JP2003117818A - 基板の研削方法および研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 直径が３００ｍｍ以上と大きい基板の研削時
に、研削屑がフィルムとデバイスパタ−ン面間に研削液
とともに浸透して基板が破損することがあるので、該破
損が生じないように基板を研削する方法の提供。 【解決手段】 カップホイ−ル型砥石５０と、研削液供
給機構５９を備える研削装置を用い、カップホイ−ル型
砥石を基板面上で摺動させて基板裏面を研削する際、基
板面より離れたカップホイ−ル型砥石の刃先５５をチャ
ック４外に設けた液切り堰９０の溝内を通過させて刃先
に付着した液体を除去する。刃先に付着した研削屑が液
切り堰９０で除かれるので、研削系において研削屑がフ
ィルムとデバイスパタ−ン面間に存在する機会がなくな
り、基板の破損が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハ、
ゲルマニウムウエハ、アルミニウムウエハ、ガラス基板
等の半導体基板を研削するのに適した平面研削装置およ
び半導体基板表面の研削方法に関する。

【従来の技術】半導体基板の研削には、基板のチャック
機構とスピンドルに軸承されたカップホイ−ル型砥石お
よび研削液供給機構を備える平面研削装置が使用されて
いる（特開平２−２７４４６２号、同３−１５４７７３
号、同１１−２５４３１８号、特開２０００−９４３４
２号公報）。

【０００２】かかる平面研削装置の一例として、例え
ば、図６に示す平面研削装置が挙げられる（特開平１１
−２５４３１８号公報）。図中、１は平面研削装置、Ａ
は本体基台、２は回転軸、３はウエハ（基板）、４はチ
ャック、５はカップホイ−ル型砥石、６は本体ケ−シン
グ、7は昇降装置、８はスピンドル、９は軸受、１０は
スピンドルケ−シング、１１はカップホイ−ル型砥石を
取り付けるヘッド、１２はスピンドルケ−シングを昇降
機構に据え付ける取付部材、１３は後述する傾斜調整ボ
ルト駆動用モ−タ−、１４はスピンドル軸を回転駆動さ
せるビルド・イン・モ−タ−、１５はＸ軸方向の傾斜調
整ボルト、１５ａは皿バネ、１５'はＹ軸方向の傾斜調
整ボルト、１６は昇降装置を垂直方向に昇降可能とする
凹状溝を有するレ−ル、１８はスピンドル軸ケ−シング
に設けられた半球状凸部、１９は昇降装置の前面に前記
半球状凸部と若干の隙間を持って嵌合できるように形成
された半球状凹部、２１はロッド、２２は空気軸受であ
る。

【０００３】研削テ−ブル４上に載せられたウエハ３の
表面にスピンドル８を昇降装置により下降させてカップ
ホイ−ル型砥石をウエハ面に圧接し、両スピンドル軸
２，８を同一方向または逆方向に回転させることにより
ウエハ表面に砥石を摺動させてウエハ表面を研削する。

【０００４】カップホイ−ル型砥石５としては、図７に
示す環状の周壁５ａと、その一端に設けられた底壁５ｂ
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
上面に扇状の砥石小片（刃先）５ｄを環状に接着剤で隣
接する砥石小片５ｄ，５ｄ間に研削液の流通するスリッ
ト５ｆを形成させるようにして固定したカップホイ−ル
型砥石（実開昭６１−１４４９５９号、同６１−１４４
９６１号、同６１−１４４９６２号、特開昭６２−１８
１８７５号公報）が使用されている。前記砥石小片は、
高さが３〜７ｍｍ、幅が３〜１０ｍｍ、長さが３〜７ｍ
ｍの環状扇体であるのが一般である。

【０００５】また、特開２０００−９４３４２号公報に
開示されるように、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
対面の上面に環状砥石を固定したカップホイ−ル型砥石
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（ａ）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（ｂ）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（ｃ）が多数等間隔に設けられているカップホ
イ−ル型砥石も使用されている。

【０００６】このカップホイ−ル型砥石において、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砥石刃の長さが１０〜５０ｍｍ
である。研削液導入孔の径は２〜６ｍｍ、周壁高さは２
５〜４５ｍｍである。

