JP2008060220A

JP2008060220A - ゲッタリング層形成装置

Info

Publication number: JP2008060220A
Application number: JP2006233517A
Authority: JP
Inventors: Kazunao Arai; 一尚荒井
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-13
Also published as: KR20080020474A; TW200811955A; CN101136313A; CN101136313B

Abstract

【課題】研磨された半導体ウェーハの裏面に多結晶シリコン層やシリコン窒化層からなるゲッタリング層を形成する場合において、ゲッタリング層に十分なゲッタリング効果を生じさせる。
【解決手段】半導体ウェーハを保持する保持面１８０を有するチャックテーブル１８と、保持面１８０に表面側が保持された半導体ウェーハＷの裏面Ｗ２を研磨する研磨手段２０、２１と、裏面Ｗ２が研磨された半導体ウェーハＷを洗浄する洗浄手段１５と、洗浄済みの半導体ウェーハＷを収容して半導体ウェーハＷの裏面Ｗ２にシリコン窒化層または多結晶シリコン層のいずれかをゲッタリング層として形成するゲッタリング層形成手段４７とから少なくとも構成されるゲッタリング層形成装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハの裏面にゲッタリング層を形成する機能を有するゲッタリング層形成装置に関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが複数形成された半導体ウェーハは、裏面が研磨されて所望の厚さに形成された後に、ダイシング装置によって個々のデバイスに分割され、各種電子機器に用いられている。

ところが、半導体ウェーハの厚さが例えば１００μｍ以下のように薄くなり鏡面加工されると、半導体ウェーハにおけるいわゆるゲッタリング効果が低下してデバイスの品質を低下させるという問題がある。そこで、半導体ウェーハの裏面に多結晶シリコン層、シリコン窒化層等を形成することによりゲッタリング効果を生じさせる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。裏面へのゲッタリング層の形成は、裏面を研磨して半導体ウェーハを所望の厚さに形成した後に行われる。

特開２００６−４１２５８号公報

しかし、半導体ウェーハの裏面を研磨すると、シリコンの素面が露出して活性面となるため、空気中の酸素や不純物と反応し、ゲッタリング効果を発揮する多結晶シリコン層、シリコン窒化層の形成が困難になるという問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、研磨された半導体ウェーハの裏面に多結晶シリコン層やシリコン窒化層からなるゲッタリング層を形成する場合において、ゲッタリング層に十分なゲッタリング効果を生じさせることにある。

本発明は、表面に複数のデバイスが形成された半導体ウェーハの裏面を研磨し、裏面にゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成装置に関するもので、半導体ウェーハを保持する保持面を有するチャックテーブルと、保持面に表面側が保持された半導体ウェーハの裏面を研磨する研磨手段と、裏面が研磨された半導体ウェーハを洗浄する洗浄手段と、洗浄済みの半導体ウェーハを収容して該半導体ウェーハの裏面にシリコン窒化層または多結晶シリコン層のいずれかをゲッタリング層として形成するゲッタリング層形成手段とから少なくとも構成される。

ゲッタリング層形成手段は、半導体ウェーハの裏面をドライエッチングするドライエッチング手段の機能を併せ持つことが望ましい。

本発明に係るゲッタリング層形成装置は、研磨手段とゲッタリング層形成手段とを備えているため、半導体ウェーハの裏面を研磨した後に、活性面となった当該裏面に直ちに多結晶シリコン層または窒化層を形成することができるため、裏面が空気中の酸素や不純物と反応する前にゲッタリング層を形成することができる。

また、ゲッタリング層形成手段が、半導体ウェーハの裏面をドライエッチングするドライエッチング手段の機能を併せ持つと、研磨後の裏面をドライエッチングして半導体ウェーハの抗折強度を向上させることができると共に、仮に半導体ウェーハの裏面が研磨後に空気中の酸素や不純物と反応してしまったとしても、その部分をドライエッチングして除去することができる。

図１に示すゲッタリング層形成装置１は、半導体ウェーハの裏面を研磨し、その研磨された裏面にゲッタリング層を形成することができる装置である。

ゲッタリング層形成装置１においては、例えば図２に示す半導体ウェーハＷの裏面Ｗ２にゲッタリング層を形成する。この半導体ウェーハＷは、ストリートＳによって区画されて複数のデバイスＤが表面Ｗ１に形成されたものであり、ゲッタリング層形成装置１において裏面Ｗ２が研磨されるにあたり、表面Ｗ１にはデバイスＤを保護するための保護部材１０が貼着され、図３のように半導体ウェーハＷと保護部材１０とが一体となる。

