JP4732736B2

JP4732736B2 - デバイスウエハの真空チャックシステムおよびそれを用いてデバイスウエハ裏面を研磨する方法

Info

Publication number: JP4732736B2
Application number: JP2004323063A
Authority: JP
Inventors: 貴彦三井; 克浩辻
Original assignee: 株式会社岡本工作機械製作所
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2024-11-08
Also published as: JP2006135113A

Description

本発明は、デバイスウエハのデバイス（半導体素子）面に保護テ−プを貼付し、この保護テ−プ面を下面にして真空チャックに保持させ、デバイスウエハ裏面に研磨液スラリ−を供給しつつ、デバイスウエハの直径よりも小径の研磨パッドを前記デバイスウエハ裏面に摺擦させて研磨する際に用いる真空チャックシステムに関する。本発明はまた、その真空チャックを用いてデバイスウエハ裏面を研磨する方法に関するものである。

デバイスウエハを真空チャックするシステムとして、円板状ポーラスセラミックスと、このポーラスセラミックの外周のみを囲繞するリング状のノンポ−ラスセラミック枠体とが同質のセラミックスで一体焼成されているウエハホルダ（吸着板）を吸引源の真空ポンプに連通し、このウエハホルダにデバイスウエハを載置し、ウエハホルダに吸引作用を施してデバイスウエハを吸引・保持する真空チャックするシステムが提案され、前記ウエハホルダに吸引保持されたデバイスウエハを研削砥石で研削することが実施されている。前記枠体の厚みとポーラスセラミックの厚みは同じであり、枠体とポーラスセラミックとの表面は研削されて同一面に形成されている（例えば、特許文献１参照）。

この真空チャックシステムのウエハホルダ上に、デバイス面に保護テ−プが貼付されたデバイスウエハを保護テ−プ面を下側にして載置し、ウエハホルダに吸引作用を施してデバイスウエハを吸引・保持し、裏面側のシリコン基板面を研磨パッドを用い、研磨剤スラリ−を供給しつつ研磨したところ、研磨剤スラリ−や研磨されたシリコン屑がデバイス間の溝に浸透し、金属配線に付着したり、傷付けることが半導体製造メ−カ−より指摘されている。

デバイス面を上方に向けて真空チャックに保持されたデバイスウエハのデバイス面を、デバイスウエハの直径よりも小径の研磨パッドを用い、該研磨パッドを軸承する中空スピンドルの中空部を経由して研磨液をデバイス面に供給しつつ、該研磨パッドを前記デバイス表面に摺擦させて研磨する研磨装置および研磨方法も知られており、また、実用化されている（例えば、特許文献２参照）。

この研削装置の真空チャック構造は、図４に示すように、ウエハホルダ２をベアリング１ａを介してインデックステーブル１に支持し、電磁クラッチ６を有し、電磁クラッチ６でモータ５に接続することによって、モータ５と連動し、各ステーションに移送されてきたウエハホルダ２は、それぞれのモータ５の回転速度で一方向に回転駆動される。ウエハホルダ２には、インデックステーブル１と一体となったスリーブ１ｂが外装されている。バキュームチャック４の真空引きの経路は、ホルダ２内に形成され、ホルダ２の胴部に環状に開口し、開口は、スリーブ１ｂにシールされるとともに、スリーブ１ｂのポート１ｃで外部配管４ａに受けられる。配管４ａは、真空ポンプ（図示略）に通じ、配管４ａには切替バルブ１ｅが介装されている。なお、ポート１ｃは電磁チャックの機能を有し、ポート１ｃの電磁チャックは、ホルダ２が研磨ステーションＳ２又はＳ３に達したときに動作し、外部配管４ａをバキュームチャック４に連通させ、真空ポンプの駆動により、外部配管４ａを通じてバキュームチャック４を脱気させる。なお、インデックステーブル１の転回移動中は、ポート１ｃは閉じられ、ホルダ２側のバキュームチャック４の真空引き経路は、外部配管４ａから隔離される。なお、後に説明するように、バキュームチャック４の逆洗を行うときには、切替バルブ１ｅを純水等の洗浄液供給配管に接続し、洗浄液をバキュームチャック４に給水して逆噴射させる。

