JP2003188119A - 半導体ウエーハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエーハの裏面の研削歪み層を、化学
的エッチングによる方法のごとき、大がかりな設備を設
けることなく、また産業廃棄物として処理すべき物質を
大量に生成することなく、除去することができる方法を
提供する。 【解決手段】 回転する円板形状の、半導体ウエーハの
裏面である被研磨面を、この半導体ウエーハの回転中心
と実質上同一の回転中心において半導体ウエーハより大
径の研磨層を有する研磨砥石を回転させ研磨する同心研
磨工程と、研磨層の回転中心を研磨層の外周縁が半導体
ウエーハの回転中心を通る位置に位置付けて研磨する偏
心研磨工程とを含む方法により研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエーハの
研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップが表面に
複数形成された半導体ウエーハは、裏面が研削され、厚
さ１００μｍ以下好ましくは５０μｍ以下に形成され、
携帯電話、ノートパソコン、スマートカード等の電気機
器の軽量化、小型化を可能にしている。しかしながら、
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップは１００μｍ以下に薄く
研削されると、その表面の研削歪み層によって抗折強度
（破壊強度）が著しく低下する。この研削歪み層は、研
削された面から深さ１μｍ程の領域に残留している。そ
こで、この研削歪み層を除去するために、硝酸及びフッ
酸を含むエッチング液によるエッチング除去、あるいは
フッ酸及び酸素をプラズマ化してのドライエッチング除
去が遂行されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この化
学的なエッチングによる半導体ウエーハの研削歪み層の
除去においては、大がかりな設備が必要であり、また産
業廃棄物としてエッチング処理液や処理ガスが大量に生
成される、等の問題を有している。

【０００４】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その技術的課題は、大がかりな設備を設けることな
く、また産業廃棄物として処理すべき物質を大量に生成
することなく、半導体ウエーハの研削歪み層を除去する
ことができる方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討及
び実験の結果、半導体ウエーハの研削歪み層を、研磨層
を有する研磨砥石により均一に除去することができる半
導体ウエーハの研磨方法を開発した。

【０００６】すなわち、本発明によれば、上記技術的課
題を解決する半導体ウエーハの研磨方法として、チャッ
クテーブルに保持され回転する円板形状の半導体ウエー
ハの被研磨面を、この半導体ウエーハの回転中心と実質
上同一の回転中心において該半導体ウエーハより大径の
研磨層を有する研磨砥石を回転させ研磨する同心研磨工
程と、該研磨層の回転中心を該研磨層の外周縁が該半導
体ウエーハの回転中心を通る位置に位置付けて研磨する
偏心研磨工程とを含む、ことを特徴とする半導体ウエー
ハの研磨方法が提供される。

【０００７】そして、同心研磨工程と偏心研磨工程との
組み合わせにより、研削歪み層を均一に除去する。した
がってこの方法によれば、化学的エッチングのように大
がかりな設備を設けることなく、また産業廃棄物として
処理すべき物質を大量に生成することなしに研削歪み層
を除去することができる。

【０００８】好適実施形態においては、該研磨層はフエ
ルトに砥粒を含浸させて形成されている。そして、該研
磨層により研磨される研磨代は０．５μｍ〜２．０μｍ
である。さらに、該同心研磨工程又は該偏心研磨工程に
より先ず研磨された該半導体ウエーハの研磨面に対し、
該研磨面に形成された最大研磨深さと実質的に同一の研
磨代により残りの研磨工程が遂行される。また、該半導
体ウエーハと該研磨砥石とは相互に逆方向に回転され、
該半導体ウエーハの回転速度は１００ＲＰＭ〜３００Ｒ
ＰＭであり、該研磨砥石の回転速度は４０００ＲＰＭ〜
７０００ＲＰＭである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施形態につ
いて、添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。

【００１０】図１は、半導体ウエーハの被研磨面であ
る、研削された裏面を研磨するための研磨装置の一実施
形態を示している。全体を番号２で示す研磨装置は、装
置ハウジング４の一端に立設された直立壁６に、鉛直方
向に延びる一対の案内レール８、８を介して研磨ユニッ
ト１０を、また同様に延びる一対の案内レール１２、１
２を介して研磨ユニット１４を備えている。装置ハウジ
ング４の上面には、所定の間隔で配設された４個のチャ
ックテーブル１６を有するターンテーブル１８を備えて
いる。チャックテーブル１６の各々は、上面に半導体ウ
エーハを吸着保持するための円形状の多孔質のセラミッ
ク板からなる載置面を有し、回転駆動を自在に備えられ
ている。ターンテーブル１８は、矢印Ｔで示す反時計方
向に間欠的に回転駆動を自在にして備えられている。こ
の間欠回転によりチャックテーブル１６は、同心研磨工
程が遂行される研磨ユニット１０の設置位置である位置
Ｇ１、偏心研磨工程が遂行される研磨ユニット１４の設
置位置である位置Ｇ２に移動され位置付けられる。

