(57)【要約】【課題】半導体基板表面の除去、研磨又は減厚の効率を高め、迅速かつ安全で破片が生じにくく、環境を汚染せず、作業員が安全に作業することもできる半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造を提供する。【解決手段】半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造は、少なくとも１つの軟質弾性キャリア５０と、複数の硬質微粒子５５とを備える。軟質弾性キャリア５０の表面には、硬質微粒子５５が設けられる。軟質弾性キャリア５０は、粘着性を有する弾性材料からなる。軟質弾性キャリア５０の粒径は１０μｍ〜１５０μｍである。硬質微粒子５５の粒径は、米国材料試験協会の規格によるメッシュ数が１５００〜３００００である。軟質弾性キャリア５０は、プラスチック、ゴム、シリカゲルを基材の原料としてつくった軟質弾性複合物からなる。硬質微粒子５５は、天然ダイヤモンド、人工ダイヤモンド又はその混合物からなる。【選択図】図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの軟質弾性キャリアと、複数の硬質微粒子とを備えた、半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造であって、
前記軟質弾性キャリアの表面には、前記硬質微粒子が設けられ、
前記軟質弾性キャリアは、粘着性を有する弾性材料からなり、
前記軟質弾性キャリアの粒径は１０μｍ〜１５０μｍであり、
前記硬質微粒子の粒径は、米国材料試験協会の規格によるメッシュ数が１５００〜３００００であることを特徴とする、半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造。
【請求項２】
前記軟質弾性キャリアは、プラスチック、ゴム又はシリカゲルを基材の原料としてつくった軟質弾性複合物からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造。
【請求項３】
前記硬質微粒子は、天然ダイヤモンド、人工ダイヤモンド又はその混合物からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造。
【請求項４】
前記硬質微粒子は、窒化ホウ素、炭化ホウ素又はその混合物からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造。
【請求項５】
前記硬質微粒子は、炭化タングステン又はその混合物からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、半導体基板の表面処理技術に関し、特に、半導体基板表面の除去、研磨又は減厚の効率を高め、迅速かつ安全で破片が生じにくく、作業する際に化学液体又は水を使用しなくてもよいため、環境を汚染せず、作業員が安全に作業することができる、半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の集積回路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の技術は急速に発展して成熟し、半導体産業は大きな発展を遂げた産業の一つとなっている。半導体ウェハは、シリコンウェハなどの基板に対して成膜、露光、エッチング、研削、洗浄など複数の製造工程を行って製造される。従来、ウェハメーカは、大量生産する際、３割又はそれ以上の割合のモニターウェハ（Ｍｏｎｉｔｏｒ  Ｗａｆｅｒ）及びダミーウェハ（Ｄｕｍｍｙ  Ｗａｆｅｒ）を使用しなければならず、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を生産する場合、４割以上のモニターウェハ及びダミーウェハを使用しなければならなかった。初期のダミーウェハは、使用後、不要となったウェハと一緒に廃棄されていたため、有毒な産業廃棄物が生じていた。その後、産業の急速な発展に伴い、ウェハ材料が大型化され、それにかかるコストも徐々に多くなってきており、再生ウェハ（Ｒｅｃｌａｉｍｅｄ  Ｗａｆｅｒ）産業も徐々に発展してきており、使用済みのモニターウェハ及び廃棄ウェハの上面のめっき膜（例えば、絶縁薄膜又は金属薄膜）などの回路パターンを研削、研磨すると、再利用することができる。
【０００３】
