JP2004223651A - Plane grinding method and device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide grinding method and device having excellent machining efficiency by obtaining highly accurate flatness and facilitating an adjustment of a shaft. <P>SOLUTION: In this plane grinding method of an in-feed system, a wafer rotated and driven within a horizontal plane is ground by a grinding tool mounted on a lower part of a spindle head arranged in the vertical direction. Inclination components of a shaft of the spindle head are decomposed in relation to two directions of a coordinate system (X-Y) direction constituted of a direction (Y direction) along a contact arc of the grinding tool and the wafer and a direction (X direction) orthogonal to the direction to adjust relative inclination of the spindle head. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体シリコンウエーハやガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐等の化合物半導体ウエーハ表面を平面研削するための方法および装置に関する。
【0002】
【関連技術】
近年のエレクトロニクス技術のめざましい発展により、多くの電子機器にさまざまな半導体装置が使用されるようになってきた。半導体装置はシリコン等の半導体材料を円柱状に単結晶化させ、これをウエーハと呼ばれる薄い円盤状にスライスしたものをベースとして製造される。例えばシリコンウエーハの製造方法は、一般にチョクラルスキー(Czochralski;CZ)法や浮遊帯域溶融(Floating Zone;FZ)法等を使用して単結晶インゴットを製造する結晶成長工程、この単結晶インゴットをスライスし、少なくとも一主面が鏡面状に加工されるウエーハ加工工程を経る。更に詳しくその工程を示すと、ウエーハ加工工程は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウエーハを得るスライス工程と、該スライス工程によって得られたウエーハの割れ、欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取り工程と、このウエーハを平坦化するラッピング工程と、面取り及びラッピングされたウエーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、そのウエーハ表面を鏡面化する研磨(ポリッシング)工程と、研磨されたウエーハを洗浄して、これに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程を有している。上記ウエーハ加工工程は、主な工程を示したもので、他に熱処理工程等の工程が加わったり、同じ工程を多段で行なったり、工程順が入れ換えられたりする。
【0003】
特に近年では上記ラッピング工程に変えて、若しくは併用して平面研削工程を実施することがある。平面研削はウエーハ外周まで高平坦度なウエーハが得られるという利点がある。
【0004】
このような半導体ウエーハ、特にシリコンの鏡面研磨ウエーハには極めて高い平坦度(厚さむらが小さいこと)が求められている。このため、鏡面研磨ウエーハの原料となるウエーハ、例えば、平面研削後のウエーハの平坦度(厚さむら)もウエーハ全面で1μm以下であることが期待されている。
【0005】
半導体ウエーハの平坦化に使用する平面研削装置としては、主にインフィード方式の平面研削盤が用いられている。この従来のインフィード方式の平面研削盤の構造の概略を図15に示す。図15において、10はインフィード方式の平面研削盤(平面研削装置)で、基台12を有している。該基台12の上面には研削されるウエーハ14を真空吸着するウエーハチャック16が設けられている。該ウェーハチャック16の下面にはウエーハチャック回転軸18が取り付けられている。該回転軸18はウエーハチャック駆動モータ20によって回転せしめられるようになっている。該ウェーハチャック16はロータリテーブル又は回転テーブルなどといわれることもある。
【0006】
22は該ウェーハ14を研削する砥石で、その上面には砥石回転軸24が取り付けられている。該砥石回転軸24はスピンドルヘッド26を介して砥石回転軸駆動モータ28によって回転せしめられるようになっている。
【0007】
30は前記ウエーハチャック16に対応して前記基台12の上面に設けられた支台であり、該支台30の上面にはさらに固定フレーム32が取り付けられている。該固定フレーム32の内側面には上下方向に摺動可能な摺動支持板34が取り付けられており、該摺動支持板34には傾斜制御装置36を介してスピンドルヘッド26が接続されている。なお、該傾斜制御装置36は後述するように砥石回転軸24の傾きの制御を行なうものであり、以下の説明や図では軸調装置と称することもある。
【0008】
40は該固定フレーム32の上方に設けられた砥石回転軸昇降モータで、前記摺動支持板34を上下方向に摺動させることによって、傾斜制御装置36、スピンドルヘッド26、砥石回転軸24及び砥石22の昇降を行なわせることができる。
【0009】
なお、前記傾斜制御装置36は、後述するように、その内面を所定方向に傾斜させることができる構造とされている。したがって、該傾斜制御装置36の内面に接続するスピンドルヘッド26、砥石回転軸24及び砥石22も傾斜可能となっている。
【0010】
図16〜図18は前記傾斜制御装置(軸調装置)の構造の一例を詳細に示す模式的説明図で、図16は傾斜制御装置(軸調装置)の全体斜視図、図17はサーボモータ部分の断面的摘示図、及び図18は角度検出器部分の断面的摘示図である。
【0011】
図16において、36は傾斜制御装置(軸調装置)であり、該傾斜制御装置36は、金属製ブロック37を有している。該金属製ブロック37の内面37aにはスピンドルヘッド26、砥石回転軸24及び砥石22が接続されている。
【0012】
42は該傾斜制御装置36のα方向(スピンドルヘッド26方向)への傾斜制御を行なうための第1の摺り割りで、該金属製ブロック37の内面37aと平行に穿設され、該第1の摺り割り42の底部には第1幅広溝部42aが設けられている。また、該第1の摺り割り42の外側及び内側にはそれぞれ第1ブロック部45及び第2ブロック部46が形成されている。
【0013】
図17に示すように、該第1ブロック部45には外面37b及び第1の摺り割り42に開口する第1貫通孔48が形成され、該第2ブロック部46には該第1貫通孔48に対応して雌ネジ部を螺設したネジ穴50が設けられている。52は先端部に雄ネジ部を螺設した第1駆動ロッドで、該貫通孔48に挿通されるとともに該ネジ穴50にその先端部が螺合せしめられる。該金属製ブロック37の外面37bにはサーボモータなどの第1駆動装置54が設けられている。該第1駆動装置54は該第1駆動ロッド52に接続されており、該傾斜制御装置36のα方向への傾斜制御を行なう。
【0014】
また、図18に示すように、該第1ブロック部45には外面37b及び第1の摺り割り42に開口する第2貫通孔56がさらに形成されており、先端部にゲージプローブ58を有するリニアーゲージ式変位センサーなどの第1角度検出器60が設けられ、α方向の傾斜角度を測定する。
【0015】
±Δα方向への傾斜制御は、第1駆動装置54により回転する第1駆動ロッド52が、第1摺り割り42を超えて第2ブロック部46を押したり引いたりすることにより第1幅広溝部42aを支点として第2ブロック部46が傾斜することによってなされる。この変位量は第1駆動装置54の近傍に固定された第1角度検出器60によって検出される。
【0016】
62は該傾斜制御装置36のβ方向(α方向と直交する方向)への傾斜制御を行なうための第2の摺り割りで、該金属製ブロック37の内面37aと直交する方向に穿設され、該第2の摺り割り62の底部には第2幅広溝部62aが設けられている。また、該第2の摺り割り62の両側にはそれぞれ第3ブロック部64及び第4ブロック部66が形成されている。
【0017】
該第2の摺り割り62部分の構成は、図17及び図18に示した第1の摺り割り42部分の構成と同様であるので図示による再度の詳細な説明は省略し、図16のみによる簡単な説明にとどめる。該第3ブロック部64には側面37c及び第2の摺り割り62に開口する第3貫通孔(図示せず)が形成され、該第4ブロック部66には該第3貫通孔に対応して雌ネジ部を螺設したネジ穴(図示せず)が設けられている。該ネジ穴には先端部に雄ネジ部を螺設した第2駆動ロッド(図示せず)が第3貫通孔を介して螺合されている。該金属製ブロック37の側面37cにはサーボモータなどの第2駆動装置68が設けられている。該第2駆動装置68は該第2駆動ロッドに接続されており、該傾斜制御装置36のβ方向への傾斜制御を行なう。
【0018】
また、該第3ブロック部64には側面37c及び第2の摺り割り60に開口する第4貫通孔(図示せず)がさらに形成されており、先端部にゲージプローブ(図示せず)を有するリニアーゲージ式変位センサーなどの第2角度検出器70が設けられ、β方向の傾斜角度を測定する。
【0019】
±Δβ方向への傾斜制御は、第2駆動装置68により回転する第2駆動ロッドが、第2摺り割り62を超えて第4ブロック部66を押したり引いたりすることにより第1幅広溝部42aを支点として第2ブロック部46が傾斜することによってなされる。この変位量は第2駆動装置68の近傍に固定された第2角度検出器70によって検出される。
【0020】
なお、図16〜図18の説明においては、傾斜制御装置36が角度検出器60、70を具備している場合について説明したが、後記する図20の場合のように従来の傾斜制御装置36においては角度検出器60、70を設置しないで、作業者の熟練に依存する場合がほとんどであった。また一般的にはサーボモータなどの自動的に駆動ロットの送り量を制御するものではなく、手動でねじの回転量を調節してその送り量で角度を調整しており、作業者の経験と勘に頼るものが大きくその調整は困難であった。また角度検出器60、70が設置されていても、どの方向にどの程度角度を変化させるかはやはり作業者の経験が必要であり、結局は作業者の熟練に頼る以外に方策がないのが現状であった。
【0021】
上記した構成によって、該インフィード方式の平面研削盤10は、ウエーハチャック16に真空吸着したウエーハ14を高速回転する砥石22によって研削するものである。この研削にあたって、軸調装置36によって制御可能な傾き方向は、図20及び図21に示すように、砥石中心OGとウエーハ中心Oを結んだ線(α軸)の方向(α方向)とこれに直交する軸(β軸)の方向(β方向)である。なお、換言すれば、α方向はインフィード方式の平面研削盤10の長手方向(図15では左右方向)であり、β方向は該平面研削盤10の前後方向(図15では紙面方向)である。
【0022】
この時、図19に誇張して示すように、ウエーハチャック16面は数十μmの凸形状であり、砥石回転軸(主軸)24はウエーハチャック回転軸18から僅かな角度(φ=1/100〜1/10度)だけ傾くように設定されているため、砥石22とウエーハ14は図20及び図21に示した弧OP(即ち、ウエーハ中心Oとウエーハ14の外周円と砥石軌跡22aとの交点Pを結ぶ弧)の部分だけで接触している。以下この弧OPの部分を接触弧44ということがある。図21において、DWはウエーハ14の回転方向及びDGは砥石22の回転方向である。
【0023】
インフィード方式の平面研削装置によりウエーハ14を高精度な平坦度(TTV)に仕上げるためには、ウエーハチャック16の平面に対してスピンドルヘッド26の少なくとも前後方向の傾き(本明細書におけるα方向)を高精度に調整する必要がある。このような手段を備えた装置としては、例えば特許文献1に記載の装置がある。また特許文献2には、回転テーブルに対してスピンドルヘッドを傾けるのではなく、スピンドルヘッドに対して回転テーブル(ウエーハチャック)を傾ける装置が開示されている。つまり、インフィード方式の平面研削盤10は砥石回転軸24とウエーハチャック回転軸18との間の相対角度を調整する(以降、軸調と略すことがある)ことによって、希望する平坦度を実現する装置である。
