JP2010182839A - 積層ウエーハのエッジ面取り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】後加工工程の加工ステージに積層ウエーハが移送される際に行われる積層ウエーハの芯出しも容易である積層ウエーハのエッジ面取り方法の提供。
【解決手段】回転している支持チャック上に載置された積層ウエーハｗの中心点方向に３〜１０度傾斜したカップホイール型砥石１２を回転自在に固定する砥石軸１３を移動させてカップホイール型砥石刃先１２ａにより積層ウエーハを構成する下段ウエーハｗ_１最大直径より短い上面を長さ０．１〜３ｍｍ、深さ５ｍｍ乃至下段ウエーハ最大直径部分に至らない深さまで研削するとともに積層ウエーハの上段のウエーハｗ_２のエッジ部の面取り加工を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、２枚の半導体ウエーハを積層した積層ウエーハ（ＳＯＩウエーハ、ＴＳＶウエーハ）のエッジ面をカップホイール型砥石を用いて面取りする加工方法に関するものである。

ＳＯＩウエーハの製造方法として、（Ａ） 半導体ウェーハと支持ウェーハとを酸化膜を介して重ね合せることにより積層体を形成する工程と、（Ｂ） 半導体ウェーハを所定の厚さに薄膜化することにより支持ウェーハ上に埋込み酸化膜層を介して薄膜の単結晶シリコン層を形成する工程とを含む貼合せＳＯＩウェーハの製造方法において、（Ｃ）前記工程（Ａ）と工程（Ｂ）の間で重ね合わせる側の主面の周端縁及び面取り部に形成された酸化膜を除去して周端縁を除く重ね合わせ面のみに酸化膜を残留させる埋込み酸化膜層全体を支持ウェーハの重ね合わせ側の主面と単結晶シリコン層により被包することを特徴とする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、直径１５０ｍｍの素子基板（ウエーハ）と支持基板をそれぞれ用意し、素子基板に、ウエット酸化を施し、厚さ１μｍの酸化膜を形成させ、酸化膜を形成した素子基板の研磨面側と、支持基板の研磨面とを重ね合わせて密着させて、密着させた接合基板を１０００℃の高温下で熱処理を施して重ね合わせた面の接合力を強化させた。その後、直径１２５ｍｍまで径小化させ、フッ酸処理して熱処理時に形成された酸化膜を除去した後に、表面を研削、１次研磨を施し、接合基板の端面部（最外周部）から２ｍｍの範囲（領域）の外周部に外周ダレを発生させた後、再度、面取り加工により、直径１００ｍｍまで、径小化させ、最後に、２次研磨、及び、仕上げ研磨を行い、ＳＯＩウェーハを作成することも知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、研磨テープを用いて積層（ＳＯＩ）ウエーハのエッジ部を研磨する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

一方、外周に研磨用作業面を備えた２つの円筒形研磨ドラムを単層の半導体基板の直径より小さい間隔を保って配設し、これらの研磨ドラムを所要の速度で回転させながら、傾斜可能な半導体基板保持手段に保持させた半導体基板の外周の面取りされたエッジを両研磨ドラムに同時に押し付けることにより、該エッジを異なる２点で鏡面研磨する方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。

また、ウェーハの径よりも小径に形成されたウェーハ保持部材に保持されたウェーハの周縁を面取りする傾斜可能な面取り用砥石を有する面取り手段を用い、ウエーハの端面とエッジ傾斜面を該面取り手段により面取り加工する装置も知られている（例えば、特許文献５参照）。

さらに、ウエーハのシリコン基盤面を研削するカップホイール型砥石も知られている（例えば、特許文献６参照）。

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２０〜１００μｍと極薄の次世代の半導体基板の出現が要望され、直径３００〜４５０ｍｍのＳＯＩウエーハのエッジ研磨または研削に前記特許文献１乃至特許文献５に記載のエッジ面取り研削砥石や研磨テープを用いてＳＯＩウエーハのエッジ面を面取りし、次いで、ＳＯＩウエーハの裏面研削、裏面研磨を行って得られる平坦加工ＳＯＩウエーハには、チッピングやクラックがエッジ部に数多く見受けられることが判明した。

