JP4927504B2 - ウエーハの研削方法および研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンインゴット等の半導体インゴットからスライスしたウエーハの少なくとも一方の面を研削するウエーハの研削方法および研削装置に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、シリコンインゴット等の半導体インゴットをスライスしてウエーハを形成し、このウエーハの両面を研削して平坦面に形成する。この半導体インゴットのスライスは、内周刃切断機やマルチワイヤーソーなどの切断機によって行われている。しかるに、切断機によって半導体インゴットがスライスされたウエーハの両面にはウネリが生成されており、ウネリを有しているウエーハの両面をそのまま研削してもウネリが残存する。即ち、ウネリを有しているウエーハの一方の面を研削する際に、ウエーハの他方の面を研削装置のチャックテーブルに吸引保持すると、ウエーハは他方の面に生成されているウネリが弾性変形してチャックテーブルの吸着面に吸着される。このようにして吸引保持されたウエーハの一方の面を研削すると、ウエーハの一方の面はチャックテーブルに吸引保持された状態においては平坦面に研削されるが、ウエーハは研削後にチャックテーブルから外すとスプリングバックして弾性変形前の状態に戻るため、研削された一方の面にウネリが残存してしまう。

上述した問題を解決するウエーハの研削方法として、半導体インゴットをスライスして形成したウエーハの一方の面を研削する際に、ウエーハの他方の面にワックスを塗布して硬化させ、硬化されたワックス側を研削装置のチャックテーブルに吸引保持し、ウエーハの一方の面を研削する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
特願２０００−５９８２公報

而して、上記公報に開示されたウエーハの研削方法は、ウエーハの一方の面を研削する際に、ウエーハの他方の面にワックスを塗布する工程や、ウエーハの他方の面に塗布されたワックスを除去する工程等を実施する必要があり、作業効率が悪い。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、半導体インゴットをスライスして形成されたウエーハの少なくとも一方の面を効率よく平坦な面に研削することができるウエーハの研削方法および研削装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、半導体インゴットをスライスして形成されたウエーハの一方の面を研削するウエーハの研削方法であって、
ウエーハの中心領域のみを保持するチャックテーブルによってウエーハの他方の面の中心領域を吸引保持するウエーハ保持工程と、
ウエーハの中心領域のみを吸引保持した該チャックテーブルを回転し、研削砥石を備えた研削ホイールを回転させつつ研削砥石をウエーハの一方の面に接触させることにより、ウエーハの一方の面を研削する研削工程と、
該研削工程において該チャックテーブルに中心領域のみが吸引保持されたウエーハの外周部を摺動可能に支持するウエーハ支持工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。

上記ウエーハ支持工程は、ウエーハの外周部下面を流体層によって支持する。

また、本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブル機構と、該チャックテーブル機構に保持されたウエーハを研削するための研削ホイールを有する研削手段と、を具備するウエーハの研削装置において、
該チャックテーブル機構は、ウエーハの中心領域のみを吸引保持する吸着保持チャックを備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルを回転駆動する駆動源と、該チャックテーブルに中心領域のみが吸引保持されたウエーハの外周部を摺動可能に支持するウエーハ支持手段とを具備しており、
該研削ホイールは、支持基台と、該支持基台の下面に環状に配設された研削砥石と、該環支持基台を回転駆動する駆動機構とを具備し、該支持基台の下面に環状に配設された該研削砥石は該チャックテーブルの該吸着保持チャックに中心領域のみが吸引保持されたウエーハの一方の面の回転中心から外周に至る領域と接触するように構成されている、
ことを特徴とするウエーハの研削装置が提供される。

上記チャックテーブルの吸着保持チャックは、樹脂によって形成されている。この吸着保持チャックを形成する樹脂は、硬質ウレタンであることが望ましい。
また、上記ウエーハ支持手段は、ウエーハの外周部下面に流体層を形成する流体層形成手段であることが望ましい。

