JP2017045990A - ウェハの表面処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゲッタリング能を低下させることなく、生産性の向上を図ることができるウェハの表面処理装置構造を提供する。【解決手段】ウェハＷを保持して回転させる基板保持機構と、基板保持機構に保持されたウェハＷの一面側に押圧されてウェハＷの一面を鏡面に仕上げ研磨をするドレッサと、備えるウェハの表面処理装置において、ドレッサ１９は、ウエット状態で、ウェハＷの一面側にＥＧ層３０を設けて鏡面状に仕上げるＥＧパッド２３を有する、構成とした。【選択図】図２

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、半導体ウエハ(以下、単に「ウェハ」という)の表面をゲッタリング能を持たせて研磨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、シリコンウェハの中の不純物である重金属の混入が挙げられる。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。ゲッタリングは、シリコン基板の表面にデバイス形成を行うデバイス前工程での重金属汚染防止を目的としている。

図１３は、従来技術において、研削前におけるシリコンウェハの部分断面図である。図１３に示されるように、一般的なウェハＷの表面５１側には、無欠陥層５２が形成され、その無欠陥層５２の表面に複数個の半導体素子５６が設けられている。また、これら半導体素子５６を保護するために、裏面研削時には、表面保護フィルム５７がウェハＷの表面５１に貼り付けられる。一方、ウェハＷの裏面５３側には、エクストリンシック・ゲッタリング(Entrinsic Gettering)層（通称、「ＥＧ層」）５４が形成されている。さらに、無欠陥層５２とＥＧ層５４との間には、バルク欠陥層、すなわちイントリンシック・ゲッタリング(intrinsic getterring)層５５(通称、「ＩＧ層５５」)が形成されている。

そして、これらＥＧ層５４とＩＧ層５５のゲッタリング効果により、デバイス前工程での重金属汚染の防止を図るようにしている(例えば、特許文献１参照)。

特開２０１０−２８７８５５号公報。

しかしながら、近年の薄化されたウェハＷでは、ウェハＷ内にＩＧ層５５を深さ方向(厚み方向)に精度良く生成することが困難であった。

そこで、最近の薄化プロセスでは、ＩＧ層５５は作らずに、ドライポリッシュにスクラッチ砥粒を含ませてなるゲッタリングドライポリッシュ等のハイメッシュ砥石を使用して、ＥＧ層５４だけを形成している場合もある。しかしながら、ドライポリッシュでＥＧ層５４を形成する場合では、ウェハＷにおける裏面の研削・研磨と同時に鏡面状をしたＥＧ層を形成することが困難であり、別々に行うことも少なくなかった。このため、生産性がよくなく、コストアップになっているという問題点があった。

そこで、ゲッタリング能を低下させることなく、生産性の向上を図ることができるウェハの表面処理装置構造と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、ウェハを保持して回転させる基板保持機構と、前記基板保持機構に保持された前記ウェハの一面を鏡面状に仕上げ研磨するドレッサと、備えるウェハの表面処理装置において、前記ドレッサは、ウエット状態で、前記ウェハの一面側にゲッタリング層を設けて前記鏡面状に仕上げる表面処理パッドを有する、ウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、ウェハの一面における研削ダメージを除去して鏡面状に仕上げるのと同時に、ウェハ裏面にゲッタリング層を形成することができる。しかも、ウエット状態で加工処理を行うので、表面処理パッドとウェハとの間の潤滑性が得られ、ウェハの裏面全体の加工を均一にすることが可能になる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記表面処理パッドは、少なくともSiC砥粒を混入させた樹脂材と、該樹脂材を含浸させた不織布と、で構成されて
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、SiC砥粒を混入させた樹脂材を不織布に含浸してなる表面処理パッドを使用して、ウェハの一面の研削ダメージを除去してその一面を鏡面状に仕上げるのと同時に、その一面にゲッタリング層を形成することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記表面処理パッドは、少なくともSiC砥粒を混入させた樹脂材と、該樹脂材を混入させたポリウレタン樹脂又はメラミン素材と、で構成さ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、SiC砥粒を混入させた樹脂材を、ポリウレタン又はメラミン素材に含浸してなる表面処理パッドを使用して、ウェハの一面の研削ダメージを除去してその一面を鏡面状に仕上げるのと同時に、その一面にゲッタリング層を形成することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の構成において、前記表面処理パッドによる前記鏡面仕上げ加工時に、前記ウェハと前記表面処理パッドの間にアルカリ液を供給する手段を備える、ウェハの表面処理装置を提供することができる。

