JP6495086B2

JP6495086B2 - ウエーハの加工方法

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Publication number: JP6495086B2
Application number: JP2015088916A
Authority: JP
Inventors: 智隆田渕
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Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2035-04-24
Also published as: JP2016207874A

Description

本発明は、ウエーハの裏面をプラズマエッチングしてからゲッタリング層を形成するウエーハの加工方法に関する。

研削装置によってウエーハの裏面が研削されると、ウエーハの裏面に研削痕や研削歪みが残存し、ウエーハの抗折強度が低下するため、研削痕や研削歪みをプラズマエッチングによって除去する方法が行われている。しかし、プラズマエッチングによって研削痕などが除去されて鏡面になると、ウエーハのゲッタリング効果が無くなってしまう。そのため、ＤＲＡＭやフラッシュメモリ等のようなメモリ機能を有する半導体デバイスでは、メモリ機能が低下したり正常に動作しなくなったりする。そこで、特許文献１では、研削痕などが除去されたウエーハの裏面に微細な歪（凹凸）を形成する不活性ガス照射工程を行い、ウエーハのゲッタリング効果を復活させている。

特許第５３３１５００号公報

特許文献１の不活性ガス照射工程は、研削痕などを除去するプラズマエッチングより低い周波数の電力を印加し、不活性ガス（希ガス）をプラズマ化（イオン）させてスパッタリングを行っている。かかるスパッタリングを行う場合、印加する電力の周波数を高くする方が高密度のイオンを生成することができる。しかし、周波数を高くすると、プラズマ中のイオンが高い周波数の小さい振幅に追従することができなくなり、イオンが動かないのでスパッタリングに適さない。従って、ウエーハをスパッタリングする場合には、印加する電圧の周波数を低くする方が振幅を大きくでき好ましいが、この場合、イオンの生成量が少なくウエーハにゲッタリング層を形成する工程が長時間になる、という問題が発生する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、短時間でゲッタリング層を形成することができるウエーハの加工方法を提供することを目的とする。

本発明のウエーハの加工方法は、表面が分割予定ラインによって区画されデバイスが形成されるウエーハの裏面に研削砥石を接触させ研削して所定の厚みにした後、ウエーハを収容するチャンバに供給したガスをプラズマ化させ裏面をエッチングするエッチング工程と、裏面にゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成工程とを実施するウエーハ加工方法であって、ウエーハの表面を保護テープを介して保持テーブルで保持し、保持テーブルに対向して配置される上部電極ユニットを保持テーブルに対して離反又は接近して保持テーブル上のウエーハに対する上部電極ユニットの高さを調整する保持工程と、保持工程の後、チャンバ内にフッ素系ガスとなる第１のガスを充満させ、保持テーブルに接続される高周波電源を用いて第１の周波数帯の範囲内の高周波とした高周波電力を印加して第１のガスをプラズマ化させてウエーハ裏面をプラズマエッチングするエッチング工程と、エッチング工程の後、チャンバ内の第１のガスを希ガスとなる第２のガスに置換し、高周波電源により第１の周波数帯の範囲内の高周波とした高周波電力と、保持テーブルに接続される低周波電源を用いて第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の範囲内の低周波とした低周波電力とを重畳印加して第２のガスをイオン化させてウエーハ裏面に衝突させ、ウエーハの裏面にゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成工程と、からなることを特徴とする。

この構成によれば、ゲッタリング層形成工程において、上述した高周波電力を印加するので、高密度で効率良くプラズマを生成することができる。しかも、低周波電力を重畳印加するので、プラズマにおいてイオン化した第２のガスをウエーハの裏面に衝突させることができる。これにより、低周波電力だけ印加してゲッタリング層を形成する場合に比べ、高密度なプラズマからスパッタリングを行うことができ、ゲッタリング層を形成する時間を短縮することができる。

本発明によれば、高周波電力を印加した状態で低周波電力を重畳印加するので、ゲッタリング層を形成する時間を短縮することができる。

本実施の形態に係るウエーハの一例を示す斜視図である。本実施の形態に係る研削工程の一例を示す説明図である。本実施の形態に係るウエーハの加工方法に用いる加工装置の全体模式図である。本実施の形態に係るエッチング工程の一例を示す説明図である。本実施の形態に係るゲッタリング層形成工程の一例を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るウエーハの加工方法について説明する。先ず、図１を参照して、ウエーハについて説明する。図１は、ウエーハの一例を示す斜視図である。

