JP3633854B2

JP3633854B2 - Semiconductor wafer processing equipment

Info

Publication number: JP3633854B2
Application number: JP2000175312A
Authority: JP
Inventors: 豊狛; 哲博岩井; 宏土師; 潔有田
Original assignee: Disco Corp; Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Disco Corp; Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2020-06-12
Also published as: JP2001358097A

Description

【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ＣＦ_４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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor wafer processing apparatus for polishing and thinning a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of a semiconductor wafer used for a semiconductor device, a polishing process is performed to reduce the thickness of the semiconductor wafer as the semiconductor device is made thinner. This polishing is performed by forming a circuit pattern on the surface of the semiconductor wafer and then mechanically polishing the back surface opposite to the circuit forming surface. On the surface of the semiconductor wafer after mechanical polishing, there is a damaged layer embrittled by microcracks formed by processing. This damaged layer is known to contain microcracks and impair the bending strength of the semiconductor wafer.
[0003]
Recently, there is an increasing demand for a thickness of a semiconductor wafer of 100 μm or less, and in order to realize this, thinning processing including removal of a damaged layer is being studied. As the most realistic method, a method can be considered in which a processing line is provided between an existing mechanical polishing apparatus and an etching apparatus, and a semiconductor wafer is transferred between the two apparatuses.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the semiconductor wafer after mechanical polishing is in an extremely thin state, and since the damaged layer is formed on the surface of the semiconductor wafer after mechanical polishing as described above, the bending strength is extremely weak and difficult to handle. , Easily damaged during transport, especially during delivery. In particular, in the operation of taking a machined semiconductor wafer out of a mechanical polishing apparatus and setting it in an etching apparatus, there is a high possibility that the semiconductor wafer will be damaged, and the yield may be deteriorated.
[0005]
In this way, in the equipment where the processing line is configured with the existing equipment, the processing yield is reduced due to the breakage of the semiconductor wafer due to the passing of the fragile semiconductor wafer many times, and the equipment is made compact and low in cost. There was a problem that it was difficult.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor wafer processing apparatus capable of improving processing yield by preventing breakage of a semiconductor wafer and reducing the size of equipment.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor wafer processing apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor wafer processing apparatus polishes the surface of the semiconductor wafer by mechanical polishing and then removes a damaged layer on the polished surface, and mechanically polishes the semiconductor wafer. A mounting means for mounting and positioning a polishing means and a semiconductor wafer before being passed to the polishing means means And this placement means A first transfer unit for transferring the semiconductor wafer to the polishing unit, a second transfer unit for taking out the semiconductor wafer polished by the polishing unit, and receiving and cleaning the polished semiconductor wafer from the second transfer unit Cleaning means to perform, Due to plasma etching Remove damaged layer of semiconductor wafer after cleaning Consists of a first plasma processing unit and a second plasma processing unit A damage layer removing unit, and a wafer transport unit having a robot mechanism of a polar coordinate system for delivering a semiconductor wafer between the placing unit, the cleaning unit, and the damaged layer removing unit, the damaged layer removing unit, The third quadrant of an orthogonal coordinate system in which the origin of the polar coordinate system of the robot mechanism is the common origin and the direction of the polishing means is the positive Y-axis direction To the first plasma processing unit, In the fourth quadrant A second plasma processing unit is disposed, and the first plasma processing unit Extension of semiconductor wafer loading / unloading center line And the origin of the polar coordinate system at a position where the extended line of the semiconductor wafer carry-in / out center line of the second plasma processing unit intersects It arrange | positions so that it may be located.
[0008]
The semiconductor wafer processing apparatus according to claim 2 is the semiconductor wafer processing apparatus according to claim 1, and is taken out from the semiconductor wafer before processing and / or the damaged layer removing means before being supplied to the polishing means. A storage means for storing the processed semiconductor wafer was provided.
[0009]
The semiconductor wafer processing apparatus according to claim 3 is the semiconductor wafer processing apparatus according to claim 1, wherein the cleaning is performed. means Is arranged in either the first quadrant or the second quadrant of the coordinate system.
[0010]
A semiconductor wafer processing apparatus according to claim 4 is the semiconductor wafer processing apparatus according to claim 3, wherein means The washing means Is arranged in a quadrant on the opposite side across the Y axis of the coordinate system.
[0011]
According to the present invention, polishing means for mechanically polishing a semiconductor wafer, cleaning means for receiving and cleaning the polished semiconductor wafer, damaged layer removing means for removing a damaged layer of the cleaned semiconductor wafer, and the polishing means In addition, a wafer handling unit using a polar coordinate system robot mechanism for transferring a semiconductor wafer between the cleaning unit and the damaged layer removing unit is provided in the same apparatus, thereby reducing the number of times the semiconductor wafer is changed and breaking the semiconductor wafer. Can be prevented and the equipment can be made compact.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. FIG. 5 is a partial plan view of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a semiconductor according to an embodiment of the present invention. 7 is a side view of a polishing unit of a wafer processing apparatus, FIG. 7 is a cross-sectional view of a wafer cleaning unit of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a semiconductor wafer processing of an embodiment of the present invention. FIG. 9 and FIG. 10 are process explanatory views of a semiconductor wafer processing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a semiconductor wafer processing method according to an embodiment of the present invention. It is a flowchart of semiconductor wafer cleaning.