この構成によれば、前記ドレッサによる前記鏡面仕上げ加工時に、前記ウェハと前記パッドとの間にアルカリ液を供給して潤滑性を与えるゲッタリング層を形成することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４に記載の構成において、前記表面処理パッドの研磨面を研磨するドレッシング工程と、研磨助剤と共に前記ウェハの一面を鏡面化しつつ、該一面に前記ゲッタリング層を形成する生地研磨工程と、を順に実施するウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、ドレッシング工程と、生地研磨工程を順に経て、ウェハの一面側における鏡面状の仕上げとゲッタリング層の形成を連続して行うことができるので、生産性の向上が期待できる。

請求項６記載の発明は、請求項５に記載の構成において、前記生地研磨工程は、前記ウェハの一面を粗研磨する第１生地研磨工程と、前記ウェハの一面を精研磨する第２生地研磨工程とでなる、ウェハの表面処理装置を提供する。

この構成よれば、第１生地研磨工程で粗研磨して鏡面加工を行った後、連続して第２生地研磨工程で精研磨してゲッタリング層を形成することができるので、生産性の向上が期待できる。

請求項７記載の発明は、請求項５又は６に記載の構成において、前記表面処理パッドの研磨面を整えるパッドドレッサを備える、ウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、ウェハの一面を研磨する前に、パッドドレッシング工程で表面処理パッドの研磨面を研磨して整え、その後、研磨工程においてゲッタリング層を形成することができるので、研磨加工が安定する。

請求項８記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記ウェハと前記表面処理パッドとの間にアルカリ性の研磨助剤を供給しながら、前記表面処理パッドを前記ウェハに押圧し、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを回転させて、前記ウェハの一面を鏡面状に研磨すると共に前記ゲッタリング層を生成する表面処理工程を実施するウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、表面処理パッドがウェハの一面の研削ダメージを除去して鏡面状に仕上げると共にウェハにゲッタリング層を生成するため、研磨工程とＥＧ層生成工程との間に重金属がウェハ内に混入することを抑制することができる。さらに、ウェハの研磨とゲッタリング層の生成を並行して行うため、従来のようにこれらを独立して行う場合と比べて、表面処理工程を効率良く行うことができる。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の構成において、前記表面処理工程の後に、前記ウェハと前記表面処理パッドとの間に純水を供給しながら、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを回転させて、前記ウェハの一面に残存する研磨助剤を洗い流すリンス工程を実施するウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、表面処理工程後にウェハ上に残存した研磨助剤を洗い流すことにより、ウェハが研磨助剤で腐食することを抑制できる。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の構成において、前記リンス工程において、前記ウェハと前記表面処理パッドとが非接触状態で回転するウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、ウェハと表面処理パッドとが回転することでウェハと表面処理パッドとの間に介在する純水中に水流が形成されることにより、ウェハ上に残存した研磨助剤がスムーズに洗い流されるため、ウェハが研磨助剤で腐食することを抑制できる。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の構成において、前記リンス工程において、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを相対的に逆回転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、ウェハと表面処理パッドとが相対的に逆向きに回転することでウェハと表面処理パッドとの間に介在する純水中に複雑な水流が形成されることにより、ウェハ上に残存した研磨助剤がスムーズに洗い流されるため、ウェハが研磨助剤で腐食することをさらに抑制できる。

請求項１２記載の発明は、請求項９乃至１１の何れか１項記載の構成において、前記表面処理工程及び前記リンス工程の間に、前記表面処理パッドの加工面にパットドレッサを押圧して該加工面を払拭するドレッシング工程を実施するウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、リンス工程の前に、パットドレッサによって表面処理パッドに残存した研磨助剤が取り除かれるため、リンス工程において研磨助剤が表面処理パッドからウェハに研磨助剤が移って、ウェハが研磨助剤で腐食することを抑制できる。