従来の半導体ウェハの再生ウェハ方式では、主にウェットエッチング（Ｗｅｔ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術により、ウェハ表面のめっき膜（例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などの絶縁薄膜又はＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属めっき膜）を除去し、半導体ウェハの表面をラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）及び／又は研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）してから化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ：ＣＭＰ）を行うか、化学機械研磨を直接行って平坦化し、最終的にウェハ表面を元の状態にしてから、半導体ウェハを所定の厚さ以下にして再利用できるようにしてもよい。
【０００４】
しかし、めっき膜の組成成分の違いに応じて、それぞれ異なる腐蝕性液体（例えば、フッ化水素酸）を使用して再生ウェハをエッチングしなければならなかったため、エッチング工程の複雑度が上がり、その過程で有毒ガスが発生することもあった。そのため、製造工程の安全性に問題があった。また、腐蝕性液体は、めっき膜組成の違いに応じて腐蝕効率が異なるため、再生ウェハの表面厚さが不均一となる問題が生じやすく、ウェットエッチングされた再生ウェハの表面に、腐蝕液により溶解された金属イオン又は不純物が付着し、汚染物が再生ウェハの表面に残留してしまうことがあった。そのため、まず、残留した汚染物を除去してから後続の製造工程を行わなければならず、製造コストが大きな負担となっていた。この他、化学機械研磨は、研磨廃液、研磨汚泥などの廃棄物が発生し、これらの化学廃棄物も我々の環境を汚染させ、有毒な化学廃液により生態環境が汚染されることを防ぐために、エッチング又は化学機械研磨の過程で発生した化学廃液は不用意に排出することはできなかった。そのため、製造メーカにとっては、化学廃液の回収処理作業、設備及び人件費にさらにコストがかかり、大きな負担となっていた。
【０００５】
特許文献１〜３で使用されている乾式サンドブラスト方式は、ウェハ表面のめっき膜を除去し、エッチング又は研削により除去されためっき膜が問題を発生させることを防ぐことができた。しかし、図１に示すように、サンドブラストには、天然ダイヤモンド、人工ダイヤモンド、炭化タングステン、炭化ホウ素などの硬質材が研削材料として使用され、その粒径が約１μｍ〜１０μｍであるが、サンドブラスト材料２０の噴出速度が速く、ウェハ１０の表面１５に吹付けられる時間が非常に短いため、ウェハ１０内に内部応力が形成され、ウェハ１０を損傷させて収率を低下させる虞があった。また、ウェハ１０の厚さが小さめであったため、クラックが発生したり割れたりし、研削効果が好ましくないため、めっき膜を除去した後のウェハ１０の表面１５が平坦でない上（図２を参照する）、残留金属めっき膜Ａがあるため、後続工程において化学機械研磨により平坦化させる必要があった。
【０００６】
言い換えると、従来の半導体ウェハは、除去、研磨、減厚などの表面処理を行う際、技術的にニーズを完全に満たすことができず、製造工程が複雑である上、除去、研磨又は減厚に多くの時間がかかり、製造装置が高価であり、破損率が高くて収率が低い問題がある上、大量の廃液処理の問題もあった。そのため、それら従来技術の問題点を改善することができる技術が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】台湾実用新案公告第Ｍ３２０１６８号公報
【特許文献２】台湾実用新案公告第Ｍ３２４８４７号公報
【特許文献３】台湾特許出願公開第２００５２４０３１号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
本考案の第１の目的は、再生ウェハの表面処理工程を簡素化するとともに、表面加工精度を高め、表面に粗さを改善し、表面処理にかかる時間を短縮することができる、半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造を提供することにある。