そのバキュームチャック４には、その外周に設けたシールリング２９から、純水が供給される。ウエハホルダ２内には、純水の供給経路を有し、純水の供給経路には、ポンプ１ｆに汲み上げられて外部配管４ｂから供給された純水がスリーブ１ｂのポート１ｄを通じて給水される。ポート１ｄは、電磁クラッチの機能を有し、ポート１ｄの電磁クラッチは、先のポート１ｃの電磁クラッチと同じようにウエハホルダ２がステーションＳ２又はＳ３に達したときにのみ動作して外部配管４ｂをウエハホルダ２内の純水供給経路に連通させる構造を採るものである。

この真空チャックのウエハホルダ上に、デバイスウエハのデバイス面に保護テ−プを貼付し、この保護テ−プ面を下面にして保持させ、デバイスウエハ裏面に研磨剤スラリ−を供給しつつ、デバイスウエハの直径よりも小径の研磨パッドを前記デバイスウエハ裏面に摺擦させて研磨すると、基板と保護テ−プ間のデバイス面のスクライブライン、あるいは先ダイシングされた基板上に加工されたダイシングストリ−トの溝部に研磨剤スラリ−や研磨屑（スラッジ）が浸透し、デバイス面を汚染し、半導体素子を傷つけることが半導体製造メ−カ−より指摘された。保護テ−プはポリエチレンテレフタレ−トフィルムやポリイミドフィルム基層に紫外線照射硬化性アクリル系粘着樹脂層を設けたもので、研磨剤スラリ−や研磨屑が基板と保護テ−プ間の隙間（スクライブラインやダイシングストリ−ト）に浸透するのを防ぐために用いられているが、用いる保護テ−プの基層フィルムの種類や配向歴や紫外線照射硬化性アクリル系粘着樹脂の種類、デバイスウエハのデバイスデザインによっては前記浸透が生じることもあり、全てのデバイスウエハの研削や研磨に生じるものでないことも指摘された。

本願特許出願人は、かかる浸透を防ぐため、研削、エッチング、あるいは研磨加工に先立ち、デバイスウエハのデバイス面に水溶性樹脂膜を設け、この水溶性樹脂膜の表面に水不溶性粘着剤保護テ−プを貼付し、このデバイスウエハの裏面を研削、エッチング、あるいは研磨加工加工することを提案した（例えば、特許文献３参照）。

この水溶性樹脂膜でデバイスウエハのスクライブラインやダイシングストリ−ト溝を埋めてから平面加工に供する方法は、新たな水溶性樹脂塗布工程が増加する故に、加工機のフットプリント（Foot Print:設置面積）も増加する故に半導体製造メ−カ−には不評であり、フットプリントの増加がない研磨装置、研削装置に使用できる真空チャックシステムの出現が望まれた。

特開２００１−１３８２２８号公報（図１参照）特開２００１−２３７２０２号公報（第５頁、図３、図７、図１１参照）特開２００３−１８８１２９号公報（図１参照）

本発明は、従来の研削装置や研磨装置、エッチング装置に用いられているデバイスウエハの真空チャックシステムと比較してフットプリントを増加させることもなく、保護テ−プの種類によっても研磨剤浸透の影響を受けないデバイスウエハの真空チャックシステムと小径研磨パッドを用いるデバイスウエハ裏面を研磨する方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、表面加工されるデバイスウエハ（ｗ）の外径と等しい外径を有するポ−ラスセラミック円板（２０ａ）の外周に純水供給孔（３０）を上面に同一円周上に穿ったノンポ−ラスセラミック環体（２０ｂ）を嵌挿接着したウエハホルダ（２０）、上部中央に流体室凹部（４１）を有し、この流体室凹部中央に上下に貫通する流体通路（４２）を有し、かつ、前記純水供給孔（３０）に通じる純水通路（４４）を備えるウエハホルダ支持台（４０）、該ウエハホルダ支持台（４０）を軸承する中空スピンドル（６０）、該中空スピンドル（６０）の回転駆動機構（５２，５３，５４）、前記流体通路（４２）に連通し、流体室凹部（４１）を減圧してデバイスウエハをウエハホルダに保持する減圧機構（８１）、および、前記純水通路（４４）に連通し、ウエハホルダのノンポ−ラスセラミック環体（２０ｂ）に設けた前記純水供給孔（３０）に純水（２００）を供給する純水供給機構（４４，８０，４５、４６，７１ｂ，７１ａ，８２）を備えるデバイスウエハの真空チャックシステム（１００）と、前記デバイスウエハ（ｗ）の直径よりも小径の研磨パッド（３０１）を用い、
前記デバイスウエハ（ｗ）のデバイス面に保護テ−プ（Ｔ）を貼付し、この保護テ−プ面を下面にして前記真空チャックシステム（１００）のウエハホルダ（２０）のポ−ラスセラミック円板（２０ａ）上に保持させ、前記ウエハホルダ（２０）のノンポ−ラスセラミック環体（２０ｂ）に設けた純水供給孔（３０）より純水（２００）を吐出してデバイスウエハ（ｗ）のエッヂ部外周縁下側と前記ウエハホルダのポ−ラスセラミック円板（２０ａ）の外周間に純水膜を形成しつつ、かつ、デバイスウエハ裏面に前記研磨パッド（３０１）を軸承する中空スピンドル（３０２）の中空部を経由して研磨剤スラリ−を供給しつつ、前記研磨パッド（３０１）を前記デバイスウエハ裏面に摺擦させてデバイスウエハ裏面を研磨する方法を提供するものである。