請求項１３記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記表面処理パッドは、前記基板保持機構に対向して配置され、砥粒を混入した樹脂材をパッド基材に含浸させて成るＥＧパッドを有し、前記研磨助剤が前記樹脂材を加水分解させて前記砥粒の少なくとも一部を前記表面処理パッドから遊離させて、前記ＥＧパッドで前記ウェハを押圧すると共に前記基板保持機構及び前記ＥＧパッドを回転させることにより、前記ウェハに前記ゲッタリング層を生成するウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、ＥＧパッドに含まれる砥粒（固定砥粒）がウェハの一面に押し当てられると共に、ＥＧパッドから遊離した砥粒（遊離砥粒）がＥＧパッド上をランダムに転動することにより、ゲッタリング層内に様々な向きのスクラッチがランダムに形成されるため、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形成することができる。

請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の構成において、前記樹脂材は、ポリウレタン樹脂であるウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、研磨助剤がポリウレタン樹脂から成る樹脂材を加水分解させることにより、ＥＧパッドに含まれる砥粒の一部が遊離砥粒として遊離し、ゲッタリング層内に様々な向きのスクラッチがランダムに形成されるため、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形成することができる。

請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の構成において、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドは、相対的に逆回転するウェハの表面処理装置を提供する。

この構成によれば、ウェハとＥＧパッドとが相対的に逆向きに回転することでウェハとＥＧパッドとの間に介在する研磨助剤中に複雑な水流が形成されることにより、この水流によって遊離砥粒がＥＧパッド及びウェハの間をランダムに転動し易くなり、ゲッタリング層内に様々な向きのスクラッチがランダムに形成されるため、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形成することができる。

請求項１６記載の発明は、請求項１３乃至１５の何れか１項記載の構成において、前記表面処理パッドは、前記基板保持機構の上方に配置さ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、遊離砥粒を含む研磨助剤がウェハ上に残存して、遊離砥粒が表面処理パッド及びウェハの間で長期に亘って転動することにより、ゲッタリング層内にスクラッチが効率的に形成されるため、高密度のスクラッチから成るゲッタリング層を形成することができる。

請求項１７記載の発明は、請求項１３乃至１６の何れか１項記載の構成において、前記表面処理パッドは、前記ＥＧパッドを支持するパッド支持体と、前記ＥＧパッドと前記パッド支持体との間に介装され、前記ＥＧパッドより軟らかいサブパッドと、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、ウェハのうねりや反りに応じてサブパッドが変形することにより、ＥＧパッドがウェハの表面形状に追従してウェハにゲッタリング層を生成するため、ウェハの表面形状にかかわらず、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。

本発明によれば、ウェハの一面における研削ダメージを除去して鏡面状に仕上げると同時に、ウェハＷの裏面にゲッタリング層を形成することができるので、ゲッタリング能を低下させることなく、半導体プロセスにおける生産性の向上を図ることができる。また、ウエット状態で加工処理を行うので、表面処理パッドとウェハとの間の潤滑性が得られ、ウェハの裏面全体の加工を均一にすることが可能になり、加工精度が向上する。

本発明の一実施例を適用したウェハの表面処理装置の概略構成平面図である。 図１に示した同上ウェハの表面処理装置におけるテクスチャリングユニットの部分側面図で、(ａ)はＥＧパッドユニットを説明する図、(ｂ)はパットドレスユニットを説明する図である。 図１に示した同上ウェハ処理において処理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。 同上ウェハの表面処理装置のテクスチャリングユニットにおける加工処理手順を説明する模式図で、(ａ)は第１ドレス工程の説明図、(ｂ)は第１生地研磨工程の説明図、(ｃ)は第２生地研磨工程の説明図、(ｄ)はリンス工程の説明図、(ｅ)は第２ドレス工程の説明図、(ｆ)は水研磨工程の説明図である。 同上ウェハの表面処理装置のテクスチャリング処理の手順を説明するフローチャートである。 本発明の変形例を適用したウェハの表面処理装置の概略構成平面図である。 図６に示した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ＥＧパッドユニットを説明する図、(ｂ)はパットドレスユニットを説明する図である。 図６に示すウェハの表面処理装置を用いてウェハを加工処理する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。 ウェハにＥＧ層を生成する様子を模式的に示す図である。 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。 チルト機構を備えた表面処理パッドを示す模式図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。 従来技術のウェハの表面処理装置において研削されたウェハの一例を示し、(ａ)はその部分断面図、(ｂ)はその部分拡大斜視図である。

