JP5911750B2 - ウェハ支持体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハを研磨する際にウェハを支持するウェハ支持体およびその製造方法に関する。

スマートフォンなどに代表される携帯端末の薄型化に伴い、内部に実装される半導体素子（ＬＳＩ、ＩＣなど）も一層の薄型化が求められている。また、薄型化した半導体ウェハを多層積層した三次元実装タイプの半導体素子も広く利用されつつある。

このような薄型化された半導体素子に用いられる数十μｍ程度の厚みの半導体ウェハを得る場合、厚みが１ｍｍ程度の半導体ウェハの一面側に、接着剤を用いてガラスウェハなどのウェハ支持体を貼着させる。そして、ウェハ研磨装置によって半導体ウェハの他面側を研磨して薄厚化させる。この後、薄厚化した半導体ウェハとウェハ支持体とを剥離させる際には、溶剤を用いて接着剤層を溶解させる方法、レーザー光などのエネルギー線を用いて接着剤層を破壊、除去する方法、ウェハ支持体から薄厚化した半導体ウェハを物理的に引き剥がす方法などがある（例えば、特許文献１、２参照）。

しかしながら、薄厚化した半導体ウェハとウェハ支持体とを剥離させる際に、溶剤を用いて接着剤層を溶解させる方法では、溶剤による半導体ウェハの汚染、廃液の処理などの課題がある。またウェハ支持体から薄厚化した半導体ウェハを物理的に引き剥がす方法では、半導体ウェハのエッジ部分が破損しやすいという課題があった。

このため、光を透過させるガラスウェハからなるウェハ支持体を用いて、レーザー光の照射によって接着剤層を破壊、除去する方法が、薄厚化した半導体ウェハを汚染、破損させることなくウェハ支持体から剥離できる方法として利用されている。

特開２００９−０１６７７１号公報 米国特許出願公開第２０１１／１４７７４号明細書

しかしながら、上述したような、レーザー光の照射によって接着剤層を破壊、除去することによって、薄厚化した半導体ウェハをウェハ支持体から剥離する方法では、特にウェハ支持部のエッジ領域においてレーザー光が乱反射し、接着剤層へ充分なレーザー照射が行われず、接着剤層の一部が破壊されずに残ってしまうという懸念があった。

即ち、ウェハ支持体の端面や面取り部分には、ベベル加工など研削加工特有の微細な亀裂（マイクロクラック）が無数に生じている。この微細な亀裂に対して、ウェハの薄厚化加工などによって応力が加わると、容易に亀裂が進行し大きな（光学的に目視できる）クラックやハマ欠けが発生する。そして、接着剤層を破壊して薄厚化したウェハとウェハ支持体とを剥離する際に、ウェハ支持体の裏面よりレーザーを照射すると、このクラックやハマ欠けによってレーザー光が乱反射する。その結果、接着剤層に対して充分なレーザー光の照射が行われず、ウェハ支持部のエッジ領域に破壊されない接着剤層が残ってしまう。そして、接着剤層が残っている状態で薄厚化した半導体ウェハをウェハ支持体から剥離させると、半導体ウェハにストレスが加わり、傷や破損を生じる原因となる虞があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ウェハ支持体に接着した薄厚化後のウェハを、破損させることなく容易にウェハ支持体から剥離することが可能なウェハ支持体およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は、次のようなウェハ支持体およびその製造方法を提供した。
すなわち、本発明のウェハ支持体は、半導体ウェハを研磨する際には、該半導体ウェハを貼着して支持し、前記研磨した後には、エネルギー線を用いて前記貼着された状態にある該半導体ウェハを剥離するウェハ支持体であって、
前記ウェハ支持体は、円盤状の透明基材からなり、前記ウェハ支持体の周縁部は、前記ウェハ支持体の一面および他面に対して略垂直に広がる第一周面と、該第一周面および前記一面の間で、前記第一周面および前記一面に対して傾斜した角度で広がる第二周面と、前記第一周面および前記他面の間で、前記第一周面および前記他面に対して傾斜した角度で広がる第三周面と、前記一面および前記第二周面の間、前記第二周面および前記第一周面の間、前記第一周面および前記第三周面の間、前記第三周面および前記他面の間をそれぞれ繋ぐ湾曲面と、から構成され、前記周縁部は、表面粗さが１０ｎｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする。

前記湾曲面の形状が１０μｍＲ以上、１ｍｍＲ以下であることを特徴とする。
また、前記周縁部において存在する微小クラックの深さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
前記第二周面および前記第三周面は、前記一面および前記他面に対して略４５°で広がることを特徴とする。

