JP3658851B2 - 薄板ワーク平面研削方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はうねり成分を有する薄板ワーク平面研削方法とその装置に係り、特にスライスカット直後のウエーハ（以後アズカットウエーハという）に平面研削に好適な薄板ワーク平面研削方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウエーハは、ＣＺ法等で引き上げられたシリコンロッドを円形内周刃やワイヤソーを用いて薄板円板状に切断するスライス工程と、スライシングにより得られたアズカットウエーハの面取り、ラッピング、エッチング、表面の研磨洗浄の順に加工工程を経て製造されている。
上記エッチングは、ラッピング等の機械加工により発生した加工歪み層を溶解除去し平滑な面に仕上げたり、表面の汚れを除去して清浄な結晶面を得るためのものである。
さて、スライシング直後のアズカットウエーハは碗状あるいはＳ字状の長周期の反り更には小さな約０．５〜３０ｍｍ程度の周期で凹凸が繰り返すうねりというものを持っている。
【０００３】
これらは、スライシング時の切れ刃の切断抵抗の左右の僅かな相違により必ずしも切れ刃が直進しない事により発生し、前記切れ刃にワイヤソー及び円形状内周刃を用いた場合にうねり及び反りがいずれも発生し、特にワイヤソーを用いた場合にうねりが発生しやすくなり、而も近年ウエーハの大口径化にともない、円形状内周刃に代えてワイヤソーが使われる傾向にある。
そして前記うねりはその後のラッピング工程により改善する事が出来た。しかし、より長周期の反りに関してはウエーハが容易に弾性変形してしまい修正は困難であった。
又近年半導体デバイスの集積度が上がるに連れ、その基板となる半導体ウエーハにも厚さバラツキの小さいもの、即ちより高いレベルの平坦度のものが求められている。
【０００４】
この高いレベルの平坦度を得る為には、平面研削加工を取入れる必要がある。
この平面研削加工を取入れる場合は、［スライシング工程−平面研削工程−面取り工程−ポリッシング工程］、又は［スライシング工程−面取り工程−ラッピング工程−平面研削工程−面取り工程−ポリッシング工程］等の加工方法が適用される。
そしてかかる平面研削加工装置において、ウエーハを支持固定方式は、多孔質セラミックプレート等の硬質チャックテーブルに研削するウエーハの背面側を真空吸着する支持方式を採用している。
【０００５】
しかしながら前記真空吸着方式を半導体ウエーハ等の薄板ワークに適用した場合、図４（Ａ）に示すように、ウエーハ背面１ｂの凹凸の表面形状がその真空吸着力により、高平坦度に形成されたベースプレート２側の平坦形状に合わせて弾性変形された状態で、平面研削されると、吸着された状態では研削されたウエーハ表面１ａは厚さバラツキの小さい、いわゆる高い平坦度を有するが、前記真空吸着力が解除されると、前記弾性変形部分が元に戻り、ウエーハ背面１ｂ側の凹凸が研削されたウエーハ表面１ａ側に転写され、結果として前記研削によってもうねりを取りのぞく、若しくは減少させる事が出来ない。
即ち、スライス工程にワイヤソーを用い、ラップを用いず平面研削を用いる工程では、うねりが極めて重大な問題となる。
【０００６】
上記問題解決のため、本出願人が先に提出した非公知の特願平６ー２２７２９１号において、上記うねりの解消を図るために、ウエーハ１と該ウエーハ背面１ｂ側を吸着支持するベースプレート２表面間にワックス等の接着材３を介在させ、前記ウエーハ背面１ｂ側のうねりを吸収する提案がなされている。
【０００７】
即ち、図４（Ｂ）に示すように、ウエーハ背面１ｂをベースプレート２の上面に接着材３を介して固定した場合、前記ウエーハ背面１ｂの凹凸が接着材３内に吸収された状態で保持され、言い換えれば前記ウエーハ背面１ｂの凹凸が生じていても前記接着材３が吸収材となっているために、ウエーハ１が弾性変形が生じる事なく、平面研削を行なう事が出来、この結果、前記吸着を解除しても平面研削されたウエーハ表面１ａからはうねりばかりでなく、より長周期の反りも取りのぞくことができる。
