(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械研磨によって半導体ウェハの表面を研磨し、次いで研磨された面のダメージ層を除去する半導体ウェハの加工装置であって、前記半導体ウェハを機械研磨する研磨手段と、この研磨手段に渡される前の半導体ウェハを載置して位置決めする載置手段と、この載置手段から半導体ウェハを前記研磨手段に移載する第１移載部と、研磨手段によって研磨された半導体ウェハを取り出す第２移載部と、第２移載部から研磨後の半導体ウェハを受け取って洗浄する洗浄手段と、プラズマによるエッチング作用により洗浄後の半導体ウェハのダメージ層を除去する第１のプラズマ処理部と第２のプラズマ処理部から成るダメージ層除去手段と、前記載置手段、洗浄手段およびダメージ層除去手段の間での半導体ウェハの受け渡しを行う極座標系のロボット機構を有するウェハ搬送部とを備え、前記ダメージ層除去手段は、前記ロボット機構の極座標系の原点を共通の原点とし前記研磨手段の方向をＹ軸正方向とする直交座標系の第３象限に第１のプラズマ処理部を、第４象限に第２のプラズマ処理部を配置し、且つ前記第１のプラズマ処理部の半導体ウェハ搬出入中心線の延長線と第２のプラズマ処理部の半導体ウェハ搬出入中心線の延長線とが交差する位置に前記極座標系の原点が位置するように配設されていることを特徴とする半導体ウェハの加工装置。
【請求項２】
前記研磨手段に供給される前の加工前の半導体ウェハおよびまたはダメージ層除去手段から取り出された加工後の半導体ウェハを収納する収納手段を前記ウェハ搬送部によってウェハの出し入れが可能な位置に備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハの加工装置。
【請求項３】
前記洗浄手段を前記座標系の第１象限又は第２象限のいずれか一方に配置したことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハの加工装置。
【請求項４】
前記載置手段を前記洗浄手段に対して前記座標系のＹ軸をはさんだ反対側の象限に配置したことを特徴とする請求項３記載の半導体ウェハの加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハを研磨して薄化加工する半導体ウェハの加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に用いられる半導体ウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない半導体ウェハの厚さを薄くするための研磨加工が行われる。この研磨加工は、半導体ウェハの表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面と反対側の裏面を機械研磨することによって行われる。機械研磨後の半導体ウェハの表面には、加工によって形成されたマイクロクラックによって脆化したダメージ層が存在する。このダメージ層はマイクロクラックを含み半導体ウェハの抗折強度を損なうことが知られている。
【０００３】
最近は、半導体ウェハの厚みを１００μｍ以下にする要求が高まっており、これを実現するためにもダメージ層の除去を含めた薄化加工が検討されている。最も現実的な方法としては既存の機械研磨装置とエッチング装置とで加工ラインを設け、この２つの装置間で半導体ウェハを搬送する方法が考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機械研磨後の半導体ウェハは極薄状態となっており、しかも前述のように機械研磨後の半導体ウェハの表面にダメージ層が形成されているため、抗折強度がきわめて脆弱で取り扱いが難しく、搬送時、特に受け渡し時に破損を生じやすい。特に、機械加工された半導体ウェハを機械研磨装置から取り出してエッチング装置にセットするという作業では半導体ウェハの破損の可能性が高く、歩留りを悪くするおそれがある。
【０００５】
このように既存の設備で加工ラインを構成した設備では、脆弱な半導体ウェハを幾度も受け渡しすることに起因して、半導体ウェハの破損によって加工歩留まりが低下するとともに、設備のコンパクト化・低コスト化が困難であるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、半導体ウェハの破損を防止して加工歩留まりを向上させるとともに、設備のコンパクト化が可能な半導体ウェハの加工装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半導体ウェハの加工装置は、機械研磨によって半導体ウェハの表面を研磨し、次いで研磨された面のダメージ層を除去する半導体ウェハの加工装置であって、前記半導体ウェハを機械研磨する研磨手段と、この研磨手段に渡される前の半導体ウェハを載置して位置決めする載置手段と、この載置手段から半導体ウェハを前記研磨手段に移載する第１移載部と、研磨手段によって研磨された半導体ウェハを取り出す第２移載部と、第２移載部から研磨後の半導体ウェハを受け取って洗浄する洗浄手段と、プラズマによるエッチング作用により洗浄後の半導体ウェハのダメージ層を除去する第１のプラズマ処理部と第２のプラズマ処理部から成るダメージ層除去手段と、前記載置手段、洗浄手段およびダメージ層除去手段の間での半導体ウェハの受け渡しを行う極座標系のロボット機構を有するウェハ搬送部とを備え、前記ダメージ層除去手段は、前記ロボット機構の極座標系の原点を共通の原点とし前記研磨手段の方向をＹ軸正方向とする直交座標系の第３象限に第１のプラズマ処理部を、第４象限に第２のプラズマ処理部を配置し、且つ前記第１のプラズマ処理部の半導体ウェハ搬出入中心線の延長線と第２のプラズマ処理部の半導体ウェハ搬出入中心線の延長線とが交差する位置に前記極座標系の原点が位置するように配設されている。
