JPH11233519A - シリコンウェーハの裏面ゲッタリング処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ裏面からの発塵が少なく、簡単かつ
安価に裏面ゲッタリング層を形成する。ウェーハ表面の
機械的化学的研磨工程において、裏面ゲッタリング処理
を行って、シリコンウエーハの加工プロセスを簡略化す
る。 【解決手段】 表面粗さの平均値Ｒａ₁が少なくとも
０．０５μｍである研磨装置１０の上定盤１１に通常の
研磨時より薄い所定の厚さで塗布した接着剤層１３を介
して、或は接着剤層を介さずにシリコンウェーハ１２の
裏面を配置する。ウェーハ１２の表面を下定盤１５に固
定した研磨用パッド１４に所定の加圧力により押付けて
上定盤１１の表面をウェーハ１２の裏面に直接接触さ
せ、この裏面にダメージ層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置によりシ
リコンウェーハの裏面にゲッタリング処理を施す方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶インゴットから切出され
てスライスされたシリコンウェーハは、機械研磨（ラッ
ピング）、化学エッチング等の工程を経た後、ウェーハ
裏面のゲッタリング処理（外部ゲッタリング処理）が行
われる。この裏面ゲッタリング処理によりウェーハ裏面
に機械的ダメージ層或は格子歪み層が形成される。ウェ
ーハ表面の欠陥や金属不純物はこうしたウェーハ裏面の
外部ゲッタリング層に吸収される。従来、裏面ゲッタリ
ング処理は微小粒径のＳｉＯ₂粉をウェーハ裏面に吹付
けるサンドブラスト法、ウェーハ裏面にリンを拡散する
リン拡散法、ウェーハ裏面にポリシリコン又は窒化ケイ
素の膜を形成する膜形成法、ウェーハ裏面にアルゴンイ
オンを注入するイオン注入法、ウェーハ裏面にレーザ光
を照射するレーザ照射法等により行われる。

【０００３】一般的なシリコンウェーハの加工プロセス
では、上記裏面ゲッタリング処理の後に、ウェーハの表
面を最終的に研磨する工程である機械的化学的研磨（メ
カノケミカルポリッシング）が行われる。この機械的化
学的研磨工程において、保持具に取付けたシリコンウェ
ーハを回転定盤上に貼付けたフェルト等の柔らかい研磨
用パッドに押付け、研磨液を滴下しながら研磨用パッド
を回転することにより、ウェーハ表面を鏡面状に研磨す
る。この研磨液には、ＳｉＯ₂の微粉からなる砥粒を水
酸化ナトリウム水溶液に溶かした研磨液が用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の裏
面ゲッタリング処理法には、次の問題点がある。即ち、
サンドブラスト法では塵が多く発生し、リン拡散法
では工程が複雑となり、膜形成法ではコスト高とな
り、イオン注入法では複雑で高価な装置が必要であ
り、レーザ照射法ではウェーハの大量処理が困難とな
る。また上記従来の裏面ゲッタリング処理法は後に別の
工程である機械的化学的研磨工程を必要とする。

【０００５】本発明の目的は、ウェーハ裏面からの発塵
が少なく、簡単かつ安価に裏面ゲッタリング層を形成す
ることのできるシリコンウェーハの裏面ゲッタリング処
理方法を提供することにある。本発明の別の目的は、ウ
ェーハ表面の機械的化学的研磨工程において、裏面ゲッ
タリング処理を行って、シリコンウエーハの加工プロセ
スを簡略化できるシリコンウェーハの裏面ゲッタリング
処理方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図２に示すように表面粗さの平均値Ｒａ₁が少
なくとも０．０５μｍである研磨装置１０の上定盤１１
に所定の厚さで塗布した接着剤層１３を介して、或は図
示しないが接着剤層を介さずにシリコンウェーハ１２の
裏面を配置し、前記シリコンウェーハ１２の表面を前記
研磨装置１０の下定盤１５に固定した研磨用パッド１４
に所定の加圧力により押付けて前記シリコンウェーハ１
２の裏面にダメージ層を形成することを特徴とするシリ
コンウェーハの裏面ゲッタリング処理方法である。上定
盤１１をシリコンウェーハ１２の裏面に押付けると、上
定盤の粗面がシリコンウェーハの所定の表面粗さを有す
る裏面に直接接触する。このとき上定盤の粗面により、
ミクロ的に考察した場合、ウェーハ裏面に応力集中が起
こり、ウェーハ裏面に機械的ダメージが与えられる。こ
のダメージ層が裏面ゲッタリング層となる。接着剤層１
３が存在する場合には引続き上定盤１１及び下定盤１５
を相対回転することにより、シリコンウェーハの表面が
鏡面状に研磨される。

