(57)【要約】【課題】シリコン基板を対象としたストレスリリーフにおいて、低コストのプロセスで熱ダメージがなく、且つ環境負荷を低減することが可能なシリコン基板のストレスリリーフ方法を提供することを目的とする。【解決手段】シリコン基板を機械研削した後の加工済み基板４を対象として、機械研削後の裏面１ｂに生成したストレス層を除去するために行われるストレスリリーフにおいて、加工済み基板４を原子状水素処理装置５の減圧された処理室７内に収容し、原子状水素発生装置２０によって水素ガスから発生された原子状水素を処理対象面である裏面１ｂに接触させ、この処理対象面の表面層を原子状水素の作用によってガス化して除去する。これにより、低コストのプロセスで熱ダメージがなく且つ環境負荷を低減することが可能なストレスリリーフ処理が実現される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路形成面の裏面を機械研削によって薄化された後のシリコン基板において前記裏面を処理対象面としてストレスリリーフ処理を行うシリコン基板のストレスリリーフ方法であって、
原子状水素発生装置によって水素ガスから原子状水素を発生させ、発生した原子状水素を減圧された空間に供給してこの空間内に収容された前記シリコン基板の前記処理対象面に接触させ、この処理対象面の表面層を前記原子状水素の作用によってガス化して除去することを特徴とするシリコン基板のストレスリリーフ方法。
【請求項２】
前記原子状水素発生装置は、水素ガスを不活性ガスによって希釈した希釈ガスを用いて前記原子状水素を発生することを特徴とする請求項１記載のシリコン基板のストレスリリーフ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械研削によって薄化された後のシリコン基板を対象としてストレスリリーフ処理を行うシリコン基板のストレスリリーフ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に用いられるシリコン基板の製造工程では、半導体装置の薄型化にともない基板の厚さを薄くするための薄化加工が行われる。この薄化加工は、シリコン基板の表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面の裏面を機械研削することによって行われる。機械研削加工においてはシリコン基板の表面には機械研削によって発生するマイクロクラックを含むストレス層が生成され、このストレス層によるシリコン基板の強度低下を防止するため、機械研削後にはシリコン表面のストレス層を除去するエッチング処理が行われる。このエッチング処理に、従来の薬液を用いる湿式エッチング処理に替えて、製造現場での薬液使用上の危険性や産業廃棄物の発生がないプラズマエッチングが用いられるようになっている（特許文献１参照）。
【０００３】
このシリコン基板を対象としたプラズマエッチング処理においては、６フッ化硫黄などのフッ素系ガスをプラズマ発生用ガスとして用い、フッ素系ガスがプラズマ放電によって電離または励起して生成したイオンやラジカルによってシリコン基板の表面層が部分的に除去される。
【特許文献１】特開２００１−２５７１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のプラズマエッチング処理では、以下に説明するような課題があった。まず、プラズマ処理を用いた表面改質のプロセスでは、減圧された処理空間内でプラズマを発生させるための複雑・高価な専用装置を必要とすることから、処理プロセスのコストを低減させることが困難であった。すなわちプラズマ処理の専用装置においては、処理空間を構成する真空チャンバやプラズマ発生用の電極や電源装置、これらを制御して適正条件のプラズマを発生させるための制御装置など、複雑・高価な装置を必要としており、設備費用の増大が避けられなかった。
【０００５】
さらにシリコン基板を対象としたプラズマ処理においては、フッ素系の処理用ガスがプラズマ放電によって電離して発生したイオンの物理作用やラジカル粒子の化学作用によって表面のエッチング処理が行われることから、処理対象の特性によっては作用が過剰となる場合が発生し、目的にかなった適正なプラズマ処理条件を実現することが難しいという課題がある。例えばシリコン基板は樹脂性の保護シートに貼着保持された状態でエッチング処理が行われるため処理過程において温度が上昇する。このため、保護シートに耐熱温度の制約があるものを用いている場合には、プラズマの作用によって保護シートの温度が耐熱限度を超えて上昇して熱ダメージを与える場合が生ずる。さらに、プラズマ発生用ガスとして地球温暖化効果を有するフッ素系ガスを用いていることから、必ずしも環境負荷低減の観点から望ましいものとはいえなかった。
【０００６】