【０００８】
即ちウエーハ等の薄板ワークをベースプレート２上に載置した際に起きる前記反り及びうねりによる隙間を充填してワーク表面への転写を阻止するようにしたものである。
尚、上記接着材３には溶融ワックス、ホットメルト接着剤、石膏、氷等を使用する構成にしてある。
【０００９】
ところで、上記先願技術においては、うねりばかりでなく反りも除去あるいは低減できるという利点はあるが、ウエーハ１とベースプレート２との間を充填する接着材３には充填時における気泡の混入が生じているとその部分で研削加工時に変形が生じるために、気泡混入防止を必須条件としており、この為特別に用意された接着材充填装置を必要とし、特に溶融ワックスやホットメルト接着剤を使用する場合には更に溶融接着材供給装置を必要としている。
【００１０】
更に上記先願技術においては、ベースプレート２への接着材３を介してのウエーハ１の接着固定作業、ベースプレート２よりウエーハ取り外し離脱作業、ウエーハ背面１ｂ及びベースプレート２上面に塗布された接着材３除去作業等の煩雑な前処理及び後処理工程を必要とし、製造コスト及び製造時間からみて大きなマイナス効果を持つ。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の請求項１及び２記載の発明は、今後ワイヤソーを使用した場合特に問題となるうねり成分を有する薄板ワークの、うねりがワーク表面側に実質的にほとんど転写される事なく平面研削を可能とした薄板ワークの平面研削方法の提供を目的としたものである。
【００１２】
又、請求項３記載の発明は、半導体ウエーハ、特にアズカットウエーハの平面研削に好適に適用し得る薄板ワーク平面研削方法の提供にある。
【００１３】
又、請求項４記載の発明は、前記薄板ワーク平面研削方法の実施を効果的に実施し得る平面研削装置の提供にある。
【００１４】
又、請求項５及び６記載の発明は、半導体ウエーハ、特にアズカットウエーハの平面研削装置として好適に適用し得る平面研削装置の提供にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記したように周期約０．５〜３０ｍｍのうねりがワーク表面側に転写される事なく高平坦度研削を可能とする為には、ベースプレートにウエーハ等の薄板吸着した際に弾性変形が生じる事なく、平面研削を行なう事が出来ればよい訳である。
この為うねり成分を有する薄板ワーク背面を負圧（以下吸着圧力と言う）により吸着固定した状態でその表面側を平面研削する平面研削方法において、前記ワークを保持する吸着圧力が実質的にうねりを消去するような弾性変形が生じない程度に設定すれば良い。尚、より長周期の反りは、ウエーハの自重のみによる弾性変形で見かけ上なくなってしまうので、修正は、ラップと同様に困難である。
【００１６】
しかしながら前記吸着圧力を低下させる事は、ワーク保持力が低下し、砥石の送り圧力に負けてワークの微動が生じ平面研削を効果的に達成し得ない事になる。
即ち、図１に示すように、研削加工初期においては（Ａ）に示すように、通常の真空に近い吸着圧力でワーク１を保持して研削加工を行なうが、砥石の送り圧力が低下若しくはほとんど存在しない加工終期において（Ｂ）に示すように保持力を維持し得る程度に吸着圧力を低減させれば、保持力を維持しつつワーク１の弾性変形力が実質的に解除された状態で平面研削を行なう事が出来、前記吸着を解除しても平面研削されたうねりのない、若しくは減少した形状が維持されるものである。
【００１７】
即ち本発明は吸着圧力を研削加工の終期の砥石の送り圧力が低下するスパークアウト時において低減させて研削加工を行なうことを特徴とするものである。
具体的には前記吸着圧力の低減は、砥石の送り圧力が低下（実質的にほとんど存在しない場合も含む）する零切込み研削時いわゆるスパークアウト時に行なうのがよい。
