JP6698475B2 - ウェハの表面処理装置 - Google Patents

Description

本発明はウェハの表面処理装置に関するものであり、特に、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という）の一面側にゲッタリング層を形成するためのウェハの表面処理装置に関するものである。

シリコンからなる薄厚の半導体デバイスは、シリコン単結晶からスライスしたウェハ、すなわちシリコンウェハ上に回路を形成することにより製造される。

半導体プロセスにおける問題点の一つとして、シリコンウェハ中に不純物である重金属が混入することが挙げられる。シリコンウェハの表面側に形成されるデバイス領域へ重金属が拡散した場合、デバイス特性に著しい悪影響をもたらす。そこで、シリコンウェハに混入した重金属がデバイス領域に拡散するのを抑制するため、ゲッタリング法を採用するのが一般的である。

ゲッタリング法は、表面側に半導体素子が形成されたウェハに対して、極微小なスクラッチから成るエクストリンシック・ゲッタリング（Ｅｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）層（以下、単に「ゲッタリング層」又は「ＥＧ層」と称す）を形成するものである。ＥＧ層によるゲッタリング効果によって、ウェハ内に混入した重金属がデバイス領域に拡散することを防止する。

このようなＥＧ層を形成するものとして、研磨液を供給しながら研磨パッドでウェハの裏面を鏡面状に研磨した後に、純水を供給しながら研磨パッドをウェハに押し当ててウェハに極微細なスクラッチを形成してＥＧ層を生成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２４７１３２号公報。

しかしながら、特許文献１に記載の加工方法では、研磨パッドは、ウェハ裏面を研磨する際に生じる残渣が付着した状態で、ウェハに押し当てられてスクラッチを形成するため、研磨パッドとウェハとが滑らかに接触することが抑制されて、ウェハに過剰な摩擦力が作用してダメージを与えてしまう虞があるという問題があった。また、研磨パッドの表面に残渣が付着すると、研磨パッド内の空孔に研磨液が十分に染み渡らず、研磨パッドが過度に昇温してしまう虞があるという問題があった。

このような残渣をブラシ等で掻き出すことも考えられるが、ブラシが研磨パッド内の細かい空孔内に侵入した残渣を掻き出すことが難しく、残渣が残留する虞があった。

そこで、パッド表面の残渣を効率良く確実に取り除くために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、基板保持機構に保持されたウェハの一面側にゲッタリング層を生成するウェハの表面処理装置であって、砥粒を混入した樹脂材から成り、前記砥粒を前記ウェハに押圧して前記ゲッタリング層を生成する表面処理パッドと、該表面処理パッドの下方に配置され、前記表面処理パッドの加工面を払拭するパッドドレッサと、を備え、前記パッドドレッサは、前記表面処理パッドの加工面を払拭するドレッサヘッドと、前記ドレッサヘッドを回転可能に支持するとともに、前記ドレッサヘッドを前記表面処理パッドに向けて押し出し可能な支持部材と、前記表面処理パッドとドレッサヘッドとの間の押圧力に応じて、前記ドレッサヘッドを前記支持部材に対して沈降させるように受ける緩衝部材と、を備えているウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、表面処理パッドの加工面に付着した残渣がパッドドレッサによって払拭されることにより、表面処理パッドの加工面の残渣を確実に取り除くことができる。また、表面処理パッドの加工面が下向きに配置され、加工面が下向きの状態でパッドドレッサが加工面を払拭することにより、表面処理パッドの加工面に付着した残渣を加工面に再び付着することなく除去することができる。また、表面処理パッドがドレッサヘッドに押し付けられた際に、緩衝部材がドレッサヘッドを沈降するように受けることにより、ドレッサパッドが表面処理パッドの加工面に追従し易くなるため、表面処理パッドの加工面に付着した残渣を払拭することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記ドレッサヘッドは、前記支持部材に交換可能に取り付けられているウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、損耗したドレッサヘッドを新品のドレッサヘッドに交換するだけで、パッドドレッサ全体を交換することなく低コストでドレッシング機能を回復させることができる。

本発明によれば、表面処理パッドの加工面に付着した残渣がパッドドレッサによって払拭されることにより、表面処理パッドの加工面に新たな砥粒及び空孔が露出するため、表面処理パッドとウェハとが滑らかに接触してウェハに極微細なスクラッチを安定して形成すると共に、表面処理パッドとウェハとの接触箇所が過度に昇温することを抑制できる。さらに、表面処理パッドの加工面が下向きに配置され、パッドドレッサが加工面を下向きの状態で払拭することにより、表面処理パッドの加工面に付着した残渣を加工面に再び付着することなく除去することができる。