本発明によれば、ウエーハは中心領域のみがチャックテーブル上に吸引保持されているので、ウネリの弾性変形による影響はきわめて少ない。従って、ウエーハの一方の面を研削した後にチャックテーブルから取り外しても、スプリングバックによって研削された一方の面にウネリが残存することは極めて少ない。このように本発明によれば、上記従来の研削方法のようにウエーハの一方の面を研削する際に、ウエーハの他方の面にワックスを塗布する工程やワックスを除去する工程等を実施する必要がないので、半導体インゴットをスライスして形成されたウエーハの一方の面を効率よく平坦な面に研削することができる。また、本発明によれば、チャックテーブルに中心領域のみが吸引保持されたウエーハの外周部を摺動可能に支持しつつ研削するので、ウエーハの外周部の振れが防止される。

以下、本発明によるウエーハの加工方法および研削装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図１には本発明に従って構成された研削装置の斜視図が示されている。
図１に示す研削装置１は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット３２を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット３２が取り付けられる。

スピンドルユニット３２は、支持部３１３に装着されたユニットハウジング３２１と、該ユニットハウジング３２１に回転自在に配設された回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ３２３とを具備している。回転スピンドル３２２の下端部はユニットハウジング３２１の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状のマウンター３２４が設けられている。なお、マウンター３２４には、周方向に間隔をおいて複数のボルト挿通孔（図示していない）が形成されている。このマウンター３２４の下面に研削ホイール４が着脱可能に装着される。この研削ホイール４は、環状の支持基台４１と、該環状の支持部材４１の下面に同一円周上に環状に配設された複数個の研削砥石４２とからなっており、支持基台４１が上記マウンター３２４の下面に締結ボルト３２５によって装着される。このように構成されたスピンドルユニット３２は、サーボモータ３２３を駆動すると回転スピンドル３２２およびマウンター３２４を介して研削ホイール４が回転せしめられる。従って、サーボモータ３２３と回転スピンドル３２２およびマウンター３２４は、研削ホイール４を回転駆動する駆動手段として機能する。

図１に示す研磨装置は、上記研磨ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研削送り手段５を備えている。この研削送り手段５は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド５１を具備している。この雄ねじロッド５１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材５２および５３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材５２には雄ねじロッド５１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ５４が配設されており、このパルスモータ５４の出力軸が雄ねじロッド５１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド５１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ５４が正転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ５４が逆転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

上記ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構６が配設されている。チャックテーブル機構６は、図２に示すように支持台６１とこの支持台６１に実質上鉛直に延びる回転中心軸線を中心として回転自在に配設されたチャックテーブル６２とを含んでいる。支持台６１は、ハウジング２の主部２１に前後方向（直立壁２２の前面に垂直な方向）である矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に延在する一対の案内レール２３、２３上に摺動自在に載置されており、後述するチャックテーブル移動機構６６によって図１に示す被加工物搬入・搬出域２４（図２において実線で示す位置）と上記スピンドルユニット３２を構成する切削工具３３と対向する加工域２５（図２において２点鎖線で示す位置）との間で移動せしめられる。

上記チャックテーブル６２は被加工物としてのウエーハの中心領域のみを吸引保持するように構成されており、図３に示すように円筒状の基台６２１と複数の通気孔を有する硬質ウレタンによって円盤状に形成され吸着保持チャック６２２とからなっている。このように構成されたチャックテーブル６２は、吸着保持チャック６２２の上面である保持面６２２a上に載置されたウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持する。なお、図示の実施形態における吸着保持チャック６２２の保持面６２２aは、図３において誇張して示すように回転中心P1を頂点として円錐形に形成されている。この円錐形に形成された保持面６２２aは、その半径をRとし、頂点の高さをHとすると、勾配（H/R）が０．００００１〜０．００１に設定さえている。なお、図示の実施形態においては、吸着保持チャック６２２の保持面６２２aの半径Rが２０mmに設定され、頂点の高さHが２０μmに設定されている。

図２に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル６２は、支持台６１上に配設された駆動源としてのサーボモータ６３によって回転せしめられるように構成されている。なお、図示の実施形態におけるチャックテーブル機構６は、チャックテーブル６２を挿通する穴を有し上記支持台６１等を覆い支持台６１とともに移動可能に配設されたカバー部材６４を備えている。