図１に示すように、ウエーハ１は、略円板状に形成されている。ウエーハ１の表面（上面）１ａは、複数の交差する分割予定ライン２によって複数の領域に区画され、この区画された各領域にそれぞれデバイス３が形成されている。なお、ウエーハ１は、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成された半導体ウエーハとされる。なお、ウエーハ１は、半導体ウエーハに限らず、シリコンからなりドライエッチングの対象になれば、どのようなものでもよい。

続いて、図２から図５を参照して、本実施の形態に係るウエーハの加工方法の流れについて説明する。本実施の形態に係るウエーハの加工方法は、研削工程、保持工程、エッチング工程、及び、ゲッタリング層形成工程を含む。以下に述べるウエーハの加工方法の各工程は、あくまでも一例に過ぎず、この構成に限定されるものではない。

図２は、本実施の形態に係る研削工程の一例を示す説明図である。本実施の形態に係るウエーハの加工方法においては、先ず、研削工程が実施される。この研削工程が実施される前に、ウエーハ１の図２中下面となる表面１ａには、予め保護テープ５を貼着しておく。研削工程では、研削装置（不図示）のチャックテーブル７上に保護テープ５を介してウエーハ１が保持される。また、チャックテーブル７に保持されたウエーハ１の上方に研削手段８が位置付けられる。そして、回転するチャックテーブル７に対し、研削手段８の研削砥石８ａが回転しながら近付けられ、研削砥石８ａとウエーハ１の裏面１ｂとが平行状態で回転接触することでウエーハ１が所定の仕上げ厚みまで研削される。

ここで、保持工程、エッチング工程、及び、ゲッタリング層形成工程に用いる加工装置について説明する。図３は、本実施の形態に係るウエーハの加工方法に用いる加工装置の全体模式図である。なお、本実施の形態では、加工装置として容量結合型プラズマ（CCP: Capacitive Coupled Plasma）のプラズマエッチング装置を用いた例について説明するが、誘導結合型プラズマ（ICP: Inductive Coupled Plasma）のプラズマエッチング装置やその他各種プラズマエッチング装置を用いてもよい。

図３に示すように、加工装置１０は、チャンバ１１を備え、チャンバ１１を形成する側壁１２には、ウエーハ１の搬入及び搬出用に搬入出口１３が形成されている。側壁１２の外壁面には、搬入出口１３を開閉するようにシャッター機構２１が取り付けられている。シャッター機構２１は、シリンダ２２の上端にシャッター２３が連結されており、シリンダ２２によってチャンバ１１が外壁面に沿って昇降されることで搬入出口１３が開閉される。搬入出口１３がシャッター２３によって閉じられると、チャンバ１１内に密閉空間が形成される。また、チャンバ１１内には、電界を形成する下部電極ユニット３１と上部電極ユニット４１とが上下方向で対向して配設されている。

下部電極ユニット３１は、チャンバ１１を形成する底壁１４を貫通する導電性の支柱部３２と、支柱部３２の上端に設けられた誘電性の保持テーブル３３とを備えている。保持テーブル３３の上面には、複数の吸引口３４が形成されている。吸引口３４は、保持テーブル３３及び支柱部３２内の吸引路３５を通じて吸引手段３６に接続されており、吸引口３４に生じる負圧によってウエーハ１が吸引保持される。また、下部電極ユニット３１は、保持テーブル３３の上面を静電チャック式の保持面とする構造も採用され、保持テーブル３３に内部電極３９が埋設されている。内部電極３９に電圧が印加されることで、保持テーブル３３の上面に静電気が発生してウエーハ１が静電吸着される。下部電極ユニット３１内には、冷却手段３７から送り出された冷却水が通る冷却路３８が形成され、保持テーブル３３に発生する熱が冷却水に伝達されて異常な温度上昇が抑えられている。