【０００７】図５に示す研削装置は、後者のカップホイ
−ル型砥石を備えた研削装置１の砥石ヘッド構造を示す
ものである。

【０００８】図５に示す平面研削装置のヘッド構造にお
いて、６は本体ケ−シング、８はスピンドル軸、９は軸
受、１１はカップホイ−ル型砥石の取付板、１２はスピ
ンドル軸ケ−シング取付部材、１３は傾斜調整ボルト駆
動用モ−タ−、１４はスピンドル軸を回転駆動させるビ
ルド・イン・モ−タ−、２２は空気軸受、２３は空気供
給管、２４は取付板１１とスピンドル軸を軸承する固定
板２５との連結軸、２６はスピンドル軸ケ−シング１０
冷却液供給管、２７は空気軸受２２と該空気軸受の周壁
下に設けた囲板（砥石カバ−）２８とからなるヘッドＨ
内に設けられた空間部、５０はカップホイ−ル型砥石、
５１は周壁、５２は底壁、５３はカップ状台金、５５は
砥石、５６は環状溝、５７は研削液導入孔、５９は研削
液供給ノズル、６０は研削液供給管、６１は研削液取入
口であり、この研削液供給管は図示されていないが、昇
降機構の取付部材に固定されており、研削液タンクと可
撓性ホ−スで接続されている。

【０００９】カップホイ−ル型砥石５０は、ビルド・イ
ン・モ−タ−１４の回転駆動をスピンドル軸８、固定板
２５、連結軸２４、取付板１１を経て伝達し、回転させ
る。ヘッドは取付部材１２に固定されているので砥石５
０が回転しても、ヘッド自信は回転駆動しない。従っ
て、研削液供給ノズル５９と研削液供給タンクを連結す
る可撓性ホ−スが捻れて破損することはない。研削液供
給ノズル５９より砥石５０の環状溝５６に供給された研
削液は、導入孔５７，５７…を経て砥石周壁内５６面に
導かれ、さらにスリット５０ｆを通過して砥石の周壁外
側へ排出される。

【００１０】カップホイ−ル型砥石５０の刃先５５群の
直径ｒは基板の半径より４／３〜２倍と大きく、カップ
ホイ−ル型砥石の刃先が前記基板の略中心点を通過する
ようにスピンドル８を回転させる。基板の研削は、前記
チャック４に保持された基板を水平方向に回転させつ
つ、研削液を基板表面に供給しつつカップホイ−ル型砥
石を該砥石の刃先５５が前記基板の略中心点ｏを通過す
るようにスピンドルを回転させてカップホイ−ル型砥石
を基板面上で摺動させて基板表面を研削する。

【００１１】図４に示すように、直径が３００ｍｍ、４
００ｍｍ、表面にデバイスパタ−ン３ａが設けられ、こ
のデバイスパタ−ンにダイサ−切り込み溝３ｂが設けら
れた半導体基板の裏面研削は、デバイスパタ−ン表面を
保護フィルム（粘着テ−プ）８０で覆い、保護フィルム
８０がチャック面に接するように、かつ、基板裏面３ｃ
がカップホイ−ル型砥石５５（５）に対向するように半
導体基板３をチャック４上に載置し、カップホイ−ル型
砥石による基板の裏面研削が行なわれる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ベアシリコンの研削
や、直径が２００ｍｍ以下の半導体基板では、研削に問
題がなかったが、基板径が３００ｍｍ以上と拡径した半
導体基板では、保護フィルム８０と半導体基板３のデバ
イスパタ−ン３ａ間に研削屑を含んだ研削液が浸入し、
研削屑が悪さを働いて裏面研削時に、または研削後の基
板搬送時に半導体基板３が割れてしまう現象が稀に生じ
ることが判明した。

【００１３】この割れの原因は、半導体基板の端部（エ
ッジ部）３ｄが丸みを帯びた尖りを有しており、研削時
に保護フィルム８０の端部が基板のデバイスパタ−ン３
ａ面より剥離し、保護フィルム８０と半導体基板３のデ
バイスパタ−ン３ａ間に研削屑を含んだ研削液が浸入
し、ダイサ−溝３ｂを通って研削液が浸透し、特に、研
削屑がデバイスパタ−ンのダイサ−溝３ｂに留まった際
は、ヘッドＨより半導体基板にかかる圧力が研削屑に集
中し、基板の強度の弱いダイサ−溝３ｂ部に外部応力が
作用するため、半導体基板の割れに繋がるものと思われ
る。

