JP4323746B2

JP4323746B2 - 半導体ウエハの補強プレート

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Publication number: JP4323746B2
Application number: JP2002030775A
Authority: JP
Inventors: 剛斉藤; 希平井; 一也永関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP2003234260A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの補強プレートに関し、特に、半導体デバイスの製造工程における半導体ウエハの補強プレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの製造分野では、半導体デバイスの高密度化、高集積化を達成すべく、ウエハプロセス（前工程）において半導体デバイスの基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の微細化が一層進められている。特に、ウエハの設計ルール（最小加工寸法）が２００１年には０．１μｍであったが、数年後には０．０７μｍになることが予想される。
【０００３】
一方、ウエハプロセス後の後工程では、カットされたウエハのチップをメインとなる基板に高密度実装しているが、更に半導体デバイスの集積度を向上させるためにチップ自体の薄肉化が求められている。
【０００４】
ウエハのチップの薄肉化は、一般に、ウエハプロセスの前にウエハの回路パターンを形成する面の反対側の面を砥石等を用いて研削・研磨することにより行われる。従来、厚さ約７５０μｍのウエハを約２００μｍにまで薄くしていたが、今後は５０〜１００μｍまで薄くする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、５０〜１００μｍの厚さに研磨された薄いウエハは、従来のものに比べて脆く、回路パターンの形成によるウエハ表面の凸凹に加え、研削・研磨により発生するウエハ裏面のメカニカルクラッキングのためにわずかな外力を受けると破損してしまうという問題があった。特に、ウエハプロセスにおけるウエハの搬送時やプラズマエッチング処理装置内へのウエハの設置時、取り上げ時にウエハの破損が発生しやすい。
【０００６】
また、ウエハを保持・固定するための静電吸着装置において、ウエハの吸着力の向上を図るためにウエハ裏面に電気絶縁性の酸化膜等を付ける方法が知られているが、この方法では、ウエハプロセス中に冷却ガスによるウエハの冷却を十分に行えないという問題があった。そして、薄いウエハに対応する半導体製造装置を新たに製造する場合は、ウエハの製造コストが上昇するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、現在使用している半導体製造装置をそのまま用いることができ、ウエハの冷却効率を低下させることなく、製造時のわずかな外力による破損を防止することができる半導体ウエハの補強プレートを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の半導体ウエハの補強プレートは、薄肉化された半導体ウエハを補強する補強プレートにおいて、内部に電極を有し、該電極に通電することに起因する静電気力により前記半導体ウエハを吸着する所定の厚みのプレート状の誘電体から成り、前記半導体ウエハの回路パターンが形成される面の反対側の面に非接着状態で当接されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の半導体ウエハの補強プレートは、請求項１記載の半導体ウエハの補強プレートにおいて、前記誘電体は、該誘電体の強度、誘電率、及び熱伝導率により決定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の半導体ウエハの補強プレートは、請求項１又は２記載の半導体ウエハの補強プレートにおいて、前記誘電体は、少なくともクオーツ、ポリイミド樹脂、及びセラミックのいずれか１つから成ることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の半導体ウエハの補強プレートは、請求項１記載の半導体ウエハの補強プレートにおいて、前記電極は、前記誘電体における前記半導体ウエハとの接触面の反対側の表面に露出していることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の半導体ウエハの補強プレートは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体ウエハの補強プレートにおいて、前記誘電体には、前記半導体ウエハの製造時における前工程の前に前記半導体ウエハが載置されることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る補強プレートを図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る補強プレートが接着された半導体ウエハの全体構成を示す断面図である。
