JP2011000670A

JP2011000670A - 基板ホルダー

Info

Publication number: JP2011000670A
Application number: JP2009144994A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Yamamoto; 栄一山本; Toshihiro Ito; 利洋伊東
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2011-01-06

Abstract

【課題】基板ホルダーから基板を取り剥がすことが容易な基板ホルダーの提供。
【解決手段】回転軸１５に軸承された剛体製基台１１の表面に粘着剤層１２を介して基板密着層１４を表面に設けた基材フィルムを積層した基板ホルダーであって、前記基板密着層１４がこの基板密着層に貼着される基板ｗ表面と基板密着層１４との剥離力（ＪＩＳＫ−６８５４に準拠）が１０ｍＮ／１２．７ｍｍ幅以下で、前記基板密着層表面から基板を平行にずらす剪断力が１．０Ｎ／ｃｍ^２以上であるポリオルガノシロキサン系シリコーン樹脂層で形成されていることを特徴とする基板ホルダー１。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板ホルダーに保持された基板を研磨ヘッドの研磨パッドを用いて研磨加工する、または研削ヘッドに取り付けられた研削砥石で研削加工して基板表面を平坦化する際に使用される基板ホルダーに関するものである。

基板収納カセット内に収納された半導体基板を搬送ロボットでポーラスセラミック製バキュームチャック上に搬送し、半導体基板上面を研削砥石で摺擦研削して平坦化し、ついで研磨ステージに研削加工された半導体基板を移送し、半導体基板研削加工面を研磨ヘッドの研磨パッドで摺擦研磨して平坦化する基板の平坦化装置が提案され、また、実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、インデックス型回転ワークテーブルに複数設置した真空チャックに固定された半導体基板の表面に小径研磨パッドを揺動させながら摺擦して研磨加工を行う研磨装置も提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。

上記特許文献１および特許文献２に開示される基板の平坦化装置は、厚みが８０〜７７０μｍの半導体基板を連続自動製造するには優れたものである。しかし、半導体基板加工メーカーが、厚みが１０〜５０μｍの極薄の半導体基板やプラグが突出した貫通電極基板を連続自動製造するに用いたところ、基板の厚み分布が厚み８０〜２００μｍの半導体基板の厚み分布に比較して振れ幅が大きく（特に半導体基板の外周縁近傍の山だれの発生）、半導体チップの製品ロス率が３０％を超えると大きい。貫通電極基板に至っては、搬送ロボットで基板外周縁を把持することが困難または吸着パッドで吸着するとプラグが破損してしまい、平坦化装置の利用は困難であると半導体基板加工メーカーから指摘され、改造を求められているのが実情である。

なお、前記平坦化装置を用いて半導体基板表面を平坦加工して薄肉化する際、半導体基板のプリント配線面側に紫外線照射硬化型粘着剤保護テープ（特許文献５および特許文献６参照）、加熱発泡性樹脂保護テープ（特許文献７）もしくは易剥離性密着保護シート（特許文献８参照）を貼付して半導体基板の研削加工、研磨加工、チップ化に供している。

上記特許文献８に記載の易剥離性密着保護シートは、ポリエチレンテレフタレートフィルム基材の少なくとも片面に、アスカーＦＰ硬度２５以上でアスカーＣＳＣ２硬度が８０以下の密着層を設けた易剥離性密着保護シートであり、フジコピアン株式会社からＦＩＸＦＩＬＭ（商品名）シリーズのＳＴＤ１，ＳＴＤ２，ＨＧ１，ＨＧ２（密着層片面）グレード名で、ＨＧＷ１，ＨＧＷ２（密着層両面）グレード名で、ポリエチレンテレフタレートフィルム基材の片面に密着層が設けられ、その反対面に粘着剤層が設けられた両面型固定フィルムがＨＧＡ１，ＨＧＡ２のグレード名で販売されている。

