JPH09237771A - ウエハーまたは基板材料の再生方法および再生設備 - Google Patents
ウエハーまたは基板材料の再生方法および再生設備Info
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Abstract
く、ウエハーや基板材料を効率良く再生することのでき
る方法、および当該方法を実施するための有用な再生設
備を提供する。 【解決手段】 下記(a)〜(d)の工程を含んで操業
する。(a)付着膜の膜質、膜構造または膜厚さに従っ
て選別する工程。(b)ウエハーまたは基板材料を保持
した状態で、(i)電解インプロセスドレッシングをか
けながらメタルボンド硬質砥石で被処理面を研削して機
能性皮膜を除去するか、(ii)パッドを添設した研磨プ
レートと機能性皮膜の間に微粒研磨スラリーを滴下して
研磨することにより機能性皮膜を除去するか、または
(iii)電解液中で被処理面と電極面を一定の間隔で対向
させ所定の電圧で電気分解することにより機能性皮膜を
除去する工程。(c)端面に付着した機能性皮膜を、任
意段階で機械的に除去する工程。(d)機能性皮膜の除
去が終わったウエハーまたは基板材料を洗浄、乾燥する
工程。
Description
記録媒体、光記録装置等の電気・電子製品に使用される
ウエハーや基板材料を再生するための方法、および当該
方法を実施するための再生設備に関するものであり、殊
に半導体素子製造工程で使用されるプロセスウエハー、
テストウエハー、ダミウエハー等を効率良く再生する方
法、およびこうした再生方法を実施するための有用な再
生設備に関するものである。尚本発明は上記の如く、各
種ウエハーの他に基板材料にも適用できるものである
が、以下ではテストウエハーを代表的に採りあげて説明
を進める。
膜厚のモニター、パーティクルのチェック、加熱装置の
ダミー用等に多数のテストウエハーが使用されている。
これらのテストウエハーは、使用後に表面や端部に付着
している機能性皮膜を除去して洗浄し、繰り返し再生使
用されている。
順次行なうことによって実施されるのが一般的である。 エッチングまたは両面ラッピング(研削)によって、
機能性皮膜を除去する工程、 必要によって、両面ラッピングした後、エッチングに
よって加工変形層を除去する工程、 機能性皮膜の除去が終わったウエハーを洗浄する工
程、 剛性の高いセラミックスプレートに、複数のウエハー
をワックス接着する工程、 大型の定盤を有する片面研磨機に、セラミックス定盤
を複数枚入れ、定盤に添設されたパッドに砥粒スラリー
を添加しつつ、ウエハー表面をポリッシング(研磨)す
る工程、 前記セラミックスプレートからウエハーを剥離する工
程、 ウエハー裏面のワックス(接着剤)を洗浄する工程、 仕上げ洗浄する工程。
チングだけでは除去しきれない様な硬質または複雑(多
層)な膜の除去に適用されている。この再生プロセスの
フローチャートを図1に示す。
は、製造する半導体デバイスの集積度が低く、機能性皮
膜の構造も比較的単純なものであった。また膜質も酸化
膜、ポリシリコン膜、Al膜等が主流であり、しかも膜
全体の構造も2〜3層に限られており、比較的単純なも
のであった。従って、上記した様な再生プロセスであっ
ても、十分に対応できるものであった。
集積密度が飛躍的に向上し、極めて緻密な加工が行なわ
れる様になってきている。これに伴い、テストウエハー
上に形成される皮膜の膜質も多様になり、また膜構造も
複雑になってきているのが実情である。例えば膜質につ
いては、従来主流であった酸化膜、ポリシリコン膜、A
l膜等に加え、W,WSi,TiSi,Si3 N4 ,T
iN等、多様な硬質皮膜の使用が増える傾向にあり、膜
構造もメモリー機能で2〜5層、ロジックディバイス機
能で4〜10層と益々複雑になってきている。
は、下記(1)〜(3)に示す様な問題が顕在化しつつ
ある。 (1)エッチングされる速度が異なる膜が複雑に配線、
積層されているので、エッチング後の表面が極めて不均
一になる。 (2)エッチングでは除去しきれない膜があるので、再