【0024】
また、特許文献3にはスピンドルヘッドの傾斜を研削の段階(研削中)ごとに応じて自動的に変化させ高平坦度な加工を行なう技術が開示されている。
【0025】
【特許文献1】
特開昭61−274873号公報
【特許文献2】
特開平8−90376号公報
【特許文献3】
特開平10−315103号公報
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、現行の平面研削装置、例えば上記した平面研削盤およびこれと同様の基本構造の装置では、ウエーハとスピンドルヘッドの相対的な傾きを調整(軸調)を行なうことができる方向(軸調手段が制御できる方向)は、前述したごとく、図15に示すように砥石中心OGとウエーハ中心Oを結んだ線状の方向(α方向)とこれに直交する方向(β方向)である。
【0027】
高平坦度なウエーハを得るために、このような方向で軸調を行なうには、専ら作業者の経験と試行錯誤に負っている。つまりスピンドルヘッド(又は砥石)の角度調整は難しく、熟練した技術者が手作業により調整するので、多くの時間と専門的な技術を必要としていた。しかも、一度角度を設定しても使用している間にずれが生じるので、定期的な確認および角度調整が必要となっていた。
【0028】
また高平坦度に加工するには特許文献3に開示されているように研削中にスピンドルヘッドの角度を変化させるなどの工夫が必要であり制御が複雑になっていた。
【0029】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、高精度な平坦度が得られるとともに、軸の調整を容易にし、加工効率の優れた研削方法および装置を提供することを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】
インフィード方式の平面研削盤で研削したウエーハ形状は図22に示すように主に「傾き」成分Kや「たわみ」成分Tが重畳したものである。図22は凸状の傾きと凹状のたわみが合成されたウエーハ形状(断面形状)の1例を模式的に例示したものである。インフィード方式の平面研削盤による研削を行なうと、図22に示すように中心よりほぼ対称な断面形状となる。
【0031】
このような「傾き」成分Kや「たわみ」成分Tは、図12に示すように、ウエーハ中心Oと点Pを結ぶ方向をY軸(砥石22とウエーハ14との接触弧44に沿った方向)とこれと直交する方向をX軸とした場合、接触弧(軌跡)44をX軸に関して傾ける(すなわち、X軸を対称軸としてY軸の方向に傾ける)ことにより、ウエーハ形状が図11(a)、(b)に示すような「凹傾き」または「凸傾き」の断面形状に加工することができ、同様に、接触弧(軌跡)44をY軸に関して傾ける(すなわち、Y軸を対称軸としてX軸の方向に傾ける)ことによりウエーハは図11(c)(d)に示すような「凹たわみ」または「凸たわみ」の断面形状に加工することができる。
【0032】
つまり、図12に示すようにX軸、Y軸の2軸にスピンドルヘッドの軸の傾き成分を分解し、これらの傾け角度ごとに調整することによって、「傾き」や「たわみ」の無い平坦なウエーハを研削することが可能である。また、軸調を効率的に行なうには、Y軸およびX軸(接触弧に沿った方向およびこれに直交する方向)に関してそれぞれ独立に傾け角を調整する必要があることが明らかとなった。
【0033】
従って本発明の平面研削方法は、水平面内で回転駆動されるウエーハを、垂直方向に配置されたスピンドルヘッドの下部に取り付けられた砥石により研削するインフィード方式の平面研削方法において、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y)およびこれに直交する方向(X)からなる座標系(X−Y)方向の2方向に対してスピンドルヘッドの軸の傾き成分を分解し、スピンドルヘッドの相対的な傾きを調整することを特徴とする。
【0034】
このような方向で軸を正確に調整することにより任意の形状のウエーハが製造でき、特に高平坦度なウエーハの製造ができる。
【0035】
また、従来の平面研削では、軸調整を行なうには一般的に砥石中心とウエーハ中心を結んだ線状の方向(本明細書におけるα方向)とこれに直交する方向(本明細書におけるβ方向)である。このような装置で上記のような軸調整を行なう為、本発明の別な形態の平面研削方法は、水平面内で回転駆動されるウエーハを、垂直方向に配置されたスピンドルヘッドの下部に取り付けられた砥石により研削するインフィード方式の平面研削方法において、砥石中心とウエーハ中心を結んだ線状の方向(α方向)とこれに直交する方向(β方向)からなる座標系(α−β)方向に対してスピンドルヘッドの軸の傾き成分を分解し、スピンドルヘッドの軸調整を行なうに際し、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y方向)とこれに直交する方向(X方向)からなる座標系(X−Y)方向に対する角度θのずれを考慮し、両座標系の間で座標変換を行いウエーハとスピンドルヘッドの相対的な傾きを調整することを特徴とする平面研削方法である。
【0036】
このように実際に軸調整できる方向(α−β)と、本来軸調整したい方向(X−Y)との間に角度θのずれがある場合、角度θのずれを考慮し、両座標系の間で座標変換を行いウエーハとスピンドルヘッドの相対的な傾きを調整すると良い。これにより(α−β)の方向の軸調整でもX軸およびY軸方向に対する成分をそれぞれ独立して正確に任意の量だけ調整することができる。
【0037】
また、実際に軸調整できる方向がα軸、β軸である場合は、座標系(α−β)及び座標系(X−Y)の両座標系の間で座標変換を下記式(1)又は(2)により行うとよい。
【0038】
【数3】

Figure 2004223651
【0039】
なお、式(1)及び(2)において、θ(度)は用いる砥石の直径及びウエーハの直径、及びこれらの配置により決定される。式(1)及び(2)における角度の単位も「度」でも「ラジアン」でもよい。
【0040】
このような変換を行なうことで、正確に軸調整を行なうことができ、精度の良いウエーハ加工が行なえる。
【0041】
特に、平面研削後に得られるウエーハ形状を「傾き成分」及び「たわみ成分」に分け計測し、これを制御パラメータとしてフィードバックすることでウエーハとスピンドルヘッドの相対的な傾きを調整すると良い。
【0042】
このようにウエーハ形状の傾き成分及びたわみ成分をスピンドルヘッドの調整パラメータとして使用することで容易に高平坦度のウエーハが製造できる。
【0043】
この時、平面研削後に得られるウエーハ形状の厚さ単位の「傾き成分ΔY’」及び「たわみ成分ΔX’」を下記式(3)により角度変換し、角度単位の「傾き成分ΔY」及び「たわみ成分ΔX」を得ると良い。
【0044】
【数4】
Figure 2004223651
【0045】
ここで、k、kは補正係数、k、kは補正値であり、装置や研削条件により決まる数値で用いる装置や研削条件により決定する。なお、式(3)における角度の単位は「度」でも「ラジアン」でも良い(単位の変化に応じて係数を変える必要があることはいうまでもない)。このような関係式により得られた値を調整パラメータにすることでより制御しやすくなる。
【0046】
なお、このようなウエーハとスピンドルヘッドの相対的な傾きの調整は研削前に実施し、研削中には砥石とウエーハの相対角度は一定に維持すると良い。
【0047】
本発明の方法でも研削中に軸調整をすることは可能であるが、研削中に砥石とウエーハの相対角度は一定に維持することで、初めに設定した形状への制御が容易になり、また形状確認後のフィードバックも容易である。
【0048】
また、特許文献3では本発明のようにウエーハの平坦度を直交する2軸成分に分けて制御しようとする意図がなく、主にX方向にしか制御しなかった為、ウエーハを高平坦度にするため研削中に砥石角度を調整するなど機構的に複雑になっていた。つまり研削中に砥石とウエーハの相対角度を制御する為、X軸の方向への相対角度を予め設定したプログラムで段階的または連続的に変化させる必要があった。本発明の軸調整方法を採用することによりウエーハ研削中の砥石角度の調整は必ずしも行なう必要が無くなり、容易に高平坦度なウエーハが製造できる。
【0049】
本発明の平面研削装置の第1の態様は、上記のような方法を実施する為の装置であり、水平面内で回転駆動されるウエーハを、垂直方向に配置されたスピンドルヘッドの下部に取り付けられた砥石により研削するインフィード方式の研削装置において、前記スピンドルヘッドとウエーハを垂直方向であるZ軸方向に相対移動させる駆動装置と、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸に分解し、スピンドルヘッドを相対的に移動させる傾斜制御装置を備えたことを特徴とする平面研削装置である。
【0050】
本発明の平面研削装置の第1の態様においては平面研削後に得られるウエーハ形状の「傾き成分」及び「たわみ成分」を入力する入力手段と、これらの値により、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸に対するスピンドルヘッドの軸傾き成分を算出する算出手段とをさらに有するのが好ましい。
【0051】
本発明の平面研削装置の第2の態様は、スピンドルヘッドとウエーハを垂直方向であるZ軸方向に相対移動させる駆動機構と、砥石中心とウエーハ中心を結んだ線状の方向(α軸)とこれに直交する方向(β軸)からなる座標系(α−β)方向にスピンドルヘッドの傾斜を調整する傾斜制御装置とを有し、水平面内で回転駆動されるウエーハを、垂直方向に配置されたスピンドルヘッドの下部に取り付けられた砥石により研削するインフィード方式の平面研削装置であって、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)に対して座標変換する座標変換手段を有し両座標間で座標変換を行なうことでウエーハとスピンドルヘッドの相対的な傾きを調整することを特徴とする。
【0052】
本発明の平面研削装置の第2の態様においては、平面研削後に得られるウエーハ形状の「傾き成分」及び「たわみ成分」を入力する入力手段と、これらの値により、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸、又は砥石中心とウエーハ中心を結んだ線状の方向(α軸)とこれに直交する方向(β軸)方向の2軸に対するスピンドルヘッドの軸傾き成分を算出する算出手段とをさらに有すると良い。
【0053】
このようにウエーハ形状、特に傾き成分とたわみ成分を制御パラメータとして入力し、これをもとにX軸及びY軸の調整量(スピンドルヘッドの軸傾き成分)を算出することで、専門的な技術を必要とせず、容易に軸調整を行なうことができる。
【0054】
座標変換する場合は、座標変換手段が、ウエーハ形状の厚さ単位の「傾き成分ΔY’」及び「たわみ成分ΔX’」を角度単位の「傾き成分ΔY」及び「たわみ成分ΔX」に変換し、さらに(X−Y座標)から(α−β座標)に座標変換し、α軸およびβ軸の傾斜角度Δα(度)、Δβ(度)を算出するプログラム(アルゴリズム)を有すると好ましい。
【0055】
さらに、α軸およびβ軸の傾斜角度Δα(度)、Δβ(度)を計測する角度検出器、例えば電気的なセンサーを取り付け、前記傾斜制御装置の座標変換を行なうことで得られたα軸およびβ軸の傾斜角度Δα(度)、Δβ(度)までをステッピングモータ等の駆動装置により駆動して自動的に調整する事が好ましい。必要によりΔα、Δβ(角度単位)をステッピングモータの移動距離などに変換しても良い。
【0056】
このような軸調機構が実際に指示値通りに動作したかどうかをセンサーで確認したり、センサーの値により自動的に任意の位置まで傾斜させることにより、装置の管理が容易になる。特にセンサーの値をリアルタイムで確認しながら軸の調整を行なうような制御(フィードバック機構)システムにすると良い。
【0057】
以上のような装置を用いることで、軸調整の為に多くの時間と専門的な技術を必要とせず、熟練した作業者で無くても容易に高平坦度なウエーハ(又は必要としている形状のウエーハ)の製造が実施できる。しかも、定期的な確認および角度調整(フィードバック)も容易である。
【0058】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構造部品の寸法、材質、形状、相対位置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【0059】
図1は本発明に係る平面研削装置の第1実施形態を示す概略説明図である。図2は図1の平面研削装置による研削時におけるウエーハと砥石との接触状態を模式的に示す上面的説明図である。図1及び図2において図15及び図20と同一又は類似部材は同一符号によって示される。また、図1及び図2の構成において、図15及び図20の構成と共通の点については再度の詳細な説明は省略し、主として相違点についての説明を行なう。