ゲッタリング層形成前の半導体ウェーハＷは、図３に示したように表面に保護部材１０が貼着された状態の半導体ウェーハＷ（以下では単に「半導体ウェーハＷ」という。）は、で第一のウェーハカセット１１に収容される。一方、ゲッタリング層形成後の半導体ウェーハＷは、保護部材１０が貼着された状態で第二のウェーハカセット１２に収容される。

図１に示した第一のウェーハカセット１１及び第二のウェーハカセット１２の近傍には、第一のウェーハカセット１１から加工前の半導体ウェーハを搬出すると共に、加工済みの半導体ウェーハを第二のウェーハカセット１２に搬入する機能を有する搬出入手段１３が配設されている。搬出入手段１３は、屈曲自在なアーム部１３０の先端に半導体ウェーハを保持する保持部１３１が設けられた構成となっており、保持部１３１の可動域には、加工前の半導体ウェーハの位置合わせをする位置合わせ手段１４及び加工済みの半導体ウェーハを洗浄する洗浄手段１５が配設されている。洗浄手段１５は、半導体ウェーハを保持して回転するスピンナーテーブル１５０を備え、その正面側及び背面側が開口した構成となっている。

位置合わせ手段１４の近傍には第一の搬送手段１６が配設され、洗浄手段１５の近傍には第二の搬送手段１７が配設されている。第一の搬送手段１６は、位置合わせ手段１４に載置された加工前の半導体ウェーハをいずれかのチャックテーブルに搬送する機能を有し、第二の搬送手段１７は、いずれかのチャックテーブルに保持された加工済みの半導体ウェーハを洗浄手段１５に搬送する機能を有する。４つのチャックテーブル１８は、それぞれが半導体ウェーハを保持する保持面１８０を有しており、ターンテーブル１９によって自転及び公転可能に支持されており、ターンテーブル１９の回転によって、いずれかのチャックテーブルが第一の搬送手段１６及び第二の搬送手段１７の近傍に位置付けられる。

第一の研磨手段２０は、垂直方向の軸心を有するスピンドル２２と、スピンドル２２を回転可能に支持するスピンドルハウジング２３と、スピンドル２３の一端に連結されたモータ２４と、スピンドル２２の他端に設けられたホイールマウント２５と、ホイールマウント２５に装着され下面に砥石２７が固着された研磨ホイール２６とから構成され、モータ２４の駆動によりスピンドル２２が回転し、それに伴い砥石２７も回転する構成となっている。砥石２７としては、例えば粗研磨用の砥石が用いられる。

第一の研磨手段２０は、第一の研磨送り手段２８によって垂直方向に移動可能となっている。第一の研磨送り手段２８は、垂直方向に配設された一対のガイドレール２９と、ガイドレール２９に摺接する昇降板３０と、昇降板３０を昇降させるモータ３１とから構成され、モータ３１による駆動により昇降板３０がガイドレール２９にガイドされて昇降するのに伴い、昇降板３０に固定された第一の研磨手段２０が昇降する構成となっている。

第二の研磨手段２１は、垂直方向の軸心を有するスピンドル３２と、スピンドル３２を回転可能に支持するハウジング３３と、スピンドル３２の一端に連結されたモータ３４と、スピンドル３２の他端に設けられたホイールマウント３５と、ホイールマウント３５に装着され下面に砥石３７が固着された研磨ホイール３６とから構成され、モータ３４の駆動によりスピンドル３３が回転し、それに伴い砥石３７も回転する構成となっている。

第二の研磨手段２１は、第二の研磨送り手段３８によって垂直方向に移動可能となっている。第二の研磨送り手段３８は、垂直方向に配設されたガイドレール３９と、ガイドレール３９に摺接する昇降板４０と、昇降板４０を昇降させるモータ４１とから構成され、モータ４１による駆動により昇降板４０がガイドレール３９にガイドされて昇降するのに伴い、昇降板４０に固定された第二の研磨手段２１が昇降する構成となっている。