【００１４】本発明は、径が大きい半導体基板の裏面研
削であっても、かかる基板の割れを生じることが無い基
板の研削方法およびそれに用いる研削装置の提供を目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、基
板を保持するチャックと、スピンドルに軸承された基板
の半径よりも大きい直径を有するカップホイ−ル型砥石
と、研削液供給機構を備える研削装置を用い、前記チャ
ックに保持された基板を水平方向に回転させつつ、研削
液を基板表面に供給しつつカップホイ−ル型砥石を該砥
石の刃先が前記基板の略中心点を通過するようにスピン
ドルを回転させてカップホイ−ル型砥石を基板面上で摺
動させて基板表面を研削する方法において、基板面より
離れたカップホイ−ル型砥石の刃先をチャック外に設け
た液切り堰の溝内を通過させて刃先に付着した液体を除
去することを特徴とする、基板の研削方法を提供するも
のである。

【００１６】液切り堰の溝内をカップホイ−ル型砥石の
刃先が通過する際、高速で回転している刃先に付着して
いる研削液等の液体は、液切り堰の溝と刃先の隙間が狭
いので液切りされるとともに、研削液中に含有された研
削屑は液切り堰に当接して飛ばされるので、再び刃先が
研削系に戻る際には刃先には研削屑が付着していない。
よって、保護フィルム８０と半導体基板３のデバイスパ
タ−ン３ａ間に研削屑が浸透する機会が失なわれるの
で、半導体基板３が割れることはない。

【００１７】本発明の請求項２は、前記の基板の研削方
法において、液切り堰の溝は、該溝の側壁がカップホイ
−ル型砥石の刃先の側面より１０〜１０００μｍ、溝の
底部が刃先の下面より１０〜１０００μｍ離れている寸
法であることを特徴とする。

【００１８】液の表面張力と、カップホイ−ル型砥石の
回転数から考慮して、研削屑が液切り堰の溝を通過しな
い溝と刃先との隙間距離である。

【００１９】本発明の請求項３は、基板を保持するチャ
ック、該チャックの回転機構、スピンドルに軸承された
基板の半径よりも大きい直径を有するカップホイ−ル型
砥石、該スピンドルの回転機構ならびに昇降機構、研削
液供給機構、およびカップホイ−ル型砥石の刃先に付着
した液体を除去する液切り堰を備える研削装置を提供す
るものである。

【００２０】スピンドルに軸承された基板の半径よりも
大きい直径を有するカップホイ−ル型砥石を用いるの
で、液切り堰をチャックの外側に設けることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明をさら
に詳細に説明する。図１は、砥石カバ−に設けた支持部
材に液切り堰を設けた研削装置の部分正面図、図２は、
研削装置のカップホイ−ル型砥石の刃先回転方向と、基
板の回転方向と研削液供給位置と、液切り堰の位置の相
対関係を示す平面図、図３は、液切り堰の斜視図、図４
は、チャック上に載置された半導体基板とカップホイ−
ル型砥石と、液切り堰と、研削液供給機構の位置関係を
示す部分正面図である。

【００２２】カップホイ−ル型砥石：カップホイ−ル型
砥石は、前述の実開昭６１−１４４９５９号、同６１−
１４４９６１号、同６１−１４４９６２号、特開昭６２
−１８１８７５号、特開２０００−９４３４２号公報に
記載のカップホイ−ル型砥石を含め、公知のカップホイ
−ル型砥石を用いることができる。カップホイ−ル型砥
石は、株式会社 岡本工作機械製作所、旭ダイアモンド
株式会社、三菱マテリアル株式会社から入手できる。

【００２３】カップホイ−ル型砥石の刃先５５は、ダイ
ヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒をフェノ−ル樹脂、エポキシ
樹脂等の接着剤で環状扇体に成型したものである。環状
扇体（砥石刃先）５５の寸法は、高さが３〜７ｍｍ、幅
が３〜１０ｍｍ、スリットで区分けされた砥石刃の長さ
が１０〜５０ｍｍであるのが一般である。スリット幅は
１〜３ｍｍである。カップホイ−ル型砥石の刃先５５群
が形成する直径は、研削される基板の半径の４／３〜
２．２倍であり、好ましくは２倍である。カップホイ−
ル型砥石を該砥石の刃先が前記基板の略中心点を通過す
るようにスピンドルを回転させてカップホイ−ル型砥石
を基板面上で摺動させて基板表面を研削するので、液切
り堰９０をチャック４外に設けることができる（図１、
図２参照）。

