JP2004050354A

JP2004050354A - Resin bonded grinding wheel

Info

Publication number: JP2004050354A
Application number: JP2002211279A
Authority: JP
Inventors: Akira Nakabayashi; 中林　明; Masato Nakamura; 中村　正人; Minoru Hoshi; 星　稔
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the non-uniformity of the depth of a crushing layer formed on the surface of a silicon wafer after polishing and depth of the crushing layer. <P>SOLUTION: The abrasion grain layer is provided with a resin bonding phase comprising, for example, a phenol based resin, polyimide based resin or a mixture of these; and a super abrasive grain of diamond (or cBN or the like) dispersed/arranged in this resin bonding phase. A filler is dispersed/arranged in the resin bonding phase. A content of the super abrasive grain of the abrasive grain layer is made to a range of 40 vol%-60 vol%. A content Y of a solid part in the abrasive grain layer is made to X vol% to (0.3X+70) vol%. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス等の基板となるシリコンウェーハの表面研磨に用いられるレジンボンド砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハは、単結晶引き上げ等によって作成されたシリコンインゴットをスライスしたものであって、半導体デバイス形成の下地となる表面は、ラッピング、エッチング、ポリッシングを施されて高精度の平坦面とされる。
シリコンインゴットから切り出したシリコンウェーハは、表面にラッピングを施すことで、その面粗度が１μｍ以下とされるが、ラッピングでは、遊離砥粒を用いている関係上、ウェーハ表面に深さ５μｍ〜１０μｍ程度の破砕層が形成される。この破砕層は、ウェーハ表面にエッチングを施すことで除去されるが、エッチングによってウェーハ表面の平坦度は４〜５μｍ程度まで低下する。このため、ウェーハ表面にさらにポリッシングを施して、高精度の平坦面としている。
【０００３】
ここで、エッチングを終えたシリコンウェーハにそのままポリッシングを施すと、ポリッシングによる取り代が大きくなるため、ウェーハに外周だれ等が生じて形状精度が低下する。そして、ポリッシングによる取り代を少なくするための技術としては、特開平１１−１７９６６４号公報には、エッチングとポリッシングの間に、固定砥粒を用いてシリコンウェーハの表面の研磨を行う技術が提案されている。
この研磨には、ダイヤモンド砥粒がボンド剤によって固定されてなる研削部を有する研削ホイールが用いられる。この研削ホイールは、研削部のヤング率（弾性率）が１９６１３ＭＰａから４１１８７ＭＰａとされており、砥石において砥粒が占める割合は、シリコンウェーハ以外の他の被削材の研磨に用いられるレジンボンド砥石と同様に、２．５ｖｏｌ％から１２．５ｖｏｌ％とされている。
また、形状不良や平坦度不良となった不良ウェーハを再生する時にも、同様の研削ホイールが用いられるので、その意味からも、エッチング面、ポリッシング面両方とも削ることができるホイールが必要とされている。
【０００４】
ここで、前記公報に記載の研削ホイールも含めて、従来のレジンボンド砥石は、砥石を製造する際の成形性等を考慮して、砥石において砥粒が占める割合は２．５ｖｏｌ％から１２．５ｖｏｌ％程度とされており、砥石の強度を確保するため、砥粒層の抗折力は４９．０ＭＰａから１４７．１ＭＰａの範囲内に設定されており、砥粒層のヤング率は１００００ＭＰａから２００００ＭＰａの範囲内に設定されている。
また、従来のビトリファイド砥石においても、同様の理由から、砥石において砥粒が占める割合は１０ｖｏｌ％から２５ｖｏｌ％程度とされており、砥粒層の抗折力は２９．４ＭＰａから１４７．１ＭＰａの範囲内、砥粒層のヤング率は１９６１３ＭＰａから３９２２７ＭＰａにそれぞれ設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような研削ホイールを用いてシリコンウェーハの表面を研磨した場合、数十枚に一枚の割合で、ウェーハ表面に非常に深い破砕層が形成されてしまう。
このような現象は、砥石本体が前記のように硬くて脆い性質であるために、研磨を繰り返すに従って砥石本体の各部で磨耗量に差が生じて、均一な研磨が行われなくなってしまうために引き起こされると思われる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、研磨後にシリコンウェーハの表面に形成される破砕層の深さのばらつきを低減し、かつ破砕層の深さも低減することができるレジンボンド砥石を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるレジンボンド砥石は、樹脂結合相中に超砥粒が分散配置されてなる砥粒層を有するレジンボンド砥石において、前記砥粒層の前記超砥粒の含有率Ｘが、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲内とされていることを特徴としている。
【０００８】
本発明にかかるレジンボンド砥石では、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘを、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％と、従来のレジンボンド砥石に比べて非常に高く設定しているので、砥粒層の磨耗が促進されて、砥粒層が均一に磨耗する。
