JP2010067783A

JP2010067783A - 半導体ウェーハ吸着保持具及び半導体ウェーハ裏面研削装置

Info

Publication number: JP2010067783A
Application number: JP2008232524A
Authority: JP
Inventors: Motoi Nezu; 基根津; Masaki Kanazawa; 雅喜金澤
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】本発明は、吸気孔から容易に除去することができない脱落粒子や不要物が吸気孔から出てこないようにして、ウェーハ割れなどを防止することができる半導体ウェーハ吸着保持具及び半導体ウェーハ裏面研削装置を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハを吸着する吸着体を備え、該吸着体は多孔質のセラミックス焼結体であり、前記吸着体８０の吸気孔９０内面が粒子の脱落を防止する脱落防止剤９５で被覆されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェーハを吸着保持する半導体ウェーハ吸着保持具及び半導体ウェーハ裏面研削装置に関する。

半導体ウェーハは、薄片化が急激に進み、紙のように薄いウェーハも存在している。ウェーハの薄片化に伴なう加工精度や測定精度を高める要請から、半導体ウェーハの吸着保持も部分吸着方式から全面吸着方式へと移行してきている。部分吸着方式は、テーブルの吸着面に多数の小孔や環状の溝を設け、小孔又は溝から吸引して半導体ウェーハを吸着する方式である。他方、全面吸着方式は、テーブルを多孔質セラミックス等の通気性部材から形成して、数μｍ〜数１０μｍの非常に小さい吸引孔から吸引して半導体ウェーハを密着性良く吸着する方式である。

全面吸着方式を採る吸着保持具として、いわゆるチャックテーブルと吸着パッドがある。チャックテーブルの従来の一例として、特許文献１で開示されているものが知られている。特許文献１の段落番号［００２５］には、「真空吸着テーブルは、円板状に形成したベース２１の上面に円形凹部２２を設け、この円形凹部２２内を同心円状の薄い環状壁２３、２４で区画し、円形凹部２２と環状壁２３、２４の内側でオリフラ部２５、２６、２７、２８の位置を薄い仕切り壁２９、３０、３１、３２で区画し、上記円形凹部２２内の環状壁２３、２４及び仕切り壁２９、３０、３１、３２で区画されたそれぞれの部屋３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９に、区画された部屋３３〜３９の形状に適合する通気性部材４０〜４６が、それぞれの上面とベース２１の上面が同一平面になるよう組み込まれている。この通気性部材４０〜４６としては、多孔質セラミックス等を使用する」と記載されている。

また、吸着パッドの従来の一例として、特許文献２で開示されているものが知られている。特許文献２の段落番号［００１６］には、「・・・吸着パッド１は、板状物を吸引保持する吸引部７と、吸引部７を囲繞して支持する枠体８とから構成される。吸引部７は、通気性のある多孔質の部材、例えばアルミナポーラスセラミックスにより形成される。また、枠体８も同様の部材、例えばアルミナポーラスセラミックスにより形成される」と記載されている。

特開２００２−３２４８３１号公報特開２００３−１４５４７３号公報

全面吸着方式のチャックテーブルや吸着パッドは、テーブル本体やパッド本体が多孔質のセラミックスであるため、内部粒子間の結合力が緻密体のセラミックスに比べて相対的に弱く、脱落している粒子が内部に存在することがある。そして、ウェーハ吸着時にエアブロー（空吹き）などを行った際に、脱落粒子が吸着面上に現れることがあった。脱落粒子は大きいもので数１０μｍのサイズのものがあり、薄い半導体ウェーハを吸着する際や、半導体ウェーハを薄く裏面研削する際にウェーハ割れを生じたり、加工精度を低下させたりする心配があった。

また、テーブルや吸着パッドは、その製造工程において、セラミックス圧粉体の焼結後に吸着面が研削加工及び研磨加工されるため、多孔質の吸気孔内に研削屑などが入ることがある。そして、研削屑は脱落粒子と同様に、吸着面上に出てくることがあった。

脱落粒子や研削屑以外にも、サイズの小さいゴミなどの不要物が多孔質の吸気孔内に侵入して、脱落粒子や研削屑と同様の問題を生じるおそれがあった。テーブルや吸着パッドは、予めエアブローなどにより吸気孔内の不要物を除去しているが、完全には不要物が除去されず、吸気孔に残留している不要物があるためである。

