JP6192778B2 - シリコンウエーハの加工装置 - Google Patents

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本発明は、シリコンウエーハを研磨するとともにゲッタリング層を付与するシリコンウエーハの加工装置に関する。
半導体デバイスウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを所定の厚みへと薄化するのに研削装置が広く利用されている。研削装置は、ダイアモンドやCBN(Cubic Boron Nitride)等の砥粒を含む研削砥石を有しており、この研削砥石でウエーハを研削して所定の厚みにウエーハを薄化する。
しかし、研削砥石でウエーハを研削するとウエーハには研削歪が生成される。研削歪がウエーハに生成されると、ウエーハの抗折強度が低下して破損するリスクが上昇する。そこで、例えば、特開2002−183211号公報に開示されるようなドライポリッシュやCMP(Chemical Mechanical Polishing)等の研磨を研削後のウエーハに施して研削歪を除去している。
しかし、研削歪が除去されたウエーハではゲッタリング効果が消失してしまうという問題がある。ゲッタリング効果とは、半導体デバイスウエーハや光デバイスウエーハ等の製造工程中、これらのウエーハに含有された重金属を主とする不純物をウエーハのデバイスの形成されたデバイス領域以外の領域で補足して、デバイスを不純物による汚染から守る効果である。
デバイス形成領域以外の領域で不純物を捕獲するサイトとして研削歪が活用される。ゲッタリング効果によってデバイスが不純物で汚染されることなく、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、デバイス特性の安定化や性能の向上が図られている(例えば、特開平10−70099号公報及び特開2005−93869号公報参照)。
そこで、研削歪が除去されたウエーハにゲッタリング効果を付与する方法として、砥粒が混入された液体にウエーハを浸漬し、超音波を付与してウエーハの裏面に歪層を形成する方法が特開2006−303223号公報で提案されている。
特開2002−183211号公報 特開平10−70099号公報 特開2005−93869号公報 特開2006−303223号公報
しかし、上述した特許文献4に開示された方法では、ゲッタリング効果を付与するためのダイアモンド砥粒が必要となるため、非経済的であるという問題がある。
本発明はこのような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、シリコンウエーハの研削歪を除去するとともに簡単な方法でゲッタリング効果のあるゲッタリング層を形成可能なシリコンウエーハの加工装置を提供することである。
本発明によると、シリコンウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたシリコンウエーハを研削する研削手段と、該チャックテーブルに保持され該研削手段により研削されたシリコンウエーハを研磨する、砥粒を含有した固定砥粒型研磨パッドを有する研磨手段と、切替弁を介してアルカリ性の研磨液供給源と純水供給源とに選択的に接続され、該チャックテーブルに保持されたシリコンウエーハと該固定砥粒型研磨パッドとに加工液を供給する加工液供給ノズルと、を備え、該切替弁は、該加工液供給ノズルを該研磨液供給源に接続して、アルカリ性研磨液を使用して砥粒を含有した該固定砥粒型研磨パッドでシリコンウエーハを研磨し、該研削手段による研削で生成された研削歪を除去した後、該加工液供給ノズルを該純水供給源に接続して、純水を使用して砥粒を含有した該固定砥粒型研磨パッドでシリコンウエーハを研磨してゲッタリング層を生成させるように切り替えが制御されることを特徴とする加工装置が提供される。
本発明の加工装置によると、アルカリ性の研磨液を供給しつつ砥粒を含有する研磨パッドでシリコンウエーハを研磨することで、シリコンウエーハに残存する研削歪を効果的に除去できる。この状態ではシリコンウエーハに歪が生成されることはないので、研磨液を切換シリコンウエーハと化学反応を起こさない純水に切り替えることにより、シリコンウエーハに対して微小な歪をゲッタリング層として生成できる。
