JP2016012594A - デバイスウェーハの評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスウェーハを汚染することなくゲッタリング性を評価できる評価方法を提供する。
【解決手段】表面（１１ａ）に複数のデバイス（１９）が形成されるとともに内部にゲッタリング層（２３）が形成されたデバイスウェーハ（１１）の評価方法であって、デバイスウェーハの裏面（１１ｂ）に向かって電磁波（Ｍ１）を照射するとともに励起光（Ｌ）を照射して過剰キャリアを生成し、反射した電磁波（Ｍ２）の減衰時間に基づいて、デバイスウェーハに形成されたゲッタリング層のゲッタリング性を判断する構成とした。
【選択図】図４

Description

本発明は、表面に複数のデバイスが形成されたデバイスウェーハのゲッタリング性を評価する評価方法に関する。

携帯電話に代表される小型軽量な電子機器では、ＩＣ等のデバイスを備えたデバイスチップが必須の構成となっている。デバイスチップは、例えば、シリコン等の材料でなるウェーハの表面をストリートと呼ばれる複数の分割予定ラインで区画し、各領域にデバイスを形成した後、このストリートに沿ってウェーハを分割することで製造される。

近年では、デバイスチップの小型化、軽量化等を目的として、デバイス形成後のウェーハ（以下、デバイスウェーハ）を薄く加工する機会が増えている。しかしながら、例えば、デバイスウェーハを研磨して１００μｍ以下に薄くすると、デバイスにとって有害な金属元素の動きを抑制するゲッタリング効果が低下して、デバイスの動作不良が多発してしまう。

この問題を解決するために、金属元素を捕獲するゲッタリング層をデバイスウェーハ中に形成する加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この加工方法では、デバイスウェーハを所定の条件で研削することによって、デバイスウェーハの抗折強度を維持しながら所定の研削歪を含むゲッタリング層を形成している。

特開２００９−９４３２６号公報

しかしながら、上述の加工方法で形成されるゲッタリング層が常に良好なゲッタリング性を示すとは限らない。ゲッタリング層のゲッタリング性を評価するには、例えば、デバイスウェーハを実際に金属元素で汚染してみれば良いが、その場合、良品のデバイスチップを得ることができなくなる。つまり、この評価方法では、製品となるデバイスウェーハを評価できない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、デバイスウェーハを汚染することなくゲッタリング性を評価できる評価方法を提供することである。

本発明によれば、表面に複数のデバイスが形成されるとともに内部にゲッタリング層が形成されたデバイスウェーハの評価方法であって、デバイスウェーハの裏面に向かって電磁波を照射するとともに励起光を照射して過剰キャリアを生成し、反射した電磁波の減衰時間に基づいて、デバイスウェーハに形成されたゲッタリング層のゲッタリング性を判断することを特徴とするデバイスウェーハの評価方法が提供される。

本発明において、前記励起光の波長は９０４ｎｍであり、内部にゲッタリング層が形成されていないウェーハにおける減衰時間に対して、減衰時間が９４％以下であるデバイスウェーハではゲッタリング性があると判断することが好ましい。

また、本発明において、前記励起光の波長は５３２ｎｍであり、内部にゲッタリング層が形成されていないウェーハにおける減衰時間に対して、減衰時間が７５％以下であるデバイスウェーハではゲッタリング性があると判断することが好ましい。

また、本発明において、前記励起光の波長は３４９ｎｍであり、内部にゲッタリング層が形成されていないウェーハにおける減衰時間に対して、減衰時間が４５％以下であるデバイスウェーハではゲッタリング性があると判断することが好ましい。

本発明に係るデバイスウェーハの評価方法では、ゲッタリング層のゲッタリング性が高くなると励起光の照射で発生する過剰キャリアのライフタイムが短くなるという関係を利用して、キャリアのライフタイムに相当する反射した電磁波の減衰時間に基づいてゲッタリング性を評価するので、従来の評価方法のように、デバイスウェーハを金属元素で汚染しなくてもゲッタリング性を評価できる。

