JP2021044471A - 保持板および基板の研磨方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】研磨される基板の接着および研磨後の基板の剥離が容易な保持板、およびその保持板を用いた基板の研磨方法を提供する。【解決手段】保持板１０には、研磨したい基板２０が接着される。保持板は、貫通孔と細孔とを含む２段階孔構造を有する多孔質無機材料層を有する。多孔質無機材料層は、基板の平坦面の側と接着される第１の面を有する。細孔の平均径は前記貫通孔の平均径よりも小さい。剥離剤を貫通孔を通して接着剤と反応させて、基板を保持板から剥離させる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、保持板および基板の研磨方法に関する。
電子機器の小型化、薄型化に伴い、半導体チップの薄型化要求が高まっている。たとえば、３インチシリコンウェーハでも５０μｍの厚さが要求されることもある。
ウェーハプロセスが終了した大口径ウェーハを、たとえば、研磨装置を用いて５０μｍまで薄層化する際、ウェーハの割れや欠けを抑制するために、ウェーハを保持板などに貼り付け、研磨することが好ましい。
この場合、半導体などのウェーハを保持板に確実に貼り付けるとともに、研磨後に割れや欠けを生じないように保持板から剥離しなければならない。
特許第５０７４７１９号
研磨される基板の接着および研磨後の基板の剥離が容易な保持板、およびその保持板を用いた基板の研磨方法を提供する。
本実施形態の保持板には、研磨したい基板が接着される。保持板は、貫通孔と細孔とを含む２段階孔構造を有する多孔質無機材料層を有する。前記多孔質無機材料層は、前記基板の平坦面の側と接着される第１の面を有する。前記細孔の平均径は前記貫通孔の平均径よりも小さい。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる保持板及び保持板に接着された基板のＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｂ）はその模式斜視図、である。 本実施形態にかかる基板の研磨方法のフロー図である。 図３（ａ）は研磨ステップを説明する模式断面図、図３（ｂ）はその模式斜視図、である。 図４（ａ）は剥離ステップを説明する模式断面図、図４（ｂ）はその模式斜視図、である。 図５（ａ）は剥離後の基板と保持板の模式断面図、図５（ｂ）はその模式斜視図、である。 第２の実施形態にかかる保持板の模式断面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる保持板及び保持板に接着された基板のＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｂ）はその模式斜視図、である。
図１（ａ）に表すように、保持板１０には、接着剤４０などを用いて研磨したい基板２０が接着される。基板２０は、サファイヤ、ダイアモンド、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＢＮ、Ｓｉ、Ｇｅなどとされ、基板２０上に、半導体結晶層が形成される。Ｓｉの場合、ウェーハサイズは２〜４インチなどとされ、その厚さＴ１は、たとえば、１５０〜３００μｍなどとされる。
保持板１０は、貫通孔と細孔とを含む多孔質無機材料層を少なくとも有する。多孔質無機材料層は、基板２０の平坦面（素子が設けられる側の面）２０ａと接着される第１の面１０ａを有する。細孔の平均径は貫通孔の平均径よりも小さい。多孔質無機材料層は、たとえば、ＳｉＯ２（シリカ）、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＴｉＮのいずれかを含むことができる。また、多孔質無機材料層は、一体型材料でもよいし、一体型材料を粉砕・分級して得られる破砕状粒子でもよく、また破砕状粒子の焼結体でもよい。
すなわち、多孔質無機材料層には、３次元連続網目構造の骨格体が形成され、骨格体の間隙を形成する貫通孔と、骨格体の表面から内部に向かって形成された細孔と、が設けられる。
なお、保持板１０は、研磨装置の回転研磨定盤の研磨面に載置されるので、図１（ｂ）に表すように円板形状とするとよい。
（表１）は、シリカ保持板直径に対する貫通孔の平均径（μｍ）および細孔の平均径（ｎｍ）の一例である。