【００１６】
図１において、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）１は、シリコン（Ｓｉ）等から成るウエハ本体２と、所定の厚みを有するプレート状の誘電体から成り、ウエハ本体２に接着してウエハ本体２を補強する補強プレート３とで構成される。
【００１７】
ウエハ本体２の径は、通常、４インチφ、６インチφ、８インチφ、１２インチφ等と各種存在するが、本実施の形態では８インチφを想定して説明する。ウエハ本体２の厚みは、通常、約７５０μｍであるが、回路パターンが形成される面の反対側の面（以下「ウエハ本体２の裏面」という。）が研磨・研削加工され、約５０〜１００μｍにまで薄肉化されている。
【００１８】
補強プレート３は、ウエハ本体２の径と同じ大きさを有し、ウエハ本体２の裏面に接着剤等により接着されている。補強プレート３には、ウエハ１の搬送時やウエハプロセス（加工処理）時に受ける外力により簡単にウエハ１が破損しないように物理的強度の高いものが必要とされる一方、ウエハ１の搬送台やウエハ１を保持するウエハ保持装置に吸着・固定しやすく、且つ加工処理中にウエハ１が受ける熱を逃がしやすいものが必要とされる。このため、補強プレート３に用いられる誘電体は、物理的強度と共に、誘電率、及び熱伝導率により決定される。
【００１９】
補強プレート３に用いられる誘電体としては、クオーツやポリイミド樹脂、セラミック（例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（Ｚｎ₂Ｏ₃）、及びボロンナイトライド（ＢＮ，ＰＢＮ））等が好適である。これらは、誘電率や熱伝導率に優れており、ウエハ本体２の大きさやウエハプロセス時の状態、半導体製造装置の種類等に応じて適宜選択される。
【００２０】
補強プレート３の厚みは、誘電体の物理的強度に応じて設定されるが、クオーツでは１００〜５００μｍが好ましく、ポリイミド樹脂では３００〜６００μｍが好ましい。セラミックでは１００〜５００μｍが好ましい。
【００２１】
特に、クオーツは他の誘電体に比べて加工性が良く、ポリイミド樹脂は誘電率が良い。また、セラミックは、他の誘電体に比べて熱伝導率及び誘電率が良い。
【００２２】
図２は、図１のウエハ１が載置されたウエハ保持装置の概略断面図である。
【００２３】
図２において、ウエハ保持装置は、不図示のプラズマエッチング処理装置におけるチャンバー内に設置されている。ウエハ保持装置は、静電気力を利用してウエハ１を吸着して固定・保持する静電吸着部４と、アルミニウム（Ａｌ）等から成り、静電吸着部４を固定するベース部７とで構成される。
【００２４】
静電吸着部４は、銅（Ｃｕ）製で厚さ２０〜３０μｍのプレート状の内部電極５と、内部電極５の全面を覆うと共に、約１５０μｍの厚みを有するプレート状の誘電体から成る保護膜６とを備える。
【００２５】
ウエハ１は、補強プレート３側の面が静電吸着部４の上面と密着するように載置される。静電吸着部４内の内部電極５は、外部の可変直流電源９に導線８を介して接続されており、可変直流電源９により直流電流が印加される。
【００２６】
静電吸着部４は、内部電極５より保護膜６に与えられた電荷と補強プレート３の表面近傍で分極した電荷に起因する静電気力により吸着力を発生して、ウエハ１を吸着・保持する。ウエハ１を吸着するのに必要な吸着力は、補強プレート３に用いられる誘電体の材質や厚みにより異なるが、内部電極５に印加する電圧を調整することによって吸着力を一定にすることができる。
【００２７】
ウエハ保持装置は、プラズマエッチング処理終了後のウエハ１を静電吸着部４から取り上げるための不図示の棒状の支持体（以下、「プッシャ」という。）と、ウエハ１と保護膜６との間にヘリウム（Ｈｅ）等のガスを噴出する不図示のガス噴出部とを備える。プッシャは、静電吸着部４内に設けられた不図示の貫通穴を上下方向に移動することでウエハ１を静電吸着部４より取り上げる。ガス噴出部は、ウエハ１と保護膜６との間に冷却ガスを噴出することにより、ウエハ１の冷却を行うと共に、ウエハ１と保護膜６との間にできるわずかな隙間を埋めて熱伝導率を向上させる。
【００２８】
