JP2009147104A - 使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用済みの半導体ウエハを、より少ない損失量で使用済み半導体ウエハや基板を再生する技術を提供すること。
【解決手段】（ａ）表面に機能層を有する使用済みの半導体ウエハ１を粗削りし、機能層を除去する工程と、（ｂ）粗削りした半導体ウエハ１の表面に、ドライエッチングにより除去可能な保護層２を形成する工程と、（ｃ）保護層２を形成した半導体ウエハ１をドライエッチングし、保護層２と、ウエハ１表面のうち保護層２により被覆されずに露出する部分とを除去する工程と、（ｄ）ドライエッチングした半導体ウエハ１の平坦度を計測する工程と、を含み、（ｄ）工程において所望の平坦度が得られない場合、所望の平坦度が得られるまで（ｂ）から（ｄ）までの工程を繰り返す。
【選択図】図２

Description

本発明は、トランジスタや配線等からなる回路等の層（機能層）が形成された使用済みの半導体ウエハ、又は半導体製造装置の正常な動作・機能を確認するために使用した所謂ダミーウエハ等を、再び、半導体集積回路製造に適する半導体ウエハ、又は新品と変わらぬ平坦度のダミーウエハ等に再生する方法に関する。

使用済みの半導体ウエハを、半導体集積回路製造に適する半導体ウエハに再生する方法としては、従来、ウエットエッチングで半導体ウエハ上の異性物質を除去し、その後、研磨を施す方法などが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
しかし、ウエットエッチングおよび研磨を用いる方法では、研磨装置が高価であること、かつ、半導体ウエハの損失量が大きいことが問題であった。損失量が大きいと、再生回数が少なくなる。その結果、たとえ再生できてもコストメリットは小さい。
この問題に対して、米国Applied Materials（AMAT）社は、研磨を用いず、ウエットエッチングおよびドライエッチングを併用することにより、半導体ウエハの損失量を９μｍに抑えて半導体ウエハの再生が可能になったと報告している（非特許文献１参照）。
特開２００１−３５８１０７ 特開２００４−２６０１３７ Electronic Journal ２００７年１０月号、４７頁

しかし、損失量は９μｍでも大きすぎる。通常、半導体ウエハに集積回路を形成する場合、素子分離のための酸化膜層をシャロートレンチアイソレーショ（ＳＴＩ）法などにより形成する。その深さは、通常０．２〜０．４μｍ程度であるが、デバイスの種類によっては、０．５〜１．０μｍになるものもある。さらに、ｎおよびｐの両チャネルを使ったＣＭＯＳをつくるためには、ｎ型とｐ型の深いウエル領域を形成する必要がある。ウエル構造としては、低不純物濃度のシリコンウエハにｐとｎの二つのウエルを形成する二重ウエル、高エネルギーイオン注入を用いてシリコン基板深部にもう一つ別のウエルを形成した三重ウエル等がある。後者の方が、より深くイオンが注入されるが、その深さは２〜３μｍ程度であることが知られている。

よって、このような半導体集積回路の製造用として再生する場合、最適な損失量は３μｍ程度であり、安全マージンを大きめにとったとしても３〜４μｍ程度であり、上記従来技術のように損失量が９μｍもあると、リソグラフィ工程において焦点深度を合わせることができなくなり、レジストの感光が困難になるという問題点がある。なお、損失量とは、ウエハ等における表面の加工形成層（機能層）を除く部分の厚さが再生処理前後でどの程度減少したかを表すものである。
そこで、本発明の主たる課題は、使用済みの半導体ウエハを、より少ない損失量で使用済み半導体ウエハや基板を再生する技術を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
（ａ）表面に機能層を有する使用済みの半導体ウエハ又は基板を粗削りし、前記機能層を除去する工程と、
（ｂ）粗削りした半導体ウエハ又は基板の表面に、ドライエッチングにより除去可能な保護層を形成する工程と、
（ｃ）前記保護層を形成した粗削りした表面を有する半導体ウエハ又は基板を、前記保護層とともにドライエッチングする工程と、
（ｄ）ドライエッチングした半導体ウエハ又は基板における前記粗削りを行った表面の平坦度を計測する工程と、を含み、
前記（ｄ）工程において所望の平坦度が得られない場合、前記（ｂ）から（ｄ）までの工程を繰り返す、
ことを特徴とする使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。

（作用効果）
本発明の主たる特徴は、機能層を粗削りした後、保護層を形成した上でドライエッチングを行い、保護層を形成した粗削りした表面を有する半導体ウエハ又は基板を、保護層とともにドライエッチングすることにより、粗削りした半導体ウエハ又は基板のラフネスを除去するところにある。

