CN105980103A - 工件的双头磨削方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种工件的双头磨削方法，其通过环状支持器将薄板状的工件沿着径向从外周边侧支承并使其自转，并且通过一对磨石来同时磨削通过所述环状支持器所支承的所述工件的双面，该工件的双头磨削方法的特征在于，相对于所述工件的每1μm的磨削加工量，将所述磨石的磨耗量设定为0.10μm以上且0.33μm以下，来同时磨削所述工件的双面。由此，提供一种工件的双头磨削方法，其在双头磨削步骤中，能够不使平坦度恶化地，降低在切片步骤等前面步骤所形成的纳米形貌。

Description

工件的双头磨削方法
技术领域
本发明尤其涉及一种工件的双头磨削方法，其能够降低因切片(slice)步骤而产生的纳米形貌。
背景技术
近年来，在硅晶圆等半导体晶圆中，被称为“纳米形貌(nanotopography)”的表面起伏成分的尺寸会成为一项问题。该纳米形貌是从半导体晶圆的表面形状中取出λ＝0.2至2.0mm的波长成分而来，其波长比“弯曲”或“翘曲(warp)”短，且波长比“表面粗糙度”更长；并且，该纳米形貌是PV(峰对谷)值为0.1μm以上且0.2μm以下的极浅的起伏。
双面研磨步骤是半导体晶圆的加工步骤中的最终步骤，经过该双面研磨步骤而拥有镜面的半导体晶圆的纳米形貌，一般是通过光学干涉测定仪来测定。但是，在切断步骤或双头磨削步骤等加工途中，未实施镜面研磨的半导体晶圆因为其主面为非镜面，所以无法通过上述反射干涉测定仪来进行纳米形貌的测量。
因此，在专利文献1中，记载了一种方法，其作为一种算出未拥有镜面的半导体晶圆的纳米形貌的方法，该方法使用电容测定仪，对所得的弯曲形状进行算术的带通滤波处理，由此简易地实现纳米形貌的测定。此外，采用剖面形状的PV值(位移的最大值与最小值之差)来作为该简易的纳米形貌的定量值，以下将该值称作“拟似纳米形貌(pseudo nanotopography)”。
另外，与纳米形貌同样，硅晶圆的平坦度改善要求强烈，过去是要求平坦度(SFQR，Site Frontsurface referenced least sQuares/Range(部位正面基准最小平方/范围))为0.13μm以下的硅晶圆，然而，最近变成要求平坦度(SFQR)为0.07μm以下，甚至是0.04μm以下的硅晶圆。
纳米形貌是晶圆的加工步骤(切片步骤至研磨步骤)中所产生的，在切片步骤中所形成的纳米形貌，只要无法在双头磨削步骤降低，就会残存到最终的步骤后为止。于是，该纳米形貌可说是影响了组件(device)制造中的STI(浅沟槽隔离，shallow trench isolation)步骤的良率。
另外，为了抑制在磨削步骤中产生的纳米形貌，在专利文献2中，记载了一种方法，其在双头磨削装置中，调整供给至用于非接触式支承晶圆的静压垫的静压水的流量，而抑制在双头磨削步骤中产生的纳米形貌。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4420023号说明书
专利文献2：日本专利公开2007-96015号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
然而，如专利文献2所记载的双头磨削方法，虽然研究了抑制在双头磨削步骤中产生的纳米形貌的方法，但是几乎没有研究通过双头磨削步骤来减少在切片步骤等之中所产生的纳米形貌的方法，也未见到一种可有效地降低在切片步骤等所形成的纳米形貌的双头磨削方法。
本发明是鉴于所述问题而完成，目的在于提供一种工件的双头磨削方法，该工件的双头磨削方法，在双头磨削步骤中，能够不使平坦度恶化地，降低在切片步骤等前面步骤所形成的纳米形貌。
(二)技术方案
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种工件的双头磨削方法，其通过环状的支持器将薄板状的工件沿着径向从外周边侧支承并使其自转，并且通过一对磨石来同时磨削通过所述环状支持器所支承的所述工件的双面，该工件的双头磨削方法的特征在于，相对于所述工件的每1μm的磨削加工量，将所述磨石的磨耗量设定为0.10μm以上且0.33μm以下，来同时磨削所述工件的双面。