このレジンボンド砥石は、一般的な砥石とは異なり、シリコンウェーハの表面を、数μｍ程度とごくわずかな量だけ削り取るものであるから、このように砥粒層の磨耗の進行が従来の砥石に比べて速くても、極端な寿命の低下は生じない。
ここで、超砥粒の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％よりも少ないと、砥粒層の磨耗の進行速度が遅くなり、砥石に過負荷が加わったり、偏磨耗が生じやすくなってしまう。一方，超砥粒の含有率Ｘが６０ｖｏｌ％を超えると、砥粒層の磨耗の進行速度が速くなりすぎて、超砥粒が研磨に作用する前に脱落してしまい、研削能率が低下したり、研削が不能となる。このため、超砥粒の含有率Ｘは、４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内とされる。
【０００９】
このレジンボンド砥石では、固形分（超砥粒及びフィラー）の含有率Ｙは、Ｘｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下とされていてもよい。
本発明にかかるレジンボンド砥石は、従来の砥石に比べて砥粒層の超砥粒の含有率が非常に高いので、フィラーの効果がより強く発揮される。
【００１０】
このようなフィラーとしては、例えばカーボン等の潤滑性フィラーを用いることができる。この場合には、研削時において砥粒層中のフィラーが樹脂結合相や超砥粒と共に逐次脱落する際、潤滑剤として作用するので、被削材との間の研削抵抗を低減して研削熱の発生を抑制することができる。
【００１１】
ここで、超砥粒の含有率Ｘが４７．５ｖｏｌ％未満になると、目標精度は達成できるものの、ウェーハ表面が黒く焼け気味となるほか、フィラーを加えても研削時の研削抵抗を低減して摩擦熱の発生を抑制する効果が弱い。逆に、超砥粒の含有率Ｘが６０ｖｏｌ％を超えると、砥粒層に占める結合剤の割合が低下するため、砥粒層の耐摩耗性が低下して経済性が低下するほか、磨耗速度が早くなりすぎるためにシリコンウェーハに対して超砥粒が切り込まず、研削能率が低下したり、研削が不能となる。
このため、超砥粒の含有率Ｘは、４７．５ｖｏｌ％とすることが望ましく、より好ましくは５０ｖｏｌ％とされる。
また、十分な潤滑性能を得るため、またかつ耐磨耗性を確保するため、固形分の含有率ＹはＸｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレジンボンド砥石の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態にかかるレジンボンド砥石１の一実施形態について示す断面図である。
【００１３】
本実施の形態によるレジンボンド砥石１において、砥粒層２は、例えば図１に示すように台金３に固定されていてもよいし、台金３を設けることなく砥粒層２のみによって砥石が構成されていてもよい。本実施の形態では、レジンボンド砥石１は、図１に示すようなカップ型砥石であって、台金３の一側面に略リング状に突出して設けられる先端部３ａに対して、複数の砥粒層２を、互いの間に間隔をあけた状態にして略リング状に配列した状態で固定した構成（すなわちセグメント砥石）としている。
砥粒層２は、図１に示すように、例えばフェノール系樹脂やポリイミド系樹脂もしくはこれらの混合体等からなる樹脂結合相４と、この樹脂結合相４中に分散配置されたダイヤモンド（またはｃＢＮ等）の超砥粒５とを備えている。さらに、樹脂結合相４中には、フィラー６が分散配置されている。
【００１４】
このレジンボンド砥石１では、砥粒層２の超砥粒５の含有率Ｘが、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲内とされている。本実施の形態では、超砥粒５の含有率Ｘを５０％としている。
【００１５】
また、砥粒層２において、固形分（超砥粒５及びフィラー６）の含有率Ｙは、Ｘｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下とされている。
また、添加するフィラー６としては、例えばカーボン等の潤滑性フィラー（固体潤滑剤）を用いることができる。本実施の形態では、フィラー６の含有率Ｚは４０％としている。また、フィラー６としては、カーボンを用いている。
なお、フィラー６の含有率Ｚは、次式（１）で表される。
Ｚ＝｛１００（Ｙ−Ｘ）｝／（１００−Ｘ）ｖｏｌ％　　　　　　（１）
ここでいうフィラー６の含有率Ｚとは、砥粒層２において超砥粒を除いた体積中に占めるフィラー６の割合を指している。
【００１６】
このようなレジンボンド砥石１は、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂の原料粉末と、ダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒とを混合し、単独で、あるいは必要に応じて台金３と共に型込めした上、プレス成形及び焼成を行ってレジンボンド砥粒層２を形成することで製造される。
このように超砥粒５の含有率の非常に高いレジンボンド砥石１を作成するにあたっては、樹脂結合相４を構成する樹脂（結合剤）として、例えば前記原料混合作業が可能な温度範囲内において４０ｍＰａ・ｓｅｃ以上の高い流動性を有する樹脂を用いることが肝要である。本実施の形態では、結合剤として、流動性が８０ｍＰａ・ｓｅｃ（１８０°Ｃ）であるものを用いている。
このレジンボンド砥石１では、砥粒層２の抗折力は４０ＭＰａから１２０ＭＰａの範囲内とされており、砥粒層２のヤング率は２８００ＭＰａから１００００ＭＰａとされている。本実施の形態では、砥粒層２の抗折力は１０４．７ＭＰａ、ヤング率は５０６１．３ＭＰａとされている。
【００１７】
このように構成されるレジンボンド砥石１は、シリコンインゴットから切り出されてその半導体デバイス形成の下地となる表面に対してラッピング、エッチングを施したシリコンウェーハに対して施される研磨、すなわちエッチングによって低下したシリコンウェーハの面粗度を回復させて、次の工程であるポリッシングにおける取り代を少なくするための研磨に用いられる。
この研磨において目標とされるシリコンウェーハの形状精度は、面粗度Ｒｔが０．１５μｍ以下、厚さ精度は１．０μｍ以下、破砕層深さは１．０μｍ以下である。
【００１８】
このレジンボンド砥石１は、台金３を図示せぬ研削装置の主軸に保持されて、リング状に配される砥粒層２の先端をウェーハ表面に当接させた状態で、砥粒層２の軸線Ｏに平行な軸線周りに回転駆動されることでシリコンウェーハの表面の研磨を行うものである。
