入層が生成した状態にあっても抗折強度が補強され、搬送中の半導体ウェハ１１の破損を防止することができる。

次に、ウェハ洗浄部１０における洗浄動作を、図１１のフローに従って説明する。まず図７においてカバー部３６が下降した状態で、ウェハ搬出部９Ｂの搬送アーム２４Ｂを旋回させ、吸着ヘッド２５Ｂに保持された半導体ウェハ１１を洗浄フレーム部３５内に搬入して回転支持部４０上に移載する（ＳＴ１）。

次いで回転支持部４０の吸着孔４０ａから真空吸引することにより半導体ウェハ１１を吸着保持する（ＳＴ２）とともに、吸着ヘッド２５Ｂによる半導体ウェハ１１の吸着を解除する（ＳＴ３）。そして搬送アーム２４Ｂが外部に退避したならば、カバー部３６を上昇させる（ＳＴ４）。これにより半導体ウェハ１１は洗浄フレーム部３５内で周囲を閉囲された状態となり、洗浄液の噴射が可能な状態となる。

この後モータ４４を駆動して回転支持部４０を回転させ、半導体ウェハ１１をスピン回転させる（ＳＴ５）。そしてこの状態で洗浄液ノズル４７から洗浄液を噴射させ（ＳＴ６
）、所定の洗浄時間経過後に洗浄液の噴射を停止する（ＳＴ７）。この後エアーノズル４９からエアーを吹き出し（ＳＴ８）、半導体ウェハ１１上面の水切り・乾燥を行う。そして所定時間後にエアー吹き出しを停止し（ＳＴ９）、その後回転支持部４０の回転を停止させる（ＳＴ１０）。これにより、洗浄及び水切り・乾燥が終了する。

この後カバー部３６を下降させたならば（ＳＴ１１）、ウェハ搬送部３のロボット機構を駆動してウェハ保持部１７を洗浄フレーム部３５内に進入させる（ＳＴ１２）。そしてウェハ保持部１７の吸着孔１７ａによって半導体ウェハ１１の上面を吸着するとともに、回転支持部４０の吸着孔４０ａによる吸着を解除する（ＳＴ１３）。そして半導体ウェハ１１をピックアップしたウェハ保持部１７を上昇させて、洗浄フレーム部３５外に搬出する（ＳＴ１４）。

次に洗浄により表面の異物が除去された半導体ウェハ１１は、第１のプラズマ処理部４Ａ又は第２のプラズマ処理部４Ｂのいずれかに移動し、ここでプラズマエッチング（ドライエッチング）が行われる。このプラズマエッチングは、機械研磨によって目標厚さより３μｍ〜５０μｍの範囲で設定されるドライエッチング代だけ厚い寸法に薄化された半導体ウェハ１１の表面を、更にプラズマエッチングしてドライエッチング代分を除去することにより、半導体ウェハ１１を目標厚さに薄化するものである。

＃３０００〜＃４０００の砥石で仕上げ研磨を行う場合、このドライエッチング代は５μｍ〜６μｍ程度に設定するのが望ましい。これにより、研磨効率の優れた機械研磨の適用割合を極力大きくして作業効率を向上させるとともに、仕上げ研磨によって生じるマイクロクラック導入層（一般に３μｍ〜５μｍ）を完全に除去することができ、作業効率と除去品質を両立させることができる。

このプラズマエッチングについて、図９、図１０を参照して説明する。図９（ａ）に示すように、ウェハ搬送部３のロボット機構によりウェハ洗浄部１０から洗浄後の半導体ウェハ１１を下面に吸着保持したウェハ保持部１７を、真空チャンバ５１の開口部５１ａの側方まで移動させる。このとき、ゲート５６が下降して開口部５１ａは開放状態にあり、上部電極５２は電極昇降駆動部５５によって上昇した状態にある。ウェハ搬送部３は、ウェハ洗浄部１０から洗浄後の半導体ウェハ１１を取り出し、プラズマエッチング部４Ａ，４Ｂに渡す洗浄後搬送手段となっている。

次いで図９（ｂ）に示すように、ウェハ保持部１７を開口部５１ａを介して真空チャンバ５１内に進入させ、ウェハ保持部１７を下降させることにより、下面に保持した半導体ウェハ１１を下部電極５８の上面に載置する。そしてウェハ保持部１７による吸着を解除するとともに、下部電極５８の吸着孔５８ｂによって半導体ウェハ１１の保護膜１１ａを吸着保持する。