本発明は、ゲッタリング能を低下させることなく、生産性の向上を図ることができるウェハの表面処理装置構造とするという目的を達成するために、ウェハを保持して回転させる基板保持機構と、前記基板保持機構に保持された前記ウェハの一面を鏡面状に仕上げ研磨するドレッサと、備えるウェハの表面処理装置において、前記ドレッサは、ウエット状態で、前記ウェハの一面側にゲッタリング層を設けて前記鏡面状に仕上げる表面処理パッドを有する、構成としたことにより実現した。

以下、本発明の実施形態によるウェハの表面処理装置を図１乃至図５を参照しながら、好適な実施例について詳細に説明する。

図１は本発明を適用したウェハの表面処理装置の一実施例を示す概略構成平面である。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、研磨ユニット１８及びテクスチャリングユニット１９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２０ｂ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２０ｂを仕上げ研削する。さらに、研磨ユニット１８は、後述する研磨布を用いつつ、ウェハＷの裏面を研磨する。

図２は、ウェハＷの一面を鏡面状に仕上げ研磨をするドレッサであるテクスチャリングユニット１９の部分側面図である。テクスチャリングユニット１９は、図２の(ａ)に示されるＥＧパッドユニット１９ａと、図２の(ｂ)に示されるパットドレスユニット１９ｂとでなる。

図２の(ａ)に示される前記ＥＧパッドユニット１９ａ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３２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３２の下面には同じく円板状をしたサブパッド３３が樹脂性接着剤３４を介して接着固定され、更にサブパッド３３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２３が樹脂材３４を介して接着固定され、これらパッド支持体３２、サブパッド３３、ＥＧパッド２３が一体化されている。したがって、これらパッド支持体３２、サブパッド３３、ＥＧパッド２３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。

そのＥＧパッド２３は、厚みが４．８ｍｍ程の円板状に形成された不織布に、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、厚みが４．８ｍｍ程の円板状に形成された不織布に含浸させてなる。その不織布に樹脂材と共に含浸された砥粒は、ウェハＷの裏面２０ｂに極微細なダメージを与えてゲッタリング層(ＥＧ層３０)を形成するのに寄与する。なお、不織布の代わりに、ポリウレタン樹脂やメラミン素材を使用し、それらの素材内にＳｉＣ、タングステン、アルミナ等の砥粒を混入させたものでもよい。一方、サブパッド３３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、加工時における面追従に寄与するようにして設けられている。

図２の(ｂ)に示されるパットドレスユニット１９ｂは、図示しないモータの出力軸２６に、パッドドレッサ２７が水平回転可能に取り付けられている。なお、パッドドレッサ２７は、本例ではＥＧパッド２３の下面(パッド面)と対向する円板状に形成された不織布２８の上面(パッド面)に、ダイヤモンド砥粒を樹脂材内に含浸させた研磨層２９を設けてなる研削面ダイヤモンドドッサである。

そして、ウェハの表面処理装置１０では、前記テクスチャリングユニット１９において、ウェハＷの一面、すなわちウェハＷの裏面２０ｂ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３０を設けつつ、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。なお、テクスチャリングユニット１９にあっては、図示しないがウェハＷとＥＧパッド２３との間に、アルカリ液及び水(純水)を供給可能になっている。なお、ここでのアルカリ液は、例えばアミン系（ピペラジン等）を含む溶液（5〜10％）を希釈して使用する。

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、その裏面２０ｂが上方を向いた状態でチャック部１２ａに吸引保持される。そのチャック部１２ａは洗浄ユニット１４により予め洗浄されているものとする。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。しかし、このことは公知であるので説明を省略する。

粗研削ユニット１６においてはウェハＷの裏面２０ｂ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２０ｂは仕上げ研削砥石（図示しない）により公知の手法で仕上げ研削される。

また、仕上げ研削後にターンテーブル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から研磨ユニット１８及びテクスチャリングユニット１９まで移動される。研磨ユニット１８においては、図２に示す研磨ヘッド（図示しない）によりウェハＷの裏面２０ｂ（研削面）はウェットポリッシュされる。