【０００８】
請求項２記載の半導体ウェハの加工装置は、請求項１記載の半導体ウェハの加工装置であって、前記研磨手段に供給される前の加工前の半導体ウェハおよびまたはダメージ層除去手段から取り出された加工後の半導体ウェハを収納する収納手段を備えた。
【０００９】
請求項３記載の半導体ウェハの加工装置は、請求項１記載の半導体ウェハの加工装置であって、前記洗浄手段を前記座標系の第１象限又は第２象限のいずれか一方に配置した。
【００１０】
請求項４記載の半導体ウェハの加工装置は、請求項３記載の半導体ウェハの加工装置であって、前記載置手段を前記洗浄手段に対して前記座標系のＹ軸をはさんだ反対側の象限に配置した。
【００１１】
本発明によれば、半導体ウェハを機械研磨する研磨手段と、研磨後の半導体ウェハを受け取って洗浄する洗浄手段と、洗浄後の半導体ウェハのダメージ層を除去するダメージ層除去手段と、前記研磨手段、洗浄手段およびダメージ層除去手段間での半導体ウェハの受け渡しを行う極座標系のロボット機構によるウェハハンドリング手段とを同一装置内に備えることにより、半導体ウェハの持ち換え回数を減少させて半導体ウェハの破損を防止できるとともに、設備のコンパクト化を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置の平面図、図３、図４は本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置のウェハ収納部の斜視図、図５は本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置の部分平面図、図６は本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置の研磨部の側面図、図７は本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置のウェハ洗浄部の断面図、図８は本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置のプラズマ処理部の断面図、図９、図１０は本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工方法の工程説明図、図１１は本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工方法における半導体ウェハ洗浄のフロー図である。
【００１３】
まず図１、図２を参照して半導体ウェハの加工装置の全体構造を説明する。図１、図２において、ベース部１の上面の前半部１ａには、極座標系のロボット機構を備えたウェハ搬送部３を中心として、マガジン（ウェハーカセット）２Ａ，２Ｂを備えたウェハ収納部２、第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂ、プリセンタ部５およびウェハ洗浄部１０が放射状に配設されており、これらはウェハ搬送部３によってウェハの出し入れが可能な範囲に配置されている。
【００１４】
ウェハ収納部２のマガジン２Ａ，２Ｂは、加工前および加工後の半導体ウェハを収納する。すなわち、ウェハ収納部２は半導体ウェハ１１の収納手段となっている。第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂは、半導体ウェハ表面に機械研磨により生じたダメージ層を、減圧雰囲気下で発生するプラズマのエッチング作用により除去する。したがって、第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂは、半導体ウェハ１１のダメージ層除去手段となっている。
【００１５】
プリセンタ部５は、後述する研磨部６へ渡される半導体ウェハ１１を予め位置合わせするプリセンタ動作を行う。ウェハ洗浄部１０は、研磨部６によって研磨された半導体ウェハ１１を洗浄液によって洗浄する。すなわち、ウェハ洗浄部１０は半導体ウェハ１１の洗浄手段となっている。
【００１６】
ベース部１の上面の後半部１ｂには、研磨部６が配設されている。研磨部６はベース部１上面に立設された壁部６ａを備え、壁部６ａの前側面には第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂが配設されている。第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニットは８Ｂそれぞれ半導体ウェハ１１の粗研磨および仕上げ研磨を行う。すなわち研磨部６は、半導体ウェハ１１の機械研磨を行う研磨手段となっている。第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂの下方には、コーミング６ｂに囲まれてターンテーブル７が配設されている。ターンテーブル７はインデックス回転し、研磨対象の半導体ウェハを保持して第１の研磨ユニット８Ａや第２の研磨ユニット８Ｂに対して位置決めする。
【００１７】
研磨部６の手前側には、ウェハ搬入部９Ａ、ウェハ搬出部９Ｂが配設されている。ウェハ搬入部９Ａは、プリセンタ部５で位置合わせされた半導体ウェハを研磨部６に搬入する。ウェハ搬出部９Ｂは、機械研磨後の半導体ウェハを研磨部６から搬出する。したがって、前述のウェハ搬送部３、ウェハ搬入部９Ａ、ウェハ搬出部９Ｂは、研磨部６、ウェハ洗浄部１０、第１のプラズマ処理部４Ａ又は第２のプラズマ処理部４Ｂの間で半導体ウェハ１１の受け渡しを行い、研磨部６に半導体ウェハ１１を供給しかつ第１のプラズマ処理部４Ａ又は第２のプラズマ処理部４Ｂからドライエッチング後の半導体ウェハ１１を取り出すウェハハンドリング手段となっている。