【００１１】そして本発明に係る半導体ウエーハの研磨
方法は、上述の同心研磨工程と偏心研磨工程とにより遂
行され、本実施の形態においては同心研磨工程が先に遂
行され、その後に偏心研磨工程が遂行される。

【００１２】研磨ユニット１０は、鉛直方向に延びる軸
線１１を中心に電動モータにより回転駆動される回転軸
の下端に円板形状の研磨砥石２０を備えている。研磨ユ
ニット１４も同様に、鉛直方向に延びる軸線１５を中心
に電動モータにより回転駆動される回転軸の下端に研磨
砥石２０を備えている。研磨ユニット１０と研磨ユニッ
ト１４とは実質的に同一に形成されているが、各々は直
立壁６に対する位置がターンテーブル１８方向において
寸法Ｌずらされて取付けられている。この寸法Ｌの違い
により、研磨ユニット１０は同心研磨工程が遂行される
位置Ｇ１においてチャックテーブル１６の回転中心と研
磨ユニット１０の軸線１１とを実質上一致させて配設さ
れ、研磨ユニット１４は偏心研磨工程が遂行される位置
Ｇ２においてチャックテーブル１６の回転中心と研磨ユ
ニット１４の軸線１５とを偏心させて配設されている
（寸法Ｌ、同心研磨工程、偏心研磨工程、偏心位置、等
の関係については後に詳述する）。

【００１３】研磨砥石２０について、図２及び図２を倒
立状態で示した図３を参照して説明する。研磨砥石２０
は、研磨ユニット１０及び１４それぞれの回転軸の下端
のフランジに取付けられる支持板２２、及び支持板２２
に接合された研磨層２４を備えている。支持板２２はア
ルミニウムのごとき適宜の金属で形成され、円板形状で
あって平坦な円形支持面である下面を有している。支持
板２２はその上面から下方に延びる盲ねじ孔２２ａを周
方向に間隔をおいて複数個（図示の場合は４個）備え、
回転軸のフランジに盲ねじ孔２２ａに止めねじ（図示し
ていない）を螺合させ取付けられている。研磨層２４も
円板形状であり、その外径は支持板２２の外径寸法と実
質上同一である。研磨層２４の円板形状は、円板形状の
半導体ウエーハよりも大径に形成されている。

【００１４】本発明者による検討及び実験によれば、本
発明に係る研磨方法により半導体ウエーハの研削歪み層
を研磨するための研磨層２４としては、フエルトに砥粒
を含浸させボンド剤により固めて形成したフエルト砥石
を用いるのが好都合である。フエルトとしては、周知
の、羊毛、ポリエステル、ナイロンのごとき合成繊維、
綿、麻のごとき天然繊維、等が用いられる。砥粒として
は、０．０１μｍ〜１００μｍの粒径を有する、周知の
シリカ、ダイヤモンド、等の材料が用いられる。砥粒は
フエルトに含浸され、フェノール樹脂系接着剤によって
フエルト中に結合される。この研磨層２４は、支持板２
２の下面にエポキシ樹脂系接着剤のごとき適宜の接着剤
によって接合されている。

【００１５】上述の同心研磨工程を遂行する研磨ユニッ
ト１０及び偏心研磨工程を遂行する研磨ユニット１４の
配設位置関係について、研磨砥石の側から半導体ウエー
ハの方向を見て示した説明図である図４を参照して説明
する。 （１）Ｇ１で示した同心研磨工程位置においては、二点
鎖線で示す研磨層２４（研磨ユニット１０）はその軸線
１１を、実線で示す半導体ウエーハＷ（チャックテーブ
ル１６）の回転中心１７と一致させて配設される。 （２）Ｇ２で示した偏心研磨工程位置においては、二点
鎖線で示す研磨層２４（研磨ユニット１４）はその軸線
１５を、半導体ウエーハＷ（チャックテーブル１６）の
回転中心１７に対し、研磨層２４の外周縁が半導体ウエ
ーハＷの回転中心１７を通る位置に、前述の寸法Ｌ偏心
されて配設されている。