研磨後は、テクスチャリング処理が行われる。図３は、そのテクスチャリング処理をされた後のウェハＷの一例を示すもの、同図(ａ)はそのウェハＷを裏面側から見た全体斜視図、同図(ｂ)はそのウェハ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３に示すウェハＷは、表面２０ａ側に無欠陥層３１が形成され、その無欠陥層３１の表面に複数個の半導体素子２０ｃが設けられている。また、これら半導体素子２０ｃを保護するために、裏面研削時には、保護フィルム２０ｄがウェハＷの表面２０ａに貼り付けられている。一方、裏面２０ｂ側には、エクストリンシック・ゲッタリング(Entrinsic Gettering)層（通称、「ＥＧ層」）３０が形成されている。そのＥＧ層３０は、引っ掻き傷状にしてなり、面粗さ(Ｒａ)1.0nm〜Ra1.7nmで形成される。なお、本例では、無欠陥層３１とＥＧ層３０との間にＩＧ層を設けていない構造を開示しているが、ＩＧ層を設けた構造であってもよい。

図４は、そのテクスチャリング処理の手順を説明する模式図であり、図５はその処理手順を説明するフローチャートである。そこで、次にウェハの表面処理装置１０におけるテクスチャリング処理を、図５のフローチャート(ステップＳ１〜Ｓ６)に従い、また必要に応じて図４の加工処理模式図、及び、図２に示すテクスチャリングユニット１９の部分側面図を用いて説明する。

(１)まず、ウェハＷへの加工処理を行うのに先だって、ＥＧパッド２３に対するドレッシング処理を行う。この処理では、図２の(ｂ)に示すように、ＥＧパッド２３がアーム２１と共に水平回動され、そのＥＧパッド２３がパッドドレッサ２７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２３を回転させながら、そのＥＧパッド２３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パッドドレッサ２７上に、すなわち図４の(ａ)に示すようにＥＧパッド２３を研磨層２９上に３秒程、軽く押し付け、ＥＧパッド２３の研磨面のドレッシングを行い、目立てを行ってＥＧパッド２３における研磨面の形状を整える(ステップＳ１：第１ドレス工程)。

(２)次に、図２の(ａ)に示すように、目立て(ドレッシング)が終わったＥＧパッド２３がアーム２１と共に水平回動されて、チャック部１２ａの上方に移動される。その後、ＥＧパッド２３を回転させながら、そのＥＧパッド２３をウェハＷの厚さ方向に下降させる。そして、図４の(ｂ)に示すように、そのＥＧパッド２３の下面を同じく回転しているチャック部１２ａ上のウェハＷの裏面２０ｂに１０秒程、押圧力０Ｖで軽く接触させるとともに、その間に研磨助剤としてアルカリ液を供給し、そのアルカリ液でウェハＷとＥＧパッド２３との間に潤滑性を付与しながら生地研磨(ポリッシング)、すなわちウェハＷの裏面２０ｂ(研削面)を粗研磨し、そのウェハＷの裏面２０ｂの全体を鏡面化しつつ、そのウェハＷの裏面２０ｂ側に極微細なダメージを与えて、その裏面２０ｂにゲッタリング能を有するスクラッチ面(微細層)、すなわちＥＧ層３０を形成する(ステップＳ２：第１生地研磨工程)。

(３)次に、同じく図２の(ａ)に示す位置において、そのＥＧパッド２３を更にアーム２１と一体にウェハＷの厚さ方向に下降させ、図４の(ｃ)に示すように、回転しているチャック部１２ａ上のウェハＷの裏面２０ｂにＥＧパッド２３の下面を、約３０Ｖの押圧力を加えて軽く接触させる。また、第１生地研磨工程と同じように、その間に同じく研磨助剤としてアルカリ液を供給して、ウェハＷとＥＧパッド２３との間に潤滑性を付与しながら１００秒程、ＥＧパッド２３でウェハＷの裏面２０ｂを生地研磨(ポリッシング)、すなわちウェハＷの裏面２０ｂを精研磨し、そのウェハＷの裏面２０ｂの全体を鏡面化しつつ、該ウェハＷの裏面２０ｂ側にスクラッチ面、すなわちＥＧ層３０を更に形成する(ステップＳ３：第２生地研磨工程)。

