JP6675577B2

JP6675577B2 - 半導体ウエハ支持基板

Info

Publication number: JP6675577B2
Application number: JP2015019843A
Authority: JP
Inventors: 晋作西田
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2020-04-01
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: JP2016141607A

Description

本発明は半導体ウエハの支持基板に関する。

携帯電話、デジタルＡＶ機器及びＩＣカード等の高機能化に伴い、搭載される半導体シリコンチップ（以下、チップ）を小型化及び薄板化することによって、パッケージ内にチップを高集積化する要求が高まっている。パッケージ内のチップの高集積化を実現するためには、チップの厚さを２５〜１５０μｍの範囲にまで薄くする必要がある。

しかしながら、チップのベースとなる半導体ウエハ（以下、ウエハ）は、研削することにより肉薄となるため、ウエハにクラック又は反りが生じやすくなり、強度が低下する。また、薄板化することによって強度が低下したウエハを自動搬送することは困難であるため、人手によって搬送しなければならず、その取り扱いが煩雑であった。

そのため、研削するウエハに接着層を介して樹脂テープを貼り付けることによって、ウエハの強度を保持し、クラックの発生及びウエハの反りを防止する手法が採用されている。例えば文献１〜２には、ウエハの反りを防止するための樹脂テープが開示されている。樹脂テープによりウエハの強度を維持することができるため、薄板化した半導体ウエハの搬送を自動化することができる。

特開２００５−１８３７６４号公報特許４６８９０７５号公報

しかしながら、近年ウエハの大口径化が進み、樹脂テープでは薄板化に伴う反りを防止することが困難となってきた。これは主に樹脂の弾性率が低い事に起因し、樹脂よりも弾性率が高い半導体ウエハ支持基板が求められている。

本発明の目的は、弾性率が高く、ウエハの薄板化に伴う反りを防止することが可能な半導体ウエハ支持基板を提供することである。

本発明の半導体ウエハ支持基板は、結晶化ガラスからなる。

基板を結晶化ガラスで構成することにより、析出結晶種、結晶量、マトリックスガラスの組成等を調整することによって所望の膨張に調整することができる。しかも析出結晶の存在によって、弾性率の高い基板を作製することが可能であり、薄板化した場合に反りが発生し難くなる。

本発明においては、主結晶としてβ─石英固溶体が析出している結晶化ガラスからなることが好ましい。

上記構成によれば、弾性率の高い半導体ウエハ支持基板を容易に得ることができる。

本発明においては、結晶化度が重量％で６０％以上である結晶化ガラスからなることが好ましい。ここで「結晶化度」とは、Ｘ線回折法によって測定した結晶化ガラスのＸ線回折強度を基に、以下の式によって算出される値を意味する。

Ｘｃ（重量％）＝Ｉｃ／（Ｉｃ＋Ｉａ）×１００
Ｘｃ：結晶化度
Ｉｃ：結晶質部分によるＸ線回折強度の積分値
Ｉａ：非晶質部分によるＸ線回折強度の積分値
上記構成によれば、弾性率の高い半導体ウエハ支持基板を容易に得ることができる。

本発明においては、弾性率が８８ＧＰａ以上である結晶化ガラスからなることが好ましい。

上記構成によれば、半導体ウエハの薄板化に伴う反りの発生を抑制することができる。

本発明においては、ガラス組成として質量％で、ＳｉＯ_２５５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜２５％、Ｌｉ_２Ｏ２〜５％、Ｎａ_２Ｏ０〜１％、Ｋ_２Ｏ０〜１％、ＭｇＯ０〜３％、ＢａＯ０〜２％、ＴｉＯ_２１〜３％、ＺｒＯ_２０〜３％、ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２３〜５％、Ｐ_２Ｏ_５０〜３％、ＳｎＯ_２０．１〜０．５％を含有していることを特徴とする。

上記構成によれば、主結晶としてβ─石英固溶体を析出させることが可能である。また結晶化度を重量％で６０％以上とすることが可能である。よって弾性率の高い半導体ウエハ支持基板を容易に得ることができる。

本発明においては、表面粗さが０．１〜１００ｎｍであることが好ましい。ここで、表面粗さとは、ＪＩＳＢ０６０１で定義された算術平均粗さ（Ｒａ）を意味する。

本発明においては、基板の厚みが０．５〜４ｍｍであることが好ましい。

本発明の半導体ウエハ支持基板は結晶化ガラスからなる。結晶化ガラスは、組成及び熱処理条件（結晶化条件）を調整することにより、ガラスマトリックスの組成、結晶種、結晶析出量等を調節することができる。それゆえ、熱膨張係数、機械的強度等の諸特性を最適化して弾性率の高い半導体支持基板を得ることができる。