【００１９】
レジンボンド砥石は、研削を行った際に、超砥粒の先端が摩耗して切れ味が低下するより早く、超砥粒を支える樹脂結合相が破砕または摩耗して超砥粒が脱落し、新たな超砥粒が研削に作用するので、高い研削性能が得られる。
本実施形態にかかるレジンボンド砥石１では、砥粒層２の超砥粒５の含有率Ｘを、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％と、従来のレジンボンド砥石に比べて非常に高く設定しているので、砥粒層２の磨耗がさらに促進され、砥粒層２が均一に磨耗する。
【００２０】
このように、本実施形態にかかるレジンボンド砥石１によれば、砥粒層２の偏磨耗が防止されるので、研磨後にシリコンウェーハの表面に形成される破砕層の深さのばらつきを低減することができる。また、有効砥粒の数が多く、砥粒突き出し量が小さくなるので、破砕層の深さも低減することができる。
そして、このレジンボンド砥石１は、一般的な砥石とは異なり、シリコンウェーハの表面を、数μｍ程度とごくわずかな量だけ削り取るものであるから、このように砥粒層２の磨耗の進行が従来の砥石に比べて速くても、極端な寿命の低下は生じない。
【００２１】
ここで、超砥粒５の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％よりも少ないと、砥粒層２の磨耗の進行速度が遅くなり、砥石１に過負荷が加わったり、偏磨耗が生じやすくなってしまう。一方、超砥粒５の含有率Ｘが６０ｖｏｌ％を超えると、砥粒層２の磨耗の進行速度が速くなりすぎて、超砥粒５が研磨に作用する前に脱落してしまい、研削能率が低下したり、研削が不能となる。このため、超砥粒の含有率Ｘは、４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内とされる。
【００２２】
また、このレジンボンド砥石１は、従来の砥石に比べて砥粒層２の超砥粒５の含有率が非常に高い。すなわち、砥粒層２に占める樹脂結合相４の割合が非常に低いので、この砥粒層２に、フィラー６を含ませることにより、フィラー６の効果がより強く発揮される。
本実施の形態では、フィラー６として、潤滑性フィラーを用いているので、研削時において砥粒層２中のフィラー６が樹脂結合相４や超砥粒５と共に逐次脱落する際、潤滑剤として作用してウェーハ表面との間の研削抵抗を低減して研削熱の発生を抑制することができる。
【００２３】
ここで、超砥粒５の含有率Ｘが４７．５ｖｏｌ％未満になると、要求精度は満たすものの、ウェーハ表面が黒く焼け気味となるほか、フィラー６を含有したことによる効果、例えば研削抵抗の低下、及びこれによる研削熱の低減等の効果が充分でない。このため、超砥粒の含有率Ｘは、４７．５ｖｏｌ％以上とすることが望ましく、より好ましくは５０ｖｏｌ％とされる。
なお、フィラー６の含有率Ｚは、砥粒層２の超砥粒５の含有率をＸ、固形分の含有率をＹとすると、前記（１）式を満たすように設定される。
【００２４】
【実施例】
次に、レジンボンド砥石において、同形状で砥粒層の超砥粒の含有率Ｘのみ異なる砥石を複数種類用意し、これらの砥石のそれぞれを用いて研削試験を行い、超砥粒の含有率Ｘと研削性能との関係を調べた。
これらのレジンボンド砥石はカップ型砥石とし、砥粒層の外径Ｄは２０５ｍｍ（台金外径は２０９ｍｍ）、台金内径Ｈは１５８ｍｍ、台金を含む高さＴは２２．５ｍｍ、台金からの砥粒層の高さＸは５ｍｍ、砥粒層の径方向の幅Ｗは２ｍｍとした。また、この研削試験においては、被削材として、エッチングを終えたシリコンウェーハを用い、研削装置（研削盤）としてＤｉｓｃｏ社製ＤＦＧ８４０を用い、研削条件は、主軸回転速度４８００ｍ^−１、切り込み速度１８μｍ／ｍｉｎとし、クーラントとして純水を３Ｌ／ｍｉｎ供給し、研削量は１０μｍとした。
この研削試験の結果を次の表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１に示す試験結果から、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％未満のレジンボンド砥石では、研削時に研磨装置が過負荷となってしまい、研削試験を行うことができなかった。これは、砥粒層において超砥粒の脱落が生じにくく、研磨抵抗が高くなってしまったと思われる。
そして、超砥粒の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内にあるレジンボンド砥石では、研磨したシリコンウェーハの研磨精度は目標値内となった。特に、超砥粒の含有率Ｘが５０ｖｏｌ％のレジンボンド砥石では、研磨したシリコンウェーハ表面の面精度Ｒｔ、厚さ精度、破砕層深さのすべてにおいてバランスがよく、シリコンウェーハの研磨に適していることがわかる。
一方、超砥粒の含有率Ｘが６２．５ｖｏｌ％であるレジンボンド砥石では、研磨したシリコンウェーハは、面粗度Ｒｔと破砕層深さとが目標値を大幅に越えてしまった。これは、砥粒層の磨耗の進行速度が速くなりすぎて、超砥粒が研磨に作用する前に脱落してしまい、研削能率が低下したためと思われる。
以上の試験結果からわかるように、レジンボンド砥石において所望の研削性能を得るためには、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘは、４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内とする必要があり、より高い研磨性能を得るためには、含有率Ｘは５０％とすることが好ましい。
【００２７】
次に、レジンボンド砥石において、同形状で砥粒層の固形分の含有率Ｙのみ異なる砥石を複数種類用意し、これらの砥石のそれぞれを用いて研削試験を行い、固形分の含有率Ｙと研削性能との関係を調べた。ここで、これらレジンボンド砥石は、前記した砥粒の含有率Ｘと研削性能との関係を調べた試験に用いたものと同一形状としたものであり、研削条件及び被削材も前記試験と同一とした。
この研削試験は、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘを４０ｖｏｌ％としたもの、５０ｖｏｌ％としたもの、６０ｖｏｌ％としたもののそれぞれについて行った。
【００２８】
まず、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘを４０％としたレジンボンド砥石の研削試験の結果を次の表２に示す。
【００２９】
【表２】