【００１８】
ここで、上記各部のベース部１上でのレイアウトについて説明する。図２に示すように、ベース部１上では、ウェハ搬送部３のロボット機構の極座標系の原点Ｏを共通の原点とし、研磨部６の方向をＹ軸正方向とするＸＹ直交座標系が設定されている。この直交座標系において、プリセンタ部５、ウェハ搬入部９Ａ、第１の研磨ユニット８Ａが第１象限に、第２研磨ユニット８Ｂ、ウェハ搬出部９Ｂ、ウェハ洗浄部１０が第２象限に、第１のプラズマ処理部４Ａ、マガジン２Ａが第３象限に、そして第２のプラズマ処理部４Ｂ、マガジン２Ｂが第４象限にそれぞれ配置されている。
【００１９】
このレイアウトにおいて、マガジン２Ａ、２Ｂ、第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂ、プリセンタ部５およびウェハ洗浄部１０の各部のウェハ搬出入方向は、前記極座標系の原点Ｏの方向と一致するように配置されている。特に、第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂについては、ウェハ搬出入時の方向位置精度に正確さを要することから、それぞれのウェハ搬出入中心線の延長線Ｌａ，Ｌｂ上に原点Ｏが正確に位置するように、配設位置が設定されている。
【００２０】
以下、各部の構成および機能について順次説明する。まずウェハ搬送部３について説明する。図２において、前半部１ａの中央部に形成された凹部１ｃ内には、ウェハ搬送部３が設置されている。ウェハ搬送部３のベース部材３ａ上には極座標系のロボット機構が配設されている。ベース部材３ａは図示しない駆動機構によって極座標系の原点Ｏを中心としてベース部１上を３６０度旋回可能になっており、ロボット機構の向きを自由に制御することができる。
【００２１】
ロボット機構はベース部材３ａ上に立設された上下方向に伸縮自在なアーム軸（図示せず）に対して横方向に延設された第１旋回アーム１４ａに第２旋回アーム１４ｂを連結し、さらに第２旋回アーム１４ｂの先端部にウェハ保持部１７を装着して構成されている。ウェハ保持部１７は上面に吸着孔１７ａが設けられた２股のフォーク状部材１７ｂ（図４参照）を備えており、ハンド回転機構１５によって軸廻りに回転し、手首機構１６によってウェハ保持部１７の傾きを制御する。さらに第１旋回アーム１４ａと第２旋回アーム１４ｂを旋回させることにより、ウェハ保持部１７を水平方向に進退させることができる。
【００２２】
ロボット機構の各部を駆動することにより、ウェハ保持部１７はマガジン２Ａ，２Ｂや第１のプラズマ処理部４Ａ、第２のプラズマ処理部４Ｂ、プリセンタ部５およびウェハ洗浄部１０などのウエハ受け渡し対象に対して移動する。前述のように、これらの受け渡し対象の各部は、それぞれのウェハ搬出入方向が、前記極座標系の原点Ｏの方向と一致するように配置されていることから、ロボット機構のウェハ保持部１７によって、ウェハ受け渡し対象の各部間で半導体ウェハ１１の受け渡しを行うことができる。
【００２３】
すなわち、ベース部材３ａを旋回させてウェハ保持部１７を前記ウェハ受け渡し対象の各部のウェハ搬出入方向に向けることができ、第１旋回アーム１４ａ、第２旋回アーム１４ｂにより、ウェハ保持部１７を水平方向に前進させて各部へアクセスさせることができる。また図示しないアーム軸を駆動することによりウェハ保持部１７は上下動作する。この上下動と、ウェハ保持部１７の吸着孔１７ａからの真空吸着のＯＮ／ＯＦＦを組み合わせて行うことにより、ウェハ保持部１７への半導体ウェハ１１の吸着・離脱を行うことができる。さらにハンド回転機構１５を駆動することにより、ウェハ保持部１７に吸着孔１７ａによって吸着保持された状態の半導体ウェハ１１（図４参照）の上下反転を行うこともできる。
【００２４】
このように、極座標系のロボット機構を用いたウェハ搬送部３の周囲に、前記ウエハ受け渡し対象の各部を放射状に配置した構成を採用することにより、単一のロボット機構によって複数のウェハ受け渡し対象をカバーすることができ、作業効率に優れたコンパクトな半導体ウェハの加工装置が実現される。
【００２５】
次にウェハ収納部２について説明する。図１、図２に示すように、ウェハ収納部２は２つのウェハ収納用のマガジン２Ａ，２Ｂを備えており、マガジン２Ａ，２Ｂは薄化加工の対象の半導体ウェハを多数収納する。図３、図４に示すように、マガジン２Ａ，２Ｂは筺体１２の内部に棚部材１３を多段に設けた構造となっており、棚部材１３上には半導体ウェハ１１が載置される。
【００２６】
半導体ウェハ１１はシリコンを主成分とし、複数の半導体素子が作り込まれている。半導体ウェハ１１の回路形成面上には保護膜１１ａが形成されている（図１０（ｂ）参照）。保護膜１１ａは半導体ウェハ１１の回路パターンを保護するとともに、半導体ウェハ１１を補強して抗折強度を向上させる機能を有している。半導体ウェハ１１をマガジン２Ａ，２Ｂに収納する際には、保護膜１１ａ側を上向きにした状態で棚部材１３上に載置される。
【００２７】
ここでウェハ保持部１７による半導体ウェハ１１のマガジン２Ａ，２Ｂからの取り出し動作および収納動作について説明する。取り出し時には、図３に示すようにウェハ保持部１７を吸着孔１７ａを下向きにした姿勢で、マガジン２Ａ（２Ｂ）内に収納された半導体ウェハ１１の上方まで差し込む。次いでウェハ保持部１７を下降させて半導体ウェハ１１の上面に当接させ、この状態で吸着孔１７ａから真空吸着することにより、半導体ウェハ１１はウェハ保持部１７の下面に吸着保持される。この後ウェハ保持部１７を再び上昇させてマガジン２Ａ（２Ｂ）外に引き出すと、半導体ウェハ１１はウェハ保持部１７の下面に吸着保持された状態で取り出される。