ウエハホルダ（２０）のノンポ−ラスセラミック環体（２０ｂ）の純水供給孔（３０）より連続して、または間歇的に吐出される純水（２００）により、ウエハホルダに保持されたデバイスウエハ（ｗ）のエッヂ部外周縁下側とウエハホルダのポ−ラスセラミック円板（２０ａ）の外周間に純水膜が形成され、デバイスウエハの裏面研磨時に研磨剤スラリ−や研削屑がデバイスウエハ（ｗ）のデバイス面と保護テ−プ（Ｔ）間に形成されている溝に浸透することが防がれる。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は真空チャックシステムの一部を切り欠いた正面図、図２はウエハホルダの平面図、および、図３は真空チャックシステムに保持されたデバイスウエハ裏面を研磨している状態を示す一部を切り欠いた正面図である。

図１に示す真空チャックシステム１００において、２０はウエハホルダで、図２に示すように表面加工されるデバイスウエハの外径と略等しい外径を有するポ−ラスセラミック円板２０ａの外周に純水供給孔３０を上面に同一円周上に穿ったノンポ−ラスセラミック環体２０ｂを嵌挿接着した構造を採る。ノンポ−ラスセラミック環体２０ｂの下面には環状溝３１が設けられ、前記純水供給孔３０はこの環状溝３１に連通している。この環状溝３１は、後述するウエハホルダ支持台４０上面とで純水通路を構成する。ポ−ラスセラミック円板２０ａの上面とノンポ−ラスセラミック環体２０ｂの上面は面一で等しい高さを有する。ノンポ−ラスセラミック環体２０ｂの外周縁には、さらにノンポ−ラスセラミック製環状フランジ２０ｃが一体成形して設けられ、前述のウエハホルダ支持台４０上面にウエハホルダ２０をボルト３３で固定する。環状フランジ２０ｃの上面高さは、純水供給孔３０を備えるノンポ−ラスセラミック環体２０ｂの上面高さより３〜１０ｍｍ低い。

ポ−ラスセラミック円板２０ａの素材としては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、珪石、カ−ボランダム、チタンカ−バイド等のセラミック粉が用いられる。ポ−ラスセラミック円板２０ａは、これらセラミック粉をメタクリル酸ｎ−ブチル／メタクリル酸共重合体、メタクリル酸ｎ−ブチル／メタクリル酸／スチレン共重合体、メタクリル酸ｎ−ブチル／メタクリル酸／メタクリル酸メチル共重合体等のアクリル系すい性エマルジョンをバインダ−としてシ−ト状に形成したグリ−ンシ−トを円板状に成型し、これを６００〜９００℃で仮焼し、ついで、１０００〜１３００℃で得た焼成物を円筒形研削盤や平面研削盤を用いて外周面、表面を平坦に研削することにより製造される。この通気性を有するポ−ラスセラミック円板２０ａの気孔径は平均径で１０〜１００μｍ程度で気孔率が２０〜４５％のものである。ポ−ラスセラミック円板２０ａの厚みは１０〜３０ｍｍが一般である。

環状フランジ２０ｃが一体成型されたノンポ−ラスセラミック環体２０ｂは、前記セラミック粉を溶射して製造される不通気性のセラミックであり、環体２０ｂリング幅が１０〜２５ｍｍ、環状フランジ２０ｃリング幅が１５〜４０ｍｍのものが一般である。