図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるチャックテーブル機構６は、上記チャックテーブル６２に中心領域のみが吸引保持されるウエーハの外周部を摺動可能に支持するウエーハ支持手段６６を具備している。このウエーハ支持手段６６は、図示の実施形態においてはウエーハの外周部下面に支持流体層を形成する流体支持層形成手段からなっている。即ち、ウエーハ支持手段６６は、チャックテーブル６２の側方において支持台６１に配設された複数（図示の実施形態においては４個）の第１の水流出管６６１と、該第１の水流出管６６１に水を供給する図示しない水供給手段とからなっている。複数の第１の水流出管６６１は、上方に向けて開口する流出口６６１aと備えており、この流出口６６１aの高さ位置はチャックテーブル６２を構成する吸着保持チャック６２２の上面である保持面６２２aより僅かに下方位置に設定されている。また、図示の実施形態におけるウエーハ支持手段６６は、上記複数の水流出管６６１と対向する位置においてチャックテーブル６２に中心領域のみが吸引保持されるウエーハの外周部上面に流体層を形成する複数（図示の実施形態においては２個）の第２の水流出管６６２を備えている。この複数の第２の水流出管６６２は、下方に向けて開口する流出口６６２aを備えたノズル部６６２bと、該ノズル部６６２bを支持する支持部６６２cとからなっており、支持部６６２cが支持台６１に回動可能に配設されている。なお、複数の第２の水流出管６６２も図示しない水供給手段に接続されている。このように構成された複数の第２の水流出管６６２は、図２において実線で示す待機位置と、図２において２点鎖線で示す作用位置に選択的に位置付けられるようになっている。

図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態における研削装置は、上記チャックテーブル６２を一対の案内レール２３に沿って矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめるチャックテーブル移動機構７を具備している。チャックテーブル移動機構７は、一対の案内レール２３、２３間に配設され案内レール２３、２３と平行に延びる雄ねじロッド７１と、該雄ねじロッド７１を回転駆動するサーボモータ７２を具備している。雄ねじロッド７１は、上記支持台６１に設けられたネジ穴６１１と螺合して、その先端部が一対の案内レール２３、２３を連結して取り付けられた軸受部材７３によって回転自在に支持されている。上記サーボモータ７２は、その駆動軸が雄ねじロッド７１の基端と伝動連結されている。従って、サーボモータ７２が正転すると支持台６１即ちチャックテーブル機構６が矢印２３ａで示す方向に移動し、サーボモー７２が逆転すると支持台６１即ちチャックテーブル機構６が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる。矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめられるチャックテーブル機構６は、図２において実線で示す被加工物搬入・搬出域と２点鎖線で示す加工域に選択的に位置付けられる。

図１に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル機構６を構成する支持台６１の移動方向両側には、図１に示すように横断面形状が逆チャンネル形状であって、上記一対の案内レール２３、２３や雄ねじロッド７１およびサーボモータ７２等を覆っている蛇腹手段８１および８２が付設されている。蛇腹手段８１および８２はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段８１の前端は加工作業部２１１の前面壁に固定され、後端はチャックテーブル機構６のカバー部材６４の前端面に固定されている。蛇腹手段８２の前端はチャックテーブル機構６のカバー部材６４の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル機構６が矢印２３ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段８１が伸張されて蛇腹手段８２が収縮され、チャックテーブル機構６が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段８１が収縮されて蛇腹手段８２が伸張せしめられる。

図示の実施形態における研削装置は以上のように構成されており、以下研削装置により半導体インゴットをスライスして形成されたウエーハの一方の面を研削するウエーハの研削方法について説明する。
図４には、本発明に従って加工される半導体インゴットをスライスして形成されたウエーハの正面図が示されている。図４に示すウエーハ１０は、直径が例えば２００mmの円板状に形成されており、その上面および下面には誇張して示すウネリ１０１が生成されている。