【００３０】
表２に示す試験結果から、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが４０％の場合、砥粒層の固形分の含有率Ｙが４０ｖｏｌ％から７０ｖｏｌ％の範囲内（すなわちフィラーの含有率Ｚが０ｖｏｌ％から５０ｖｏｌ％の範囲内）にあるレジンボンド砥石を用いて研磨したシリコンウェーハの研磨精度は目標値内となった。ただし、シリコンウェーハの表面は焼け気味であった。
【００３１】
次に、超砥粒の含有率Ｘを５０％としたレジンボンド砥石の研削試験の結果を次の表３に示す。
【００３２】
【表３】

【００３３】
表３に示す試験結果から、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが５０％の場合、砥粒層の固形分の含有率Ｙが５０ｖｏｌ％から８５ｖｏｌ％の範囲内（すなわちフィラーの含有率Ｚが０ｖｏｌ％から７０ｖｏｌ％の範囲内）にあるレジンボンド砥石を用いて研磨したシリコンウェーハの研磨精度は目標値内となった。特に、固形分の含有率Ｙが７０ｖｏｌ％の場合（すなわちフィラーの含有率Ｚが４０％の場合）では、研磨したシリコンウェーハ表面の面粗度Ｒｔ、厚さ精度、破砕層深さのすべてにおいてバランスがよく、シリコンウェーハの研磨に適していることがわかる。
一方、固形分の含有率Ｙが９０ｖｏｌ％以上（フィラーの含有率Ｚが８０ｖｏｌ％以上）であるレジンボンド砥石を用いて研磨したシリコンウェーハは、面粗度Ｒｔと厚さ精度とが目標値を大幅に越えてしまった。
これは、フィラーの含有率が高すぎて、砥粒層中に占める樹脂結合相の割合が低下して砥粒層の強度及び砥粒層の耐摩耗性が低下することとなり、砥粒層の磨耗速度が早くなりすぎてシリコンウェーハに対して超砥粒が切り込まなくなり、研削能率が低下したり、研削が不能となるためと思われる。
【００３４】
次に、超砥粒の含有率Ｘを６０％としたレジンボンド砥石の研削試験の結果を次の表４に示す。
【００３５】
【表４】

【００３６】
表４に示す試験結果から、砥粒層の固形分の含有率Ｙが６０ｖｏｌ％から８８ｖｏｌ％の範囲内（フィラーの含有率Ｚが０ｖｏｌ％から７０ｖｏｌ％の範囲内）にあるレジンボンド砥石を用いて研磨したシリコンウェーハの研磨精度は目標値内となった。ただし、研削に要した時間は、超砥粒の含有率Ｘが４０％、５０％であるレジンボンド砥石に比べて大幅に増加した。
一方、砥粒層の固形分の含有率Ｙが９０ｖｏｌ％以上（フィラーの含有率Ｚが７５ｖｏｌ％以上）であるレジンボンド砥石では、砥粒層の磨耗速度が速すぎて、シリコンウェーハに対して超砥粒が切り込まなくなり、研削が不能であった。
【００３７】
さらに、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが本発明の範囲外となるレジンボンド砥石（３５ｖｏｌ％、６５ｖｏｌ％）についても、同様の研削試験を行って固形分の含有率Ｙと研削性能との関係について調べた。
この結果を次の表５、表６に示す。
【００３８】
【表５】