Figure 2021044471
円板状保持板の直径が２０〜１２０μｍのとき、貫通孔の平均径を０．５〜２０μｍ、細孔の平均径を１０〜５０ｎｍなどとできる。このとき、細孔の平均径は、たとえば、貫通孔の平均径の１０％以下と十分に小さい。
また、たとえば、貫通孔の平均径を２μｍ、細孔の平均径を２０ｎｍとするとき、比表面積は２５０（ｍ２／ｇ）、細孔容積は１．０（ｃｍ３／ｇ）、充填時空隙率は約９３％などとなる。多孔質無機材料層の骨格体構造は３次元的に広がるので貫通孔および細孔の径を推定するのが困難である。（表１）では、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope)断面写真から径を算定し、平均化しているが、空隙率が高いことがわかる。
図２は、本実施形態にかかる基板の研磨方法のフロー図である。
図１（ａ）、（ｂ）に表すように、保持板１０の多孔質無機材料層の第１の面１０ａと、基板２０の平坦面２０ａと、が平行になるように接着剤４０を用いて接着する（Ｓ２００）。接着剤４０は、塗布後の平坦性が良好な有機系材料（たとえば、アクリルなど）とするとよい。平坦面２０ａは、素子が設けられる半導体エピタキシャル結晶層の表面を構成する。（表１）に表したように貫通孔の平均径はμｍのオーダーと微細なので、多孔質無機材料層の内部へ接着剤４０が入り込むことが抑制され、基板２０を保持するための接着強度を保つことができる。
図３（ａ）は研磨ステップを説明する模式断面図、図３（ｂ）はその模式斜視図、である。
基板２０の平坦面２０ａとは反対の側の裏面２０ｂは研磨装置（図示せず）の研磨面に載置される。基板２０の裏面は、研磨装置内での回転により研磨が進行し、図３（ａ）の例示するように、所定の厚さＴ２まで薄層化する。所定の厚さＴ２は、たとえば、５０〜１００μｍなどと薄くされる（Ｓ２０２）。
図４（ａ）は剥離ステップを説明する模式断面図、図４（ｂ）はその模式斜視図、である。
また、図５（ａ）は剥離後の基板と保持板の模式断面図、図５（ｂ）はその模式斜視図、である。
有機物質を含む剥離剤５０を、液相状態または気相状態で貫通孔を通すことにより接着剤２０と反応させて、研磨後の基板２０を保持板１０から剥離させる（Ｓ２０４）。貫通孔はウェーハ全面に分散している。このため、剥離剤５０はウェーハ全面にほぼ均等に供給され、図５（ａ）、（ｂ）に表すように、接着剤４０はウェーハ全面でほぼ均一に剥離される。なお、剥離剤５０は、接着剤４０を溶解可能な、たとえば、アセトン、トルエン、ベンゼンなどとすることができる。
さらに、多孔質無機材料層を疎水性とすると、ウェットエッチングプロセスにおいて、たとえば、酸（または塩基）を含むエッチング液は貫通孔を通過できない。このため、接着剤４０や基板２０を侵すことが抑制されるので好ましい。すなわち、保持板１０は、基板２０との接着強度を保ちつつ、耐酸性および耐アルカリ性を有し基板２０を保護する。
ここで、比較例の保持板について説明する。
比較例の保持板（サポートプレート）は、ガラスやセラミックなどの材料からなる。サポートプレートには、上下を貫通するように複数の貫通孔が設けられる。ウェーハとサポートプレートとは接着剤で固定される。ウェーハが接着剤で密着されていない面の貫通孔の開口部がテープを介して真空吸着されてウェーハの研削／研磨が行われる。
比較例では貫通孔の近傍領域と貫通孔から離間した領域とで接着剤の剥離状態にムラがを生じる。たとえば、接着剤の一部が残ることもある。また、ガラスのサポートプレートからの剥離はガラス固有の処理を必要とする。これに対して、本実施形態では、基板２０の接着強度を保ちつつ、割れ・欠けが抑制されて保持板から剥離される。
図６は、第２の実施形態にかかる保持板の模式断面図である。
保持板１３は、多孔質無機材料層１１と、多孔質無機材料層１１の第２の面１１ｂに隣接する補強層１２と、を有する。多孔質無機材料層１１の側面１１ｃには、貫通孔の一部が露出する。多孔質無機材料層１１が十分の厚さに成形できないなどにより多孔質無機材料層１１だけでは、研磨プロセスに耐える強度が得られない場合がある。補強層１２を透明にすると剥離の進行状況などを確認できる。このため、たとえば、石英基板、両面ミラー処理されたＳｉＣ単結晶基板、サファイヤ基板などとすることができる。
第２の実施形態では、補強層１２として、無機材料からなる無垢材などを多孔質無機材料層１１に貼り付けるか、一体成型を行い保持板として強度を保つことができる。この場合、多孔質無機材料層１１の側面１１ｃが露出するので、剥離剤５０は貫通孔を通って接着剤４０に容易に到達し、基板２０を剥離できる。
本実施形態によれば、研磨する基板の接着および剥離が容易な保持板、およびこの保持板を用いた基板の研磨方法が提供される。このため、大口径半導体ウェーハなどを薄型化しても割れ／欠けなどが低減される。この結果、電子機器の薄型化・小型化が容易となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０、１３ 保持板、１０ａ 第１の面、１１ 多孔質無機材料層、１１ｂ 第２の面、１１ｃ 側面、１２ 補強層、２０ 基板、２０ａ 平坦面、４０ 接着剤、５０ 剥離剤、Ｔ１ 基板の初期の厚さ、Ｔ２ 基板の研磨後の厚さ

Claims (7)

  1. 研磨される基板が接着される保持板であって、
    貫通孔と細孔とを含む２段階孔構造を有する多孔質無機材料層を備え、
    前記多孔質無機材料層は、前記基板の平坦面の側と接着される第１の面を有し、
    前記細孔の平均径は前記貫通孔の平均径よりも小さい、保持板。
  2. 前記貫通孔の前記平均径は、０．５μｍ以上かつ２０μｍ以下である請求項１記載の保持板。
  3. 前記多孔質無機材料層は疎水性を有する請求項１または２に記載の保持板。
  4. 前記多孔質無機材料層は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＴｉＮのいずれかを含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の保持板。
  5. 前記保持板は、前記多孔質無機材料層のうち前記第１の面とは反対の側の第２の面に隣接する補強層をさらに備え、
    前記多孔質無機材料層の側面には、前記貫通孔の一部が露出する、請求項１〜４のいずれか１つに記載の保持板。
  6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の保持板の前記多孔質無機材料層の前記第１の面と、前記基板の前記平坦面と、が平行になるように接着剤を用いて接着し、
    前記基板の前記平坦面とは反対の側の面を研磨装置を用いて所定の厚さに薄層化し、
    有機物質を含む剥離剤を、液相状態または気相状態で前記貫通孔を通して前記接着剤と反応させて、前記基板を前記保持板から剥離させる、基板の研磨方法。
  7. 前記基板は、サファイヤ、ダイアモンド、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＢＮ、Ｓｉ、Ｇｅのうちのいずれかを含む請求項６記載の基板の研磨方法。
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