JP2007234788A - ウエーハへのゲッタリング層付与方法およびゲッタリング層付与装置 - Google Patents

Abstract

【課題】きわめて薄いウエーハであっても、同一性能のゲッタリング効果を安定して得ることができるゲッタリング層を、確実、かつ容易に付与する。
【解決手段】ウエーハ１の裏面にレジノイド基板６０を合わせて押圧し、このレジノイド基板６０に超音波ユニット５０によって超音波振動を付与する。レジノイド基板６０に分散する砥粒がウエーハ１の裏面に振動しながら押圧されることにより、ウエーハ１の裏面にゲッタリング層を短時間で均一に付与することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、表面に多数のデバイスが形成された半導体ウエーハ等のウエーハを製造する過程においてウエーハの裏面にゲッタリング層を好適に付与する技術に関する。

携帯電話やデジタルカメラなどの小型デジタル機器に代表されるように、近年の各種電子機器は軽薄短小化が顕著であり、これを達成するには、構成部品として重要な役割を果たす半導体チップないしは半導体パッケージ部品の小型化・薄型化が必要とされる。半導体チップにおいては特に薄型化が求められ、より薄くするには、半導体チップに切り出す前の半導体ウエーハをより薄く（例えば１００μｍ以下、さらには５０μｍ以下）加工することによって可能とされる。半導体ウエーハは、シリコン等の材料の単結晶棒をスライスして得られるものであるが、チップ化する前に、素子形成面である表面とは反対側の裏面側を研削して所定の厚さに薄化される。

半導体ウエーハを薄化するには、砥石などによる研削といった機械加工が一般に採用されるが、このように機械加工で薄化された半導体ウエーハの加工面には、細かな傷による厚さ１μｍ程度の機械的ダメージ層（歪み層）が形成される。このダメージ層が形成されたままであると、抗折強度が低下して割れや欠けの原因となるため、化学的エッチングや研磨などの方法によりダメージ層を除去して強度を保つことが行われている。

ところが、強度を低下させるダメージ層は、一方では、ゲッタリング効果を生じさせるものとして有効に利用される場合がある。ゲッタリング効果とは、半導体チップの製造工程において半導体ウエーハに含有された主に重金属を主とする不純物を、半導体チップに形成された電子回路等の素子の形成領域外の歪み場に集めて素子形成領域を清浄化することであり、歪み場として、機械的ダメージが形成された部分が活用される。このゲッタリング効果によって素子形成領域に不純物が存在しにくくなり、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、半導体チップの特性の安定化や性能の向上が図られるとされている。ゲッタリング効果を得るための方法は、特許文献１，２等に記載されている。

特開２００５−２７７１１６号公報 特開２００５−３１７８４６号公報

上記特許文献１では、薄化後のウエーハを熱処理するなどしてゲッタリング層を付与しているが、例えば５０μｍ程度といったきわめて薄いウエーハを熱処理することは、ハンドリング等の面で実際に行うことが困難であり実用的ではない。一方、特許文献２では、ウエーハを薄化する研削装置の砥石を特定することによって良好なゲッタリング層を付与することができるとされているが、砥石や研削加工自体のコンディションにはばらつきがあるため、同一性能を持ったゲッタリング効果を安定して得るには至っていない。

よって本発明は、きわめて薄いウエーハであっても、同一性能のゲッタリング効果を安定して得ることができるゲッタリング層を、確実、かつ容易に付与することができる方法および装置を提供することを目的としている。

本発明のウエーハの製造方法は、表面にデバイスが形成され、裏面にダメージ層を有さないウエーハの裏面にゲッタリング層を付与するにあたり、裏面を露出させた状態にウエーハを保持し、 次いで、このウエーハの裏面に、砥粒が分散された基板を合わせるとともに該基板を相対的にウエーハの裏面に押圧し、次いで、ウエーハもしくは基板のいずれか一方、もしくは双方に超音波振動を付与することを特徴としている。

本発明の上記製造方法は、ウエーハの裏面に、砥粒が分散する基板を合わせて押圧した状態とし、そのウエーハか基板、あるいは双方に超音波振動を付与するもので、基板中の砥粒が振動しながらウエーハの裏面を押圧することにより、微細なダメージ層がウエーハの裏面に付与される。本発明によれば、簡便、かつ短時間で確実にウエーハにダメージ層を付与することができ、また、そのダメージ層は、ばらつきの少ない均一な状態となることから、同一性能のゲッタリング効果を安定して得ることができる。