本発明のウェハ支持体の製造方法は、前記各項記載のウェハ支持体の製造方法であって、第一の剛性を有するブラシによる研磨と、第二の剛性を有するブラシによる前記周縁部の研磨とを行う工程を備えたことを特徴とする。なお、第一の剛性を有するブラシと、第二の剛性を有するブラシを複合されたブラシにて研磨される工程であってもよいし、第一の剛性を有するブラシによる第一研磨工程と、第二の剛性を有するブラシによる第二研磨工程によってもよい。

本発明の本発明のウェハ支持体およびその製造方法によれば、互いに剛性の異なる複数種類のブラシを用いてウェハ支持体の周縁部を研磨することによって、周縁部の表面粗さが１０ｎｍ以上、１００μｍ以下の範囲といった極めて平滑性の高い表面状態にできる。１０ｎｍ未満まで研磨する場合には研磨工程に多大なる時間を有するために好ましくなく、１００μｍを越える場合には、表面粗さが大きいために、所定とする特性を所望することができないので好ましくない。より好ましくは、１０ｎｍ以上、１μｍの表面粗さである。また、周縁部に存在する微小クラックも深さが５０ｎｍ以下のものにすることができる。これによって、ウェハ支持体の周縁部に照射されたレーザー光は、光路の途上で乱反射されることなく、指向性を保ったまま接着剤層に入射させることが可能になる。微小クラックは研磨工程によって、さらに２０ｎｍ以下とすることも可能である。

これによって、ウェハ支持体は周縁部を含む全域に渡って、レーザー光を乱反射させること無く接着剤層に向けて透過させる。ゆえに、接着剤層はウェハ支持体の周縁部を含む全体がムラなく分解される。そして、薄厚化されたウェハのエッジ部分を損傷させること無くウェハ支持体からウェハを剥離することが可能になる。

本発明のウェハ支持体を示す断面図である。 ウェハ支持体の製造方法を示す要部拡大断面図である。 本発明のウェハ支持体を用いたウェハの薄厚化工程を示す断面図である。 本発明のウェハ支持体を用いたウェハの薄厚化工程を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るウェハ支持体、およびその製造方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１（ａ）は、本発明のウェハ支持体の全体を示す断面図である。また、図１（ｂ）は、ウェハ支持体の周縁部を示す要部拡大断面図である。
本発明のウェハ支持体１０は、全体がレーザー光を透過可能な透明基材、例えばガラスから形成された円盤状部材である。ガラスの種類としては、耐衝撃性に優れ、かつ透明性に優れたガラス材料、例えば、酸化物、炭酸塩、硝酸塩及び水酸化物等を含むガラスがあげられる。例として、石英、朋珪酸ガラス、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、その他、上記にあげたガラスに酸化物、炭酸塩、硝酸塩など添加されたガラスなども挙げることができる。

このようなウェハ支持体１０は、例えば、半導体などのウェハ１２の薄厚化工程（研磨、研削工程）において、ウェハ１２を支持するために用いられ、一面Ｆ１側に接着剤層１１を介してウェハ１２が貼着される。

図１（ｂ）に示すように、ウェハ支持体１０の周縁部（エッジ）Ａｅは、ウェハ支持体１０の一面Ｆ１および他面Ｆ２に対して略垂直に広がる第一周面Ｅ１と、第一周面Ｅ１および一面Ｆ１の間で、第一周面Ｅ１および一面Ｆ１に対して傾斜した角度で広がる第二周面Ｅ２と、第一周面Ｅ１および他面Ｆ２の間で、第一周面Ｅ１および他面Ｆ２に対して傾斜した角度で広がる第三周面Ｅ３とが形成されている。

これら第二周面Ｅ２、および第三周面Ｅ３は、第一周面Ｅ１に対して、互いに逆方向に例えば、４５°の角度を成している。前記角度は３０°〜６０°であってもよい。これら第一周面Ｅ１、第二周面Ｅ２、および第三周面Ｅ３は、ウェハ支持体１０の円周方向に沿って広がる二次元曲面を成している。

一方、一面Ｆ１および第二周面Ｅ２の間、第二周面Ｅ２および第一周面Ｅ１の間、第一周面Ｅ１および第三周面Ｅ３の間、第三周面Ｅ３および他面Ｆ２の間には、それぞれ湾曲面Ｓが形成されている。これら湾曲面Ｓは、ウェハ支持体１０の円周方向に沿って広がる三次元湾曲面を成している。

