JP7345966B2 - ウェーハの再生方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェーハに形成された膜を除去してウェーハを再生するウェーハの再生方法に関する。
デバイスチップの製造工程では、互いに交差する複数の分割予定ライン(ストリート)によって区画された複数の領域にそれぞれIC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)等のデバイスが形成されたウェーハが用いられる。このウェーハを分割予定ラインに沿って分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが得られる。
デバイスは、ウェーハ上に形成された各種の薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)を含んで構成される。例えば、ウェーハ上に成膜されたSiC薄膜を用いて、パワーデバイスが形成される。SiC薄膜の成膜には、例えば、化学的気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)や物理的気相成長法(PVD:Physical Vapor Deposition)によってウェーハ上にSiC薄膜をエピタキシャル成長させる手法が用いられる。
ウェーハにデバイスを形成する際には、まず、テスト用のウェーハ(テストウェーハ)上に各種の薄膜を試験的に形成し、デバイスの形成に適したプロセスの条件(成膜条件等)を選定する作業が行われる。そして、選定された条件が実際のデバイスの形成プロセスに反映され、デバイスが形成される。なお、一度テストに用いられた使用済みのテストウェーハは破棄され、次の試験では新たなテストウェーハが用いられる。
近年では、コストの削減を図るため、テストウェーハを再生して再利用する技術が提案されている。例えば特許文献1には、サンドブラスト装置を用いたウェーハの再生方法が開示されている。この手法では、ウェーハに研磨材を吹きつけることによって、ウェーハに形成された薄膜を除去する。このように薄膜が除去されたウェーハは、研磨装置を用いた研磨加工によって平坦化された後、再度テストウェーハとして利用される。
特開2001-237201号公報
上記のように、ウェーハ上に形成された薄膜をサンドブラストによって除去する場合には、ウェーハの再生工程において、ウェーハに研磨加工を施す研磨装置に加えて、薄膜を除去するためのサンドブラスト装置を別途準備及び稼働する必要がある。そのため、ウェーハの再生に要する工程数とコストが増大する。また、サンドブラストによってウェーハに研磨材が吹き付けられると、ウェーハがダメージを受け(クラックの発生等)、再生後のウェーハの品質が低下する恐れがある。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、工程数及びコストの増大を抑制しつつ、ウェーハを高品質に再生させることが可能なウェーハの再生方法の提供を目的とする。
本発明の一態様によれば、第1面及び第2面を備え、該第1面側に珪素化合物でなる膜が形成されたウェーハの再生方法であって、研磨装置のチャックテーブルによって、該ウェーハを、該第1面側が露出し該第2面側が該チャックテーブルの保持面と対向するように保持する保持工程と、該ウェーハの該第1面側に酸性研磨液を供給しながら、該ウェーハの該第1面側を該研磨装置に装着された研磨パッドで研磨して、該膜を除去する除去工程と、該ウェーハの該第1面側にアルカリ性研磨液を供給しながら、該膜が除去された該ウェーハの該第1面側を該研磨パッドで研磨する研磨工程と、を備えるウェーハの再生方法が提供される。なお、好ましくは、該ウェーハは、シリコンウェーハである。また、好ましくは、該研磨工程では、該除去工程における該チャックテーブル及び該研磨パッドの回転を継続させた状態で、該酸性研磨液の供給を停止するとともに該アルカリ性研磨液を供給する。