本考案の第２の目的は、化学薬品による汚染を減らし、廃液処理の工程及び設備を省略することができ、再生ウェハの製造工程は、環境汚染を防いで安全性が高い、半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造を提供することにある。
本考案の第３の目的は、研削するときの緩圧作用が好ましく、再生ウェハの表面を除去するときの変質層を減らし、ウェハにクラックが発生することを減らし、製造工程全体の収率を高めることができる、半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
こうした現状に鑑み、本考案者は鋭意研究を重ねた結果、従来技術の問題点を改善し、本考案を完成させたものである。
上記課題を解決するために、本考案の第１の形態によれば、少なくとも１つの軟質弾性キャリアと、複数の硬質微粒子とを備えた、半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造であって、前記軟質弾性キャリアの表面には、前記硬質微粒子が設けられ、前記軟質弾性キャリアは、粘着性を有する弾性材料からなり、前記軟質弾性キャリアの粒径は１０μｍ〜１５０μｍであり、前記硬質微粒子の粒径は、米国材料試験協会の規格によるメッシュ数が１５００〜３００００であることを特徴とする、半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造を提供する。
【考案の効果】
【００１０】
本考案の半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造は、表面処理構造と半導体ウェハの被処理表面が高速で接触されたときに、軟質弾性キャリアが変形し、被処理表面で高速摩擦摺動され、軟質弾性キャリアの表面に粘着された硬質微粒子により、被処理表面を研削し、半導体ウェハの被処理表面を除去するか研磨する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来のサンドブラスト技術によりウェハ表面のめっき膜を除去する工程を示す説明図である。
【図２】図２は、従来のサンドブラスト技術によりウェハ表面のめっき膜を除去した後のウェハ表面を示す拡大図であり、Ａは、粗さを表す。
【図３】図３は、本考案の一実施形態に係る半導体ウェハの表面処理構造の混成説明図であり、（Ａ）は表面処理構造の混合図であり、（Ｂ）は単体の表面処理構造を示す拡大図である。
【図４】図４は、本考案の一実施形態に係る半導体ウェハの物理的乾式表面処理方法のブラストを行う状態を示す説明図である。
【図５】図５は、本考案の一実施形態に係る半導体ウェハの物理的乾式表面処理方法の表面処理構造がウェハ表面にブラストを施す状態を示す説明図であり、（Ａ）は単体の表面処理構造及びウェハ表面が平滑な状態を示す。
【図６】図６は、本考案の一実施形態に係る半導体ウェハの表面処理構造がウェハ表面にブラストを施した後の状態を示す説明図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
以下、本考案の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本考案が限定されるものではない。
【００１３】
本考案の一実施形態に係る半導体ウェハの物理的乾式表面処理構造は、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、半導体ウェハの表面処理構造５００は、少なくとも１つの軟質弾性キャリア５０と、複数の硬質微粒子５５とから構成されてなる。複数の軟質弾性キャリア５０は、粘着性を有する軟質弾性材料からなる。この軟質弾性材料は、例えば、プラスチック、ゴム又はシリカゲル（ｓｉｌｉｃａ  ｇｅｌ）を基材の原料としてつくった軟質弾性複合物である。これら軟質弾性キャリア５０の粒径は１０μｍ〜１５０μｍである。これら硬質微粒子５５は、例えば、ダイヤモンド、窒化ホウ素、炭化タングステン、炭化ホウ素などの硬質材から選択され、これら硬質微粒子５５の粒径は、米国材料試験協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ   Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の規格によるメッシュ数が１５００〜３００００であり、複数の硬質微粒子５５は、各軟質弾性キャリア５０の表面（図３の（Ｂ）を参照する）に設けられ、噴射装置が高速で噴射させることができる。