本発明で用いる基板の材質としては、レジノイドが好適に用いられる。レジノイドは、フェノール樹脂等の樹脂の粉体に砥粒を混合して加圧焼成したもので、本発明では、適宜厚さの板状に成形されたものが基板とされる。レジノイドは、金属等に比べると適度に柔らかいため、ウエーハの裏面に振動しながら押圧されたときに、砥粒がレジノイドの内部に僅かに埋没する緩衝作用が発揮されるので、ウエーハの裏面にダメージを与えすぎないといった利点を有する。

基板は、ウエーハの裏面全面を覆う面積を有するものとし、ウエーハの裏面全面に合わせて押圧した状態から、上記のように超音波振動を付与すると、ばらつきの少ない均一な状態のゲッタリング層を付与することができる。本発明は、保持したウエーハの裏面に基板を押し当てて超音波振動を付与する方法であるから、厚さが１００μｍ、あるいは５０μｍといったきわめて薄いウエーハにも容易にゲッタリング層を付与することができる。

次に、本発明のウエーハの製造装置は、上記本発明の製造方法を好適に実施することができる装置であり、ウエーハの裏面を露出させた状態に該ウエーハを吸着して保持する吸着テーブルと、母材に砥粒が分散され、吸着テーブルに保持されたウエーハの裏面に合わせられる基板と、この基板をウエーハの裏面に押圧する押圧手段と、ウエーハもしくは基板のいずれか一方、もしくは双方に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と備えることを特徴としている。

本発明によれば、ウエーハの裏面に基板を押し当てて超音波振動を付与するといった方法でウエーハの裏面にゲッタリング層を付与するものであるから、きわめて薄いウエーハであっても、同一性能のゲッタリング効果を安定して得ることができるゲッタリング層を確実、かつ容易に付与することができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明に係る一実施形態を説明する。
［１］半導体ウエーハ
図１は、一実施形態の方法および装置によって裏面にゲッタリング層が付与される円盤状の半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称）を示している。このウエーハ１はシリコンウエーハ等であり、その表面には、格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ（デバイス）３が区画されている。これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。

ウエーハ１は、回転する砥石でワークを研削する研削装置等により、半導体チップ３が形成された表面とは反対側の裏面が研削加工されて１００μｍ程度、あるいは５０μｍ程度の厚さに薄化処理されている。さらにウエーハ１は、薄化処理された後、裏面にウエットエッチング等の化学的エッチングやポリッシングなどの処理が施されており、これによって研削加工で裏面に形成された機械的ダメージ層が除去されている。

ダメージ層の除去をエッチングで行う場合には、例えば、フッ酸および硝酸の混合液がエッチング液として用いられ、裏面が２０〜３０μｍ程度の厚さ除去される。また、ダメージ層の除去をポリッシングで行う場合には、例えば、ウエーハ１の裏面にＫＯＨ等のアルカリ液にシリカ等の砥粒が含有された研磨液を供給しながら研磨布を押圧する方法が採られ、裏面が２〜３μｍ程度の厚さ除去される。

上記ウエーハ１においては、元来内部に存在していたゲッタリング効果をもたらすゲッタリング層が裏面研削による薄化処理で除去され、裏面研削で新たに裏面に形成された機械的ダメージ層は、ゲッタリング効果をもたらす歪み場として有効であったが強度を低下させる原因となるため除去されている。すなわち、この段階でのウエーハ１はゲッタリング層が存在していない。そこで、次のゲッタリング層付与過程で改めてゲッタリング層が付与される。

［２］ゲッタリング層付与装置
図２は、一実施形態に係るゲッタリング層付与装置を示しており、該装置は、上面が水平な直方体状の基台１０を有している。この基台１０上には、水平なＸ方向およびＹ方向に移動自在とされたＸＹ移動テーブル１１が設けられており、さらにこのＸＹ移動テーブル１１上には、円盤状のチャックテーブル（吸着テーブル）１２が水平に設置されている。ゲッタリング層が付与されるウエーハ１は、裏面を上に向け露出させた状態で、チャックテーブル１２上に保持され、上方に配置された超音波ユニット（超音波振動付与手段）５０によって裏面にゲッタリング層が付与される。チャックテーブル１２は、空気吸引によってワークを吸着、保持する真空チャック式のワーク保持用テーブルであり、外径はウエーハ１の外径よりも大きく、上面はウエーハ１が載置されるに十分な大きさを有している。