上部電極ユニット４１は、チャンバ１１を形成する上壁１５を貫通する導電性の支柱部４２と、支柱部４２の下端に設けられた導電性の噴出テーブル４３とを備えている。噴出テーブル４３の下面には、チャンバ１１内にガスを導入する複数のガス噴出口４４が形成されている。ガス噴出口４４は、噴出テーブル４３及び支柱部４２内の流路４５を通じてフッ素系ガス源４６ａ及び希ガス源４６ｂに接続されている。フッ素系ガス源４６ａ及び希ガス源４６ｂに向かう管路の途中には切換バルブ４７が設けられており、切換バルブ４７によってガスの供給元をフッ素系ガス源４６ａ又は希ガス源４６ｂに切換可能に構成されている。

チャンバ１１内には、フッ素系ガス源４６ａからフッ素系ガス（第１のガス）として、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、四フッ化メタン（ＣＦ_４）等のフッ素を含むガスが供給される。また、チャンバ１１内には、希ガス源４６ｂから希ガス（第２のガス）として、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）が供給される。

支柱部４２の上端側は、チャンバ１１から上方に突出しており、チャンバ１１の上壁１５に設けられたボールねじ式の昇降手段４８に連結されている。この昇降手段４８のモータ４８ａが駆動されることで、上部電極ユニット４１が下部電極ユニット３１に対して離反又は接近され、保持テーブル３３上のウエーハ１に対する噴出テーブル４３下面の高さＨが調整される。昇降手段４８は、噴出テーブル４３の高さＨを検出する高さ検出部４８ｂを備え、高さ検出部４８ｂは検出結果を距離制御部４９に出力する。距離制御部４９は、噴出テーブル４３が予め入力された高さＨに配置されるよう高さ検出部４８ｂの検出結果に応じてモータ４８ａの駆動を制御する。

下部電極ユニット３１は印加制御部５０に電気的に接続され、上部電極ユニット４１は接地されている。印加制御部５０は、高周波電源５１及び低周波電源５２を含む。高周波電源５１は、下部電極ユニット３１及び上部電極ユニット４１の間で高周波電圧を印加する。この高周波電圧の周波数は、第１の周波数帯となる１３．５６ＭＨｚ〜６０ＭＨｚに設定され、具体的には、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚなどとすることが例示できる。低周波電源５２は、下部電極ユニット３１及び上部電極ユニット４１の間で、高周波電圧より相対的に低い周波数の低周波電圧を印加する。この低周波電圧の周波数は、第２の周波数帯となる４００ＫＨｚ〜２ＭＨｚに設定され、具体的には、４００ＫＨｚ、８００ＫＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚなどとすることが例示できる。

印加制御部５０は、第１のモードと第２のモードとで切り替えて電力を印加することができる。第１のモードは、高周波電源５１だけから高周波電力を印加する状態とする。第２のモードは、高周波電源５１から高周波電力を印加する状態を維持しつつ、低周波電源５２から低周波電力を重畳印加する。第１のモードでは、高周波電源５１によって下部電極ユニット３１及び上部電極ユニット４１の間で高周波電圧が印加されることで、チャンバ１１内のフッ素系ガス及び希ガスがプラズマ化される。第２のモードでは、高周波電圧が印加されてプラズマ化された希ガスが、低周波電源５２から重畳印加された低周波電力によってイオン化される。そして、イオン化された希ガスがウエーハ１の裏面１ｂに衝突されてゲッタリング層１ｃ（図５参照）が形成される。

チャンバ１１の底壁１４には、保持テーブル３３の下方に排出口５３が形成されており、排出口５３にはホースを介して減圧部５４が接続されている。減圧部５４は、真空ポンプであり、減圧部５４によってチャンバ１１内のエアやプラズマガスが吸引されることで、チャンバ１１内が負圧状態になるまで減圧される。排出口５３と減圧部５４との間には、チャンバ１１内の圧力を検出する圧力計５５が設けられている。圧力計５５は検出結果を圧力制御部５６に出力する。圧力制御部５６は、チャンバ１１内の圧力が所定値に減圧されるよう圧力計５５の検出結果に応じて減圧部５４の駆動を制御する。なお、切換バルブ４８、距離制御部４９、印加制御部５０及び圧力制御部５６は、相互に制御信号の入出力を行えるように接続されている。