これらる第一周面Ｅ１、第二周面Ｅ２、第三周面Ｅ３、および湾曲面Ｓからなるウェハ支持体１０の周縁部Ａｅは、表面粗さが１０ｎｍ以上、１００μｍ以下となるように表面が形成されている。

次に、上述したような構成のウェハ支持体の製造方法を説明する。
図２は、ウェハ支持体の製造方法のうち、特に周縁部の加工工程を段階的に示した断面図である。本発明のウェハ支持体１０を製造する際には、まず、例えは円盤状のガラス板１０１を用意する（図２（ａ）参照）。
次に、このガラス板１０１の周縁部Ａｅにおける、一面Ｆ１と他面Ｆ２の角部に対して、例えばダイヤモンド砥粒を分散させたグラインダー１１０を当接させ、角部を面取りする（図２（ｂ）参照）。グラインダー１１０は、例えば４００番以上の面荒さをもった砥石であればよい。

このようなガラス板１０１の周縁部Ａｅにおける一面Ｆ１と他面Ｆ２の角部の面取りによって、一面Ｆ１側に第二周面Ｅ２が、また他面Ｆ２側に第三周面Ｅ３がそれぞれ形成される。また、この第二周面Ｅ２と第三周面Ｅ３との間には、一面Ｆ１および他面Ｆ２に対して略垂直に広がる第一周面Ｅ１が形成される（図２（ｃ）参照）。なお、第二周面Ｅ２および第三周面Ｅ３は、それぞれ一面Ｆ１、他面Ｆ２に対して、例えば４５°の角度をもつようにグラインダー１１０によって面取り加工されればよい。

次に、第一周面Ｅ１、第二周面Ｅ２および第三周面Ｅ３が形成されたガラス板１０１の周縁部Ａｅに対して、研磨加工を行う（図２（ｄ）参照）。周縁部Ａｅの研磨加工においては、剛性の異なる２種類以上の回転ブラシ１２０を順次、周縁部Ａｅに当接させつつ回転させ、同時に研磨材１３０を回転ブラシ１２０と周縁部Ａｅとの接触部分に滴下することによって行う。この時、ガラス板１０１も所定の回転数で回転させる。

例えば、最初に第一の剛性を有する第一ブラシを用いて周縁部Ａｅを研磨する第一研磨工程と、次に第二の剛性を有する第二ブラシを用いて周縁部Ａｅを研磨する第二研磨工程の２つの研磨工程によって、ガラス板１０１の周縁部Ａｅの研磨を行う。

これら剛性の異なる回転ブラシ（第一ブラシ，第一ブラシ）１２０としては、例えば、０．０３〜０．１ｍｍφの径と、０．２〜０．５ｍｍφの径を有するナイロンブラシ、もしくは０．１ｍｍφにてナイロンとＰＰ、ＰＶＣを組み合わせたブラシなどが挙げられる。強い剛性のナイロンと、ナイロンより弱い剛性のＰＰ、ＰＶＣの組合せによって、互いに剛性の異なる２種類以上の回転ブラシを実現することが可能である。なお、異なる径、異なる材質の双方を組み合わせることにより、一層効果を発揮することもできる。

具体的な研磨方法としては、例えば、ガラス板１０１を任意のギャップを保持したまま、端面より３ｍｍ以上空間ができるように保持し、回転ブラシ１２０をガラス板１０１の回転数の１０倍以上の回転数にて回転させ、さらに、第一周面Ｅ１からガラス板１０１の中心に向かって３ｍｍ以上、回転ブラシ１２０（異なる径を有するブラシ、又は、異なる材料からなるブラシ）の毛先１２１を押し込んで研磨する。

また、回転ブラシ１２０と周縁部Ａｅとの接触部分に滴下する研磨材１３０をとしては、例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、コロイダルシリカなどが挙げられる。

このように、互いに剛性の異なる複数種類の回転ブラシ１２０を順次、ガラス板１０１の周縁部Ａｅに当接させて研磨を行うことによって、一面Ｆ１および第二周面Ｅ２の間、第二周面Ｅ２および第一周面Ｅ１の間、第一周面Ｅ１および第三周面Ｅ３の間、第三周面Ｅ３および他面Ｆ２の間に、それぞれ湾曲面Ｓが形成され、本発明のウェハ支持体１０が得られる（図２（ｅ）参照）。