研削歪を除去する研磨ステップとゲッタリング層生成ステップとを同一チャックテーブル上で実施できるため、非常に効率が良い。また、リンス液として純水を使用するので、ゲッタリング層生成ステップを実施した後、シリコンウエーハを洗浄する洗浄ステップを省くことができる。
本発明の板状物の加工方法を実施するのに適した加工装置の斜視図である。 研磨ユニットの背面側斜視図である。 半導体ウエーハの表面側斜視図である。 表面に表面保護テープが貼着された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。 保持ステップを示す一部断面側面図である。 第1実施形態の研磨形成ステップを示す一部断面側面図である。 第1実施形態のゲッタリング層生成ステップを示す一部断面側面図である。 第2実施形態の研磨形成ステップを示す一部断面側面図である。 第2実施形態のゲッタリング層生成ステップを示す一部断面側面図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1を参照すると、本発明の加工方法を実施するのに適した加工装置2の斜視図が示されている。加工装置2は、略直方体形状の装置ハウジング4を具備している。装置ハウジング4の右上端には、コラム6が立設されている。
コラム6の内周面には、上下方向に伸びる二対の案内レール8及び10が設けられている。一方の案内レール8には粗研削ユニット12が粗研削ユニット送り機構14により上下方向(Z軸方向)に移動可能に装着されており、他方の案内レール10には仕上げ研削ユニット16が仕上げ研削ユニット送り機構18により上下方向に移動可能に装着されている。
粗研削ユニット12は、ユニットハウジング20と、ユニットハウジング20中に回転自在に収容されたスピンドル22と、スピンドル22の先端に固定されたホイールマウント24と、ホイールマウント24の先端に着脱自在に装着された粗研削砥石を有する粗研削ホイール26と、スピンドル22を回転駆動するモータ32とを含んでいる。
仕上げ研削ユニット16は、ユニットハウジング34と、ユニットハウジング34内に回転可能に収容されたスピンドル36と、スピンドル36の先端に固定されたホイールマウント38と、ホイールマウント38に着脱可能に装着された仕上げ研削砥石を有する仕上げ研削ホイール40と、スピンドル36を回転駆動するモータ46とを含んでいる。
加工装置2は、コラム6の前側において装置ハウジング4の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル48を具備している。ターンテーブル48は比較的大径の円板状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印49で示す方向に回転される。ターンテーブル48には、互いに円周方向に90度離間して4個のチャックテーブル50が水平面内で回転可能に配置されている。
ターンテーブル48に配設された4個のチャックテーブル50は、ターンテーブル48が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域A、粗研削加工領域B、仕上げ研削加工領域C、研磨加工領域D、及びウエーハ搬入・搬出領域Aに順次移動される。
研磨加工領域Dには研磨ユニット52が配設されている。研磨ユニット52は、図2に示すように、装置ハウジング4上に固定された静止ブロック54と、静止ブロック54に装着されてX軸移動機構58によりX軸方向に移動可能なX軸移動ブロック56と、X軸移動ブロック56に装着されてZ軸移動機構62によりZ軸方向に移動可能なZ軸移動ブロック60とを含んでいる。
Z軸移動ブロック60にはユニットハウジング64が配設されており、ユニットハウジング64中には、スピンドル66が回転可能に収容されている。スピンドル66の先端にはホイールマウント68が固定されており、このホイールマウント68に対してねじ69で着脱自在に研磨ホイール70が装着されている。
研磨ホイール70は、ホイールマウント68に装着される基台72と、基台72に貼着された研磨パッド74とから構成される。研磨パッド74としては、例えばWO2003/101668号公報で開示される固定砥粒研磨パッドが好適に使用でき、例えば発泡ウレタン中に砥粒を分散させ適宜のボンド剤で固定した固定砥粒研磨パッドから構成される。