本発明の半導体ウエハ支持基板は、主結晶としてβ─石英固溶体が析出している結晶化ガラスからなることが好ましい。β─石英固溶体を主結晶として析出した結晶化ガラスは、弾性率が高くなりやすい。

本発明の半導体ウエハ支持基板は、結晶化度が６０％以上、特に７０％以上である結晶化ガラスからなることが好ましい。結晶化度が低すぎるとガラスの弾性率が低くなる。

本発明の半導体ウエハ支持基板は、弾性率が８８ＧＰａ以上、特に９０ＧＰａ以上である結晶化ガラスからなることが好ましい。弾性率が低すぎると、薄板化された半導体ウエハの反りを抑制する効果が低下する。

本発明の半導体ウエハ支持基板を構成する結晶化ガラスは、上記特性を満たすものであれば特に制限はないが、高い弾性率を得やすいＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶化ガラスを選択することが好ましい。「Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶化ガラスとは、Ｌｉ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２を必須成分として含有する結晶化ガラスであり、主結晶としてβ−石英固溶体（Ｌｉ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・ｎＳｉＯ_２［ただし２≦ｎ≦４］）やβ−スポジュメン固溶体（Ｌｉ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・ｎＳｉＯ_２［ただしｎ≧４］）等のＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶を析出させたものである。

Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶化ガラスは例えば次のような手順で作製される。まず、所定の組成となるように調合された原料を溶融し、例えばロールアウト法によって溶融したガラスを成形して結晶性ガラス（結晶化可能な非晶質ガラス）を得る。次に、この結晶性ガラスを熱処理することで結晶性ガラスを結晶化させ、結晶化ガラスを得る。結晶性ガラスの熱処理は主に核形成と結晶成長の二段階からなり、核形成は例えば７５０〜７９０℃で０．１〜４ｈ、結晶成長は例えば８００〜１１００℃で０．１〜１ｈの熱処理に相当する。この際、結晶性ガラスに析出する結晶は主に結晶成長温度によって決まり、結晶成長温度が低いとβ─石英固溶体が析出し、結晶成長温度が高いとβ─スポジュメン固溶体が析出する傾向がある。こうして得られた結晶化ガラスを必要に応じて研磨を施こすことによって所望の表面粗さにすることができる。

Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶化ガラスの好適な組成としては、質量％で、ＳｉＯ_２５５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜２５％、Ｌｉ_２Ｏ２〜５％、Ｎａ_２Ｏ０〜１％、Ｋ_２Ｏ０〜１％、ＭｇＯ０〜３％、ＢａＯ０〜２％、ＴｉＯ_２１〜３％、ＺｒＯ_２０〜３％、ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２３〜５％、Ｐ_２Ｏ_５０〜３％、ＳｎＯ_２０．１〜０．５％を含有する組成が挙げられる。各成分をこのように限定した理由を説明する。なお以下の説明において特に断りのない限り「％」は「質量％」を意味する。

ＳｉＯ_２はガラスの骨格を形成するとともに、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶を構成する成分である。ＳｉＯ_２の含有量は５５〜７５％、好ましくは５８〜７０％、より好ましくは６０〜６８％である。ＳｉＯ_２の含有量が少なすぎると、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶の析出量が少なくなり、弾性率が低くなる。一方、ＳｉＯ_２の含有量が多すぎると、ガラスの溶融性が低下したり、ガラス融液の粘度が高くなって、清澄しにくくなったりガラスの成形が困難になる傾向がある。

Ａｌ_２Ｏ_３はガラスの骨格を形成するとともに、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶を構成する成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は１５〜２５％、好ましくは１８〜２５％、より好ましくは２０〜２４％である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶の析出量が少なくなり、弾性率が低くなる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラスの溶融性が低下したり、ガラス融液の粘度が高くなって、清澄しにくくなったりガラスの成形が困難になる傾向がある。また、ムライトの結晶が析出し、ガラスが破損しやすくなる。