保護層を有する半導体ウエハ又は基板のドライエッチングを開始すると、以下の順でエッチングが進行する。すなわち、最初は、ウエハ表面のうち保護層により被覆された部分はエッチングされず、保護層が犠牲となって代わりにエッチングされる。一方、ウエハ表面のうち保護層のエッチングの進行により保護層が除去されて露出するようになった凸部（保護層が薄く、エッチング前の段階で既に保護層から突出していた凸部３も同様）はエッチングにより除去される。半導体ウエハ又は基板の凸部が保護層から露出する状態では、保護層と保護層により被覆されずに露出する半導体ウエハ又は基板の凸部が同時にエッチングされる。その際、凸部の形が断面で見て台形又は矩形ならばその肩部からエッチングが進行する。その結果、台形状又は矩形状の凸部はやがて三角形状になる。三角形状になった凸部は、二つの斜面が内向きにエッチングされて行き、全体として次第に小さくなっていく。これは、ドライエッチングにおいて、入射するエッチャント（エッチングを行うためのイオンや活性粒子）に対して、４５度の角度を持った斜面が最もエッチング速度が速いことに起因している。他方、凹部の底部は保護層が消失するまではエッチングされない。

以上のようなメカニズムにより、極めて少ない損失でウエハ表面を平坦化することが可能となる。よって、本発明によれば極めて少ない損失で、半導体集積回路の製造に適する平坦度レベルを達成することができる。

＜請求項２記載の発明＞
前記機能層の厚さが２μｍ以下であるシャローパターンの場合には、前記半導体ウエハ又は基板の損失量が１〜２μｍとなる範囲で前記再生を行い、前記機能層の厚さが２〜３μｍであるデイープパターンの場合には、前記半導体ウエハ又は基板の損失量が３〜４μｍとなる範囲で前記再生を行う、請求項１記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。

（作用効果）
前述したとおり、半導体ウエハ又は基板を再生する場合、半導体ウエハ又は基板の損失量がシャローパターンの場合には１〜２μｍ程度、デイープパターンの場合には３〜４μｍ程度であると、再生回数が無駄に少なくなることがなく、コストメリットも高まる。なお、損失量の定義は前述したとおりである。

＜請求項３記載の発明＞
前記（ｂ）工程において、前記半導体ウエハ又は基板よりもエッチング速度の速い材料により前記保護層を形成するとともに、前記保護層の表面が前記半導体ウエハ又は基板表面における最も高い凸部の頂点よりも高くなるように前記保護層を形成する、請求項１又は２記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。

（作用効果）
このような保護層の材料及び厚さを採用することによって、ドライエッチングに際して保護層及びウエハ等の表面を同時に除去できるものでありながら、保護層の厚さに高い精度が要求されないため、保護層の形成が極めて容易になる。

＜請求項４記載の発明＞
前記（ｂ）工程の保護層を、フォトレジスト、反射防止膜、又は塗布型絶縁膜の塗布により形成する、請求項３記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。

（作用効果）
本発明の保護層として、フォトレジストまたは塗布型絶縁膜の塗布により薄膜を形成すると、保護層の形成が極めて容易であり、特に保護層の形成及びドライエッチングを繰り返す場合に有利である。

＜請求項５記載の発明＞
前記（ａ）工程の粗削りを、前記半導体ウエハ又は基板の表面のＳＦＱＲ_maxが０．１μｍより大きく且つ２μｍ未満となるように行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。

（作用効果）
粗削りは機能層を効率良く除去するためには必要であるが、機能層を除去した表面の平坦度が低すぎると、その後の保護層形成及びドライエッチングを何度も何度も繰り返すことになる。よって、作業効率の低下を防止するためには、表面の平坦度が本項記載の範囲内にあるのが好ましい。なお、ＳＦＱＲ（Site Front least - Squares Range） とは、平坦度に関して表面基準の平均平面をサイト毎に算出し、その面に対する凹凸の最大範囲を表した値であり、本発明では２０ｍｍ×２０ｍｍのエリアで測定されるものを意味し、ＳＦＱＲ_maxはウエハ上の全サイトのＳＦＱＲの中の最大値を意味する。

＜請求項６記載の発明＞
前記（ａ）工程の粗削りを、ウエットエッチング、ウエットブラスト、研磨又はグラインダにより行う、請求項５記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。

（作用効果）
本発明の粗削り工程では、ウエットエッチング、研磨又はグラインダを用いると、容易に、粗削り後の表面の平坦度を上記の好ましい範囲内とすることができる。

＜請求項７記載の発明＞
前記使用済み半導体ウエハが、シリコンウエハ、ＧａＮウエハ、ＳｉＣウエハ、又はＳＯＩウエハであり、前記基板が液晶用ガラス基板である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。