また、特許文献５に記載の傾斜可能な面取り砥石を用いてＳＯＩウエーハの端面を垂直もしくは斜めに面取りしたＳＯＩウエーハでは、後加工工程の裏面研削工程や研磨工程、あるいはウエーハ剥離工程におけるウエーハの芯出しを行うことが困難となり、積層されたウエーハの下段側ウエーハについては芯出しができるよう一部エッジ面が残されることがＳＯＩ半導体基板加工メーカーから要望されている。

特開２００５−７９１０９号公報 特開２００６−１００４０６号公報 米国特許第６，６４１，４６４号明細書 米国特許第６，１５９，０８１号明細書 特開平１１−４８１０９号公報 特開２０００−９４３４２号公報

本発明は、裏面研削加工や研磨加工して得られる積層ウエーハにクラックやチッピングが生じず、かつ、これら後工程に積層ウエーハを移送する際に芯出しを可能とする積層ウエーハのエッジ部の面取り研削方法を提供するものである。

本発明は、カップホイール型砥石を回転自在に固定する砥石軸が旋回可能で、支持チャック上に載置された積層ウエーハの中心点方向に前後移動可能でかつ、昇降可能にコラムに設けられた面取り装置を用い、回転している支持チャックに支持されている積層ウエーハのエッジ部を面取りする方法において、先ず、カップホイール型砥石の刃先の傾斜角度が積層ウエーハ表面の鉛直軸に対し３〜１０度となるよう砥石軸を旋回して砥石軸位置調整を行い、ついで、砥石軸を回転させながら支持チャック上に載置された積層ウエーハの中心点方向に砥石軸を前進させて積層ウエーハを構成する下段ウエーハ直径より短い上面を回転研削砥石の刃先で長さ０．１〜３ｍｍ、深さ５ｍｍ乃至下段ウエーハ最大直径部分に至らない深さまで研削するとともに積層ウエーハの上段のウエーハのエッジ部の面取り加工を行った後、回転している砥石軸をカップホイール型砥石の刃先が積層ウエーハに接触しなくなる位置まで後退させることを特徴とする、積層ウエーハのエッジ部の面取り研削方法を提供するものである。

本発明の積層ウエーハのエッジ部の面取り研削方法は、後工程の際に積層ウエーハの芯出しが可能なように積層ウエーハの下段ウエーハの最大直径部分が残るように面取り加工できるとともに、かつ、上段のウエーハは端部がウエーハ平面に対し３〜１０度傾斜して面取りされるので、後工程の裏面研削加工、裏面研磨加工、搬送工程において、積層ウエーハにチッピングやクラッキングが生じることはない。

図１は積層ウエーハのエッジ部の面取り装置の側面図である。 図２は積層ウエーハのエッジ部の面取り工程の実施手順を示した説明図である。

図１に示す面取り装置１は、面取りツールステージ１０と支持チャック２０と砥石ドレッサ３０により構成される。面取りツールステージ１０は、フレーム４０上に設けられたガイドウエイ１１ａとスライドウエイ１１ｂより構成されるツールテーブル１１の上面にコラム１２を起立させ、このコラム正面上部より砥石軸昇降装置５０を垂下させて設け、この砥石軸昇降装置の砥石軸取り付け板５５の側面に砥石軸固定スイベル装置６０を設け、カップホイール型砥石１２を砥石軸１３に固定した砥石ヘッド１４の固定台１５を前記砥石軸固定スイベル装置６０にピン１９廻りに揺動可能に取り付けている。砥石軸１３はビルトインモータにより回転される。

前記ツールテーブル１１は、ガイドウエイ１１ａ上をスライドウエイ１１ｂが滑走し、支持チャック２０上に載置された積層ウエーハの中心点ｏに対し前後移動可能となっている。サーボモータ２１ｃの回転駆動をボールネジ２１ｄが受けて前記スライドウエイ１１ｂを支持チャック２０上に載置された積層ウエーハの中心点位置側に前進させるか、積層ウエーハの中心点位置から後退させる。スライドウエイ１１ｂの前進後退の移動は、リニアアクチュエータ駆動、リニアモータ駆動であってもよい。