[0013]
First, the overall structure of a semiconductor wafer processing apparatus will be described with reference to FIGS. 1 and 2, the front half 1a of the upper surface of the base unit 1 has a wafer storage unit 2 provided with magazines (wafer cassettes) 2A and 2B around a wafer transfer unit 3 having a polar coordinate system robot mechanism. The first plasma processing unit 4A, the second plasma processing unit 4B, the pre-center unit 5 and the wafer cleaning unit 10 are arranged radially, and these are arranged in a range in which the wafer can be taken in and out by the wafer transfer unit 3. Has been.
[0014]
The magazines 2A and 2B of the wafer storage unit 2 store semiconductor wafers before and after processing. That is, the wafer storage unit 2 is a storage unit for the semiconductor wafer 11. The first plasma processing unit 4A and the second plasma processing unit 4B remove a damaged layer generated by mechanical polishing on the surface of the semiconductor wafer by an etching action of plasma generated in a reduced pressure atmosphere. Therefore, the first plasma processing unit 4 A and the second plasma processing unit 4 B serve as damaged layer removal means for the semiconductor wafer 11.
[0015]
The pre-center unit 5 performs a pre-center operation for previously aligning the semiconductor wafer 11 delivered to the polishing unit 6 described later. The wafer cleaning unit 10 cleans the semiconductor wafer 11 polished by the polishing unit 6 with a cleaning liquid. That is, the wafer cleaning unit 10 serves as a cleaning unit for the semiconductor wafer 11.
[0016]
A polishing portion 6 is disposed in the rear half 1 b of the upper surface of the base portion 1. The polishing portion 6 includes a wall portion 6a erected on the upper surface of the base portion 1, and a first polishing unit 8A and a second polishing unit 8B are disposed on the front side surface of the wall portion 6a. The first polishing unit 8A and the second polishing unit perform rough polishing and finish polishing of the semiconductor wafer 11 respectively. That is, the polishing unit 6 is a polishing unit that mechanically polishes the semiconductor wafer 11. A turntable 7 is disposed below the first polishing unit 8A and the second polishing unit 8B so as to be surrounded by the combing 6b. The turntable 7 rotates the index, holds the semiconductor wafer to be polished, and positions it with respect to the first polishing unit 8A and the second polishing unit 8B.
[0017]
On the front side of the polishing unit 6, a wafer carry-in unit 9A and a wafer carry-out unit 9B are arranged. The wafer carry-in unit 9 A carries the semiconductor wafer aligned by the pre-center unit 5 into the polishing unit 6. The wafer carry-out unit 9B carries out the semiconductor wafer after mechanical polishing from the polishing unit 6. Therefore, the wafer transfer unit 3, the wafer carry-in unit 9 A, and the wafer carry-out unit 9 B described above include the semiconductor wafer 11 between the polishing unit 6, the wafer cleaning unit 10, the first plasma processing unit 4 A, or the second plasma processing unit 4 B. The wafer handling means supplies the semiconductor wafer 11 to the polishing unit 6 and takes out the semiconductor wafer 11 after dry etching from the first plasma processing unit 4A or the second plasma processing unit 4B.
[0018]
Here, the layout on the base part 1 of each part will be described. As shown in FIG. 2, on the base unit 1, an XY orthogonal coordinate system is set in which the origin O of the polar coordinate system of the robot mechanism of the wafer transfer unit 3 is the common origin and the direction of the polishing unit 6 is the positive Y-axis direction. Has been. In this orthogonal coordinate system, the pre-center part 5, the wafer carry-in part 9A, the first polishing unit 8A are in the first quadrant, the second polishing unit 8B, the wafer carry-out part 9B, and the wafer cleaning part 10 are in the second quadrant. The plasma processing unit 4A and the magazine 2A are arranged in the third quadrant, and the second plasma processing unit 4B and the magazine 2B are arranged in the fourth quadrant.
[0019]
In this layout, the wafer carry-in / out directions of the magazines 2A, 2B, the first plasma processing unit 4A, the second plasma processing unit 4B, the pre-center unit 5 and the wafer cleaning unit 10 are the directions of the origin O of the polar coordinate system. Are arranged to match. In particular, the first plasma processing unit 4A and the second plasma processing unit 4B require accuracy in the directional position accuracy at the time of wafer loading / unloading, and therefore, on the extended lines La and Lb of the respective wafer loading / unloading center lines. The arrangement position is set so that the origin O is accurately located at the position.
[0020]
Hereinafter, the configuration and function of each unit will be sequentially described. First, the wafer transfer unit 3 will be described. In FIG. 2, a wafer transfer unit 3 is installed in a recess 1c formed in the center of the front half 1a. A polar coordinate system robot mechanism is disposed on the base member 3 a of the wafer transfer unit 3. The base member 3a can be rotated 360 degrees on the base portion 1 around the origin O of the polar coordinate system by a drive mechanism (not shown), and the direction of the robot mechanism can be freely controlled.
[0021]
The robot mechanism connects the second swivel arm 14b to a first swivel arm 14a extending in a lateral direction with respect to an arm shaft (not shown) that is erected on the base member 3a and can be expanded and contracted vertically. Further, the wafer holding part 17 is mounted on the tip of the second turning arm 14b. The wafer holding unit 17 includes a bifurcated fork-like member 17b (see FIG. 4) provided with an adsorption hole 17a on the upper surface. The wafer holding unit 17 is rotated around the axis by the hand rotating mechanism 15, and the wafer holding unit 17 by the wrist mechanism 16. Control the tilt of the. Further, by turning the first turning arm 14a and the second turning arm 14b, the wafer holding unit 17 can be moved back and forth in the horizontal direction.
