JP6541476B2 - ウェーハの研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ、光デバイスウェーハ等のウェーハの裏面を研磨するウェーハの研磨方法に関する。

光デバイスウェーハは、サファイア基板、ＳｉＣ基板等の表面に窒化ガリウム（ＧａＮ）等のエピタキシャル層（発光層）を形成し、該エピタキシャル層にＬＥＤ等の複数の光デバイスが格子状に形成された分割予定ラインによって区画されて形成されている。

サファイア基板はＧａＮと格子定数が近いため、ＧａＮエピタキシャル層の成長に適しており、光デバイスを製造する上で不可欠な素材であるが、エピタキシャル層が成長した後は電気機器の軽量化、小型化、光デバイスの輝度向上のために研削装置によってサファイア基板の裏面が研削される。

研削装置によってウェーハの裏面を研削すると、裏面に研削痕が残存すると共に微細なクラックが形成され、ダイシング装置又はレーザー加工装置によってダイシングされたデバイスの抗折強度を低下させるという問題がある。

そこで、研削後に被研削面に生じた微細なクラック等を除去してデバイスの抗折強度を向上させるために、スラリー溶液を供給しながら回転する研磨パッドをウェーハの被研削面に押圧しながら研磨する化学的機械研磨方法（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が知られている。

特開２０１２−１０６２９３号公報 特開２０１０−１２０１３０号公報 特開２０１１−１７３１９８号公報

しかし、シリコンウェーハに比較してモース硬度の高いサファイアウェーハやＳｉＣウェーハをＣＭＰで研磨すると、研磨レート（時間当たりの除去量）が低いため、研磨に時間がかかる。その結果、使用するスラリー溶液の量も多くなり、加工コストが高いという課題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、研磨パッドの乾燥を防ぎつつスラリー溶液の使用量を抑制可能なウェーハの研磨方法を提供することである。

本発明によると、ウェーハより大径の研磨面を有する研磨パッドとスラリー溶液を用いてウェーハを研磨するウェーハの研磨方法であって、チャックテーブルの保持面にウェーハを保持する保持ステップと、ウェーハを保持した該チャックテーブルを回転させると共に、研磨パッドを回転させつつ該チャックテーブルに保持されたウェーハに該研磨パッドの研磨面を押圧し、スラリー溶液を供給しながらウェーハを研磨する研磨ステップと、を備え、該研磨ステップでは、ウェーハに対面して該研磨面に開口したスラリー溶液供給穴から該スラリー溶液を供給しつつ、該研磨面のウェーハに接触しない領域に純水を供給しながら研磨を実施して、該研磨パッドの該純水が供給される純水供給範囲で該研磨パッドの該スラリー溶液が供給されるスラリー溶液供給範囲を囲繞することを特徴とするウェーハの研磨方法が提供される。

好ましくは、ウェーハはサファイアウェーハ又はＳｉＣウェーハから構成され、研磨ステップで供給されるスラリー溶液の流量の方が純水の流量より少ない。

本発明のウェーハの研磨方法によると、研磨に用いるスラリー溶液をウェーハに対応した領域に供給し、直接ウェーハと接触しない研磨パッドの領域には純水を供給しながら研磨を実施するので、研磨パッドの乾燥を防ぎつつスラリー溶液の使用量を最低限に抑えることができ、加工コストの上昇を防止することができる。

光デバイスウェーハの斜視図である。 保護部材配設ステップを示す斜視図である。 本発明実施形態に係る研磨装置の斜視図である。 研磨ステップを示す縦断面図である。 スラリー溶液供給範囲と純水供給範囲とを説明する模式的平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、光デバイスウェーハ１１の表面側斜視図が示されている。光デバイスウェーハ１１は、サファイア基板１３上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等のエピタキシャル層（発光層）１５が積層されて構成されている。光デバイスウェーハ１１は、エピタキシャル層１５が積層された表面１１ａとサファイア基板１３が露出した裏面１１ｂを有している。

サファイア基板１３は裏面が研削装置により研削されて約１００μｍに薄化されており、エピタキシャル層１５は例えば５μｍの厚みを有している。エピタキシャル層１５にＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）１７によって区画されて形成されている。

本発明実施形態に係るウェーハの研磨方法を実施するのに当たり、図２に示すように、光デバイスウェーハ（以下、単にウェーハと略称することがある）の表面に形成されたデバイス１９を保護するために、ウェーハ１１の表面１１ａに保護テープ等の保護部材２１を熱可塑性樹脂等の接着剤で貼着する保護部材貼着ステップを実施する。本実施形態では、ウェーハ１１の直径よりも大径の保護部材２１をウェーハ１１の表面１１ａに貼着しているが、ウェーハ１１と同一径の保護部材を貼着するようにしてもよい。