【0060】
図1において、10aは本発明の第1実施形態である平面研削装置である。該平面研削装置10aは、水平面内で回転駆動されるウエーハ14を、垂直方向に配置されたスピンドルヘッド26の下部に取り付けられた砥石22により研削するインフィード方式の研削装置であり、前記スピンドルヘッド26とウエーハ14を垂直方向であるZ軸方向に相対移動させる駆動機構、例えば砥石回転軸昇降モータ40を有し、さらに図2にその配置を示すように該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸(2方向)に分解しスピンドルヘッド26を相対的に傾斜させる傾斜制御装置(軸調装置)36を備えている。
【0061】
具体的には、基台12に固定フレーム32が設けられ、この固定フレーム32にスピンドルヘッド26が傾斜制御装置(軸調装置)36を介して配置されている。傾斜制御装置36はスピンドルヘッド26を該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸に分解しスピンドルヘッド26を相対的に移動させることができる。
【0062】
スピンドルヘッド26の先端に砥石22が固定された回転軸24が支持され、この回転軸24は砥石回転軸駆動モータ28により駆動されるようになっている。砥石22は、固定フレーム32の上部に設けられた砥石回転軸昇降モータ(Z軸方向に相対移動させる駆動機構)40により昇降されると共に、スピンドルヘッド26は傾斜制御装置36により制御されて砥石22の回転軸24の傾斜角を任意に設定できるようになっている。
【0063】
基台12にはウエーハチャック駆動モータ20の回転軸18に取り付けられたウエーハチャック16が配置されている。このウエーハチャック16上にウエーハ14が支持固定される。このとき本発明の平面研削装置10aでは、スピンドルヘッド26とウエーハチャック16及び軸調を行なう方向の関係が、図2に示すような該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸に分解し制御できるように配置・設計されている。
【0064】
なお、本平面研削装置10aは、この他に装置全体を制御するCPUやこのCPUに制御を行なわせるためのプログラムを格納したメモリ、さらにはX軸、Y軸の2軸に対するスピンドルヘッドの軸傾き成分を算出する算出手段などを有する加工制御部100A、及びCPUに所定の動作を行なわせるため、ウエーハ形状の「傾き成分」及び「たわみ成分」を入力する入力手段などを備え、その入力指示を行なうキーボード等の操作部100b、動作表示を行なうCRTや液晶デバイス等の表示部100cを有している。
【0065】
例えば、作業者がウエーハ形状の厚さ単位の「傾き成分ΔY’」及び「たわみ成分ΔX’」又は目標とする傾け角度ΔX(度)、ΔY(度)をキーボード等の操作部100bによって入力してやると、傾斜制御装置36におけるサーボモータ等の駆動装置54、68(図8)が指示値になるまで自動的に駆動する。
【0066】
加工制御部100Aでは、スピンドルヘッド26とウエーハ14を垂直方向であるZ軸方向に相対移動させる駆動機構40や該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸に分解した後の傾斜制御装置(軸調装置)36を制御するプログラミングが収納されている。
【0067】
次に、本発明の第2実施形態である平面研削装置を図3、図4を用い説明する。図3は本発明に係る平面研削装置の第1実施形態を示す概略説明図である。図4は図3の平面研削装置による研削時におけるウエーハと砥石との接触状態を模式的に示す上面的説明図である。図3及び図4において図15及び図20と同一又は類似部材は同一符号によって示される。また、図3及び図4の構成において、図15及び図20の構成と共通の点ついては再度の詳細な説明は省略し、主として相違点についての説明を行なう。
【0068】
図3において、10bは本発明の第2実施形態である平面研削装置である。該平面研削装置10bは、スピンドルヘッド26とウエーハ14を垂直方向であるZ軸方向に相対移動させる駆動機構、例えば砥石回転軸昇降モータ40と、図4に示したように砥石中心OGとウエーハ中心Oを結んだ線状の方向(α軸)とこれに直交する方向(β軸)方向にスピンドルヘッド26の傾斜を調整する傾斜制御装置(軸調装置)36を有し、水平面内で回転駆動されるウエーハ14を垂直方向に配置されたスピンドルヘッド26の下部に取り付けられた砥石22により研削するインフィード方式の平面研削装置である。該平面研削装置10bは、該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)に対して座標変換する座標変換手段100aを有し、両座標間で座標変換を行なうことでウエーハ14とスピンドルヘッド26の相対的な傾きを調整する。
【0069】
具体的には、基台12に固定フレーム32が設けられ、この固定フレーム32にスピンドルヘッド26が傾斜制御装置(軸調装置)36を介して配置されている。スピンドルヘッド26の先端に砥石22が固定された回転軸24が支持され、この回転軸24は砥石回転軸駆動モータ28により駆動されるようになっている。砥石22は、固定フレーム32の上部に設けられた砥石回転軸昇降モータ(Z軸方向に相対移動させる駆動機構)40により昇降されると共に、傾斜制御装置36により制御されて砥石22の回転軸24の傾斜角を任意に設定できるようになっている。
【0070】
基台12にはウエーハチャック駆動モータ20の回転軸18に取り付けられたウエーハチャック16が配置されている。このウエーハチャック16上にウエーハ14が支持固定される。本平面研削装置10bでは、スピンドルヘッド26とウエーハチャック16及び軸調を行なう方向の関係が、従来と同じように砥石中心OGとウエーハ中心Oを結んだ線状の方向(α軸)とこれに直交する方向(β軸)方向にスピンドルヘッド26の傾斜を調整する傾斜制御装置36が設置されている。
【0071】
この平面研削装置10bでは、更に該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)に対して制御する為に、座標系(X−Y)及び座標系(α―β)の両座標系間で座標を変換する座標変換手段100aが設けられており、両座標間で座標変換を自動的に行なうことができるようになっている。
【0072】
つまり、座標変換する座標変換手段100aを用いることで、図4に示すような該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸に分解し正確に制御できるように設計されている。
【0073】
なお、本平面研削装置10bにおいても、この他に装置全体を制御するCPUやこのCPUに制御を行なわせるためのプログラムを格納したメモリ、さらにはX軸、Y軸の2軸、又はα軸、β軸の2軸に対するスピンドルヘッドの軸傾き成分を算出する算出手段などを有する加工制御部100A、及びCPUに所定の動作を行なわせるため、ウエーハ形状の「傾き成分」及び「たわみ成分」を入力する入力手段などを備え、その入力指示を行なうキーボード等の操作部100b、動作表示を行なうCRTや液晶デバイス等の表示部100cを有している。
【0074】
加工制御部100Aでは、スピンドルヘッドとウエーハを垂直方向であるZ軸方向に相対移動させる駆動機構40や、該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)から、砥石中心OGとウエーハ中心Oを結んだ線状の方向(α軸)とこれに直交する方向(β軸)に対して座標変換する座標変換手段100a、砥石中心OGとウエーハ中心Oを結んだ線状の方向(α軸)とこれに直交する方向(β軸)方向の2軸についてスピンドルヘッド26の傾斜を調整する傾斜制御装置36を制御するプログラミングが格納されている。
【0075】
上記のような本発明の平面研削装置10a,10bを用い実際に加工する時の手順について説明する。該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)に対して制御する為に、本発明の平面研削装置10a,10bで一度テストウエーハを研削し、ウエーハの形状、特に傾き成分とたわみ成分を確認し、これを制御パラメータとして平面研削装置10a,10bの操作部に入力し、これをもとに加工制御部100AでX軸及びY軸の調整量(スピンドルヘッド26の軸傾き成分)を算出することで、専門的な技術を必要とせず、容易に軸調整を行なうことができる。
【0076】
具体的には平面研削後に得られるウエーハ形状の厚さ単位の「傾き成分ΔY’」及び「たわみ成分ΔX’」を下記式(3)により角度変換し、角度単位の「傾き成分ΔY」及び「たわみ成分ΔX」に換算する。つまりウエーハを実際に研削し、測定した平坦度の成分から目標とする傾け角度ΔX(度)、ΔY(度)を決定する作業を容易にするため、測定した平坦度成分の大きさを厚さ単位で直接入力できるようにした。すなわち平坦度の成分をΔX’(μm)、ΔY’(μm)とし、これに補正係数と補正値をつけて傾け角度ΔX(度)、ΔY(度)とする。
【0077】
【数5】
Figure 2004223651
【0078】
ここで、k、kは、補正係数、k、kは補正値であり、装置や研削条件により決まる係数で、用いる装置などにより当初は試行錯誤で修正し決定する。このような関係式はメモリなどを有する加工制御部100Aにプログラミングされている。
【0079】
実際の作業においては、作業者は先ずテストウエーハを研削し、測定したウエーハの平坦度を図5(a)〜(d)に示す2種類の平坦度成分「傾き」および「たわみ」に分解する。
【0080】
図5に示すように「傾き成分」(図5(a)(b))及び「たわみ成分」は(図5(c)(d))、大きく分けて傾き成分2種類(以下、凸傾き、凹傾きという)、たわみ成分で2種類(以下、凸たわみ、凹たわみという)の2種類である。得られるウエーハ形状は主にこれらの組合せでありほぼ4パターンのウエーハ形状が形成される。つまり図22に示すような凸傾きと凹たわみが合成された形状(凸傾き+凹たわみ)や、(凸傾き+凸たわみ)、(凹傾き+凸たわみ)、(凹傾き+凹たわみ)の形状のウエーハが研削される。本発明では。この傾き成分とたわみ成分に分離し、それぞれの成分に対応した軸調整を行なう。
【0081】
ウエーハ形状の測定方法は特に限定するものではないが、接触式の粗さ計や光学式の粗さ計を用いることができる。
【0082】
実際の手順について図6〔第1実施形態の装置:(X−Y)方向に直接軸調整可能〕及び図7〔第2実施形態の装置:(X−Y)方向に直接軸調整不可能、(α−β)方向に軸調整可能〕に示したフローチャートを用いて説明する。上記したように厚さ単位の「傾き成分ΔY’(μm)」及び「たわみ成分ΔX’(μm)」を計測し(ステップ200)、これらの値を上記第1の実施の形態の平面研削装置10a又は上記第2の実施形態の平面研削装置10bのキーボード等の操作部100b(入力手段)によって入力する(ステップ202)。これを上記関係式により角度単位に変換した「傾け成分ΔY(度)」及び「たわみ成分ΔX(度)」に換算し、実際に制御すべき目標角度(傾け角度)を決定する(ステップ204)。なお、別に計算するなどしてあらかじめ制御すべき目標角度(「傾け成分ΔY(度)」及び「たわみ成分ΔX(度)」)がわかっていれば、その値をステップ204の段階でキーボード等の操作部100b(入力手段)によって入力するようにしても良い(図6及び図7)。
【0083】
その後、第1実施形態の平面研削装置10aでは、図6に示すように、(X−Y)方向の軸調整が直接できる構成の装置である為、そのまま傾斜制御装置36に指示を送り(ステップ206)、その値をもとに駆動装置54、68を含む傾斜制御装置36が指示値になるまで自動的に駆動し、軸調整を行なうようになっている。
【0084】
一方、第2実施形態の平面研削装置10bでは、図7に示すように、(X−Y)方向の軸調整が直接できない構成の装置である為、ステップ202で制御すべき目標角度(傾け角度)を決定した後、更に角度単位の「傾け成分ΔY(度)」及び「たわみ成分ΔX(度)」を実際に制御可能な(α−β)方向の成分に座標変換し、α軸およびβ軸の傾斜角度Δα(度)、Δβ(度)を算出し(ステップ208)、その値をもとに傾斜制御装置36に指示を送り(ステップ210)、駆動装置54、68を含む傾斜制御装置36が指示値になるまで自動的に駆動し、軸調整を行なうようになっている。
【0085】
つまり、本発明で調整を行ないたい該砥石22と該ウエーハ14との接触弧44に沿った方向(Y方向)およびこれに直交する方向(X方向)からなる座標系(X−Y)方向と、実際に制御できる砥石中心OGとウエーハ中心Oを結んだ線状の方向(α方向)とこれに直交する方向(β方向)からなる座標系(α−β)方向が異なる場合、座標変換手段100aにより座標変換し、α軸およびβ軸の傾斜角度Δα(度)、Δβ(度)を求める。