本願発明者が測定したこれらグレード商品の前記密着層は、スチール、アルミナセラミック、ＡＢＳ樹脂、銅、シリコンの被着材表面と密着層との剥離力（ＪＩＳＫ−６８５４に準拠）が１０ｍＮ／１２．７ｍｍ幅以下で、前記被着材表面から研磨パッドを密着層と供に平行にずらす剪断力が１．０Ｎ／ｃｍ^２以上であるポリオルガノシロキサン系シリコーン樹脂層で形成されていることが判明した。なお、剪断力は、特許文献８の段落００５３記載のベアロンシボ板に代えて上記被着材の板状物または短冊を用い測定しました。

半導体基板（ウエーハ）の径が１５０〜２００ｍｍから３００〜４５０ｍｍと拡径し、厚みが２０〜５０μｍと極薄の次世代の半導体基板の出現が要望され、前述の特許文献１および特許文献２記載の平坦化装置を使用するときの半導体基板加工メーカー指摘の問題点の原因を本願発明者らは、次のように推測した。

従来のポーラスセラミック製チャックは、８０〜１００μｍ径の微細セルの集合体であり、研削加工や研磨加工されて得た基板の厚みが１０μｍ以上８０μｍ未満であるときは微細セルの集合境界面が基板に転写され、厚み分布の均一性に欠けた。また、ポーラスセラミック製チャックが８インチ径基板と１０インチ径基板の双方に利用されるユニバーサルチャックであるときは、研削加工や研磨加工されて得た基板に８インチ径基板と１０インチ径基板の境界を形成するノンポーラスリング堰のリング状痕が出現することが多い。さらに、前に研削加工や研磨加工されて発生した研削屑や研磨屑がポーラスセラミクのセル内に突き刺さって残存し、新しく研削加工や研磨加工されて得た基板の被加工面側に接しているポーラスセラミック側から高圧水を噴出させて基板をポーラスセラミック製チャックから剥離させる際、新しく研削加工や研磨加工されて得た基板の外周縁に研削屑や研磨屑が付着してしまう欠点があり、後工程の基板洗浄が困難であった。

また、基板の厚みが１０〜５０μｍと極薄の半導体基板や貫通電極のプラグが突き出た厚みが１０〜５０μｍと極薄の貫通電極基板を従来のバキューム吸着を利用する基板の搬送パッドで基板表面をバキューム吸着しようとすると基板が波打ちしてしわしわとなり、残留応力が基板に残るので、搬送された次の工程での基板の加工は困難となる。また、バキューム吸着時にプラグが破損する。また、基板の外周縁をロボットハンドの爪で挟むときに基板が波打ちして基板の外周縁を爪で挟持することが困難である。

さらに、研磨パッドの取替え交換においては、研磨パッドを剛体製基台に貼り付ける作業に手間がかかる、および剛体製基台表面から研磨パッドを引き剥がす際の引き剥がし力（剪断力）が大きい。

米国特許第７，２３８，０８７号明細書特開２０００−２５４８５７号公報特開２００７−１９４５３３号公報特開２００３−１９６６１号公報特開２００８−２９４２８７号公報特開平５−６２９５０号公報特開２００４−１８６２８０号公報特開２００８−１６２２４０号公報

本発明は、基板ホルダーから基板の取り剥がしが容易な基板ホルダー（基板チャック）を提供するにおいて、前述のフジコピアン株式会社のポリエチレンテレフタレートフィルム基材の片面に密着層が設けられ、その反対面に粘着剤層が設けられた両面型固定フィルムＦＩＸＦＩＬＭ（商品名）シリーズのＨＧＡ１，ＨＧＡ２を利用するものである。なお、研磨定盤および搬送パッドの改良発明は、別の特許出願で行う。