次に、図３を参照して、本発明のウェーハの研磨方法を実施するのに適した研磨装置２について説明する。４は研磨装置２のベースであり、水平ベース６の後方にコラム８が立設されている。

コラム８には上下方向に伸びる一対のガイドレール１２，１４が固定されている。この一対のガイドレール１２、１４に沿って研磨ユニット１６が上下方向に移動可能に装着されている。研磨ユニット１６は、支持部２０を介して一対のガイドレール１２，１４に沿って上下方向に移動する移動基台１８に取り付けられている。

研磨ユニット１６は、支持部２０に取り付けられたハウジング２２と、ハウジング２２中に回転可能に収容されたスピンドル２４と、スピンドル２４を回転駆動するサーボモータ２８を含んでいる。

図４に最も良く示されるように、スピンドル２４の先端部にはホイールマウント３０が固定されており、このホイールマウント３０に研磨ホイール３２が複数のねじ３１により着脱可能に装着されている。研磨ホイール３２は、基台３４と、基台３４の下面に貼着された研磨パッド３６とを含んでいる。研磨パッド３６は、不織布又は軟質のウレタンから形成されている。

スピンドル２４中にはスラリー溶液供給穴２６が形成されており、図３に示されるように、スラリー溶液供給穴２６はスラリー溶液供給路７２を介してスラリー溶液供給源７４に接続されている。研磨ホイール３２の基台３４及び研磨パッド３６には、スピンドル２４のスラリー溶液供給穴２６に連通するスラリー溶液供給穴３５，３７がそれぞれ形成されている。

スラリー溶液としては、コロイダルシリカと水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ溶液とヘキサエチレンセルロース等の親水化処理薬を混合した混合液を用いることができる。

再び図３を参照すると、研磨ユニット１６は、研磨ユニット１６を一対の案内レール１２，１４に沿って上下方向に移動する研磨ユニット送り機構３８を備えている。研磨ユニット送り機構３８は、ボールねじ４０と、ボールねじ４０の一端部に固定されたパルスモータ４２と、移動基台１８に配設されたボールねじ４０に螺合するナットとから構成される。パルスモータ４２を駆動すると、ボールねじ４０が回転し、研磨ユニット１６が上下方向に移動される。

水平ベース部分６の凹部１０には、チャックテーブルユニット４４が配設されている。チャックテーブルユニット４４はチャックテーブル４６を含んでおり、チャックテーブル４６は回転可能に配設されていると共に、図示しない水平移動機構（チャックテーブル移動機構）により装置の前後方向、即ちＹ軸方向に移動される。チャックテーブル４６は、ポーラスセラミックス等から形成された吸引保持面４６ａを有している。

チャックテーブルユニット４４は、チャックテーブル４６を囲繞するように配設されたチャックテーブルカバー４８と、チャックテーブルカバー４８の両端に配設された蛇腹５０を含んでいる。

水平ベース部分６の前方には、研磨を実施する前のウェーハを収容するカセット５２と、研磨加工後のウェーハを収容するカセット５４と、ウェーハ搬送ロボット５６と、複数の位置決めピン５８を有する位置決め機構６０と、ウェーハ搬入機構（ローディングアーム）６２と、ウェーハ搬出機構（アンローディングアーム）６４と、スピンナーテーブル６６を有するスピンナー洗浄ユニット６８と、オペレータが研磨条件等を入力する操作パネル７０が配設されている。

水平ベース部分６の凹部１０には純水供給ノズル７６が配設されており、図４に示すように、純水供給ノズル７６の噴出口７６ａは研磨ホイール３２の下方に位置付けられて、研磨パッド３６の外周部分、即ち研磨パッド３６の研磨面３６ａのウェーハ１１に接触しない領域に純水を供給する。

図４を参照すると明らかなように、研磨パッド３６は研磨すべきウェーハ１１の直径よりも大きな直径を有しており、好ましくは、研磨パッド３６はウェーハ１１の直径の２倍以上の直径を有している。

本発明実施形態に係るウェーハの研磨方法では、まず、チャックテーブル４６の保持面４６ａにウェーハ１１を保持する保持ステップを実施する。そして、ウェーハ１１を保持したチャックテーブル４６を図１でＹ軸方向に移動して、研磨ホイール３２に対して図４に示すような研磨位置に位置付ける。

この研磨位置では、チャックテーブル４６の中心軸と研磨ホイール３２の中心軸とが偏心し、研磨パッド３６に形成したスラリー溶液供給穴３７がチャックテーブル４６に保持されたウェーハ１１の外周部分近傍に配設されるように位置付けられる。上述したように、純水供給ノズル７６の噴出口７６ａは研磨面３６ａのウェーハ１１に接触しない領域に純水を供給するように位置付けられる。