【０００７】請求項２に係る発明は、図２に示すように
請求項１に係る発明であって、塗布された接着剤層１３
の所定の厚さ(t)が次の式（１）に示される値である処
理方法である。０．１×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂） ≦ ｔ ≦ ２
×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂） ……… （１）但し、Ｒａ₁は上定
盤１１の表面粗さの平均値、Ｒａ₂はシリコンウェーハ
１２の裏面の表面粗さの平均値である。接着剤層１３の
厚さｔを上記式（１）で示される値にすることにより、
シリコンウェーハ１２が上定盤１１に貼付けられるとと
もに、上定盤１１の加圧時に上定盤がシリコンウェーハ
の裏面に直接接触してダメージ層がより確実に形成され
る。

【０００８】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
係る発明であって、シリコンウェーハ１２の表面を押付
ける所定の加圧力が０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上であっ
て、上記シリコンウェーハ１２の破壊圧力未満である処
理方法である。接着剤層の厚さや接着剤の種類に応じて
上定盤１１の加圧力が上記範囲に調整される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明において、シリコンウェー
ハ１２の裏面にダメージ層を形成する研磨装置１０の上
定盤１１の表面粗さの平均値Ｒａ₁は少なくとも０．０
５μｍであることが必要である。０．０５μｍに満たな
い場合には上定盤が鏡面になり、シリコンウェーハの裏
面と直接接触したときにダメージ層が十分に形成されな
い。この上定盤１１の表面粗さの平均値Ｒａ₁は、上定
盤に貼付ける前のシリコンウェーハの裏面の表面粗さの
平均値Ｒａ₂に近似することが好ましい。これは図２に
示す上定盤１１の表面の凹凸の凸部１８と、シリコンウ
ェーハ１２の裏面の凹凸の凸部１９が一致したときに、
凸部１８による応力集中が生じ易く、ウェーハ裏面の凸
部がより多くつぶれてダメージ層が効率良く形成される
と推察されることによる。この観点から上定盤の表面粗
さの平均値Ｒａ₁の好ましい範囲は０．２μｍ〜０．８
μｍである。シリコンウェーハの裏面全体に均一なゲッ
タリング能力を付与することが要求される場合には、上
定盤の表面全体が均一な表面粗さになるように粗面化さ
れる。一方、シリコンウェーハはその後の製造工程にお
いて、ウェーハの周辺部がそれ以外の部分と比べて、製
造装置の駆動部やウェーハを収納するキャリアの溝に接
触する頻度が高いためより汚染されることから、より高
いゲッタリング能力をシリコンウェーハの周辺部に付与
することが要求される場合には、このウェーハの周辺部
に対向する上定盤の部分をウェーハの中心部に対向する
上定盤の部分と比べて粗面化の程度をより大きくする。

【００１０】上定盤１１に接着剤層１３を設けてシリコ
ンウェーハ１２を貼付けて加圧する方が操作が容易であ
り、かつ引続き研磨処理を行えることから好ましいが、
上定盤とシリコンウェーハとを接着剤層を介さずに直接
接触させてもよい。接着剤で貼付ける代りに水でウェー
ハを貼付けたり、或は静電気によりウェーハを上定盤に
貼付けてもよい。接着剤層１３を設ける場合には、接着
剤層１３の厚さはシリコンウエーハ１２の裏面を上定盤
１１に貼付けてシリコンウェーハを上定盤に保持できる
範囲内で、出来るだけ薄いことが望ましい。具体的に
は、接着剤層１３は前述した式（１）の０．１×（Ｒａ
₁＋Ｒａ₂）以上であって、２×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂）以下の
厚さｔに塗布されることが好ましい。接着剤層１３の厚
さが０．１×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂）未満であると、ウェーハ
１２の上定盤１１への接着力が十分でなく、また２×
（Ｒａ₁＋Ｒａ₂）を超えると、上定盤１１からシリコン
ウエーハ１２に加えられる加圧力が減殺されてダメージ
層の形成が不十分となる。この接着剤層の厚さｔは通常
の機械的化学的研磨時の接着剤層の厚さより薄い。接着
剤にはシリコンウェーハを上定盤に接着でき、研磨した
後にこのウェーハを損傷することなく上定盤から剥離で
きる接着力を有するワックスが用いられる。シリコンウ
ェーハ１２の表面を押付ける所定の加圧力は０．５ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以上であって、シリコンウェーハ１２の破壊
圧力未満である。好ましくは１．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上
６．０ｋｇｆ／ｃｍ²以下である。加圧力が０．５ｋｇ
ｆ／ｃｍ²に満たない場合には、ダメージ層の形成が不
十分になる。この加圧力は接着剤層の厚さ、接着剤の種
類、加圧時間、或はダメージ層形成後の機械的化学的研
磨条件等に応じて調整される。この加圧力は通常の機械
的化学的研磨時の加圧力より大きいが、接着剤層の厚さ
が薄い場合にはこの加圧力と同等でもよい。