【００２４】研削装置：研削装置は、前述の図５に示し
た研削装置は勿論、市販の裏面研削装置、例えば株式会
社 岡本工作機械製作所のＧＮＸ（商品名）シリ−ズ、
ＧＮＸ−Ｐ（商品名）シリ−ズ（特開平１１−３０７４
８９号、株式会社東京精密のＰＧ（商品名）シリ−ズも
使用できる。これら裏面研削装置の砥石カバ−２８に、
図１に示すように支持部材９１を設け、この支持部材に
液切り堰９０をボルト９２で固定する。砥石カバ−２８
は、その一部材をスライド可能に設け、カップホイ−ル
型砥石５０の刃先５５の磨耗状態を観察できるようにす
るのが好ましい。

【００２５】液切り堰９０は、図３で示すように断面凹
状の溝９０ａを有し、この溝の寸法は、該溝の側壁がカ
ップホイ−ル型砥石の刃先の側面より１０〜１０００μ
ｍ、好ましくは３０〜１００μｍ、溝の底部が刃先の下
面より１０〜１０００μｍ、好ましくは３０〜６００μ
ｍ離れる寸法とする。液切り堰９０の溝幅ｗは１０〜３
０ｍｍで充分である。

【００２６】液切り堰９０の素材としては、セラミック
の素焼き、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリ（ジ
クロロジフロロエチレン）、ポリアセタ−ル等の樹脂成
形品が挙げられる。

【００２７】液切り堰９０の取り付け位置は、カップホ
イ−ル型砥石の刃先が基板を研削し、チャックから離れ
る位置に近いチャック外位置であり、研削液供給位置よ
り遠い位置である。

【００２８】基板の裏面研削は、基板３の裏面を上向き
としてポ−ラスセラミックチャック４を軸承する中空ス
ピンドル２を減圧して基板をチャック４に保持し、中空
スピンドル２をモ−タ２ａで水平方向に回転させること
により前記チャック２に保持された基板を水平方向に回
転させつつ、研削液１〜１５リットル／分を研削液供給
管５９より基板表面に供給しつつカップホイ−ル型砥石
５０を該砥石の刃先５５が前記基板の略中心点を通過す
るようにスピンドル８を回転させてカップホイ−ル型砥
石を基板面上で摺動させて基板表面を研削する。なお、
研削液は、図５に示すように砥石５０の環状溝５６を経
由して基板３上に供給してもよいし、図２に示すように
直接基板上に供給してもよい。

【００２９】中空スピンドル２の回転数は、３０〜３０
０ｒｐｍ、スピンドル８の回転数は１０００〜４０００
ｒｐｍである。

【００３０】

【実施例】実施例１ 半導体基板として、厚みが約７００μｍ、直径が３００
ｍｍのシリコンウエハ表面に、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ
角のデバイスパタ−ン複数をダイサ−幅２００μｍ、ダ
イサ−溝深さ１０μｍで格子状に仕切ったデバイスパタ
−ンを有する半導体基板の前記デバイスパタ−ン面に保
護フィルムを貼着したものを用いた。

【００３１】裏面研削盤として、株式会社 岡本工作機
械製作所の裏面研削盤ＧＮＸ３００（商品名）の砥石カ
バ−に取り付けた支持部材にアルミナ粒子素焼きのセラ
ミック製液切り堰をボルトで固定した研削装置を用い
た。液切り堰の弧状溝の寸法は、裏面研削当初、該溝の
側壁がカップホイ−ル型砥石の刃先の側面より１００μ
ｍ、溝の底部が刃先の下面より２００μｍ離れている寸
法で、弧状溝幅は１５ｍｍである。半導体基板の裏面シ
リコン層の取り代は、１００μｍと設定した。