本発明は、回転軸に軸承された剛体製基台の表面に粘着剤層を介して基板密着層を表面層に設けた基材フィルムを積層した基板ホルダーであって、前記基板密着層がこの基板密着層に貼着される基板表面と基板密着層との剥離力（ＪＩＳＫ−６８５４に準拠）が１０ｍＮ／１２．７ｍｍ幅以下で、前記基板密着層表面から基板を平行にずらす剪断力が１．０Ｎ／ｃｍ^２以上であるポリオルガノシロキサン系シリコーン樹脂層で形成されていることを特徴とする、基板ホルダーを提供するものである。

両面型固定フィルム“ＦＩＸＦＩＬＭ”（商品名）を希望する寸法に打ち抜き加工した後、粘着剤層側のセパレータを１００〜３００ｇｆ／ｃｍ^２の引剥力で引き剥がし、剛体製基台表面に粘着剤層側を貼付させる。ついで、前記両面型固定フィルムＦＩＸＦＩＬＭ（商品名）の密着層側のセパレータフィルムを１０〜５０ｇｆ／ｃｍ^２程度の小さい引き剥し力で密着層表面から引き剥がして基板ホルダーを製作できる。基板と基板ホルダーの密着層との剥離力が１０ｍＮ／１２．７ｍｍ幅以下で、前記密着層面から基板を平行にずらす剪断力が１．０Ｎ／ｃｍ^２以上である基板ホルダーが得られる。

基板ホルダーの密着層表面から基板を引き剥がす際、密着層表面と基板表面間の上下方向の剥離力は１０ｍＮ／１２．７ｍｍ幅（０．９８ｇｆ／１２．７ｍｍ幅）以下であるので、基板ホルダー上の基板を基板ホルダーの剛体製基台表面垂直方向に１０〜２０ｇｆ／ｃｍ^２程度の力で引っ張れば容易に基板を基板ホルダーの密着層面から引き剥がすことができる。密着層は、常温で固体状態であり、基板に対し粘着力が低い（剥離力は１０ｍＮ／１２．７ｍｍ幅以下である）ので、基板表面に密着層残滓が残ることはない。

また、剛体製基台の表面および基板密着層の表面は、表面平坦性に優れるので、研削加工や研磨加工されて得た基板の厚み分布（ＴＴＶ）は優れたものとなり、また、リング状痕が出現することもない。さらに、研磨屑や研削屑と基板密着層との接着力が極めて小さいので、洗浄により容易に研磨屑や研削屑を流し落とすことができる。その上、基板を研削加工や研磨加工する際、保護フィルムの使用は必要でない。

図１は研磨装置の一部を切り欠いた断面図である。

図１に示す研磨装置１０は、上方に研磨ヘッド２と下方に基板ホルダー１と、基板を研磨ステージへ搬送するパッド搬送機構３と、研磨剤液供給ノズル４を備える。

半導体基板は、基板ホルダー上面に保持され、研磨ヘッド２の研磨パッド２ａが回転しつつ下降して基板表面に研磨パッド２ａが押し当てられ、摺擦されて基板ｗ表面は研磨加工される。

図１に示すように、前記基板ホルダー１は、駆動モーター１６により回転駆動される回転軸１５に軸承された剛体製基台１１の表面に粘着剤層１２を介して基材フィルム１３表面に塗布された密着層１４が設けられた構造である。前記密着層１４は、基板表面と密着層１４との剥離力（ＪＩＳＫ−６８５４に準拠）が１０ｍＮ／１２．７ｍｍ（１ｇｆ／１２．７ｍｍ）幅以下で、前記密着層１４表面から基板ｗを平行にずらす剪断力が１．０Ｎ／ｃｍ^２（９８ｇｆ／ｃｍ^２）以上であるポリオルガノシロキサン系シリコーン樹脂層で形成されている。

前記剛体製基台１１素材としては、ステンレス、ポーラスセラミック、ノンポーラスセラミック、ＡＢＳ樹脂、真鍮、銅板等が挙げられる。一般にはステンレスがよく利用される。