相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设为0.10μm以上，由此，能够有效降低在切片步骤等所产生的纳米形貌。另外，相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设为0.33μm以下，由此，磨耗量不会变得过剩，能够将成对的磨石彼此之间保持平行，且能够防止平坦度恶化。其结果，能够一边防止平坦度恶化，一边有效降低在切片步骤等所产生的纳米形貌。
此时，作为所述磨石，能够使用将陶瓷结合剂磨石(vitrifiedbonded grindstone)配置在圆环状基体(core)的外周边而成的磨石。
通过使用这种磨石，能够有效促进磨石的自锐作用(self-sharpening)作用，所以能够更加确实地进行稳定的连续磨削。
另外，此时，所述磨石相对于所述工件的每1μm的磨削加工量的磨耗量，是利用下述方式来算出的值：将由磨削时的磨石的前进位置的位移所求出的磨石的磨耗量，除以磨削开始前与磨削结束后的工件厚度差、即磨削加工量。
若如上述般地进行计算，则能够简单地算出磨石相对于工件的每1μm的磨削加工量的磨耗量。
(三)有益效果
若为本发明的工件的双头磨削方法，能够防止磨削后的工件的平坦度恶化、降低在切片步骤等所形成的纳米形貌。若以该方式在磨削步骤降低纳米形貌，则能够有效降低在工件的加工步骤全部结束后所得到的镜面晶圆的表面纳米形貌。
附图说明
图1是表示本发明的双头磨削方法所使用的双头磨削装置的一例的概略图。
图2是表示实施例、比较例中的拟似纳米形貌的降低能力的图表。
图3是表示实施例、比较例中的双面磨削步骤后的纳米形貌的图表。
图4是表示实施例、比较例中的双面磨削步骤后的平坦度(SFQR)的图表。
图5是表示双面磨削步骤后的纳米形貌与双头磨削步骤后的拟似纳米形貌之间的关系的图表。
具体实施方式
下面，针对本发明来说明实施方式，但是本发明并不限定于此实施方式。
如上文所说明，未见到一种双头磨削方法，其可在双头磨削步骤中有效地降低在晶圆的加工步骤所形成的纳米形貌。而且，在切片步骤等所形成的纳米形貌，只要无法在双头磨削步骤来降低，就会残存到最终步骤(双面研磨步骤)为止。因此，本发明人着眼于用于双头磨削的磨石，发现双头磨削用的磨石的磨耗量越多，便越会切入工件，磨石会倾向难以空转。而且，本发明人认为，通过使双头磨削用的磨石的磨耗量增加，在工件的反曲点，磨石变得易于切入，而有效地磨削反曲点，因而可降低纳米形貌。另一方面，本发明人发现，如果磨石的磨耗量增加过度，会变得无法保持成对的磨石彼此之间的平行，而导致平坦度的恶化。
于是，本发明人进一步重复进行实验，发现下述事实而完成了本发明，即，在双头磨削时，若相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设定为0.10μm以上且0.33μm以下，则能够一边防止工件平坦度的恶化一边降低在切片步骤等所形成的纳米形貌。
首先，针对双头磨削后的晶圆的纳米形貌与加工步骤结束后的镜面晶圆的纳米形貌的关系进行说明。
图5是一图表，其表示双头磨削步骤后的晶圆表面的拟似纳米形貌与在双头磨削步骤后以蚀刻步骤、双面研磨步骤的顺序进行加工处理后的晶圆表面的纳米形貌的关系。另外，该晶圆设为直径300mm的单晶硅晶圆。拟似纳米形貌是使用SBW-330(神户制钢(Kobelco)科研所制造)来测定，而纳米形貌是使用Wafer Sight II(科天(KLA-Tencor)公司制造)来测定。
如图5所示，可知若双头磨削后的拟似纳米形貌大，则最终步骤后的纳米形貌也会增加，两者间有相关性。从而，可了解，如本发明的方式，在双头磨削步骤降低在切片步骤等之中所产生的纳米形貌，对于改善在双面研磨步骤后的晶圆表面所见到的纳米形貌，是非常有效的。
接着，参照附图来说明本发明的双头磨削方法所使用的双头磨削装置的一例。
如图1所示，本发明的双头磨削方法所使用的双头磨削装置1，主要具备：一对磨石2，其同时磨削工件W的双面；环状支持器3，其支承工件；以及，一对静压支承构件4，其通过流体的静压以非接触式来支承环状支持器3。
磨石2连接磨石用马达5，而能够高速旋转。此处，虽然磨石2并无特别的限制，但要设为能够将陶瓷结合剂磨石配置在圆环状基体(core)的外周边的磨石等。
另外，环状支持器3沿着径向从外周边侧来支承工件W，且能够自转。在双头磨削装置1中，配设有驱动齿轮(未图标)，该驱动齿轮连接未图标的马达，通过此驱动齿轮，能够使环状支持器3自转。
在环状支持器3的内周边部，形成有朝内侧突出的突起部，该突起部与形成在工件W上的切口也就是缺口(notch)卡合。通过此工件W的缺口与形成于环状支持器3上的突起部的卡合，能够保持工件W并使其旋转。