本発明を適用したウェハの表面処理装置を示す概略平面図である。 図１に示した同上ウェハの表面処理装置における研磨・テクスチャリングユニットの部分側面図で、（ａ）は表面処理パッドを説明する図、（ｂ）はパットドレッサを説明する図である。 パッドドレッサの構成を示す図で、（ａ）はパッドドレッサの平面図、（ｂ）はドレッサヘッドを除いたパッドドレッサの平面図、（ｃ）は図３（ａ）のＩ−Ｉ線断面である。 ウェハの加工処理手順を説明する模式図で、（ａ）は研削工程の説明図、（ｂ）は研磨・テクスチャリング工程の説明図、（ｃ）はクリーニング工程の説明図、（ｄ）はリンス工程の説明図である。 ＥＧ層が生成されたウェハの一例を示し、（ａ）はその全体図、（ｂ）はその部分拡大断面図、（ｃ）はその部分拡大斜視図である。 表面処理パッドの加工面付近を示す縦断面図で、（ａ）は研磨・テクスチャリング工程前の状態を示す図、（ｂ）は研磨・テクスチャリング工程後の状態を示す図、（ｃ）はパッドドレッサの払拭範囲を示す図、（ｄ）はパッドドレッサにより新たな加工面が露出した状態を示す図である。

本発明は、パッド表面の残渣を効率良く確実に取り除くという目的を達成するために、基板保持機構に保持されたウェハの一面側にゲッタリング層を生成するウェハの表面処理装置であって、砥粒を混入した樹脂材から成り、砥粒をウェハに押圧してゲッタリング層を生成する表面処理パッドと、表面処理パッドの下方に配置され、表面処理パッドの加工面を払拭するパッドドレッサと、を備えていることにより実現した。

以下、本発明の一実施例に係るウェハの表面処理装置１０について図面を参照しながら説明する。

図１はウェハの表面処理装置１０を示す概略平面図である。図１に示されるウェハの表面処理装置１０は、複数のウェハＷ（例えばシリコン・ウェハ）を格納するカセット１１ａ、１１ｂと、４つの基板保持機構としてのチャック部１２ａ〜１２ｄを備えていてインデックス回転するターンテーブル１３と、４つのチャック部１２ａ〜１２ｄを洗浄する洗浄ユニット１４と、ウェハＷを搬送する搬送ロボット１５とを含んでいる。

さらに、図１に示されるように、ウェハの表面処理装置１０においては、粗研削ユニット１６、仕上げ研削ユニット１７、研磨・テクスチャリングユニット１８がターンテーブル１３の外周に沿って順番に配置されている。なお、粗研削ユニット１６は、粗研削砥石（図示しない）によりウェハＷの裏面Ｗａを粗研削し、仕上げ研削ユニット１７は仕上げ研削砥石（図示しない）により裏面Ｗａを仕上げ研削する。

図２は、ウェハＷの一面を鏡面状に仕上げ研磨をすると共にウェハＷにＥＧ層を生成する研磨・テクスチャリングユニット１８の部分側面図である。研磨・テクスチャリングユニット１８は、図２（ａ）に示されるＥＧパッドユニット２０と、図２（ｂ）に示されるパッドドレッサとしてのパットドレスユニット３０とを備えている。

図２（ａ）に示されるＥＧパッドユニット２０は、アーム２１の先端にモータ２２が懸架されている。そのモータ２２の出力軸２２ａには、円板状をしたパッド支持体２３が水平回転可能に取り付けられている。また、パッド支持体２３の下面には同じく円板状をしたサブパッド２４が樹脂性接着剤２５を介して接着固定され、更にサブパッド２４の下面には同じく円板状をした表面処理パッドとしてのＥＧパッド２６が樹脂性接着剤２７を介して接着固定され、これらパッド支持体２３、サブパッド２４、ＥＧパッド２６が一体化されている。したがって、これらパッド支持体２３、サブパッド２４、ＥＧパッド２６は、アーム２１と一体にウェハＷの厚さ方向に下降可能であり、また水平方向に回動可能である。