図１（Ａ）は、ゲッタリング層が形成される前のデバイスウェーハを模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、デバイスウェーハの表面側に保護部材を貼着する様子を模式的に示す斜視図である。 デバイスウェーハの裏面側を研削してゲッタリング層を形成する様子を模式的に示す斜視図である。 デバイスウェーハの裏面側を研磨して研削歪（ストレス）を部分的に除去する様子を模式的に示す斜視図である。 本実施形態に係るデバイスウェーハの評価方法を模式的に示す一部断面側面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る評価方法の対象となるデバイスウェーハについて説明する。図１（Ａ）は、ゲッタリング層が形成される前のデバイスウェーハを模式的に示す斜視図である。

図１（Ａ）に示すように、デバイスウェーハ１１は、例えば、シリコン等の材料でなる円盤状のウェーハによって形成されており、表面１１ａは、中央のデバイス領域１３と、デバイス領域１３を囲む外周余剰領域１５とに分けられている。デバイス領域１３は、格子状に配列されたストリート（分割予定ライン）１７でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイス１９が形成されている。デバイスウェーハ１１の外周１１ｃは面取り加工されており、僅かに丸みを帯びている。

このデバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側には、次に説明するゲッタリング層形成方法を用いてゲッタリング層が形成される。本実施形態に係るゲッタリング層形成方法は、例えば、保護部材貼着ステップ、ゲッタリング層形成ステップ、及びストレス除去ステップを含む。

まず、デバイスウェーハ１１の表面１１ａ側に保護部材を貼着する保護部材貼着ステップを実施する。図１（Ｂ）は、保護部材貼着ステップを模式的に示す斜視図である。図１（Ｂ）に示すように、保護部材２１は、デバイスウェーハ１１と略同形の円盤状に形成されており、表面２１ａ側には、接着層が設けられている。保護部材２１としては、例えば、粘着テープ、樹脂基板、半導体ウェーハ等を用いることができる。

保護部材貼着ステップでは、デバイスウェーハ１１の表面１１ａ側を、保護部材２１の表面２１ａ側に対面させて、デバイスウェーハ１１と保護部材２１とを重ね合せる。これにより、保護部材２１は、接着層を介してデバイスウェーハ１１の表面１１ａ側に貼着される。

次に、デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研削してゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成ステップを実施する。図２は、ゲッタリング層形成ステップを模式的に示す斜視図である。このゲッタリング層形成ステップは、例えば、図２に示す研削装置２で実施される。

研削装置２は、デバイスウェーハ１１を吸引保持するチャックテーブル４を備えている。このチャックテーブル４は、モータ等の回転駆動源（不図示）と連結されており、鉛直方向に伸びる回転軸の周りに回転する。チャックテーブル４の上面は、デバイスウェーハ１１を吸引保持する保持面となっている。保持面には、チャックテーブル４の内部に形成された流路を通じて吸引源（不図示）の負圧が作用する。

チャックテーブル４の上方には、回転軸となるスピンドル６が支持されている。このスピンドル６は、昇降機構（不図示）で昇降される。スピンドルの上端側には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。スピンドル６の下端側には、円盤状のホイールマウント８が固定されている。ホイールマウント８の下面には、ホイールマウント８と略同径の研削ホイール１０が装着されている。

研削ホイール１０は、ステンレス等の金属材料で形成されたホイール基台１２を備えている。ホイール基台１２の円環状の下面には、全周にわたって複数の研削砥石１４が固定されている。例えば、粒径が１μｍ以下のダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで固めた研削砥石１４を用いると良い。これにより、デバイスウェーハ１１の抗折強度を維持しながら良好なゲッタリング層を形成できる。

ゲッタリング層形成ステップでは、まず、デバイスウェーハ１１に貼着された保護部材２１の裏面２１ｂ側をチャックテーブル４の保持面に接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、デバイスウェーハ１１は、保護部材２１を介してチャックテーブル４に吸引保持され、裏面１１ｂ側が上方に露出する。