かかる加工装置１０においては、上述した研削工程が実施された後、保持工程が実施される。保持工程では、シャッター２３が開かれてチャンバ１１内が外部に開放され、搬入出口１３からチャンバ１１内にウエーハ１が搬入される。そして、保持テーブル３３上に保護テープ５を介してウエーハ１が載置された後、吸引口３４に生じる負圧によってウエーハ１が吸引保持されて仮止めされる。この仮止め後、内部電極３９に電圧が印加されて保持テーブル３３の上面に静電気が発生され、ウエーハ１の裏面１ｂが上方に向けられた状態で、保護テープ５を介してウエーハ１の表面１ａ（下面）が保持テーブル３３上で保持される。

図４に示すように、保持工程の後にはエッチング工程が実施される。エッチング工程では、切換バルブ４７によってガスの供給元がフッ素系ガス源４６ａに調節されており、希ガス源４６ｂからのガスの供給が遮断されている。シャッター２３（図３参照）が閉じられてチャンバ１１が密閉空間にされると、上部電極ユニット４１が昇降され、保持テーブル３３上のウエーハ１に対する噴出テーブル４３下面の高さＨが調整される。そして、チャンバ１１内の圧力が負圧状態になるまで真空排気されて、負圧状態を維持したままで上部電極ユニット４１からウエーハ１に向けてフッ素系ガスが噴射される。これにより、チャンバ１１内にフッ素系ガスが充満される。

チャンバ１１内にフッ素系ガスが充満された状態で、高周波電源５１から第１の周波数帯の範囲内の高周波として、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されてフッ素系ガスがプラズマ化される。プラズマ化したフッ素系ガスによってウエーハ１の裏面１ｂがラジカル連鎖反応によってプラズマエッチングされ、ウエーハ１から研削ダメージが除去されて抗折強度が向上される。

なお、エッチング工程では、例えば、以下の加工条件でウエーハ１のエッチングが実施される。この加工条件は下記の内容に限定されるものではなく、装置性能、エッチング対象、ガス種等に応じて適宜変更が可能である。
ガス種：ＳＦ_６
ウエーハの被加工面と上部電極との距離（高さ）Ｈ：１０ｍｍ
高周波周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電力：１００Ｗ−５ＫＷ
チャンバ内圧力：１〜２００Ｐａ（絶対真空を０Ｐａとした時（絶対圧表記））
処理時間：１０秒〜１０分

図５に示すように、エッチング工程の後にはゲッタリング層形成工程が実施される。ゲッタリング層形成工程では、切換バルブ４７によってガスの供給元がフッ素系ガス源４６ａから希ガス源４６ｂに切換えられ、希ガス源４６ｂからのガスの供給が解放され、フッ素系ガス源４６ａからのガスの供給が遮断される。また、上部電極ユニット４１が上昇され、保持テーブル３３上のウエーハ１に対する噴出テーブル４３下面の高さＨが高くなるよう調整される。また、チャンバ１１内の圧力が負圧状態に維持されたままで上部電極ユニット４１からウエーハ１に向けて希ガスが噴射される。これにより、チャンバ１１内において、充満されるガスがフッ素系ガスから希ガスに置換される。

チャンバ１１内に希ガスが充満された状態で、高周波電源５１から第１の周波数帯の範囲内の高周波として、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力と、低周波電源５２から第２の周波数帯の範囲内の低周波として、例えば２ＭＨｚの低周波電力とを重畳印加する。
高周波電源５１による高周波電力によって希ガスがイオン化される。印加する電力の周波数が高くなる程、振幅の回数が増えるので、高密度のイオンを作る効率を高めることができる。しかし、高周波電力だけを印加した状態では、高周波電力は振幅量が小さいため保持テーブル３３と噴出テーブル４３との間で希ガスのイオンは重いために動作できず、ウエーハ１に衝突されない。

上述のように高周波電力と低周波電力を重畳印加することで、低周波電源５２による低周波電力の大きな振幅量によって希ガスのイオンが動かされ、ウエーハ１の裏面１ｂに衝突され、ウエーハ１の裏面１ｂに微細な歪みによるゲッタリング層１ｃが形成される。このゲッタリング層１ｃによって金属汚染を引き起こす不純物を捕獲、固着するゲッタリング効果が得られる。