本発明の一態様に係るウェーハの再生方法は、酸性研磨液を供給しながらウェーハの第1面側を研磨パッドで研磨して、ウェーハの第1面側に形成された珪素化合物でなる膜を除去する除去工程と、アルカリ性研磨液を供給しながら珪素化合物でなる膜が除去されたウェーハの第1面側を研磨パッドで研磨する研磨工程とを備える。
上記のウェーハの再生方法を用いると、珪素化合物でなる膜を除去する処理と、ウェーハを平坦化(鏡面化)する処理とを、1台の研磨装置によって連続して実施することができる。これにより、ウェーハの再生に要する工程数及びコストの低減を図ることができる。また、上記のウェーハの再生方法では、珪素化合物でなる膜の除去にサンドブラストを用いる必要がない。そのため、ウェーハに研磨材が吹き付けられることによってウェーハがダメージを受けることを回避でき、再生されたウェーハの品質低下が防止される。
研磨装置を示す斜視図である。 ウェーハを示す斜視図である。 除去工程における研磨装置を示す断面図である。 研磨工程における研磨装置を示す断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の一態様に係る実施形態を説明する。本実施形態では、研磨装置を用いてウェーハの再生を行う。まず、本実施形態に係るウェーハの再生方法に用いることが可能な研磨装置の構成例について説明する。図1は、研磨装置2を示す斜視図である。研磨装置2は、ウェーハに対して研磨加工を施す加工装置である。
研磨装置2は、研磨装置2を構成する各構成要素を支持する基台4を備える。基台4上の前方側には、カセット載置台6a,6bが設けられている。カセット載置台6a,6b上にはそれぞれ、複数のウェーハ11を収容可能なカセット8a,8bが載置される。例えば、カセット8aには研磨加工前のウェーハ11が収容され、カセット8bには研磨加工後のウェーハ11が収容される。
図2は、ウェーハ11を示す斜視図である。ウェーハ11は、例えば円盤状に形成されたシリコンウェーハであり、表面(第1面)11a及び裏面(第2面)11bを備える。なお、ウェーハ11の形状及び大きさに制限はない。例えばウェーハ11は、デバイスチップを製造する際に、プロセスの条件の選定に用いられたテスト用のウェーハである。
デバイスチップの製造工程では、互いに交差する複数の分割予定ライン(ストリート)によって区画された複数の領域にそれぞれIC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)等のデバイスが形成されたウェーハが用いられる。このデバイスは、ウェーハ上に形成された各種の薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)を含んで構成されている。
ウェーハにデバイスを形成する際には、まず、テスト用のウェーハ(テストウェーハ)上に各種の薄膜を試験的に形成し、デバイスの形成に適したプロセスの条件(成膜条件等)を選定する作業が行われる。そして、選定された条件が実際のデバイスの形成プロセスに反映され、デバイスが形成される。
ここで、薄膜が形成された使用済みのテストウェーハから薄膜を除去し、次いでテストウェーハを研磨して平坦化することにより、テストウェーハを再生することができる。そして、再生されたテストウェーハを薄膜形成のテストに再利用することにより、コストの削減を図ることができる。
図2に示すウェーハ11としては、例えば、上記のようにプロセスの条件を選定するための膜が形成された使用済みのテストウェーハが用いられる。そして、研磨装置2(図1参照)を用いてウェーハ11に研磨加工を施すことにより、ウェーハ11の再生が行われる。
なお、ウェーハ11の表面11a側には、珪素化合物でなる膜(珪素化合物膜)が形成されている(不図示)。この珪素化合物膜は、プロセスの条件を選定する際に試験的に形成された薄膜である。なお、珪素化合物の例としては、珪素と、酸素、窒素又は炭素と、を含む化合物(SiC、SiN、SiON、SiCN、SiO等)が挙げられる。この珪素化合物膜は、デバイスを構成する絶縁膜や半導体膜等に対応する。なお、珪素化合物膜は、ウェーハ11の表面11a側の全体に形成されていてもよいし、一部に形成されていてもよい。