図４に示すウエーハ１０の一方の面を図２に示す研削装置１を用いて研削するには、被加工物搬入・搬出域２４に位置付けられているチャックテーブル機構６のチャックテーブル６２上に図示しない搬送手段によってウエーハ１０を搬送する。このとき、ウエーハ支持手段６６の複数の第２の水流出管６６２は、図２において実線で示す待機位置に位置付けられている。チャックテーブル６２上に搬送されたウエーハ１０は、図５に示すように吸着保持チャック６２２の保持面６２２a上に他方の面（図５において下面）における中心領域が載置される。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、チャックテーブル６２上にウエーハ１０の中心領域を吸引保持する（ウエーハ保持工程）。このようにチャックテーブル６２上にウエーハ１０の中心領域を吸引保持すると、チャックテーブル６２を構成する吸着保持チャック６２２の保持面６２２aは上述したように回転中心P1を頂点として円錐形に形成されているので、ウエーハ１０も回転中心P1を頂点として円錐形となる。なお、ウエーハ１０は中心領域のみがチャックテーブル６２の吸着保持チャック６２２上に吸引保持されているので、ウネリ１０１の弾性変形による影響はきわめて少ない。特に図示の実施形態においては、ウエーハ１０の中心領域を吸引保持するチャックテーブル６２の吸着保持チャック６２２は複数の通気孔を有する硬質ウレタンによって形成されているので、ウエーハ１０の他方の面（図５において下面）に生成されているウネリ１０１によって僅かに弾性変形するため、ウエーハ１０のウネリ１０１が弾性変形することはない。従ってウエーハ１０は、ウネリ１０１が生成された自然の状態でチャックテーブル６２の吸着保持チャック６２２上に吸引保持される。

上述したウエーハ保持工程を実施したならば、チャックテーブル移動機構７（図２参照）を作動してチャックテーブル機構６を矢印２３ａで示す方向に移動し、ウエーハ１０を保持したチャックテーブル６２を加工域２５に位置付ける。このようにしてウエーハ１０を保持したチャックテーブル６２が加工領域２５に位置付けられたならば、チャックテーブル６２を図５において矢印６２aで示す方向に例えば３００rpmの回転速度で回転するとともに、上記スピンドルユニット３２のサーボモータ３２３を駆動して研削ホイール４を矢印４aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転する。そして、ウエーハ支持手段６６の第２の水流出管６６２を図５に示すように第１の水流出管６６１とそれぞれ対向する作用位置に位置付け、図示しない水供給手段を作動して第１の水流出管６６１の流出口６６１aからウエーハ１０の外周部下面に向けて水を流出するとともに、第２の水流出管６６２の流出口６６２aからウエーハ１０の外周部上面に向けて水を流出する。この結果、チャックテーブル６２に中央領域のみが吸引保持されたウエーハ１０における外周部の下面および上面には流体層９が形成され、ウエーハ１０の外周部は流体層９によって支持される。従って、チャックテーブル６２に中央領域のみが吸引保持されたウエーハ１０の外周部の振れが防止される。なお、図示の実施形態におけるウエーハ支持手段６６は、複数の第１の水流出管６６１と複数の第２の水流出管６６２を備えチャックテーブル６２に中央領域のみが吸引保持されたウエーハ１０における外周部の下面および上面に流体層９を形成する例を示したが、ウエーハ１０における外周部の下面に流体層９を形成する第１の水流出管６６１だけでもよい。

次に、上記研削送り手段５のパルスモータ５４を正転駆動し研削ホイール４を矢印４bで示すように下降して研削送りする。この結果、研削ホイール４の複数の研削砥石４２がウエーハ１０の上面である一方の面に所定の圧力で押圧し、ウエーハ１０の上面である一方の面は全面に渡って研削される（研削工程）。なお、この研削工程においては、図示しない研削水供給手段によって研削砥石４２による研削加工部に供給される。研削工程を実施することにより、ウエーハ１０の上面である一方の面に形成されたウネリ１０１が除去され、ウエーハ１０の上面である一方の面は平坦面に形成される。なお、研削工程においては、上述したようにチャックテーブル６２に中央領域のみが吸引保持されたウエーハ１０における外周部の下面および上面が流体層９によって支持され振れが防止されているので、ウエーハ１０の上面である一方の面を確実に平坦面に研削することができる。このようにして研削工程が実施されたウエーハ１０は、他方の面を研削するためにチャックテーブル６２から外しても、他方の面に生成されているウネリ１０１が上述したように弾性変形していないので、スプリングバックによって研削された一方の面にウネリ１０１が残存することはない。