【００３２】前記半導体基板を、該保護フィルムがポ−
ラスセラミックチャック面に当接するように半導体基板
をチャック上に載せ、中空スピンドルを減圧して半導体
基板をチャックに固定した。ついで、中空スピンドルを
１００ｒｐｍで回転させることにより半導体基板を水平
方向に回転させ、直径３００ｍｍ径のカップホイ−ル型
砥石を軸承するスピンドルを３０００ｒｐｍで回転させ
つつ、下降させてカップホイ−ル型砥石の刃先が半導体
基板の中心点を通過する位置で半導体基板のシリコン基
板に当接させ、半導体基板表面に研削液を６リットル／
分の割合で供給しつつ、液切り堰で刃先に付着した液を
切りながら基板の裏面研削を行なった。

【００３３】約１００μｍ厚のシリコン層剥離の裏面研
削が終了したら、スピンドルを上昇させてカップホイ−
ル砥石を半導体基板面より遠ざけ、ついで、中空スピン
ドルの回転ならびに減圧を止め、中空スピンドルに圧空
を供給して半導体基板のチャック離れを容易とした。

【００３４】チャック上の半導体基板を搬送パッドに吸
着し、洗浄機構に搬送し、洗浄機構でスピン洗浄、スピ
ン乾燥し、ついで搬送ロボットで収納カセット内に裏面
研削された半導体基板を搬送した。

【００３５】上記の半導体基板２００枚の裏面研削を同
様にして２００枚連続して行なったが、半導体基板が破
損したものは皆無であった。

【００３６】

【発明の効果】本発明の液切り堰を設けた研削装置は、
カップホイ−ル型砥石を用いて半導体基板を裏面研削す
る際、裏面研削により生じた研削屑を含有する研削液が
カップホイ−ル型砥石の刃先に付着しても、再び刃先が
研削系に戻る際に液切り堰により刃先に付着した研削屑
が除去されるので、研削屑が保護フィルムと基板のデバ
イスパタ−ン面の間に浸透する機会が失われ、よって、
研削時および基板搬送時に半導体基板が破損することが
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】砥石カバ−に設けた支持部材に液切り堰を設け
た研削装置の部分正面図である。

【図２】研削装置のカップホイ−ル型砥石の刃先回転方
向と、基板の回転方向と研削液供給位置と、液切り堰の
位置の相対関係を示す平面図である。

【図３】液切り堰の斜視図である。

【図４】チャック上に載置された半導体基板とカップホ
イ−ル型砥石と、液切り堰と、研削液供給機構の位置関
係を示す部分正面図である。

【図５】裏面研削装置のヘッド部分を示す正面図であ
る。（公知）

【図６】裏面研削装置の正面図である。（公知）

【図７】カップホイ−ル型砥石の斜視図である。（公
知）

【符号の説明】

１ 研削装置 ２ 中空スピンドル ３ 基板 ３ａ デバイスパタ−ン ３ｂ ダイサ−溝 ４ チャック ５，５０ カップホイ−ル型砥石 ５５ 刃先 ８ スピンドル １４ ビルト・イン・モ−タ− ２８ 砥石カバ− ５９ 研削液供給ノズル ８０ 保護フィルム ９０ 液切り堰 ９１ 取付部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持するチャックと、スピンドル
   に軸承された基板の半径よりも大きい直径を有するカッ
   プホイ−ル型砥石と、研削液供給機構を備える研削装置
   を用い、前記チャックに保持された基板を水平方向に回
   転させつつ、研削液を基板表面に供給しつつカップホイ
   −ル型砥石を該砥石の刃先が前記基板の略中心点を通過
   するようにスピンドルを回転させてカップホイ−ル型砥
   石を基板面上で摺動させて基板表面を研削する方法にお
   いて、 基板面より離れたカップホイ−ル型砥石の刃先をチャッ
   ク外に設けた液切り堰の溝内を通過させて刃先に付着し
   た液体を除去することを特徴とする、基板の研削方法。
2. 【請求項２】 液切り堰の溝は、該溝の側壁がカップホ
   イ−ル型砥石の刃先の側面より１０〜１０００μｍ、溝
   の底部が刃先の下面より１０〜１０００μｍ離れている
   寸法であることを特徴とする、請求項１に記載の基板の
   研削方法。
3. 【請求項３】 基板を保持するチャック、該チャックの
   回転機構、スピンドルに軸承された基板の半径よりも大
   きい直径を有するカップホイ−ル型砥石、該スピンドル
   の回転機構ならびに昇降機構、研削液供給機構、および
   カップホイ−ル型砥石の刃先に付着した液体を除去する
   液切り堰を備える研削装置。