Ｌｉ_２ＯはＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶を構成する成分であり、結晶性に大きな影響を与えるとともに、ガラスの粘度を低下させて、ガラスの溶融性および成形性を向上させる成分である。Ｌｉ_２Ｏの含有量は２〜５％、好ましくは３〜５％、より好ましくは３．５〜４％である。Ｌｉ_２Ｏの含有量が少なすぎると、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶の析出量が少なくなり、弾性率が低くなる。また、ガラスの溶融性が低下したり、ガラス融液の粘度が高くなって、清澄しにくくなったりガラスの成形が難しくなる傾向がある。一方、Ｌｉ_２Ｏの含有量が多すぎると、結晶性が強くなりすぎて、ガラスの成形中にガラスが失透して成形が困難になる傾向がある。

Ｎａ_２ＯはＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶に固溶する成分であり、結晶性に大きな影響を与えるとともに、ガラスの粘度を低下させて、ガラスの溶融性および成形性を向上させる成分である。Ｎａ_２Ｏの含有量は０〜１％、好ましくは０〜０．８％である。Ｎａ_２Ｏの含有量が多すぎると、結晶性が強くなりすぎて失透する傾向があり、ガラスが破損しやすくなる。

Ｋ_２ＯはＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶に固溶する成分であり、結晶性に大きな影響を与えるとともに、ガラスの粘度を低下させて、ガラスの溶融性および成形性を向上させる成分である。Ｋ_２Ｏの含有量は０〜１％、好ましくは０〜０．８％である。Ｋ_２Ｏの含有量が多すぎると、結晶性が強くなりすぎて失透する傾向があり、ガラスが破損しやすくなる。

ＭｇＯはＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶に固溶する成分であり、結晶性に大きな影響を与える成分である。ＭｇＯの含有量は０〜３％、好ましくは０．１〜２％、より好ましくは０．１〜１．５％である。ＭｇＯの含有量が多すぎると、結晶性が強くなりすぎて失透する傾向があり、ガラスが破損しやすくなる。

ＢａＯはガラスの粘度を低下させて、ガラスの溶融性および成形性を向上させる成分である。ＢａＯの含有量は０〜２％、好ましくは０．５〜１．８％、より好ましくは１〜１．５％である。ＢａＯの含有量が多すぎると、Ｂａを含む結晶が析出してガラスが破損しやすくなる。

ＴｉＯ_２は結晶化工程で結晶を析出させるための核形成剤となる成分である。ＴｉＯ_２の含有量は１〜３％、好ましくは１．５〜３％、より好ましくは１．５〜２．５％である。ＴｉＯ_２の含有量が多すぎると、ガラスが失透しやすくなり、透明性が低下しやすくなる。一方、ＴｉＯ_２の含有量が少なすぎると、結晶核が十分に形成されず、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶が析出しにくくなり、弾性率を高めることが困難になる。

ＺｒＯ_２はＴｉＯ_２と同様に、結晶化工程で結晶を析出させるための核形成成分である。ＺｒＯ_２の含有量は０〜３％、好ましくは０．５〜２．５％、より好ましくは１〜２．５％である。ＺｒＯ_２の含有量が多すぎると、ガラスを溶融する際に失透しやすくなり、ガラスの成形が難しくなる。

ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２の含有量は３〜５％、好ましくは３．５〜５％、より好ましくは４〜５％である。ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２の含有量が少なすぎると、結晶核が十分に形成されず、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶が析出しにくくなり、弾性率を高めることが困難になる。ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２の含有量が多すぎると、ガラスを溶融する際に失透しやすくなり、ガラスの成形が難しくなる。

Ｐ_２Ｏ_５はガラスの分相を促進して結晶核の形成を助ける成分である。Ｐ_２Ｏ_５の含有量は０〜３％、好ましくは０．５〜３％、より好ましくは１〜２％である。Ｐ_２Ｏ_５の含有量が３％より多いと、溶融工程においてガラスが分相しやすくなり、ガラスの均質性が低下するとともに、結晶化の際に析出量の分布が生じてガラスが破損しやすくなる。

ＳｎＯ_２は清澄剤として作用する成分である。また、多量に含有すると結晶性に影響を与える成分でもある。ＳｎＯ_２の含有量は０．１〜０．５％、好ましくは０．１〜０．４％、より好ましくは０．１５〜０．３５％である。ＳｎＯ_２の含有量が０．１％より少ないと、ガラスの清澄が困難になる。ＳｎＯ_２の含有量が０．５％より多いと結晶性が強くなりすぎて失透する傾向にあり、ガラスが破損しやすくなる。

またＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系結晶化ガラスは、上記成分以外にも、例えばＨ_２、ＣＯ_２、ＣＯ、Ｈ_２Ｏ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ_２等の微量成分をそれぞれ０．１％まで含有してもよい。また、ガラス中にＡｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ等の貴金属元素をそれぞれ１０ｐｐｍまで添加してもよい。

さらに弾性率に悪影響が無い限り、Ｂ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳＯ_３、ＭｎＯ、ＣｅＯ_２、Ｃｌ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｙ_２Ｏ_３等を合量で２％まで含有してもよい。

本発明の半導体ウエハ支持基板は、表面粗さが０．１〜１００ｎｍ、特に０．１〜１０ｎｍであることが好ましい。表面粗さの値が大きすぎると、半導体ウエハと接着層を介して貼り合わせた際に支持基板と接着層の密着性が低くなる。一方、表面粗さの値が０．１ｎｍよりも小さくするにはガラス表面を精密に研磨する必要があり、製造コストが高くなるため好ましくない。

本発明の半導体ウエハ支持基板は、厚みが０．５〜４．０ｍｍ、０．５〜２ｍｍ、特に０．５〜１．０ｍｍであることが好ましい。厚みが大きすぎると、半導体ウエハと接着層を介して貼り合わせた際に支持基板と接着層間に生じる残留応力が高くなり、密着性が低下するとともに、半導体ウエハの破損や反りの原因となる。

以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお試料Ｎｏ．１〜６は本発明に好適に使用できる結晶化ガラスの実施例、試料Ｎｏ．７は比較例を示している。

まず表１に記載の組成を有するガラスとなるように、各原料を酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の形態で調合し、ガラスバッチを得た。得られたガラスバッチを１６８０℃で２０時間溶融した。溶融後、４ｍｍの厚さにロール成形し、さらに徐冷炉を用いて室温まで冷却することにより結晶性ガラスを得た。

結晶性ガラスに対して、７６０℃で１時間熱処理して核形成を行った後、試料Ｎｏ．１〜４は８９０℃、試料Ｎｏ．５は７６０℃、試料Ｎｏ．６は１１００℃で各々２０分の熱処理を行い結晶化させた。その後、結晶化ガラスの表面を研磨することによって試料を得た。得られた試料について、析出結晶、結晶化度、弾性率、及び表面粗さを測定した。また試料Ｎｏ．７は、試料Ｎｏ．１の結晶性ガラス（即ち非晶質ガラス）を用いた。

析出結晶は粉末法によるＸ線回折ピークから同定した。Ｘ線回折ピーク測定は（株）リガク製ＲＩＮＴ２０００を用いて行った。

結晶化度はＸ線回折装置（（株）リガク製ＲＩＮＴ２０００）を用いて測定したＸ線回折強度データから算出した。

弾性率は、ＪＩＳＲ１６０２に基づく動的弾性率測定法（共振法）により測定した。

表面粗さは、表面性状測定装置（Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ）によりＪＩＳＢ０６０１で定義された算術平均粗さ（Ｒａ）を測定することにより確認した。

表１から明らかなように、実施例である各試料は、結晶化させていない試料Ｎｏ．７より弾性率が高かった。特に試料Ｎｏ．１〜４は析出結晶がβ─石英固溶体であり、結晶化度、弾性率の全てが本発明の好ましい範囲内であった。

本発明の半導体ウエハ支持基板は、ウエハの薄板化に伴う反り防止のための支持基板として好適である。

Claims

ガラス組成として質量％で、ＳｉＯ_２６４．１〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜２５％、Ｌｉ_２Ｏ２〜５％、Ｎａ_２Ｏ０〜１％、Ｋ_２Ｏ０〜１％、ＭｇＯ０〜３％、ＢａＯ０〜２％、ＴｉＯ_２１〜３％、ＺｒＯ_２０〜３％、ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２３〜５％、Ｐ_２Ｏ_５０〜３％、ＳｎＯ_２０．１〜０．５％、ＺｎＯ０〜１％を含有する結晶化ガラスからなり、表面粗さが０．１〜１．２ｎｍであることを特徴とする半導体ウエハ支持基板。
主結晶としてβ─石英固溶体が析出している結晶化ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ支持基板。
結晶化度が質量％で６０％以上である結晶化ガラスからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウエハ支持基板。
弾性率が８８ＧＰａ以上である結晶化ガラスからなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体ウエハ支持基板。
厚みが０．５〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の半導体ウエハ支持基板。