次に、チャックテーブル４とスピンドル６とをそれぞれ所定の方向に回転させつつ、研削ホイール１０を下降させ、純水等の研削液を供給しながらデバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側に研削砥石１４を接触させる。これにより、デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研削して、所定の研削歪（ストレス）を含むゲッタリング層２３（図４参照）を形成できる。

なお、チャックテーブル４の回転数、スピンドル６の回転数、研削ホイール１０の研削送り速度（下降速度）、研削液の供給量等の条件は、ゲッタリング層２３の形成に適した範囲で調整される。例えば、チャックテーブル４の回転数を１００（ｒｐｍ）〜４００（ｒｐｍ）、スピンドル６の回転数を１０００（ｒｐｍ）〜６０００（ｒｐｍ）、研削ホイール１０の研削送り速度（下降速度）を０．０５（μｍ／秒）〜０．５（μｍ／秒）、研削液の供給量を２（ｌ／分）〜１０（ｌ／分）の範囲で調整すると良い。

次に、デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研磨（代表的には、ＣＭＰ）して、ゲッタリング層２３の研削歪（ストレス）を部分的に除去するストレス除去ステップを実施する。図３は、ストレス除去ステップを模式的に示す斜視図である。このストレス除去ステップは、例えば、図３に示す研磨装置２２で実施される。

研磨装置２２の構成は、研削装置２の構成に類似している。具体的には、研磨装置２２は、デバイスウェーハ１１を吸引保持するチャックテーブル２４を備えている。チャックテーブル２４の上方には、回転軸となるスピンドル２６が支持されている。

スピンドル２６の下端側には、円盤状のホイールマウント２８が固定されている。ホイールマウント２８の下面には、ホイールマウント２８と略同径の研磨ホイール３０が装着されている。研磨ホイール３０は、ステンレス等の金属材料で形成されたホイール基台３２を備えている。ホイール基台３２の下面には、円盤状の研磨パッド３４が固定されている。

ストレス除去ステップでは、まず、デバイスウェーハ１１に貼着された保護部材２１の裏面２１ｂ側をチャックテーブル２４の保持面に接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、デバイスウェーハ１１は、保護部材２１を介してチャックテーブル２４に吸引保持され、裏面１１ｂ側が上方に露出する。

次に、チャックテーブル２４とスピンドル２６とを、それぞれ所定の方向に回転させつつ、研磨ホイール３０を下降させ、研磨液を供給しながらデバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側に研磨パッド３４を接触させる。これにより、デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研磨して、ゲッタリング層２３の研削歪（ストレス）を部分的に除去できる。

なお、このストレス除去ステップでは、ある程度の研削歪が残存するようにデバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研磨する。これにより、ゲッタリング性を確保しながらデバイスウェーハ１１の抗折強度を維持できる。なお、デバイスウェーハ１１の研削歪を除去する必要がない場合等には、ストレス除去ステップを省略できる。

次に、上述したデバイスウェーハ１１のゲッタリング性を評価する評価方法について説明する。図４は、本実施形態に係るデバイスウェーハの評価方法を模式的に示す一部断面側面図である。本実施形態の評価方法は、図４に示すように、評価装置４２を用いて実施される。

図４に示すように、評価装置４２は、デバイスウェーハ１１が載置される載置テーブル４４を備えている。載置テーブル４４の上方には、デバイスウェーハ１１に対して所定の波長（例えば、９０４ｎｍ、５３２ｎｍ、３４９ｎｍ等）のパルスレーザービーム（励起光）Ｌを照射するレーザービーム照射ユニット４６が位置付けられている。

レーザービーム照射ユニット４６の近傍には、デバイスウェーハ１１に向けてマイクロ波（電磁波）Ｍ１を送信（照射）し、また、デバイスウェーハ１１で反射したマイクロ波（電磁波）Ｍ２を受信するマイクロ波送受信ユニット４８が配置されている。このマイクロ波送受信ユニット４８により、デバイスウェーハ１１で反射したマイクロ波Ｍ２の強度変化を検出できる。