本発明は、吸気孔から容易に除去することができない脱落粒子や不要物が吸気孔から出てこないようにして、ウェーハ割れや加工精度の低下を防止することができる半導体ウェーハ吸着保持具及び半導体ウェーハ裏面研削装置を提供する。

本発明の一態様は、半導体ウェーハを吸着する吸着体を備え、該吸着体は多孔質のセラミックス焼結体であり、前記吸着体の吸気孔内面が粒子の脱落を防止する脱落防止剤で被覆されている半導体ウェーハ吸着保持具を提供する。

また、本発明は、請求項１に記載の半導体ウェーハ吸着保持具において、前記脱落防止剤がポリマーである。

また、本発明の他の態様は、半導体ウェーハの表面側を吸着する半導体ウェーハ吸着保持具を備え、該半導体ウェーハ吸着保持具により前記半導体ウェーハが保持された状態で、該半導体ウェーハの裏面側を研削する半導体ウェーハ裏面研削装置において、前記半導体ウェーハ吸着保持具が、前記半導体ウェーハを吸着する吸着体であって、該吸着体は多孔質の内部構造を有するセラミックス焼結体であり、前記吸着体の吸気孔内面が粒子の脱落を防止する脱落防止剤で被覆されている、半導体ウェーハ裏面研削装置を提供する。

以上の如く、本発明によれば、吸着体の吸気孔内面が粒子の脱落を防止する脱落防止剤で被覆されているから、吸気孔から容易に除去することができない脱落粒子や不要物が吸気孔から外に出てこないようにすることができる。これにより、特に、薄く、強度が低い半導体ウェーハの割れなどの損傷や、加工精度の低下を防止することができる。したがって、半導体ウェーハ生産ラインの歩留りを減らして、ラインの稼働率を高めることができると共に、半導体ウェーハの製造品質の信頼性を高めることができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る半導体ウェーハ吸着保持具及び半導体ウェーハ裏面研削装置（以下「裏面研削装置」という）の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の裏面研削装置は、半導体ウェーハ吸着保持具の適用例として説明されている。なお、本発明に係る半導体ウェーハ吸着保持具は、裏面研削装置に限られず、フレームマウント装置、保護フィルム剥離装置などの吸着パッドやチャックテーブルとして適用することもできる。

図１には、半導体ウェーハ吸着保持具としての吸着パッドを備えた裏面研削装置の代表的形態が示されている。図示する裏面研削装置１０は、カセット収納ステージ１４、アライメントステージ１６、粗研削ステージ１８、仕上げ研削ステージ２０及び洗浄ステージ２２を備えている。

カセット収納ステージ１４は、加工前のウェーハ２６が多数枚収納されているカセット２４と、加工後のウェーハ２７が収納されるカセット２５を有している。ウェーハ２６，２７は、カセット２４，２５内で棚により仕切られた個々の室に一枚ずつ収納されている。カセット２４に収納されているウェーハ２６は、ロボットアーム３０の先端部に備わる吸着パッド３２によって１枚ずつカセット２４から取り出され、アライメントステージ１６に搬送されるようになっている。他方、カセット２５に収納されるウェーハ２７は、ロボットアーム６６の先端部に備わる吸着パッド６８によって１枚ずつカセット２５に回収されるようになっている。

図２には、吸着パッド６８を拡大した斜視図が示されている。吸着パッド６８についての詳細は後述するが、吸着パッド６８は、吸着面でウェーハ２７を吸着するパッド本体（吸着体）と、パッド本体を保持する枠体と、を備えている。枠体の上面の略中央部にロボットアーム６６の先端部が回動自在に連結されている。吸着パッド６８は、パイプ７０を介して真空ポンプ（図示しない）に接続し、ウェーハ２７を吸引して吸着保持する。