なお、ゲッタリング層形成工程では、例えば、以下の加工条件でゲッタリング層１ｃの形成が実施される。この加工条件は下記の内容に限定されるものではなく、装置性能、ゲッタリング層形成対象、ガス種等に応じて適宜変更が可能である。
ガス種：Ａｒ
ウエーハの被加工面と上部電極との距離（高さ）Ｈ：５０〜１００ｍｍ
高周波周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電力：１００Ｗ−５ＫＷ
低周波周波数：２ＭＨｚ
低周波電力：１００Ｗ−５ＫＷ
チャンバ内圧力：１〜８００Ｐａ（絶対真空を０Ｐａとした時（絶対圧表記））
処理時間：１０秒〜１０分

ゲッタリング層形成工程が完了すると、上部電極ユニット４１と下部電極ユニット３１との間の高周波電力及び低周波電力の印加が停止され、切換バルブ４７が閉じられて希ガス源４６ｂからのガス供給が遮断される。そして、シャッター２３が開かれてチャンバ１１内が外部に開放されて、搬入出口１３（図３参照）からチャンバ１１内のウエーハ１が搬出される。

以上のように、本実施の形態に係る加工方法では、上述のように周波数の異なる電力を重畳印加したので、高周波電力の印加によって高密度にイオン化された希ガスを、低周波電力の印加によってウエーハ１の裏面１ｂに衝突させてスパッタリングすることができる。これにより、仮に低周波電力の印加だけでスパッタリングする場合に比べ、衝突させるプラズマの高密度化を図ることができ、ゲッタリング層１ｃの形成時間を短縮することができる。なお、希ガスはウエーハ１を構成するシリコンと反応しないので、ウエーハ１と衝突したときにウエーハ１の裏面１ｂを削らずに叩くようにして、ゲッタリング層１ｃの微細な歪みを形成する。これにより、ゲッタリング層１ｃを形成しつつ、ウエーハ１の厚み精度が低下することを防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、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することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、第１のガスをフッ素系安定ガス、第２のガスを希ガスとした場合を説明したが、上述のようにウエーハ１をエッチングしてからゲッタリング層１ｃを形成できる限りにおいて、他のガスに変更してもよい。

また、エッチング工程及びゲッタリング層形成工程において印加する各高周波電力の周波数は、第１の周波数帯の範囲内であれば、同一としてもよいし、異なる周波数としてもよい。

以上説明したように、本発明は、ゲッタリング層を形成する時間を短縮することができるという効果を有し、プラズマエッチングによってウエーハ裏面の研削歪を除去する加工方法に有用である。

１ウエーハ
１ａ表面
１ｂ裏面
１ｃゲッタリング層
２分割予定ライン
３デバイス
５保護テープ
１０加工装置
１１チャンバ
３３保持テーブル

Claims

表面が分割予定ラインによって区画されデバイスが形成されるウエーハの裏面に研削砥石を接触させ研削して所定の厚みにした後、ウエーハを収容するチャンバに供給したガスをプラズマ化させ該裏面をエッチングするエッチング工程と、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工程とを実施するウエーハ加工方法であって、
ウエーハの表面を保護テープを介して保持テーブルで保持し、該保持テーブルに対向して配置される上部電極ユニットを該保持テーブルに対して離反又は接近して該保持テーブル上のウエーハに対する該上部電極ユニットの高さを調整する保持工程と、
該保持工程の後、該チャンバ内にフッ素系ガスとなる第１のガスを充満させ、該保持テーブルに接続される高周波電源を用いて第１の周波数帯の範囲内の高周波とした高周波電力を印加して該第１のガスをプラズマ化させてウエーハ裏面をプラズマエッチングするエッチング工程と、
該エッチング工程の後、該チャンバ内の該第１のガスを希ガスとなる第２のガスに置換し、該高周波電源により該第１の周波数帯の範囲内の高周波とした高周波電力と、該保持テーブルに接続される低周波電源を用いて該第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の範囲内の低周波とした低周波電力とを重畳印加して該第２のガスをイオン化させてウエーハ裏面に衝突させ、ウエーハの裏面にゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成工程と、
からなるウエーハの加工方法。