【００２８】
図４は半導体ウェハ１１をマガジン２Ａ（２Ｂ）内に戻し入れる収納動作を示している。この収納動作では、薄化加工面が上向きの状態でウェハ保持部１７によって上面側から吸着保持された半導体ウェハ１１を、ウェハ保持部１７を軸廻りに回転させることにより上下反転させて、保護膜１１ａを上向きにした姿勢にしてマガジン２Ａ（２Ｂ）内に収納する。このとき、同一の半導体ウェハ１１は、加工前に収納されていた同一の位置に戻し入れられる。
【００２９】
この戻し入れは、半導体ウェハ１１を上面に保持したウェハ保持部１７をマガジン２Ａ（２Ｂ）内に挿入し、次いで真空吸着を解除した後にウェハ保持部１７を下降させることにより行われる。すなわち、この下降動作において図４に示すようにウェハ保持部１７のフォーク状部材１７ｂは、棚部材１３上に半導体ウェハ１１を載置した状態で切り欠き部１３ａを下方に向かって通過する。そしてウェハ保持部１７をマガジン外に引き出すことにより、半導体ウェハ１１の収納が完了する。
【００３０】
次に図５を参照してプリセンタ部５について説明する。プリセンタ部５は、研磨部６に供給される半導体ウェハ１１を予め位置合わせするものである。図５において、プリセンタ部５は円形の載置テーブル２０を備えている。載置テーブル２０の上面にはウェハ保持部１７の形状に対応して上面が部分的に除去された除去部２１（ハッチング部参照）が形成されており、除去部２１の深さは除去部２１内にウェハ保持部１７が収容できる深さに設定されている。
【００３１】
半導体ウェハ１１のプリセンタ部５への搬入は次のようにして行われる。まず半導体ウェハ１１を上面側に保持したウェハ保持部１７を載置テーブル２０上に移動させてウェハ保持部１７の水平位置を除去部２１に合わせ、次いでウェハ保持部１７が除去部２１内に収容される高さ位置まで下降させる。これにより、半導体ウェハ１１は載置テーブル２０上に載置される。そしてこの後ウェハ保持部１７を除去部２１内から退避させることにより、半導体ウェハ１１の搬入が完了する。
【００３２】
載置テーブル２０には、１２０度の等配位置に中心に向かって放射状に複数の溝状部２２が設けられており、各溝状部２２は溝方向に沿って移動可能な位置決め爪２２ａを備えている。載置テーブル２０上に半導体ウェハ１１を載置した状態で、位置決め爪２２ａを載置テーブル２０の中心に向かって移動させることにより、半導体ウェハ１１は載置テーブル２０の中心位置に対して位置合わせされる。すなわちプリセンタ部５は、研磨部６に供給される半導体ウェハ１１を載置し位置合わせを行う載置部となっている。
【００３３】
プリセンタ部５に隣接してウェハ搬入部９Ａが配設されている。ウェハ搬入部９Ａは、図５に示すようにアーム駆動機構２３によって旋回・上下駆動される搬送アーム２４Ａの先端部に吸着ヘッド２５Ａを装着して構成される。吸着ヘッド２５Ａをプリセンタ部５の半導体ウェハ１１上に移動させて下降させると、吸着ヘッド２５Ａは半導体ウェハ１１を吸着保持する。この後、搬送アーム２４Ａを上昇させ研磨部６の方向に旋回移動させることにより、半導体ウェハ１１は研磨部６へ搬入され、ウェハ受け渡しステーション（後述）まで移動する。
【００３４】
次に図２、図６を参照して研磨部６について説明する。図２、図６に示すように、ベース部１の上面にはターンテーブル７が配設されている。ターンテーブル７は中心軸廻りにインデックス回転可能となっており、インデックス位置である１２０度等配位置には、３基のチャックテーブル７ａが設けられている。
【００３５】
各チャックテーブル７ａは、ウェハ受け渡しステーション（図６において左側のインデックス位置）において、ウェハ搬入部９Ａの搬送アーム２４Ａから半導体ウェハ１１を受け取る。チャックテーブル７ａはその上面に半導体ウェハ１１を吸着保持するとともに、それぞれ軸中心廻りに回転自在となっている。
【００３６】
ベース部１上面の右端部に立設された壁部６ａの側面には、第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂが設けられている。第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂの水平方向の配置は、それぞれターンテーブル７のインデックス位置に対応したものとなっており、第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂの下方のインデックス位置はそれぞれ粗研磨ステーション、仕上げ研磨ステーションとなっている。
【００３７】
第１の研磨ユニット８Ａ、第２の研磨ユニット８Ｂは、それぞれ下部に回転駆動部３０を備えている。回転駆動部３０の下面には半導体ウェハ１１を研磨する粗研磨用又は仕上げ研磨用の砥石３１Ａ，３１Ｂが装着される。粗研磨用には＃５００程度の砥石が使用され、仕上げ研磨用には一般的に＃３０００〜＃４０００の砥石が使用される。これらの第１の研磨ユニット８Ａ、第１の研磨ユニット８Ｂはそれぞれ内蔵された上下動機構により昇降する。
【００３８】
図６に示すように半導体ウェハ１１を保持したチャックテーブル７ａを第１の研磨ユニット８Ａ（または第２の研磨ユニット８Ｂ）の下方のインデックス位置（研磨位置）に移動させた状態で、砥石３１Ａ（または３１Ｂ）を下降させて半導体ウェハ１１の上面に当接させ、砥石３１Ａ（または３１Ｂ）を回転駆動部３０によって回転させることにより、半導体ウェハ１１の上面は研磨される。
【００３９】
これらの第１の研磨ユニット８Ａ、第１の研磨ユニット８Ｂの下方の研磨位置にチャックテーブル７ａが位置した状態では、チャックテーブル７ａは図示しない駆動機構によって回転駆動されるようになっている。このチャックテーブル７ａの回転と上述の砥石３１Ａ、３１Ｂの回転を組み合わせることにより、研磨時には半導体ウェハ１１の上面は偏りなく均一に研磨される。