砥粒としては例えば粒径0.2〜1.5μmのGC(Green Carbide)砥粒を発泡ウレタン中に含有させる。発泡ウレタンに替えて不織布中にGC砥粒を含有させてもよい。
砥粒は被加工物より硬度が高く被加工物に傷をつけることが可能なものであればよく、被加工物がシリコンウエーハの場合、モース硬度5以上の物質を主材料にした砥材が好ましく、例えば、GC砥粒に替えてダイアモンドやアルミナ、セリア、CBN等の砥粒を含有させるようにしてもよい。
加工装置2のハウジング4の前方側には、加工前のウエーハをストックする第1のカセット90と、加工後のウエーハをストックする第2のカセット92が着脱可能に装着される。
94はウエーハ搬送ロボットであり、第1のカセット90内に収容されたウエーハを仮置きテーブル96に搬出するとともに、スピンナ洗浄ユニット100で洗浄された加工後のウエーハを第2のカセット92に搬送する。
98は、仮置きテーブル96からウエーハをウエーハ搬入・搬出領域Aに位置付けられたチャックテーブル50に搬入したり、チャックテーブル50から加工後のウエーハを吸着してスピンナ洗浄ユニット100まで搬送するウエーハ搬送ユニットであり、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に移動可能である。
スピンナ洗浄ユニット100は回転可能なスピンナテーブル102を有している。スピンナ洗浄ユニット100は更に、スピンナテーブル102に保持されている加工後のウエーハに洗浄水を供給する洗浄水供給ノズル104を有している。82は加工により生成された加工屑を含んだ排液を排出する排液口である。
図3を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる半導体ウエーハ11の斜視図が示されている。図3に示す半導体ウエーハ11は、例えば厚さが700μmのシリコンウエーハからなっており、表面11aに複数の分割予定ライン(ストリート)13が格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ライン13によって区画された各領域にIC、LSI等のデバイス15が形成されている。
このように構成された半導体ウエーハ11は、半導体デバイス15が形成されているデバイス領域17と、デバイス領域17を囲繞する外周余剰領域19を備えている。また、半導体ウエーハ11の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ21が形成されている。
本発明の加工対象となる板状物はシリコンウエーハに限定されるものではなく、GaNウエーハ、SiCウエーハ等のウエーハ、ガラス基板、セラミックス基板等の板状物を含むものである。
本発明の加工方法では、半導体ウエーハ11の裏面11bを研削する前に、半導体ウエーハ11の表面11aには、図4に示すように、表面11aに形成された半導体デバイス15を保護するために表面保護テープ23が貼着される。
従って、半導体ウエーハ11の表面11aは、表面保護テープ23によって保護され、図4に示すように裏面11bが露出する形態となる。表面保護テープ23に代わって半導体ウエーハ11の表面にサポートプレートを貼着してもよい。
次に、本発明実施形態に係る板状物の加工方法について詳細に説明する。第1のウエーハカセット90に収容された半導体ウエーハ(以下、ウエーハと略称することがある)11は、ウエーハ搬送ロボット94により第1のカセット90から引き出されて仮置きテーブル96まで搬送され、仮置きテーブル96で半導体ウエーハ11の中心出しが実施される。
次いで、ウエーハ搬送ユニット98により吸着された半導体ウエーハ11がウエーハ搬入・搬出領域Aに位置付けられたチャックテーブル50に搬送され、表面保護テープ23を下側にしてチャックテーブル50により吸引保持される。
半導体ウエーハ11をチャックテーブル50で吸引保持した後、ターンテーブル48を矢印49で示す時計回り方向に90度回転して、チャックテーブル50に保持された半導体ウエーハ11が粗研削ユニット12に対向する粗研削加工領域Bに位置付ける。