[0022]
By driving each part of the robot mechanism, the wafer holding unit 17 can be used as a wafer delivery target such as the magazines 2A and 2B, the first plasma processing unit 4A, the second plasma processing unit 4B, the pre-center unit 5 and the wafer cleaning unit 10. Move against. As described above, these parts to be transferred are arranged so that the respective wafer carry-in / out directions coincide with the direction of the origin O of the polar coordinate system. The semiconductor wafer 11 can be transferred between the respective parts to be transferred.
[0023]
That is, the base member 3a can be swung to direct the wafer holding part 17 in the wafer loading / unloading direction of each part to be transferred, and the first holding arm 14a and the second turning arm 14b can horizontally It can be advanced in the direction to access each part. The wafer holding unit 17 moves up and down by driving an arm shaft (not shown). By combining this vertical movement and ON / OFF of vacuum suction from the suction hole 17 a of the wafer holding unit 17, the semiconductor wafer 11 can be sucked and removed from the wafer holding unit 17. Further, by driving the hand rotation mechanism 15, the semiconductor wafer 11 (see FIG. 4) in a state of being sucked and held by the wafer holding portion 17 through the suction holes 17 a can be turned upside down.
[0024]
In this way, by adopting a configuration in which each part of the wafer delivery target is arranged radially around the wafer transfer unit 3 using a polar coordinate system robot mechanism, a plurality of wafer delivery targets can be handled by a single robot mechanism. A compact semiconductor wafer processing apparatus that can be covered and is excellent in work efficiency is realized.
[0025]
Next, the wafer storage unit 2 will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the wafer storage section 2 includes two magazines 2A and 2B for storing wafers, and the magazines 2A and 2B store a large number of semiconductor wafers to be thinned. As shown in FIGS. 3 and 4, the magazines 2 A and 2 B have a structure in which the shelf members 13 are provided in multiple stages inside the housing 12, and the semiconductor wafer 11 is placed on the shelf members 13.
[0026]
The semiconductor wafer 11 is mainly composed of silicon, and a plurality of semiconductor elements are built therein. A protective film 11a is formed on the circuit forming surface of the semiconductor wafer 11 (see FIG. 10B). The protective film 11a has a function of protecting the circuit pattern of the semiconductor wafer 11 and reinforcing the semiconductor wafer 11 to improve the bending strength. When the semiconductor wafer 11 is stored in the magazines 2A and 2B, the semiconductor wafer 11 is placed on the shelf member 13 with the protective film 11a facing upward.
[0027]
Here, an operation of taking out and storing the semiconductor wafer 11 from the magazines 2A and 2B by the wafer holding unit 17 will be described. At the time of taking out, as shown in FIG. 3, the wafer holding part 17 is inserted to the upper side of the semiconductor wafer 11 accommodated in the magazine 2A (2B) with the suction hole 17a facing downward. Next, the wafer holding unit 17 is lowered and brought into contact with the upper surface of the semiconductor wafer 11. In this state, the semiconductor wafer 11 is sucked and held on the lower surface of the wafer holding unit 17 by vacuum suction from the suction holes 17 a. Thereafter, when the wafer holding unit 17 is raised again and pulled out of the magazine 2 A (2 B), the semiconductor wafer 11 is taken out while being sucked and held on the lower surface of the wafer holding unit 17.
[0028]
FIG. 4 shows a storing operation for returning the semiconductor wafer 11 into the magazine 2A (2B). In this storing operation, the semiconductor wafer 11 sucked and held from the upper surface side by the wafer holding portion 17 with the thinning surface facing upward is turned upside down by rotating the wafer holding portion 17 around the axis, and the protective film 11a is stored in the magazine 2A (2B) with the face up. At this time, the same semiconductor wafer 11 is returned to the same position that was stored before processing.
[0029]
This return is performed by inserting the wafer holder 17 holding the semiconductor wafer 11 on the upper surface into the magazine 2A (2B), and then lowering the wafer holder 17 after releasing the vacuum suction. That is, in this descending operation, as shown in FIG. 4, the fork-like member 17 b of the wafer holder 17 passes downward through the notch 13 a with the semiconductor wafer 11 placed on the shelf member 13. Then, by pulling out the wafer holding unit 17 out of the magazine, the storage of the semiconductor wafer 11 is completed.
[0030]
Next, the pre-center portion 5 will be described with reference to FIG. The pre-center part 5 aligns the semiconductor wafer 11 supplied to the polishing part 6 in advance. In FIG. 5, the pre-center portion 5 includes a circular placement table 20. On the upper surface of the mounting table 20, a removing unit 21 (see the hatching unit) whose upper surface is partially removed is formed corresponding to the shape of the wafer holding unit 17, and the depth of the removing unit 21 is the removing unit 21. The depth is set such that the wafer holder 17 can be accommodated therein.
[0031]
The semiconductor wafer 11 is carried into the pre-center portion 5 as follows. First, the wafer holding unit 17 holding the semiconductor wafer 11 on the upper surface side is moved onto the mounting table 20 to align the horizontal position of the wafer holding unit 17 with the removal unit 21, and then the wafer holding unit 17 is accommodated in the removal unit 21. Lower to the height position. As a result, the semiconductor wafer 11 is placed on the placement table 20. Then, the wafer holding unit 17 is retracted from the removing unit 21 to complete the loading of the semiconductor wafer 11.
[0032]
The mounting table 20 is provided with a plurality of groove portions 22 radially toward the center at 120 ° equidistant positions, and each groove portion 22 has a positioning claw 22a movable in the groove direction. I have. The semiconductor wafer 11 is aligned with respect to the center position of the mounting table 20 by moving the positioning claw 22a toward the center of the mounting table 20 while the semiconductor wafer 11 is mounted on the mounting table 20. Is done. That is, the pre-center portion 5 is a placement portion that places and aligns the semiconductor wafer 11 supplied to the polishing portion 6.