ポ−ラスセラミック円板２０ａとノンポ−ラスセラミック環体２０ｂの接着は、ガラス粉、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等の無機充填剤６５〜９０容量％、樹脂接着剤３５〜１０容量％を含有する接着剤をポ−ラスセラミック円板２０ａの側壁外周面およびノンポ−ラスセラミック環体２０ｂ内側周面に塗布し、ノンポ−ラスセラミック環体２０ｂ内にポ−ラスセラミック円板２０ａを嵌挿して行う。嵌挿後、一体となったものを６００〜８００℃で仮焼するのが好ましい。前記樹脂接着剤としては、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル系樹脂、尿素樹脂が好ましい。

ノンポ−ラスセラミック環体２０ｂに設けられる純水供給孔３０の径は、１〜５ｍｍ、好ましくは、２〜４ｍｍである。また、環状溝３１の溝幅は３〜１０ｍｍが好ましい。

図１に戻って、前記ウエハホルダ２０は、上部中央に流体室凹部４１を有し、この流体室凹部中央に上下に貫通する流体通路４２を有し、かつ、前記純水供給孔３０に通じる純水通路４４を備えるウエハホルダ支持台４０に支持され、該ウエハホルダ支持台４０は中空スピンドル６０に軸承されている。このウエハホルダ支持台４０の下部には、これを支える筒状ベ−ス部４０ａが設けられ、筒状ベ−ス部４０ａは中空スピンドルのフランジ部６０ｂに軸承されている。前記中空スピンドル６０は、フレ−ム５０に軸受５１を介して垂直方向に支持され、中空スピンドル６０の下部６０ａはモ−タ５２の回転駆動力を受けるモ−タ軸５３にボルト５４で連結固定され、モ−タ５２の駆動により水平方向に回転される。このモ−タ５２、モ−タ軸５３、連結ボルト５４とでスピンドル回転駆動機構を構成する。

中空スピンドル６０の筒状中空部内には、前記ウエハホルダ支持台４０の流体室凹部４１に通じる流体通路を形成する中空管４２が設けられ、この中空管４２は軸受部５１に設けたロ−タリ−ジョイント８０を介して外管４５に接続されている。この外管４５の先には切替バルブ４６が設けられ、さらにその先は分岐されていて真空ポンプ８１、および純水供給ポンプ８２に接続されている。その分岐された管の各々７０ａ，７１ａの途中にはコック弁７０ｂ、７１ｂが設けられている。真空ポンプ８１、管７０ａ、コック弁７０ｂ、中空管４２、ウエハホルダ支持台４０の流体室凹部４１とでウエハホルダの減圧機構を構成する。

更に、前記中空スピンドル６０の中空内部には純水供給管４７が設置され、その先は前記ウエハホルダ支持台４０の上部に設けられた純水通路４４形成用溝に連通され、純水供給管４７下側は、ロ−タリ−ジョイント８０を介して外管４８に接続されている。この外管４８の先には切替バルブ４８ａが設けられ、さらにその先は純水供給ポンプ９０に接続されている。純水供給ポンプ９０、外管４８、純水供給管４７、純水通路４４、および中空管４２とで純水供給機構を構成する。

上記の真空チャックシステム１００を用い、デバイスウエハｗのデバイス面に保護テ−プＴを貼付し、この保護テ−プ面を下面にして真空チャックシステムのウエハホルダ２０上に載置し、真空ポンプ８２によりデバイスウエハｗをウエハホルダ２０に減圧保持させ、ウエハホルダ２０のノンポ−ラスセラミック環体２０ｂに設けた純水供給孔３０より純水を吐出してデバイスウエハのエッヂ部外周縁下側とウエハホルダ間に純水膜２００を形成しつつ、かつ、デバイスウエハ裏面に研磨剤スラリ−を供給しつつ、デバイスウエハの直径よりも小径の研磨パッド３０１を前記デバイスウエハ裏面に摺擦させてデバイスウエハ裏面を研磨する。図３に示すように、研磨剤スラリ−のデバイスウエハ裏面への供給は研磨パッド３０１を軸承する中空スピンドル３０２の中空部を経由して行うのが好ましい。研磨パッド３０１の摺擦は、研磨パッド３０１を軸承する中空スピンドル３０２を下降させてデバイスウエハ裏面に当接させ、中空スピンドル３０２を回転させることにより行う。この際、真空チャックシステム１００の中空スピンドル６０も回転される。