【００３９】
【表６】

【００４０】
表５からわかるように、超砥粒の含有率Ｘが３５ｖｏｌ％である場合には、固形分の含有率Ｙによらず、研削装置に過負荷が加わってしまい、研削を行うことができなかった。
また、表６からわかるように、超砥粒の含有率Ｘが６５ｖｏｌ％である場合には、固形物の含有率Ｙによらず、砥粒層の磨耗速度が速すぎて、シリコンウェーハに対して超砥粒が切り込まなくなり、研削が不能であった。
【００４１】
以上の試験によって得られた砥粒層の組成と研削性能との関係を、図２のグラフに示す。図２のグラフにおいて、横軸は砥粒層の超砥粒の含有率Ｘ、縦軸は砥粒層の固形分の含有率Ｙであり、シリコンウェーハの研磨性能が良好であったもの（良品）については○印で示し、研磨性能が不良であるかもしくは研磨が不可能であったものについては×印で示した。
図２のグラフからわかるように、エッチング後のシリコンウェーハの研磨に用いるレジンボンド砥石としては、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内とされ、固形分の含有率Ｙは、Ｘｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下であることが望ましい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるレジンボンド砥石によれば、砥粒層の偏磨耗が防止されるので、研磨後に、被削材であるシリコンウェーハの表面に形成される破砕層の深さのばらつきを低減することができる。
また、有効砥粒数が多いこと、ならびに砥粒突き出し量が小さくなることから、破砕層の深さも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるレジンボンド砥石を示す断面図である。
【図２】研削試験によって得られたレジンボンド砥石の組成と研削性能との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　レジンボンド砥石　　　　　　２　砥粒層
４　樹脂結合相　　　　　　　　　５　超砥粒
６　フィラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a resin-bonded grindstone used for polishing a surface of a silicon wafer serving as a substrate of a semiconductor device or the like.
[0002]
[Prior art]
The silicon wafer is obtained by slicing a silicon ingot created by single crystal pulling or the like, and a surface serving as a base for forming a semiconductor device is subjected to lapping, etching, and polishing to be a highly accurate flat surface.
The silicon wafer cut out from the silicon ingot has a surface roughness of 1 μm or less by lapping the surface, but the lapping has a depth of 5 μm to 10 μm on the wafer surface due to the use of free abrasive grains. A degree of crushed layer is formed. The crushed layer is removed by etching the wafer surface, but the etching reduces the flatness of the wafer surface to about 4 to 5 μm. For this reason, the wafer surface is further polished to obtain a highly accurate flat surface.
[0003]
Here, if the silicon wafer that has been etched is polished as it is, the removal allowance of the polishing becomes large, so that the outer periphery of the wafer is sagged and the shape accuracy is reduced. As a technique for reducing the allowance for polishing, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-179664 proposes a technique in which the surface of a silicon wafer is polished using fixed abrasive grains between etching and polishing. ing.
For this polishing, a grinding wheel having a grinding portion in which diamond abrasive grains are fixed by a bonding agent is used. In this grinding wheel, the Young's modulus (elastic modulus) of the grinding portion is from 19613 MPa to 41187 MPa. Similarly, it is 2.5 vol% to 12.5 vol%.
Also, when regenerating a defective wafer having a defective shape or poor flatness, a similar grinding wheel is used, and in that sense, a wheel that can cut both the etched surface and the polishing surface is required. I have.
[0004]
Here, in the conventional resin-bonded grindstone including the grinding wheel described in the above-mentioned publication, the ratio of abrasive grains in the grindstone is from 2.5 vol% to 12. In order to secure the strength of the grindstone, the transverse rupture force of the abrasive layer is set in the range of 49.0 MPa to 147.1 MPa, and the Young's modulus of the abrasive layer is 10000 MPa to 20,000 MPa. Is set within the range.
Further, in the conventional vitrified grinding wheel, for the same reason, the ratio of the abrasive grains in the grinding stone is set to about 10 vol% to 25 vol%, and the transverse rupture force of the abrasive grain layer is in the range of 29.4 MPa to 147.1 MPa. Of these, the Young's modulus of the abrasive layer was set from 19613 MPa to 39227 MPa.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the surface of a silicon wafer is polished using such a grinding wheel, a very deep crushed layer is formed on the wafer surface at a rate of one in tens of wafers.
Such a phenomenon is because the grinding wheel main body is hard and brittle as described above, and as the polishing is repeated, a difference occurs in the amount of wear in each part of the grinding wheel main body, and uniform polishing is not performed. It seems to be caused.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a resin bond capable of reducing variation in the depth of a crushed layer formed on the surface of a silicon wafer after polishing and reducing the depth of the crushed layer. The purpose is to provide a whetstone.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The resin-bonded grindstone according to the present invention is a resin-bonded grindstone having an abrasive layer in which superabrasive grains are dispersed and arranged in a resin bonding phase, wherein the content X of the superabrasive grains in the abrasive layer is 40 vol%. -60% by volume.
[0008]
In the resin-bonded grindstone according to the present invention, the content X of the superabrasive grains in the abrasive grain layer is set to 40 vol% to 60 vol%, which is much higher than that of the conventional resin-bonded grindstone. Abrasion is promoted, and the abrasive layer is uniformly worn.
Unlike a general whetstone, this resin-bonded whetstone scrapes the surface of a silicon wafer by a very small amount of about several μm. Even if it is faster, there is no extreme reduction in life.
Here, when the content X of the superabrasive grains is less than 40 vol%, the progress speed of the wear of the abrasive grain layer becomes slow, and an overload is applied to the grindstone and uneven wear tends to occur. On the other hand, when the content X of the superabrasive grains exceeds 60 vol%, the abrasion progress rate of the abrasive layer becomes too fast, and the superabrasive grains fall off before acting on the polishing, and the grinding efficiency decreases. Or grinding becomes impossible. For this reason, the content X of the superabrasive is in the range of 40 vol% to 60 vol%.
[0009]
In this resin-bonded grindstone, the content Y of the solid content (super-abrasive grains and filler) may be not less than Xvol% and not more than (0.3X + 70) vol%.
Since the resin bond grindstone according to the present invention has a very high content of superabrasive grains in the abrasive grain layer as compared with the conventional grindstone, the effect of the filler is exerted more strongly.
[0010]
As such a filler, for example, a lubricating filler such as carbon can be used. In this case, when the filler in the abrasive layer is successively dropped together with the resin binder phase and superabrasive particles during grinding, it acts as a lubricant, so that the grinding resistance between the filler and the work material is reduced, and the grinding heat is reduced. Can be suppressed.
[0011]
Here, when the content X of the superabrasive grains is less than 47.5 vol%, the target accuracy can be achieved, but the wafer surface becomes blackish and slightly burnt, and even if a filler is added, the grinding resistance during grinding is reduced. The effect of suppressing the generation of frictional heat is weak. Conversely, when the content X of the superabrasive grains exceeds 60 vol%, the ratio of the binder in the abrasive grain layer is reduced, so that the wear resistance of the abrasive grain layer is reduced and the economic efficiency is reduced. Since the speed is too high, the superabrasive grains are not cut into the silicon wafer, so that the grinding efficiency is reduced or grinding becomes impossible.
For this reason, the content X of the superabrasive grains is desirably set to 47.5 vol%, and is more preferably set to 50 vol%.
In addition, in order to obtain sufficient lubrication performance and ensure abrasion resistance, the solid content Y is preferably set to Xvol% or more and (0.3X + 70) vol% or less.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the resin bond whetstone of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a resin-bonded grindstone 1 according to the present embodiment.
[0013]