（作用効果）
本発明はこのような半導体ウエハ又は基板に好適である。

以上のとおり、本発明によれば、より少ない損失量で使用済み半導体ウエハや基板を再生できるようになる、等の利点がもたらされる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１は、本発明に係る使用済み半導体ウエハの再生フローを示しており、主に（ａ）粗削り工程、（ｂ）保護層の形成工程、（ｃ）ドライエッチング工程、及び（ｄ）平坦度の検査工程からなる。先ず、粗削り工程において、原料としての使用済み半導体ウエハが粗削りされ、表面の機能層が除去される。使用済み半導体ウエハは、表面にトランジスタや配線等からなる回路等の層（機能層）が加工形成されたものであり、ダイシング前の検査工程で不良となったもの等である。粗削りの程度は、機能層を除去できれば良いが、過度に行うと損失量が増加してしまうため、適宜調整するのが好ましい。機能層の一部が削りきれずに残留しても、後の工程で除去できるため問題はない。また、粗削り後のウエハ表面の平坦度が低すぎると、後の保護層形成及びドライエッチングを何度も何度も繰り返すことになるため、粗削り後のウエハ表面のＳＦＱＲ_maxが０．１μｍより大きく且つ２μｍ未満となるように行うのが望ましい。粗削り手段としては、ウエットエッチング、ウエットブラスト、研磨又はグラインダ等、公知の手法を適宜用いることができるが、費用対効果の点でウエットエッチング又はウエットブラストが好適である。

保護層の形成工程からドライエッチング工程までの概略が図２に示されている。すなわち、先ず保護層の形成工程ではるように、粗削り後のウエハ１の表面に、ドライエッチングにより除去可能な保護層２が形成される。保護層２の材料及び厚さは適宜選択することができるが、ウエハ１よりもエッチング速度の速い材料を用い、保護層２の表面がウエハ１表面における最も高い凸部３の頂点よりも高くなるように保護層２を形成すると、ドライエッチングに際して保護層２及びウエハ１の表面を同時に除去できるものでありながら、保護層２の厚さに高い精度が要求されないため、保護層２の形成が極めて容易になる。このような保護層２に適した材料としては、フォトレジスト、反射防止膜、又は塗布型絶縁膜（Spin on Glass、SOG）が好適である。この場合、保護層２の膜厚は概ね１〜５μｍ程度である。保護層２は、必要に応じてプリベーキングや、ベーキング、ＵＶキュアリングを行い、焼きしめ又は硬化を図ることができる。

もちろん、保護層２の材料としてウエハ１よりもエッチング速度の速い材料を用いることや、保護層２の表面がウエハ１表面における最も高い凸部３の頂点よりも低くなるように保護層２を形成することも可能である。

次いで、ドライエッチング工程では、保護層２を形成したウエハ１がドライエッチングされる。この際、ウエハ１表面のうち保護層２により被覆された部分はエッチングされず、保護層２が犠牲となって代わりにエッチングされる。一方、ウエハ１表面のうち保護層２のエッチングの進行により保護層２が除去されて露出するようになった凸部３（保護層２が薄く、エッチング前の段階で既に保護層２から突出していた凸部３も同様）はエッチングにより除去される。この際、凸部３の形が断面で見て台形又は矩形ならばその肩部からエッチングが進行する。その結果、台形状又は矩形状の凸部３はやがて三角形状になる。三角形状になった凸部３は、二つの斜面が内向きにエッチングされて行き、全体として次第に小さくなっていく。これは、ドライエッチングにおいて、入射するエッチャント（エッチングを行うためのイオンや活性粒子）に対して、４５度の角度を持った斜面が最もエッチング速度が速いことに起因している。かくして、保護層２及び保護層２から突出する凸部３が同時進行することにより、ウエハ表面の凸部３のみが選択的にエッチングされ、凸部３，３間の凹部（特に底部）は保護層２が消失するまではエッチングされないため、極めて少ない損失でウエハ１表面を平坦化することが可能となる。なお、ドライエッチングとしては公知の方法を特に限定無く用いることができる。

ドライエッチングの程度は適宜定めることができるが、保護層２が全て除去される（消失する）のを目安にドライエッチングを停止すると、僅かな損失を生じるが処理効率が高くなり、保護層の２一部を残した状態でドライエッチングを停止すると、処理効率は低下するが、損失が実質的に発生しなくなる。よって、総合的な損失量を考慮してドライエッチングの程度を決定するのが望ましい。

ここで、再生における損失量としては、機能層の厚さが２μｍ以下であるシャローパターンの場合には１〜２μｍ程度、機能層の厚さが２〜３μｍであるデイープパターンの場合には３〜４μｍ程度に抑えると、再生回数が無駄に少なくなることがなく、コストメリットも高まる。