そして本発明は薄板ワークであれば特に限定されず、例えば半導体ウエーハの場合でもスライスカット直後の半導体ウエーハにおける平面研削工程にも、又スライシング工程−面取り工程−ラッピング工程の後に行なわれる平面研削工程のいずれの場合にも適用可能である。
そして前記薄板ワークがスライスカット直後のアズカットウエーハである平面研削方法の場合には、前記低減吸着圧力を略−１００〜−５０ｍｍＨｇとするのがよい。
【００１８】
前記発明を好適に実施し得る平面研削装置に適用されるものとしては、例えば前記ワーク１と吸着盤（ベースプレート２）間の吸着圧力を研削加工中に切り換える圧力切換手段を設け、砥石の送り圧力が低下するスパークアウト時において前記圧力切換手段により吸着圧力を切り換えて、吸着圧力を低減させてスパークアウト時の研削加工を行なうように構成すればよい。
この場合アズカットウエーハの平面研削装置においては、前記圧力切換手段が、略−６００ｍｍＨｇ〜−７６０ｍｍＨｇと−１００〜−５０ｍｍＨｇの２つの負圧を切り換える切換手段であるのがよい。
又本発明の薄板ワーク平面研削装置は縦軸回転テーブル型研削盤、好ましくはカップ型砥石を用いたインフィード型研削盤に好適に適用される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態を、図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図２は本発明の実施形態である縦軸回転テーブル型のインフィード平面研削盤で、砥石１２はいわゆるカップ型を使用しその回転軸は上下に昇降可能（研削送り／逃げ）な縦型とし研削時の法線研削抵抗をスラスト方向に受け、たわみ量が少なく剛性が強く作用する構成として高精度加工を可能にし、且つ、回転テーブル１１により連続研削が可能の高能率のインフィード型に構成してある。
【００２０】
即ちより具体的に説明するに、砥石１２はリング円状の砥石本体１２１と該砥石本体を保持する下向き偏平断面凹形状の保持体１２２よりなり、前記保持体１２２上面中心線上に直流回転モータ１５等により精度よく回転可能に回転軸１４が取り付けられている。
又前記砥石１２若しくは砥石を含む回転軸１４は不図示の研削送り手段により上下に昇降（研削送り／逃げ）１３可能に構成されている。
【００２１】
一方回転テーブル１１側は、回転軸１６を介して直流回転モータ１７等により精度よく回転可能に構成されているとともに、ウエーハ１が載置される上面側に多孔質セラミック体からなる吸着ベースプレート２を取り付けるとともに、該吸着ベースプレート２の下面側に吸引管２１が接続され、切換バルブ２２の切換操作により−６００〜−７６０ｍｍＨｇの高真空負圧原２３と−１００〜−５０ｍｍＨｇの低負圧源２４の２つの負圧源により選択的に吸引可能に構成されている。
【００２２】
尚本実施形態の平面研削工程は、［スライシング工程−平面研削工程−面取り工程−ポリッシング工程］からなるウエーハ加工工程、即ちスライシング直後のアズカットウエーハ１のラッピング、エッチングに代わる研削加工として適用されるもので、特に短周期のうねり除去とともに従来のラッピング、エッチングでは除去不可能なアズカットウエーハ１の反り除去を可能とするものである。
【００２３】
一般に研削加工における砥石切り込み方式は、早送り、粗研削送り、精研削送り、スパークアウト、早逃げで研削サイクルが形成される。
本実施形態も、砥石位置をウエーハ厚さ位置まで早送りした後、１次送り速度により粗研削を行なって所定厚み研削した後、ついで砥石切り込み速度を低下させ二次研削送りにより精研削に移行させ、ついで砥石切り込みを停止した状態で研削動作を行なうスパークアウトに移行し研削面粗さ及び平坦度等を向上させた後、早逃げによる研削の離脱を行なう。このシーケンスの一例を図３に示す。
【００２４】