【００４０】
この研磨時には、半導体ウェハ１１の研磨面に対して研磨液が図示しない研磨液供給手段により供給される。そしてこの研磨液はベース部１の上面にターンテーブル７を囲んで設けられたコーミング６ｂ内に溜まり、外部へ導出される。研磨後の半導体ウェハ１１はチャックテーブル７ａをターンテーブル７のインデックス回転によって移動させることによりウェハ受け渡し位置まで移動し、その後ウェハ搬出部９Ｂの搬送アーム２４Ｂによって搬出される。
【００４１】
次に図７を参照してウェハ洗浄部１０の構造について説明する。このウェハ洗浄部１０は、プリンタ部５に対して直交座標系のＹ軸をはさんだ反対側に配置されている。図２のＢＢ断面を示す図７において、箱状の洗浄フレーム部３５の上部には、前面および２つの側面を部分的に切り取ることにより開口部３５ａが設けられている。開口部３５ａは、半導体ウェハ１１を保持したウェハ搬出部９Ｂが出入可能な大きさとなっている。洗浄フレーム部３５の底部３５ｂには、排水用の開孔３５ｃおよび上方に突出した形状の軸受けボス３５ｄが設けられている。軸受けボス３５ｄ内には軸受け３８が嵌着されており、軸受け３８に軸支された垂直な軸部３９の上部には回転支持部４０が結合されている。
【００４２】
回転支持部４０の水平な上面には複数の吸着孔４０ａが設けられており、吸着孔４０ａは軸部３９内に設けられた吸引孔３９ａと連通している。回転支持部４０の上面に半導体ウェハ１１を載置した状態で吸引孔３９ａと接続された吸引制御部４６を駆動して吸引孔３９ａから真空吸引することにより、半導体ウェハ１１は回転支持部４０の上面に吸着保持される。
【００４３】
また軸部３９の下部にはプーリ４１が結合されており、モータ４４の回転軸４４ａに結合されたプーリ４３とプーリ４１にはベルト４２が調帯されている。モータ４４はモータ駆動部４５により駆動される。モータ４４を駆動することにより軸部３９は回転し、したがって回転支持部４０に保持された半導体ウェハ１１はスピン回転する。
【００４４】
洗浄フレーム部３５の内部には、半導体ウェハ１１を囲んだ形状の筒形のカバー部３６が上下動自在に装着されており、カバー部３６の上部に設けられたフランジ部３６ａには、シリンダ３７のロッド３７ａが結合されている。シリンダ３７を駆動することにより、カバー部３６は上下動する。カバー部３６が上昇した状態では、フランジ部３６ａは洗浄フレーム部３５の天井面に接する位置にあり、開口部３５ａはカバー部３６によって閉ざされる。
【００４５】
洗浄フレーム部３５の天井面には、洗浄液ノズル４７およびエアーノズル４９がそれぞれ噴出方向を下方に向けて配設されている。洗浄ノズル４７は純水等の洗浄液を供給する洗浄液供給部４８と接続されており、洗浄液供給部４８を駆動することにより、洗浄ノズル４７から回転支持部４０に支持された半導体ウェハ１１の上面に対して洗浄液が噴射される。
【００４６】
このときモータ４４を駆動することによって半導体ウェハ１１はスピン回転状態にあり、半導体ウェハ１１の中心部に噴射された洗浄液は遠心力によって半導体ウェハ１１の外縁方向に流動する。これにより半導体ウェハ１１上面に付着した異物は洗浄液とともに除去され、洗浄フレーム部３５の底面に溜まる。そして洗浄液とともに開口部３５ｃから排水管３５ｅを経て図示しない排水処理装置へ導かれる。
【００４７】
またエアーノズル４９はエアー供給部５０と接続されており、エアー供給部５０を駆動することにより、エアーノズル４９のエア孔４９ａより下方にエアーが噴射される。これにより洗浄後の半導体ウェハ１１上面に残留付着する洗浄液滴は除去され、水切りおよび乾燥が行われる。上記の各動作は、シリンダ３７、モータ駆動部４５、吸引制御部４６、洗浄液供給部４８およびエアー供給部５０を、装置本体の制御部（図示せず）によって制御することにより行われる。
【００４８】
次に図８を参照して第１および第２のプラズマ処理部４Ａ，４Ｂについて説明する。これらの２つのプラズマ処理部は同一機能を有するものであり、作業負荷に応じて１方のみもしくは両方を使用するようになっている。図２のＡＡ断面を示す図８において、真空チャンバ５１の側面には開口部５１ａが設けられている。開口部５１ａは半導体ウェハ１１の搬出入用であり、半導体ウェハ１１を保持したウェハ保持部１７が出入可能な大きさとなっている。開口部５１ａは昇降式のゲート５６を備えており、ゲート５６はシリンダ５７のロッド５７ａに結合されている。シリンダ５７を駆動することにより、ゲート５６は昇降し、開口部５１ａは開閉される。
【００４９】
真空チャンバ５１の天井面および底面にはそれぞれ開口部５１ｂ，５１ｃが設けられている。開口部５１ｂには真空密の軸受け５１ｅを介して上部電極５２の支持部５２ａが上下動自在に挿通している。支持部５２ａは電極昇降駆動部５５と結合されており、電極昇降駆動部５５を駆動することにより、上部電極５２は昇降する。
【００５０】
上部電極５２の下面にはガス噴出口５２ｂが多数開口しており、ガス噴出口５２ｂは支持部５２ａの内部に設けられた内孔５２ｃを介してガス供給部５４と接続されている。ガス供給部５４はＣＦ４などのフッ素系ガスと酸素を主体とするプラズマ発生用の混合ガスを供給する。
【００５１】
真空チャンバ５１の底面の開口部５１ｃには絶縁体５３を介して下部電極５８の支持部５８ａが真空密に挿通している。下部電極５８の上面には吸着孔５８ｂが多数設けられており、吸着孔５８ｂは支持部５８ａの内部に設けられた内孔５８ｃを介して吸引制御部６０と接続されている。吸引制御部６０を駆動して、吸着孔５８ｂから真空吸引することにより、下部電極５８の上面に半導体ウェハ１１を真空吸着して保持する。また吸引制御部６０を駆動して吸着孔５８ｂに正圧を付与することにより、吸着保持した半導体ウェハ１１を吸着状態から解放する。