In the resin-bonded grindstone 1 according to the present embodiment, the abrasive grain layer 2 may be fixed to the base metal 3 as shown in FIG. 1, for example, or the grindstone is provided only by the abrasive grain layer 2 without providing the base metal 3. May be configured. In the present embodiment, the resin-bonded grindstone 1 is a cup-shaped grindstone as shown in FIG. 1, and a plurality of grindstones are provided on a side surface of a base metal 3 so as to protrude in a substantially ring shape. The grain layers 2 are fixed in a state where they are arranged in a substantially ring shape with an interval between them (that is, a segment grindstone).
As shown in FIG. 1, the abrasive layer 2 includes a resin binding phase 4 made of, for example, a phenolic resin, a polyimide resin, or a mixture thereof, and diamond (or cBN) dispersed in the resin binding phase 4. Etc.) super abrasive grains 5). Further, fillers 6 are dispersed in the resin binder phase 4.
[0014]
In the resin-bonded grindstone 1, the content X of the superabrasive grains 5 in the abrasive grain layer 2 is in the range of 40 vol% to 60 vol%. In the present embodiment, the content X of superabrasive grains 5 is set to 50%.
[0015]
Further, in the abrasive grain layer 2, the content Y of the solid content (super abrasive grains 5 and filler 6) is Xvol% or more and (0.3X + 70) vol% or less.
As the filler 6 to be added, for example, a lubricating filler (solid lubricant) such as carbon can be used. In the present embodiment, the content Z of the filler 6 is set to 40%. As the filler 6, carbon is used.
The content Z of the filler 6 is represented by the following equation (1).
Z = {100 (YX)} / (100-X) vol% (1)
Here, the content Z of the filler 6 refers to the proportion of the filler 6 in the volume of the abrasive layer 2 excluding the superabrasives.
[0016]
Such a resin-bonded grindstone 1 is prepared by mixing a raw material powder of a thermosetting resin such as an epoxy resin or a phenol resin with superabrasive grains such as diamond or cBN, and singly or as needed. It is manufactured by forming the resin-bonded abrasive layer 2 by press molding and baking.
In order to prepare the resin bond grindstone 1 having a very high content of the superabrasive grains 5 as described above, the resin (binder) constituting the resin binder phase 4 may be used, for example, in a temperature range where the raw material mixing operation is possible. It is important to use a resin having a high fluidity of 40 mPa · sec or more. In the present embodiment, a binder having a fluidity of 80 mPa · sec (180 ° C.) is used.
In the resin-bonded grindstone 1, the transverse rupture force of the abrasive layer 2 is in the range of 40 MPa to 120 MPa, and the Young's modulus of the abrasive layer 2 is 2800 MPa to 10000 MPa. In the present embodiment, the transverse rupture force of the abrasive grain layer 2 is 104.7 MPa, and the Young's modulus is 5061.3 MPa.
[0017]
The resin bond grindstone 1 thus configured is polished on a silicon wafer which has been cut out of a silicon ingot and has been subjected to lapping and etching on a surface serving as a base for forming a semiconductor device, that is, the polishing is reduced by etching. It is used for polishing to recover the surface roughness of the silicon wafer that has been made and to reduce the allowance in the next step of polishing.
The target shape accuracy of the silicon wafer in this polishing is a surface roughness Rt of 0.15 μm or less, a thickness accuracy of 1.0 μm or less, and a crushed layer depth of 1.0 μm or less.
[0018]
The resin-bonded grindstone 1 has a base metal 3 held by a main shaft of a grinding device (not shown), and a state in which the tip of the abrasive layer 2 arranged in a ring shape is brought into contact with the wafer surface. The surface of the silicon wafer is polished by being rotationally driven about an axis parallel to the axis O of FIG.
[0019]
Resin bond whetstones, when grinding, are faster than the tip of the superabrasive grains wear and the sharpness decreases, and the resin binder phase supporting the superabrasive grains is crushed or worn away, the superabrasive grains fall off, and new Since super-abrasive grains act on grinding, high grinding performance can be obtained.
In the resin-bonded grindstone 1 according to the present embodiment, the content X of the superabrasive grains 5 in the abrasive grain layer 2 is set to 40 vol% to 60 vol%, which is much higher than that of the conventional resin-bonded grindstone. Abrasion of the abrasive grain layer 2 is further promoted, and the abrasive grain layer 2 is uniformly worn.
[0020]
As described above, according to the resin bond whetstone 1 according to the present embodiment, uneven wear of the abrasive grain layer 2 is prevented, so that the variation in the depth of the crushed layer formed on the surface of the silicon wafer after polishing is reduced. be able to. Further, since the number of effective abrasive grains is large and the amount of abrasive grains projected is small, the depth of the crushed layer can also be reduced.
Unlike the general grinding stone, the resin-bonded grinding stone 1 scrapes the surface of the silicon wafer by a very small amount of about several μm, and thus the wear of the abrasive layer 2 progresses in this manner. Even if it is faster than a conventional grindstone, no extreme reduction in life will occur.
[0021]
Here, if the content X of the superabrasive grains 5 is less than 40 vol%, the progress speed of the wear of the abrasive layer 2 becomes slow, and the grinding wheel 1 is overloaded or uneven wear is liable to occur. On the other hand, if the content X of the superabrasive grains 5 exceeds 60 vol%, the abrasion progress speed of the abrasive layer 2 becomes too fast, and the superabrasive grains 5 fall off before acting on the polishing, and the grinding efficiency is reduced. And grinding becomes impossible. For this reason, the content X of the superabrasive is in the range of 40 vol% to 60 vol%.
[0022]
The resin bond whetstone 1 has a very high content of the superabrasive grains 5 in the abrasive grain layer 2 as compared with a conventional whetstone. That is, since the ratio of the resin binder phase 4 in the abrasive layer 2 is extremely low, the effect of the filler 6 is more strongly exhibited by including the filler 6 in the abrasive layer 2.
In the present embodiment, since the lubricating filler is used as the filler 6, when the filler 6 in the abrasive layer 2 is sequentially dropped together with the resin binder phase 4 and the superabrasive grains 5 during grinding, it acts as a lubricant. As a result, the grinding resistance with respect to the wafer surface can be reduced and the generation of grinding heat can be suppressed.
[0023]
Here, when the content X of the superabrasive grains 5 is less than 47.5 vol%, the required accuracy is satisfied, but the surface of the wafer tends to be blackened and burnt, and the effect of the inclusion of the filler 6, for example, a reduction in grinding resistance And the effect of reduction of the grinding heat by this is not sufficient. For this reason, the content X of the superabrasive grains is desirably 47.5 vol% or more, and more desirably 50 vol%.
The content Z of the filler 6 is set so as to satisfy the above formula (1), where X is the content of the superabrasive grains 5 in the abrasive layer 2 and Y is the content of the solid content.
[0024]
【Example】
Next, in the resin bond grindstone, a plurality of types of grindstones having the same shape but different in the superabrasive grain content X of the abrasive layer were prepared, and a grinding test was performed using each of these grindstones. The relationship between X and grinding performance was examined.
These resin-bonded grindstones are cup-shaped grindstones, the outer diameter D of the abrasive layer is 205 mm (the outer diameter of the base metal is 209 mm), the inner diameter H of the base metal is 158 mm, the height T including the base metal is 22.5 mm, The height X of the abrasive layer was 5 mm, and the radial width W of the abrasive layer was 2 mm. In this grinding test, a silicon wafer after etching was used as a work material, DFG840 manufactured by Disco Corporation was used as a grinding device (grinding machine), and the grinding conditions were a spindle rotation speed of 4800 m ⁻¹ and a cutting speed of 18 μm. / Min, pure water was supplied at a rate of 3 L / min as a coolant, and the grinding amount was 10 μm.
The results of this grinding test are shown in Table 1 below.
[0025]
[Table 1]