基材フィルム１３の素材としては、肉厚が２０〜２００μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリブチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリプロピレンフィルム、二軸延伸ポリカーボネートフィルム、二軸延伸ナイロン６１０フィルム、ポリイミドフィルム等の耐熱性および剛性に優れたフィルムが使用される。前記両面型固定フィルムＦＩＸＦＩＬＭ（商品名）では、厚み５０μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムが使用されている。

粘着剤層１２の素材としては、アクリル系粘着剤、エポキシ化ブ
タジエンゴム、石油樹脂、テルペン・フェノール共重合体、アロオシメン・テルペン・フェノール共重合体、マレイン酸変性アロオシメンの水素添加物、マレイン酸変性ミルセンの水素添加物、エチレン・酢酸ビニル共重合体等の粘着剤が単独でまたは２種以上混合して用いられる。粘着剤層には、粘着力を落とすために炭酸カルシウムやシリカ、ポリ（四フッ化エチレン）等の充填材粒子を配合してもよい。

粘着剤層１２の厚みは、５〜３０μｍで十分である。実施例に用いた前記両面型固定フィルムＦＩＸＦＩＬＭ（商品名）では、厚み２５μｍのアクリル系粘着剤が使用されている。

密着層１４のポリオルガノシロキサン系シリコーン樹脂素材としては、両末端にのみビニル基を有する直鎖状ポリオルガノシロキサンからなるシリコーンと、両末端及び側鎖にビニル基を有する直鎖状ポリオルガノシロキサンからなるシリコーンと、末端にのみビニル基を有する分岐上ポリオルガノシロキサンからなるシリコーンと、末端及び側鎖にビニル基を有する分岐上ポリオルガノシロキサンからなるシリコーンとから選ばれる少なくとも１種のシリコーンを架橋させて得たポリオルガノシロキサン系シリコーン樹脂が利用できる（前述の特許文献８参照）。

架橋剤としては、オルガノハイドロジエンポリシロキサンが好ましい。

架橋促進剤としては、３−メチル−１−ブテン−３−オールが好ましい。

架橋反応に用いる白金系触媒としては、塩化第一白金酸、塩化第二白金酸などの塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール化合物、アルデヒド化合物あるいは塩化白金酸と各種オレフィンとの鎖塩などが挙げられる。架橋反応して得たポリオルガノシロキサン系シリコーン樹脂１５は、シリコーンゲルのような柔軟性を持ったものとなり、この柔軟性が被着体である基板ｗとの密着を容易にさせる。

このポリオルガノシロキサン系シリコーン樹脂から形成される密着層１４の硬度は、アスカーＦＰ硬度２５以上で、アスカーＣＳＣ２硬度で８０以下である。

密着層１４の厚みは、１０〜２００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍで、前記両面型固定フィルムＦＩＸＦＩＬＭ（商品名）では厚み２５μｍである。

密着層１４の表面平均粗さ（Ｒａ）、表面最大粗さ（Ｒｙ）は、ＪＩＳＢ−０６０１−１９９４に基き株式会社小阪研究所製表面粗さ測定器“サーフコーダーＳＥ３５００”（商品名）を用い、触針の半径２．０μｍ、荷重０．３ｍＮ、カットＯＦＦ値２．５ｍｍ、測定長１２．５ｍｍ、送り速度０．５ｍ／分の条件で測定したところ、Ｒａが０．４５〜０．８０μｍ、Ｒｙが４．０〜５．７μｍと平坦性の優れた密着層１４であった。

研磨パッド２ａとしては、発泡ポリウレタンシート、フェルト、スエード、不織布または織布に発泡性ウレタンプレポリマーを含侵させ、ついで加熱発泡させて得た研磨布が用いられる。実施例では、発泡ポリウレタンシート“ＳＵＢＡ４００”（ロデール・ニッタ社製商品名）を用いた。