[0033]
A wafer carry-in portion 9A is disposed adjacent to the pre-center portion 5. As shown in FIG. 5, the wafer carry-in unit 9 A is configured by attaching a suction head 25 A to the tip of a transfer arm 24 A that is turned and driven up and down by an arm drive mechanism 23. When the suction head 25A is moved onto the semiconductor wafer 11 in the pre-center portion 5 and lowered, the suction head 25A holds the semiconductor wafer 11 by suction. Thereafter, the transfer arm 24A is raised and pivoted in the direction of the polishing unit 6, whereby the semiconductor wafer 11 is carried into the polishing unit 6 and moved to a wafer delivery station (described later).
[0034]
Next, the polishing unit 6 will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 2 and 6, a turntable 7 is disposed on the upper surface of the base portion 1. The turntable 7 is capable of index rotation around the central axis, and three chuck tables 7a are provided at 120 ° equidistant positions as index positions.
[0035]
Each chuck table 7a receives the semiconductor wafer 11 from the transfer arm 24A of the wafer carry-in section 9A at the wafer transfer station (the left index position in FIG. 6). The chuck table 7a adsorbs and holds the semiconductor wafer 11 on the upper surface thereof, and is rotatable about the axis center.
[0036]
A first polishing unit 8A and a second polishing unit 8B are provided on the side surface of the wall portion 6a erected on the right end of the upper surface of the base portion 1. The horizontal arrangement of the first polishing unit 8A and the second polishing unit 8B corresponds to the index position of the turntable 7, and the first polishing unit 8A and the second polishing unit 8B The lower index positions are a rough polishing station and a final polishing station, respectively.
[0037]
The first polishing unit 8A and the second polishing unit 8B are each provided with a rotation drive unit 30 at the bottom. On the lower surface of the rotation drive unit 30, grindstones 31 A and 31 B for rough polishing or final polishing for polishing the semiconductor wafer 11 are mounted. A grindstone of about # 500 is used for rough polishing, and a # 3000 to # 4000 grindstone is generally used for finish polishing. The first polishing unit 8A and the first polishing unit 8B are moved up and down by a built-in vertical movement mechanism.
[0038]
As shown in FIG. 6, in the state where the chuck table 7a holding the semiconductor wafer 11 is moved to the index position (polishing position) below the first polishing unit 8A (or the second polishing unit 8B), the grindstone 31A ( Alternatively, 31B) is lowered and brought into contact with the upper surface of the semiconductor wafer 11, and the grindstone 31A (or 31B) is rotated by the rotation driving unit 30, whereby the upper surface of the semiconductor wafer 11 is polished.
[0039]
In a state where the chuck table 7a is positioned at the polishing position below the first polishing unit 8A and the first polishing unit 8B, the chuck table 7a is rotationally driven by a drive mechanism (not shown). By combining the rotation of the chuck table 7a and the rotation of the above-described grindstones 31A and 31B, the upper surface of the semiconductor wafer 11 is uniformly polished at the time of polishing.
[0040]
At the time of this polishing, a polishing liquid is supplied to the polishing surface of the semiconductor wafer 11 by a polishing liquid supply means (not shown). This polishing liquid is accumulated in a combing 6b provided on the upper surface of the base portion 1 so as to surround the turntable 7, and is led out to the outside. The polished semiconductor wafer 11 is moved to the wafer delivery position by moving the chuck table 7a by the index rotation of the turntable 7, and is then carried out by the transfer arm 24B of the wafer carry-out section 9B.
[0041]
Next, the structure of the wafer cleaning unit 10 will be described with reference to FIG. The wafer cleaning unit 10 is disposed on the opposite side of the printer unit 5 across the Y axis of the orthogonal coordinate system. In FIG. 7 showing the BB cross section of FIG. 2, an opening 35 a is provided in the upper part of the box-shaped cleaning frame portion 35 by partially cutting the front surface and the two side surfaces. The opening 35a has a size that allows the wafer carry-out section 9B holding the semiconductor wafer 11 to enter and exit. An opening 35c for drainage and a bearing boss 35d protruding upward are provided on the bottom 35b of the cleaning frame 35. A bearing 38 is fitted in the bearing boss 35d, and a rotation support portion 40 is coupled to an upper portion of a vertical shaft portion 39 that is supported by the bearing 38.
[0042]
A plurality of suction holes 40 a are provided on the horizontal upper surface of the rotation support portion 40, and the suction holes 40 a communicate with suction holes 39 a provided in the shaft portion 39. With the semiconductor wafer 11 placed on the upper surface of the rotation support unit 40, the semiconductor wafer 11 is attached to the rotation support unit 40 by driving the suction control unit 46 connected to the suction hole 39a and performing vacuum suction from the suction hole 39a. Adsorbed and held on the upper surface.
[0043]
A pulley 41 is coupled to the lower portion of the shaft portion 39, and a belt 42 is tuned to the pulley 43 and the pulley 41 coupled to the rotating shaft 44 a of the motor 44. The motor 44 is driven by a motor drive unit 45. By driving the motor 44, the shaft portion 39 rotates, and therefore the semiconductor wafer 11 held on the rotation support portion 40 rotates by spin.