ＸＹ移動テーブル１１は、基台１０上にＸ方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース２０と、このＸ軸ベース２０上にＹ方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース３０との組み合わせで構成されている。各ベース２０，３０は矩形板状であって、Ｘ軸ベース２０がＹ軸ベース３０よりも大きく、辺方向を互いに平行にして積層されている。Ｘ軸ベース２０は基台１０上に固定されたＸ方向に延びる一対の平行なガイドレール２１，２１に摺動自在に取り付けられており、Ｘ軸駆動機構２２によってＸ方向に移動させられる。Ｙ軸ベース３０はＸ軸ベース２０上に固定されたＹ方向に延びる一対の平行なガイドレール３１，３１に摺動自在に取り付けられており、Ｙ軸駆動機構３２によってＹ方向に移動させられる。チャックテーブル１２はＹ軸ベース３０上に回転自在あるいは固定状態で設置されており、Ｘ軸ベース２０およびＹ軸ベース３０の移動に伴って、Ｘ方向あるいはＹ方向に移動させられる。

基台１０の一側面（図１で右奥側の見えない側面）には鉛直方向（Ｚ方向）上方に延びる角柱状のコラム１３が固定されており、このコラム１３の基台１０側の面には、チャックテーブル１２上までＹ方向に沿って延びる円筒状のアーム（押圧手段）４０が設けられている。このアーム４０はコラム１３に沿って上下動自在に設けられ、コラム１３内に収容された図示せぬ上下駆動機構によって上下動させられる。その上下駆動機構には、アーム４０を下降させた際に、その下降方向とは反対方向つまり上方に受ける反動負荷を測定する荷重計が具備されている。そして、そのアーム４０の先端には、超音波ユニット５０が取り付けられている。

超音波ユニット５０は、図３に示すように、アーム４０の先端に固定された円筒状のハウジング５１内に超音波振動子５２が収容され、この超音波振動子５２の下端に、コーン５３を介して、下向きに広がる円錐状のホーン５４が連結されたものである。超音波振動子５２は、当該装置の外部に設置される超音波発振器５５からアーム４０内を通されたケーブル５６を経て所定周波数の超音波が供給されることにより、その周波数で振動し、その超音波振動は、コーン５３を経てホーン５４に伝達する。

そのホーン５４の下端面には、図４に示す円盤状のレジノイド基板６０が保持される。このレジノイド基板６０は、フェノール樹脂等の樹脂の粉体に粒径が５μｍ以下のアルミナやシリカ等からなる砥粒を混合して、０．１〜１０ｍｍ程度の厚さの円盤状に加圧焼成したものである。レジノイド基板６０の外径は、少なくともウエーハ１の外径と同等であってウエーハ１の裏面全面を覆うことが可能な面積を有する大きさのものが用いられる。レジノイド基板６０は、両面テープを用いてホーン５４に貼り付けるなどの方法で、ホーン５４の下端面に保持される。その保持状態での下面がウエーハ１の裏面に押し当てられ、押圧面である下面には砥粒が一様に分散している。なお、レジノイド基板６０をホーン５４に保持させるには、真空吸着によって行ってもよく、この場合にはレジノイド基板６０の交換が容易であるという利点がある。

［３］ゲッタリング層付与装置の作用
以上が本実施形態のゲッタリング層付与装置の構成であり、続いて、この装置の使用方法ならびに作用を説明する。
図３に示すように、ウエーハ１の表面に電子回路を保護するための保護テープ９を貼り、次いで、チャックテーブル１２の真空吸着運転を稼働させてから、このチャックテーブル１２上に、裏面を上に向けて露出させたウエーハ１を、概ね同心状となるように載置して、保護テープ９を密着させる。なお、保護テープ９は、上記の裏面研削の工程でウエーハ１の裏面に貼られる保護テープをそのまま流用してもよい。保護テープとしては、例えば、厚さ７０〜２００μｍ程度のポリオレフィン等の基材の片面に厚さ５〜２０μｍ程度のアクリル系等の粘着剤を塗布したテープなどが好適に用いられる。

次に、ＸＹテーブル１１を適宜に移動させて、ウエーハ１を、超音波ユニット５０のホーン５４の真下であって、ホーン５４と概ね同心状となる位置に移動させる。次に、アーム４０を下降させ、ホーン５４の下端面に保持したレジノイド基板６０の下面をウエーハ１の裏面に当て、さらに僅かに下降させて適宜な荷重でレジノイド基板６０をウエーハ１の裏面に押圧させる。レジノイド基板６０の押圧荷重の設定は、上記荷重計を確認しながら行うことができる。次いで超音波発振器５５を作動させ、該超音波発振器５５で生成された振動データに基づいて超音波振動子５２を振動させる。すると超音波振動はコーン５３からホーン５４に伝わり、ホーン５４とともにレジノイド基板６０が振動する。