そこで本発明は、シリコン基板を対象としたストレスリリーフにおいて、低コストのプロセスで熱ダメージがなく、且つ環境負荷を低減することが可能なシリコン基板のストレスリリーフ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のシリコン基板のストレスリリーフ方法は、回路形成面の裏面を機械研削によって薄化された後のシリコン基板において前記裏面を処理対象面としてストレスリリーフ処理を行うシリコン基板のストレスリリーフ方法であって、原子状水素発生装置によって水素ガスから原子状水素を発生させ、発生した原子状水素を減圧された空間に供給してこの空間内に収容された前記シリコン基板の前記処理対象面に接触させ、この処理対象面の表面層を前記原子状水素の作用によってガス化して除去する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、機械研削後のシリコン基板を対象としたストレスリリーフにおいて、原子状水素を減圧された空間に供給してこの空間内に収容されたシリコン基板の処理対象面に接触させ、この処理対象面の表面層を原子状水素の作用によってガス化して除去することにより、低コストのプロセスで熱ダメージがなく且つ環境負荷を低減することが可能なストレスリリーフ処理が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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シリコン基板の薄化過程の工程説明図、図２は本発明の一実施の形態のシリコン基板のストレスリリーフ方法に用いられる原子状水素処理装置の断面図、図３、図４，図５，図６は本発明の一実施の形態のシリコン基板のストレスリリーフ方法の工程説明図である。
【００１０】
まず図１を参照してシリコン基板の薄化過程のフローについて説明する。図１（ａ）において、シリコン基板１は複数の半導体素子が作り込まれた半導体ウェハであり、シリコン基板１の回路形成面１ａ（図１において下面側）には、樹脂製の保護シート２が貼着されている。保護シート２は、以下に説明する薄化のための各工程において、薄くて脆いシリコン基板１を保護するために貼着される。
【００１１】
シリコン基板１は薄化のための機械研削工程に送られ、ここで回路形成面１ａの裏面１ｂを研削ツール３によって所定の除去厚みだけ部分的に除去することにより薄化加工が行われる。これにより、シリコン基板１は規定の厚みまで薄化されるが、機械研削後の裏面１ｂ（研削加工面）には、機械研削時に発生するマイクロクラックを含むストレス層１ｃが生成されている。このストレス層１ｃをそのままにしておくとシリコン基板１の抗折強度が低下するため、機械研削後にはストレス層１ｃを除去するためのストレスリリーフ処理が実行される。すなわち、回路形成面の裏面を機械研削によって薄化された後の加工済み基板４については、機械研削後の裏面を処理対象面として、以下に説明するストレスリリーフ処理が行われる。
【００１２】
次に図２を参照して、このストレスリーリーフ処理を原子状水素の作用によって行う原子状水素処理装置５の構造を説明する。図２において、真空チャンバ６は略箱形の密閉容器であり、側面には処理対象物を搬入・搬出するための搬送用開口部６ａが設けられている。搬送用開口部６ａは開閉駆動機構（図示省略）によって駆動される扉部材１０によって開閉自在となっている。加工済み基板４などの処理対象物は、開放状態の搬送用開口部６ａを介して処理室７内に搬入され、載置台８上に載置される。扉部材１０を閉じることにより処理室７は密閉状態となり、この状態でストレスリリーフ処理が行われる。そして処理終了後の加工済み基板４は、搬送用開口部６ａから外部へ搬出される。
【００１３】
真空チャンバ６の底面には吸排気用開口部６ｂが設けられており、吸排気用開口部６ｂに接続された管路１１は、第１の開閉バルブ１２，第２の開閉バルブ１３を介して真空排気部１４に接続されている。第１の開閉バルブ１２，第２の開閉バルブ１３を開にした状態で真空排気部１４を駆動することにより、管路１１および吸排気用開口部６ｂを介して処理室７は真空排気され、ストレスリリーフ処理のための減圧された空間が形成される。
管路１１には、第３の開閉バルブ１５が第１の開閉バルブ１２の手前側で分岐して設けられている。第３の開閉バルブ１５を開放することにより、処理室７内には管路１１および吸排気用開口部６ｂを介して大気が導入され、これにより処理室７は常圧に復帰する。
【００１４】
第１の開閉バルブ１２と第２の開閉バルブ１３の間には、第４の開閉バルブ１６を介して管路１７が繋ぎ込まれており、管路１７は以下に説明する原子状水素発生装置２０に接続されている。第１の開閉バルブ１２を閉じた状態で、第２の開閉バルブ１３および第４の開閉バルブ１６を開状態にすることにより、真空排気部１４によって原子状水素発生装置２０を対象とした真空排気を行うことが可能となっている。
【００１５】