【００１４】
図３及び図４を参照する。図３及び図４に示すように、本考案の一実施形態に係る半導体ウェハの物理的乾式表面処理方法の特徴は、特定の噴射角度で表面処理用組合物を噴射し、半導体ウェハ１００の被処理表面１０５を除去する工程を含む表面処理にある。表面処理構造５００は、表面に硬質微粒子５５が粘着された軟質弾性キャリア５０を含み、特定の夾角は２〜６０度であり、表面処理構造５００の噴出速度は５０〜２００ｍ／ｓであり、表面処理構造５００と半導体ウェハ１００の被処理表面１０５とが高速で接触されると、図５に示すように、軟質弾性キャリア５０が変形し、被処理表面１０５で高速摩擦摺動され、表面処理構造５００の軟質弾性キャリア５０の表面に硬質微粒子５５が粘着され、半導体ウェハ１００の被処理表面１０５を研削し、半導体ウェハ１００の被処理表面１０５のめっき膜又は被処理表面１０５を除去する。
【００１５】
本考案の他の実施形態では、表面処理構造５００に用いる様々な材料（例えば、ダイヤモンド、窒化ホウ素、炭化タングステン又はその混合物）又は様々な粒径（例えば、メッシュ数が５０００、１００００又は１５０００）の硬質微粒子５５に基づき、半導体ウェハ１００の被処理表面１０５上の様々な材料からなるめっき膜を除去するために用い、半導体ウェハ１００を減厚するか（例えば、メッシュ数が約１００００の硬質微粒子５５を選択し）、半導体ウェハ１００の被処理表面１０５の平坦化工程又は鏡面研磨工程を行う（例えば、メッシュ数２００００の硬質微粒子５５）。
【００１６】
また、本考案の他の実施形態では、半導体ウェハ１００の被処理表面１０５の状態は、例えば、半導体ウェハ１００がめっき膜を有さないか、めっき膜（例えば、絶縁めっき膜又は金属めっき膜）を有し、２工程又は３工程以上のブラスト表面処理工程を行い、各ブラスト表面処理工程の表面処理構造５００の硬質微粒子５５の粒径が異なるか、半導体ウェハ１００の被処理表面１０５の粗さレベルに対するメーカの様々な要求に基づき、粗除去、微細除去、仕上げ研磨など複数の処理工程を順次行い、加工速度及び加工精度の要求を満たすことができる。勿論、本考案の方法も半導体ウェハ１００の製造工程のニーズに基づき、従来のエッチング、化学機械研磨、洗浄など典型的な工程の前後に組み合わせて応用してもよい。
【００１７】
また、本考案の他の実施形態に係る半導体ウェハ１００は、めっき膜又は研磨表面を除去するために用いるサファイア基板、ガラス基板又は石英基板でもよい。
【００１８】
上述したことから分かるように、本考案の半導体ウェハの物理的乾式表面処理方法の特徴は、図４、図５及び図６に示すように、軟質弾性キャリア５０及び硬質微粒子５５を含む表面処理構造が、半導体ウェハ１００の被処理表面１０５に対してブラスト除去を行い、表面処理構造５００の軟質弾性キャリア５０が被処理表面１０５に高速で接触されると、軟質弾性キャリア５０自体が変形し、ワークピース表面で摩擦摺動され（図５を参照する）、摩擦摺動により軟質弾性キャリア５０の表面の硬質微粒子５５により除去又は研磨を行い、その表面の残渣６０が掻き取られるため（図５の（Ａ）を参照する）、従来技術で利用するエッチング又は化学機械研磨と比べ、製造工程が非常に簡素で迅速であるとともに、腐蝕性液体（例えば、フッ化水素酸）を使用しなくてもよいため、製造工程で有毒ガスが発生することを防ぎ、製造工程の安全性を高めることができる。また、研磨廃液、研磨汚泥などの廃棄物が発生することがないため、生態環境が汚染されることを防ぎ、化学廃液の回収処理に必要な設備及び人的コストを減らすことができ、本考案は、再生ウェハの表面処理工程を簡素化し、加工精度を高め、表面処理にかかる時間を短縮させることができる。
【００１９】
同時に、化学薬品の汚染を減らし、廃液処理の工程及び設備を減らすことができ、再生ウェハの工程は環境を汚染せず、安全性が高い。また、半導体ウェハ１００を再生させるときの変質層を減らし、製造工程全体の収率を高めることができる。
【符号の説明】
【００２０】
１０  ウェハ
１５  表面
２０  サンドブラスト材料
５０  軟質弾性キャリア
５５  硬質微粒子
６０  残渣
１００  半導体ウェハ
１０５  被処理表面
５００  表面処理構造
Ａ  残留金属めっき膜
【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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