[0026]
From the test results shown in Table 1, with a resin bond grindstone in which the content X of the superabrasive grains in the abrasive grain layer is less than 40 vol%, the polishing apparatus was overloaded during grinding, and the grinding test could not be performed. . This is thought to be due to the fact that the superabrasive grains hardly fall off in the abrasive grain layer, and the polishing resistance was increased.
In the case of the resin-bonded grindstone having the superabrasive content X in the range of 40 vol% to 60 vol%, the polishing accuracy of the polished silicon wafer was within the target value. In particular, in the case of a resin bond grindstone having a superabrasive content X of 50 vol%, the surface accuracy Rt, thickness accuracy, and crushed layer depth of the polished silicon wafer surface are all well-balanced and suitable for polishing a silicon wafer. You can see that there is.
On the other hand, in the case of the resin-bonded grindstone in which the content X of the superabrasive grains was 62.5 vol%, the surface roughness Rt and the crushed layer depth of the polished silicon wafer greatly exceeded the target values. This is presumably because the rate of progress of the wear of the abrasive layer was too high, and the superabrasive particles came off before acting on the polishing, resulting in a decrease in grinding efficiency.
As can be seen from the above test results, in order to obtain the desired grinding performance in the resin-bonded grindstone, the content X of the superabrasive grains in the abrasive layer needs to be in the range of 40 vol% to 60 vol%, In order to obtain higher polishing performance, the content X is preferably set to 50%.
[0027]
Next, in the resin bond grindstone, a plurality of types of grindstones having the same shape but different only in the solid content Y of the abrasive layer are prepared, and a grinding test is performed using each of these grindstones. The relationship with grinding performance was investigated. Here, these resin bond whetstones have the same shape as those used in the test for examining the relationship between the abrasive grain content X and the grinding performance described above, and the grinding conditions and the work material are also the same as those in the test. Identical.
This grinding test was performed for each of the abrasive layer having a superabrasive content X of 40 vol%, 50 vol%, and 60 vol%.
[0028]
First, the results of a grinding test of a resin bonded grindstone in which the content X of superabrasive grains in the abrasive grain layer was 40% are shown in Table 2 below.
[0029]
[Table 2]