そして本実施形態においては精研削まで−６００〜−７６０ｍｍＨｇの高真空負圧２３でウエーハ１を吸着保持し、スパークアウト移行時に切換バルブ２２の切換操作に−１００〜−５０ｍｍＨｇの低負圧源２４に切り換えて低負圧吸着を行なうように構成した。
【００２５】
この結果、砥石切り込みが行なわれる精研研削加工時までは、通常の真空に近い強固な吸着圧力でワークを保持して（ウエーハ１の弾性変形力が生じた状態で）研削加工を行なうが、砥石の送り圧力が低下若しくはほとんど存在しないスパークアウト移行後においてはウエーハ１の保持力を維持し得る程度に吸着圧力を低減されているために、精研研削加工時までのウエーハ１の弾性変形力が実質的に解除された状態で平面研削を行なう事が出来、前記弾性変形により除去しきれなかったうねりが除去され、前記吸着を解除しても平面研削されたうねりのない、若しくは少ないウエーハ形状が維持されるものである。
【００２６】
【実施例】
図３に示すシーケンスで、粗研削送り速度＝１５０ｍｍ／分、精研削送り速度＝７０ｍｍ／分で精研削までは前記吸着圧力を−６００ｍｍＨｇに維持した状態で粗研削〜精研削を行ない、その後比較例１では前記吸着圧力を−６００ｍｍＨｇに維持したまま、比較例２では−４００ｍｍＨｇに低減し、実施例では−１００ｍｍＨｇに低減し、夫々スパークアウト時間＝２０〜５０ｓｅｃでスパークアウト加工を行なった結果−１００ｍｍＨｇの場合にうねりが低減されていることが図５により確認された。
【００２７】
図５は魔鏡の原理によるＯＲＰを用いた比較例１（−６００ｍｍＨｇ）、比較例２（−４００ｍｍＨｇ）、実施例（−１００ｍｍＨｇ）夫々の像写画が示してあるが実施例においてうねりがほとんど発生していない事が確認された。
【００２８】
【発明の効果】
以上記載のように本発明によれば、特に大きな設備投資の必要がなく、又特別な原材料や煩雑な作業も必要とせずに、うねり成分を有する薄板ワークの、特に周期約０．５〜３０ｍｍのうねりがワーク表面側に実質的にほとんど転写される事なく平坦度研磨を可能とする。
特にアズカットウエーハの平面研削加工に適用した場合に従来のラッピングや場合によってはエッチングも不用とする低コストでうねりの内高品質の半導体シリコンの製造を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す作用図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる平面研削装置の概略構成を示す摸式図で、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は模式斜視図である。
【図３】本発明の実施例と比較例１、２にかかる薄板ワーク平面研削方法の概要を示すシーケンス図である。
【図４】従来公知技術（Ａ）と先願技術（Ｂ）の基本構成を示す作用図である。
【図５】図３の実施例と比較例１、２の加工手順に基づいて研削加工されたウエーハ夫々の魔鏡の原理によるＯＲＰを用いた像写画である。
【符号の説明】
１ ワーク（ウエーハ）
２ ベースプレート（吸着盤）
１１ 回転テーブル
１２ 砥石
１５、１７ 回転モータ
１４、１６ 回転軸
２２ 切換バルブ
２３ 高真空負圧原
２４ 低負圧源

Claims (2)

1. うねり成分を有する薄板ワーク背面を負圧により吸着固定した状態でその表面側を平面研削する平面研削方法において、
   前記薄板ワークを吸着固定するための負圧（以下吸着圧力と言う）を砥石の送り圧力が低下するスパークアウト時において低減させて研削加工を行なうことを特徴とする薄板ワーク平面研削方法。
2. 前記薄板ワークが半導体ウエーハである請求項１記載の薄板ワーク平面研削方法において、前記低減吸着圧力を略−１００〜−５０ｍｍＨｇとした薄板ワーク平面研削方法。

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