この後、ウェハ保持部１７を上昇させて外部に退避させたならば、図１０（ａ）に示すようにシリンダ５７を駆動してゲート５６を上昇させ、真空チャンバ１を閉じる。そして電極昇降駆動部５５を駆動して上部電極５２を下降させ、図１０（ｂ）に示すように上部電極５２の下面と下部電極５８の上面の間の距離をプラズマエッチング処理に適した所定の電極間距離Ｄに設定する。

そして、この状態で前述のプラズマエッチング処理が行われる。すなわち真空チャンバ５１内を排気した後に、フッ素系ガスと酸素ガスの混合ガスをプラズマ発生用ガスとして上部電極５２の下面のガス噴出口５２ｂから噴出させて真空チャンバ５１内を所定のガス圧力に維持する。そしてこの状態で上部電極５２と下部電極５８の間に高周波電圧を印加する。これにより、上部電極５２と下部電極５８の間の空間にはプラズマ放電が発生し、
このプラズマ放電により生じる活性物質の作用により、半導体ウェハの表面のシリコンが除去される。

そしてこのプラズマエッチング処理は、半導体ウェハ１１が目標厚さになるまで継続して行われる。これにより、機械研磨工程において半導体ウェハ１１の表面に生じたマイクロクラック導入層が除去される。このマイクロクラック導入層は通常３μｍ〜５μｍの厚さで生成されるため、前述のように目標厚さよりマイクロクラック導入層を超えるドライエッチング代だけ厚い寸法に機械研磨し、この後ドライエッチング代分だけプラズマエッチングで除去することにより、目標厚さまで加工された状態では、マイクロクラック導入層は完全に除去される。

プラズマエッチング完了後の半導体ウェハ１１は、ウェハ搬送部３のウェハ保持部１７によって取り出され、ウェハ収納部２の当該半導体ウェハ１１が取り出されたマガジン２Ａ（または２Ｂ）の同一位置に収納される。そして上記動作が他の半導体ウェハ１１についても継続して繰り返される。この薄化加工後の半導体ウェハ１１の搬送において、上述のようにマイクロクラック導入層が完全に除去されているので、半導体ウェハ１１の抗折強度が向上し半導体ウェハ１１の破損が生じない。このように、本実施の形態によれば、マイクロクラックに起因して半導体ウェハ１１の搬送時など製造過程において発生する破損を防止して、加工歩留りを向上させることができる。

また、プラズマエッチングを用いたドライエッチングにおいては、従来のウエットエッチングにおいて使用されたフッ酸や硝酸などの化学薬液を必要としないことから、窒素酸化物などの有害な環境汚染物質の発生がなく、また使用済エッチング液の廃液処理の必要がなく、環境負荷を大幅に軽減することができる。

さらに本実施の形態に示す半導体ウェハの加工装置では、共通のベース部１上に、研磨部６とそれ以外の各部との領域を分離して配置し、これらの間においてそれぞれ個別の搬送手段によって半導体ウェハ１１の受け渡しを行うようにしている。すなわち、研磨液を使用し研磨粉など汚染物の付着が避けられない作業領域（図１、図２に示す後半部１ｂ参照）における汚染物質が付着した状態での半導体ウェハ１１の搬送と、処理対象物に高い清浄度が求められるプラズマエッチング処理などクリーンルーム領域（図１、図２に示す前半部１ａ参照）における清浄状態での半導体ウェハ１１の搬送とを、それぞれ個別の搬送手段によって分離して行うようにしている。

これにより、クリーンルーム領域における搬送手段が汚染物質の付着によって汚染されることがない。したがって、マイクロクラック導入層除去を目的として行われるプラズマエッチング処理において、半導体ウェハ１１の表面にはエッチング効果を阻害する異物の付着がなく、半導体ウェハ１１の表面のマイクロクラック導入層を完全に除去して抗折強度を向上させることができる。また複数の個別装置間でロボットなどの搬送手段を用いて半導体ウェハを受け渡す方法と比較して、搬送時の半導体ウェハ１１の受け渡しのための持ち換え回数を最小回数に抑えることができる。したがって、ハンドリング時の半導体ウェハ１１の破損の確率を減少させて、前述の加工歩留りを更に向上させることが可能となっている。