[0044]
A cylindrical cover portion 36 having a shape surrounding the semiconductor wafer 11 is mounted in the cleaning frame portion 35 so as to be movable up and down. A cylinder 37 is attached to a flange portion 36 a provided on the upper portion of the cover portion 36. The rod 37a is coupled. By driving the cylinder 37, the cover part 36 moves up and down. When the cover part 36 is raised, the flange part 36 a is in a position in contact with the ceiling surface of the cleaning frame part 35, and the opening part 35 a is closed by the cover part 36.
[0045]
On the ceiling surface of the cleaning frame portion 35, a cleaning liquid nozzle 47 and an air nozzle 49 are respectively disposed with the ejection direction downward. The cleaning nozzle 47 is connected to a cleaning liquid supply unit 48 that supplies a cleaning liquid such as pure water. By driving the cleaning liquid supply unit 48, the cleaning nozzle 47 is placed on the upper surface of the semiconductor wafer 11 supported by the rotation support unit 40 from the cleaning nozzle 47. On the other hand, the cleaning liquid is jetted.
[0046]
At this time, by driving the motor 44, the semiconductor wafer 11 is in a spin rotation state, and the cleaning liquid sprayed to the central portion of the semiconductor wafer 11 flows toward the outer edge of the semiconductor wafer 11 by centrifugal force. As a result, the foreign matter adhering to the upper surface of the semiconductor wafer 11 is removed together with the cleaning liquid and collected on the bottom surface of the cleaning frame portion 35. And it is guide | induced to the waste-water-treatment apparatus which is not shown in figure through the drain 35e from the opening part 35c with a washing | cleaning liquid.
[0047]
The air nozzle 49 is connected to the air supply unit 50, and by driving the air supply unit 50, air is jetted downward from the air hole 49 a of the air nozzle 49. As a result, the cleaning droplets remaining on the upper surface of the cleaned semiconductor wafer 11 are removed, and draining and drying are performed. Each of the above operations is performed by controlling the cylinder 37, the motor drive unit 45, the suction control unit 46, the cleaning liquid supply unit 48, and the air supply unit 50 by a control unit (not shown) of the apparatus main body.
[0048]
Next, the first and second plasma processing units 4A and 4B will be described with reference to FIG. These two plasma processing units have the same function, and only one or both are used depending on the work load. In FIG. 8 showing the AA cross section of FIG. 2, an opening 51 a is provided on the side surface of the vacuum chamber 51. The opening 51a is for carrying in / out the semiconductor wafer 11, and has a size that allows the wafer holding unit 17 holding the semiconductor wafer 11 to enter and exit. The opening 51 a includes an elevating gate 56, and the gate 56 is coupled to a rod 57 a of the cylinder 57. By driving the cylinder 57, the gate 56 is raised and lowered, and the opening 51a is opened and closed.
[0049]
Openings 51b and 51c are provided on the ceiling surface and the bottom surface of the vacuum chamber 51, respectively. A support portion 52a of the upper electrode 52 is inserted through the opening 51b so as to be vertically movable through a vacuum-tight bearing 51e. The support part 52a is coupled to the electrode lifting / lowering driving part 55, and by driving the electrode lifting / lowering driving part 55, the upper electrode 52 moves up and down.
[0050]
A large number of gas outlets 52b are opened on the lower surface of the upper electrode 52, and the gas outlets 52b are connected to the gas supply part 54 through an inner hole 52c provided in the support part 52a. Gas supply unit 54 is CF ₄ A mixed gas for plasma generation mainly composed of fluorine gas and oxygen is supplied.
[0051]
A support portion 58a of the lower electrode 58 is inserted into the opening 51c on the bottom surface of the vacuum chamber 51 via an insulator 53 in a vacuum-tight manner. A large number of suction holes 58b are provided on the upper surface of the lower electrode 58, and the suction holes 58b are connected to the suction controller 60 through an inner hole 58c provided in the support part 58a. The semiconductor wafer 11 is vacuum-sucked and held on the upper surface of the lower electrode 58 by driving the suction controller 60 and performing vacuum suction from the suction hole 58b. Further, the suction controller 60 is driven to apply a positive pressure to the suction hole 58b, thereby releasing the semiconductor wafer 11 held by suction from the suction state.
[0052]
A cooling hole 58d is provided inside the lower electrode 58, and the cooling hole 58d is connected to the electrode cooling part 61 via an inner hole 58e in the support part 58a. By driving the electrode cooling unit 61 to circulate the coolant in the cooling hole 58d, heat generated during the plasma processing is transferred from the lower electrode 58 to the coolant. Accordingly, abnormal temperature rise of the lower electrode 58 is prevented, and damage to the protective film 11a of the semiconductor wafer 11 placed on the lower electrode 58 due to heat can be prevented.
[0053]
The vacuum chamber 51 is provided with an exhaust hole 51d, and the exhaust hole 51d is connected to the gas exhaust part 59 through a pipe joint 51f. By driving the gas exhaust part 59, the space in the vacuum chamber 51 is evacuated. The lower electrode 58 is electrically connected to the high frequency power supply unit 62 through the support unit 58a. The upper electrode 52 is connected to the ground part 52d through the support part 52a, and a high frequency voltage is applied between the upper electrode 52 and the lower electrode 58 facing each other by driving the high frequency power supply part 62.
[0054]
In the plasma treatment, with the semiconductor wafer 11 placed and held on the lower electrode 58, the vacuum chamber 51 is first closed and the inside is evacuated. Then, a high frequency voltage is applied between the upper electrode 52 and the lower electrode 58 in a state where a mixed gas for generating plasma is supplied from the gas supply unit 54 into the vacuum chamber 51, so that a gap between the upper electrode 52 and the lower electrode 58 is obtained. Plasma discharge occurs. Due to the etching effect of the plasma generated thereby, the upper surface of the semiconductor wafer 11 is etched and thinned.