(４)また、次に、同じく図２の(ａ)に示す位置において、図４の(ｄ)に示すように、回転しているチャック部１２ａ上のウェハＷの裏面２０ｂとＥＧパッド２３の下面との間に、水(純水)を供給しながら押圧力約０Ｖで軽く３０秒程接触させ、供給された水でリンス処理をし、そのウェハＷの裏面２０ｂのアルカリ分を洗い流して除去する(ステップＳ４：リンス工程)。

(５)また、次に再びＥＧパッド２３に対するドレッシング処理を行う。この処理では、図２の(ｂ)に示すように、ＥＧパッド２３がアーム２１と共に水平回動されて、そのＥＧパッド２３がパッドドレッサ２７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２３を回転させながら、そのＥＧパッド２３をアーム２１と一体にウェハＷの厚さ方向に下降させる。そして、同じく図示せぬモータにより回転しているパッドドレッサ２７上に、すなわち図４の(ｅ)に示すように研磨層２９上にＥＧパッド２３の下面を軽く３秒程押し付け、そのＥＧパッド２３の下面のドレッシングを行い、目立てを行う(ステップＳ５：第２ドレス工程)。

(６)また、次に目立て(ドレッシング)が終わったＥＧパッド２３がアーム２１と共に水平回動されて、そのＥＧパッド２３がチャック部１２ａの上方に移動される。その後、ＥＧパッド２３を回転させながら、そのＥＧパッド２３をウェハＷの厚さ方向に下降させる。そして、図４の(ｆ)に示すように、そのＥＧパッド２３の下面を同じく回転しているチャック部１２ａ上のウェハＷの裏面２０ｂに３０秒程、押圧力０Ｖで軽く接触させて水研磨(ポリッシング)し、そのウェハＷの裏面２０ｂにゲッタリング機能を有するスクラッチ面、すなわち最終的に面粗さ(Ｒａ)が1.0nm〜Ra1.7nmをしたＥＧ層３０を形成する(ステップＳ６：水研磨工程)。

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、ウェハＷの裏面における研削ダメージを除去して鏡面仕上げをするのと同時に、ＥＧ層３０、すなわちゲッタリング層(ＥＧ層３０)を形成することができるので、ゲッタリング能を低下させることなく、半導体プロセスにおける生産性の向上を図ることができる。また、ウエット状態で加工処理を行うので、表面処理パッドとウェハとの間の潤滑性が得られ、ウェハの裏面全体の加工を均一にすることが可能となり、加工精度が向上する。

次に、本発明の変形例を適用したウェハの表面処理装置４０について、図面に基づいて説明する。図６は、ウェハの表面処理装置４０の概略構成平面図である。図７は、ウェハの表面処理装置４０における研磨・テクスチャリングユニット４１の部分側面図である。

ウェハの表面処理装置４０は、上述したウェハの表面処理装置１０と比較して、研磨ユニット１８、テクスチャリングユニット１９が一体化されて、研磨・テクスチャリングユニット４１を構成している点が異なり、その余の構成は共通する。したがって、上述したウェハの表面処理装置１０と共通する構成については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

研磨・テクスチャリングユニット４１では、アーム２１の先端に懸架されたモータ２２の下端にパッド支持体３２を介してＥＧパッド２３が設けられている。ＥＧパッド２３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。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。また、図７（ａ）中の符号３５は、ＥＧパッド２３の加工面２３ａにアルカリ性の研磨助剤又は純水を供給する供給ラインである。供給ライン３５は、図示しない研磨助剤及び純水の供給源に接続されている。

次に、ウェハの表面処理装置４０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８（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８（ｂ）に示すように、ＥＧパッド２３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２３とウェハＷをそれぞれ回転させながら、ＥＧパッド２３を下降させて、ＥＧパッド２３をウェハＷに押圧させる。また、ＥＧパッド２３とウェハＷとの間には、図示しない供給ラインを介して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３０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２３に含まれる砥粒（以下、「固定砥粒」）Ａ１とＥＧパッド２３から遊離した砥粒（以下、「遊離砥粒」）Ａ２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Ａ１がウェハＷの裏面Ｗａに押圧された状態でＥＧパッド２とウェハＷとが回転し、遊離砥粒Ａ２がＥＧパッド２３上を転動する。遊離砥粒Ａ２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、図９に示すようにＥＧパッド２３に含まれる固定砥粒Ａ１の一部がＥＧパッド２３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、ウェハＷ上を遊離砥粒Ａ２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３０を生成する。