ロボットアーム３０，６６の形態は任意であり、本実施形態に限られるものではないが、ロボットアーム３０のように多数の関節部を有する多関節アームの形態とすることができる。ロボットアーム３０は、３本のアーム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃから構成されており、第１アーム３０Ａの先端部には、ウェーハ２６を吸着保持する吸着パッド３２が備えられている。この第１アーム３０Ａは、第２アーム３０Ｂの先端部に設けられており、鉛直軸３４を中心に旋回できるようになっている。また、第２アーム３０Ｂは、第３アーム３０Ｃの先端部に設けられており、鉛直軸３６を中心に旋回できるようになっている。さらに、第３アーム３０Ｃは、昇降装置３８の昇降ロッドに設けられており、その昇降ロッドを中心に旋回できるとともに、昇降ロッドの伸縮により上下動できるようになっている。昇降装置３８は、門型構造の梁４２に水平移動可能に設けられている。

アライメントステージ１６は、カセット２４から搬送されたウェーハ２６を所定の位置に位置合わせするステージである。このアライメントステージ１６で位置合わせされたウェーハ２６は、吸着パッド３２に再度吸着保持された後、ターンテーブル５０のチャックテーブル４８に搬送されて吸着保持される。

ここで、チャックテーブル４８は、本発明の半導体ウェーハ吸着保持具に含まれ、吸着面でウェーハ２７を吸着するテーブル本体（吸着体）と、テーブル本体を支持する支持体と、を備えている。チャックテーブル４８も吸着パッド３２，６８と同様に、テーブル本体は多孔質のセラミックス焼結体である。

ターンテーブル５０には、複数の同機能を備えたチャックテーブル５２、５４が所定の間隔をもって設置されている。チャックテーブル５２は、粗研削ステージ１８に位置しており、ウェーハ２６はこの位置で吸着固定され、ウェーハ裏面が粗研削される。また、チャックテーブル５４は、仕上げ研削ステージ２０に位置しており、同様にしてウェーハ２６はこの位置で吸着固定され、粗研削されたウェーハ裏面が仕上げ研削される。

なお、図示していないが、チャックテーブル４８、５２、５４は、その下面にモータのスピンドルが連結されており、このモータに駆動されて回転する。カップ型砥石５６をチャックテーブル４８、５２、５４と同一方向に回転させながら、砥石５６の砥石面をウェーハ２６の研削面に所定の力で接触させることにより、ウェーハ裏面のインフィード研削が行われるようになっている。

カップ型砥石５６は、モータ５８に連結されており、また、モータ５８は、サポート用ケーシング６０を介して砥石送り装置６２に取り付けられている。この砥石送り装置６２は、カップ型砥石５６をモータ５８と共に昇降移動させるもので、この砥石送り装置６２による下降移動によってカップ型砥石５６がウェーハ２６の裏面に押し付けられ、ウェーハ２６の裏面が研削されるようになっている。

粗研削ステージ１８で裏面が粗研削されたウェーハ２６は、ターンテーブル５０を矢印Ｃ方向に回転することによって、チャックテーブル５２と共に仕上げ研削ステージ２０のチャックテーブル５４の位置に移動する。そして、仕上げ研削ステージ２０のカップ型砥石によって精密研削が行われる。仕上げ研削ステージ２０の構造は、粗研削ステージ１８の構造とほぼ同一なので、ここではその説明を省略することとする。

仕上げ研削ステージ２０で仕上げ研削されたウェーハ２６は、ターンテーブル５０の回転によってチャックテーブル４８の位置に移動する。そして、ウェーハ２６は、ロボットアーム６６によって洗浄ステージ２２に搬送される。

ロボットアーム６６は、昇降装置７２の昇降ロッド（図示しない）に設けられており、この昇降ロッドを中心に旋回すると共に、昇降ロッドの伸縮により上下動する。ロボットアーム６６の旋回動作と伸縮動作とにより、チャックテーブル４８から洗浄ステージ２２のテーブル６８にウェーハ２６を搬送することができる。

以上が裏面研削装置１０の概略構成である。次に、裏面研削装置１０に備わる本発明の吸着パッドの一実施形態について詳細に説明する。本実施形態の吸着パッド６８（３２）には、ロボットアーム６６（３０）の先端部が回動自在に連結されており、吸着面８０ａでウェーハ２７（２６）を吸着する円盤状のパッド本体８０を備えている。パッド本体８０は、枠体８１の凹部８２に装着されて保持されるようになっている。本実施形態では、半導体ウェーハ吸着保持具としての吸着パッド６８について説明するが、半導体ウェーハ吸着保持具としてのチャックテーブル４８，５２，５４も、吸着パッド同様の構成となる。