【００５２】
下部電極５８の内部には冷却孔５８ｄが設けられており、冷却孔５８ｄは支持部５８ａ内の内孔５８ｅを介して電極冷却部６１と接続されている。電極冷却部６１を駆動して冷却孔５８ｄ内を冷媒を循環させることにより、プラズマ処理時に発生する熱は下部電極５８から冷媒へ伝達される。これにより下部電極５８の異常昇温が防止され、下部電極５８上に載置された半導体ウェハ１１の保護膜１１ａへの熱によるダメージを防止することができる。
【００５３】
真空チャンバ５１には排気孔５１ｄが設けられており、排気孔５１ｄは管継手５１ｆを介してガス排気部５９に接続されている。ガス排気部５９を駆動することにより、真空チャンバ５１内の空間は真空排気される。下部電極５８は支持部５８ａを介して高周波電源部６２と電気的に接続されている。上部電極５２は支持部５２ａを介して接地部５２ｄに接続されており、高周波電源部６２を駆動することにより、相対向した上部電極５２と下部電極５８の間には高周波電圧が印加される。
【００５４】
プラズマ処理においては、下部電極５８上に半導体ウェハ１１を載置して保持させた状態で、まず真空チャンバ５１を閉じ内部を真空排気する。そして真空チャンバ５１内にガス供給部５４からプラズマ発生用の混合ガスを供給した状態で上部電極５２と下部電極５８の間に高周波電圧を印加することにより、上部電極５２と下部電極５８との間にはプラズマ放電が発生する。これにより発生するプラズマのエッチング効果により、半導体ウェハ１１の上面はエッチングされ薄化加工が行われる。
【００５５】
ガス供給部５４、電極昇降駆動部５５、ガス排気部５９、吸引制御部６０、電極冷却部６１、高周波電源部６２を本体装置の制御部（図示せず）によって制御することにより、上述のプラズマ処理動作が実行される。このとき、ガス供給部５４からはガス流量のデータが、ガス排気部５９からはチャンバー内圧のデータが、吸引制御部６０からは冷媒温度（すなわち電極温度）のデータが制御部に伝達される。制御部はこれらのデータに基づいて、プラズマ処理動作を制御する。
【００５６】
この半導体ウェハの加工装置は上記のように構成されており、以下、半導体ウェハの薄化加工について説明する。この薄化加工は、複数の半導体素子が作り込まれた半導体ウェハ１１の回路形成面に保護膜１１ａを形成した後に行われる。この半導体ウェハ１１は、図３に示すようにマガジン２Ａ（又は２Ｂ）に保護膜１１ａ側を上向きにして収納された状態で供給され、図３に示すようにウェハ保持部１７によって保護膜１１ａ側を真空吸着されて取り出される。そして半導体ウェハ１１を下面に吸着保持したウェハ保持部１７は、ウェハ搬送部３のロボット機構によってプリセンタ部５まで移動する。
【００５７】
ここでウェハ保持部１７を軸廻りに回転させ、ウェハ保持部１７に吸着保持された半導体ウェハ１１を上下反転させる。これにより、半導体ウェハ１１は保護膜１１ａを下向きにして、図５に示すようにウェハ保持部１７の上面に吸着保持された状態となる。そしてウェハ保持部１７を下降させることにより、半導体ウェハ１１は保護膜１１ａ側を下に向けた状態で載置テーブル２０上に載置される。この後ウェハ保持部１７が溝部２１内から退避したならば、位置決め爪２２ａが３方向から半導体ウェハ１１の外周部を中心に向かって押し付ける。これにより、半導体ウェハ１１の位置合わせ、すなわちプリセンタ動作が行われる。
【００５８】
次いでこのプリセンタ動作により位置合わせされた半導体ウェハ１１は、ウェハ搬入部９Ａの吸着ヘッド２５Ａによってピックアップされ、図６に示すように研磨部６に渡される。すなわち吸着ヘッド２５Ａをウェハ受け渡し位置まで移動させ、そこで半導体ウェハ１１をチャックテーブル７ａ上に移載する。
【００５９】
この後、研磨部６による機械研磨が行われる。まず半導体ウェハ１１を保持したチャックテーブル７ａは第１の研磨ユニット８Ａの下方の粗研磨ステーションへ移動し、ここで砥石３１Ａを用いた粗研磨加工が行われる。次いでチャックテーブル７ａは仕上げ研磨ステーションへ移動し、第２の研磨ユニット８Ｂによってより細かい砥石３１Ｂを用いた仕上げ研磨が行われる。このとき、半導体ウェハ１１は所定の目標厚さ寸法よりも所定厚さだけ厚い寸法、すなわち３μｍ〜５０μｍの範囲で設定されるドライエッチング代だけ厚い寸法に薄化される。
【００６０】
仕上げ研磨が終了すると、当該半導体ウェハ１１を保持したチャックテーブル７ａは、ターンテーブル７がインデックス回転することにより再びウェハ受け渡しステーションまで移動する。そしてこの半導体ウェハ１１はウェハ搬出部９Ｂの吸着ヘッド２５Ｂによってピックアップされ、搬送アーム２４Ｂを旋回させることにより、ウェハ洗浄部１０まで移動する。したがって、ウェハ搬出部９Ｂは、研磨部６から研磨後の半導体ウェハ１１を取り出し、ウェハ洗浄部１０に渡す洗浄前搬送手段となっている。
【００６１】
この半導体ウェハ１１の搬出動作において、本実施の形態では半導体ウェハ１１には保護膜１１ａが形成されていることから、機械研磨によってマイクロクラック導入層が生成した状態にあっても抗折強度が補強され、搬送中の半導体ウェハ１１の破損を防止することができる。
【００６２】
次に、ウェハ洗浄部１０における洗浄動作を、図１１のフローに従って説明する。まず図７においてカバー部３６が下降した状態で、ウェハ搬出部９Ｂの搬送アーム２４Ｂを旋回させ、吸着ヘッド２５Ｂに保持された半導体ウェハ１１を洗浄フレーム部３５内に搬入して回転支持部４０上に移載する（ＳＴ１）。
【００６３】
