JP2005347531A - ウェーハ清浄化装置及びウェーハの清浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ外周領域に付着した物質を除去する際に、ウェーハ外周領域を越えてデバイスが形成された領域にまで物質を除去する手段を作用させてしまうことを防止する。
【解決手段】ウェーハＷを吸引保持し回転可能なチャックテーブル３０と、チャックテーブル３０に保持されたウェーハＷの外周領域１０１を研磨する研磨手段４２３と、チャックテーブル３０に保持され研磨手段４２３によって研磨されたウェーハＷの外周領域１０１を鏡面仕上げするポリッシング手段４３３と、チャックテーブル３０に保持されたウェーハＷを撮像してデバイス形成領域１０２を認識し、清浄化すべき外周領域１０１を検出するアライメント手段５とを備え、アライメント手段５によってデバイス領域１０２を検出してから外周領域１０１の清浄化を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハの外周領域を清浄化するウェーハ清浄化装置に関するものである。

集積回路が形成された半導体ウェーハは、ダイシング等により個々のデバイスに分割されるものであり、このような半導体ウェーハは、シリコンウェーハ等の表面に絶縁膜や配線層を形成していくことにより製造される。その過程においては、シラン、アルミ、銅、リン、マンガン、白金等の種々の物質が複雑に積層されていくため、これら各物質を積層させる工程においては、所望の物質のみが積層されるよう、その他の物質が混入しないような環境を維持する必要がある。

ところが、各積層工程においては、ウェーハ中央部のデバイスが形成された領域にはマスキングが施されて不純物が混入しないような処理がなされるものの、ウェーハ外周領域には、特段の処理が施されないため、ウェーハ外周領域には各積層工程において付着した物質が残存し、その付着した物質が後続する工程における環境を汚染するという問題がある。

そこで、次の物質を積層させる工程に移る前に、汚染の原因となる物質をウェーハ外周領域から除去して清浄化することも行われている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１１０５９３号公報

しかしながら、ウェーハ外周領域に付着した物質を除去する際に、ウェーハ外周領域を越えてデバイスが形成された領域にまで物質を除去する手段を作用させてしまうことがあり、この場合はデバイスの品質を低下させることになる。そこで、本発明が解決しようとする課題は、ウェーハの外周領域に付着した物質のみを除去し、デバイスが形成された領域には悪影響を及ぼさないようにすることである。

本発明は、ウェーハの外周領域を清浄化するウェーハ清浄化装置であって、ウェーハを吸引保持し回転可能なチャックテーブルと、チャックテーブルに保持されたウェーハの外周領域を研磨する研磨手段と、チャックテーブルに保持され研磨手段によって研磨されたウェーハの外周領域を鏡面仕上げするポリッシング手段と、チャックテーブルに保持されたウェーハを撮像してデバイス形成領域を認識し、清浄化すべき外周領域を検出するアライメント手段とを少なくとも備えることを特徴とする。

研磨手段は、ウェーハの外周領域に作用して研磨を行う外周研磨部とウェーハの外周に形成されたノッチを研磨するノッチ研磨部とから構成される研磨砥石と、研磨砥石を回転させる砥石駆動部とから構成され、ポリッシング手段は、外周領域に作用してポリッシングを行う外周ポリッシング部とノッチをポリッシングするノッチポリッシング部とから構成されるポリッシングパッドと、ポリッシングパッドを回転させるパッド駆動部とから構成されることが好ましい。

また本発明は、上記ウェーハ清浄化装置を用いてデバイス形成領域と外周領域とから構成されるウェーハの外周領域を清浄化する方法であって、デバイス形成領域をアライメント手段によって検出し、デバイス形成領域の位置情報に基づき、外周領域のみに研磨手段またはポリッシング手段を作用させることを特徴とする。

ウェーハの外周領域にノッチが形成されている場合は、ノッチをアライメント手段によって検出し、ノッチの位置情報に基づき、ノッチにノッチ研磨部またはノッチポリッシング部を作用させることができる。

本発明に係るウェーハ清浄化装置では、チャックテーブルに保持されたウェーハを撮像してデバイス形成領域を認識し、清浄化すべき外周領域を検出するアライメント手段を備えたため、外周領域のみに研磨手段またはポリッシング手段を作用させることができるため、デバイス領域を傷付けることなく効率良く外周領域に付着した物質を除去して鏡面仕上げすることができ、ウェーハを構成するデバイスの品質の低下を防止することができる。