砥石軸昇降装置５０は、サーボモータ５２の回転駆動をボールネジ５１が受けて螺合体５４を介して砥石軸取り付け板５４を上下方向に昇降させる。前記螺合体５４は案内レール５３上を滑走する。砥石軸取り付け板５５の昇降移動は、リニアアクチュエータ駆動、リニアモータ駆動であってもよい。

ビルトインモータを内蔵する固定台１５は砥石軸固定スイベル装置６０を構成する扇状の取り付け板６３に固定され、この扇状の取り付け板６３は破線で示すピン１９を介して砥石軸昇降装置の砥石軸取り付け板５５の側面に旋回（揺動）可能に支持される。この扇状の取り付け板６３の円弧状外周面にはラック６４が刻設され、砥石軸取り付け板５５の側面に固定されたモータ６５のピニオン６６が噛合う。よって、モータ６５のモータ軸の回転によりピニオン６６が回動すると、扇状の取り付け板６３がピン１９廻りに旋回し、砥石軸の傾斜角度を調整することができる。砥石軸の傾斜角度（θ）は、所望する積層ウエーハｗの直径方向の削除幅０．２〜３ｍｍ、および積層ウエーハのエッジ部傾斜角８０〜８７度により決定されるが、カップホイール型砥石の刃先１２ａの傾斜角度（θ）が積層ウエーハ表面の鉛直軸に対し３〜１０度となるよう旋回させる。

カップホイール型砥石１２は、例えば前記特許文献６に記載のカップホイール型砥石で、環状の周壁と、その一端に設けられた底壁とを備えたカップ状台金の前記周壁の底壁とは反対面の上面に環状に弧状砥石刃先１２ａを固定したカップホイ−ル型砥石１２であって、前記台金は底壁の外面に周壁と同心に設けられた環状溝と該環状溝内に供給される研削液を周壁の内側へ導入するために該環状溝の底面から前記底壁を貫通して設けられ、該周壁の他端側へ向かう程度外周側へ傾斜して、かつ、周壁に同心に多数等間隔に設けられた研削液導入孔を有し、底壁とは反対面の周壁の上面に固定された環状の砥石は周壁の頂面より突出している部分において周壁および環状溝が共有する軸心と該軸心に直交する環状砥石の起立面に対し、軸心側から砥石外側に向かって３０〜６０度傾斜した研削液排出用スリットが多数等間隔に設けられ、スリットの高さが３〜１０ｍｍであり、砥石幅２〜７ｍｍ、スリットで区分けされた環状砥石刃の長さが１０〜５０ｍｍであるカップホイール型砥石ある。カップホイール型砥石１２の環状に並設された砥石刃１２ａの直径は、積層ウエーハの直径の０．５倍から１．５倍までの直径であることが好ましい。砥石刃１２ａは、ウエーハの基盤がシリコン基盤であるときは、砥番３，０００〜８，０００のダイヤモンドビトリファイドボンド砥石刃もしくはダイヤモンドレジンボンド砥石刃が好ましい。

カップホイール型砥石１２は、前記特許文献６に記載の研削液中央供給型カップホイール型砥石の外に、市販のカップホイール型砥石も利用できる。

支持チャック２０は、ポーラスセラミックチャックテーブル２１を中空軸２２で回転自在に軸承したバキュームチャックが好ましく、ポーラスセラミックチャックテーブル２１の直径は、積層ウエーハの直径より０．５〜３ｍｍ小さい径であるのが好ましい。中空軸２２管内には、減圧管、純水供給管、圧空供給管が設けられている。

砥石ドレッサ３０は、支持チャック２０側から砥石軸１３が後退する方向位置に設置され、積層ウエーハのエッジ面取り加工前、加工途中、もしくは加工後にカップホイール型砥石の砥石刃先１２ａを成形するのに使用される。