研磨・テクスチャリング工程の後に、図８（ｃ）に示すように、ＥＧパッド２３の加工面２３ａ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２３がアーム２１と共に水平回動され、ＥＧパッド２３がパッドドレッサ２７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２３を回転させながら、そのＥＧパッド２３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パッドドレッサ２７上にＥＧパッド２３を軽く押し付け、ＥＧパッド２３の加工面２３ａから厚み方向の所定範囲を払拭し、ＥＧパッド２３の加工面２３ａ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２３ａ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。

クリーニング工程の後に、図８（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２３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２３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２３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２３を互いに逆向きに回転させる。ＥＧパッド２３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２３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３０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１０は、ＥＧパッド２３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１１は、ＥＧパッド２３に含まれる砥石の回転軌道を示す図である。図１２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１０に示すように、ＥＧパッド２３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１０に示すように、オフセット量に応じてＥＧパッド２３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３０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１１（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１１（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２３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１２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。

このような固定砥粒Ａ１が付与するスクラッチに加えて、ＥＧパッド２３は、ＥＧパッド２３上を転動する遊離砥粒Ａ２がスクラッチを形成する。遊離砥粒Ａ２は、上述した固定砥粒Ａ１のように規則的には動かず、ＥＧパッド２３とウェハＷとの間をランダムに動く。したがって、規則的に動く固定砥粒Ａ１とランダムに動く遊離砥粒Ａ２とが協働してウェハＷにスクラッチを付与することにより、ＥＧ層３０内のスクラッチが局所的に疎らになることを抑制できる。

なお、ＥＧ層３０内のスクラッチの密度のバラつきを軽減するために、図１３に示すように、ＥＧパッド２３がチルト機構４２を備えるものであっても構わない。

チルト機構４２は、ＥＧパッド２３の先端側に配置された１つの固定支持部４３と、ＥＧパッド２３の基端側に配置された２つの可動支持部４４と、を備えている。固定支持部４３と可動支持部４４とは、図示しないモータを収容するスピンドル等の固定部材に対して相対的に傾斜可能なチルトテーブル４５に取り付けられている。

固定支持部４３は、チルトテーブル４５を固定部材に締結するボルト等である。

可動支持部４４は、チルトテーブル４５と固定部材との間に介装されており、例えば、ボールネジを螺進させることによってチルトテーブル４５と固定部材とを離間させる公知のボールネジ機構等である。

２つの可動支持部４４、４４がそれぞれ独立してチルトテーブル４５を固定部材に対して遠近移動させることにより、固定支持部４３を支点としてチルトテーブル４５が任意の角度で傾斜する。これにより、ＥＧパッド２３がウェハＷの裏面Ｗａに一様でなく局所的に押圧されることにより、ＥＧ層３０内のスクラッチの密度を部分的に変更することができる。

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４０によれば、ＥＧパッド２６がウェハＷの裏面Ｗａの研削ダメージを除去して鏡面状に仕上げると共にウェハＷにＥＧ層３０を生成するため、研磨工程とＥＧ層生成工程との間に重金属がウェハＷ内に混入することを抑制することができる。

また、ＥＧパッド２６に含まれる固定砥粒Ａ１がウェハＷの裏面Ｗａに押し当てられると共に、ＥＧパッド２６から遊離した遊離砥粒がＥＧパッド２６上をランダムに転動することにより、ＥＧ層３０内に様々な向きのスクラッチがランダムに形成されるため、ＥＧ層３０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ＥＧ層３０を形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、４０ 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 研磨ユニット
１９ テクスチャリングユニット
１９ａ ＥＧパッドユニット(ドレッサ)
１９ｂ パットドレスユニット
２０ａ ウェハの表面
２０ｂ ウェハの裏面
２０ｃ 半導体素子
２０ｄ 保護フィルム
２１ アーム
２２ モータ
２２ａ 出力軸
２３ ＥＧパッド(表面処理パッド)
２６ 出力軸
２７ パッドドレッサ
２８ 不織布
２９ 研磨層
３０ ＥＧ層(ゲッタリング層)
３１ 無欠陥層
３２ パッド支持体
３３ サブパッド
３４ 樹脂性接着剤
４１ 研磨・テクスチャリングユニット
４２ チルト機構
４３ 固定支持部
４４ 可動支持部
４５ チルトテーブル