また、研磨手段が、ウェーハの外周領域に作用して研磨を行う外周研磨部とウェーハの外周領域に形成されたノッチを研磨するノッチ研磨部とから構成される研磨砥石と、研磨砥石を回転させる砥石駆動部とから構成され、ポリッシング手段が、外周領域に作用してポリッシングを行う外周ポリッシング部とノッチをポリッシングするノッチポリッシング部とから構成されるポリッシングパッドと、ポリッシングパッドを回転させるパッド駆動部とから構成される場合は、ノッチが形成されているウェーハについて、ノッチも含めて外周領域の研磨及びポリッシングを行い、付着した物質を除去すると共に鏡面仕上げすることができる。

本発明に係るウェーハの清浄化方法では、デバイス形成領域をアライメント手段によって検出し、デバイス形成領域の位置情報に基づき、外周領域のみに研磨手段またはポリッシング手段を作用させることができるため、デバイス領域には研磨手段またはポリッシング手段を作用させずに外周領域のみを研磨またはポリッシングすることができる。

また、ウェーハの外周領域にノッチが形成されている場合は、ノッチをアライメント手段によって検出し、ノッチの位置情報に基づきノッチにノッチ研磨部またはノッチポリッシング部を作用させることにより、ノッチも含めて研磨またはポリッシングすることができる。

図１のウェーハ清浄化装置１は、基台２の上を保持手段３がＹ軸方向に移動可能であると共に、加工手段４が基台２の上をＸ軸方向に移動可能な構成となっており、更に、加工の対象となるウェーハを撮像してデバイスが形成されている領域を認識する機能を有するアライメント手段５を備えている。

保持手段３は、ウェーハ１０を吸引保持するチャックテーブル３０と、チャックテーブル３０を回転させるテーブル駆動部３１とから構成される。

加工手段４は、Ｘ軸方向に移動可能な基部４０と、基部４０に対して昇降可能な昇降部４１と、昇降部４１に支持された研磨手段４２及びポリッシング手段４３とから構成される。

研磨手段４２は、チャックテーブル３０に保持されたウェーハ１０の外周領域１０１を研磨するものであり、昇降部４１に配設された砥石駆動部４２０と、砥石駆動部４２０に駆動されて回動するベルト４２１と、ベルト４２１が巻かれた回転軸４２２と、回転軸４２２に固定された研磨砥石４２３とから構成される。研磨砥石４２３は、円柱状に形成された外周研磨部４２３ａと、外周研磨部４２３ａから外周側に突出したノッチ研磨部４２３ｂとから構成される。

ポリッシング手段４３は、チャックテーブル３０に保持され研磨手段４２によって外周領域１０１が研磨されたウェーハ１０の外周領域１０１を鏡面仕上げするもので、昇降部４１に配設されたパッド駆動部４３０と、パッド駆動部４３０に駆動されて回動するベルト４３１と、ベルト４３１が巻かれた回転軸４３２と、回転軸４３２に固定されたポリッシングパッド４３３とから構成される。ポリッシングパッド４３３は、円柱状に形成された外周ポリッシング部４３３ａと、外周ポリッシング部４３３ａから外周側に突出したノッチポリッシング部４３３ｂとから構成される。

アライメント手段５は、少なくともＹ軸方向に移動可能であり、チャックテーブル３０に保持されたウェーハ１０を撮像する撮像部５０と、撮像部５０によって取得した画像を処理する処理部５１とから構成される。処理部５１は制御部６に接続されており、制御部６は、処理部５１からの情報に基づいて、保持手段３の移動、チャックテーブル３０の回転及び加工手段４の移動を制御することができる。保持手段３、加工手段４、アライメント手段５の位置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸による３次元の空間における座標によって制御部６が認識することができる。

加工手段４の近傍には研磨液供給手段７とＣＭＰ液供給手段８とが配設されており、ウェーハの加工部位に対しては、研磨液供給手段７から研磨液が供給され、ＣＭＰ液供給手段８からＣＭＰ液がそれぞれ供給される。

次に、図１に示すウェーハ１０の外周領域１０１の研磨及びポリッシングを行う場合について説明する。ウェーハ１０の表面１０ａの中央部には複数のデバイス１０３からなるデバイス形成領域１０２があり、外周領域１０１はデバイス形成領域１０２の外周側に形成されている。外周領域１０１には結晶方位を示すマークであるノッチ１０４が形成されている。このウェーハ１０はチャックテーブル３０に保持される。そして、アライメント手段５をウェーハ１０の直上に位置付けウェーハ１０の表面１０ａを撮像部５０によって撮像し、処理部５１において、図２に示すウェーハ１０の外縁の位置情報であるＸ座標の値Ｘ１を取得した画像から求めて制御部６に記憶させると共に、デバイス形成領域１０２の外縁、即ちデバイス形成領域１０２と外周領域１０１との境界の位置情報であるＸ座標の値Ｘ２を求めて制御部６に記憶させる。