ＥＧパッド２６は、厚みが４．８ｍｍ程の円板状に形成されたポリウレタン樹脂製のパッド基材に、０．６μｍ程度の微細なＳｉＣ（シリコン珪素）や、タングステン、アルミナ等の砥粒を樹脂材内に混合させ、その樹脂をパッド基材に含浸させてなる。パッド基材に樹脂材と共に含浸された砥粒は、ウェハＷの裏面Ｗａに極微細なスクラッチを与えてＥＧ層を形成するのに寄与する。一方、サブパッド２４は、厚みが０．９ｍｍ程の円板状に形成され、ＥＧパッド２３よりも硬さの低いものを用い、加工時におけるウェハＷの表面形状に追従し易くなるように設けられている。なお、砥粒を混同させる樹脂材は、ポリウレタンに限定されるものではないことは云うまでもない。

ＥＧパッドユニット２０には、ウェハＷとＥＧパッド２３との間に水（純水）及び研磨助剤としての研磨助剤を供給する供給源に接続された供給ライン２８が設けられている。なお、研磨助剤とは、例えばアミン系（ピペラジン等）を含む溶液（５〜１０％）を希釈したものである。

図２（ｂ）に示されるパットドレスユニット３０は、図示しないモータの出力軸に接続された支持部材３１に、ドレッサヘッド３２が水平回転可能に取り付けられている。なお、ドレッサヘッド３２は、本例ではＥＧパッド２６の下面（加工面）と対向する円板状に形成された不織布の上面にダイヤモンド砥粒を樹脂材内に含浸させた研磨層３３を設けてなる。

パッドドレスユニット３０の具体的構成を図３に示す。図３に示すように、ドレッサヘッド３２は、支持部材３１上に載置され、上下方向に昇降可能な状態でボルト３４を介して支持部材３１に連結されている。支持部材３１には、上面３５に開口する６つの縦孔３６が形成されており、縦孔３６には上下方向に伸縮する緩衝部材としてのコイルスプリング３７が収容されている。各コイルスプリング３７は、パッドドレッサユニット３０の回転軸Ａまわりに同心円上に等間隔で配置されている。コイルスプリング３７は、上端がドレッサヘッド３２の裏面３２ａに当接している。支持部材３１には、ドレッサヘッド３２を上方に押し出すエアシリンダ等の押圧手段が内蔵されている。ドレッサヘッド３２がＥＧパッド２６に押圧されると、コイルスプリング３７が上下方向に圧縮されることにより、ＥＧパッド２６とドレッサヘッド３２との間の過剰な押圧力を逃がすと共に、研磨層３３がＥＧパッド２６の加工面２６ａに追従し易くなっている。なお、コイルスプリング３７の代わりに、支持部材３１とドレッサヘッド３２との間に圧縮空気で膨縮するエアバッグを介在させても構わない。

そして、ウェハの表面処理装置１０では、研磨・テクスチャリングユニット１８において、ウェハＷの裏面Ｗａ側に極微細なダメージを与えて、ゲッタリング能を有するＥＧ層を生成すると共に鏡面状に仕上げる研磨加工を行うことができるようになっている。

以下、本発明のウェハの表面処理装置１０の動作について説明する。まず、搬送ロボット１５によって、カセット１１ａから一つのウェハＷが取り出されて、ウェハＷを保持して回転させる基板保持機構としてのチャック部１２ａまで搬送される。

ウェハＷは、裏面Ｗａが上方を向いた状態でチャック部１２ａに吸引保持される。チャック部１２ａは、洗浄ユニット１４により予め洗浄されている。その後、ターンテーブル１３がインデックス回転し、チャック部１２ａは、粗研削ユニット１６まで移動される。このとき、別のチャック部１２ｄには、別のウェハＷが搬送ロボットにより搬送され、同様な処理が行われる。

粗研削ユニット１６においては、ウェハＷの裏面Ｗａが粗研削砥石（図示しない）により公知の手法で粗研削される。次いで、ターンテーブル１３がインデックス回転して、チャック部１２ａは、粗研削ユニット１６から仕上げ研削ユニット１７まで移動される。仕上げ研削ユニット１７においては、ウェハＷの裏面Ｗａは仕上げ研削砥石（図示しない）により仕上げ研削される。