Claims (17)

1. ウェハを保持して回転させる基板保持機構と、前記基板保持機構に保持された前記ウェハの一面を鏡面状に仕上げ研磨するドレッサと、備えるウェハの表面処理装置において、
   前記ドレッサは、ウエット状態で、前記ウェハの一面側にゲッタリング層を設けて前記鏡面状に仕上げる表面処理パッドを有する、ことを特徴とするウェハの表面処理装置。
2. 前記表面処理パッドは、少なくともSiC砥粒を混入させた樹脂材と、該樹脂材を含浸させた不織布と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハの表面処理装置。
3. 前記表面処理パッドは、少なくともSiC砥粒を混入させた樹脂材と、該樹脂材を混入させたポリウレタン樹脂又はメラミン素材と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハの表面処理装置。
4. 前記表面処理パッドによる前記鏡面仕上げ加工時に、前記ウェハと前記表面処理パッドとの間にアルカリ液を供給する手段を備える、ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のウェハの表面処理装置。
5. 前記表面処理パッドの研磨面を研磨するドレッシング工程と、研磨助剤と共に前記ウェハの一面を鏡面化しつつ、該一面に前記ゲッタリング層を形成する生地研磨工程と、を順に実施することを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のウェハの表面処理装置。
6. 前記生地研磨工程は、前記ウェハの一面を粗研磨する第１生地研磨工程と、前記ウェハの一面を精研磨する第２生地研磨工程とでなる、ことを特徴とする請求項５に記載のウェハの表面処理装置。
7. 前記表面処理パッドの研磨面を整えるパッドドレッサを備える、ことを特徴とする請求項５又は６に記載のウェハの表面処理装置。
8. 前記ウェハと前記表面処理パッドとの間にアルカリ性の研磨助剤を供給しながら、前記表面処理パッドを前記ウェハに押圧し、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを回転させて、前記ウェハの一面を鏡面状に研磨すると共に前記ゲッタリング層を生成する表面処理工程を実施す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。
9. 前記表面処理工程の後に、前記ウェハと前記表面処理パッドとの間に純水を供給しながら、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを回転させて、前記ウェハの一面に残存する研磨助剤を洗い流すリンス工程を実施することを特徴とする請求項８記載のウェハの表面処理装置。
10. 前記リンス工程において、前記ウェハと前記表面処理パッドとが非接触状態で回転することを特徴とする請求項９記載のウェハの表面処理装置。
11. 前記リンス工程において、前記基板保持機構及び前記表面処理パッドを相対的に逆回転させることを特徴とする請求項１０記載のウェハの表面処理装置。
12. 前記表面処理工程及び前記リンス工程の間に、前記表面処理パッドの加工面にパットドレッサを押圧して該加工面を払拭するドレッシング工程を実施することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項記載のウェハの表面処理装置。
13. 前記表面処理パッドは、前記基板保持機構に対向して配置され、砥粒を混入した樹脂材をパッド基材に含浸させて成るＥＧパッドを有し、
    前記研磨助剤が前記樹脂材を加水分解させて前記砥粒の少なくとも一部を前記表面処理パッドから遊離させて、前記ＥＧパッドで前記ウェハを押圧すると共に前記基板保持機構及び前記ＥＧパッドを回転させることにより、前記ウェハに前記ゲッタリング層を生成す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。
14. 前記樹脂材は、ポリウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１３記載のウェハの表面処理装置。
15. 前記基板保持機構及び前記表面処理パッドは、相対的に逆回転することを特徴とする請求項１４記載のウェハの表面処理装置。
16. 前記表面処理パッドは、前記基板保持機構の上方に配置されていることを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか１項記載のウェハの表面処理装置。
17. 前記表面処理パッドは、
    前記ＥＧパッドを支持するパッド支持体と、
    前記ＥＧパッドと前記パッド支持体との間に介装され、前記ＥＧパッドより軟らかいサブパッドと、
    を備えていることを特徴とする請求項１３乃至１６の何れか１項記載のウェハの表面処理装置。