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発明の名称 ウェーハの研削装置および該装置を用いたウェ−ハ研削方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−309657
公開日 平成10年(1998)11月24日
出願番号 特願平9−135913
出願日 平成9年(1997)5月8日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】安倍 逸郎
発明者 田中 恵一 / 黒田 幸夫 / 加賀谷 修 / 寺沢 昭浩
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 単結晶インゴットから切り出されたウェーハをチャックテーブルに搭載・固定し、回転する研削ヘッドを下降・当接して、該研削ヘッドの下面外周部に環状配置された多数個の部分砥石からなるカップ型砥石により、ウェーハ表面を研削するウェーハの研削装置において、上記カップ型砥石が、上記各部分砥石を、上記研削ヘッドの回転軸を中心に真円配置させたものであるウェーハの研削装置。
【請求項2】 上記カップ型砥石の粗さが#1500〜#2500である請求項1に記載のウェーハの研削装置。
【請求項3】 単結晶インゴットから切り出されたウェーハをチャックテーブルに搭載・固定する工程と、次いで、回転する研削ヘッドを下降・当接して、該研削ヘッドの下面外周部に真円配置された多数個の部分砥石からなるカップ型砥石により、ウェーハの表面を研削する工程とを備えたウェーハの研削装置を用いたウェーハ研削方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、研削のスループットを高められるウェーハの研削装置および該装置を用いたウェーハ研削方法に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、シリコンウェーハは、各種の方法により製造されている。例えば、単結晶インゴットから切り出されたウェーハをスライス・面取りした後、ラップ工程を経て、ウェーハ表面を片面ずつ研削する方法がある。従来、この片面研削装置として、例えばウェーハを搭載・固定するチャックテーブルと、チャックテーブルにより固定されたウェーハの表面を砥石を用いて研削する研削ヘッドとを備えたものが知られている。なお、ここでいう砥石とは、研削ヘッドの下面外周部に多数個の部分砥石を環状配置したカップ型の砥石である。従来のカップ型砥石は、各部分砥石を底面視して、三角のおむすび形や楕円形に配置されていた。ウェーハ研削時は、ラップ工程後のウェーハをチャックテーブルに搭載・固定し、回転する研削ヘッドのカップ型砥石を下降・当接して、まずウェーハの表面を研削する。その後、ウェーハを裏返して再固定し、それから研削ヘッドを下降して、ウェーハの裏面を研削する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来のウェーハの研削装置においては、以下の課題が生じていた。すなわち、研削ヘッドに設けられたカップ型砥石の形状が、三角のおむすび形や楕円形であったので、研削表面に独特のうねり、すなわち研削痕が発生していた。その結果、この研削痕の発生防止のために、加工速度を低めに設定する必要があり、また、これを除去するためにスパークアウトが長時間必要という理由により、研削に時間がかかり、研削のスループットが低下するという問題点があった。
【0004】ところで、支持基板用ウェーハ上に活性層用ウェーハを張り合わせた張り合わせ基板では、張り合わせ熱処理後、活性層用ウェーハを500〜600μm程度の量を研削・研磨して除去している。具体的には、上記片面研削装置のチャックテーブルに、支持基板用ウェーハ側を下向きにした張り合わせ基板を搭載・固定し、同じようにして回転中の研削ヘッドにより活性層用ウェーハの表面を研削していた。この際にも、研削ヘッドに装着されるカップ型砥石の形状は、三角のおむすび形などであり、この結果、同様の問題点があった。
【0005】
【発明の目的】そこで、この発明は、研削のスループットを高められるウェーハの研削装置および該装置を用いたウェーハ研削方法を提供することを、その目的としている。また、この発明は、研削時の砥石の焼きつきを防止できるウェーハの研削装置を提供することを、その目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、単結晶インゴットから切り出されたウェーハをチャックテーブルに搭載・固定し、回転する研削ヘッドを下降・当接して、該研削ヘッドの下面外周部に環状配置された多数個の部分砥石からなるカップ型砥石により、ウェーハ表面を研削するウェーハの研削装置において、上記カップ型砥石が、上記各部分砥石を、上記研削ヘッドの回転軸を中心に真円配置させたものであるウェーハの研削装置である。