次いで、平坦度の検査工程では、ドライエッチングを終えた半導体ウエハ１の平坦度を測定する。平坦度の測定は適宜行うことができるが、ＳＦＱＲ_maxを指標とするのが簡易である。検査の結果、所望の平坦度が得られない場合（不合格の場合）は、所望の平坦度が得られるまで保護層２の形成工程、ドライエッチング工程、及び平坦度の検査工程測定を繰り返す。目的の平坦度は適宜定めればよいが、一般にＳＦＱＲ_maxが０．１μｍ以下であれば、半導体集積回路製造に適する平坦度のウエハとなるため、これを目標値とするのが好ましい。

図３に示すトランジスタおよび９層配線の半導体集積回路が形成された１２インチの使用済みシリコンウエハを使用し、本発明に係る再生処理を行った。まず、上記使用済みウエハに弗酸によるウエットエッチング処理を行い、その後、ウエットブラスト処理を行い、配線およびトランジスタ部分を殆ど除去した。このウエハにおける粗削り部分の平坦度ＳＦＱＲ_maxを測定した所、約１μｍであった。

上記粗削り後のシリコンウエハに、レジストを最大膜厚３μｍとなるように塗布した後、ベーキングおよびＵＶキュアリングして、硬化したレジストからなる保護層を形成した。次いで、このシリコンウエハを、保護層が全て無くなるまでドライエッチングした。ドライエッチング後のシリコンウエハの平坦度ＳＦＱＲ_maxを測定した結果、ＳＦＱＲ_maxは６．９ｎｍに減少したことが判明した。また、シリコンウエハの損失量は３μｍであることが分かった。

続いて、このウエハに再度、同様の保護層を形成し同様にドライエッチングを行ったところ、ＳＦＱＲ_maxは１．２ｎｍに減少したことが判明した。また、シリコンウエハの損失量は合計で６μｍであることが分かった。

これらの結果から、本発明によれば、損失量３μｍで、半導体集積回路形成に使用可能な再生ウエハを製造できることが判明した。

本発明は、半導体ウエハの再生に適しているが、液晶用ガラス基板等の基板にも適用できるものである。

本発明に係る再生方法のフロー図である。 保護層の形成工程からドライエッチング工程までのウエハ表面の変化を示す要部拡大断面図である。 実施例の説明図である。

符号の説明

１…半導体ウエハ、２…保護層。

Claims (7)

1. （ａ）表面に機能層を有する使用済みの半導体ウエハ又は基板を粗削りし、前記機能層を除去する工程と、
   （ｂ）粗削りした半導体ウエハ又は基板の表面に、ドライエッチングにより除去可能な保護層を形成する工程と、
   （ｃ）前記保護層を形成した粗削りした表面を有する半導体ウエハ又は基板を、前記保護層とともにドライエッチングする工程と、
   （ｄ）ドライエッチングした半導体ウエハ又は基板における前記粗削りを行った表面の平坦度を計測する工程と、を含み、
   前記（ｄ）工程において所望の平坦度が得られない場合、前記（ｂ）から（ｄ）までの工程を繰り返す、
   ことを特徴とする使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。
2. 前記機能層の厚さが２μｍ以下であるシャローパターンの場合には、前記半導体ウエハ又は基板の損失量が１〜２μｍとなる範囲で前記再生を行い、前記機能層の厚さが２〜３μｍであるデイープパターンの場合には、前記半導体ウエハ又は基板の損失量が３〜４μｍとなる範囲で前記再生を行う、請求項１記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。
3. 前記（ｂ）工程において、前記半導体ウエハ又は基板よりもエッチング速度の速い材料により前記保護層を形成するとともに、前記保護層の表面が前記半導体ウエハ又は基板表面における最も高い凸部の頂点よりも高くなるように前記保護層を形成する、請求項１又は２記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。
4. 前記（ｂ）工程の保護層を、フォトレジスト、反射防止膜、又は塗布型絶縁膜の塗布により形成する、請求項３記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。
5. 前記（ａ）工程の粗削りを、前記半導体ウエハ又は基板の表面のＳＦＱＲ_maxが０．１μｍより大きく且つ２μｍ未満となるように行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。
6. 前記（ａ）工程の粗削りを、ウエットエッチング、ウエットブラスト、研磨又はグラインダにより行う、請求項５記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。
7. 前記使用済み半導体ウエハが、シリコンウエハ、ＧａＮウエハ、ＳｉＣウエハ、又はＳＯＩウエハであり、前記基板が液晶用ガラス基板である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法。

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