原子状水素発生装置２０について説明する。原子状水素発生装置２０は加工済み基板４を対象としたストレスリリーフ処理に使用される原子状水素を発生する機能を有するものであり、内部に原子状水素を発生するための生成室２２が形成された密閉可能な箱状の容器２１を備えている。容器２１の上部に設けられたガス導入部２１ａには、第５の開閉バルブ２４を介してガス供給装置２３が接続されており、第５の開閉バルブ２４を開にすることにより、生成室２２内には原子状水素を発生させるためのガスが供給される。ここでは、水素ガスをヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスによって所定濃度（好ましくは４％以下）に希釈した希釈ガスを用い、高濃度の水素ガスが大気中の酸素と混合することによる危険を防止するようにしている。また容器２１の側面に設けられた吸引孔２１ｂには、管路１７が接続されており、前述のように真空排気部１４によって生成室２２内を真空排気することができるようになっている。
【００１６】
生成室２２内には、タングステンやモリブデンなどの高融点の金属をフィラメント状にした発熱体２５が配置されており、発熱体２５は電源装置２６から供給される電力によって発熱する。発熱体２５の作動において、電源装置２６によって電力を制御することにより、発熱体２５を原子状水素の生成に適した所定の温度で発熱させることができる。ガス供給装置２３からガス導入部２１ａを介して生成室２２内に供給された水素ガスが、加熱された発熱体２５に接触することにより、２つの水素原子が結合した状態の水素分子は、それぞれの水素原子が分離した原子状水素となる。原子状水素は電気的に中性で活性作用を有しており、この活性作用によって加工済み基板４を対象とするストレスリリーフ処理が行われる。
【００１７】
容器２１の底面に設けられた水素供給孔２１ｃは真空チャンバ６の上面に開口したガス導入用開口部６ｃと連通しており、生成室２２内で発生した原子状水素を処理室７内にガス導入用開口部６ｃを介して供給することができるようになっている。ガス導入用開口部６ｃはシャッタ部材２７によって開閉自在となっており、シャッタ部材２７は連結ロッド２８ａを介して開閉駆動機構２８に接続されている。開閉駆動機構２８を開方向（図２において右側方向）に駆動してガス導入用開口部６ｃを開放することにより、生成室２２と処理室７とを連通させることができ、これにより、原子状水素の処理室７内への供給が行われる。そして開閉駆動機構２８を閉方向（図２において左側）に駆動してガス導入用開口部６ｃを閉鎖することにより、生成室２２と処理室７との連通状態を遮断して、原子状水素の処理室７内への供給が停止される。
【００１８】
次に図３〜図６を参照して、原子状水素処理装置５を用いたストレスリリーフ処理について説明する。図３は、ストレスリリーフ処理が開始される前の準備作業を示している。すなわち扉部材１０を下降させて搬送用開口部６ａを開放状態にして、処理室７内へ複数の処理対象の加工済み基板４を搬入する。そしてこれらの加工済み基板４を、載置台８上へ処理対象面である裏面１ｂを上向きにした姿勢で載置する。このとき、原子状水素発生装置２０においては、生成室２２内の真空排気が既に開始されている。すなわち、第１の開閉バルブ１２を閉状態に、また第２の開閉バルブ１３、第４の開閉バルブ１６を開状態
にして真空排気部１４を駆動することにより、生成室２２のみを対象とした真空排気が行われる。
【００１９】
次に図４をに示すように、扉部材１０を上昇させて搬送用開口部６ａを閉鎖することにより処理室７を密閉状態にし、次いで第１の開閉バルブ１２を開状態にする。これにより、生成室２２内とともに処理室７の真空排気が開始される。そして処理室７内が所定に真空圧（約１０Ｐａ）まで減圧されたならば、原子状水素によるストレスリリーフ処理が開始される。
【００２０】
すなわち図５に示すように、開閉駆動機構２８を開方向に駆動してシャッタ部材２７を移動させ、ガス導入用開口部６ｃを開放する。次いで、電源装置２６によって発熱体２５を所定温度（８００℃以上）に加熱した状態で、第５の開閉バルブ２４を開放してガス供給装置２３から生成室２２内へ、水素ガスを希釈した希釈ガスを供給する。これにより、希釈ガス中の水素ガスが加熱された発熱体２５に接触して原子状水素が発生し、発生した原子状水素は処理室７内へ供給される。そしてこの原子状水素がシリコン基板１の裏面１ｂに接触することにより、裏面１の表面層のシリコンが部分的に除去される。すなわち裏面１ｂにおいて露呈されたシリコンの原子が４つの原子状水素と結合して（ＳｉＨ４）となってガス化する。これにより、裏面１ｂの表面層のシリコンが徐々に消失し、シリコン基板１に生成したストレス層１ｃが除去される。
【００２１】
そして所定のエッチング処理時間が経過すると、原子状水素発生装置２０による原子状水素の供給を停止し、次いで図６に示すように、開閉駆動機構２８を閉方向に駆動してガス導入用開口部６ｃを閉じる。これにより、生成室２２と処理室７との連通状態が断たれ、この後、処理室７への大気導入が行われる。すなわち、第１の開閉バルブ１２を閉じるとともに、第３の開閉バルブ１５を開状態にすることにより、吸排気用開口部６ｂから処理室７内へ大気が導入され、処理室７内が常圧に復帰する。これにより、搬送用開口部６ａを開放して処理後の加工済み基板４を処理室７から搬出することが可能な状態となる。そして原子状水素発生装置２０においては、真空排気部１４による生成室２２内の真空排気が継続して行われる。