此处，环状支持器3的材质并无特定限制，例如，该材质能设为氧化铝陶瓷。若使材质为氧化铝陶瓷，则会因加工性良好、加工时不易热膨胀，而能够被高度精确地加工。
静压支承构件4是由支持器静压部与晶圆静压部所构成，该支持器静压部在外周边侧以非接触式来支承环状支持器3，而该晶圆静压部在内周边侧以非接触式来支承晶圆。另外，在静压支承构件4，形成有用于插入驱动齿轮的孔或用于插入磨石2的孔，其中，该驱动齿轮用于使环状支持器3自转。
为了以这样的双头磨削装置1来实施本发明的双头磨削方法，首先，使用环状支持器3，沿着工件W的径向从外周边侧支承。此时，能够使环状支持器3的突起部与工件的缺口卡合而支承。
此处，在双头磨削装置1具备上述静压支承构件4的情况下，将用以支承工件的环状支持器3，以静压支承构件4与环状支持器3具有间隙的方式，配置在一对静压支承构件4之间，并从静压支承构件4供给例如水等的流体，而以非接触式来支承环状支持器3。
以此方式，一边将流体供给至静压支承构件4与环状支持器3之间，一边以非接触式来支承环状支持器3，由此，能够在双头磨削时使用以支承工件W的环状支持器3的位置变得稳定化。而且，在通过环状支持器3来支承工件W的状态下，通过使环状支持器3自转而使工件W旋转。接着，一边使一对磨石2与工件W相对而旋转，一边使该等磨石2分别抵靠工件W的双面，并一边以预定的流量供给磨削水，一边进给相对向的磨石2而使其前进，通过使其间隔逐渐变小，来同时磨削工件W的双面。
此处所使用的磨石2，可使用一种将陶瓷结合剂磨石配置于圆环状基体的外周边而成的磨石。
通过使用这样的磨石，能够有效促进磨石的自锐作用，所以能够更加确实地进行稳定的连续磨削。
此时，在本发明中，相对于工件W的每1μm的磨削加工量，将磨石2的磨耗量设定为0.10μm以上且0.33μm以下。关于此设定，例如预先调节对各个磨石2所施加的负载、磨石2的旋转速度、工件W的旋转速度、磨石2的种类等，而能够设定磨石2的磨耗量。
另外，磨石2相对于工件W的每1μm的磨削加工量的磨耗量，是利用下述方式来算出的值：将由磨削时的磨石2的前进位置的位移所求出的磨石2的磨耗量，除以磨削开始前与磨削结束后的工件W的厚度差、即磨削加工量。
通过以此方式，相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设为0.10μm以上，能够有效降低在切片步骤等所产生的纳米形貌。另外，通过相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设为0.33μm以下，能够将成对的磨石2彼此之间保持平行，且能够防止平坦度恶化。其结果，在磨削步骤中，能够一边防止平坦度恶化，一边有效降低在切片步骤等所产生的纳米形貌。并且，就在磨削步骤中降低纳米形貌后的工件W而言，双面研磨等的工件W的加工最终步骤结束后的纳米形貌得以改善，而能够得到满足客户要求的镜面晶圆。
[实施例]
下面，示出本发明的实施例和比较例来更具体地说明本发明，然而本发明并不限定于这些例子。
(实施例1)
使用如图1所示的双头磨削装置1，利用本发明的双头磨削方法来进行单晶硅晶圆的磨削。此单晶硅晶圆设为下述晶圆：从以CZ法(切克劳斯基法)制造的单晶硅晶锭切出的直径300mm的单晶硅晶圆。
并且，从切出的单晶硅晶圆，选择5片要进行磨削的单晶硅晶圆。以SBW-330(神户制钢科研所制造)来测定这些5片的单晶硅晶圆的拟似纳米形貌，结果为1.0μm。
在实施例1中，相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设定为0.10μm来实施双头磨削。
接着，对双头磨削结束后的5片单晶硅晶圆，使用SBW-330(神户制钢科研所制造)来测定拟似纳米形貌。此时，使用从各个单晶硅晶圆得到的数据，通过下述式(1)来算出拟似纳米形貌降低能力。将拟似纳米形貌降低能力的平均值显示于图2中。另外，所谓的拟似纳米形貌降低能力，是由下述式(1)所求出的拟似纳米形貌的降低率，其值愈大，则显示出使简易的纳米形貌的定量值、即拟似纳米形貌降低的能力愈高。
(拟似纳米形貌降低能力)＝(磨削前的拟似纳米形貌－磨削后的拟似纳米形貌)÷(磨削前的拟似纳米形貌)×100···式(1)
另外，测定拟似纳米形貌后，将单晶硅晶圆以作为后步骤的蚀刻步骤、双面研磨步骤的顺序进行加工处理，而得到镜面晶圆。针对该5片镜面晶圆，使用Wafer Sight II(科天公司制造)来测定纳米形貌。将其平均值显示于图3中。