積層ウエーハｗのエッジ面取り加工は、図２に示すように、先ず、カップホイール型砥石１２の刃先１２ａの傾斜角度（θ）が積層ウエーハｗ表面の鉛直軸に対し３〜１０度となるよう砥石軸を旋回して砥石軸位置調整を行い(図２ａ参照)、ついで、砥石軸１３を回転させながら支持チャック２０上に載置された積層ウエーハｗの中心点ｏ方向に砥石軸を前進させて積層ウエーハｗを構成する下段ウエーハｗ_１直径より短い径部分の上面を回転研削砥石の刃先１２ａで長さ０．１〜３ｍｍ、深さ５ｍｍ乃至下段ウエーハｗ_１最大直径部分に至らない深さまで研削するとともに積層Ｉウエーハの上段のウエーハｗ_２のエッジ部の面取り加工を行った(図２ｂ参照)後、回転している砥石軸１３をカップホイール型砥石の刃先１２ａが積層Ｉウエーハｗに接触しなくなる位置まで後退させ、砥石軸１３の回転を停止させる（図２ｃ参照）。

３００ｍｍ径積層ウエーハのエッジ面取り加工時間は、積層ウエーハの基盤の材料がシリコン、サファイヤ、ガラスであるかに依存するが、５〜２０秒程度である。ポーラスセラミックチャックテーブル２１を軸承する中空軸２２の回転速度は５０〜１５０ｒｐｍ、砥石軸１３の回転速度は２，０００〜３，０００ｒｐｍで行われる。

被研削物として直径３００ｍｍ、厚み７５０μｍのシリコン基盤の表面に電子回路をプリント配線した半導体ウエーハ２枚のプリント配線面同士を向かい合わせて積層したＳＯＩウエーハｗを用い、図１に示す面取り装置１を用いて積層ウエーハの面取り加工を行った。

先ず、砥番３，０００のダイヤモンドビトリファイドカップホイール型砥石１２の刃先１２ａの傾斜角度（θ）が積層ウエーハｗ表面の鉛直軸に対し５度となるよう砥石軸１３をスイベル装置６０で旋回して砥石軸の位置調整を行った。

ついで、１２０ｒｐｍで回転する支持チャック２０のポーラスセラミックチャックテーブル２１上に載置された積層ウエーハｗの中心点ｏ方向に、２，０００ｒｐｍで回転する砥石軸１３を前進させて行き積層ウエーハｗを構成する下段ウエーハｗ_１直径３００ｍｍより短い径部分の上面を回転研削砥石の刃先１２ａで幅長さ１．５ｍｍ、深さ２００μｍ研削するとともに積層Ｉウエーハの上段のウエーハｗ_２のエッジ部の面取り加工（傾斜角５度）を行った後、回転している砥石軸１３をカップホイール型砥石の刃先１２ａが積層Ｉウエーハｗに接触しなくなる待機位置まで後退させ、砥石軸１３の回転を停止させた。

支持チャック２０のポーラスセラミックチャックテーブル２１の回転を停止させた後、積層ウエーハｗの表面を加圧水吹きつけとブラシ洗浄し、続いてポーラスセラミックチャックテーブル２１下面に加圧水を供給し、積層ウエーハｗのポーラスセラミックチャックテーブル２１からの剥離を容易とした。

特許願２００８−１８３３９８号明細書に記載の半導体基板用平坦化装置ＧＤＭ３００ＩＩ（株式会社岡本工作機械製商品名）を用い、前記支持チャック２０上のエッジ面取り研削加工された積層ウエーハを多関節型搬送ロボットの吸着パッドに吸着し、裏面研削ステージへ搬送した。

粗研削ステージで砥番砥番６００の粗研削カップホイール型ダイヤモンドレジンボンド砥石を用いて積層ウエーハのシリコン基盤面を粗研削加工（基板の回転数は３００ｒｐｍ、砥石軸の回転数は１，８００ｒｐｍ）し、シリコン基盤面を６７０μｍ削り取った。

この粗研削加工された半導体基板のシリコン基盤面を仕上研削ステージで砥番８，０００のカップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石を用いて粗研削加工された半導体基板のシリコン基盤面を仕上げ研削加工（基板の回転数は３００ｒｐｍ、砥石軸の回転数は１，８００ｒｐｍ）し、シリコン基盤面を３０μｍ削り取り、シリコン基盤の厚みを２０μｍに低減させた。ついで、研削加工シリコン基盤面に純水を供給しながらブラシ洗浄を行った後、乾燥空気を吹きつけ乾燥させた。得られたシリコン基盤面には、研削条痕が見受けられた。

