JP6941420B2

JP6941420B2 - ウェハの表面処理装置

Info

Publication number: JP6941420B2
Application number: JP2016166279A
Authority: JP
Inventors: 一政石川
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2036-08-26
Also published as: JP2018032832A

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）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（ＥｘｔｒｉｎｓｉｃＧｅｔｔｅｒｉｎｇ）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、ＥＧ層を構成する極微小なスクラッチは、研磨パッドに含まれる砥粒の周回軌道に応じて形成されるため、スクラッチの密度にバラつきがあったりスクラッチの向きが揃う等して、ＥＧ層内でスクラッチが局所的に疎らで重金属がＥＧ層を通過する虞があるという問題があった。

そこで、重金属を精度良く捕捉可能なＥＧ層を生成する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、表面にデバイス領域が形成されたウェハの裏面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、前記ウェハを保持して回転させる基板保持機構と、前記ウェハを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、前記ウェハが前記表面処理パッドに押圧されている際に、前記基板保持機構の回転中心と前記表面処理パッドの回転中心との間のオフセット量が減少するように前記表面処理パッドを前記基板保持機構に対して相対的に移動させるトラバース機構と、を備え、前記トラバース機構は、前記表面処理パッドを前記基板保持機構に対して相対的に移動させる際に、前記表面処理パッドを一時的に上昇させて所望の位置まで水平移動させてから下降させるウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、トラバース機構が、基板保持機構に吸着されたウェハに対して表面処理パッドを相対的に移動させることにより、表面処理パッドに含まれる砥石の規則的な回転軌道が変化して、砥石の回転軌道に応じてウェハに形成されるスクラッチも変化するため、ゲッタリング層内に様々な向きのスクラッチが形成されるため、ゲッタリング層内でスクラッチが局所的に疎らになることを抑制して、重金属を高精度で捕捉可能なゲッタリング層を生成することができる。さらに、トラバース機構は、オフセット量が減少するように表面処理パッドを移動させることにより、オフセット量毎に異なる砥石の規則的な周回軌道が変化するため、ゲッタリング層内に様々な向きのスクラッチが形成されるため、重金属を高精度で捕捉可能なゲッタリング層を形成することができる。

また、表面処理パッドはウェハと非接触状態で移動するため、表面処理パッドがウェハを通過する際に、表面処理パッドがウェハの周縁を切り込む、いわゆるエッジチッピングを抑制することができる。

本発明によれば、トラバース機構が、基板保持機構に吸着されたウェハに対して表面処理パッドを相対的に移動させることにより、表面処理パッドに含まれる砥石の規則的な回転軌道が変化して、砥石の回転軌道に応じてウェハに形成されるスクラッチも変化するため、ゲッタリング層内に様々な向きのスクラッチが形成されるため、ゲッタリング層内でスクラッチが局所的に疎らになることを抑制して、重金属を高精度で捕捉可能なゲッタリング層を生成することができる。

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。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。表面処理パッドとウェハとのオフセット量を示す平面模式図である。表面処理パッドに含まれる砥石の回転軌道を示す図である。ウェハ周縁に形成されたスクラッチの向きを示す画像である。表面処理パッドとウェハとのオフセット量を調整する様子を示す模式図である。

本発明は、重金属を精度良く捕捉可能なＥＧ層を生成するという目的を達成するために、表面側にデバイス領域が形成されたウェハの裏面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、ウェハを保持して回転させる基板保持機構と、ウェハを押圧してゲッタリング層を生成する表面処理パッドと、ウェハが表面処理パッドに押圧されている際に、表面処理パッドを基板保持機構に対して相対的に移動させるトラバース機構と、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の裏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の（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。

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３（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３（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、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、研磨加工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４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４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。その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３（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、後述するリンス工程において、加工面２６ａに残留した研磨助剤に移ることを回避できる。