上記第１の実施の形態によれば、所定の厚みを有するプレート状の誘電体から成る補強プレート３をウエハ本体２の回路パターンが形成される面の反対側の面に接着するので、薄肉化されたウエハ本体２を補強し、ウエハ１の搬送時やウエハプロセス時に該ウエハ１が受ける外力による破損を防止することができる。
【００２９】
また、補強プレート３を構成する誘電体には、熱伝導率のよいものが用いられるので、ウエハの冷却効率を低下させることなく、現在使用している半導体製造装置をそのまま用いることができる。
【００３０】
なお、上記第１の実施の形態では、補強プレート３の大きさがウエハ本体２の径と同一であったが、それに限られないことは云うまでもない。
【００３１】
また、ウエハ本体２と補強プレート３とは、互いに接着剤等で付けられているが、単に補強プレート３の上面にウエハ本体２を載せるだけであってもよい。この場合、ウエハ本体２と補強プレート３が残留静電気により互いに吸着されるので、搬送時等におけるウエハ本体２の落下を防止することができる。
【００３２】
また、ウエハ本体２と補強プレート３とを接着する接着剤は、ウエハプロセス後の後工程での処理を考慮して熱や溶剤等により剥がしやすいものがよい。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る補強プレートが接着された半導体ウエハの全体構成を示す断面図である。同図において、上述した図１、図２と対応する要素には同一の符号を付してそれらの説明は省略する。
【００３４】
図３において、ウエハ１０は、厚みが約５０〜１００μｍにまで薄肉化されたウエハ本体２と、所定の厚みを有するプレート状の誘電体から成り、ウエハ本体２に接着してウエハ本体２を補強する補強プレート１１とで構成される。
【００３５】
補強プレート１１は、銅（Ｃｕ）製で厚さ２０〜３０μｍのプレート状の内部電極５と、内部電極５の全面を覆うと共に誘電体から成る保護膜１２と、内部電極５に接続され、外部に引き出された導線８とで構成されている。
【００３６】
ウエハ１０は、補強プレート１１側の面が図２に示す静電吸着装置４の上面ではなく、ベース部７の上面と密着するように載置される。補強プレート１１内の内部電極５は、ウエハ１０がウエハ保持装置に載置される際に、導線８を介してベース部７側に設けられた接点（不図示）に接続される。ベース部７側に設けられた接点は、図２に示す可変直流電源９に接続されている。
【００３７】
補強プレート１１は、ウエハ１０がウエハ保持装置に載置され、可変直流電源９により内部電極５に導線８を介して直流電流が印加されると、保護膜１２に蓄えられた電荷に起因する静電気力によりウエハ本体２を吸着するので、図２における静電吸着部４と同様の吸着・保持機能を有する。これにより、図２のウエハ保持装置における静電吸着部４が不要となり、ウエハ保持装置の部品点数を減らして構造を簡略化することができる。
【００３８】
上記第２の実施の形態によれば、誘電体から成る補強プレート１１が内部電極５を有し、該内部電極５に通電することに起因する静電気力によりウエハ本体２を吸着し、静電吸着部４と同じ機能を有するので、薄肉化されたウエハ本体２を補強し、ウエハ１０の搬送時やウエハプロセス時に該ウエハ１０が受ける外力による破損を防止することができると共に、プラズマエッチング処理装置におけるウエハ保持装置の部品点数を減らして構造を簡略化することができる。
【００３９】
ウエハ本体２と補強プレート１１とは、互いに接着剤等で付けられているが、単に補強プレート１１の上面にウエハ本体２を載せるだけであってもよい。この場合、ウエハ本体２と補強プレート１１が残留静電気により互いに吸着されるので、搬送時等におけるウエハ本体２の落下を防止することができる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る補強プレートが接着された半導体ウエハの全体構成を示す断面図である。同図において、上述した図１、図２と対応する要素には同一の符号を付してそれらの説明は省略する。
【００４１】
図４において、ウエハ２０は、厚みが約５０〜１００μｍにまで薄肉化されたウエハ本体２と、所定の厚みを有するプレート状の誘電体から成り、ウエハ本体２に接着してウエハ本体２を補強する補強プレート２１とで構成される。
【００４２】
補強プレート２１は、銅（Ｃｕ）製で厚さ２０〜３０μｍのプレート状の内部電極５と、内部電極５の上面及び側面を覆うと共に誘電体から成る保護膜２２とで構成される。
【００４３】
ウエハ２０は、補強プレート２１側の面が図２に示す静電吸着装置４の上面ではなく、ベース部７の上面と密着するように載置される。内部電極５は、補強プレート２１の表面に露出しているので、ウエハ１０がウエハ保持装置に載置される際に、ベース部７側に設けられた接点（不図示）に直接接続される。ベース部７側に設けられた接点は、図２に示す可変直流電源９に接続されている。