[0055]
By controlling the gas supply unit 54, the electrode lifting / lowering drive unit 55, the gas exhaust unit 59, the suction control unit 60, the electrode cooling unit 61, and the high-frequency power source unit 62 by the control unit (not shown) of the main body device, the above-described plasma Processing operations are performed. At this time, gas flow rate data is transmitted from the gas supply unit 54, chamber internal pressure data is transmitted from the gas exhaust unit 59, and refrigerant temperature (ie, electrode temperature) data is transmitted from the suction control unit 60 to the control unit. The control unit controls the plasma processing operation based on these data.
[0056]
This semiconductor wafer processing apparatus is configured as described above, and the semiconductor wafer thinning process will be described below. This thinning process is performed after the protective film 11a is formed on the circuit forming surface of the semiconductor wafer 11 in which a plurality of semiconductor elements are formed. The semiconductor wafer 11 is supplied to the magazine 2A (or 2B) stored in the magazine 2A (or 2B) as shown in FIG. 3, with the protective film 11a facing upward, and the protective film 11a side is provided by the wafer holder 17 as shown in FIG. Is sucked out by vacuum. Then, the wafer holding unit 17 that holds the semiconductor wafer 11 by suction is moved to the pre-center unit 5 by the robot mechanism of the wafer transfer unit 3.
[0057]
Here, the wafer holding unit 17 is rotated around the axis, and the semiconductor wafer 11 sucked and held by the wafer holding unit 17 is turned upside down. As a result, the semiconductor wafer 11 is sucked and held on the upper surface of the wafer holding portion 17 with the protective film 11a facing downward, as shown in FIG. Then, by lowering the wafer holding unit 17, the semiconductor wafer 11 is placed on the placement table 20 with the protective film 11a side facing down. Thereafter, when the wafer holding part 17 is retracted from the groove part 21, the positioning claw 22a presses the outer peripheral part of the semiconductor wafer 11 from the three directions toward the center. Thereby, alignment of the semiconductor wafer 11, that is, a pre-center operation is performed.
[0058]
Next, the semiconductor wafer 11 aligned by this pre-center operation is picked up by the suction head 25A of the wafer carry-in section 9A and is transferred to the polishing section 6 as shown in FIG. That is, the suction head 25A is moved to the wafer delivery position, where the semiconductor wafer 11 is transferred onto the chuck table 7a.
[0059]
Thereafter, mechanical polishing by the polishing unit 6 is performed. First, the chuck table 7a holding the semiconductor wafer 11 moves to a rough polishing station below the first polishing unit 8A, where rough polishing using the grindstone 31A is performed. Next, the chuck table 7a moves to the finish polishing station, and finish polishing using a finer grindstone 31B is performed by the second polishing unit 8B. At this time, the semiconductor wafer 11 is thinned to a dimension that is thicker by a predetermined thickness than a predetermined target thickness dimension, that is, a dimension that is thicker by a dry etching allowance set in a range of 3 μm to 50 μm.
[0060]
When the finish polishing is completed, the chuck table 7a holding the semiconductor wafer 11 is moved again to the wafer delivery station as the turntable 7 rotates index. The semiconductor wafer 11 is picked up by the suction head 25B of the wafer carry-out section 9B, and moves to the wafer cleaning section 10 by turning the transfer arm 24B. Therefore, the wafer carry-out unit 9B serves as a pre-cleaning transport unit that takes out the polished semiconductor wafer 11 from the polishing unit 6 and passes it to the wafer cleaning unit 10.
[0061]
In the operation of carrying out the semiconductor wafer 11, in this embodiment, since the protective film 11a is formed on the semiconductor wafer 11, the bending strength is reinforced even when the microcrack introduction layer is generated by mechanical polishing. Thus, the semiconductor wafer 11 being transported can be prevented from being damaged.
[0062]
Next, the cleaning operation in the wafer cleaning unit 10 will be described according to the flow of FIG. First, in FIG. 7, with the cover part 36 lowered, the transfer arm 24B of the wafer carry-out part 9B is turned, and the semiconductor wafer 11 held by the suction head 25B is carried into the cleaning frame part 35, and on the rotation support part 40. (ST1).
[0063]
Next, the semiconductor wafer 11 is sucked and held by vacuum suction from the suction hole 40a of the rotation support portion 40 (ST2), and the suction of the semiconductor wafer 11 by the suction head 25B is released (ST3). When the transfer arm 24B is retracted to the outside, the cover unit 36 is raised (ST4). As a result, the semiconductor wafer 11 is surrounded by the cleaning frame portion 35, and the cleaning liquid can be sprayed.
[0064]
Thereafter, the motor 44 is driven to rotate the rotation support portion 40, and the semiconductor wafer 11 is spun and rotated (ST5). In this state, the cleaning liquid is sprayed from the cleaning nozzle 47 (ST6), and the spraying of the cleaning liquid is stopped after a predetermined cleaning time has passed (ST7). Thereafter, air is blown out from the air nozzle 49 (ST8), and the upper surface of the semiconductor wafer 11 is drained and dried. Then, the air blowing is stopped after a predetermined time (ST9), and then the rotation of the rotation support portion 40 is stopped (ST10). Thereby, washing, draining and drying are completed.