【0086】
座標系(X−Y)と座標系(α−β)の両者間には下記の簡単な座標変換式で表される幾何学的な関係がある。すなわち、角度ΔXおよびΔYを下記式(1)によって角度Δαおよび Δβに自動的に換算することができる。また下記式(2)によって逆方向の変換も可能である。
【0087】
【数6】
Figure 2004223651
【0088】
座標変換手段100aは上記のような関係式がメモリなどを有する加工制御部100Aにプログラミングされ、作業者がウエーハ形状の厚さ単位の「傾き成分ΔY’」及び「たわみ成分ΔX’」又は目標とする傾け角度ΔX(度)、ΔY(度)をキーボード等によって入力してやると、前述の式(1)によってΔα、Δβを自動的に計算するようになっており、さらにサーボモータなどの駆動装置を含む傾斜制御装置36によってΔα、Δβが指示値になるまで軸調を制御している。
【0089】
傾斜制御装置36は、図1又は図3に示す固定フレーム32とスピンドルヘッド26の間に位置しており、図8〜図10の模式図に示す構造を有している。なお、図8〜図10は一例であり、本発明において採用される傾斜制御装置は特にこれに限定するものではない。図8〜図10に示した構造は図16〜図18に示した構造と基本的には共通であり、再度の詳細な説明は省略し、主要な構成及び作用並びに相違点について以下に説明する。
【0090】
図8〜図10において、36は第1実施形態の平面研削装置10aで用いられる傾斜制御装置で、X軸、Y軸方向に直接、角度調整できる形態のものである。該傾斜制御装置36は、X方向およびY方向に摺り割り42、62のついた金属製ブロック37に固定されたサーボモータなどの駆動装置54、68と、これらによって駆動される駆動ロッド52、およびリニアーゲージ式変位センサーなどの角度検出器60、70から成っている。±ΔX方向への傾斜は、加工制御部100Aからの信号によって駆動されるサーボモータなどの駆動装置54により回転する駆動ロッド52が、摺り割り42を超えて相手方の第2ブロック部46を押したり引いたりすることによってなされる。この変位量は駆動装置54の近傍に固定された角度検出器60によって検出され、角度に換算され、加工制御部100Aへのフィードバック信号となる。±ΔY方向への傾斜制御も同様にサーボモータなどの駆動装置68と角度検出器70によってなされる。第2実施形態の平面研削装置10bで用いられる傾斜制御装置36は、図16〜図18に示したα軸、β軸方向に角度調整できる形態のものと実質同様である。
【0091】
また、必ずしも必要ではないが、サーボモータなどの駆動装置54、68によって電動で軸調を行った結果(場合によっては手動操作によって軸調を行ってもよい)は、X軸、Y軸の実際の調整量としてディスプレー等に表示しても良い。特に座標変換した場合などは、傾け角度Δα(度)、Δβ(度)を角度検出器60、70によって読み取り、先に示した式(2)によってΔX(度)、ΔY(度)に自動的に換算して、X軸、Y軸の調整量としてディスプレー等に表示するようにすれば制御の状況が把握しやすい。
【0092】
本発明装置を用いウエーハ(製品ウエーハ)の研削を行なうには、まず研削前に上記制御パラメータをもとに調整量を算出し、上記傾斜制御装置36を駆動させることによりスピンドルヘッド26(砥石22とウエーハ14の相対角度)の軸調を行なう。
【0093】
ウエーハ形状の傾き成分およびたるみ成分を目標値(一般には零)にするよう、軸調方向XおよびYの傾け角度ΔX(度)、ΔY(度)を決定してやると、本発明の第1実施形態の装置10aでは、X軸、Y軸方向に直接的にサーボモータなどの駆動装置54、68を駆動し、また第2実施形態の装置10bでは、Δα、Δβを自動的に計算し、α軸、β軸方向にサーボモータなどの駆動装置54、68を駆動させることによって間接的にX軸、Y軸方向の傾け角度を指示値になるまで正確に軸調する。
【0094】
つまり、X軸方向及びY軸方向に対応する傾斜補正量を読み込んで、該補正量に対応するモータ駆動信号をサーボモータなどの駆動装置54、68や角度検出器60、70に送り、傾斜制御装置36を駆動して砥石22の傾斜角(ウエーハチャック16の回転軸18に対する傾斜角)を制御するように構成されている。
【0095】
軸調を行なった後、実際のウエーハの研削は、従来から行なわれている方法で行なわれれば良く、例えば前記砥石回転軸昇降モータ40を制御することにより通常の研削開始位置まで送り、研削工程時における高速切込み、低速切込み時、スパークアウト(無切込み)の三段階程度に切込み速度(研削速度)を調整して行ない高平坦度なウエーハを加工する。なお、特に研削加工中には砥石の角度等は調整しておらず、研削前に軸調した状態で研削を行なっている。
【0096】
研削後に平坦度が目標値に達しない場合には、目標とする傾け角度ΔX、ΔYに微調整を施す。それぞれの成分を目標値(一般には零)にするよう、軸調方向XおよびYの傾け角度ΔX(度)、ΔY(度)を決定する。本発明ではこのようなフィードバック操作が容易に実施できる。
【0097】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【0098】
【実験例1】
図3に示す形態の平面研削装置を用いウエーハを研削した。ウエーハは直径300mmの両頭研削(粗研削)を行った厚さ約800μmのシリコンウエーハを用いた。砥石は直径350mmのレジンボンド砥石(SD#2000B)を用いた。
【0099】
研削条件として、下記の三段階の切込み速度で加工した(片面研削)。全体の取り代は片面6μmであった。
【0100】
【表1】
Figure 2004223651
【0101】
特に軸調整を行なわず研削した結果、図14に示すようなウエーハ形状が得られた。なお、ウエーハ形状は黒田精工社製ナノメトロによりウエーハ面を非吸着の状態で測定した厚さむらで示したものである。
【0102】
図14に示したウエーハから、傾き成分およびたわみ成分を計測した。計測した結果、傾き成分ΔY’=−0.60μm、たわみ成分ΔX’=−0.28μmであった。
【0103】
ウエーハの平坦度成分を零にするように、この厚さ単位の傾き成分「ΔY’(μm)」およびたわみ成分「ΔX’(μm)」を角度単位の傾き成分「ΔY(度)」及びたわみ成分「ΔX(度)」に変換した。この変換は下記式(4)を用いて行った。
【0104】
【数7】
Figure 2004223651
【0105】
この式(4)は、本平面研削装置、研削条件から得られた経験式である。このような式(4)より、傾き成分ΔY=−0.00023度、たわみ成分ΔX=−0.00095度という結果が得られた。このような角度で軸調すれば良いことがわかる。
【0106】
本装置では、このようなX軸方向、Y軸方向に直接軸調できないため、下記式(1)から、実際に制御できる砥石中心とウエーハ中心を結んだ線状の方向(α方向)とこれに直交する方向(β方向)からなる座標系(α−β)に座標変換し、α軸およびβ軸の傾斜角度Δα(度)、Δβ(度)を求めた。θは、砥石の直径及びウエーハの直径から、25.4°である。
【0107】
【数8】
Figure 2004223651
【0108】
これにより、傾き成分Δα=−0.00096度、たわみ成分Δβ=0.00020度という結果が得られた。
【0109】
【実施例1】
この結果を、傾斜制御装置に送り軸調整を行なった。具体的には、実際に制御できる砥石中心とウエーハ中心を結んだ線状の方向(α方向)のサーボモータとこれに直交する方向(β方向)のサーボモータを駆動させ任意の角度まで変化させた。なお、実際にはセンサーによりΔα、Δβの値を管理し、センサーの値が上記設定値になるまで制御している。なお以上のような傾斜量の算出や傾斜制御装置の制御は加工制御部の命令で自動的に処理されている。
【0110】
このように調整した後、初めに研削した条件と同じ条件、つまりウエーハは直径300mmの両頭研削(粗研削)を行った厚さ約800μmのシリコンウエーハを用いた。砥石は直径350mmのレジンボンド砥石(SD#2000B)を用いた。研削条件として、実験例1と同様の三段階の切込み速度で加工した。全体の取り代は片面6μmであった。
【0111】
特にこのような軸調を行なった後のウエーハ形状は、図13に示すような大変高平坦度なウエーハが得られた。
【0112】
以上のように、研削したウエーハの形状を測定し、その情報を入力すれば、簡単な操作で精度良く本来軸調したいX軸、Y軸方向の制御が行なわれ、熟練した作業者でなくても容易に調整が行なえ、加工効率の優れた研削を行なうことが出来た。またフィードバック作業も容易である。
【0113】
なお、上記実施例1においては、スピンドルヘッド傾動機構としてサーボモータを用いたが、差動ねじ等を用いても良く他の構造を用いてもよい。またスピンドルヘッドを回転テーブルに対して傾ける構成について説明したが、スピンドルヘッドに代えて回転テーブルを傾ける構成でもよい。
【0114】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、これまで専ら熟練した作業者の経験と勘に依存してきた軸調作業を、系統的かつ効率的に行なうことができるようになった。その結果、品質(ウエーハの平坦度)および作業性(軸調にかかる時間)を大幅に改善できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の平面研削装置の第1実施形態を示す概略説明図である。
【図2】図1の平面研削装置による研削時におけるウエーハと砥石との接触状態を模式的に示す上面的説明図である。
【図3】本発明の平面研削装置の第2実施形態を示す概略説明図である。
【図4】図3の平面研削装置による研削時におけるウエーハと砥石との接触状態を模式的に示す上面的説明図である。
【図5】本発明の研削方法による研削を行なったウエーハの断面形状を示す説明図である。
【図6】第1実施形態の平面研削装置を用いた場合の本発明方法による研削手順を示すフローチャートである。
【図7】第2実施形態の平面研削装置を用いた場合の本発明方法による研削手順を示すフローチャートである。
【図8】本発明装置において用いられる角度制御機構の一例を示す斜視的概略説明図である。
【図9】図8におけるサーボモータ部分の詳細説明図である。
【図10】図8における角度検出器部分の詳細説明図である。
【図11】本発明の研削方法による研削を行なったウエーハの断面形状を示す説明図である。
【図12】本発明の研削方法によるウエーハと砥石との接触状態を模式的に示す上面的説明図である。
【図13】実験例1において研削されたウエーハ形状を示すグラフである。
【図14】実施例1において研削されたウエーハ形状を示すグラフである。
【図15】従来のインフィード方式の平面研削盤の構造例を示す概略説明図である。
【図16】従来の角度制御機構の一例を示す斜視的概略説明図である。
【図17】図16におけるサーボモータ部分の詳細説明図である。
【図18】図16における角度検出器部分の詳細説明図である。
【図19】従来のインフィード方式の平面研削盤による研削状態を誇張して示す説明図である。
【図20】従来のインフィード方式の平面研削盤による研削時におけるウエーハと砥石との接触状態を模式的に示す上面的説明図である。
【図21】従来のインフィード方式の平面研削盤による研削時におけるウエーハと砥石との接触状態を模式的に示す斜視的説明図である。
【図22】従来のインフィード方式の平面研削盤によって研削したウエーハ形状を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
10:従来の平面研削盤、10a,10b:本発明の平面研削装置、12:基台、14:ウエーハ、16:ウエーハチャック、18:ウエーハチャック回転軸、20:ウエーハチャック駆動モータ、22:砥石、22a: 砥石軌跡、24:砥石回転軸、26:スピンドルヘッド、28:砥石回転軸駆動モータ、30:支台、32:固定フレーム。34:摺動支持板、36:傾斜制御装置(軸調装置)、37:金属製ブロック、40:砥石回転軸昇降モータ(駆動機構)、42:第1摺り割り、42a:第1幅広溝部、44:接触弧、45:第1ブロック部、46:第2ブロック部、48:貫通孔、50:ネジ穴、52:駆動ロッド、54:第1駆動装置、56:貫通孔、58:ゲージプローブ、60:第1角度検出器、62:第2摺り割り、62a:第2幅広溝部、64:第3ブロック部、66:第4ブロック部、68:第2駆動装置、70:第2角度検出器、100A:加工制御部、100a:座標変換手段、100b:操作部、100c:表示部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for surface-grinding a surface of a compound semiconductor wafer such as a semiconductor silicon wafer or gallium arsenide, gallium phosphide, or indium phosphide.