本実施の形態に係る評価方法では、まず、デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側を上方に露出させるように、載置テーブル４４の上面にデバイスウェーハ１１を載置する。次に、マイクロ波送受信ユニット４８からデバイスウェーハ１１の裏面１１ｂに向けてマイクロ波（電磁波）Ｍ１を送信（照射）する。

この状態で、レーザービーム照射ユニット４６からマイクロ波Ｍ１の被照射領域にパルスレーザービームＬを照射すると、デバイスウェーハ１１の裏面１１ｂ側に過剰キャリア（電子、正孔）が発生して、マイクロ波Ｍ１の反射率は増大する。すなわち、マイクロ波送受信ユニット４８で受信するマイクロ波Ｍ２の強度が大きくなる。その後、パルスレーザービームＬが照射されない期間では、キャリアの再結合に伴いマイクロ波Ｍ１の反射率は徐々に低下する。すなわち、マイクロ波Ｍ２は徐々に減衰する。

本発明者は、鋭意研究の結果、ゲッタリング層２３のゲッタリング性が高くなると、パルスレーザービームＬの照射で発生するキャリアのライフタイム（キャリアが発生してから再結合するまでの時間）が短くなるという関係を見出した。そして、キャリアのライフタイムに対応するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を測定することでゲッタリング性を評価できると考え、本発明を完成させた。

具体的には、評価対象のデバイスウェーハ１１に対するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を測定し、この減衰時間を所定の基準時間と比較することでゲッタリング性を評価する。基準時間としては、例えば、ゲッタリング層２３が形成されていないウェーハ（ベアウェーハ）に対するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を用いることができる。

この基準時間を用い、パルスレーザービームＬの波長を９０４ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の９４％以下となるデバイスウェーハ１１に対してゲッタリング性があると評価する。また、パルスレーザービームＬの波長を５３２ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の７５％以下となるデバイスウェーハ１１に対してゲッタリング性があると評価する。

さらに、パルスレーザービームＬの波長を３４９ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の４５％以下となるデバイスウェーハ１１に対してゲッタリング性があると評価する。ただし、この評価方法に使用できるパルスレーザービームＬの波長は、上述した９０４ｎｍ、５３２ｎｍ、３４９ｎｍに限定されない。

また、同様の方法で、デバイスウェーハ１１の抗折強度を評価することもできる。上述した基準時間を用い、パルスレーザービームＬの波長を９０４ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の８５％以上となるデバイスウェーハ１１に対して抗折強度があると評価する。また、パルスレーザービームＬの波長を５３２ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の５５％以上となるデバイスウェーハ１１に対して抗折強度があると評価する。

さらに、パルスレーザービームＬの波長を３４９ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の２０％以上となるデバイスウェーハ１１に対して抗折強度があると評価する。デバイスウェーハ１１の抗折強度を評価する場合にも、上述した９０４ｎｍ、５３２ｎｍ、３４９ｎｍとは異なる波長のパルスレーザービームＬを用いることができる。

次に、上述した評価の妥当性を確認するために行った実験について説明する。

（実験）
本実験では、それぞれ異なる条件（条件１〜条件１０）でゲッタリング層２３を形成したデバイスウェーハ１１に対して、上述した減衰時間、金属汚染に対する耐性、及び抗折強度を確認した。デバイスウェーハ１１に照射したパルスレーザービームＬの波長は、９０４ｎｍ、５３２ｎｍ、３４９ｎｍの三種類である。

パルスレーザービームＬの波長が９０４ｎｍの実験結果を表１に、パルスレーザービームＬの波長が５３２ｎｍの実験結果を表２に、パルスレーザービームＬの波長が３４９ｎｍの実験結果を表３にそれぞれ示す。なお、各表中において、「ＯＫ」は良好、「ＮＧ」は不良を表している。また、各表では、ゲッタリング層２３が形成されていないウェーハ（ベアウェーハ）の実験結果をリファレンスとして示している。