【００１６】本発明者の検討及び実験によれば、半導体
ウエーハの研削歪み層を研磨するには、上記のごとく研
磨層２４と半導体ウエーハＷの関係を位置付けて、半導
体ウエーハＷ（チャックテーブル１６）の回転方向（矢
印Ｖで示す）に対し研磨層２４（研磨砥石２０）を逆方
向に回転（矢印Ｓで示す）させると共に、チャックテー
ブルテーブル１６の回転速度を１００ＲＰＭ〜３００Ｒ
ＰＭに、研磨砥石２０の回転速度を４０００ＲＰＭ〜７
０００ＲＰＭにするとよい。

【００１７】再び図１を参照を参照して、研磨装置２に
おけるの半導体ウエーハＷの流れについて説明する。研
磨前の半導体ウエーハはカセット２６内に収容されてい
る。カセット２６内の半導体ウエーハは、搬出入手段２
８により中心位置合わせテーブル３０に搬送され中心位
置合わせが行われる。次いで半導体ウエーハは、旋回ア
ームを有する搬送手段３２により吸着され受け取り位置
Ｑに位置付けられたチャックテーブル１６に搬送され載
置面に吸引保持され、ターンテーブル１８の矢印Ｔで示
す方向への間欠回転によって同心研磨工程を遂行するた
めの研磨ユニット１０の配設位置Ｇ１に位置付けられ
る。この時ターンテーブル１８上の４個のチャックテー
ブル１６は、同心研磨工程位置Ｇ１のチャックテーブル
１６は偏心研磨工程を遂行するための研磨ユニット１４
の配設位置Ｇ２に、位置Ｇ２にあったチャックテーブル
１６は受け渡し位置Ｒに、それぞれ位置付けられる。受
け渡し位置Ｒに位置付けられた研磨済みの半導体ウエー
ハＷは、チャックテーブル１６の載置面の吸引保持が解
除されると共に、旋回アームを有する搬送手段３４によ
り吸着され、スピンナー洗浄手段３６に搬送され、洗浄
及び乾燥の後、前記搬出入手段２８によりカセット３８
に収容される。

【００１８】次に、研磨ユニット１０による同心研磨工
程及び研磨ユニット１４による偏心研磨工程それぞれに
おける半導体ウエーハＷの研磨状態について、図４と共
に研磨状態を誇張して示した図５を参照して説明する。

【００１９】（１）同心研磨工程、図５（ａ）：同心研
磨工程においては、円板形状の半導体ウエーハＷは、同
心で回転される円板形状の研磨層２４との周方向の速度
差が回転中心１７から外縁になるにつれ大きくなること
により、外縁側が研磨され易くなり、外縁部に最大研磨
深さδを有した凸面形状に研磨される。この最大研磨深
さδは、半導体ウエーハＷの研磨して除く研削歪み層の
厚さに応じて０．５μｍ〜２．０μｍに規定される。

【００２０】（２）偏心研磨工程、図５（ｂ）：偏心研
磨工程においては、同心研磨工程において研磨された半
導体ウエーハＷの状態（二点鎖線で示す）に対して、そ
の最大研磨深さδと実質的に同一の大きさの研磨代δで
研磨される。偏心研磨工程においては、半導体ウエーハ
Ｗの回転中心１７の部分を研磨層２４の外周縁が通るこ
とから、半導体ウエーハＷは回転中心１７の側が研磨さ
れ易くなり、中心部の凹んだ凹面形状に研磨される。

【００２１】（３）研磨終了、図５（ｃ）：かくして、
同心研磨工程及び偏心研磨工程が遂行された半導体ウエ
ーハＷには、図５（ｃ）に示すごとく研削歪み層が取り
除かれた略均一で平坦な研磨面が形成される。

【００２２】上述したとおりの、半導体ウエーハの研磨
方法の作用について説明する。

【００２３】（１）設備、産業廃棄物：半導体ウエーハ
の研削面の研削歪み層の除去を、研磨砥石により機械的
に行うことにより、従来の化学的エッチングにより除去
する場合のように、大がかりな設備を設けることがな
い、また産業廃棄物として処理すべき物質を大量に生成
することがない。さらに、半導体ウエーハの裏面を研削
する周知の研削装置の、研削砥石に代えて研磨砥石を取
付け、その回転軸線の位置を変えることにより、本発明
の研磨方法を遂行するための研磨装置を容易に用意する
ことができる。

【００２４】（２）歪み層除去面：本発明の研磨方法に
より研磨された半導体ウエーハの面は、同心研磨工程に
より回転中心部が山なりの凸面状に研磨された後に偏心
研磨工程において回転中心部がお盆状に凹んだ凹面状に
研磨されるので、凸と凹とによって均一に研削歪み層が
除去された高品質の研磨面が形成される。