次いで回転支持部４０の吸着孔４０ａから真空吸引することにより半導体ウェハ１１を吸着保持する（ＳＴ２）とともに、吸着ヘッド２５Ｂによる半導体ウェハ１１の吸着を解除する（ＳＴ３）。そして搬送アーム２４Ｂが外部に退避したならば、カバー部３６を上昇させる（ＳＴ４）。これにより半導体ウェハ１１は洗浄フレーム部３５内で周囲を閉囲された状態となり、洗浄液の噴射が可能な状態となる。
【００６４】
この後モータ４４を駆動して回転支持部４０を回転させ、半導体ウェハ１１をスピン回転させる（ＳＴ５）。そしてこの状態で洗浄ノズル４７から洗浄液を噴射させ（ＳＴ６）、所定の洗浄時間経過後に洗浄液の噴射を停止する（ＳＴ７）。この後エアーノズル４９からエアーを吹き出し（ＳＴ８）、半導体ウェハ１１上面の水切り・乾燥を行う。そして所定時間後にエアー吹き出しを停止し（ＳＴ９）、その後回転支持部４０の回転を停止させる（ＳＴ１０）。これにより、洗浄及び水切り・乾燥が終了する。
【００６５】
この後カバー部３６を下降させたならば（ＳＴ１１）、ウェハ搬送部３のロボット機構を駆動してウェハ保持部１７を洗浄フレーム部３５内に進入させる（ＳＴ１２）。そしてウェハ保持部１７の吸着孔１７ａによって半導体ウェハ１１の上面を吸着するとともに、回転支持部４０の吸着孔４０ａによる吸着を解除する（ＳＴ１３）。そして半導体ウェハ１１をピックアップしたウェハ保持部１７を上昇させて、洗浄フレーム部３５外に搬出する（ＳＴ１４）。
【００６６】
次に洗浄により表面の異物が除去された半導体ウェハ１１は、第１のプラズマ処理部４Ａ又は第２のプラズマ処理部４Ｂのいずれかに移動し、ここでプラズマエッチング（ドライエッチング）が行われる。このプラズマエッチングは、機械研磨によって目標厚さより３μｍ〜５０μｍの範囲で設定されるドライエッチング代だけ厚い寸法に薄化された半導体ウェハ１１の表面を、更にプラズマエッチングしてドライエッチング代分を除去することにより、半導体ウェハ１１を目標厚さに薄化するものである。
【００６７】
＃３０００〜＃４０００の砥石で仕上げ研磨を行う場合、このドライエッチング代は５μｍ〜６μｍ程度に設定するのが望ましい。これにより、研磨効率の優れた機械研磨の適用割合を極力大きくして作業効率を向上させるとともに、仕上げ研磨によって生じるマイクロクラック導入層（一般に３μｍ〜５μｍ）を完全に除去することができ、作業効率と除去品質を両立させることができる。
【００６８】
このプラズマエッチングについて、図９、図１０を参照して説明する。図９（ａ）に示すように、ウェハ搬送部３のロボット機構によりウェハ洗浄部１０から洗浄後の半導体ウェハ１１を下面に吸着保持したウェハ保持部１７を、真空チャンバ５１の開口部５１ａの側方まで移動させる。このとき、ゲート５６が下降して開口部５１ａは開放状態にあり、上部電極５２は電極昇降駆動部５５によって上昇した状態にある。ウェハ搬送部３は、ウェハ洗浄部１０から洗浄後の半導体ウェハ１１を取り出し、プラズマ処理部４Ａ，４Ｂに渡す洗浄後搬送手段となっている。
【００６９】
次いで図９（ｂ）に示すように、ウェハ保持部１７を開口部５１ａを介して真空チャンバ５１内に進入させ、ウェハ保持部１７を下降させることにより、下面に保持した半導体ウェハ１１を下部電極５８の上面に載置する。そしてウェハ保持部１７による吸着を解除するとともに、下部電極５８の吸着孔５８ｂによって半導体ウェハ１１の保護膜１１ａを吸着保持する。この半導体ウェハ１１のプラズマ処理部４Ａ，４Ｂへの搬出入において、プラズマ処理部４Ａ，４Ｂの搬出入中心線Ｌａ，Ｌｂの延長線上に原点０が位置するように（図２参照）、プラズマ処理部４Ａ，４Ｂの配置が設定されていることから、高い方向精度の搬出入動作が実現される。
【００７０】
この後、ウェハ保持部１７を上昇させて外部に退避させたならば、図１０（ａ）に示すようにシリンダ５７を駆動してゲート５６を上昇させ、真空チャンバ５１を閉じる。そして電極昇降駆動部５５を駆動して上部電極５２を下降させ、図１０（ｂ）に示すように上部電極５２の下面と下部電極５８の上面の間の距離をプラズマエッチング処理に適した所定の電極間距離Ｄに設定する。
【００７１】
そして、この状態で前述のプラズマエッチング処理が行われる。すなわち真空チャンバ５１内を排気した後に、フッ素系ガスと酸素ガスの混合ガスをプラズマ発生用ガスとして上部電極５２の下面のガス噴出口５２ｂから噴出させて真空チャンバ５１内を所定のガス圧力に維持する。そしてこの状態で上部電極５２と下部電極５８の間に高周波電圧を印加する。これにより、上部電極５２と下部電極５８の間の空間にはプラズマ放電が発生し、このプラズマ放電により生じる活性物質の作用により、半導体ウェハの表面のシリコンが除去される。
【００７２】
そしてこのプラズマエッチング処理は、半導体ウェハ１１が目標厚さになるまで継続して行われる。これにより、機械研磨工程において半導体ウェハ１１の表面に生じたマイクロクラック導入層が除去される。このマイクロクラック導入層は通常３μｍ〜５μｍの厚さで生成されるため、前述のように目標厚さよりマイクロクラック導入層を超えるドライエッチング代だけ厚い寸法に機械研磨し、この後ドライエッチング代分だけプラズマエッチングで除去することにより、目標厚さまで加工された状態では、マイクロクラック導入層は完全に除去される。
【００７３】
プラズマエッチング完了後の半導体ウェハ１１は、ウェハ搬送部３のウェハ保持部１７によって取り出され、ウェハ収納部２の当該半導体ウェハ１１が取り出されたマガジン２Ａ（または２Ｂ）の同一位置に収納される。そして上記動作が他の半導体ウェハ１１についても継続して繰り返される。この薄化加工後の半導体ウェハ１１の搬送において、上述のようにダメージ層が完全に除去されているので、半導体ウェハ１１の抗折強度が向上し半導体ウェハ１１の破損が生じない。