レジノイド基板６０が振動すると、該レジノイド基板６０の押圧面である下面に表出している砥粒が振動しながらウエーハ１の裏面を押圧し、これによって、微細な傷によるダメージ層がウエーハ１の裏面全面に一様に付与される。超音波周波数は適宜な範囲に選択されるが、例えば２０ｋＨｚ以上で十分である。次に超音波発振器５５を停止させるとともに、アーム４０を上昇させてレジノイド基板６０をウエーハ１から離し、さらにチャックテーブル１２の真空吸着運転を停止して、ウエーハ１をチャックテーブル１２上から取り上げて回収する。

本実施形態によれば、ウエーハ１の裏面に押圧させたレジノイド基板６０に超音波振動を付与するといった方法であるから、簡便、かつ短時間で確実にウエーハ１の裏面にダメージ層を付与することができる。ウェーハ１枚あたりの超音波振動の付与時間は、例えば３〜１２０秒の範囲とされ、３０〜９０秒程度がより好適とされるが、砥粒を含有する基板の組成や選択された超音波振動周波数などによって、最適な時間に適宜調整される。また、ウエーハ１の裏面全面をレジノイド基板６０で覆って押圧するので、均一な状態のダメージ層が得られ、したがって同一性能のゲッタリング効果を安定して得ることができるとともに、厚さが１００μｍ、あるいは５０μｍといったきわめて薄いウエーハ１にも容易にゲッタリング層を付与することができる。

上記実施形態では、樹脂製のレジノイド基板６０をウエーハ１の裏面に作用させているが、砥粒が分散された基板としては、例えばニッケル等の金属を電気メッキした基板の表面に砥粒を分散させた金属系のものを用いてもよい。また、ビトリファイドと呼ばれる長石や無機質粘土類による粉体に砥粒を混合して加圧焼成したものも使用することができる。しかしながら、レジノイド基板６０は金属等に比べると適度に柔らかいため、ウエーハ１の裏面に振動しながら押圧されたときに砥粒がレジノイドの内部に僅かに埋没する緩衝作用が発揮されるので、ウエーハ１の裏面にダメージを与えすぎないといった利点を有する。

また、本実施形態のゲッタリング層付与装置は単独の装置として構成されているが、超音波ユニット５０を、例えば、デバイス製造工程における初期のウエーハを薄化するための研削装置や、研削装置と研磨装置の複合型装置、あるいは洗浄・乾燥装置等に、付属する形で具備させることもできる。その場合には、それらの装置が備えるウエーハ保持用のチャックテーブル上にウエーハ１を保持したまま、研削工程の後にゲッタリング層を付与するなど、工程を一連にこなすことができる。

本発明の一実施形態によって裏面にゲッタリング層が付与されるウエーハの斜視図（拡大部分は半導体チップ）である。 本発明の一実施形態に係るゲッタリング層付与装置の全体斜視図である。 一実施形態のゲッタリング層付与装置が具備する超音波ユニットの側面図である。 一実施形態で使用されるレジノイド基板の斜視図である。

符号の説明

１…半導体ウエーハ
３…半導体チップ（デバイス）
１２…チャックテーブル（吸着テーブル）
４０…アーム（押圧手段）
５０…超音波ユニット（超音波振動付与手段）
６０…レジノイド基板６０

Claims (5)

1. 表面にデバイスが形成され、裏面にダメージ層を有さないウエーハの前記裏面にゲッタリング層を付与するにあたり、
   前記裏面を露出させた状態にウエーハを保持し、
   次いで、このウエーハの裏面に、砥粒が分散された基板を合わせるとともに該基板を相対的にウエーハの裏面に押圧し、
   次いで、ウエーハもしくは基板のいずれか一方、もしくは双方に超音波振動を付与することを特徴とするウエーハへのゲッタリング層付与方法。
2. 前記基板はレジノイドからなることを特徴とする請求項１に記載のウエーハへのゲッタリング層付与方法。
3. 前記基板は、前記ウエーハの裏面全面を覆う面積を有し、該基板をウエーハの裏面全面に合わせて押圧することを特徴とする請求項１または２に記載のウエーハへのゲッタリング層付与方法。
4. 前記ウエーハの厚さが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のウエーハへのゲッタリング層付与方法。
5. ウエーハの裏面を露出させた状態に該ウエーハを吸着して保持する吸着テーブルと、
   砥粒が分散されており、前記吸着テーブルに保持された前記ウエーハの裏面に合わせられる基板と、
   この基板を前記ウエーハの裏面に押圧する押圧手段と、
   前記ウエーハもしくは基板のいずれか一方、もしくは双方に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と備えることを特徴とするウエーハへのゲッタリング層付与装置。

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