[0002]
[Related technology]
With recent remarkable development of electronics technology, various semiconductor devices have been used in many electronic devices. 2. Description of the Related Art A semiconductor device is manufactured based on a single crystal of a semiconductor material such as silicon, which is sliced into a thin disk called a wafer. For example, a method for manufacturing a silicon wafer generally includes a crystal growth step of manufacturing a single crystal ingot using a Czochralski (CZ) method, a floating zone (FZ) method, or the like, and slicing the single crystal ingot. Then, a wafer processing step in which at least one main surface is processed into a mirror surface is performed. More specifically, the wafer processing step includes a slicing step of slicing a single crystal ingot to obtain a thin disk-shaped wafer, and a slicing step for preventing cracking and chipping of the wafer obtained by the slicing step. A chamfering step for chamfering the outer peripheral portion, a lapping step for flattening the wafer, an etching step for removing processing distortion remaining on the chamfered and wrapped wafer, and a polishing (polishing) step for mirror-polishing the wafer surface. And a cleaning step of cleaning the polished wafer and removing abrasives and foreign substances adhering thereto. The above-mentioned wafer processing step shows a main step, and other steps such as a heat treatment step are added, the same step is performed in multiple stages, and the order of the steps is changed.
[0003]
Particularly in recent years, a surface grinding step may be performed instead of or in combination with the lapping step. Surface grinding has the advantage that a highly flat wafer can be obtained up to the outer periphery of the wafer.
[0004]
Such a semiconductor wafer, especially a mirror-polished silicon wafer, is required to have extremely high flatness (small thickness unevenness). For this reason, it is expected that the flatness (uneven thickness) of a wafer as a raw material of a mirror-polished wafer, for example, a wafer after surface grinding, is 1 μm or less over the entire surface of the wafer.
[0005]
As a surface grinding device used for flattening a semiconductor wafer, an in-feed type surface grinding machine is mainly used. FIG. 15 schematically shows the structure of the conventional infeed type surface grinding machine. In FIG. 15, reference numeral 10 denotes an in-feed type surface grinding machine (surface grinding device) having a base 12. On the upper surface of the base 12, a wafer chuck 16 for vacuum-sucking a wafer 14 to be ground is provided. A wafer chuck rotating shaft 18 is attached to the lower surface of the wafer chuck 16. The rotation shaft 18 is rotated by a wafer chuck drive motor 20. The wafer chuck 16 is sometimes called a rotary table or a rotary table.
[0006]
Reference numeral 22 denotes a grindstone for grinding the wafer 14, and a grindstone rotating shaft 24 is attached to the upper surface thereof. The grindstone rotating shaft 24 is rotated by a grindstone rotating shaft drive motor 28 via a spindle head 26.
[0007]
Reference numeral 30 denotes an abutment provided on the upper surface of the base 12 corresponding to the wafer chuck 16, and a fixed frame 32 is further attached to the upper surface of the abutment 30. A sliding support plate 34 slidable in the vertical direction is attached to the inner surface of the fixed frame 32, and the spindle head 26 is connected to the sliding support plate 34 via an inclination control device 36. . The tilt control device 36 controls the tilt of the grindstone rotating shaft 24 as described later, and may be referred to as an axis adjusting device in the following description and drawings.
[0008]
Numeral 40 denotes a grindstone rotating shaft elevating motor provided above the fixed frame 32, and by sliding the sliding support plate 34 in the vertical direction, the inclination control device 36, the spindle head 26, the grindstone rotating shaft 24 and the grindstone 22 can be raised and lowered.
[0009]
The tilt control device 36 has a structure capable of tilting its inner surface in a predetermined direction, as described later. Therefore, the spindle head 26, the grindstone rotation shaft 24, and the grindstone 22 connected to the inner surface of the inclination control device 36 can also be inclined.
[0010]
16 to 18 are schematic explanatory views showing an example of the structure of the tilt control device (axis adjusting device) in detail. FIG. 16 is an overall perspective view of the tilt control device (axis adjusting device). FIG. 17 is a servomotor. FIG. 18 is a cross-sectional view of a portion of the angle detector, and FIG.
[0011]
In FIG. 16, reference numeral 36 denotes an inclination control device (axis adjustment device). The inclination control device 36 has a metal block 37. The spindle head 26, the grindstone rotating shaft 24, and the grindstone 22 are connected to the inner surface 37a of the metal block 37.
[0012]
Reference numeral 42 denotes a first slit for controlling the inclination of the inclination control device 36 in the α direction (toward the spindle head 26). The first slit 42 is bored in parallel with the inner surface 37a of the metal block 37. A first wide groove 42a is provided at the bottom of the slit 42. A first block portion 45 and a second block portion 46 are formed outside and inside the first slot 42, respectively.
[0013]
As shown in FIG. 17, the first block portion 45 is formed with a first through hole 48 opening to the outer surface 37b and the first slot 42, and the second block portion 46 is formed with the first through hole 48. A screw hole 50 in which a female screw portion is screwed is provided corresponding to. Reference numeral 52 denotes a first drive rod having a male screw portion threaded at the distal end thereof. The first drive rod is inserted into the through hole 48 and the distal end portion is screwed into the screw hole 50. On the outer surface 37b of the metal block 37, a first driving device 54 such as a servomotor is provided. The first driving device 54 is connected to the first driving rod 52 and controls the inclination of the inclination control device 36 in the α direction.
[0014]
As shown in FIG. 18, the first block portion 45 is further formed with an outer surface 37b and a second through hole 56 opening to the first slit 42, and a linear probe having a gauge probe 58 at a tip end. A first angle detector 60 such as a gauge type displacement sensor is provided, and measures a tilt angle in the α direction.
[0015]
The tilt control in the ± Δα direction is performed by the first wide-width groove portion 42 a when the first drive rod 52 rotated by the first drive device 54 pushes or pulls the second block portion 46 beyond the first slit 42. This is achieved by tilting the second block portion 46 with the fulcrum as a fulcrum. This displacement amount is detected by a first angle detector 60 fixed near the first driving device 54.
[0016]
Reference numeral 62 denotes a second slit for controlling the inclination of the inclination control device 36 in the β direction (the direction orthogonal to the α direction), and is provided in a direction orthogonal to the inner surface 37 a of the metal block 37. At the bottom of the second slot 62, a second wide groove 62a is provided. A third block portion 64 and a fourth block portion 66 are formed on both sides of the second slot 62, respectively.
[0017]
The structure of the second slit 62 is the same as the structure of the first slit 42 shown in FIGS. 17 and 18, and therefore, detailed description is not repeated again, and only the structure shown in FIG. Just a brief explanation. A third through-hole (not shown) is formed in the third block portion 64 so as to open to the side surface 37c and the second slot 62, and the fourth block portion 66 corresponds to the third through-hole. A screw hole (not shown) in which a female screw portion is screwed is provided. A second drive rod (not shown) having a male screw portion threaded at the tip portion is screwed into the screw hole via a third through hole. On the side surface 37c of the metal block 37, a second drive device 68 such as a servomotor is provided. The second driving device 68 is connected to the second driving rod, and controls the inclination of the inclination control device 36 in the β direction.
[0018]
The third block portion 64 further has a fourth through hole (not shown) opened to the side surface 37c and the second slot 60, and has a gauge probe (not shown) at the tip. A second angle detector 70 such as a linear gauge type displacement sensor is provided, and measures the inclination angle in the β direction.
[0019]
The tilt control in the ± Δβ direction is performed by pushing or pulling the fourth block portion 66 beyond the second slit 62 by the second drive rod rotated by the second drive device 68 to move the first wide groove portion 42a. This is achieved by tilting the second block portion 46 as a fulcrum. This displacement is detected by a second angle detector 70 fixed near the second driving device 68.
[0020]
In the description of FIGS. 16 to 18, the case where the tilt control device 36 includes the angle detectors 60 and 70 has been described. However, as in the case of FIG. In most cases, the angle detectors 60 and 70 were not installed, and most depended on the skill of the operator. In general, instead of automatically controlling the feed amount of a driving lot such as a servo motor, the angle of rotation is adjusted manually by adjusting the amount of rotation of the screw, and the operator's experience and It was difficult to adjust it because it depended on intuition. Even if the angle detectors 60 and 70 are installed, it is still necessary for the operator to determine in which direction and how much the angle should be changed, and after all, there is no other way than relying on the skill of the operator. It was the current situation.