中空スピンドル６０、中空スピンドル３０２の回転数は、５０〜２００ｒｐｍ、研磨パッド３０１のデバイスウエハ裏面への加圧は０．０５〜０．２Ｋｇ／ｃｍ^２で充分である。ウエハホルダ２０のノンポ−ラスセラミック環体２０ｂに設けた純水供給孔３０より純水を吐出してデバイスウエハのエッヂ部外周縁下側とウエハホルダのポ−ラスセラミック円板２０ａの外周間に純水膜２００を形成するための純水の吐出は、連続して行ってもよいし、間歇的に行ってもよい。純水の吐出量は、デバイスウエハのエッヂ部外周縁下側とウエハホルダ間に純水膜を形成する量であり、過剰に高い圧で供給してデバイスウエハのエッジ面を上方に反らしてはならない。

デバイスウエハの裏面研磨後、中空スピンドル３０２を上昇させてデバイスウエハ裏面より研磨パッドを遠ざけ、次いで、真空ポンプの減圧を止めるとともに切替バルブ４６を廻して純水供給ポンプ側の管７１ａへ切り替え、デバイスウエハの裏面に純水を供給してウエハホルダ２０からのデバイスウエハの離れを容易とするとともに、ウエハホルダ２０を洗浄する。

上記研磨中、デバイスウエハ基板と保護テ−プ間のデバイス面のスクライブライン、あるいは先ダイシングされた基板上に加工されたダイシングストリ−トの溝部ｓには、純水膜が形成されているので研磨剤スラリ−や研磨屑（スラッジ）が浸透することはなく、デバイス面を汚染したり、半導体素子を傷つけることがない。

本発明の真空チャックシステムの一部を切り欠いた正面図である。ウエハホルダの平面図である。真空チャックシステムに保持されたデバイスウエハ裏面を研磨している状態を示す一部を切り欠いた正面図である。真空チャックシステムの一部を切り欠いた正面図である。（公知）

符号の説明

１００真空チャックシステム
ｗデバイスウエハ
２０ウエハホルダ
２０ａポ−ラスセラミック円板
２０ｂノンポ−ラスセラミック環体
３０純水供給孔
３１環状溝
４０ウエハホルダ支持台
４１流体室凹部
４２流体通路
５２モ−タ
６０中空スピンドル
３０１研磨パッド
３０２中空スピンドル

Claims

表面加工されるデバイスウエハ（ｗ）の外径と等しい外径を有するポ−ラスセラミック円板（２０ａ）の外周に純水供給孔（３０）を上面に同一円周上に穿ったノンポ−ラスセラミック環体（２０ｂ）を嵌挿接着したウエハホルダ（２０）、上部中央に流体室凹部（４１）を有し、この流体室凹部中央に上下に貫通する流体通路（４２）を有し、かつ、前記純水供給孔（３０）に通じる純水通路（４４）を備えるウエハホルダ支持台（４０）、該ウエハホルダ支持台（４０）を軸承する中空スピンドル（６０）、該中空スピンドル（６０）の回転駆動機構（５２，５３，５４）、前記流体通路（４２）に連通し、流体室凹部（４１）を減圧してデバイスウエハをウエハホルダに保持する減圧機構（８１）、および、前記純水通路（４４）に連通し、ウエハホルダのノンポ−ラスセラミック環体（２０ｂ）に設けた前記純水供給孔（３０）に純水（２００）を供給する純水供給機構（４４，８０，４５、４６，７１ｂ，７１ａ，８２）を備えるデバイスウエハの真空チャックシステム（１００）と、前記デバイスウエハ（ｗ）の直径よりも小径の研磨パッド（３０１）を用い、
前記デバイスウエハ（ｗ）のデバイス面に保護テ−プ（Ｔ）を貼付し、この保護テ−プ面を下面にして前記真空チャックシステム（１００）のウエハホルダ（２０）のポ−ラスセラミック円板（２０ａ）上に保持させ、前記ウエハホルダ（２０）のノンポ−ラスセラミック環体（２０ｂ）に設けた純水供給孔（３０）より純水（２００）を吐出してデバイスウエハ（ｗ）のエッヂ部外周縁下側と前記ウエハホルダのポ−ラスセラミック円板（２０ａ）の外周間に純水膜を形成しつつ、かつ、デバイスウエハ裏面に前記研磨パッド（３０１）を軸承する中空スピンドル（３０２）の中空部を経由して研磨剤スラリ−を供給しつつ、前記研磨パッド（３０１）を前記デバイスウエハ裏面に摺擦させてデバイスウエハ裏面を研磨する方法。