[0065]
After that, if the cover unit 36 is lowered (ST11), the robot mechanism of the wafer transfer unit 3 is driven to allow the wafer holding unit 17 to enter the cleaning frame unit 35 (ST12). Then, the upper surface of the semiconductor wafer 11 is sucked by the suction holes 17a of the wafer holding part 17, and the suction by the suction holes 40a of the rotation support part 40 is released (ST13). Then, the wafer holding unit 17 picking up the semiconductor wafer 11 is raised and carried out of the cleaning frame unit 35 (ST14).
[0066]
Next, the semiconductor wafer 11 from which the foreign matter on the surface has been removed by the cleaning is moved to either the first plasma processing unit 4A or the second plasma processing unit 4B, where plasma etching (dry etching) is performed. In this plasma etching, the surface of the semiconductor wafer 11 that has been thinned by a dry etching margin that is set in a range of 3 μm to 50 μm from the target thickness by mechanical polishing is further plasma etched to remove the dry etching margin. Thus, the semiconductor wafer 11 is thinned to the target thickness.
[0067]
When finishing polishing with a # 3000 to # 4000 grindstone, the dry etching allowance is preferably set to about 5 μm to 6 μm. As a result, the application rate of mechanical polishing with excellent polishing efficiency is increased as much as possible to improve the working efficiency, and the microcrack-introducing layer (generally 3 μm to 5 μm) generated by finish polishing can be completely removed, and the working efficiency And the removal quality can both be achieved.
[0068]
This plasma etching will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 9A, the wafer holding unit 17 that holds the semiconductor wafer 11 that has been cleaned from the wafer cleaning unit 10 on the lower surface by the robot mechanism of the wafer transfer unit 3 is arranged on the side of the opening 51 a of the vacuum chamber 51. Move to the direction. At this time, the gate 56 is lowered, the opening 51 a is in an open state, and the upper electrode 52 is raised by the electrode lifting / lowering drive unit 55. The wafer transfer unit 3 is a post-cleaning transfer unit that takes out the cleaned semiconductor wafer 11 from the wafer cleaning unit 10 and passes it to the plasma processing units 4A and 4B.
[0069]
Next, as shown in FIG. 9B, the wafer holding part 17 enters the vacuum chamber 51 through the opening 51a, and the wafer holding part 17 is lowered, whereby the semiconductor wafer 11 held on the lower surface is lowered to the lower electrode. 58 is placed on the upper surface. Then, the suction by the wafer holding unit 17 is released, and the protective film 11 a of the semiconductor wafer 11 is suctioned and held by the suction hole 58 b of the lower electrode 58. When the semiconductor wafer 11 is transferred into and out of the plasma processing units 4A and 4B, the plasma processing is performed so that the origin 0 is positioned on the extended line of the loading / unloading center lines La and Lb of the plasma processing units 4A and 4B (see FIG. 2). Since the arrangement of the parts 4A and 4B is set, a high-direction accuracy carry-in / out operation is realized.
[0070]
Thereafter, when the wafer holding unit 17 is raised and retracted to the outside, the cylinder 57 is driven to raise the gate 56 and the vacuum chamber 51 is closed as shown in FIG. Then, the electrode raising / lowering driving unit 55 is driven to lower the upper electrode 52, and the distance between the lower surface of the upper electrode 52 and the upper surface of the lower electrode 58 is set to a predetermined value suitable for plasma etching as shown in FIG. The distance between electrodes is set to D.
[0071]
In this state, the above-described plasma etching process is performed. That is, after evacuating the vacuum chamber 51, a mixed gas of fluorine-based gas and oxygen gas is ejected from the gas outlet 52b on the lower surface of the upper electrode 52 as a plasma generating gas to maintain the vacuum chamber 51 at a predetermined gas pressure. To do. In this state, a high frequency voltage is applied between the upper electrode 52 and the lower electrode 58. Thereby, a plasma discharge is generated in the space between the upper electrode 52 and the lower electrode 58, and silicon on the surface of the semiconductor wafer is removed by the action of the active material generated by the plasma discharge.
[0072]
This plasma etching process is continued until the semiconductor wafer 11 reaches the target thickness. Thereby, the microcrack introduction layer generated on the surface of the semiconductor wafer 11 in the mechanical polishing step is removed. Since this microcrack-introduced layer is usually formed with a thickness of 3 μm to 5 μm, as described above, it is mechanically polished to a size that is thicker than the target thickness by the dry etching allowance that exceeds the microcrack-introduced layer, and after this, only the dry etching surplus By removing by plasma etching, the microcrack-introducing layer is completely removed in the state processed to the target thickness.
[0073]
The semiconductor wafer 11 after the completion of the plasma etching is taken out by the wafer holding unit 17 of the wafer transfer unit 3 and stored in the same position of the magazine 2A (or 2B) from which the semiconductor wafer 11 is taken out of the wafer storage unit 2. The above operation is continuously repeated for other semiconductor wafers 11. In the transport of the semiconductor wafer 11 after the thinning process, since the damaged layer is completely removed as described above, the bending strength of the semiconductor wafer 11 is improved and the semiconductor wafer 11 is not damaged.
[0074]
Thus, according to the present embodiment, it is possible to prevent breakage that occurs in the manufacturing process such as when the semiconductor wafer 11 is transported due to microcracks, and to improve the processing yield. In the present embodiment, since each part responsible for mechanical polishing, cleaning, and damage layer removal is connected by a single robot mechanism, the equipment occupation area is reduced and the equipment cost is reduced. The number of times the semiconductor wafer 11 is transferred during the transfer can be reduced as compared with a conventional apparatus, that is, a system in which a semiconductor wafer is transferred between a plurality of individual apparatuses using a transfer means such as a robot. It can be kept to the minimum number of times. Therefore, it is possible to further improve the above-described processing yield by reducing the probability of occurrence of breakage of the semiconductor wafer during handling.
