JP2010225987A

JP2010225987A - ウェーハの研磨方法及び研磨パッド

Info

Publication number: JP2010225987A
Application number: JP2009073553A
Authority: JP
Inventors: Minosuke Sekiya; 臣之典関家; Setsuo Yamamoto; 節男山本; Hisashi Horinouchi; 久堀之内
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】ウェーハを所定厚さに形成する加工において、半導体デバイスの抗折強度を低下させることなく、安定的にゲッタリング効果を生じさせることができるようにすることである。
【解決手段】発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下の砥粒とアルカリ粒子とが混入され研磨面が溝によって区画された六角形のペレットが複数形成された構造となっている研磨パッド３４０をチャックテーブル２に保持されたウェーハＷに接触させ、ウェーハＷに純水を供給しながらチャックテーブル２と研磨パッド３４０とを回転させてウェーハＷを研磨することにより、デバイスの抗折強度を低下させることなく、安定的にゲッタリング効果を生じさせる。
【選択図】図７

Description

本発明は、ウェーハの研磨方法及びそれに利用される研磨パッドに関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスが複数形成された半導体ウェーハは、裏面が研削されて所定の厚さに形成された後に、個々のデバイスに分割され、各種電子機器に利用されている。近年は、電子機器の小型化・薄型化等の要求に対応するために、裏面の研削によって半導体ウェーハの厚さを１００μｍ以下、５０μｍ以下というように極めて薄く形成することが求められている。

ところが、裏面の研削により半導体ウェーハの薄化を進めると、研削によって裏面に厚さが１μｍ前後のマイクロクラックからなる歪み層が形成されるため、分割後の半導体デバイスの抗折強度が低下するという問題がある。そこで、半導体ウェーハの裏面研削後にポリッシング、ウェットエッチング、ドライエッチング等によって歪み層を除去することにより、抗折強度の低下を防止することが行われている。

しかし、ＤＲＡＭやフラッシュメモリ等のデータ保持機能を有する半導体デバイスが複数形成された半導体ウェーハにおいては、裏面研削後に歪み層をポリッシング、ウェットエッチング、ドライエッチング等により除去すると、データ保持機能が低下するという問題が生じた。この問題は、半導体ウェーハ内部に含有されたＣｕ等の金属原子が歪み層の除去前は半導体ウェーハの裏面側に偏って存在していたが、ポリッシング等によって歪み層を除去するとゲッタリング効果が低下するかまたはなくなるため、金属原子がデバイス面付近に遊動することが原因となっていることが判明した。

そこで、粒径が４μｍ以下のダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンド、レジンボンド等のボンド材で固めて構成した砥石等を用いた研削により、ウェーハの裏面に０．２μｍ以下の厚さのマイクロクラックからなる歪み層を形成することにより、抗折強度を低下させることなくゲッタリング効果を生じさせる技術が提案され、本出願人が特許出願した（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−３１７８４６号公報

しかし、ウェーハの裏面に０．２μｍ以下の厚さの歪み層を形成しようとしても、実際にはその厚さの歪み層を安定的に形成できないことがあり、その場合は、抗折強度が９００〜８０００［ＭＰａ］の範囲に広く分布してしまうため、３０００［ＭＰａ］以上の抗折強度を有するウェーハについては、歪みが小さすぎるためにゲッタリング効果を期待できないという新たな問題が生じた。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ウェーハを所定厚さに形成する加工において、半導体デバイスの抗折強度を低下させることなく、安定的にゲッタリング効果を生じさせることができるようにすることである。

第一の発明は、ウェーハを保持し回転可能なチャックテーブルと、チャックテーブルに保持されたウェーハを研磨する研磨パッドを有する研磨手段とを少なくとも備えた研磨装置を用いてウェーハを研磨するウェーハの研磨方法に関するもので、研磨パッドは、発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下の砥粒とアルカリ粒子とが混入され、研磨面は溝によって区画された六角形のペレットが複数形成された構造となっており、チャックテーブルに保持されたウェーハに研磨パッドを接触させウェーハに純水を供給しながらチャックテーブルと研磨パッドとを回転させてウェーハを研磨するようにしている。

第二の発明は、発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下の砥粒とアルカリ粒子とが混入され、研磨面には複数の溝によって区画された六角形のペレットが複数形成された研磨パッドに関するものである。

本発明では、ウェーハに対して純水を供給しながら、発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下の砥粒とアルカリ粒子とが混入され研磨面が複数の溝によって区画された六角形のペレットが複数形成された回転する研磨パッドをウェーハに接触させて研磨を行うことにより、デバイスの抗折強度を低下させることなく、ゲッタリング効果も安定的に生じさせることができる。

研磨装置の一例を示す斜視図である。研磨手段の一部を拡大して示す斜視図である。研磨パッドの第一の例を示す底面図である。研磨パッドの第二の例を示す底面図である。ウェーハ及び保護テープの一例を示す分解斜視図である。表面に保護テープが貼着されたウェーハをチャックテーブルで保持する状態を示す分解斜視図である。ウェーハの裏面を研磨する状態を示す正面図である。デバイスの抗折強度を計測する方法を示す断面図である。