[0030]
From the test results shown in Table 2, when the content X of the superabrasive grains in the abrasive layer is 40%, the solid content Y of the abrasive layer is in the range of 40 vol% to 70 vol% (that is, the filler content). The polishing accuracy of the silicon wafer polished using the resin bond grindstone with Z in the range of 0 vol% to 50 vol% was within the target value. However, the surface of the silicon wafer was slightly burnt.
[0031]
Next, the results of a grinding test of a resin-bonded grindstone with a superabrasive content X of 50% are shown in Table 3 below.
[0032]
[Table 3]

[0033]
From the test results shown in Table 3, when the content X of the superabrasive particles in the abrasive layer is 50%, the solid content Y of the abrasive layer is in the range of 50 vol% to 85 vol% (that is, the filler content). The polishing accuracy of the silicon wafer polished using the resin bond grindstone having Z in the range of 0 vol% to 70 vol% was within the target value. In particular, when the solid content Y is 70 vol% (that is, when the filler content Z is 40%), the surface roughness Rt of the polished silicon wafer surface, the thickness accuracy, and the crushed layer depth are all reduced. It can be seen that the balance is good and suitable for polishing a silicon wafer.
On the other hand, a silicon wafer polished using a resin bond grindstone having a solid content Y of 90 vol% or more (a filler content Z of 80 vol% or more) has target values of surface roughness Rt and thickness accuracy. It has greatly exceeded.
This is because the content of the filler is too high, the ratio of the resin binder phase occupying in the abrasive layer is reduced, and the strength of the abrasive layer and the wear resistance of the abrasive layer are reduced. This is presumably because the wear rate was too fast, and the superabrasive grains were not cut into the silicon wafer, resulting in a reduction in grinding efficiency or inability to perform grinding.
[0034]
Next, the results of the grinding test of the resin-bonded grindstone with the superabrasive content X being 60% are shown in Table 4 below.
[0035]
[Table 4]

[0036]
From the test results shown in Table 4, a resin bond whetstone having a solid content Y of the abrasive layer in the range of 60 vol% to 88 vol% (filler content Z in the range of 0 vol% to 70 vol%) was used. The polishing accuracy of the polished silicon wafer was within the target value. However, the time required for the grinding was significantly increased as compared with the resin-bonded grindstone in which the content X of the superabrasive grains was 40% and 50%.
On the other hand, in a resin bond grindstone in which the solid content Y of the abrasive layer is 90 vol% or more (the filler content Z is 75 vol% or more), the wear rate of the abrasive layer is too high, and the The superabrasives were no longer cut and grinding was impossible.
[0037]
Further, the same grinding test was performed on the resin bond grindstones (35 vol%, 65 vol%) in which the content X of the superabrasive grains in the abrasive layer was out of the range of the present invention, and the solid content Y and the grinding performance were evaluated. The relationship was investigated.
The results are shown in Tables 5 and 6 below.
[0038]
[Table 5]

[0039]
[Table 6]

[0040]
As can be seen from Table 5, when the content X of the superabrasive grains is 35 vol%, the grinding device is overloaded irrespective of the solid content Y and grinding cannot be performed. Was.
Also, as can be seen from Table 6, when the content X of the superabrasive grains is 65 vol%, the wear rate of the abrasive grain layer is too fast irrespective of the content Y of the solid, and the As a result, the superabrasives were not cut, and grinding was impossible.
[0041]
The relationship between the composition of the abrasive layer and the grinding performance obtained by the above test is shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 2, the horizontal axis represents the superabrasive grain content X of the abrasive layer, and the vertical axis represents the solid content Y of the abrasive layer. ) Is indicated by a circle, and polishing performance is poor or polishing is impossible is indicated by a cross.
As can be seen from the graph of FIG. 2, in the resin bond grindstone used for polishing the silicon wafer after etching, the content X of the superabrasive grains in the abrasive grain layer is in the range of 40 vol% to 60 vol%, and the solid content It is desirable that the content Y is not less than Xvol% and not more than (0.3X + 70) vol%.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the resin-bonded grindstone of the present invention, uneven wear of the abrasive layer is prevented, so that after polishing, the depth of the crushed layer formed on the surface of the silicon wafer as the work material is reduced. Can be reduced.
Further, since the number of effective abrasive grains is large and the amount of abrasive grains protruding becomes small, the depth of the crushed layer can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a resin-bonded grindstone according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the composition of a resin-bonded grindstone obtained by a grinding test and the grinding performance.
[Explanation of symbols]
1 Resin bond whetstone 2 Abrasive layer 4 Resin bonding phase 5 Super abrasive 6 Filler

Claims

In a resin bond whetstone having an abrasive layer formed by dispersing super abrasive grains in a resin bonding phase,
A resin bond grindstone, wherein the abrasive layer has a content X of the superabrasive particles in a range of 40 vol% to 60 vol%.

The abrasive layer contains a solid content of 40 vol% or more,
2. The resin-bonded grinding wheel according to claim 1, wherein the content Y of the solid content is not less than Xvol% and not more than (0.3X + 70) vol%. 3.