生としての機能が達成されない。 (3)一方、硬質膜を両面ラッピング等によって除去す
ると、加工変質層が、基板材料の表層から内部に深く入
り込んでしまう。
法を適用しても、再生使用できるレベルの表面平滑性を
得るために、大きな加工取代が必要になる。即ち、従来
のエッチングや両面ラッピングによる再生プロセスで
は、1回当たり40〜60μmの加工取代が必要になる
ので、その再生回数は精々2〜3回程度が限度であり、
極めて平滑な表面を持つシリコンウエハー表面に高々
0.5μm程度の厚みの機能性皮膜が形成されたテスト
ウエハーを、膜除去プロセスでその表面を凹凸に粗し、
再度大きな加工取代で表面を整えるという極めて非効率
なプロセスになっているのである。
げ研磨では、6〜8インチのウエハーを外径が400〜
500mm程度のセラミックスプレートにワックス接着
し、4〜5枚のセラミックスプレートを大型の片面研磨
機に装填し、バッチ式でポリッシングを行っているのが
実情である。またこのときのポリッシングは、前記図1
に示した様な粗ポリッシングと仕上げポリッシングの2
ステップ、或は粗ポリッシング、中仕上げポリッシング
および仕上げポリッシングの3ステップで実施されるの
が一般的である。
エハーをセラミックスプレートに均一に接着し、またそ
の後剥離するものであり、それに伴ってワックスマウン
ターやワックスデマンターといった大規模な装置が必要
となり、単にウエハーをセラミックスプレートに接着す
る工程だけでも多大な設備投資が必要になるという問題
がある。
ーをガラスファイバーで補強されたテンプレートに嵌め
込んでポリッシングする方法も知られているが、この方
法ではテンプレートとウエハーが固定されていないの
で、ウエハーの裏面にスラリーが回り込み裏面が汚染さ
れてしまう、或はポリッシング中にウエハーがテンプレ
ートから外れてしまい、パッドがクラッシュするという
問題がある。
であって、その目的は、従来技術における様な問題を発
生させることなく、ウエハーや基板材料を効率良く再生
することのできる方法、および当該方法を実施するため
の再生設備を提供することにある。
発明方法とは、使用済みウエハーまたは基板材料に形成
されている機能性皮膜を除去してウエハーまたは基板材
料を再生するに当たり、下記(a)〜(d)の工程を含
んで操業する点に要旨を有するウエハーまたは基板材料
の再生方法である。 (a)機能性皮膜の膜質、膜構造または膜厚さに従って
選別する工程。 (b)ウエハーまたは基板材料を保持した状態で、
(i)電解インプロセスドレッシングをかけながらメタ
ルボンド硬質砥石で被処理面を研削して前記機能性皮膜
を除去するか、(ii)パッドを添設した研磨プレートと
前記機能性皮膜の間に微粒研磨スラリーを滴下して研磨
することにより前記機能性皮膜を除去するか、または
(iii)電解液中で被処理面と電極面を一定の間隔で対向
させ所定の電圧で電気分解することにより前記機能性皮
膜を除去する工程。 (c)端面に付着した機能性皮膜を、任意段階で機械的
に除去する工程。 (d)機能性皮膜の除去が終ったウエハーまたは基板材
料を洗浄、乾燥する工程。
前記(b)の(i)〜(iii)のいずれかの工程を行なっ
た後、前記ウエハーまたは基板材料を保持した状態で、
研磨プレートと被処理面の間に微粒研磨スラリーを滴下
して鏡面研磨することも有効である。
i)工程の研磨に当たっては、研削面または研磨面を相
対的に回転させて行なう様にすれば良いが(従って、研
削面や研磨面、硬質砥石や研磨プレート等のいずれかを
固定する場合も含む)、双方を回転させつつ操業すると
きの具体的な操業条件としては、下記(A),(B)等
の条件が挙げられる。
転が、被処理面を50〜600rpmの回転数で回転さ
せながら、500〜6000rpmで回転する砥粒番手
#2000〜#10000のカップ状のメタルボンドダ
イヤモンド砥石で、電解インプロセスドレッシングをか
けながら行なう。
回転が、被処理面を10〜200rpmの回転数で回転
させながら、研磨プレートのパッドに、平均粒径:1