また、ウェーハ11の裏面11b側には、テープ13が貼付される。このテープ13は、ウェーハ11を研磨装置2で研磨する際(図3及び図4参照)にウェーハ11の裏面11b側を保護する保護テープである。テープ13は、例えば、可撓性を有するフィルム状の基材と、基材上に形成された糊層(接着層)とによって構成される。基材には、例えばPO(ポリオレフィン)、PET(ポリエチレンテレフタラート)、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等が用いられる。また、糊層には、例えばシリコーンゴム、アクリル系材料、エポキシ系材料等が用いられる。
ウェーハ11は、テープ13が貼付された状態で、図1に示すカセット8aに収容される。そして、複数のカセット8aを収容したカセット8aが、カセット載置台6a上に載置される。
基台4の上面側の、カセット載置台6aとカセット載置台6bとの間に位置する領域には、開口4aが形成されている。この開口4aの内部には、ウェーハ11を搬送する第1搬送機構10が設けられている。また、開口4aの前方の領域には、研磨加工の加工条件等を入力するための操作パネル12が設置されている。
第1搬送機構10の斜め後方には、ウェーハ11の位置を調整する位置調整機構14が設けられている。カセット8aに収容されたウェーハ11は、第1搬送機構10によって位置調整機構14上に搬送され、位置調整機構14によってウェーハ11の位置が調整される。また、位置調整機構14の近傍には、ウェーハ11を保持して旋回する第2搬送機構(ローディングアーム)16が配置されている。
基台4の上面側の、第2搬送機構16の後方に位置する領域には、平面視で矩形状の開口4bが設けられている。この開口4bは、長手方向がX軸方向(加工送り方向、前後方向)に沿うように形成されている。開口4bの内部には、ボールネジ式のX軸移動機構18と、X軸移動機構18の一部を覆う防塵防滴カバー20とが配置されている。また、X軸移動機構18は移動テーブル22を備えており、X軸移動機構18によって移動テーブル22のX軸方向における位置が制御される。
移動テーブル22上には、ウェーハ11を保持するチャックテーブル(保持テーブル)24が設けられている。チャックテーブル24の上面は、ウェーハ11を保持する保持面24aを構成する。なお、図1では特に円盤状のウェーハ11の保持を想定して保持面24aが平面視で円形に形成された例を示すが、保持面24aの形状及び大きさは、ウェーハ11の形状、大きさ等に応じて適宜変更できる。
保持面24aは、チャックテーブル24の内部に形成された吸引路24b(図3及び図4参照)を介して吸引源(不図示)と接続されている。位置調整機構14上に配置されたウェーハ11を第2搬送機構16によってチャックテーブル24の保持面24a上に搬送し、吸引源の負圧を保持面24aに作用させることにより、ウェーハ11がチャックテーブル24によって吸引保持される。
X軸移動機構18によって移動テーブル22を移動させると、チャックテーブル24は移動テーブル22とともにX軸方向に沿って移動する。また、チャックテーブル24はモータ等の回転駆動源(不図示)と接続されており、この回転駆動源はチャックテーブル24をZ軸方向(鉛直方向、上下方向)に概ね平行な回転軸の周りで回転させる。
基台4の後端には直方体状の支持構造26が設けられており、支持構造26の前面側にはZ軸移動機構28が設けられている。Z軸移動機構28は、支持構造26の前面側にZ軸方向に沿うように配置された一対のZ軸ガイドレール30を備え、一対のZ軸ガイドレール30にはZ軸移動プレート32がZ軸方向に沿ってスライド可能な状態で取り付けられている。
Z軸移動プレート32の後面側(裏面側)にはナット部(不図示)が設けられており、このナット部にはZ軸ガイドレール30と概ね平行に配置されたZ軸ボールネジ34が螺合されている。また、Z軸ボールネジ34の一端部にはZ軸パルスモータ36が連結されている。Z軸パルスモータ36によってZ軸ボールネジ34を回転させると、Z軸移動プレート32がZ軸ガイドレール30に沿ってZ軸方向に移動する。