図１を参照して説明を続けると、加工手段４においては、制御部６による制御の下で昇降部４１を昇降させることにより、例えば外周研磨部４２３ａの下端がウェーハ１０の表面１０ａより少し高い位置に位置付けられるようにする。なお、チャックテーブル３０の表面のＺ座標は予め制御部６が認識しており、そのＺ座標の値にウェーハＷの厚みを加えた値がウェーハ１０の表面１０ａのＺ座標として制御部６に記憶されている。

次に、チャックテーブル３０を、例えば０．５ｒｐｍ〜２．０ｒｐｍ程のゆっくりとした回転速度で回転させると共に、砥石駆動部４２０によって研磨砥石４２３を例えば３０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ程で回転させ、加工手段４をウェーハ１０に近づく方向（＋Ｘ方向）に移動させ、更に研磨砥石４２３を下降させることにより、図３に示すように、ウェーハ１０の表面１０ａの外周領域１０１に回転する研磨砥石４２３の外周研磨部４２３ａを接触させる。

ここで、加工手段４を＋Ｘ方向に移動させた際は、研磨砥石４２３を構成する外周研磨部４２３ａの下端が外周領域１０１の上に位置するようにさせ、デバイス形成領域１０２の上までは移動させないようにする。そのための処理には、制御部６に記憶させておいたデバイス形成領域１０２の外縁のＸ座標の値Ｘ２（図２参照）を用い、外周研磨部４２３ａの下端がＸ２まで移動しないように制御部６において制御する。図２に示したような座標系においては、外周研磨部４２３ａの下端のＸ座標Ｘ３がＸ２より小さい値となるようにする。このような制御をすることにより、デバイス形成領域１０２が研磨されてデバイスの品質が低下するのを防止することができる。

上記のようにして制御部６によって加工手段４をＸ軸に移動させると共に昇降部４１によって研磨砥石４２３をＺ軸方向に移動させて、図３に示すように、外周研磨部４２３ａと外周領域１０１とが接触した状態となると、加工手段４を−Ｘ方向に移動させると共に研磨砥石４２３を−Ｚ方向に移動させることにより、外周研磨部４２３ａを、その回転中心が弧を描くようにして外周領域１０１の表面１０ａ及び側面１０ｂに作用させて研磨を行う。また、側面１０ｂの中央まで研磨がされた後は、加工手段４を＋Ｘ方向に移動させると共に研磨砥石４２３を−Ｚ方向に移動させることにより、その回転中心が弧を描くようにして側面１０ｂ及び裏面１０ｃを研磨する。外周研磨部４２３ａをこのような軌道で繰り返し往復移動させると、外周領域１０１の側面に倣って研磨が行われ、付着していた物質は研磨によって除去される。

次に、加工手段４をウェーハ１０から離れる方向（―Ｘ方向）に移動させて外周研磨部４２３ａをウェーハ１０から離した状態とし、チャックテーブル３０をゆっくりと回転させながら、アライメント手段５の撮像部５０によってウェーハ１０の外周領域１０１のうち加工手段４に最も近い側を撮像して処理部５１において逐次画像を取得する、そして、取得した画像から処理部５１がノッチ１０４を検出した瞬間に、その旨を制御部６に通知し、制御部６がテーブル駆動部３１を制御してチャックテーブル３０の回転を止め、ノッチ１０４を加工手段４に最も近い位置に位置付ける。また、保持手段３をＹ軸方向に移動させることにより、図４に示すように、ノッチ１０４と研磨砥石４２３のノッチ研磨部４２３ｂとがＸ軸方向に一直線上になるように位置付ける。そして、このときのノッチ１０４の鋭角に形成された端部１０４ａの位置情報であるＸ座標Ｘ４を制御部６に記憶させておく。

加工手段４においては、昇降部４１を昇降させることにより、例えばノッチ研磨部４２３ｂの下端がウェーハ１０の表面１０ａより少し高い位置に位置付けられるようにする。そして、砥石駆動部４２０によって研磨砥石４２３を例えば３０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ程で回転させ、加工手段４がウェーハ１０に近づく方向に移動し、更に研磨砥石４２３を下降させることにより、図５に示すように、ウェーハ１０の表面１０ａの外周領域１０１に回転する研磨砥石４２３のノッチ研磨部４２３ｂを接触させる。なお、ここでの加工手段４の制御の仕方は外周研磨部４２３ａによる研磨の場合と同様である。