0.0μm以下の砥粒を含む微細研磨スラリーを滴下
し、研磨プレートを10〜200rpmの回転数で回転
させ、100g/cm2 以上の面荷重で被処理面をパッ
ドに押し付けながら行なう。
は、SiO2 ,Al2 O3 ,SiC,ジルコニア,酸化
セリウム,ダイヤモンドおよびコロイダルシリカよりな
る群から選択される1種以上の砥粒を含むスラリーが挙
げられる。またこのスラリーは、pHを7.2以上のア
ルカリ性としたり、酸化剤としての過酸化水素を添加す
ることも有効である。
O3 砥粒に、重クロム酸基、硝酸基、塩素基からなる群
から選択される1種以上の酸化性基とアルミニウム塩を
構成する水溶性の無機物質を添加したスラリーを使用す
ることも有効である。
製等、様々なものが挙げられるが、いずれにしてもその
表面がショアー硬度で40以上の硬質パッドであること
が好ましい。
エハーまたは基板材料に形成されている機能性皮膜を除
去してウエハーまたは基板材料を再生するための設備で
あって、下記(1)〜(3)の装置を備えたものである
点に要旨を有するものである。 (1)ウエハーまたは基板材料に形成されている機能性
皮膜を除去するための機能性皮膜除去装置。 (2)ウエハーまたは基板材料の端面に付着した機能性
皮膜を除去するための端面付着膜除去装置。 (3)機能性皮膜の除去が終わった後、被処理面を洗浄
する表面洗浄装置。 またこの再生設備においては、必要により、(4)機能
性皮膜の除去が終わった後、被処理面を鏡面研磨する表
面研磨装置を備えることができる。
が、要するに機能性皮膜の種類に応じて、電解インプ
ロセスドレッシングを組み合わせた微細砥粒のメタルボ
ンド砥石による研削、または微細砥粒スラリーと硬質
パッドを使用した高過重ポリッシング、等を適用するこ
とによって、ウエハーに損傷を与えることなく(即ち、
極めて少ない加工取代で)、効率よ良く再生が達成され
ることを見出し、本発明を完成した。以下本発明の各工
程のを説明しつつ、本発明の作用について説明する。
たは基板材料)の表面に形成されている機能製皮膜の膜
質、膜構造または膜厚さに従って、処理するウエハーを
選別するものである。例えばテストウエハーでは、シリ
コンウエハーの表面に多様な機能性皮膜が形成されてい
る。ウエハーの再生は、まず受入れ時にその膜質、膜構
造、膜厚さ等に従っていくつかのグループに選別する。
そして分類した膜質、膜構造、膜厚さ等によって、メタ
ルボンド砥石による研削か微細研磨スラリーを使用した
研磨かを選択する。
ーを、その種類等に応じて、チャッキングでウエハーを
保持した状態で、前記(b)の(i)工程または(ii)
工程を行なって機能性皮膜を除去する。(b)の(i)
工程は、機能性皮膜の構造が複雑であったり高硬度であ
る場合を想定したものであり、(b)の(ii)工程は、
機能性膜の構造が比較的単純であったり低硬度である場
合を想定したものであり、更に(b)の(iii)工程は、
メタル配線等、メタル分を多く含む機能性皮膜を想定し
たものである。特に、メタル配線等、メタル分を多く含
む機能性皮膜の場合、研磨パッド、砥石にメタル分が焼
きつき安定に加工を行えない場合がある。このような機
能性皮膜の場合、機能性皮膜を直接電気分解する電解加
工法が適切である。電解加工法は電極の表面形状に被加
工材の表面形状が転写される。電極には例えば、表面粗
さの優れた、アモルファスカーボン、ガラス状カーボン
等が好適に使用できる。
硬質砥石としては、具体的にはメタルボンドダイヤモン
ド砥石が挙げられ、この砥石は従来より研削加工に使用
されているものである。但し、使用するダイヤモンドの
粒径が小さいと(例えば、番手で#1000以上)、研
削した被削材により砥石が目詰まりし、安定な加工が行
えない。そこで本発明では、電解インプロセスドレッシ
ング(ELID)をかけながら研削することによって、
こうした不都合を回避できたのである。この電解インプ
ロセスドレッシングは、研削加工中のダイヤモンド砥石
に電圧を印加し、電気分解により結合材であるメタルを