このような第一周面Ｅ１、第二周面Ｅ２、第三周面Ｅ３、および湾曲面Ｓからなるウェハ支持体１０の周縁部Ａｅは、表面粗さが１０ｎｍ以上、１００μｍ以下となるように表面が研磨される。また、第一周面Ｅ１、第二周面Ｅ２、第三周面Ｅ３の間を結ぶ湾曲面Ｓの形状は、微小クラックを生じさせることの無い１０μｍＲ以上、１ｍｍＲ以下となるように研磨される。

また、このウェハ支持体１０の周縁部Ａｅは、互いに剛性の異なる複数種類の回転ブラシ１２０を順次、ガラス板１０１の周縁部Ａｅに当接させて研磨を行うことによって、周縁部Ａｅに存在する微小クラックの深さを５０ｎｍ以下にすることができる。
本ガラス基板の具体的な実施例として、下記に記す。

以下に具体的な実施例を挙げて本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

まず、ボロフロート（SCHOTT社製TENPAX FLOAT）厚み０．７ｍｍ材を、直径１５１ｍｍの寸法で切断したガラスウェハを準備した。得られたガラスウェハの周縁部Ａｅは切断されたままの状態であり、図２（a）に示すとおりである。

次にＮＣ面取り装置を用い、メタルボンド砥石＃４００番により、Ｅ１及びＥ２の研削面取り加工を同時におこなった。このときガラスウェハの直径は１５０．４ｍｍ、面取り幅Ｅ２は０．２５ｍｍになるようＮＣ面取り装置のプログラムを設定し、また同時に、一面F１、他面Ｆ２に対してＥ１は９０°、Ｅ２は４５°の角度をもたせるようメタルボンド砥石を調整した（図２(ｂ)参照）。
これにより得られたガラスウェハの面取り部Ｅ２、Ｅ３の表面粗さを触針式粗さ測定器で測定したところ、Ｒａ０．３μｍであった（図２(ｃ)参照)。

上記研削面取り加工により得られたガラスウェハの周縁部をブラシ研磨装置を用いて研磨した。
使用する研磨材は、線径０．３ｍｍのナイロンと線径０．０６ｍｍのナイロンとを４：６の割合で混在させたブラシ１２１をポリッシャーとして使用し、平均粒径２．０μm、２０ｗｔ％濃度の酸化セリウム１３０をスラリーとして使用した（図２(ｄ)参照）。

ブラシ研磨装置へのセットは、ガラスウェハの第一周面Ｅ１がブラシ１２０の回転軸に対して平行になるようＦ１面、Ｆ２面に干渉材を入れて保持した。このときガラスウェハの第一周面Ｅ１から干渉材まで５ｍｍの空間を持たせた。
そして、保持したガラスウェハの中心を基準に１５ｒｐｍで回転させ、同時に上下４０ｍｍの範囲で８０ｍｍ／ｍｉｎの速度で上下動させた。ブラシは７５０ｒｐｍで回転させ、回転しているガラスウェハの第一周面Ｅ１から毛先１２１を３ｍｍ押し込み、且つ酸化セリウムスラリー１３０をブラシとガラスウェハが接触する部分に滴下しながら６０分間研磨した。

上記加工により得られたガラスウェハの面取り部Ｅ２、Ｅ３の表面粗さをＡＦＭで測定したところ、Ｒｍａｘ０．０２μmであった。またＦ１，Ｆ２面とＥ２，Ｅ３面との湾曲面Ｓを触針式形状測定器で測定したところ、Ｒ０．５ｍｍであった。

次に、上述した構成のウェハ支持体の作用を、ウェハの薄厚化工程を例示して説明する。
図３、図４は、本発明のウェハ支持体を用いたウェハの薄厚化工程を段階的に示した断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、ウェハ支持体１０を用意する。
次に、このウェハ支持体１０の一面Ｆ１に接着剤層１１を形成（塗布）する。接着剤層１１は、例えば、紫外線など特定波長の光によって分解され、接着性が消失ないし低減する接着剤を用いる（図３（ｂ）参照）。

次に、この接着剤層１１を介して、ウェハ支持体１０の一面Ｆ１に研磨前のウェハ１２Ｂを貼着する（図３（ｃ）参照）。ウェハとしては、例えば、直径が６インチから１２インチ、厚みが０．５〜８．０ｍｍの半導体ウェハが挙げられる。

次に、ウェハ支持体１０に支持されたウェハ１２Ｂをウェハ研磨装置１４０にセットして、ウェハ１２の一面１２ａ側からウェハ１２Ｂを研磨ないし研削し、薄厚化する（図３（ｄ）参照）。ウェハ１２Ａは、ウェハ研磨装置１４０によって、例えば０．０１〜０．１ｍｍ程度の厚みになるまで薄厚化され、薄厚化後のウェハ１２Ａが得られる（図３（ｅ）参照）。