研削加工された半導体基板を研磨ステージへ移送させた後、この研削加工されたシリコン基盤面にヅポン・エアープロダクト社のシリカ系粒子分散水系研磨剤スラリー“ＳＲ３００”(商品名)を１００ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を２３０ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を２５０ｒｐｍ、半導体基板の回転数を１５０ｒｐｍで摺擦させて研削条痕を取り除くバフ研磨加工を６分間行った。シリコン基盤面の厚みは、３μｍ低減した。

このバフ研磨加工されたシリコン基盤面にシリカ系粒子分散水系研磨剤スラリー“ＳＲ３００”(商品名)を３００ｃｃ／分の量供給しながらシリコン基盤面に懸かる研磨パッドの圧力を５０ｇ／ｃｍ^２、研磨パッドの回転数を２０ｒｐｍ、半導体基板の回転数を２０ｒｐｍで摺擦させる第二バフ研磨加工を４分間行った。シリコン基盤面の厚みは、更に０．１μｍ低減した。このシリコン基盤面に付着している粒子の個数は、０．２μｍ径以下の粒子は５，０４３個、１．０μｍ以上の粒子は２０４個であった。

しかる後に、この研削加工、バフ研磨加工されたシリコン基盤面に薬剤ＳＣ１を５００ｃｃ／分の量供給するアルカリ洗浄を２分間行い、次いでフッ酸含有オゾン水で酸洗浄を１分行った後、純水でシリコン基盤面を洗浄し、スピン乾燥させて０．２μｍ径以下の異物粒子（研削屑や研磨屑）の付着が２個、表面平均粗さ（Ｒａ）が０．００２μｍのシリコン基盤鏡面を有する積層ウエーハを得た。積層ウエーハにはチッピング、クラッキングは見受けられなかった。

上記実施例１と同様にして積層ウエーハ２５件のエッジ面取り加工、裏面研削加工、裏面研磨加工、洗浄を実施したところ、２４件の積層ウエーハにはチッピング、クラッキングは全く見受けられず、ただ１件のみ積層ウエーハの鏡面シリコン基盤エッジ部から長さ３ｍｍ程度のチッピング１本が見つかった。

後加工工程で、積層ウエーハにクラッキングやチッピングを生じさせない積層ウエーハのエッジ面取り加工ができる。エッジ面取り加工された積層ウエーハは、下段のウエーハの最大直径部分が残されるので、後加工工程の加工ステージに積層ウエーハが移送される際に行われる積層ウエーハの芯出しも容易である。

１ 面取り装置 １０ 面取りツールステージ １１ ツールテーブル １２ カップホイール型砥石 １３ 砥石軸 ２０ 支持チャック ３０ 砥石ドレッサ ５０ 砥石軸昇降装置 ６０ 砥石軸固定スイベル装置 ｗ 積層ウエーハ

Claims (1)

1. カップホイール型砥石を回転自在に固定する砥石軸が旋回可能で、支持チャック上に載置された積層ウエーハの中心点方向に前後移動可能でかつ、昇降可能にコラムに設けられた面取り装置を用い、回転している支持チャックに支持されている積層ウエーハのエッジ部を面取りする方法において、先ず、カップホイール型砥石の刃先の傾斜角度が積層ウエーハ表面の鉛直軸に対し３〜１０度となるよう砥石軸を旋回して砥石軸位置調整を行い、ついで、砥石軸を回転させながら支持チャック上に載置された積層ウエーハの中心点方向に砥石軸を前進させて積層ウエーハを構成する下段ウエーハ直径より短い上面を回転研削砥石の刃先で長さ０．１〜３ｍｍ、深さ５ｍｍ乃至下段ウエーハ最大直径部分に至らない深さまで研削するとともに積層ウエーハの上段のウエーハのエッジ部の面取り加工を行った後、回転している砥石軸をカップホイール型砥石の刃先が積層ウエーハに接触しなくなる位置まで後退させることを特徴とする、積層ウエーハのエッジ部の面取り研削方法。

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