【0007】研削されるウェーハは、例えばシリコンウェーハ、表面にSiO2膜が形成されたウェーハ、表面にポリシリコン膜が形成されたウェーハなど、どのような品種のウェーハでも2段研削を前提とした場合は可能である。また、ウェーハは、片面だけを研削しても、両面を研削してもよい。また、支持基板用ウェーハ上に活性層用ウェーハを張り合わせた張り合わせ基板でもよい。ここでいう張り合わせ基板は、ウェーハ同士を張り合わせる基板であればその品種に限定されない。例えば、Si/Si基板、SOI(Silicon on Insulator)基板やSiO2/SiO2基板などでもよい。
【0008】また、研削ヘッドの下降速度は、砥石の相対的な移動距離が3000〜4000m/分の場合において、0.05〜1.0μm/sec、特に0.5〜0.8μm/secが好ましい。0.05μm/sec未満では、ウェーハの研削面への研削痕は発生しないものの、研削時間が長くなり過ぎる。一方、1.0μm/secを超えると、研削時間は短縮されるが、研削痕が大きくなり、研削後の研磨工程におけるウェーハ表面の研磨量が大きくなる。ウェーハ表面の切り込み深さは、最大値で砥粒の平均粒径の1/3程度が好ましい。すなわち、例えば#2000の砥石では、平均粒径が4〜6μmであるので、この最大切り込み深さは1.33〜2μmとなる。ここでいう切り込み深さは、研削ヘッドの下降速度とチャックテーブルの回転速度により決定される。なお、チャックテーブルは、通常、ウェーハを搭載面に真空吸着するが、必ずしもこれに限定されない。なお、これらの事項は、請求項3にも適用される。
【0009】請求項2の発明は、上記カップ型砥石の粗さが#1500〜#3000である請求項1に記載のウェーハの研削装置である。カップ型砥石を構成する各部分砥石の好ましい粗さは、#1500〜#2500である。#1500未満ではウェーハにクラックが発生したり、研削による加工変質層が深くなる。一方、#3000を超えると、研削時の摩擦熱により砥石が焼きついてしまう。
【0010】請求項3の発明は、単結晶インゴットから切り出されたウェーハをチャックテーブルに搭載・固定する工程と、次いで回転する研削ヘッドを下降・当接して、該研削ヘッドの下面外周部に真円配置された多数個の部分砥石からなるカップ型砥石により、ウェーハのウェーハ表面を研削する工程とを備えたウェーハの研削装置を用いたウェーハ研削方法である。
【0011】
【作用】請求項1〜請求項3に記載のウェーハの研削装置および該装置を用いたウェーハ研削方法によれば、ウェーハをチャックテーブルに搭載・固定し、回転する研削ヘッドを下降・当接して、この研削ヘッドの下面外周部に環状配置されたカップ型砥石により、ウェーハ表面を研削する。この際、カップ型砥石が、研削ヘッドの回転軸を中心にして多数個の部分砥石を真円配置したものであるので、瞬時的な研削状態の変動が少なく、したがってうねりが発生しにくい。そのため、加工速度の維持とスパークアウトの低減が可能となり、比較的研削時間が短くなり、研削のスループットが高まる。
【0012】特に、請求項2に記載のウェーハの研削装置によれば、カップ型砥石の粗さを#1500〜#3000としたので、研削時にウェーハにクラックが生じるのを防止できたり、研削加工によるウェーハの変質層を浅くでき、しかも研削時に発生する摩擦熱で砥石が焼きつくのも防げる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお、ここでは張り合わせ基板の活性層用ウェーハの研削を例に説明する。図1はこの発明の一実施例に係るウェーハの研削装置の全体斜視図、図2は研削ヘッドの拡大斜視図、図3は研削ヘッドの拡大底面図、図4は部分砥石によるウェーハ研削工程を示す説明図である。図1において、10はウェーハの研削装置であり、このウェーハの研削装置10は、ウェーハの一例である張り合わせ基板11が搭載・固定されるチャックテーブル12と、この固定された張り合わせ基板11の活性層用ウェーハ11Aの表面を研削する研削ヘッド13とを備えている。