Z軸移動プレート32の前面側(表面側)には、前方に突出する支持具38が設けられている。支持具38は、ウェーハ11に研磨加工を施す研磨ユニット(研磨手段)40を支持している。研磨ユニット40は、支持具38に固定される円筒状のハウジング42を備え、ハウジング42には回転軸となる円筒状のスピンドル44が回転可能な状態で収容されている。
スピンドル44の先端部(下端部)はハウジング42の外部に露出しており、このスピンドル44の先端部には円盤状のマウント46が固定されている。また、マウント46の下面側には、マウント46と概ね同径に構成された円盤状の研磨パッド48が装着される。研磨パッド48の装着は、例えばボルト50でマウント46と研磨パッド48とを固定することによって行われる。ただし、研磨パッド48の装着方法に制限はない。
ウェーハ11を研磨する際は、研磨ユニット40によって研磨される面(被加工面)が上方に露出するようにウェーハ11をチャックテーブル24によって保持する。そして、X軸移動機構18によってチャックテーブル24を移動させ、チャックテーブル24を研磨パッド48の下方に位置付ける。
その後、チャックテーブル24とスピンドル44とをそれぞれ所定の方向に所定の回転数で回転させながら、研磨パッド48を所定の速度で下降させ、研磨パッド48をウェーハ11の被加工面と接触させる。これにより、ウェーハ11が研磨パッド48によって研磨される。
研磨ユニット40の内部には、研磨ユニット40をZ軸方向に沿って貫く研磨液供給路52が形成されている。研磨液供給路52の一端側(上端側)は、バルブ54aを介して第1研磨液供給源(酸性研磨液供給源)56aに接続されるとともに、バルブ54bを介して第2研磨液供給源(アルカリ性研磨液供給源)56bに接続されている。
第1研磨液供給源56aは、バルブ54aを介して研磨液供給路52に第1研磨液(酸性研磨液)を供給する。また、第2研磨液供給源56bは、バルブ54bを介して研磨液供給路52に第2研磨液(アルカリ性研磨液)を供給する。後述の通り、酸性研磨液はウェーハ11上に形成された珪素化合物膜の除去に用いられ、アルカリ性研磨液はウェーハ11の平坦化処理に用いられる。
なお、酸性研磨液としては、例えば過マンガン酸塩等が溶解した酸性溶液を用いることができる。また、アルカリ性研磨液としては、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等が溶解したアルカリ溶液を用いることができる。ただし、酸性研磨液の材料はウェーハ11上に形成された珪素化合物膜の材質等に応じて適宜選択できる。また、アルカリ性研磨液の材料はウェーハ11の材質等に応じて適宜選択できる。
チャックテーブル24によって保持されたウェーハ11を研磨パッド48によって研磨する際には、酸性研磨液又はアルカリ性研磨液が研磨液供給路52を介してウェーハ11及び研磨パッド48に供給される。なお、研磨液の供給の具体的な態様については後述する(図3及び図4参照)。
第2搬送機構16と隣接する位置には、ウェーハ11を保持して旋回する第3搬送機構(アンローディングアーム)58が配置されている。また、第3搬送機構58の前方側には、ウェーハ11を洗浄する洗浄機構(洗浄手段)60が配置されている。研磨ユニット40によって研磨されたウェーハ11は、第3搬送機構58によって洗浄機構60に搬送され、洗浄機構60によって洗浄される。そして、洗浄後のウェーハ11は、第1搬送機構10によって搬送されカセット8bに収容される。
上記の研磨装置2でウェーハ11を研磨することにより、ウェーハ11が再生される。以下、研磨装置2を用いたウェーハ11の再生方法の具体例を説明する。
まず、チャックテーブル24によってウェーハ11を保持する(保持工程)。例えばウェーハ11は、表面11a側が上方に露出し、裏面11b側(テープ13側)が保持面24aと対向するように、チャックテーブル24上に配置される(図3及び図4参照)。なお、前述の通り、ウェーハ11の表面11a側には珪素化合物膜が形成されている。この状態で、保持面24aに吸引源の負圧を作用させることにより、ウェーハ11がチャックテーブル24によって吸引保持される。