半導体ウエーハ11の粗研削では、このように位置付けられた半導体ウエーハ11に対してチャックテーブル50を例えば300rpmで回転しつつ、研削ホイール26をチャックテーブル50と同一方向に例えば6000rpmで回転させるとともに、粗研削ユニット送り機構14を作動して粗研削用の研削砥石を半導体ウエーハ11の裏面11bに接触させる。
そして、研削ホイール26を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、半導体ウエーハ11の裏面11bの粗研削を実施する。この粗研削は研削砥石とウエーハ11に研削液を供給しながら実施される。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ11の厚みを測定しながらウエーハ11を所望の厚みに研削する。
粗研削が終了すると、ターンテーブル48を時計回り方向に更に90度回転して、粗研削の終了したウエーハ11を仕上げ研削加工領域Cに位置付ける。この仕上げ研削では、チャックテーブル50を例えば300rpmで回転しつつ、研削ホイール40をチャックテーブル50と同一方向に例えば6000rpmで回転させるとともに、仕上げ研削ユニット送り機構18を作動して仕上げ研削用の研削砥石をウエーハ11の裏面に接触させる。
そして、研削ホイール40を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウエーハ11の裏面研削を実施する。この仕上げ研削も研削砥石とウエーハ11に研削液を供給しながら実施される。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ11の厚みを測定しながらウエーハ11を所望の厚み、例えば50μmに仕上げる。
仕上げ研削の終了したウエーハ11を保持したチャックテーブル50は、ターンテーブル48を時計回り方向に更に90度回転することにより、研磨ユニット52に対向する研磨加工領域Dに位置付けられ、研磨ステップが実施される。
第1実施形態の研磨ステップでは、図6に示すように、研磨パッド74でウエーハ11の裏面11bを部分的に覆った状態で研磨を実施する。加工液供給ノズル78は、電磁切替弁80を介して研磨液供給源82及びリンス液供給源84に選択的に接続される。
ウエーハ11の裏面11bを研磨する研磨ステップでは、加工液供給ノズル78は研磨液供給源82に接続され、加工液供給ノズル78から研磨液をウエーハ11の裏面11bと研磨パッド74に供給しつつ、チャックテーブル50を矢印a方向に回転するとともに研磨パッド74を矢印b方向に回転しながら、ウエーハ11の裏面11bに研磨パッド74を押し付けてウエーハ11の裏面11bの研磨を実施する。
この研磨ステップは研削ステップで生成された研削歪の除去を目的とし、研磨ステップにより、研削ステップで生成された研削歪が除去される。この研磨ステップで使用する研磨液には、被加工物と化学反応を生じてCMPを実施することができる物質が含まれる。ウエーハがシリコンからなる本実施形態では、例えばアルカリ性の研磨液を使用する。
研磨ステップ実施後、ウエーハの裏面にゲッタリング層を生成することを目的としたゲッタリング層生成ステップを実施する。ゲッタリング層生成ステップでは、図7に示すように、電磁切替弁80を切り替えて加工液供給ノズル78をリンス液供給源84に接続し、加工液供給ノズル78からリンス液をウエーハ11の裏面11b及び研磨パッド74に供給しつつ、チャックテーブル50を矢印a方向に回転するとともに研磨パッド74を矢印b方向に回転しながら、ウエーハ11の裏面11bに研磨パッド74を押し付けてウエーハ11の裏面11bにゲッタリング層を生成させる。
リンス液は被加工物と化学反応を生じない物質のみで構成され、研磨パッドの砥粒が極めて機械的に作用するように調整される。本実施形態では、リンス液として例えば純水を用いる。
加工液供給ノズル78から供給する液体をアルカリ性研磨液から純水等のリンス液に切り替えることで、研削歪よりも更に細かい歪層がウエーハ11の裏面11bに形成され、これがゲッタリング層として機能する。リンス液はウエーハ11と化学反応を起こさない液体であれば良く、純水に替えて、例えば界面活性剤を供給してもよい。
リンス液として純水を供給すると、ゲッタリング層形成ステップでウエーハ11の裏面11bにゲッタリング層を形成した後、ウエーハ11を洗浄する洗浄ステップを省くことも可能となる。洗浄ステップを実施してもよいことは勿論である。