図１に示す研磨装置１は、本発明に係る研磨パッドを搭載した装置であり、ウェーハを保持するチャックテーブル２と、チャックテーブル２に保持されたウェーハを研磨する研磨手段３と、研磨手段３を垂直方向に研磨送りする研磨送り手段４と、研磨前のウェーハＷを収容するウェーハカセット５ａが載置されるカセット載置領域５と、研磨後のウェーハＷを収容するウェーハカセット６ａが載置されるカセット載置領域６と、ウェーハカセット５ａから研磨前のウェーハを搬出すると共に研磨後のウェーハをウェーハカセット６ａに搬入する搬出入手段７と、ウェーハカセット５ａから搬出されたウェーハを一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段８と、研磨後のウェーハを洗浄する洗浄手段９と、研磨前のウェーハを位置合わせ手段８からチャックテーブル２へ搬送する第一の搬送手段１０と、研磨後のウェーハをチャックテーブル２から洗浄手段９に搬送する第二の搬送手段１１とを備えている。

チャックテーブル２は、回転可能であると共に、第一の搬送手段１０及び第二の搬送手段１１の近傍と研磨手段３の下方との間を水平方向に移動可能となっている。

研磨手段３は、垂直方向の軸心を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に支持するスピンドルハウジング３１と、スピンドル３０を回転駆動するモータ３２と、スピンドル３０の下端に形成されたホイールマウント３３と、ホイールマウント３３に装着された研磨ホイール３４とから構成される。研磨手段３には、スピンドル３０、ホイールマウント３３及び研削ホイール３４を貫通し、研磨液を流通させて被研磨物に対して研磨液を供給するための研磨液流通孔３５が連通して形成されており、研磨ホイール３４の中心部から研磨液を流出させることができる。

研磨送り手段４は、垂直方向の軸心を有するボールネジ４０と、ボールネジ４０と平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールネジ４０を回転駆動するパルスモータ４２と、内部のナットがボールネジ４０に螺合すると共に側部がガイドレール４１に摺接し研磨手段３を支持して昇降可能な昇降部４３とから構成される。

図２に示すように、研削ホイール３４の下面には研磨パッド３４０が固着されている。この研磨パッド３４０は、発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下の砥粒とアルカリ粒子とが混入されて構成されている。砥粒としては、ＣＢＮ、グリーンカーボランダム、ホワイトアランダム、ガーネット、ダイヤモンド、サファイア等を使用することができ、アルカリ粒子としては、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、酸化カルシウム等を使用することができる。研磨面３４０の下面が、研磨対象のウェーハと接触して研磨を行う研磨面３４１となっている。

研磨パッド３４０は、厚みが１０〜５ｍｍのシートであり、図３に示すように、その表面である研磨面３４０ａに深さが２ｍｍの溝Ｇが形成され、溝Ｇによって区画されて六角形のペレットＰが形成されている。研磨面３４１の最外周には、六角形のペレットが研磨ホイール３４の形状にあわせて円弧状に切断されることにより、２本の直線と円弧とによって囲まれほぼ三角形状に形成された略扇形の異形ペレット３４２を複数備えている。

図３に示した研磨パッド３４０に代えて、図４に示す研磨パッド３４０ａを使用することもできる。この研磨パッド３４０ａは、研磨パッド３４０と同様に、発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下の砥粒とアルカリ粒子とが混入されて構成されている。研磨パッド３４０ａの研磨面３４１ａは、研磨パッド３４０と同様に複数の六角形のペレットＰが溝Ｇによって区画されて連結された構成となっているが、最外周のペレット３４２ａは、三角形状にはなっておらず、３本または４本の直線と円弧とによって囲まれたほぼ四角形または五角形の形状に形成されている。したがって、研磨面３４１ａの周縁部に尖鋭部分を有するペレットがなく、周縁部がウェーハに傷をつけるおそれがないため、傷が原因となって抗折強度が低下することがない。

図５に示すように、研磨対象のウェーハＷの表面Ｗ１には、分割予定ラインＳによって区画されて複数のデバイスＤが形成されている。そして、ウェーハＷの表面Ｗ１には、デバイスＤを保護するための保護テープＴが貼着される。なお、以下では、表面Ｗ１に保護テープＴが貼着されたウェーハＷを、単にウェーハＷと記す。

ウェーハＷは、図１に示したウェーハカセット５ａに複数収容される。そして、搬出入手段７によって一枚ずつ取り出され、位置合わせ手段８によって一定の位置に位置合わせされた後に、図６に示すように、保護テープＴ側がチャックテーブル２に保持され、裏面Ｗ２が露出した状態となる。そして、チャックテーブル２の水平方向の移動により、ウェーハＷが図１及び図２に示した研磨手段３の下方に位置付けされる。

図７に示すように、裏面Ｗ２の研磨時は、チャックテーブル２を例えば３００［ＲＰＭ］の回転速度で回転させると共に、スピンドル３０を例えば１０００［ＲＰＭ］の回転速度で回転させ、研磨手段３を下降させてウェーハＷに対して例えば４００［Ｎ］の押圧力を加える。また、研磨液として純水を用い、研磨ホイール３４の回転中心からウェーハＷの裏面Ｗ２に向けて純水を供給する。