次に、ウェーハ11の表面11a側に酸性研磨液を供給しながら、研磨パッド48でウェーハ11の表面11a側を研磨して、珪素化合物膜を除去する(除去工程)。図3は、除去工程における研磨装置2を示す断面図である。
図3に示すように、研磨ユニット40が備えるマウント46の下面側には、研磨パッド48が装着されている。研磨パッド48は、ステンレス、アルミニウム等の金属材料や、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の樹脂でなる、円盤状の基台70を備える。
基台70の下面側には、ウェーハ11を研磨する研磨層72が固定されている。研磨層72は、基台70と概ね同径の円盤状に形成されている。研磨層72は、例えば接着剤によって基台70の下面側に貼付されている。また、研磨層72の下面は、ウェーハ11の被加工面を研磨する研磨面72aを構成する。
研磨層72は、例えば不織布や発泡ウレタンに砥粒(固定砥粒)を分散させることによって形成される。砥粒としては、例えば粒径が0.1μm以上10μm以下程度のシリカ(SiO)を用いることができる。ただし、研磨層72の材質、砥粒の粒径及び材質は、ウェーハ11の材質等に応じて適宜変更できる。
また、研磨ユニット40の内部には、研磨液供給路52が形成されている。研磨液供給路52は、スピンドル44、マウント46、基台70、及び研磨層72の中心部を貫通する貫通孔によって構成されており、研磨液供給路52の下端側は研磨層72の研磨面72aの中心部で下方に向かって開口している。研磨液供給路52には、第1研磨液供給源56aからバルブ54aを介して酸性研磨液が供給されるとともに、第2研磨液供給源56bからバルブ54bを介してアルカリ性研磨液が供給される。
除去工程では、まず、ウェーハ11を保持したチャックテーブル24を移動させ、研磨パッド48の下方にウェーハ11を配置する。そして、チャックテーブル24とスピンドル44をそれぞれ所定の方向に所定の回転数で回転させながら、Z軸移動機構28(図1参照)によって研磨ユニット40を所定の速度で下降させる。これにより、研磨層72の研磨面72aが、Z軸方向と概ね平行な回転軸の周りを回転しながらウェーハ11の表面11a側に押し当てられる。
また、除去工程では、バルブ54aを開くとともにバルブ54bを閉じて、第1研磨液供給源から研磨液供給路52に酸性研磨液を供給する。これにより、ウェーハ11の表面11a側に酸性研磨液が供給されながら、ウェーハ11の表面11a側が研磨層72の研磨面72aによって研磨される。その結果、ウェーハ11の表面11a側に形成された珪素化合物膜が除去される。
酸性研磨液を用いたウェーハ11の研磨は、ウェーハ11の表面11a側に形成された珪素化合物膜の除去が完了するまで継続される。そして、珪素化合物膜の除去が完了すると、バルブ54aが閉じ、ウェーハ11への酸性研磨液の供給が停止される。例えば、予め珪素化合物膜の除去に必要な研磨時間が算出され、ウェーハ11の研磨開始後、該研磨時間が経過したときに、酸性研磨液の供給が停止される。
次に、ウェーハ11の表面11a側にアルカリ性研磨液を供給しながら、研磨パッド48でウェーハ11の表面11a側を研磨する(研磨工程)。図4は、研磨工程における研磨装置2を示す断面図である。
研磨工程では、除去工程におけるチャックテーブル24及び研磨パッド48の回転を継続させた状態で、バルブ54aを閉じるとともにバルブ54bを開く。これにより、第1研磨液供給源56aから研磨液供給路52への酸性研磨液の供給が停止されるとともに、第2研磨液供給源56bから研磨液供給路52にアルカリ性研磨液が供給される。そして、珪素化合物膜が除去されたウェーハ11の表面11a側にアルカリ性研磨液が供給されながら、ウェーハ11の表面11a側が研磨層72の研磨面72aによって研磨される。
研磨工程を実施すると、ウェーハ11が薄化されるとともに、ウェーハ11の表面11a側が平坦化(鏡面化)される。これにより、ウェーハ11が再生され、ウェーハ11の表面11a側に再度珪素化合物膜等を形成してプロセスの条件の選定等を行うことが可能となる。