[0021]
With the configuration described above, the in-feed type surface grinding machine 10 grinds the wafer 14 vacuum-adsorbed to the wafer chuck 16 by the grindstone 22 rotating at high speed. In this grinding, the inclination direction that can be controlled by the axis adjusting device 36 is, as shown in FIGS. 20 and 21, the direction (α direction) of the line (α axis) connecting the center OG of the grinding wheel and the center O of the wafer, and This is the direction (β direction) of the orthogonal axis (β axis). In other words, the α direction is the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 15) of the in-feed type surface grinding machine 10, and the β direction is the front-back direction of the surface grinding machine 10 (the paper surface direction in FIG. 15). .
[0022]
At this time, as shown exaggeratedly in FIG. 19, the surface of the wafer chuck 16 has a convex shape of several tens of μm, and the grindstone rotating shaft (main shaft) 24 is at a slight angle (φ = 1/100) from the wafer chuck rotating shaft 18. Since the angle is set so as to incline by about 1/10 degree, the grindstone 22 and the wafer 14 are aligned with the arc OP (that is, the wafer center O, the outer circumference of the wafer 14 and the grindstone locus 22a) shown in FIGS. The contact is made only at the portion of the arc connecting the intersection P). Hereinafter, this arc OP may be referred to as a contact arc 44. In FIG. 21, DW is the rotation direction of the wafer 14 and DG is the rotation direction of the grindstone 22.
[0023]
In order to finish the wafer 14 with high precision flatness (TTV) by the in-feed type surface grinding device, at least the inclination of the spindle head 26 in the front-rear direction with respect to the plane of the wafer chuck 16 (α direction in this specification). Needs to be adjusted with high precision. As an apparatus provided with such means, there is an apparatus described in Patent Document 1, for example. Patent Document 2 discloses a device that tilts a rotary table (wafer chuck) with respect to a spindle head, instead of tilting the spindle head with respect to the rotary table. In other words, the in-feed type surface grinding machine 10 achieves a desired flatness by adjusting the relative angle between the grinding wheel rotation shaft 24 and the wafer chuck rotation shaft 18 (hereinafter, may be abbreviated as axial adjustment). It is a device to do.
[0024]
Patent Document 3 discloses a technique for automatically changing the inclination of a spindle head in accordance with each grinding step (during grinding) to perform processing with high flatness.
[0025]
[Patent Document 1]
JP-A-61-274873
[Patent Document 2]
JP-A-8-90376
[Patent Document 3]
JP-A-10-315103
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a current surface grinding device, for example, the above-described surface grinding machine and a device having a basic structure similar to the above, a direction (axis adjustment) in which the relative inclination between the wafer and the spindle head can be adjusted (axis adjustment). As described above, the directions that can be controlled are a linear direction (α direction) connecting the grinding wheel center OG and the wafer center O as shown in FIG. 15 and a direction orthogonal to this (β direction).
[0027]
To adjust the axis in such a direction in order to obtain a wafer with high flatness, the experience and trial and error of the operator are exclusively used. In other words, it is difficult to adjust the angle of the spindle head (or the grindstone), and a skilled technician manually adjusts the angle, requiring a lot of time and specialized skills. Moreover, even if the angle is set once, a deviation occurs during use, so that periodic confirmation and angle adjustment are required.
[0028]
In addition, in order to perform processing with a high degree of flatness, as disclosed in Patent Literature 3, it is necessary to take measures such as changing the angle of a spindle head during grinding, and control has become complicated.
[0029]
An object of the present invention is to solve such a conventional problem and to provide a highly accurate flatness, facilitate adjustment of an axis, and provide a grinding method and apparatus excellent in processing efficiency. I do.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIG. 22, the wafer shape ground by the in-feed type surface grinder mainly has a “tilt” component K and a “flexure” component T superimposed. FIG. 22 schematically illustrates an example of a wafer shape (cross-sectional shape) in which a convex inclination and a concave deflection are combined. When grinding is performed by an in-feed type surface grinder, the cross-sectional shape becomes substantially symmetric from the center as shown in FIG.
[0031]
As shown in FIG. 12, such a “slope” component K and a “deflection” component T indicate the direction connecting the wafer center O and the point P along the Y axis (the direction along the contact arc 44 between the grindstone 22 and the wafer 14). ) And a direction orthogonal to the X axis, the contact arc (trajectory) 44 is tilted with respect to the X axis (that is, tilted in the Y axis direction with the X axis as the axis of symmetry), whereby the wafer shape is changed as shown in FIG. a) and (b) can be processed into the cross-sectional shape of “concave inclination” or “convex inclination”, and similarly, the contact arc (trajectory) 44 is inclined with respect to the Y axis (that is, the Y axis is By tilting the wafer in the direction of the X-axis), the wafer can be processed into a “concave” or “convex” cross-sectional shape as shown in FIGS.
[0032]
In other words, as shown in FIG. 12, the inclination components of the spindle head are decomposed into two axes of the X axis and the Y axis, and by adjusting each of these inclination angles, a flat surface without “tilt” or “deflection” is obtained. It is possible to grind the wafer. In addition, it has become clear that it is necessary to independently adjust the tilt angle with respect to the Y axis and the X axis (the direction along the contact arc and the direction orthogonal thereto) in order to perform the axial adjustment efficiently.
[0033]
Therefore, the surface grinding method of the present invention is an in-feed type surface grinding method for grinding a wafer rotationally driven in a horizontal plane with a grinding wheel attached to a lower part of a vertically arranged spindle head. The spindle head is decomposed in two directions of a coordinate system (XY) direction including a direction (Y) along a contact arc with the wafer and a direction (X) orthogonal to the direction, and the spindle head is decomposed. Is characterized by adjusting the relative inclination of.
[0034]
By precisely adjusting the axis in such a direction, a wafer having an arbitrary shape can be manufactured, and particularly, a wafer having a high flatness can be manufactured.
[0035]
In the conventional surface grinding, in order to perform the axis adjustment, generally, a linear direction (α direction in this specification) connecting the center of the grinding wheel and the wafer center and a direction perpendicular to this (β direction in this specification) are used. ). In order to perform the above-described axis adjustment with such an apparatus, a surface grinding method according to another embodiment of the present invention includes mounting a wafer rotationally driven in a horizontal plane on a lower portion of a vertically arranged spindle head. (Α-β) direction consisting of a linear direction (α direction) connecting the center of the grinding wheel and the center of the wafer and a direction (β direction) orthogonal to this direction When the spindle head axis is adjusted by resolving the inclination component of the spindle head axis, the direction along the contact arc between the grinding wheel and the wafer (Y direction) and the direction orthogonal to this (X direction) A surface grinding method for performing coordinate conversion between the two coordinate systems and adjusting a relative inclination between a wafer and a spindle head in consideration of a shift of an angle θ with respect to a coordinate system (XY) direction comprising: Is the law.
[0036]
As described above, when there is a deviation of the angle θ between the direction (α-β) in which the axis can be actually adjusted and the direction (XY) in which the axis should be originally adjusted, the deviation of the angle θ is taken into consideration, It is preferable to perform coordinate conversion between them and adjust the relative inclination between the wafer and the spindle head. Thus, even in the axis adjustment in the direction of (α-β), the components in the X-axis and Y-axis directions can be independently and accurately adjusted by an arbitrary amount.
[0037]
When the directions in which the axes can be actually adjusted are the α axis and the β axis, coordinate conversion between the coordinate system (α-β) and the coordinate system (XY) is performed by the following equation (1) or It is good to carry out by (2).
[0038]
[Equation 3]
Figure 2004223651
[0039]
In Expressions (1) and (2), θ (degree) is determined by the diameter of the grindstone used, the diameter of the wafer, and their arrangement. The unit of the angle in the expressions (1) and (2) may be “degree” or “radian”.
[0040]
By performing such a conversion, the axis can be accurately adjusted, and a highly accurate wafer processing can be performed.
[0041]
In particular, it is preferable to measure the wafer shape obtained after the surface grinding separately into a “slope component” and a “deflection component”, and to feed back this as a control parameter to adjust the relative tilt between the wafer and the spindle head.
[0042]
As described above, a wafer having a high flatness can be easily manufactured by using the inclination component and the deflection component of the wafer shape as adjustment parameters of the spindle head.
[0043]
At this time, the “tilt component ΔY ′” and “flexure component ΔX ′” of the thickness unit of the wafer shape obtained after the surface grinding are angle-converted by the following equation (3), and the “tilt component ΔY” and “deflection” It is preferable to obtain the component ΔX ”.
[0044]
(Equation 4)
Figure 2004223651
[0045]
Where k 1 , K 3 Is the correction coefficient, k 2 , K 4 Is a correction value, which is determined by an apparatus and grinding conditions used as numerical values determined by the apparatus and grinding conditions. The unit of the angle in the expression (3) may be “degree” or “radian” (it is needless to say that the coefficient needs to be changed according to the change of the unit). By using a value obtained by such a relational expression as an adjustment parameter, control becomes easier.
[0046]
The adjustment of the relative inclination between the wafer and the spindle head is performed before grinding, and the relative angle between the grindstone and the wafer is preferably kept constant during grinding.
[0047]
Although the method of the present invention can also perform axis adjustment during grinding, by maintaining the relative angle between the grinding wheel and the wafer constant during grinding, control to the initially set shape is facilitated, and Feedback after shape confirmation is also easy.
[0048]
Further, in Patent Document 3, there is no intention to control the flatness of the wafer by dividing it into two orthogonal components as in the present invention, and the wafer is controlled only in the X direction. For this purpose, the angle of the grindstone was adjusted during the grinding, and the mechanism was complicated. That is, in order to control the relative angle between the grinding wheel and the wafer during grinding, it is necessary to change the relative angle in the X-axis direction stepwise or continuously by a preset program. By employing the axis adjusting method of the present invention, it is not always necessary to adjust the grinding wheel angle during wafer grinding, and a wafer with high flatness can be easily manufactured.
[0049]
A first aspect of the surface grinding apparatus of the present invention is an apparatus for performing the above method, in which a wafer rotationally driven in a horizontal plane is attached to a lower portion of a vertically arranged spindle head. In a grinding apparatus of an in-feed system for grinding with a grinding wheel, a driving device for relatively moving the spindle head and the wafer in a vertical Z-axis direction, and a direction along a contact arc between the grinding wheel and the wafer (Y-axis) ) And an inclination control device for disassembling the spindle head into two axes in a direction (X-axis) orthogonal to the direction, and relatively moving the spindle head.
[0050]
In the first aspect of the surface grinding apparatus of the present invention, the input means for inputting the "tilt component" and the "deflection component" of the wafer shape obtained after the surface grinding, and the contact between the grinding wheel and the wafer is determined by these values. It is preferable that the apparatus further includes a calculation unit that calculates an axial inclination component of the spindle head with respect to two axes in a direction along the arc (Y axis) and a direction perpendicular to the arc (X axis).
[0051]
A second aspect of the surface grinding apparatus of the present invention is a drive mechanism for relatively moving a spindle head and a wafer in a vertical Z-axis direction, and a linear direction (α-axis) connecting a grinding wheel center and a wafer center. A tilt control device that adjusts the tilt of the spindle head in a coordinate system (α-β) direction consisting of a direction (β axis) orthogonal to this direction, and a wafer that is rotationally driven in a horizontal plane is disposed in a vertical direction. An in-feed type surface grinding device for grinding with a grindstone attached to a lower part of a spindle head, wherein a direction along a contact arc between the grindstone and the wafer (Y axis) and a direction perpendicular to the direction (X axis) ) Has a coordinate conversion means for performing coordinate conversion, and performs coordinate conversion between the two coordinates to adjust the relative inclination between the wafer and the spindle head.