【００２２】
すなわち、上述のシリコン基板１において裏面１ｂを処理対象面としてストレスリリーフ処理を行うシリコン基板のストレスリリーフ方法においては、原子状水素発生装置２０によって水素ガスから原子状水素を発生させ、発生した原子状水素を減圧された空間である処理室７に供給してこの空間内に収容された加工済み基板４の処理対象面である裏面１ｂに接触させ、この処理対象面の表面層を原子状水素の作用によってガス化して除去するようにしている。そして原子状水素の発生において、原子状水素発生装置２０により水素ガスを不活性ガスによって希釈した希釈ガスを用いて原子状水素を発生する方法を用いている。
【００２３】
上述の原子状水素を用いて行われるストレスリリーフ処理は、以下に述べるような優れた特徴を有している。まず従来同様の用途に用いられていたプラズマエッチングのプロセスでは、減圧された処理空間内でプラズマを発生させるための複雑・高価な専用装置を必要とすることから、設備費用の増大が避けられなかった。これに対し、本実施の形態に示す原子状水素処理装置は、減圧空間内に収容された処理対象物に原子状水素を接触させるための構成のみを備えればよく、複雑な装置構成を必要とすることなく、簡便・安価な処理装置によってシリコン基板の表面層を除去するエッチング処理を効率よく行うことができる。
【００２４】
またプラズマエッチング処理では、処理対象面にプラズマの効果が適正且つ均一に及ぶようにする必要があり、この条件が満たされない場合には適正な表面改質の品質が確保で
きなかった。すなわちプラズマの照射が不足の場合にはエッチング効果が十分でなく所期のストレスリリーフ効果が得られない。そしてプラズマの照射が適正量を超えてイオンによる物理作用が過剰の場合には、処理過程において樹脂製の保護シート２の耐熱温度を超えて温度が上昇し、熱ダメージを招くおそれがあった。
【００２５】
これに対し原子状水素を用いたストレスリリーフ処理においては、このような不具合を生じることなく、容易に均質な効果を得ることができる。すなわち原子状水素は原子量１で極めて軽い粒子であることから運動性に優れており、処理室７中において良好に拡散し、広い範囲の処理対象面に対して均一に作用する。しかも原子状水素は化学的に安定で、単体で他の物体と衝突しても活性を失うことなく、活性粒子としての寿命が長いことから、処理室７中を拡散する過程において処理対象面に接触するたびに活性作用を及ぼす。
【００２６】
したがって、処理室７内においてガス導入用開口部６ｃから離隔した位置に載置された状態の処理対象物であっても十分なストレスリリーフ効果が及び、均質な処理効果を得ることができる。また原子状水素処理においては、処理対象物にはプラズマ処理のような物理作用や発熱作用によるダメージが及ぶことがなく、このようなダメージに起因する不具合の発生を低減することができる。
【００２７】
さらにシリコン基板を対象としたプラズマ処理においては、６フッ化硫黄（ＳＦ６）などの地球温暖化効果を有するフッ素系ガスが従来より用いられており、環境負荷の軽減の観点からは望ましい方法とはいえないものであった。これに対し原子状水素処理を用いる方法では、環境に対して全く悪影響を及ぼさないクリーンなガスである水素を主体として用いることから、環境負荷の低減に資するものとなっている。すなわち本発明によれば、シリコン基板を対象としたストレスリリーフにおいて、低コストのプロセスで熱ダメージがなく、且つ環境負荷を低減することが可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の表面改質方法は、シリコン基板を対象としたストレスリリーフにおいて、低コストのプロセスで熱ダメージがなく且つ環境負荷を低減することができるという効果を有し、機械研削によって薄化された後のシリコン基板を対象として行われるストレスリリーフ処理に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態のシリコン基板の薄化過程の工程説明図
【図２】本発明の一実施の形態のシリコン基板のストレスリリーフ方法に用いられる原子状水素処理装置の断面図
【図３】本発明の一実施の形態のシリコン基板のストレスリリーフ方法の工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態のシリコン基板のストレスリリーフ方法の工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態のシリコン基板のストレスリリーフ方法の工程説明図
【図６】本発明の一実施の形態のシリコン基板のストレスリリーフ方法の工程説明図
【符号の説明】
【００３０】
１  シリコン基板
１ａ  回路形成面
１ｂ  裏面
４  加工済み基板
５  原子状水素処理装置
７  処理室
２０  原子状水素発生装置
【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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