研磨ステップでは、チャックテーブル４６を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転すると共に、研摩ホイール３２を矢印ｂ方向に例えば６００ｒｐｍで回転させながら、研磨パッド３６の研磨面３６ａを所定の研磨圧力でウェーハ１１の裏面１１ｂに押圧する。

そして、研磨パッド３６のスラリー溶液供給穴３７からウェーハ１１の裏面１１ｂにスラリー溶液を連続的に供給しつつ、研磨パッド３６の研磨面３６ａの内ウェーハ１１に接触しない領域に純水供給ノズル７６から純水を供給しながらウェーハ１１の裏面１１ｂの研磨を実施する。

実際の研磨加工では、φ４インチのサファイアウェーハ１１を直径３００ｍｍの研磨パッド３６で研磨した。研磨時のスラリー溶液の流量は、０．１リットル／分以下であり、純水供給ノズル７６から０．２リットル／分以上で純水を供給した。

供給したスラリー溶液は純水で希釈せずに原液を供給した。ウェーハ１１の研磨時に供給するスラリー溶液の流量は純水の流量よりも少ないのが好ましい。これにより、スラリー溶液の使用量を最低限に抑制することができ、加工コストの上昇を防止することができる。

研磨パッド３６に純水を供給しないと研磨パッド３６は乾燥し、スラリー溶液供給穴３７から供給したスラリー溶液が研磨パッド３６の外周へと浸透してしまうので、ウェーハ１１の研磨を実施するには供給するスラリー溶液の使用量が増加せざるを得ない。

しかし、本発明実施形態のウェーハの研磨方法によると、図５の模式図に示すように、純水供給ノズル７６から純水をウェーハ１１に接触しない研磨面３６ａに供給するので、研磨パッド３６の外周部分が純水供給範囲８０となり研磨パッド３６が純水により湿潤するため、純水供給範囲８０に囲繞されるスラリー溶液供給範囲７８を小さな領域に抑制することができ、スラリー溶液の使用量を毎分０．１リットル以下と少量に抑えることができた。

スラリー溶液は、スラリーであるコロイダルシリカの濃度が高いほど研磨レートが上がるため、なるべく濃いスラリー溶液を使用したいが、濃いスラリー溶液はスラリーコスト増に直結する。

本発明では、純水を研磨面３６ａのウェーハ１１に接触しない領域に供給しながら研磨を実施するため、純水の供給により研磨パッド３６の外周部分を乾燥させずに使用するスラリー溶液の流量を非常に低い値に抑えることができた。

また、純水の供給を間欠的に実施することも可能であり、スラリー溶液供給範囲７８が広がらず研磨レートが維持できる程度に純水供給範囲８０の面積を維持する最低限の純水を供給することで、純水の使用量も削減できる。その結果、研磨に長時間必要とするサファイア基板１３の研磨コストを低く抑えることができた。

上述した実施形態では、本発明の研磨方法をサファイア基板１３に適用した例について説明したが、サファイア基板１３と同様にモース硬度が高いＳｉＣ基板でも本発明を適用するとその効果が大である。

１１ 光デバイスウェーハ
１３ サファイア基板
１５ エピタキシャル層
１９ 光デバイス
２１ 保護部材
２４ スピンドル
２６，３５，３７ スラリー溶液供給穴
３２ 研磨ホイール
３６ 研磨パッド
４６ チャックテーブル
７４ スラリー容器供給源
７６ 純水供給ノズル
７８ スラリー溶液供給範囲
８０ 純水供給範囲

Claims (3)

1. ウェーハより大径の研磨面を有する研磨パッドとスラリー溶液を用いてウェーハを研磨するウェーハの研磨方法であって、
   チャックテーブルの保持面にウェーハを保持する保持ステップと、
   ウェーハを保持した該チャックテーブルを回転させると共に、研磨パッドを回転させつつ該チャックテーブルに保持されたウェーハに該研磨パッドの研磨面を押圧し、スラリー溶液を供給しながらウェーハを研磨する研磨ステップと、を備え、
   該研磨ステップでは、
   ウェーハに対面して該研磨面に開口したスラリー溶液供給穴から該スラリー溶液を供給しつつ、
   該研磨面のウェーハに接触しない領域に純水を供給しながら研磨を実施して、
   該研磨パッドの該純水が供給される純水供給範囲で該研磨パッドの該スラリー溶液が供給されるスラリー溶液供給範囲を囲繞することを特徴とするウェーハの研磨方法。
2. 該研磨ステップで供給されるスラリー溶液の流量の方が純水の流量より少ないことを特徴とする請求項１記載のウェーハの研磨方法。
3. 前記ウェーハは、サファイアウェーハ又はＳｉＣウェーハから構成される請求項１又は２記載のウェーハの研磨方法。

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