実施例１株式会社岡本工作機械製作所の研磨装置“ＧＤＭ３００”（商品名）の研磨装置の研磨装置を、図１に示す研磨装置に代えて研磨加工を実施した。すなわち、基板ホルダー１は、回転軸１５に軸承されたステンレス製剛体製基台１１の表面にフジコピアン株式会社の両面固定フィルム“ＦＩＸＦＩＬＭ−ＨＧＡ１”（商品名）の粘着剤層１２を介して基材フィルム１３に設けられた密着層１４が上方を向くように粘着させたものを用いた。供給ノズル４から基板ホルダー１の密着層１４上へ供給される研磨剤としてGranzox1302（フジミインコーポレーテッド製商品名）を密着層上に１００ミリリットル／分の割合で供給しつつ、基板ホルダー１の密着層上に保持された厚み５５μｍの研削加工された半導体基板ｗのシリコン基盤面を回転させつつ、下降して研磨パッド１２に押し当ててキャリア２の回転軸の回転数を１００ｒｐｍ、研磨定盤１の回転数を５０ｒｐｍ、半導体基板ｗ背面にかかる背圧を２００ｇ／ｃｍ^２の加工条件で１５分間かけて研磨加工して厚み２５μ減じさせ、その後研磨加工面を純水で洗浄して直径３００ｍｍ、厚み３０μｍの半導体基板を得た。

厚み３０μｍの半導体基板のシリコン基盤面のＲａは、０．００２μｍ、Ｒｙは０．０３μｍ、ＴＴＶは、０．４６μｍであった。半導体基板のシリコン基盤面には、密着層の残滓は見出されなかった。

基板ホルダー１の密着層１４上の厚み３０μｍの半導体基板ｗのシリコン基盤面にパッド搬送機構３の密着パッド３ａ下面を接触させ、密着パッド下面を３ｍｍＨｇ減圧して半導体基板ｗの密着を完全なものとし、ついで密着パッド３ａを後退、回転させて基板ホルダー１から次の加工ステージへと搬送した。

実施例２両面固定フィルム“ＦＩＸＦＩＬＭ−ＨＧＡ１”（商品名）の代わりに、フジコピアン株式会社の両面固定フィルム“ＦＩＸＦＩＬＭ−ＨＧＡ２”（商品名）を用いて基板ホルダー１を製作した外は実施例１と同様にして半導体基板の研磨加工を行った。得た厚み３０μｍの半導体基板のシリコン基盤面のＲａは、０．００２μｍ、Ｒｙは０．０４μｍ、ＴＴＶは、０．５６μｍであった。

以上、基板ホルダー１として小径研磨パッドを備える研磨ヘッド２の下方に設置する基板ホルダー１の説明を行ったが、この基板ホルダー１の構造は、特許文献３および特許文献４に開示される研磨定盤の上方に設置される基板キャリアの構造としても利用できることは当然のことで、かかる基板キャリアも本願発明の創作範囲に含まれるものである。

研磨パッドの交換作業が容易な研磨定盤である。

ｗ基板１基板ホルダー２研磨ヘッド２ａ研磨パッド３パッド搬送機構４研磨剤液供給ノズル１０研磨装置１１剛体製基台１２粘着剤層１３基材フィルム１４密着層１５回転軸１６駆動モーター

Claims

回転軸に軸承された剛体製基台の表面に粘着剤層を介して基板密着層を表面層に設けた基材フィルムを積層した基板ホルダーであって、前記基板密着層がこの基板密着層に貼着される基板表面と基板密着層との剥離力（ＪＩＳＫ−６８５４に準拠）が１０ｍＮ／１２．７ｍｍ幅以下で、前記基板密着層表面から基板を平行にずらす剪断力が１．０Ｎ／ｃｍ^２以上であるポリオルガノシロキサン系シリコーン樹脂層で形成されていることを特徴とする基板ホルダー。