[0052]
In the second aspect of the surface grinding apparatus of the present invention, the input means for inputting the “inclination component” and the “deflection component” of the wafer shape obtained after the surface grinding, and by using these values, the grinding wheel and the wafer are Two axes, a direction along the contact arc (Y axis) and a direction orthogonal thereto (X axis), or a linear direction (α axis) connecting the center of the grinding wheel and the center of the wafer and a direction orthogonal to this (β axis) And calculating means for calculating the axis inclination components of the spindle head with respect to the two axes in the direction (1).
[0053]
As described above, the wafer shape, in particular, the tilt component and the deflection component are input as control parameters, and the X-axis and Y-axis adjustment amounts (axis tilt components of the spindle head) are calculated based on the input parameters. And the axis can be easily adjusted.
[0054]
In the case of performing coordinate conversion, the coordinate conversion unit converts the “tilt component ΔY ′” and “flexure component ΔX ′” of the thickness unit of the wafer shape into the “tilt component ΔY” and “flexure component ΔX” of the angle unit, Further, it is preferable to have a program (algorithm) for converting the coordinates from (XY coordinates) to (α-β coordinates) and calculating the inclination angles Δα (degrees) and Δβ (degrees) of the α-axis and β-axis.
[0055]
Further, an angle detector for measuring the inclination angles Δα (degrees) and Δβ (degrees) of the α-axis and β-axis, for example, an electric sensor is attached, and the α-axis obtained by performing coordinate conversion of the inclination control device. It is preferable to automatically adjust the inclination angles Δα (degrees) and Δβ (degrees) of the β axis by driving a driving device such as a stepping motor. If necessary, Δα and Δβ (in units of angle) may be converted into a moving distance of the stepping motor or the like.
[0056]
The device can be easily managed by checking with a sensor whether such an axis adjustment mechanism actually operates according to the indicated value, or by automatically inclining to an arbitrary position based on the value of the sensor. In particular, a control (feedback mechanism) system that adjusts the axis while checking the value of the sensor in real time may be used.
[0057]
By using the above-mentioned device, a lot of time and specialized skills are not required for axis adjustment, and a highly flat wafer (or a required shape) can be easily obtained without a skilled operator. Manufacturing of wafers). In addition, regular confirmation and angle adjustment (feedback) are also easy.
[0058]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative positions, and the like of the structural components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified. It is only an example.
[0059]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a first embodiment of the surface grinding apparatus according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory top view schematically showing a contact state between a wafer and a grindstone during grinding by the surface grinding apparatus of FIG. 1 and 2, the same or similar members as those in FIGS. 15 and 20 are denoted by the same reference numerals. Further, in the configurations of FIG. 1 and FIG. 2, detailed description of points common to the configurations of FIG. 15 and FIG. 20 will not be repeated, and only the differences will be described.
[0060]
In FIG. 1, reference numeral 10a denotes a surface grinding apparatus according to a first embodiment of the present invention. The surface grinding device 10a is an in-feed type grinding device that grinds a wafer 14 rotationally driven in a horizontal plane with a grindstone 22 attached to a lower part of a vertically arranged spindle head 26. A drive mechanism for relatively moving the wafer 26 and the wafer 14 in the Z-axis direction which is a vertical direction, for example, a grindstone rotating shaft elevating motor 40, and further, as shown in FIG. 2, the contact between the grindstone 22 and the wafer 14 An inclination control device (axis adjusting device) 36 is provided which disassembles the spindle head 26 relatively in two directions (two directions) of a direction (Y axis) along the arc 44 and a direction (X axis) orthogonal thereto. ing.
[0061]
Specifically, a fixed frame 32 is provided on the base 12, and the spindle head 26 is disposed on the fixed frame 32 via an inclination control device (axis adjusting device) 36. The tilt controller 36 disassembles the spindle head 26 into two axes, a direction along the contact arc 44 between the grinding wheel 22 and the wafer 14 (Y axis) and a direction orthogonal to this (X axis), and separates the spindle head 26 relative to the axis. Can be moved.
[0062]
A rotating shaft 24 to which the grindstone 22 is fixed is supported at the tip of the spindle head 26, and the rotating shaft 24 is driven by a grindstone rotating shaft drive motor 28. The grindstone 22 is moved up and down by a grindstone rotating shaft elevating motor (a driving mechanism for relatively moving in the Z-axis direction) 40 provided above the fixed frame 32, and the spindle head 26 is controlled by the inclination control device 36 to control the grindstone 22. Can be set arbitrarily.
[0063]
On the base 12, a wafer chuck 16 mounted on a rotating shaft 18 of a wafer chuck drive motor 20 is arranged. The wafer 14 is supported and fixed on the wafer chuck 16. At this time, in the surface grinding apparatus 10a according to the present invention, the relationship between the spindle head 26, the wafer chuck 16 and the direction in which the axis is adjusted is the direction along the contact arc 44 between the grinding wheel 22 and the wafer 14 as shown in FIG. It is arranged and designed so that it can be disassembled and controlled into two axes (Y axis) and a direction (X axis) orthogonal thereto.
[0064]
The surface grinding apparatus 10a further includes a CPU that controls the entire apparatus, a memory that stores a program for causing the CPU to perform control, and an axis inclination of the spindle head with respect to two axes of the X axis and the Y axis. In order to cause the CPU to perform a predetermined operation, a processing control unit 100A having a calculating means for calculating a component, etc., and input means for inputting a “tilt component” and a “deflection component” of a wafer shape, and the like are provided. An operation unit 100b such as a keyboard for performing the operation and a display unit 100c such as a CRT or a liquid crystal device for displaying an operation are provided.
[0065]
For example, the operator inputs “tilt component ΔY ′” and “flexure component ΔX ′” of the wafer-shaped thickness unit or target tilt angles ΔX (degrees) and ΔY (degrees) using the operating unit 100b such as a keyboard. Then, the driving devices 54 and 68 (FIG. 8) such as servo motors in the tilt control device 36 are automatically driven until the indicated value is reached.
[0066]
In the machining control unit 100A, the drive mechanism 40 for relatively moving the spindle head 26 and the wafer 14 in the vertical Z-axis direction, the direction along the contact arc 44 between the grinding stone 22 and the wafer 14 (Y-axis), and The programming for controlling the tilt control device (axis adjusting device) 36 after being disassembled into two axes in the direction (X axis) perpendicular to the direction is stored.
[0067]
Next, a surface grinding apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a first embodiment of the surface grinding apparatus according to the present invention. FIG. 4 is an explanatory top view schematically showing a contact state between a wafer and a grinding wheel at the time of grinding by the surface grinding apparatus of FIG. 3 and 4, the same or similar members as those in FIGS. 15 and 20 are denoted by the same reference numerals. Also, in the configurations of FIGS. 3 and 4, the same points as the configurations of FIGS. 15 and 20 will not be described again in detail, and mainly the differences will be described.
[0068]
In FIG. 3, reference numeral 10b denotes a surface grinding apparatus according to a second embodiment of the present invention. The surface grinding device 10b includes a driving mechanism for relatively moving the spindle head 26 and the wafer 14 in the vertical Z-axis direction, for example, a grinding wheel rotating shaft elevating motor 40, and a grinding wheel center OG and a wafer center as shown in FIG. It has an inclination control device (axis adjusting device) 36 for adjusting the inclination of the spindle head 26 in a linear direction (α axis) connecting O and a direction (β axis) orthogonal thereto, and is driven to rotate in a horizontal plane. This is an in-feed type surface grinding apparatus for grinding a wafer 14 to be processed by a grindstone 22 attached to a lower part of a spindle head 26 arranged in a vertical direction. The surface grinding device 10b has coordinate conversion means 100a for performing coordinate conversion in a direction (Y axis) along a contact arc 44 between the grinding wheel 22 and the wafer 14 and a direction (X axis) orthogonal thereto. By performing coordinate conversion between the two coordinates, the relative inclination between the wafer 14 and the spindle head 26 is adjusted.
[0069]
Specifically, a fixed frame 32 is provided on the base 12, and the spindle head 26 is disposed on the fixed frame 32 via an inclination control device (axis adjusting device) 36. A rotating shaft 24 to which the grindstone 22 is fixed is supported at the tip of the spindle head 26, and the rotating shaft 24 is driven by a grindstone rotating shaft drive motor 28. The grindstone 22 is moved up and down by a grindstone rotating shaft elevating motor (a driving mechanism for relatively moving in the Z-axis direction) 40 provided on an upper portion of the fixed frame 32, and controlled by a tilt control device 36 to rotate the grindstone 22. Can be set arbitrarily.
[0070]
On the base 12, a wafer chuck 16 mounted on a rotating shaft 18 of a wafer chuck drive motor 20 is arranged. The wafer 14 is supported and fixed on the wafer chuck 16. In the present surface grinding apparatus 10b, the relationship between the spindle head 26, the wafer chuck 16 and the direction in which the axis is adjusted is, as in the conventional case, the linear direction (α axis) connecting the grinding wheel center OG and the wafer center O, and An inclination control device 36 for adjusting the inclination of the spindle head 26 in a direction (β axis) orthogonal to the direction is provided.
[0071]
In the surface grinding device 10b, a coordinate system (X-axis) is used to control the direction (Y-axis) along the contact arc 44 between the grinding wheel 22 and the wafer 14 and the direction (X-axis) orthogonal thereto. -Y) and a coordinate conversion means 100a for converting coordinates between the two coordinate systems (α-β) are provided so that coordinate conversion can be automatically performed between the two coordinates. .
[0072]
That is, by using the coordinate conversion means 100a for performing coordinate conversion, the direction along the contact arc 44 between the grinding wheel 22 and the wafer 14 as shown in FIG. 4 (Y axis) and the direction orthogonal to this (X axis) It is designed so that it can be disassembled into two axes and controlled accurately.
[0073]
In the surface grinding apparatus 10b, a CPU for controlling the entire apparatus and a memory for storing a program for causing the CPU to perform control are further provided. Further, two axes of X axis and Y axis, or α axis, In order to cause the CPU to perform a predetermined operation, the processing control unit 100A having a calculating means for calculating the axis inclination component of the spindle head with respect to the two axes of the β-axis, and the wafer-form “tilt component” and “flexure component” are input. An operation unit 100b such as a keyboard for inputting instructions and a display unit 100c for displaying an operation, such as a CRT or a liquid crystal device, are provided.
[0074]
In the machining control unit 100A, a driving mechanism 40 for relatively moving the spindle head and the wafer in the vertical Z-axis direction, a direction along the contact arc 44 between the grinding wheel 22 and the wafer 14 (Y-axis), and A coordinate conversion means 100a for performing coordinate conversion from a direction (X axis) orthogonal to a linear direction (α axis) connecting the center OG of the grinding wheel and the center O of the wafer and a direction (β axis) orthogonal thereto; The programming for controlling the inclination control device 36 for adjusting the inclination of the spindle head 26 in two directions of a linear direction (α axis) connecting the OG and the wafer center O and a direction (β axis) perpendicular to the linear direction is stored. ing.