第一のウェーハカセット１１に収容された半導体ウェーハＷを研磨するにあたっては、搬出入手段１３によって半導体ウェーハＷが位置合わせ手段１４に搬送され、半導体ウェーハＷの中心が一定の位置に位置合わせされた後に、第一の搬送手段１６によって近くに位置するチャックテーブル１８に搬送される。チャックテーブル１８においては、表面に貼着された保護部材１０側が保持され、裏面Ｗ２が露出した状態となる。

次に、ターンテーブル１９が反時計回りに所定角度（図示の例では９０度）回転することによってチャックテーブル１８に保持された半導体ウェーハＷが第一の研磨手段２０の直下に移動する。そして、チャックテーブル１８の回転に伴って半導体ウェーハＷが回転すると共に、スピンドル２２の回転に伴って砥石２７が回転しながら、第一の研磨送り手段２８によって第一の切削手段２０が下方に研磨送りされて下降する。そうすると、回転する砥石２７が半導体ウェーハＷの裏面Ｗ２に接触して当該裏面Ｗ２が粗研磨される。

こうして粗研磨が終了すると、ターンテーブル１９が反時計回りに所定角度回転することによって、半導体ウェーハＷが第二の研磨手段２１の直下に位置付けられる。そして、チャックテーブル１８の回転に伴って半導体ウェーハＷが回転すると共に、スピンドル３２の回転に伴って砥石３７が回転しながら、第二の研磨送り手段３８によって第二の研磨手段２１が下方に研磨送りされて下降する。そうすると、回転する砥石３７が半導体ウェーハＷの裏面Ｗ２に接触して当該裏面Ｗ２が仕上げ研磨される。

仕上げ研磨が終了すると、ターンテーブル１９が反時計回りに所定角度回転することにより、チャックテーブル１８が第二の搬送手段１７の近傍に位置付けられる。そして、半導体ウェーハＷが第二の搬送手段１７によって保持されて洗浄手段１５のスピンナーテーブル１５０に搬送される。洗浄手段１５では、スピンナーテーブル１５０において裏面Ｗ２が露出した状態で半導体ウェーハＷが保持され、スピンナーテーブル１５０が回転すると共に洗浄水が噴射されて、裏面Ｗ２に付着した研磨屑が除去される。更に、スピンナーテーブル１５０が回転すると共に高圧エアーが噴射されて、洗浄水が除去される。

このようにして裏面が研磨され洗浄された半導体ウェーハＷは、洗浄手段１５に隣接する第三の搬送手段４３によってゲッタリング層形成手段４７に搬送される。第三の搬送手段４３は、半導体ウェーハＷを吸着する吸着部４４と、吸着部４４を水平方向及び垂直方向に移動させるアーム部４５と、アーム部４５を駆動する駆動部４６とから構成され、吸着部４４によって洗浄後の半導体ウェーハＷが吸着され、吸着部４４が移動することにより半導体ウェーハＷがゲッタリング層形成手段４７に搬送される。

図４に示すように、ゲッタリング層形成手段４７は、複数のガスタンク４８ａ、４８ｂ、４８ｃからなるガスタンク部４８と、バルブ４９ａ、４９ｂ、４９ｃを介して個々のガスタンクと連結されガスを混合する混合部５０とを備えている。混合部５０において生成されたガスは、ガス供給部５１に送られ、ガス供給部５１から処理部５２に供給される。

ガスタンク部４８を構成する個々のガスタンクには、ドライエッチング用のガス及びゲッタリング層形成用のガスが蓄えられている。図４の例ではドライエッチング用のガスとしてガスタンク４８ａにＳＦ_６が蓄えられている。一方、ゲッタリング層形成用のガスとしては、ガスタンク４８ｂにＳｉＨ_４−ＮＨ_３、ガスタンク４８ｃにＳｉＨ_４が蓄えられている。

図４に示すように、処理部５２は、プラズマエッチングが行われるチャンバ５３の上部側からガス噴出手段５４を収容すると共に、半導体ウェーハＷを保持するチャックテーブル５５を下部側から収容した構成となっている。

ガス噴出手段５４は、チャックテーブル５５に保持された半導体ウェーハＷの裏面にガスを供給する機能を有し、軸部５４ａがチャンバ５３に対して軸受け５６を介して昇降自在に挿通しており、内部にはガス供給部５１に連通すると共にポーラス部材で形成された噴出部５７ａに連通するガス流通孔５７が形成されている。ガス噴出手段５４は、モータ５８に駆動されてボールネジ５９が回動し、ボールネジ５９に螺合したナットを有する昇降部６０が昇降するのに伴い昇降する構成となっている。