被加工物がシリコンウエーハ11の場合には、研磨液としては例えばpH9〜13程度に調整されたアルカリ水溶液が好ましい。更に好ましくは、pH10〜11のアルカリ水溶液である。
図8を参照すると、本発明第2実施形態の研磨ステップを示す一部断面側面図が示されている。本実施形態の研磨ステップでは、研磨パッド74でウエーハ11の裏面全面を覆った状態で研磨する。
本実施形態では流体供給路67がスピンドル66、ホイールマウント68及び研磨ホイール70を貫通して形成されている。そして、流体供給路67が電磁切替弁80を介して研磨液供給源82及びリンス液供給源84に選択的に接続される。
本実施形態の研磨ステップでは、研磨パッド74でウエーハ11の裏面11bの全面を覆った状態で、流体供給路67からアルカリ性の研磨液を供給しつつ、チャックテーブル50を矢印a方向に回転するとともに研磨パッド74を矢印b方向に回転しながら、ウエーハ11の裏面11bに研磨パッド74を押し付けてウエーハ11の裏面11bの研磨を実施する。この研磨ステップにより、研削ステップで生成された研削歪が除去される。
研磨ステップに引き続いて、研磨液をリンス液に切り替えて実施するゲッタリング層生成ステップを遂行する。このゲッタリング層生成ステップでは、流体供給路67を、図9に示すように、リンス液供給源84に接続しリンス液としての純水をウエーハ11の裏面11b及び研磨パッド74に供給しながら、研磨パッド74をウエーハ11の裏面11bに押し付けチャックテーブル50を矢印a方向に回転するとともに研磨パッド74を矢印b方向に回転させてゲッタリング層を生成する。
上述した第1実施形態と同様に、供給する液体をアルカリ性研磨液から純水に切り替えることにより、研削歪よりも更に細かい歪層がウエーハ11の裏面11bに形成され、これがゲッタリング層として機能する。純水に替えて、界面活性剤を供給するようにしてもよい。
研磨パッド74でウエーハ11の裏面11bの全面を覆うことで、加工熱により研磨が促進され、短時間で研磨が出来る。また、研磨後のウエーハ11の厚みばらつきを小さく押さえることが可能となる。
板状被加工物がシリコンウエーハの場合には、上述したように研磨液としてアルカリ水溶液を供給しながら実施するのが好ましいが、板状被加工物がガラスや酸化物基板、SiCウエーハ、GaNウエーハ等の場合には酸性の研磨液を供給しながら研磨ステップを実施するのが好ましい。
本発明の加工方法では、研削歪除去を目的とする第1の加工(研磨ステップ)とゲッタリング層を生成するという第1の加工と相反する第2の加工(ゲッタリング層生成ステップ)とを研磨液をリンス液に変更することにより、同一加工ツール上で実施できる。即ち同一加工軸や加工チャンバーで実施できプロセスの大幅な省力化が可能となる。
11 半導体ウエーハ
12 粗研削ユニット
15 デバイス
16 仕上げ研削ユニット
23 表面保護テープ
48 ターンテーブル
50 チャックテーブル
52 研磨ユニット
74 研磨パッド
78 加工液供給ノズル
80 電磁切替弁
82 研磨液供給源
84 リンス液供給源

Claims (1)

  1. シリコンウエーハを保持するチャックテーブルと、
    該チャックテーブルに保持されたシリコンウエーハを研削する研削手段と
    該チャックテーブルに保持され該研削手段により研削されたシリコンウエーハを研磨する、砥粒を含有した固定砥粒型研磨パッドを有する研磨手段と、
    切替弁を介してアルカリ性の研磨液供給源と純水供給源とに選択的に接続され、該チャックテーブルに保持されたシリコンウエーハと該固定砥粒型研磨パッドとに加工液を供給する加工液供給ノズルと、を備え、
    該切替弁は、該加工液供給ノズルを該研磨液供給源に接続して、アルカリ性研磨液を使用して砥粒を含有した該固定砥粒型研磨パッドでシリコンウエーハを研磨し、該研削手段による研削で生成された研削歪を除去した後、
    該加工液供給ノズルを該純水供給源に接続して、純水を使用して砥粒を含有した該固定砥粒型研磨パッドでシリコンウエーハを研磨してゲッタリング層を生成させるように切り替えが制御されることを特徴とする加工装置。
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