そして、制御部６によって加工手段４をＸ軸方向に移動させると共に昇降部４１によって研磨砥石４２３をＺ軸方向に移動させることにより、図６に示すように、回転するノッチ研磨部４２３ｂとノッチ１０４とが接触した状態を維持しながらノッチ研磨部４２３ｂを円弧状に繰り返し往復移動させると、ノッチ１０４が研磨され、付着していた物質が除去される。

上記のようにして、ノッチ１０４を含めて外周領域１０１が研磨された後は、加工手段４を−Ｘ方向に移動させてウェーハ１０から離した後に、昇降部４１を下降させて、例えば外周ポリッシング部４３３ａの下端がウェーハ１０の表面１０ａより少し高い位置に位置付けられるようにする。

そして、チャックテーブル３０を、例えば０．５ｒｐｍ〜２．０ｒｐｍ程のゆっくりとした回転速度で回転させると共に、パッド駆動部４３０によってポリッシングパッド４３３を例えば３０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ程で回転させ、加工手段４がウェーハ１０に近づく方向に移動し、更にポリッシングパッド４３３を下降させることにより、図７に示すように、ウェーハ１０の表面１０ａの外周領域１０１に回転するポリッシングパッド４３３の外周ポリッシング部４３３ａを接触させる。

ここで、加工手段４を＋Ｘ方向に移動させた際は、外周ポリッシング部４３３ａの下端が外周領域１０１の上に位置するようにさせ、デバイス形成領域１０２の上までは移動させないようにする。そのために、制御部６に記憶させておいたデバイス形成領域１０２の外縁のＸ座標の値Ｘ２を用い、図８に示すように、外周ポリッシング部４３３ａの下端Ｘ６がＸ２まで移動しないように制御部６において制御する。このような制御をすることにより、デバイス形成領域１０２がポリッシングされてデバイスの品質が低下するのを防止することができる。

そして、制御部６によって加工手段４をＸ軸方向に移動させると共に昇降部４１によってポリッシングパッド４３３をＺ軸方向に移動させることにより、図７に示すように、外周ポリッシング部４３３ａと外周領域１０１とが接触した状態を維持しながら、外周ポリッシング部４３３ａを外周領域１０１の表面１０ａ、側面１０ｂ、裏面１０ｃに沿って移動させ、表面１０ａ、側面１０ｂ、裏面１０ｃをそれぞれポリッシングする。例えば外周ポリッシング部４３３ａの回転中心が円弧を描くように繰り返し往復移動させると、外周領域１０１が鏡面仕上げされる。

次に、加工手段４をウェーハ１０から離れる方向に移動させて外周ポリッシング部４３３ａをウェーハ１０から離した状態とし、チャックテーブル３０をゆっくりと回転させながら、アライメント手段５によってノッチ１０４を検出し、その検出の瞬間に、制御部６がテーブル駆動部３１を制御してチャックテーブル３０の回転を止め、図９に示すように、ノッチ１０４を加工手段４に最も近い位置に固定する。また、保持手段３をＹ軸方向に移動させることにより、図９に示すように、ノッチ１０４とポリッシングパッド４３３のノッチポリッシング部４３３ｂとがＸ軸方向に一直線上になるように位置付ける。

一方、加工手段４においては、昇降部４１を昇降させることにより、例えばノッチポリッシング部４３３ｂの下端がウェーハ１０の表面１０ａより少し高い位置に位置付けられるようにする。そして、パッド駆動部４３０によってポリッシングパッド４３３を例えば３０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ程で回転させ、加工手段４がウェーハ１０に近づく方向に移動し、更にポリッシングパッド４３３を下降させることにより、図１０に示すように、ウェーハ１０の表面１０ａの外周領域１０１に回転するポリッシングパッド４３３のノッチポリッシング部４３３ｂを接触させる。

そして、制御部６によって加工手段４をＸ軸方向に移動させると共に昇降部４１によってポリッシングパッド４３３をＺ軸方向に移動させることにより、図１０に示したように、回転するノッチポリッシング部４３３ｂとノッチ１０４とが接触した状態を維持しながらノッチポリッシング部４３３ｂを円弧状に繰り返し往復移動させると、ノッチ１０４がポリッシングされ、ノッチ１０４が鏡面仕上げされる。