図３に示すように、パッド本体８０は、全面吸着される半導体ウェーハ２７のサイズに対応する大きさであり、ウェーハ２７の外周部分がパッド本体８０からはみ出さない寸法に形成されている。パッド本体８０がこのような寸法に形成されること、すなわちウェーハ２７が全面吸着されることは、厚みが１００μｍに満たない紙のように薄いウェーハを吸着する点で特に重要であり、搬送時のウェーハ割れなどを未然に防止することができる。また、研削ステージ２０，２２（図１参照）では、半導体ウェーハ吸着保持具としてチャックテーブル４８，５２，５４にウェーハ２７（２６）が全面吸着されることで、ウェーハ割れを生ずることなく、ウェーハ裏面を高精度に仕上げることができる。

パッド本体８０は、プレス成形されたセラミックス圧粉体を焼結することにより得られた多孔質のセラミックス焼結体である。粉体であるセラミックス材料は、特に限定されるものではないが、アルミナ系（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア系（ＺｒＯ₂）、窒化珪素系（Ｓｉ₃Ｏ₄）のセラミックスを適用することができる。パッド本体８０の平均吸気孔径や吸気孔率は、粉体の粒子サイズや、結合剤の量、プレス条件、焼結条件などを変更することにより任意に調整可能であり、例えば平均吸気孔径が６０μｍで吸気孔率３３％、平均吸気孔径４０μｍで吸気孔率３５％に成形することができる。

枠体８１は、平坦な壁部８３と、この壁部８３の縁部に続く周壁８４とを有し、パッド本体８０の吸着面８０ａだけを露出させてパッド本体８０を保持する外枠であり、ステンレスなどの金属材料や緻密なセラミックス材料で製作することができる。パッド本体８０と枠体８１は別体としてそれぞれ製作され、後に接着剤などで接着されることにより一体化されるものであるが、金属材料で枠体８１を製作した場合、パッド本体８０を焼結する際の基台として枠体８１を機能させることができる。この場合、パッド本体８０と枠体８１は、パッド本体８０の焼結の際に一体化されたものとして製作される。枠体８１をセラミックス材料で構成する場合も同様に、緻密なセラミックス材料で構成された枠体を基台として、パッド本体と共に一体的に焼結することができる。

枠体８１の平坦な壁部８３には、パイプ７０を介して真空源に連通する貫通孔８５が形成されている。貫通孔８５にパイプ７０が接続する接続部は壁部８３の外面で中央に設けられている。パイプ接続部に続く貫通孔８５は、中央から放射状に分岐し、半径方向に所定の間隔でバランス良く配置された多数の吸気口８６が開口している。多数の吸気口８６の開口端には、パッド本体８０が接着している。図示しない真空源が起動すると、パイプ７０、枠体８１の壁部８３に形成された貫通孔８５、パッド本体８０の多数の吸気孔を介して吸気が行われ、パッド本体８０の露出面である吸着面８０ａにウェーハ２７が吸着されるようになっている。

次に、パッド本体８０の内部構造について説明する。図４には、図３のＡ部に相当する部分を誇張して表した断面図が示されている。隣接するセラミックス粒子８９間の隙間が、吸気孔９０である。パッド本体８０は、プレス成形後、所定のガス圧で真空焼結（ＨＩＰ焼結）することにより成形されるものであるが、セラミックス粒子８９の大きさは一様な大きさではないため、吸気孔９０の大きさも場所によって異なり、孔の大きい部分もあれば、小さい部分もある。多数のセラミックス粒子８９は、隣接する粒子８９と結合しているが、結合力の弱い粒子８９や隣接する粒子８９と結合していない粒子（脱落粒子）も少数であるが存在することもある。吸気孔９０内には、パッド本体８０の吸着面８０ａを研削砥石でツルーイング（truing、形直し）などした際に発生する研削屑９１や、ゴミ９２などの不要物が存在していることもある。