ターンテーブル１３は再びインデックス回転して、チャック部１２ａは、仕上げ研削ユニット１７から研磨・テクスチャリングユニット１８まで移動される。

研削工程後のウェハＷの裏面Ｗａには、図４（ａ）に示すような研削痕が存在する。そこで、研磨・テクスチャリングユニット１８では、図４（ｂ）に示すように、ＥＧパッド２６がアーム２１と共に水平回動して、チャック部１２ａの上方に移動する。その後、ＥＧパッド２６とウェハＷをそれぞれ回転させながら、ＥＧパッド２６を下降させて、ＥＧパッド２６をウェハＷに押圧させる。また、ＥＧパッド２６とウェハＷとの間には、アルカリ性の研磨助剤が供給される。このようにして、ウェハＷの裏面Ｗａの研削痕を除去して裏面Ｗａを鏡面状に研磨するウェットポリッシュとウェハＷにＥＧ層を生成するテクスチャリング処理とを並行して行う研磨・テクスチャリング工程（表面処理工程）が実行される。

具体的には、ＥＧパッド２６に含まれる砥粒（以下、「固定砥粒」と称す）とＥＧパッド２６から遊離した砥粒（以下、「遊離砥粒」と称す）とが協働して、研磨工程とテクスチャリング処理を行う。固定砥粒が、ウェハＷの裏面Ｗａに押圧された状態でＥＧパッド２６とウェハＷとが回転し、遊離砥粒がウェハＷ上を転動する。遊離砥粒は、樹脂性接着剤２７が研磨助剤によって膨潤し加水分解することにより、ＥＧパッド２６に含まれる固定砥粒の一部がＥＧパッド２６から遊離したものである。

また、ウェハＷの裏面Ｗａの表層側が研磨助剤に触れて酸化膜（ＳｉＯ２）がＳｉＯＨに改質することで軟化し、ウェハＷの裏面Ｗａが研磨し易くなっている。さらに、ＥＧパッド２６とウェハＷとの間を遊離砥粒が転動することにより、ウェハＷに遊離砥粒Ａ２が食い込む等の外力で強制的に行う研磨ではなく、自然な力でウェハＷに極微細なスクラッチを形成することにより、ウェハＷ内にＥＧ層を生成する。

図５は、研磨・テクスチャリング工程を経たウェハＷの一例を示すものであり、同図（ａ）はウェハＷを裏面側から見た全体斜視図、同図（ｂ）はウェハＷの部分拡大断面図、同図（ｃ）はその部分拡大斜視図である。図５に示すウェハＷは、表面Ｗｂ側に無欠陥層４０が形成され、その無欠陥層４０の表面に複数個の半導体素子４１が設けられている。また、これら半導体素子４１を保護するために、裏面研削時には、保護フィルム４２がウェハＷの表面Ｗｂに貼り付けられている。一方、裏面Ｗａ側には、ＥＧ層４３が形成されている。ＥＧ層４３は、多数のスクラッチから成り、面粗さ（Ｒａ）１．０ｎｍ〜１．７ｎｍで形成される。

研磨・テクスチャリング工程の後に、図４（ｃ）に示すように、ＥＧパッド２６の加工面２６ａに対してクリーニング工程を行う。この工程では、ＥＧパッド２６がアーム２１と共に水平回動され、ＥＧパッド２６がドレッサヘッド３２の上方に移動される。その後、モータ２２の駆動によりＥＧパッド２６を回転させながら、そのＥＧパッド２６をアーム２１と一体にウェハＷの厚さ方向に下降させ、同じく図示せぬモータにより回転しているドレッサヘッド３２上にＥＧパッド２６を軽く押し付け、ＥＧパッド２６の加工面２６ａから厚み方向の所定範囲を払拭し、ＥＧパッド２６の加工面２６ａに残存する研磨助剤を取り除く。これにより、後述するクリーニング工程において、加工面２６ａに残留した研磨助剤がウェハＷに移ることを回避できる。

ＥＧパッド２６は、図６（ａ）に示すように、樹脂材の中に点在する空孔２９を備えている。空孔２９内に研磨助剤が満たされることにより、ＥＧパッド２６の加工面２６ａが冷却される。また、残渣が空孔２９内に収容されることで、固定砥粒Ａに残渣が堆積して固定砥粒Ａが目詰まりすることを抑制する。しかしながら、ＥＧパッド２６は、上述したような研磨・テクスチャリング工程を経て、図６（ｂ）に示すように、空孔２９内に研磨助剤や残渣等が詰まることがある。そこで、クリーニング処理では、図６（ｃ）に示すように、ＥＧパッド２６の加工面２６ａから厚み方向の所定範囲を払拭して、図６（ｄ）に示すように、新たな空孔２９及び固定砥粒Ａを露出させる。