【００２５】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される
ものではなく、例えば下記のように、本発明の範囲内に
おいてさまざまな変形あるいは修正ができるものであ
る。

【００２６】（１）研磨装置：本発明の実施の形態にお
いては、半導体ウエーハを保持するためのチャックテー
ブルは間欠回転されるターンテーブルに備えられている
が、ターンテーブルに代えて直線的に移動するテーブル
を設け、このテーブルにチャックテーブルを備え、同心
研磨工程と偏心研磨工程とを遂行するようにしてもよ
い。

【００２７】（２）研磨装置：また、本発明の実施の形
態においては、同心研磨工程を遂行する研磨ユニットと
偏心研磨工程を遂行する研磨ユニットとを別個の研磨ユ
ニットとして計２個の研磨ユニットを備えたが、１個の
研磨ユニットを、その研磨砥石の回転中心を移動可能に
設けて、同心研磨工程終了後に研磨ユニットを移動させ
偏心研磨工程を遂行するようにしてもよい。

【００２８】（３）研磨工程：さらに、本発明の実施の
形態においては、同心研磨工程を遂行した後に偏心研磨
工程を遂行したが、この研磨工程の順番は逆であっても
よい。

【００２９】

【発明の効果】本発明に従って構成された半導体ウエー
ハの研磨方法によれば、半導体ウエーハの研削された裏
面から、化学的エッチングによる方法のごとき、大がか
りな設備を設けることなく、また産業廃棄物として処理
すべき物質を大量に生成することなく、研削歪み層を除
去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体ウエーハの研磨方法を遂行
するための研磨装置の一実施形態を示す斜視図。

【図２】本発明に係る半導体ウエーハの研磨方法におい
て使用される研磨砥石の、好適実施形態の斜視図。

【図３】図２の研磨砥石を倒立状態で示した斜視図。

【図４】本発明に係る同心研磨工程と偏心研磨工程につ
いて、研磨砥石の側から下方の研磨される半導体ウエー
ハを見てその位置関係を示した説明図。

【図５】本発明に係る半導体ウエーハの研磨方法により
研磨された半導体ウエーハの断面を誇張し拡大図示した
説明図。図が煩雑になるのを避けて断面ハッチングは省
略されている。（ａ）は、同心研磨工程を遂行した状
態。（ｂ）は、同心研磨工程遂行後に偏心研磨工程を遂
行した状態。（ｃ）は、偏心研磨工程終了後の、研磨を
終えた状態。

【符号の説明】

２：研磨装置 １０：研磨ユニット １１：軸線 １４：研磨ユニット １５：軸線 １６：チャックテーブル １８：ターンテーブル ２０：研磨砥石 ２４：研磨層 Ｗ：半導体ウエーハ Ｇ１：同心研磨工程位置 Ｇ２：偏心研磨工程位置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャックテーブルに保持され回転する円
   板形状の半導体ウエーハの被研磨面を、この半導体ウエ
   ーハの回転中心と実質上同一の回転中心において該半導
   体ウエーハより大径の研磨層を有する研磨砥石を回転さ
   せ研磨する同心研磨工程と、該研磨層の回転中心を該研
   磨層の外周縁が該半導体ウエーハの回転中心を通る位置
   に位置付けて研磨する偏心研磨工程とを含む、ことを特
   徴とする半導体ウエーハの研磨方法。
2. 【請求項２】 該研磨層はフエルトに砥粒を含浸させて
   形成されている、請求項１記載の半導体ウエーハの研磨
   方法。
3. 【請求項３】 該研磨層により研磨される研磨代は０．
   ５μｍ〜２．０μｍである、請求項１又は２記載の半導
   体ウエーハの研磨方法。
4. 【請求項４】 該同心研磨工程又は該偏心研磨工程によ
   り先ず研磨された該半導体ウエーハの研磨面に対し、該
   研磨面に形成された最大研磨深さと実質的に同一の研磨
   代により残りの研磨工程が遂行される、請求項３記載の
   半導体ウエーハの研磨方法。
5. 【請求項５】 該半導体ウエーハと該研磨砥石とは相互
   に逆方向に回転される、請求項１から４までのいずれか
   に記載の半導体ウエーハの研磨方法。
6. 【請求項６】 該半導体ウエーハの回転速度は１００Ｒ
   ＰＭ〜３００ＲＰＭであり、該研磨砥石の回転速度は４
   ０００ＲＰＭ〜７０００ＲＰＭである、請求項５記載の
   半導体ウエーハの研磨方法。