一方、チャックテーブル５５は、軸部５５ａが軸受け６１を介して回動可能に挿通しており、内部には吸引源６２に連通する吸引路６３及び冷却部６４に連通する冷却路６５が形成されており、吸引路６３は上面の吸引部６３ａに連通している。

チャンバ５３の側部にはエッチングする板状物の搬出入口となる開口部６６が形成されており、開口部６６の外側には昇降により開口部６６を開閉するシャッター６７が配設されている。このシャッター６７は、シリンダ６８に駆動されて昇降するピストン６９によって昇降する。

チャンバ５３の下部にはガス排出部７０に連通する排気口７１が形成されており、排気口７１から使用済みのガスを排出することができる。また、ガス噴出手段５４及びチャックテーブル５５には高周波電源７２が接続され、高周波電圧を供給し、ガスをプラズマ化することができる。

ゲッタリング層形成手段４７では、半導体ウェーハＷの裏面のドライエッチング及び裏面へのゲッタリング層の形成を行うことができる。ドライエッチングを行わずにゲッタリング層を形成することもできるが、以下では、裏面をドライエッチングした後にその裏面にゲッタリング層を形成する場合について説明する。

半導体ウェーハＷは、シャッター６７を下降させて開口部６６を開口させた状態で、開口部６６から図１に示した吸着部４４をチャンバ５３の内部に進入させ、半導体ウェーハＷの裏面Ｗ２を上に向けて露出させた状態で吸着を解除してチャックテーブル５５の吸引部６３ａに載置すると共に吸引部６３ａにおいて吸着力を作用させることにより、吸引部６３ａにおいて保持される。そして、吸着部４４をチャンバ５３の外部に退避させた後にシャッター６７を元の位置に戻して開口部６６を閉め、内部を減圧排気する。

次に、バルブ４９ａを開けてＳＦ_６をガス供給部５１に送り込むと共に、ガス噴出手段５４を下降させ、その状態でガス供給部５１からガス流通孔５７にエッチングガスとしてＳＦ_６を供給し、ガス噴出手段５４の下面の噴出部５７ａからＳＦ_６ガスを噴出させると共に、高周波電源７２からガス噴出手段５４とチャックテーブル５５との間に高周波電圧を印加してＳＦ_６ガスをプラズマ化させる。そうすると、プラズマのエッチング効果により半導体ウェーハＷの裏面がエッチングされ、研磨により形成された研磨歪みが除去される。この例のようにエッチングガスとしてＳＦ_６を用いた場合、半導体ウェーハＷがシリコンウェーハであると、Ｆラジカルとシリコンとの反応によりフッ化シリコンが生成されてエッチングが行われる。また、混合部５０におけるガスの混合は行われないが、エッチングを促進する触媒を混合するようにしてもよい。

エッチング終了後は、処理部５２に残ったエッチングガスを排気口７１からガス排出部７０へと排気する。そして、処理部５２の温度を３５０〜４００℃とした状態で、例えばバルブ４９ｂを開けてＳｉＨ_４−ＮＨ_３を噴出部５７ａから噴出させて処理部５２に導入すると共に、高周波電源７２からガス噴出手段５４とチャックテーブル５５との間に高周波電圧を印加してＳｉＨ_４−ＮＨ_３を活性化させる。そうすると、図５に示すように、低温ＣＶＤによりＳｉＨ_４−ＮＨ_３がエッチングされた裏面に堆積し、シリコン窒化層８０が形成される。このシリコン窒化層８０がゲッタリング層となる。また、バルブ４９ｃを開けてＳｉＨ_４を噴出部５７ａから噴出させて同様に活性化した場合は、多結晶シリコン層が形成され、ゲッタリング層８０となる。ゲッタリング層が薄すぎるとゲッタリング効果が十分に生じないおそれがあるため、ゲッタリング層は、例えば０．５〜１．５μｍ程度の厚さに形成することが好ましい。

このように、ゲッタリング層形成装置１は、研磨手段２０、２１とゲッタリング層形成手段４７とを備えており、その間を第三の搬送手段４３によって半導体ウェーハＷが搬送されるため、半導体ウェーハＷの裏面Ｗ２を研磨した後に、活性面となった当該裏面Ｗ２に直ちに多結晶シリコン層または窒化層を形成することができる。したがって、裏面が空気中の酸素や不純物と反応する前にゲッタリング層を形成することができる。