以上のようにしてウェーハ１０の垂直方向の位置を調整することにより、高さを変えるだけで研磨とポリッシングを行うことができ、ノッチ１０４も含めてウェーハ１０の外周領域１０１のみに付着した物質を効率良く除去できると共に、外周領域１０１を鏡面仕上げすることができる。そして、デバイス形成領域１０２に積層された物質を誤って除去してしまうことがないため、デバイスの品質を低下させることがない。また、ノッチ１０４が形成されたウェーハ１０においては、ノッチ１０４も含めて研磨及びポリッシングを行うことにより、ノッチに付着した物質も確実に除去して鏡面仕上げすることができる。

なお、上記の例においては、保持手段３がＹ軸方向に移動し、研磨砥石４２３及びポリッシングパッド４３３がＸ軸方向及びＺ軸方向に移動する構成したが、本発明はこの構成には限定されず、保持手段３及び研磨砥石４２３、ポリッシングパッド４３３が相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動すればよい。また、本発明が適用されるウェーハは、ノッチが形成されたものには限定されない。

本発明のウェーハ清浄化装置の一例を示す斜視図である。 ウェーハ及び外周研磨部のＸ座標を示す説明図である。 ウェーハの外周領域を研磨する様子を示す正面図である。 ウェーハのノッチとノッチ研磨部の位置関係を示す説明図である。 ウェーハのノッチを研磨する様子を示す正面図である。 ウェーハのノッチを研磨する様子を示す平面図である。 ウェーハの外周領域をポリッシングする様子を示す正面図である。 ウェーハ及び外周ポリッシング部のＸ座標を示す説明図である。 ウェーハのノッチとノッチポリッシング部の位置関係を示す説明図である。 ウェーハのノッチを研磨する様子を示す正面図である。

符号の説明

１：ウェーハ清浄化装置
２：基台
３：保持手段
３０：チャックテーブル ３１：テーブル駆動部
４：加工手段
４０：基部 ４１：昇降部
４２：研磨手段
４２０：砥石駆動部 ４２１：ベルト ４２２：回転軸
４２３：研磨砥石
４２３ａ：外周研磨部 ４２３ｂ：ノッチ研磨部
４３：ポリッシング手段
４３０：パッド駆動部 ４３１：ベルト ４３２：回転軸
４３３：ポリッシングパッド
４３３ａ：外周ポリッシング部 ４３３ｂ：ノッチポリッシング部
５：アライメント手段
５０：撮像部 ５１：処理部
６：制御部
７：研磨液供給手段
８：ＣＭＰ液供給手段
１０：ウェーハ
１０ａ：表面 １０ｂ：側面 １０ｃ：裏面
１０１：外周領域 １０２：デバイス形成領域 １０３：デバイス １０４：ノッチ

Claims (4)

1. ウェーハの外周領域を清浄化するウェーハ清浄化装置であって、
   ウェーハを吸引保持し回転可能なチャックテーブルと、
   該チャックテーブルに保持されたウェーハの外周領域を研磨する研磨手段と、
   該チャックテーブルに保持され該研磨手段によって研磨された外周領域を鏡面仕上げするポリッシング手段と、
   該チャックテーブルに保持されたウェーハを撮像してデバイス形成領域を認識し、清浄化すべき外周領域を検出するアライメント手段と
   を少なくとも備えたウェーハ清浄化装置。
2. 前記研磨手段は、ウェーハの外周領域に作用して研磨を行う外周研磨部と該外周領域に形成されたノッチを研磨するノッチ研磨部とから構成される研磨砥石と、該研磨砥石を回転させる砥石駆動部とから構成され、
   前記ポリッシング手段は、該外周領域に作用してポリッシングを行う外周ポリッシング部と該ノッチをポリッシングするノッチポリッシング部とから構成されるポリッシングパッドと、該ポリッシングパッドを回転させるパッド駆動部とから構成される
   請求項１に記載のウェーハ清浄化装置。
3. 請求項１または２に記載のウェーハ清浄化装置を用い、デバイス形成領域と外周領域とから構成されるウェーハの該外周領域を清浄化する方法であって、
   該デバイス形成領域をアライメント手段によって検出し、
   該デバイス形成領域の位置情報に基づき、該外周領域のみに研磨手段またはポリッシング手段を作用させるウェーハの清浄化方法。
4. 前記ウェーハの外周領域にはノッチが形成されており、該ノッチを前記アライメント手段によって検出し、該ノッチの位置情報に基づき、該ノッチにノッチ研磨部またはノッチポリッシング部を作用させる
   請求項３に記載のウェーハの清浄化方法。

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