ウェハ１２の薄厚化が完了したら、次に薄厚化後のウェハ１２Ａをウェハ支持体１０から剥離させる（図４（ａ）参照）。ウェハ１２Ａをウェハ支持体１０から剥離させる際には、ウェハ支持体１０の他面Ｆ２側から、紫外線など特定波長のレーザー光Ｌを照射する。他面Ｆ２側からレーザー光Ｌを照射すると、透明なガラスからなるウェハ支持体１０をレーザー光Ｌが透過して、接着剤層１１に入射する。レーザー光Ｌを照射された接着剤層１１は、その成分がレーザー光Ｌのエネルギーによって分解され、接着性が消失ないし低減される。

このようなレーザー光Ｌは、ウェハ支持体１０の他面Ｆ２側を走査するなどして、一方の周縁部から他方の周縁部までムラ無く照射される。特に、ウェハ支持体１０の周縁部Ａｅにおいては、従来、ベベル加工など研削加工特有の微細な亀裂（マイクロクラック）が無数に生じており、この微細な亀裂によって照射したレーザー光が乱反射し、周縁部の接着剤層を確実に分解、除去できなかった。

しかしながら、本発明のウェハ支持体１０のように、互いに剛性の異なる複数種類の回転ブラシを用いてウェハ支持体１０の周縁部Ａｅを研磨することによって、周縁部Ａｅの表面粗さが１０ｎｍ以上、１００μｍ以下の範囲といった極めて平滑性の高い表面状態ににできる。また、周縁部Ａｅに存在する微小クラックも深さが５０ｎｍ以下のものにすることができる。これによって、ウェハ支持体１０の周縁部Ａｅに照射されたレーザー光Ｌは、光路の途上で乱反射されることなく、指向性を保ったまま接着剤層１１に入射させることが可能になる。

これによって、ウェハ支持体１０は周縁部Ａｅを含む全域に渡って、レーザー光Ｌを乱反射させること無く接着剤層１１に向けて透過させる。ゆえに、接着剤層１１はウェハ支持体１０の周縁部Ａｅを含む全体がムラなく分解される。そして、薄厚化されたウェハ１２Ａのエッジ部分を損傷させること無く、ウェハ支持体１０からウェハ１２Ａを剥離することが可能になる（図４（ｂ）参照）。

なお、上述した実施形態では、ウェハ支持体１０の周縁部Ａｅの研磨にあたって、互いに剛性の異なる２種類の回転ブラシを用いる場合を挙げているが、３種類以上の剛性の異なるブラシを用いて、ウェハ支持体の周縁部を段階的に研磨するしてもよく、２種類のブラシに限定するものではない。

１０…ウェハ支持体、１１…接着剤層、１２…ウェハ、Ａｅ…周縁部。

Claims (5)

1. 半導体ウェハを研磨する際には、該半導体ウェハを貼着して支持し、前記研磨した後には、エネルギー線を用いて前記貼着された状態にある該半導体ウェハを剥離するウェハ支持体であって、
   前記ウェハ支持体は、円盤状の透明基材からなり、
   前記ウェハ支持体の周縁部は、前記ウェハ支持体の一面および他面に対して略垂直に広がる第一周面と、該第一周面および前記一面の間で、前記第一周面および前記一面に対して傾斜した角度で広がる第二周面と、前記第一周面および前記他面の間で、前記第一周面および前記他面に対して傾斜した角度で広がる第三周面と、前記一面および前記第二周面の間、前記第二周面および前記第一周面の間、前記第一周面および前記第三周面の間、前記第三周面および前記他面の間をそれぞれ繋ぐ湾曲面と、から構成され、
   前記周縁部は、表面粗さが１０ｎｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とするウェハ支持体。
2. 前記湾曲面の形状が１０μｍＲ以上、１ｍｍＲ以下であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ支持体。
3. 前記周縁部において存在する微小クラックの深さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ支持体。
4. 前記第二周面および前記第三周面は、前記一面および前記他面に対して略３０〜６０°の範囲で広がることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載のウェハ支持体。
5. 請求項１ないし４いずれか１項記載のウェハ支持体の製造方法であって、
   第一の剛性を有するブラシによる研磨と、第二の剛性を有するブラシによる前記周縁部の研磨とを行う工程を備えたことを特徴とするウェハ支持体の製造方法。

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