各表から、上述の評価が妥当であることを確認できる。例えば、ゲッタリング性と抗折強度とを両立させるには、波長が９０４ｎｍの場合で減衰時間が基準時間の８５％以上９４％以下、波長が５３２ｎｍの場合で減衰時間が基準時間の５５％以上７５％以下、波長が３４９ｎｍの場合で減衰時間が基準時間の２０％以上４５％以下、となるようにデバイスウェーハ１１を加工すれば良い。

以上のように、本発明に係るデバイスウェーハの評価方法では、ゲッタリング層２３のゲッタリング性が高くなるとパルスレーザービーム（励起光）Ｌの照射で発生する過剰キャリアのライフタイムが短くなるという関係を利用して、キャリアのライフタイムに相当するマイクロ波（反射電磁波）Ｍ２の減衰時間でゲッタリング性を評価するので、従来の評価方法のように、デバイスウェーハ１１を金属元素で汚染しなくてもゲッタリング性を評価できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、基準時間として、ゲッタリング層２３が形成されていないウェーハ（ベアウェーハ）に対するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を用いているが、基準時間は任意に変更できる。例えば、ゲッタリング性を最適化したデバイスウェーハ１１に対するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を基準時間としても良い。

また、上記実施形態では、被加工物１１に向けてマイクロ波Ｍ１を送信（照射）する送信部と、被加工物１１で反射したマイクロ波（電磁波）Ｍ２を受信する受信部と、を一体に備えるマイクロ波送受信ユニット４８について説明しているが、マイクロ波送受信ユニットの送信部と受信部とは、別体でも良い。

その他、上記実施形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ デバイスウェーハ
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 外周
１３ デバイス領域
１５ 外周余剰領域
１７ ストリート（分割予定ライン）
１９ デバイス
２１ 保護部材
２１ａ 表面
２１ｂ 裏面
２３ ゲッタリング層
Ｌ パルスレーザービーム（励起光）
Ｍ１ マイクロ波（電磁波）
Ｍ２ マイクロ波（電磁波）
２ 研削装置
４ チャックテーブル
６ スピンドル
８ ホイールマウント
１０ 研削ホイール
１２ ホイール基台
１４ 研削砥石
２２ 研磨装置
２４ チャックテーブル
２６ スピンドル
２８ ホイールマウント
３０ 研磨ホイール
３２ ホイール基台
３４ 研磨パッド
４２ 評価装置
４４ 載置テーブル
４６ レーザービーム照射ユニット
４８ マイクロ波送受信ユニット

Claims (4)

1. 表面に複数のデバイスが形成されるとともに内部にゲッタリング層が形成されたデバイスウェーハの評価方法であって、
   デバイスウェーハの裏面に向かって電磁波を照射するとともに励起光を照射して過剰キャリアを生成し、反射した電磁波の減衰時間に基づいて、デバイスウェーハに形成されたゲッタリング層のゲッタリング性を判断することを特徴とするデバイスウェーハの評価方法。
2. 前記励起光の波長は９０４ｎｍであり、
   内部にゲッタリング層が形成されていないウェーハにおける減衰時間に対して、減衰時間が９４％以下であるデバイスウェーハではゲッタリング性があると判断することを特徴とする請求項１に記載のデバイスウェーハの評価方法。
3. 前記励起光の波長は５３２ｎｍであり、
   内部にゲッタリング層が形成されていないウェーハにおける減衰時間に対して、減衰時間が７５％以下であるデバイスウェーハではゲッタリング性があると判断することを特徴とする請求項１に記載のデバイスウェーハの評価方法。
4. 前記励起光の波長は３４９ｎｍであり、
   内部にゲッタリング層が形成されていないウェーハにおける減衰時間に対して、減衰時間が４５％以下であるデバイスウェーハではゲッタリング性があると判断することを特徴とする請求項１に記載のデバイスウェーハの評価方法。