上記の通り、除去工程から研磨工程への移行は、ウェーハ11に供給される研磨液を、酸性研磨液からアルカリ性研磨液に切り替えることによって行われる。このとき、ウェーハ11にいずれの研磨液も供給されない期間が生じることを防ぐため、一時的に酸性研磨液とアルカリ性研磨液の両方がウェーハ11に供給されてもよい。この場合、バルブ54aが開きバルブ54bが閉じた状態、バルブ54a,54bの両方が開いた状態、バルブ54aが閉じてバルブ54bが開いた状態が、順に切り替わる。
その後、洗浄機構60(図1参照)によってウェーハ11の洗浄が行われる。除去工程及び研磨工程の実施後、ウェーハ11には、研磨加工によって発生した屑(加工屑)や研磨液等が付着していることがある。そのため、洗浄工程ではウェーハが洗浄液(純水等)で洗浄される。これにより、ウェーハ11に付着した加工屑や研磨液が洗い流される。
以上の通り、本実施形態に係るウェーハの再生方法は、酸性研磨液を供給しながらウェーハ11の表面11a側を研磨パッド48で研磨して、ウェーハ11の表面11a側に形成された珪素化合物膜を除去する除去工程と、アルカリ性研磨液を供給しながら珪素化合物膜が除去されたウェーハ11の表面11a側を研磨パッド48で研磨する研磨工程とを備える。
上記のウェーハの再生方法を用いると、珪素化合物膜を除去する処理と、ウェーハ11の表面11aを平坦化(鏡面化)する処理とを、1台の研磨装置2によって連続して実施することができる。これにより、ウェーハ11の再生に要する工程数及びコストの低減を図ることができる。また、上記のウェーハの再生方法では、珪素化合物膜の除去にサンドブラストを用いる必要がない。そのため、ウェーハ11に研磨材が吹き付けられることによってウェーハ11がダメージを受けることを回避でき、再生されたウェーハ11の品質低下が防止される。
その他、上記実施形態に係る構造、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 ウェーハ
11a 表面(第1面)
11b 裏面(第2面)
13 テープ
2 研磨装置
4 基台
4a,4b 開口
6a,6b カセット載置台
8a,8b カセット
10 第1搬送機構
12 操作パネル
14 位置調整機構
16 第2搬送機構(ローディングアーム)
18 X軸移動機構
20 防塵防滴カバー
22 移動テーブル
24 チャックテーブル(保持テーブル)
24a 保持面
24b 吸引路
26 支持構造
28 Z軸移動機構
30 Z軸ガイドレール
32 Z軸移動プレート
34 Z軸ボールネジ
36 Z軸パルスモータ
38 支持具
40 研磨ユニット(研磨手段)
42 ハウジング
44 スピンドル
46 マウント
48 研磨パッド
50 ボルト
52 研磨液供給路
54a,54b バルブ
56a 第1研磨液供給源(酸性研磨液供給源)
56b 第2研磨液供給源(アルカリ性研磨液供給源)
58 第3搬送機構(アンローディングアーム)
60 洗浄機構(洗浄手段)
70 基台
72 研磨層
72a 研磨面

Claims (3)

  1. 第1面及び第2面を備え、該第1面側に珪素化合物でなる膜が形成されたウェーハの再生方法であって、
    研磨装置のチャックテーブルによって、該ウェーハを、該第1面側が露出し該第2面側が該チャックテーブルの保持面と対向するように保持する保持工程と、
    該ウェーハの該第1面側に酸性研磨液を供給しながら、該ウェーハの該第1面側を該研磨装置に装着された研磨パッドで研磨して、該膜を除去する除去工程と、
    該ウェーハの該第1面側にアルカリ性研磨液を供給しながら、該膜が除去された該ウェーハの該第1面側を該研磨パッドで研磨する研磨工程と、を備えることを特徴とするウェーハの再生方法。
  2. 該ウェーハは、シリコンウェーハであることを特徴とする請求項1に記載のウェーハの再生方法。
  3. 該研磨工程では、該除去工程における該チャックテーブル及び該研磨パッドの回転を継続させた状態で、該酸性研磨液の供給を停止するとともに該アルカリ性研磨液を供給することを特徴とする請求項1又は2に記載のウェーハの再生方法。
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