なお本発明では、上述した実施の形態に限らず種々の変更を加えて実施してもよい。例えば本実施の形態では、機械研磨を粗研磨工程と仕上げ研磨工程の２段階で行っているが、仕上げ研磨工程を省略してもよい。この場合、粗い砥石で研磨するのでウェハの上面のマイクロクラック導入層の深さは１０μｍ以上になる。

従って、ドライエッチング代を５０μｍ程残し、残りをドライエッチングして目標厚さ
まで加工するとマイクロクラック導入層を完全に除去することができる。機械研磨を粗研磨工程のみの１段階とすることにより研磨部の小型化が可能となり、占有床面積の小さな半導体ウェハの加工装置を実現することができる。

本発明によれば、機械研磨によって半導体ウェハの表面を研磨し、次いで機械研磨された面を目標厚さにドライエッチングするようにしたので、環境汚染物質の発生がなく環境負荷の小さい半導体ウェハの加工方法が実現され、半導体ウェハの薄化加工として有用である。

本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置の斜視図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置の平面図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置のウェハ収納部の斜視図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置のウェハ収納部の斜視図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置の部分平面図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置の研磨部の側面図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置のウェハ洗浄部の断面図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工装置のプラズマ処理部の断面図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工方法の工程説明図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工方法の工程説明図 本発明の一実施の形態における半導体ウェハの加工方法における半導体ウェハ洗浄のフロー図

符号の説明

２ ウェハ収納部
３ ウェハ搬送部
４Ａ 第１のプラズマ処理部
４Ｂ 第２のプラズマ処理部
５ プリセンタ部
６ 研磨部
８Ａ 第１の研磨ユニット
８Ｂ 第２の研磨ユニット
９Ａ ウェハ搬入部
９Ｂ ウェハ搬出部
１０ ウェハ洗浄部
１１ 半導体ウェハ

Claims (2)

1. 機械研磨によって回路が形成されたシリコンを主成分とする半導体ウェハの反対側の面を研磨し、次いで研磨された面をドライエッチングすることにより前記半導体ウェハを目標厚さに薄化加工する半導体ウェハの加工方法であって、
   前記半導体ウェハをチャックテーブルに移載する工程と、前記チャックテーブル上へ移載された半導体ウェハを機械研磨によって前記目標厚さに３μｍ〜５０μｍの範囲で設定されるドライエッチング代を加えた厚さに研磨する工程と、
   機械研磨後の半導体ウェハを洗浄前搬送手段により前記チャックテーブルからウェハ洗浄部に搬出し、このウェハ洗浄部において前記半導体ウェハの研磨された面を洗浄液によって洗浄し、その後半導体ウェハに残留付着する洗浄液の水切り・乾燥を行う工程と、
   洗浄液の水切り・乾燥を終えた半導体ウェハを洗浄後搬送手段により前記洗浄部から取り出してドライエッチング装置へ搬送し、洗浄されたドライエッチング代をフッ素系ガスと酸素を主体とするプラズマ発生用の混合ガスによってドライエッチングして除去することを特徴とする半導体ウェハの加工方法。
2. 回路形成面に回路パターンを保護する保護膜が形成された半導体ウェハを目標厚さに薄化加工する半導体ウェハの加工方法であって、
   前記保護膜側を下に向けた状態で半導体ウェハをチャックテーブルに移載する工程と、
   前記チャックテーブル上へ移載された半導体ウェハの回路形成面の反対側の面を機械研磨することにより半導体ウェハを前記目標厚さに３μｍ〜５０μｍの範囲で設定されるドライエッチング代を加えた厚さにする工程と、
   前記チャックテーブルから機械研磨後の半導体ウェハを洗浄前搬送手段でウェハ洗浄部に搬出し、このウェハ洗浄部において前記半導体ウェハを洗浄液によって洗浄し、その後半導体ウェハに残留付着する洗浄液の水切り・乾燥を行う工程と、
   洗浄液の水切り・乾燥を終えた半導体ウェハを洗浄後搬送手段で前記洗浄部から取り出し、真空チャンバ内に上部電極と下部電極を備えたドライエッチング装置の下部電極上に前記保護膜を接触させて載置し、この状態で前記真空チャンバにプラズマ発生用の混合ガスを供給すると共に前記上部電極と前記下部電極の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより前記反対側面をドライエッチングして前記ドライエッチング代の分を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体ウェハの加工方法。
   

Images