另外，进行这些镜面晶圆的平坦度(SFQR)的测定。将其平均值显示于图4中。
如图2所示，可确认实施例1的拟似纳米形貌降低能力比下文所述的比较例1高9.2％。
另外，如图3所示，可确认镜面晶圆的纳米形貌比下文所述的比较例1小3.1nm。
另外，如图4所示，了解到镜面晶圆的平坦度(SFQR)也是良好的。
(实施例2)
相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设定为0.14μm，除此以外，以与实施例1同样的条件来进行双头磨削，之后，以与实施例1同样的条件对单晶硅晶圆进行加工处理，而得到镜面晶圆。
另外，以与实施例1同样的方法，测定拟似纳米形貌降低能力的平均值、纳米形貌的平均值、平坦度(SFQR)的平均值。
将其结果显示于图2、图3、图4中。
如图2所示，可确认实施例2的拟似纳米形貌降低能力比下文所述的比较例1高9.9％。
另外，如图3所示，可确认镜面晶圆的纳米形貌比下文所述的比较例1小3.0nm。
另外，如图4所示，了解到镜面晶圆的平坦度(SFQR)也是良好的。
(实施例3)
相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设定为0.33μm，除此以外，以与实施例1同样的条件来进行双头磨削，之后，以与实施例1同样的条件对单晶硅晶圆进行加工处理，而得到镜面晶圆。
另外，以与实施例1同样的方法，测定拟似纳米形貌降低能力的平均值、纳米形貌的平均值、平坦度(SFQR)的平均值。将其结果显示于图2、图3、图4中。
如图2所示，可确认实施例3的拟似纳米形貌降低能力比下文所述的比较例1高9.7％。
另外，如图3所示，可确认镜面晶圆的纳米形貌比下文所述的比较例1小3.1nm。
另外，如图4所示，了解到镜面晶圆的平坦度(SFQR)也是良好的。
(比较例1)
相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设定为0.08μm，除此以外，以与实施例1同样的条件来进行双头磨削，之后，以与实施例1同样的条件对单晶硅晶圆进行加工处理，而得到镜面晶圆。
另外，以与实施例1同样的方法，测定拟似纳米形貌降低能力的平均值、纳米形貌的平均值、平坦度(SFQR)的平均值。将其结果显示于图2、图3、图4中。
如上文所述，确认相较于实施例1～3，比较例1的拟似纳米形貌的降低能力较差，镜面晶圆的纳米形貌大约比实施例1～3大3.0nm。
(比较例2)
相对于工件的每1μm的磨削加工量，将磨石的磨耗量设定为0.40μm，除此以外，以与实施例1同样的条件来进行双头磨削。
此时，因为磨石的磨耗量过大，所以在双头磨削中无法保持磨石彼此之间平行，如图4所示，镜面晶圆的平坦度(SFQR)显著恶化。
另外，如图2、图3所示，可确认拟似纳米形貌降低能力与镜面晶圆的纳米形貌，相较于比较例1更加恶化，相对于实施例1～3则显著劣化。
从上述实施例和比较例可知，若为本发明的双头磨削方法，则在双头磨削中，能够一边防止平坦度恶化，一边降低在前面步骤所形成的纳米形貌，其结果，在全部的加工步骤结束后，可得到一种纳米形貌小的良好的镜面晶圆。
并且，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示，凡是具有与本发明的权利要求书所记载的技术思想实质相同的结构而达到相同作用效果的技术方案，皆包含于本发明的技术范围内。

Claims (3)

1.一种工件的双头磨削方法，其通过环状支持器将薄板状的工件沿着径向从外周边侧支承并使其自转，并且通过一对磨石来同时磨削通过所述环状支持器所支承的所述工件的双面，该工件的双头磨削方法的特征在于，
相对于所述工件的每1μm的磨削加工量，将所述磨石的磨耗量设定为0.10μm以上且0.33μm以下，来同时磨削所述工件的双面。
2.根据权利要求1所述的工件的双头磨削方法，其特征在于，作为所述磨石，使用将陶瓷结合剂磨石配置在圆环状基体的外周边而成的磨石。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的工件的双头磨削方法，其特征在于，所述磨石相对于所述工件的每1μm的磨削加工量的磨耗量，是利用下述方式来算出的值：将由磨削时的磨石的前进位置的位移所求出的磨石的磨耗量，除以磨削开始前与磨削结束后的工件厚度差、即磨削加工量。
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