【００１１】本発明において、シリコンウェーハの裏面
ゲッタリング処理は機械的化学的研磨工程の前処理とし
て片面研磨装置で行われる。図１及び図２に示すよう
に、この研磨装置１０はシリコンウエーハ１２を保持し
て回転する小円板の上定盤１１と、大円板の下定盤１５
を備える。下定盤１５はその底面中心に接続されたシャ
フト１６により回転し、上定盤１１はその上面中心に接
続されたシャフト１７によりシャフト１６と逆方向に回
転するようになっている。この上定盤１１の下面には表
面粗さの平均値Ｒａ₁が少なくとも０．０５μｍである
微小な凹凸が形成される（図２）。下定盤１５の上面に
は研磨用パッド１４が貼付けられる。研磨用パッド１４
の上部には研磨液を供給するための図示しない配管が設
けられる。この研磨装置１０を用いてシリコンウェーハ
１２の裏面ゲッタリング処理を行う場合には、上定盤１
１の下面にワックスに代表される接着剤を前述した式
（１）に示された厚さｔで均一に塗布し、この接着剤層
１３を介してシリコンウエーハ１２の裏面を貼付ける。
次いで上定盤１１を下降してシリコンウエーハ１２の表
面を研磨用パッド１４に所定の加圧力により押付ける。
このとき上定盤１１及び下定盤１５は回転させないでお
く、加圧により図２に示す上定盤１１の表面の微小な凹
凸の凸部１８と、シリコンウェーハ１２の裏面の微小な
凹凸の凸部１９が一致すると、ウェーハ裏面の凸部はつ
ぶれダメージ層が形成され、これが裏面ゲッタリング層
となる。このときシリコンウェーハの表面は研磨用パッ
ド１４に圧接するが、パッドが柔らかいため、特にダメ
ージ層は生じない。別の裏面ゲッタリング処理方法とし
て、上定盤の下面に接着剤を塗布せずに、ウェーハを水
貼り又は静電気により上定盤に保持するか、或はシリコ
ンウェーハを上定盤の直下の研磨用パッド上に配置した
後、上定盤を下降してシリコンウェーハの裏面にダメー
ジ層を形成してもよい。

【００１２】このようにしてシリコンウェーハ１２の裏
面ゲッタリング処理を終了した後に引続いてシリコンウ
エーハ１２を機械的化学的研磨する場合には、所定の厚
さの接着剤層１３を上定盤１１とシリコンウェーハ１２
の間に設けた状態で、シリコンウエーハ１２の表面を研
磨用パッド１４に押付けた加圧力を通常の機械的化学的
研磨時に採用される圧力程度まで減少させ、図示しない
研磨液を研磨用パッド１４上に供給しながら上定盤１１
と下定盤１５とを互いに反対方向に回転させて、シリコ
ンウェーハ１２の表面を鏡面状に研磨する。この場合、
接着剤層の厚さ又は加圧力の程度に応じてこの研磨中に
もウェーハ裏面にダメージ層が形成される。またシリコ
ンウェーハ１２の裏面ゲッタリング処理を終了した後に
シリコンウエーハ１２を機械的化学的研磨する別の方法
として、シリコンウエーハ１２を上定盤１１から剥がし
た後、再び又は新たに接着剤を通常の機械的化学的研磨
を行うときの厚さで上定盤１１の表面に塗布してシリコ
ンウエーハ１２の裏面に貼付けて通常の機械的化学的研
磨を実施してもよい。この場合には研磨中にウェーハ裏
面にはダメージ層は形成されない。