溶出させ、砥石の目詰まりを防止する加工法である。
の場合の具体的操業条件について説明する。例えば、テ
ストウエハーをエアーチャックにより片面保持し、カッ
プ状メタルボンドダイヤモンド砥石によって機能性皮膜
を除去する。このときウエハーは50〜600rpmの
回転数で回転させまがら、500〜6000rpmに回
転させたメタルボンドダイヤモンド砥石によって加工を
行なうのが良い。これらの回転数の条件から外れると、
表面に深い研削痕が入ったり、チッピングが発生する原
因となる。また電解インプロセスドレッシングをかける
と、平均粒径が1〜8μm程度(砥粒番手で#2000
〜#10000)の砥石を使用したメタルボンドダイヤ
モンド砥石で、電解インプロセスドレッシングの効果が
得られ、またウエハーに加工ダメージを与えずに付着膜
を除去することができる。このとき砥石の平均粒径が8
μmよりも大きいと、ウエハー上に深い研削痕跡が残っ
て良好な表面平滑性が得られず、また平均粒径が1μm
未満になると、電解インプロセスドレッシングの効果が
不十分になって、安定した加工が行なえない。
で低硬度のウエハーの場合には、スラリーを使用した研
削を選択することになる。このとき、プリウレタン樹脂
等のパッドを使用して、微細な砥粒スラリーで高過重の
片面ポリッシングを行なう。例えば、エアーチャックに
よりウエハーを保持し、上記の様なパッドを添設した研
磨プレートでポリッシングを行なう。このときウエハー
は、10〜200rpmの回転数で回転させ、研磨プレ
ートのパッド上に、平均粒径:10.0μm以下の砥粒
を含む微細研磨スラルーを滴下し、研磨プレートを回転
数10〜200rpmで回転させ、100g/cm2 以
上の面過重で被処理面をパッドに押し付けながらポリッ
シングを行なう。尚研磨プレートは、例えば鋳鉄、ステ
ンレス鋼等の金属材料やセラミクス材料からなり、その
表面に上記の様なパッドが添設された構成である。
径:1μm未満のSiO2 ,Al2O3 ,SiC,ジル
コニア,酸化セリウム,ダイヤモンド,コロイダルシリ
カ等が使用できる。これらの砥粒を含むスラリーに、K
OHやNaOH等のアルカリ試薬を添加してpHを7.
2以上のアルカリ性としたり、過酸化水素を酸化剤とし
て添加すると、前記砥粒による機械的研磨作用とこれら
による化学的研磨作用によるメカノケミカル効果によっ
て速い研磨速度で良好な表面平滑性を得ることができ
る。
モルファスカーボン等の硬質材料で構成されるウエハー
の場合には、Al2 O3 砥粒に、重クロム酸基、硝酸
基、塩素基からなる群から選択される1種以上の酸化性
基とアルミニウム塩を構成する水溶性の無機物質(例え
ば、硝酸アルミ、重クロム酸アルミ、塩化アルミ)等の
添加材を加えた微細研磨スラリーを用いると、上記の素
材に対して上記と同様なメカノケミカル効果を発揮し、
より速い研磨速度で良好な表面平滑性を得ることができ
るので好ましい。
するには、研磨過重とパッド材質も重要な因子になる。
機能性皮膜を効果的に除去するためには、研磨過重が1
00g/cm2 以上であることが好ましく、より好まし
くは300g/cm2 とするのが良い。研磨過重が10
0g/cm2 未満の場合には、砥粒のころがりによりウ
エハー上に深い研磨疵(スクラッチ)が発生すると共
に、研磨速度が遅くなって、生産性が著しく低下する。
またパッドの硬さは、研磨速度やウエハーの厚みのばら
つき(TTV:Total Thicness Variation) の低下に効
果が有り、ショア硬度で40以上にて良好なTTVと適
当な研磨速度が達成される。尚パッドに溝、或は円状、
楕円状の窪みを設けることも、研磨速度の向上に有効で
ある。
任意の段階で機械的に除去すすれば良いが、具体的な方
法としては、ウエハーを回転軸に支持して回転させつつ
T、ウエハーの端面を、砥粒を均一に分散させたテープ
に押し付ける、テープ式研磨によって行なうことができ
る。また端面に付着した機能性皮膜の除去の時期は、例
えば選別の後で良く、或は被処理面の機能性皮膜の除去
が終った後(後記図2参照)でも良い。