図示するように、本実施形態のパッド本体８０は、内部のセラミックス粒子８９や研削屑９１などが脱落防止剤９５で被覆されている点が、従来のパッド本体１００（図５参照）と相違している。すなわち、パッド本体８０内部のセラミックス粒子８９や研削屑９１などは、吸気孔９０を塞がない薄い膜厚を形成する脱落防止剤９５で被覆されている。脱落防止剤９５には、セラミックス粒子８９や研削屑９１などに対して密着性が良く、液体状態のときに低粘度なものが好ましく、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、塩化ビニル共重合体、ポリエステル樹脂、ポリカーネート樹脂などの熱可塑性樹脂を適用することができる。

脱落防止剤９５としてポリマーを使用してセラミックス粒子８９や研削屑９１などを被覆する際は、液体状態の脱落防止剤９５が入っている容器にパッド本体８０を所定時間浸すことにより、脱落防止剤９５を吸気孔９０内に浸透させて、セラミックス粒子８９や研削屑９１などを脱落防止剤９５で被覆することができる。

図５には、比較のために、パッド本体内部のセラミックス粒子８９や研削屑９１などが脱落防止剤で被覆されていないパッド本体１００の内部構造が示されている。吸気孔９０の脱落粒子や研削屑９１などは、吸気孔９０内に保持されていないため、内部から外部に現れる可能性がある。ウェーハが厚い場合には、内部から現れて吸着面上に存在する脱落粒子などによってウェーハ割れが生ずる確率は相対的に低いものの、ウェーハ厚みが１００μｍより薄くなると、ウェーハ強度の低下が著しくなり、ウェーハ割れが生ずる確率が相対的に高くなる。

以上のように本実施形態によれば、パッド本体８０内部のセラミックス粒子８９や研削屑９１などがポリマーなどの脱落防止剤９５で被覆されているから、吸気孔９０から容易に除去することができない脱落粒子や研削屑９１などを吸気孔９０内に閉じこめておくことができる。これにより、吸気孔９０から出てきて吸着面８０ａに付着したセラミックス粒子８９や研削屑９１などによって、ウェーハ割れが生ずることを防止することができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に関連して説明したが、後述する請求の範囲の開示から逸脱することなく様々な修正及び変更を為し得ることは、当業者に理解されるであろう。例えば、本実施形態では、半導体ウェーハ吸着保持具として、吸着パッドについて説明しているが、半導体ウェーハ吸着保持具には、半導体ウェーハ製造工程使用されるチャックテーブル４８，５２，５４も含まれるものとする。このようなチャックテーブルでウェーハを吸着保持した場合は、ウェーハ製造工程においてウェーハ割れを防止できると共に、加工精度などを向上することができ、製造品質の信頼性を高めることができる。また、脱落防止剤９５としてポリマーが例示されているが、製法上問題がなければ、ガラス質やセラミック系の材料や、ニッケルなどの金属材料を脱落防止剤とすることも可能である。

本発明に係る裏面研削装置の一実施形態を示す斜視図である。図１の裏面研削装置に備わる吸着パッドの斜視図である。一例としての吸着パッドの断面図である。図３に示す吸着パッドの内部構造を誇張して表した説明図（Ａ部拡大図）である。本発明に係る吸着パッドの比較例（従来例）を説明する図である。

符号の説明

１０半導体ウェーハ裏面研削装置
２６，２７半導体ウェーハ
３２，６８吸着パッド
８０パッド本体（吸着体）
８１枠体
９０吸気孔
９５脱落防止剤

Claims

半導体ウェーハを吸着する吸着体を備え、該吸着体は多孔質のセラミックス焼結体であり、前記吸着体の吸気孔内面が粒子の脱落を防止する脱落防止剤で被覆されている、半導体ウェーハ吸着保持具。
前記脱落防止剤がポリマーである、請求項１に記載の半導体ウェーハ吸着保持具。
半導体ウェーハの表面側を吸着する半導体ウェーハ吸着保持具を備え、該半導体ウェーハ吸着保持具により前記半導体ウェーハが保持された状態で、該半導体ウェーハの裏面側を研削する半導体ウェーハ裏面研削装置において、
前記半導体ウェーハ吸着保持具が、
前記半導体ウェーハを吸着する吸着体であって、該吸着体は多孔質のセラミックス焼結体であり、前記吸着体の吸気孔内面が粒子の脱落を防止する脱落防止剤で被覆されている、半導体ウェーハ裏面研削装置。