【００１３】

【実施例】次に本発明の具体的態様を示すために、本発
明の実施例を比較例とともに説明する。 ＜実施例１＞図１に示した研磨装置１０を使用して、１
０枚のシリコンウェーハの裏面にダメージ層を形成し
た。即ち、表面粗さの平均値Ｒａ₁が０．８μｍである
上定盤の表面に接着剤であるワックスを均一に塗布して
厚さ１．０μｍの接着剤層を形成した。この接着剤層を
介して一枚ずつシリコンウェーハの裏面を上定盤の表面
に貼付けた。１０枚のウェーハ裏面の表面粗さの平均値
Ｒａ₂は全て０．２μｍであった。上定盤及び下定盤を
回転させることなく、各シリコンウェーハの表面を研磨
用パッドに４ｋｇｆ／ｃｍ²の加圧力により３０秒間押
付けた。 ＜比較例１＞実施例１と同種の１０枚のシリコンウェー
ハの裏面に実施例１と同一の条件でダメージ層を形成し
た。これらのシリコンウェーハの裏面に形成されたダメ
ージ層をＨＮＯ₃（６１％）とＨＦ（５０％）を１０
０：３の割合で混合した混酸でエッチングして除去し
た。

【００１４】＜比較評価＞実施例１のダメージ層を形成
した１０枚のシリコンウェーハと比較例１の混酸でエッ
チングした１０枚のシリコンウェーハの各表面を約１×
１０¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の濃度のＣｕで強制的に汚染
した。この汚染したシリコンウエーハを大気雰囲気中１
０００℃で１時間熱処理した後、更に４００℃で１時間
の熱処理を行った。全反射蛍光Ｘ線法に基づいて実施例
１及び比較例１のそれぞれのシリコンウエーハ表面のＣ
ｕ濃度を測定した。実施例１及び比較例１のウェーハ表
面のＣｕ濃度を図３に示す。図３から明らかなように、
裏面にダメージ層を与えた実施例１のシリコンウエーハ
の表面は、裏面のダメージ層を除去した比較例１のシリ
コンウエーハの表面よりもＣｕ濃度が低くなっていた。
このことから、実施例１の処理で形成されたダメージ層
でウェーハ裏面にゲッタリング能力が付与され、このダ
メージ層により汚染物のＣｕが取込まれたことが分っ
た。

【００１５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のシリコンウ
ェーハの裏面ゲッタリング処理方法によれば、所定の表
面粗さを有する研磨装置の上定盤に所定の厚さで塗布し
た接着剤層を介して、或は接着剤層を介さずにシリコン
ウェーハの裏面を配置し、シリコンウェーハの表面を研
磨装置の研磨用パッドに所定の加圧力により押付けてシ
リコンウェーハの裏面にダメージ層を形成するようにし
たから、従来のサンドブラスト法ようにウェーハ裏面か
ら塵が発生する恐れはなく、簡単にかつ安価に裏面ゲッ
タリング層を形成できる。またウェーハ表面の機械的化
学的研磨工程の際に、従来別に行われていた裏面ゲッタ
リング処理を同時に実施できるため、シリコンウエーハ
の加工プロセスを簡略化できる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理方法に用いる研磨装置の構成図。

【図２】上定盤で加圧する前の図１の構成を拡大して模
式的に示す図。

【図３】全反射蛍光Ｘ線法に基づいて実施例１及び比較
例１のシリコンウエーハ表面のＣｕ濃度を測定した結果
を示す図。

【符号の説明】

１０ 研磨装置 １１ 上定盤 １２ シリコンウェーハ １３ 接着剤層 １４ 研磨用パッド １５ 下定盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 剛 東京都千代田区大手町１丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面粗さの平均値(Ra₁)が少なくとも
   ０．０５μｍである研磨装置(10)の上定盤(11)に所定の
   厚さで塗布した接着剤層(13)を介して或は接着剤層を介
   さずにシリコンウェーハ(12)の裏面を配置し、前記シリ
   コンウェーハ(12)の表面を前記研磨装置(10)の下定盤(1
   5)に固定した研磨用パッド(14)に所定の加圧力により押
   付けて前記シリコンウェーハ(12)の裏面にダメージ層を
   形成することを特徴とするシリコンウェーハの裏面ゲッ
   タリング処理方法。
2. 【請求項２】 塗布された接着剤層(13)の所定の厚さ
   (t)が次の式（１）に示される値である請求項１記載の
   処理方法。 ０．１×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂） ≦ ｔ ≦ ２×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂） ……… （１） 但し、Ｒａ₁は上定盤(11)の表面粗さの平均値、Ｒａ₂は
   シリコンウェーハ(12)の裏面の表面粗さの平均値であ
   る。
3. 【請求項３】 シリコンウェーハ(12)の表面を押付ける
   所定の加圧力が０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上であって、前
   記シリコンウェーハ(12)の破壊圧力未満である請求項１
   又は２記載の処理方法。