クリーニング工程の後に、図４（ｄ）に示すように、ウェハＷの裏面Ｗａに対してリンス工程を行う。この工程では、ＥＧパッド２６がアーム２１と共に水平回動して、チャック部１２ａの上方に移動する。その後、ＥＧパッド２６を下降させてウェハＷに接近させる。そして、回転しているチャック部１２ａ上のウェハＷの裏面ＷａとＥＧパッド２６の加工面との間に純水を供給しながら、ウェハＷとＥＧパッド２６を互いに逆向きに回転させる。ＥＧパッド２６は、ウェハＷに非接触状態で近接して配置されており、この状態でウェハＷとＥＧパッド２６を互いに逆向きに回転させることにより、ウェハＷの裏面Ｗａ上に複雑な水流を形成することができる。このようにして、供給された水でリンス処理をし、ウェハＷの裏面Ｗａに残存する研磨助剤を洗い流して除去する。

以上説明したように、本発明によるウェハの表面処理装置１０によれば、ＷＧパッド２６の加工面２６ａが下向きに配置され、パッドドレスユニット３０が加工面２６ａを下向きの状態で払拭することにより、ＥＧパッド２６の加工面２６ａに付着した残渣を加工面２６ａに再び付着することなく除去することができる。

なお、ウェハの表面処理装置１０は、上述したようにアルカリ性の研磨助剤を用いて研磨工程とテクスチャリング工程とを並行して実施しているが、例えば、アルカリ性の研磨助剤を供給しながらＥＧパッド２６をウェハＷに押し当てて研磨工程を行った後に、純水を供給しながらＥＧパッドをウェハＷに押し当ててテクスチャリング工程を行うものであっても構わない。

研磨工程とテクスチャリング工程との間にＥＧパッド２６の加工面２６ａを払拭する場合には、ＥＧパッド２６の加工面２６ａに付着した残渣がパッドドレスユニット３０によって払拭されることにより、ＥＧパッド２６の加工面２６ａに新たな固定砥粒及び空孔２９が露出するため、ＥＧパッド２６とウェハＷとが滑らかに接触してウェハＷに極微細なスクラッチを安定して形成すると共に、ＥＧパッド２６とウェハＷとの接触箇所が過度に昇温することを抑制できる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

以上説明したように、ウェハＷの裏面２０ｂを加工処理する以外にも、各種の板状表面を処理する装置にも応用できる。

１０ ウェハの表面処理装置
１１ａ、１１ｂ カセット
１２ａ〜１２ｄ チャック部（基板保持機構）
１３ ターンテーブル
１４ 洗浄ユニット
１５ 搬送ロボット
１６ 粗研削ユニット
１７ 仕上げ研削ユニット
１８ 研磨・テクスチャリングユニット
２０ ＥＧパッドユニット
２１ アーム
２２ モータ
２２ａ 出力軸
２３ パッド支持体
２４ サブパッド
２５ 樹脂性接着剤
２６ ＥＧパッド（表面処理パッド）
２６ａ 加工面
２７ 樹脂性接着剤
２８ 供給ライン
２９ 空孔
３０ パットドレスユニット（パッドドレッサ）
３１ 支持部材
３２ ドレッサヘッド
３３ 研磨層
３４ ボルト
３５ 上面
３６ 縦孔
３７ コイルスプリング
Ａ パッドドレッサユニットの回転軸

Claims (2)

1. 基板保持機構に保持されたウェハの一面側にゲッタリング層を生成するウェハの表面処理装置であって、
   砥粒を混入した樹脂材から成り、前記砥粒を前記ウェハに押圧して前記ゲッタリング層を生成する表面処理パッドと、
   該表面処理パッドの下方に配置され、前記表面処理パッドの加工面を払拭するパッドドレッサと、
   を備え、
   前記パッドドレッサは、
   前記表面処理パッドの加工面を払拭するドレッサヘッドと、
   前記ドレッサヘッドを回転可能に支持するとともに、前記ドレッサヘッドを前記表面処理パッドに向けて押し出し可能な支持部材と、
   前記表面処理パッドとドレッサヘッドとの間の押圧力に応じて、前記ドレッサヘッドを前記支持部材に対して沈降させるように受ける緩衝部材と、
   を備えていることを特徴とするウェハの表面処理装置。
2. 前記ドレッサヘッドは、前記支持部材に交換可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のウェハの表面処理装置。