【0014】張り合わせ基板11は、表面にSiO2膜が形成された支持基板用ウェーハ11B上に、単結晶インゴットから切り出されたままの活性層用ウェーハ11Aが室温で張り合わされ、その後、張り合わせ熱処理されたものである。もちろん、前述したように、張り合わせ基板11に代えて、通常の各種1枚ウェーハでもよい。チャックテーブル12は、図外の駆動モータを内蔵する平面視して円形の回転テーブル14を有している。回転テーブル14上には、ウェーハ吸着固定用のリング状のチャック15が設けられている。この回転テーブル14の回転方向は、図1において時計回りであり、回転速度は10〜50rpmである。
【0015】研削ヘッド13は、図外の昇降モータおよび垂直方向へ延びるLMガイド16aを介して、横行基台16Aに昇降可能に設けられている。この横行基台16Aは、図外の横行モータおよび水平方向へ延びるLMガイド16bを介して、チャックテーブル12に近接したり離反したりする。回転モータ17の下向きの出力軸には、肉厚円板の砥石固定部18が固着されている。この砥石固定部18の下面外周部に、直径200mmのカップ型砥石19が装着されている。
【0016】図2、図3に示すように、カップ型砥石19は、それぞれ円弧状をした27個の部分砥石20を、研削ヘッド13の回転軸aを中心に真円配置した環状砥石である。各部分砥石20は番手#2000の粗さであり、砥粒の平均粒径は4〜6μmである。カップ型砥石の粗さを#2000としたので、研削時の活性層用ウェーハ11Aのクラックを防止できるとともに、研削加工によるウェーハの変質層を浅くできる。しかも、#2000くらいでは研削時にそれほど高い摩擦熱が発生しないので、カップ型砥石19が焼きつくのも防止できる。なお、砥粒の保持力を高めるために、人造ダイヤにニッケルメッキしたものを採用してもよい。部分砥石20の寸法は、長さ20mm、厚さ2〜4mmである。また、各部分砥石20間の隙間は1mmである。そして、回転モータ17による砥石固定部18の回転方向は、回転テーブル14とは反対の図1において反時計回りであり、回転速度は5500rpmである。なお、カップ型砥石19の相対的な移動距離は、3000〜4000m/分である。
【0017】次に、この発明の一実施例に係るウェーハの研削装置10を用いた張り合わせ基板の活性層用ウェーハ研削方法を説明する。図1に示すように、活性層用ウェーハ11Aの研削時には、まずチャックテーブル12のチャック15内に、張り合わせ基板11を支持基板用ウェーハ11Bを下向きにして搭載する。次いで、チャック15を作動し、張り合わせ基板11を真空吸着で固定する。
【0018】次いで、LMガイド16bを介して、横行基台16Aをチャックテーブル12側へ移動し、研削ヘッド13をこのテーブル12上に配置する。その後、回転モータ17により砥石固定部18を回転しながら、LMガイド16aを介して、0.5〜1.0μm/secの速度で下降する。これにより、回転中のカップ型砥石19で活性層用ウェーハ11Aの表面を研削する(図4参照)。なお、活性層用ウェーハ11Aの表面からの各部分砥石20の切り込み深さは、砥粒の平均粒径(4〜6μm)の1/3(1.33〜2μm)以下としている。
【0019】この際、カップ型砥石19が、研削ヘッド13の回転軸aを中心にして、多数個の部分砥石20を真円配置したものであるので、瞬時的な研削状態の変動が少なく、うねりが発生し難い。そのため、加工速度の維持とスパークアウトの低減が可能となり、従来砥石に比べて研削時間が短くなって、研削のスループットが高まる。実際に部分砥石20を三角のおむすび形や楕円形に配置して比較実験を行ってみた。その結果、実施例のウェーハの研削装置10を使った方が、研削時間が短縮され、スループットも1.5倍となった。この発明はこの実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあってもこの発明に含まれる。
【0020】
【発明の効果】以上説明してきたように、請求項1〜請求項3に記載のウェーハの研削装置および該装置を用いたウェーハ研削方法によれば、チャックテーブルに搭載・固定されたウェーハの表面に回転中の研削ヘッドを押し当てて、真円配置されたカップ型砥石によりウェーハ表面を研削するようにしたので、瞬時的な研削状態の変動が少なく、うねりが発生しにくい。そのため、加工速度の維持とスパークアウトの低減が可能となって、比較的ウェーハの研削時間が短縮され、研削のスループットが高まる。
【0021】特に、請求項2に記載のウェーハの研削装置によれば、カップ型砥石の粗さを#1500〜#3000としたので、研削時にウェーハにクラックが入るのを防止できたり、研削加工によるウェーハの変質層を浅くでき、しかも研削時の摩擦熱による砥石の焼きつきも防止できる。




 

 


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