また、ゲッタリング層形成手段４７は、半導体ウェーハＷの裏面Ｗ２をドライエッチングするドライエッチングの機能と、ＣＶＤによりゲッタリング層を形成する機能とを併せ持つため、研磨後の裏面をドライエッチングして半導体ウェーハの抗折強度を向上させることができると共に、仮に半導体ウェーハの裏面が研磨後に空気中の酸素や不純物と反応してしまったとしても、その部分をドライエッチングして除去することができる。

このようにして裏面にゲッタリング層が形成された半導体ウェーハＷは、シャッター６７を下降させて開口部６６を開け、吸着部４４によって半導体ウェーハＷを吸着すると共に、吸着部４１を移動させてチャンバ５３の外部に搬出する。そして、図１に示した洗浄手段１５の背面側から吸着部４４を進入させてスピンナーテーブル１５０に半導体ウェーハＷを移し替え、半導体ウェーハを洗浄した後、搬出入手段１３によってカセット１２に収容する。以上のような工程をウェーハカセット１１に収容されたすべての半導体ウェーハについて行うと、裏面にゲッタリング層が形成されたすべての半導体ウェーハＷがウェーハカセット１２に収容される。

ゲッタリング層形成装置の一例を示す斜視図である。半導体ウェーハ及び保護部材を示す斜視図である。半導体ウェーハの表面に保護部材が貼着された状態を示す斜視図である。ゲッタリング層形成装置の構造を略示的に示す断面図である。ゲッタリング層が形成された半導体ウェーハを示す拡大断面図である。

符号の説明

Ｗ：半導体ウェーハ
Ｗ１：表面Ｓ：ストリートＤ：デバイス
Ｗ２：裏面
１０：保護部材
１：ゲッタリング層形成装置
１１：第一のウェーハカセット１２：第二のウェーハカセット
１３；搬出入手段１３０：アーム部１３１：保持部
１４：位置合わせ手段
１５：洗浄手段１５０：スピンナーテーブル
１６：第一の搬送手段１７：第二の搬送手段１８：チャックテーブル
１９：ターンテーブル
２０：第一の研磨手段２１：第二の研磨手段
２２：スピンドル２３：スピンドルハウジング２４：モータ
２５：ホイールマウント２６：研磨ホイール２７：砥石
２８：第一の研磨送り手段２９：ガイドレール３０：昇降板３１：モータ
３２：スピンドル３３：ハウジング３４：モータ３５：ホイールマウント
３６：研磨ホイール３７：砥石
３８：第二の研磨送り手段３９：ガイドレール４０：昇降板４１：モータ
４３：第三の搬送手段
４４：吸着部４５：アーム部４６：駆動部
４７；ゲッタリング層形成手段
４８：ガスタンク部４９ａ、４９ｂ、４９ｃ：バルブ５０：混合部
５１：ガス供給部５２：処理部５３：チャンバ
５４：エッチングガス供給手段５５：チャックテーブル５６：軸受け
５７：ガス流通孔５７ａ：噴出部５８：モータ５９：ボールネジ
６０：昇降部６１：軸受け６２：吸引源６３：吸引路６４：冷却部
６５：冷却路６６：開口部６７：シャッター６８：シリンダ６９：ピストン
７０：ガス排出部７１：排気口７２：高周波電源
８０：ゲッタリング層

Claims

表面に複数のデバイスが形成された半導体ウェーハの裏面を研磨し、該裏面にゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成装置であって、
半導体ウェーハを保持する保持面を有するチャックテーブルと、該保持面に表面側が保持された半導体ウェーハの裏面を研磨する研磨手段と、該裏面が研磨された半導体ウェーハを洗浄する洗浄手段と、洗浄済みの半導体ウェーハを収容して該半導体ウェーハの裏面にシリコン窒化層または多結晶シリコン層のいずれかをゲッタリング層として形成するゲッタリング層形成手段と
から少なくとも構成されるゲッタリング層形成装置。
前記ゲッタリング層形成手段は、半導体ウェーハの裏面をドライエッチングするドライエッチング手段の機能を併せ持つ請求項１に記載のゲッタリング層形成装置。