このようにして純水を供給しながら裏面Ｗ２を研磨すると、研磨パッド３４０または研磨パッド３４０ａは、発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下の砥粒とアルカリ粒子とが混入されて構成されるため、ウェーハＷの裏面Ｗ２には厚さが０．２〜０．１μｍの歪み層を安定して形成することができる。したがって、このウェーハＷをダイシングして形成される個々のデバイスＤは、ゲッタリング効果を維持しつつ、抗折強度を従来よりも低い値で安定させることができる。特に、研磨パッド３４０ａを使用すると、最外周のペレットによってウェーハに傷がつくことがないため、抗折強度をより安定させることができる。

研磨工具を用いてシリコンウェーハの裏面を研磨してからダイシングし、そのシリコンウェーハを構成するデバイスの抗折強度を計測した。研磨は、図６に示したように、シリコンウェーハの表面に保護テープＴを貼着し、チャックテーブル２において保護テープＴ側を保持して裏面を露出させ、チャックテーブル２を３００［ＲＰＭ］で回転させると共に、研磨工具を１０００［ＲＰＭ］で回転させ４００［Ｎ］の力を加えて行った。

研磨工具としては、粒径が４μｍ以下のダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドによって固めた構成の従来の研磨砥石と、発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下のダイヤモンド砥粒と酸化カルシウム粒子とが混入された本発明の研磨パッドとを使用し、それぞれの研磨工具によって研磨されて形成された複数のデバイスについてそれぞれ抗折強度を計測し、抗折強度の最小値、最大値及び平均値を求めた。なお、研磨量は、従来品の研磨砥石については２［μｍ］、本発明の研磨パッドについては１．６［μｍ］、４μｍ［μｍ］、５［μｍ］、６［μｍ］とした。どちらの研磨工具を用いる場合も、研磨液としては純水を用い、４リットル／分の割合でシリコンウェーハに対して純水を供給しながら研磨を行った。抗折強度は、図８に示すように、円形の貫通孔１２０を有する台座１２の上に対象のデバイスＤを載置し、球状の荷重部１３からデバイスＤに対して荷重をかけ、破壊応力［ＭＰａ］を計測することにより求めた。計測結果は以下の通りである。

上記表からわかるように、従来品の研磨砥石を用いた場合は、抗折強度が９００〜８０００［ＭＰａ］と広い範囲に分散したのに対し、本発明の研磨パッドを用いた場合は、研磨量がいずれの場合も、８００〜２６００［ＭＰａ］と狭い範囲で安定した。したがって、本発明の研磨パッドを用いると、抗折強度が高くなりすぎず、０．２〜０．１［μｍ］の厚さの歪み層が残存することが確認された。

また、本発明の研磨パッドを使用して４．０［μｍ］研磨した後のシリコンウェーハの裏面から１×１０^１３［ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２］の割合で銅イオンを塗布し、３５０［℃］で３時間加熱することにより、シリコンウェーハに対して強制的に銅イオンを注入した。そしてその後、（株）テクノス製の全反射蛍光Ｘ線装置「ＴＲＥＸ６０００」を使用してシリコンウェーハに浸透したであろう銅イオンをシリコンウェーハの表面から検出したところ、その値は５×１０^９［ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２］となり、「ＴＲＥＸ６０００」の限界検出値以下であり、ゲッタリング効果が確認された。

１：研磨装置
２：チャックテーブル
３：研磨手段
３０：スピンドル３１：スピンドルハウジング３２：モータ
３３：ホイールマウント
３４：研磨ホイール
３４０、３４０ａ：研磨パッド３４１，３４１ａ：研磨面
Ｐ：ペレットＧ：溝３４２：異形ペレット
３５：研磨液流通孔
４：研磨送り手段
４０：ボールネジ４１：ガイドレール４２：パルスモータ４３：昇降部
５，６カセット載置領域５ａ、６ａ：ウェーハカセット
７：搬出入手段８：位置合わせ手段９：洗浄手段
１０：第一の搬送手段１１：第二の搬送手段
１２：台座１２０：貫通孔１３：荷重部
Ｗ：ウェーハ
Ｗ１：表面Ｓ：分割予定ラインＤ：デバイス
Ｗ２：裏面

Claims

ウェーハを保持し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウェーハを研磨する研磨パッドを有する研磨手段とを少なくとも備えた研磨装置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、
該研磨パッドは、発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下の砥粒とアルカリ粒子とが混入され、研磨面は溝によって区画された六角形のペレットが複数形成された構造となっており、
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を接触させ該ウェーハに純水を供給しながら該チャックテーブルと該研磨パッドとを回転させて該ウェーハを研磨する
ウェーハの研磨方法。
発泡ウレタンの内部に粒径が０．１μｍ以下の砥粒とアルカリ粒子とが混入され、研磨面には複数の溝によって区画された六角形のペレットが複数形成された研磨パッド。