良好な表面平滑性を得ることができるので、ウエハーの
タイプによっては機能性皮膜の除去プロセスのみで再使
用可能な表面性状が得られるが、前記(b)の(i)〜
(iii)のいずれかの工程の機能的皮膜除去プロセスだけ
では再使用可能な表面性状が得られない場合には、更に
高過重片面ポリッシングにより使用する砥粒の粒径や過
重を選択して表面を研磨し、再使用可能な表面性状を得
る様にすれば良い。またウエハーの裏面にも機能的皮膜
が存在する場合には、片面ずつ交互に機能的皮膜を除去
し、使用する表面を仕上げ研磨する様にすれば良い。
ッチ式、マルチバス方式等の洗浄装置で表面を洗浄、乾
燥し、研磨砥粒の除去と表面の調整を行なう。本発明の
代表的な再生プロセスを図2に示す(但し、(b)の
(iii)工程については省略してある)。
(1)〜(3)または(1)〜(4)の各装置を備えた
ものであるが、これらの装置は、前記した各工程を実施
できる機構を具備している必要がある。例えば、(1)
の機能性皮膜除去装置にあっては、ウエアーを保持しつ
つ回転させる保持回転機構や、電解インプロセスドレッ
シングを組み合わせたメタルボンド砥石、または表面に
パッドを添設した研磨プレート等から構成される加工機
構、或は電解液中で被処理面と電極面を一定の間隔で対
向して所定の電圧で被処理面を電気分解する機構等を具
備する必要がある。また(4)の表面研磨装置にあって
は、ウエアーを保持しつつ回転させる保持回転機構と、
表面にパッドを添設した研磨プレート等から構成される
表面研磨機構、等を具備する必要がある。
明するが、実施例は本発明を限定する性質のものではな
く、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれ
も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
ンの表面に、厚さ:100Åの酸化膜が形成されたウエ
ハーAと、酸化膜、W膜、Ti−W膜、TiSi膜およ
びポリシリコン膜が5層に形成されたウエハーBと、酸
化膜、W膜、Ti−W膜、TiSi膜、ポリシリコン膜
およびSi3 N4 膜が6層に形成されたウエハーCを使
用した。
面保持し、下記表1に示す条件で、メタルボンドダイヤ
モンド砥石による機能性皮膜の除去を行なった。機能性
皮膜除去後のシリコンウエハーの表面の加工ダメージ深
さ、表面粗さ、TTVを測定した。その結果を、表1に
併記するが、条件を適切に設定することによって、シリ
コンウエハーが効率良く再生されていることがわかる。
れらの各ウエハーをエアーチャックで片面保持し、下記
表2に示す条件で、高過重片面ポリッシングを行ない、
機能性皮膜の除去を行なった。機能性皮膜除去後のシリ
コンウエハーの表面の加工ダメージ深さ、表面粗さ、T
TVを測定した。その結果を、表2に併記するが、条件
を適切に設定することによって、シリコンウエハーが効
率良く再生されていることがわかる。
ホルダーに装着した。外径210mm、厚さ1mmのガ
ラス状カーボンの表面を表面粗さRa:15Åに鏡面研
磨し電極に使用した。ウエハーDとカーボン電極の間隔
を1mmに保持し、ウエハーDと電極間で電気分解を行
ない、機能性皮膜の除去を行なった。機能性皮膜除去後
のウエハーの表面粗さ、ウエハーのTTVは良好であっ
た。
解インプロセスドレッシングを使用したメタルボンド砥
石による研削加工、或は微細砥粒スラリーと硬質パッド
を使用した高過重片面ポリッシングによって、極めて微
細な取り代でウエハーや基板材料の再生ができた。また
機能性皮膜除去後のウエハーは、基本的に鏡面が保持さ
れており、このままで或は仕上げポリッシングを行うだ
けで、ウエハーに必要な鏡面性や表面平滑性を達成する
ことができる。しかも再生の工程数が少なくて済み、ワ
ックスマウンター等の設備も不要になるので、設備投資
額が少なくなり、再生費用のコストダウンが可能になる
という利益もえられる。更に、片面保持であるので、ウ
エハーの裏面保持が可能となり、システムの自動化が可
能になる。
る。
ャートである。