クリーニング工程の後に、図３（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。

次に、ＥＧ層４３を構成するスクラッチについて、図面に基づいて説明する。図５は、ＥＧパッド２６とウェハＷとのオフセット量を示す平面模式図である。図６は、ＥＧパッド２６に含まれる砥石の回転軌道を示す図である。図７は、ウェハＷ周縁に形成されたスクラッチの向きを示す画像である。

図５に示すように、ＥＧパッド２６の回転軸ａ１とチャック部１２ａの回転軸ａ２とは、任意の距離（以下、「オフセット量」という）だけ離間している。図６に示すように、オフセット量に応じてＥＧパッド２６に含まれる固定砥粒Ａ１の回転軌道、すなわちスクラッチの密度・方向性は異なるため、ウェハＷに付与したいＥＧ層４３のゲッタリング能に応じて、オフセット量は任意に調整される。すなわち、図６（ａ）に示すオフセット量ゼロの固定砥粒Ａ１の回転軌道は、チャック部１２ａの回転軸ａ２と一致するウェハＷの中心ｏから周方向に僅かに湾曲しながら外周に向かうのに対して、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、オフセット量が大きくなるにしたがって、固定砥粒Ａ１の回転軌道は、ＥＧパッド２６の周方向に大きく湾曲する。また、ウェハＷに形成されるスクラッチは、ウェハＷの外側に向かるほど疎らになる。さらに、図７に示すように、ウェハＷの周縁では、スクラッチの向きが揃うように規則的に形成されがちである。

そこで、ウェハの表面処理装置１では、トラバース機構として機能するアーム２１がテクスチャリング加工中に水平方向に回動することにより、ＥＧパッド２６とウェハＷとのオフセット量を調整しながらＥＧ層４３を生成することができる。例えば、図８（ａ）に示すように、ＥＧパッド２６とウェハＷとのオフセット量が大きい状態で研磨・テクスチャリング工程を行った後に、図８（ｂ）に示すように、ＥＧパッド２６を水平移動させて、ＥＧパッド２６とウェハＷとのオフセット量が小さい状態で研磨・テクスチャリング工程を行うことにより、特にウェハＷ周縁において、異なる向きのスクラッチを重ねて形成することができる。

また、ＥＧパッド２６とウェハＷとのオフセット量を小さくするためにＥＧパッド２６を水平移動させる場合、アーム２１がＥＧパッド２６を一時的に上昇させてからＥＧパッド２６を所望の位置まで水平移動させ、その後にＥＧパッド２６を下降させることにより、ＥＧパッド２６がウェハＷの周縁を切り込む、いわゆるエッジチッピングが抑制される。

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用いて研磨工程を行った後に、純水を用い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。

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、アーム２１が、チャック部１２ａに吸着されたウェハＷに対してＥＧパッド２６を相対的に移動させることにより、ＥＧパッド２６に含まれる固定砥石の規則的な回転軌道が変化して、固定砥石の回転軌道に応じてウェハＷに形成されるスクラッチも変化するため、ゲッタリング層４３内に様々な向きのスクラッチが形成されるため、ＥＧ層４３内でスクラッチが局所的に疎らになることを抑制して、重金属を高精度で捕捉可能なゲッタリング層を生成することができる。

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
２０ＥＧパッドユニット
２１アーム（トラバース機構）
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
２６ＥＧ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
３０パットドレスユニット
３１支持部材
３２ドレッサヘッド
３３不織布

Claims

表面にデバイス領域が形成されたウェハの裏面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、
前記ウェハを保持して回転させる基板保持機構と、
前記ウェハを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、
前記ウェハが前記表面処理パッドに押圧されている際に、前記基板保持機構の回転中心と前記表面処理パッドの回転中心との間のオフセット量が減少するように前記表面処理パッドを前記基板保持機構に対して相対的に移動させるトラバース機構と、
を備え、
前記トラバース機構は、前記表面処理パッドを前記基板保持機構に対して相対的に移動させる際に、前記表面処理パッドを一時的に上昇させて所望の位置まで水平移動させてから下降させることを特徴とするウェハの表面処理装置。