上述した研削工程を実施することによりウエーハ１０の一方の面を研削したならば、ウエーハ１０の他方の面を研削する。このウエーハ１０の他方の面の研削は、ウエーハ１０の一方の面を研削装置のチャックテーブル６２に吸引保持し、ウエーハ１０の他方の面を上述したように研削する。なお、ウエーハ１０の他方の面の研削においては、ウエーハ１０の一方の面が上述した研削工程を実施することにより平坦面に形成されているので、ウエーハ１０の全面を吸引保持する従来用いられている研削装置によって実施することもできる。

本発明に従って構成された研削装置の斜視図。 図１に示す研削装置を構成するチャックテーブル機構の斜視図。 図２に示すチャックテーブル気候を構成するチャックテーブルの要部を拡大して示す断面図。 本発明によるウエーハの研削方法によって加工される半導体インゴットをスライスして形成されたウエーハの正面図。 本発明によるウエーハの研削方法におけるウエーハ保持工程および研削工程の説明図。

符号の説明

１：研削装置
２：装置ハウジング
３：研削ユニット
３１：移動基台
３２：スピンドルユニット
３２１：ユニットハウジング
３２２：回転スピンドル
３２３：サーボモータ
３２４：マウンター
４：研削ホイール
４１：支持基台
４２：研削砥石
５：研削送り手段
５４：パルスモータ
６：チャックテーブル機構
６１：支持台
６２：チャックテーブル
６２１：チャックテーブルの基台
６２２：吸着保持チャック
６３：サーボモータ
６４：カバー部材
６６：ウエーハ支持手段
６６１：第１の水流出管
６６２：第２の水流出管
１０：半導体ウエーハ

Claims (6)

1. 半導体インゴットをスライスして形成されたウエーハの一方の面を研削するウエーハの研削方法であって、
   ウエーハの中心領域のみを保持するチャックテーブルによってウエーハの他方の面の中心領域を吸引保持するウエーハ保持工程と、
   ウエーハの中心領域のみを吸引保持した該チャックテーブルを回転し、研削砥石を備えた研削ホイールを回転させつつ研削砥石をウエーハの一方の面に接触させることにより、ウエーハの一方の面を研削する研削工程と、
   該研削工程において該チャックテーブルに中心領域のみが吸引保持されたウエーハの外周部を摺動可能に支持するウエーハ支持工程と、を含む、
   ことを特徴とするウエーハの研削方法。
2. 該ウエーハ支持工程は、ウエーハの外周部下面を流体層によって支持する、請求項１記載のウエーハの研削方法。
3. ウエーハを保持するチャックテーブル機構と、該チャックテーブル機構に保持されたウエーハを研削するための研削ホイールを有する研削手段と、を具備するウエーハの研削装置において、
   該チャックテーブル機構は、ウエーハの中心領域のみを吸引保持する吸着保持チャックを備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルを回転駆動する駆動源と、該チャックテーブルに中心領域のみが吸引保持されたウエーハの外周部を摺動可能に支持するウエーハ支持手段とを具備しており、
   該研削ホイールは、支持基台と、該支持基台の下面に環状に配設された研削砥石と、該環支持基台を回転駆動する駆動機構とを具備し、該支持基台の下面に環状に配設された該研削砥石は該チャックテーブルの該吸着保持チャックに中心領域のみが吸引保持されたウエーハの一方の面の回転中心から外周に至る領域と接触するように構成されている、
   ことを特徴とするウエーハの研削装置。
4. 該チャックテーブルの該吸着保持チャックは、樹脂によって形成されている、請求項３記載のウエーハの研削装置。
5. 該吸着保持チャックを形成する樹脂は、硬質ウレタンである、請求項４記載のウエーハの研削装置。
6. 該ウエーハ支持手段は、ウエーハの外周部下面に流体層を形成する流体層形成手段である、請求項３から５のいずれかに記載のウエーハの研削装置。

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