Claims (12)
- 【請求項1】 使用済みウエハーまたは基板材料に形成
されている機能性皮膜を除去してウエハーまたは基板材
料を再生するに当たり、下記(a)〜(d)の工程を含
んで操業することを特徴とするウエハーまたは基板材料
の再生方法。 (a)機能性皮膜の膜質、膜構造または膜厚さに従って
選別する工程。 (b)ウエハーまたは基板材料を保持した状態で、
(i)電解インプロセスドレッシングをかけながらメタ
ルボンド硬質砥石で被処理面を研削して前記機能性皮膜
を除去するか、(ii)パッドを添設した研磨プレートと
前記機能性皮膜の間に微粒研磨スラリーを滴下して研磨
することにより前記機能性皮膜を除去するか、または
(iii)電解液中で被処理面と電極面を一定の間隔で対向
させ所定の電圧で電気分解することにより前記機能性皮
膜を除去する工程。 (c)端面に付着した機能性皮膜を、任意段階で機械的
に除去する工程。 (d)機能性皮膜の除去が終ったウエハーまたは基板材
料を洗浄、乾燥する工程。 - 【請求項2】 前記(b)の(i)〜(iii)のいずれか
の工程を行なった後、前記ウエハーまたは基板材料を保
持した状態で、研磨プレートと被処理面の間に微粒研磨
スラリーを滴下して鏡面研磨する請求項1に記載の再生
方法。 - 【請求項3】 前記(b)の(i)工程の研削または
(ii)工程の研磨に当たっては、研削面または研磨面を
相対的に回転させて行なう請求項1または2に記載の再
生方法。 - 【請求項4】 前記(b)の(i)工程での相対的回転
が、被処理面を50〜600rpmの回転数で回転させ
ながら、500〜6000rpmで回転する砥粒番手#
2000〜#10000のカップ状メタルボンドダイヤ
モンド砥石で、電解インプロセスドレッシングをかけな
がら行なうものである請求項3に記載の再生方法。 - 【請求項5】 前記(b)の(ii)工程での相対的回転
が、被処理面を10〜200rpmの回転数で回転させ
ながら、研磨プレートのパッド上に、平均粒径:10.
0μm以下の砥粒を含む微細研磨スラリーを滴下し、研
磨プレートを10〜200rpmの回転数で回転させ、
100g/cm2 以上の面荷重で被処理面をパッドに押
し付けながら行なうものである請求項3に記載の再生方
法。 - 【請求項6】 前記微粒研磨スラリーが、SiO2 ,A
l2 O3 ,SiC,ジルコニア,酸化セリウム,ダイヤ
モンドおよびコロイダルシリカよりなる群から選択され
る1種以上の砥粒を含むスラリーである請求項1〜3,
5のいずれかに記載の再生方法。 - 【請求項7】 前記微粒研磨スラリーが、pH7.2以
上としたアルカリ性スラリーである請求項6に記載の再
生方法。 - 【請求項8】 前記微粒研磨スラリーが、過酸化水素を
添加した砥粒スラリーである請求項6に記載の再生方
法。 - 【請求項9】 前記微粒研磨スラリーが、Al2 O3 砥
粒に、重クロム酸基、硝酸基、塩素基よりなる群から選
択される1種以上の酸化性基とアルミニウム塩を構成す
る水溶性の無機物質を添加した砥粒スラリーである請求
項1〜3,5のいずれかに記載の再生方法。 - 【請求項10】 ショアー硬度が40以上の硬質パッド
を使用する請求項1〜3,5〜9に記載の再生方法。 - 【請求項11】 使用済みウエハーまたは基板材料に形
成されている機能性皮膜を除去してウエハーまたは基板
材料を再生するための設備であって、下記(1)〜
(3)の装置を備えたものであることを特徴とするウエ
ハーまたは基板材料の再生設備。 (1)ウエハーまたは基板材料に形成されている機能性
皮膜を除去するための機能性皮膜除去装置。 (2)ウエハーまたは基板材料の端面に付着した機能性
皮膜を除去するための端面付着膜除去装置。 (3)機能性皮膜の除去が終わった後、被処理面を洗浄
する表面洗浄装置。 - 【請求項12】 機能性皮膜の除去が終わった後、被処
理面を鏡面研磨する表面研磨装置を備えたものである請
求項11に記載の再生設備。
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