【００４４】
補強プレート２１は、ウエハ２０がウエハ保持装置に載置され、可変直流電源９により内部電極５に直流電流が印加されると、保護膜２２に蓄えられた電荷に起因する静電気力によりウエハ本体２を吸着するので、図２における静電吸着部４と同様の吸着・保持機能を有する。これにより、図２のウエハ保持装置における静電吸着部４が不要となり、ウエハ保持装置の部品点数を減らして構造を簡略化することができる。
【００４５】
内部電極５は、保護膜２２におけるウエハ本体２との接触面（接着面）の反対側の表面に露出している。このように、補強プレート２１内の内部電極５の一部が露出しているので、図３に示す導線８や内部電極５を覆う保護膜２２の一部が不要となり、補強プレート２１の部品点数を減らしてコストダウンを図ることができる。
【００４６】
上記第３の実施の形態によれば、内部電極５が、誘電体から成る保護膜２２におけるウエハ本体２との接触面の反対側の表面に露出しているので、上記第２の実施の形態における効果を確実に奏することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載の補強プレートによれば、内部に電極を有し、該電極に通電することに起因する静電気力により半導体ウエハを吸着する所定の厚みの誘電体から成り、半導体ウエハの回路パターンが形成される面の反対側の面に非接触状態で当接されるので、半導体ウエハの冷却効率を低下させることなく、製造時のわずかな外力による破損を防止することができると共に、ウエハを吸着する装置が不要となり、半導体製造装置内のウエハ保持装置における部品点数を減らして、構造を簡略化することができる。
【００４８】
請求項２記載の補強プレートによれば、誘電体は、該誘電体の強度、誘電率、及び熱伝導率により決定されるので、請求項１記載の補強プレートの効果を確実に奏することができる。
【００４９】
請求項３記載の補強プレートによれば、誘電体は、少なくともクオーツ、ポリイミド樹脂、及びセラミックのいずれか１つから成るので、半導体ウエハの製造装置の種類に応じて適宜選択される。
【００５１】
請求項４記載の補強プレートによれば、電極は、前記誘電体における前記半導体ウエハとの接触面の反対側の表面に露出しているので、請求項１記載の補強プレートの効果を確実に奏することができる。
【００５２】
請求項５記載の補強プレートによれば、誘電体には、半導体ウエハの製造時における前工程の前に半導体ウエハが載置されるので、前工程における半導体ウエハを最適に補強することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る補強プレートが接着された半導体ウエハの全体構成を示す断面図である。
【図２】図１のウエハ１が載置されたウエハ保持装置の概略断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る補強プレートが接着された半導体ウエハの全体構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る補強プレートが接着された半導体ウエハの全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１０，２０半導体ウエハ
２ウエハ本体
３，１１，２１補強プレート
４静電吸着部
５内部電極
６，１２，２２保護膜
７ベース部
８導線
９可変直流電源

Claims

薄肉化された半導体ウエハを補強する補強プレートにおいて、
内部に電極を有し、該電極に通電することに起因する静電気力により前記半導体ウエハを吸着する所定の厚みのプレート状の誘電体から成り、前記半導体ウエハの回路パターンが形成される面の反対側の面に非接着状態で当接されることを特徴とする半導体ウエハの補強プレート。
前記誘電体は、該誘電体の強度、誘電率、及び熱伝導率により決定されることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハの補強プレート。
前記誘電体は、少なくともクオーツ、ポリイミド樹脂、及びセラミックのいずれか１つから成ることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウエハの補強プレート。
前記電極は、前記誘電体における前記半導体ウエハとの接触面の反対側の表面に露出していることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハの補強プレート。
前記誘電体には、前記半導体ウエハの製造時における前工程の前に前記半導体ウエハが載置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体ウエハの補強プレート。