【００７４】
このように、本実施の形態によれば、マイクロクラックに起因して半導体ウェハ１１の搬送時など製造過程において発生する破損を防止して、加工歩留りを向上させることができる。また本実施の形態においては、機械研磨、洗浄、ダメージ層除去のそれぞれの機能を担う各部を単一のロボット機構で連結した構成となっていることから、設備占有面積を小さくして設備費用の削減を可能とすると共に、従来の装置、すなわち複数の個別装置間でロボットなどの搬送手段を用いて半導体ウェハを受け渡す方式のものと比較して、搬送時の半導体ウェハ１１の持ち換え回数を最小回数に抑えることができる。したがってハンドリング時の半導体ウェハの破損発生の確率を低下させて、前述の加工歩留まりをさらに向上させることが可能となっている。
【００７５】
さらに本実施の形態に示す半導体ウェハの加工装置では、共通のベース部１上に、研磨部６とそれ以外の各部との領域を分離して配置し、これらの間においてそれぞれ個別の搬送手段によって半導体ウェハ１１の受け渡しを行うようにしている。すなわち、研磨液を使用し研磨粉など汚染物の付着が避けられない作業領域（図１、図２に示す後半部１ｂ参照）における汚染物質が付着した状態での半導体ウェハ１１の搬送と、処理対象物に高い清浄度が求められるプラズマエッチング処理などクリーンルーム領域（図１、図２に示す前半部１ａ参照）における清浄状態での半導体ウェハ１１の搬送とを、それぞれ個別の搬送手段によって分離して行うようにしている。
【００７６】
これにより、クリーンルーム領域における搬送手段が汚染物質の付着によって汚染されることがない。したがって、マイクロクラック導入層除去を目的として行われるプラズマエッチング処理において、半導体ウェハ１１の表面にはエッチング効果を阻害する異物の付着がなく、半導体ウェハ１１の表面のダメージ層を完全に除去して抗折強度を向上させることができる。
【００７７】
なお本発明では、上述した実施の形態に限らず種々の変更を加えて実施してもよい。例えば本実施の形態では、機械研磨を粗研磨工程と仕上げ研磨工程の２段階で行っているが、仕上げ研磨工程を省略してもよい。この場合、粗い砥石で研磨するのでウェハの上面のダメージ層の深さは１０μｍ以上になる。従って、ドライエッチング代を５０μｍ程残し、残りをドライエッチングして目標厚さまで加工するとダメージ層を完全に除去することができる。機械研磨を粗研磨工程のみの１段階とすることにより研磨部の小型化が可能となり、占有床面積の小さな半導体ウェハの加工装置を実現することができる。
【００７８】
さらに本実施の形態では、直交座標系の第１象限にプリセンタ部５とウェハ搬入部９Ａを、第２象限にウェハ搬出部９Ｂとウェハ洗浄部１０を配置しているがこれらの位置を入れ換えて第１象限にウェハ搬出部９Ｂとウェハ洗浄部１０を配置してもよい。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウェハを機械研磨する研磨手段と、研磨後の半導体ウェハを受け取って洗浄する洗浄手段と、洗浄後の半導体ウェハのダメージ層を除去するダメージ層除去手段と、前記研磨手段、洗浄手段およびダメージ層除去手段間での半導体ウェハの受け渡しを行う極座標系のロボット機構によるウェハハンドリング手段とを同一装置内に備えたので、半導体ウェハの持ち換え回数を減少させて半導体ウェハの破損を防止して加工歩留まりを向上させると共に、設備のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置の平面図
【図３】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置のウェハ収納部の斜視図
【図４】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置のウェハ収納部の斜視図
【図５】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置の部分平面図
【図６】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置の研磨部の側面図
【図７】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置のウェハ洗浄部の断面図
【図８】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工装置のプラズマ処理部の断面図
【図９】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工方法の工程説明図
【図１０】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工方法の工程説明図
【図１１】本発明の一実施の形態の半導体ウェハの加工方法における半導体ウェハ洗浄のフロー図
【符号の説明】
２  ウェハ収納部
３  ウェハ搬送部
４Ａ  第１のプラズマ処理部
４Ｂ  第２のプラズマ処理部
５  プリセンタ部
６  研磨部
８Ａ  第１の研磨ユニット
８Ｂ  第２の研磨ユニット
９Ａ  ウェハ搬入部
９Ｂ  ウェハ搬出部
１０  ウェハ洗浄部
１１  半導体ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003633854.tif 000009
【図９】
0003633854.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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