[0075]
Further, in the semiconductor wafer processing apparatus shown in the present embodiment, the regions of the polishing unit 6 and the other units are separately arranged on the common base unit 1, and each of them is individually conveyed by individual conveying means. The semiconductor wafer 11 is transferred. That is, the semiconductor wafer 11 is transported and processed in a state in which contaminants are attached in a work area (see the latter half 1b shown in FIGS. 1 and 2) in which the use of polishing liquid and the attachment of contaminants such as polishing powder is unavoidable. The transfer of the semiconductor wafer 11 in a clean state in a clean room region (see the first half 1a shown in FIGS. 1 and 2) such as a plasma etching process that requires high cleanliness of the object is separated by individual transfer means. Like to do.
[0076]
Thereby, the conveying means in the clean room area is not contaminated by the adhesion of the pollutant. Therefore, in the plasma etching process performed for the purpose of removing the microcrack-introducing layer, the surface of the semiconductor wafer 11 is free from the adhesion of foreign matter that hinders the etching effect, and the damaged layer on the surface of the semiconductor wafer 11 is completely removed and resisted. Folding strength can be improved.
[0077]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made. For example, in this embodiment, mechanical polishing is performed in two stages, a rough polishing process and a final polishing process, but the final polishing process may be omitted. In this case, since the polishing is performed with a rough grindstone, the depth of the damaged layer on the upper surface of the wafer becomes 10 μm or more. Accordingly, if the dry etching allowance is left about 50 μm and the remaining is dry etched and processed to the target thickness, the damaged layer can be completely removed. By making the mechanical polishing one step of only the rough polishing step, the polishing portion can be miniaturized and a semiconductor wafer processing apparatus with a small occupied floor area can be realized.
[0078]
Further, in the present embodiment, the pre-center part 5 and the wafer carry-in part 9A are arranged in the first quadrant of the orthogonal coordinate system, and the wafer carry-out part 9B and the wafer cleaning part 10 are arranged in the second quadrant. The wafer carry-out unit 9B and the wafer cleaning unit 10 may be arranged in the first quadrant.
[0080]
【The invention's effect】
According to the present invention, polishing means for mechanically polishing a semiconductor wafer, cleaning means for receiving and cleaning the polished semiconductor wafer, damaged layer removing means for removing a damaged layer of the cleaned semiconductor wafer, and the polishing means In addition, the wafer handling means by the polar coordinate robot mechanism that delivers the semiconductor wafer between the cleaning means and the damaged layer removing means is provided in the same apparatus, so the number of times the semiconductor wafer is changed is reduced and the semiconductor wafer is damaged. This can improve the processing yield and make the equipment compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a wafer storage portion of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a wafer storage portion of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partial plan view of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side view of a polishing unit of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a wafer cleaning unit of the semiconductor wafer processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a plasma processing unit of a semiconductor wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a process explanatory diagram of a semiconductor wafer processing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a process explanatory diagram of a semiconductor wafer processing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart of semiconductor wafer cleaning in the semiconductor wafer processing method according to the embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
2 Wafer storage
3 Wafer transfer part
4A First plasma processing unit
4B Second plasma processing unit
5 Pre-center part
6 Polishing part
8A First polishing unit
8B Second polishing unit
9A Wafer carry-in part
9B Wafer unloading section
10 Wafer cleaning section
11 Semiconductor wafer

Claims

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。A semiconductor wafer processing apparatus for polishing a surface of a semiconductor wafer by mechanical polishing and then removing a damaged layer on the polished surface, a polishing means for mechanically polishing the semiconductor wafer, and a polishing device before being passed to the polishing means Placement means for placing and positioning the semiconductor wafer, a first transfer portion for transferring the semiconductor wafer from the placement means to the polishing means, and a second transfer for taking out the semiconductor wafer polished by the polishing means , A cleaning means for receiving and cleaning the polished semiconductor wafer from the second transfer unit, a first plasma processing unit and a second plasma for removing a damaged layer of the cleaned semiconductor wafer by an etching action by plasma a damaged layer removing means comprising a processing unit, said placing means, the polar coordinate system for transferring the semiconductor wafers between the cleaning means and the damaged layer removing means b A third wafer of a Cartesian coordinate system in which the origin of the polar coordinate system of the robot mechanism is a common origin and the direction of the polishing means is a positive Y-axis direction. The first plasma processing unit is arranged in the quadrant, the second plasma processing unit is arranged in the fourth quadrant , and the extension line of the semiconductor wafer carry-in / out center line of the first plasma processing unit and the second plasma processing unit An apparatus for processing a semiconductor wafer , wherein the origin of the polar coordinate system is located at a position where an extended line of a semiconductor wafer carry-in / out center line intersects .

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。The storage means for storing the semiconductor wafer before processing before being supplied to the polishing means and / or the semiconductor wafer after processing taken out from the damaged layer removing means is provided at a position where the wafer can be taken in and out by the wafer transfer unit. The semiconductor wafer processing apparatus according to claim 1.

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。2. The semiconductor wafer processing apparatus according to claim 1, wherein the cleaning means is disposed in either the first quadrant or the second quadrant of the coordinate system.

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。4. A semiconductor wafer processing apparatus according to claim 3, wherein said placing means is arranged in a quadrant opposite to said cleaning means with respect to the Y axis of said coordinate system.