[0075]
A procedure for actually processing using the above-described surface grinding apparatuses 10a and 10b of the present invention will be described. In order to control the direction (Y axis) along the contact arc 44 between the grinding wheel 22 and the wafer 14 and the direction (X axis) orthogonal thereto, a test is performed once with the surface grinding devices 10a and 10b of the present invention. The wafer is ground and the shape of the wafer, particularly the inclination component and the deflection component, are confirmed and input as control parameters to the operation units of the surface grinding machines 10a and 10b. By calculating the adjustment amount of the Y-axis (axial tilt component of the spindle head 26), it is possible to easily perform the axis adjustment without requiring any specialized technique.
[0076]
Specifically, the “tilt component ΔY ′” and “flexure component ΔX ′” of the thickness unit of the wafer shape obtained after the surface grinding are angle-converted by the following equation (3), and the “tilt component ΔY” and “ To the deflection component ΔX ”. That is, in order to facilitate the work of actually grinding the wafer and determining the target tilt angles ΔX (degrees) and ΔY (degrees) from the measured flatness components, the magnitude of the measured flatness component is determined by the thickness. Added support for direct input in units. That is, the components of the flatness are represented by ΔX ′ (μm) and ΔY ′ (μm), and the correction coefficients and the correction values are added thereto to obtain the inclination angles ΔX (degree) and ΔY (degree).
[0077]
(Equation 5)
Figure 2004223651
[0078]
Where k 1 , K 3 Is the correction coefficient, k 2 , K 4 Is a correction value, which is a coefficient determined by the apparatus and grinding conditions, and is initially corrected and determined by trial and error depending on the apparatus used. Such a relational expression is programmed in the processing control unit 100A having a memory and the like.
[0079]
In an actual operation, an operator first grinds a test wafer and decomposes the measured flatness of the wafer into two types of flatness components “slope” and “bend” shown in FIGS. 5A to 5D. .
[0080]
As shown in FIG. 5, the "slope component" (FIGS. 5 (a) and 5 (b)) and the "flexure component" (FIGS. 5 (c) and (d)) can be roughly divided into two types of tilt components (hereinafter, convex slope, There are two types of deflection components (hereinafter, referred to as convex deflection and concave deflection). The obtained wafer shapes are mainly combinations of these, and almost four patterns of wafer shapes are formed. That is, as shown in FIG. 22, the shape (convex inclination + concave deflection), (convex inclination + convex deflection), (concave inclination + convex deflection), and (concave inclination + concave deflection) in which the convex inclination and the concave deflection are combined. The shaped wafer is ground. In the present invention. The component is separated into the tilt component and the deflection component, and the axis adjustment corresponding to each component is performed.
[0081]
The method for measuring the wafer shape is not particularly limited, but a contact roughness meter or an optical roughness meter can be used.
[0082]
6 [Apparatus of the first embodiment: direct axis adjustment in (XY) direction] and FIG. 7 [Apparatus of the second embodiment: direct axis adjustment in (XY) direction impossible, Adjustable in (α-β) direction]. As described above, the “inclination component ΔY ′ (μm)” and the “deflection component ΔX ′ (μm)” of the thickness unit are measured (step 200), and these values are used as the surface grinding device of the first embodiment. An input is made by the operation unit 100b (input means) such as a keyboard of the surface grinding device 10a or the surface grinding device 10b of the second embodiment (Step 202). This is converted into “tilt component ΔY (degree)” and “flexure component ΔX (degree)” converted into angle units by the above relational expression, and a target angle (tilt angle) to be actually controlled is determined (step 204). . If the target angles to be controlled (“tilt component ΔY (degree)” and “deflection component ΔX (degree)”) are known in advance by, for example, calculating separately, the values are input to the keyboard or the like in step 204. The information may be input by the operation unit 100b (input means) (FIGS. 6 and 7).
[0083]
Thereafter, as shown in FIG. 6, in the surface grinding device 10a of the first embodiment, since the axis can be directly adjusted in the (X-Y) direction, an instruction is directly sent to the inclination control device 36 (step S10). 206), based on the value, the inclination control device 36 including the drive devices 54 and 68 is automatically driven until the indicated value is reached, and the axis is adjusted.
[0084]
On the other hand, in the surface grinding apparatus 10b of the second embodiment, as shown in FIG. 7, since the axis adjustment in the (X-Y) direction cannot be directly performed, the target angle (tilt angle) to be controlled in step 202 ) Is determined, the “tilt component ΔY (degree)” and the “flexure component ΔX (degree)” in angular units are coordinate-converted into components in the (α-β) direction that can be actually controlled, and the α axis and β The inclination angles Δα (degrees) and Δβ (degrees) of the shafts are calculated (step 208), and an instruction is sent to the inclination control device 36 based on the values (step 210), and the inclination control devices including the driving devices 54 and 68 are provided. The drive is automatically performed until 36 reaches the indicated value, and the axis is adjusted.
[0085]
That is, a coordinate system (XY) direction including a direction (Y direction) along the contact arc 44 between the grinding wheel 22 and the wafer 14 to be adjusted in the present invention and a direction (X direction) orthogonal thereto. If the coordinate system (α-β) direction composed of a linear direction (α direction) connecting the wheel center OG and the wafer center O, which can be actually controlled, and a direction (β direction) orthogonal thereto, are different, the coordinate conversion means is used. 100a, coordinate conversion is performed, and inclination angles Δα (degrees) and Δβ (degrees) of the α axis and the β axis are obtained.
[0086]
There is a geometric relationship represented by the following simple coordinate conversion equation between both the coordinate system (XY) and the coordinate system (α-β). That is, the angles ΔX and ΔY can be automatically converted into the angles Δα and Δβ by the following equation (1). The conversion in the reverse direction is also possible by the following equation (2).
[0087]
(Equation 6)
Figure 2004223651
[0088]
The coordinate transformation means 100a is programmed such that the above-mentioned relational expression is programmed in the machining control section 100A having a memory or the like, and the operator can set the “tilt component ΔY ′” and “flexure component ΔX ′” or the target in the thickness unit of the wafer shape. When the inclination angles ΔX (degrees) and ΔY (degrees) to be input are input by a keyboard or the like, Δα and Δβ are automatically calculated by the above-described equation (1). The inclination control device 36 controls the axial tone until Δα and Δβ become the indicated values.
[0089]
The tilt control device 36 is located between the fixed frame 32 and the spindle head 26 shown in FIG. 1 or FIG. 3, and has a structure shown in the schematic diagrams of FIGS. 8 to 10 are examples, and the tilt control device employed in the present invention is not particularly limited to this. The structure shown in FIGS. 8 to 10 is basically the same as the structure shown in FIGS. 16 to 18, and a detailed description thereof will be omitted, and the main configuration, operation, and differences will be described below. .
[0090]
8 to 10, reference numeral 36 denotes an inclination control device used in the surface grinding apparatus 10a according to the first embodiment, which is capable of directly adjusting the angle in the X-axis and Y-axis directions. The tilt control device 36 includes driving devices 54 and 68 such as servo motors fixed to a metal block 37 having slits 42 and 62 in the X and Y directions, a driving rod 52 driven by these devices, and It consists of angle detectors 60 and 70 such as linear gauge type displacement sensors. The inclination in the ± ΔX direction may be caused by the fact that the drive rod 52 rotated by the drive device 54 such as a servomotor driven by a signal from the machining control unit 100A pushes the second block 46 of the other party beyond the slit 42. It is done by pulling. This displacement amount is detected by an angle detector 60 fixed near the driving device 54, converted into an angle, and becomes a feedback signal to the processing control unit 100A. Similarly, tilt control in the ± ΔY direction is performed by a drive device 68 such as a servomotor and an angle detector 70. The inclination control device 36 used in the surface grinding device 10b of the second embodiment is substantially the same as the one in which the angle can be adjusted in the α-axis and β-axis directions shown in FIGS.
[0091]
Although it is not always necessary, the result of the axial adjustment performed by the driving devices 54 and 68 such as servomotors (in some cases, the axial adjustment may be performed manually) is based on the actual X-axis and Y-axis. May be displayed on a display or the like as the adjustment amount of. In particular, when coordinate transformation is performed, the inclination angles Δα (degrees) and Δβ (degrees) are read by the angle detectors 60 and 70, and are automatically converted to ΔX (degrees) and ΔY (degrees) according to equation (2) shown above. If the control amounts are displayed on a display or the like as the adjustment amounts of the X axis and the Y axis, the control situation can be easily grasped.
[0092]
In order to grind a wafer (product wafer) using the apparatus of the present invention, first, before grinding, an adjustment amount is calculated based on the above-mentioned control parameters, and the inclination control device 36 is driven to thereby drive the spindle head 26 (the grinding wheel 22). (The relative angle between the wafer 14 and the wafer 14).
[0093]
When the inclination angles ΔX (degrees) and ΔY (degrees) of the axial adjustment directions X and Y are determined so that the inclination component and the sag component of the wafer shape become target values (generally zero), the first embodiment of the present invention The device 10a drives the driving devices 54 and 68 such as servo motors directly in the X-axis and Y-axis directions, and the device 10b of the second embodiment automatically calculates Δα and Δβ, By driving the driving devices 54 and 68 such as servomotors in the β-axis direction, the tilt angles in the X-axis and Y-axis directions are indirectly accurately adjusted until they reach the indicated values.
[0094]
That is, the tilt correction amounts corresponding to the X-axis direction and the Y-axis direction are read, and the motor drive signals corresponding to the correction amounts are sent to the drive devices 54 and 68 and the angle detectors 60 and 70 such as servo motors, and the tilt control is performed. The apparatus 36 is driven to control the inclination angle of the grindstone 22 (the inclination angle of the wafer chuck 16 with respect to the rotation axis 18).
[0095]
After the axial adjustment, the actual grinding of the wafer may be performed by a conventional method. For example, the wafer is moved to a normal grinding start position by controlling the grinding wheel rotating shaft elevating motor 40, and the grinding process is performed. The cutting speed (grinding speed) is adjusted to about three stages of high-speed cutting, low-speed cutting, and spark-out (no cutting) at the time of processing to process a wafer with high flatness. In particular, the angle of the grindstone is not adjusted during the grinding, and the grinding is performed with the shaft adjusted before the grinding.
[0096]
If the flatness does not reach the target value after grinding, fine adjustments are made to the target tilt angles ΔX and ΔY. The inclination angles ΔX (degrees) and ΔY (degrees) in the axial adjustment directions X and Y are determined so that the respective components have target values (generally zero). In the present invention, such a feedback operation can be easily performed.
[0097]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, it is needless to say that these Examples are illustrative and should not be construed as limiting.
[0098]
[Experimental example 1]
The wafer was ground using a surface grinding apparatus having the form shown in FIG. As the wafer, a silicon wafer having a thickness of about 800 μm which had been subjected to double-head grinding (rough grinding) with a diameter of 300 mm was used. As the grindstone, a resin bond grindstone (SD # 2000B) having a diameter of 350 mm was used.
[0099]
The grinding was performed at the following three cutting speeds (single-side grinding). The overall allowance was 6 μm on one side.
[0100]
[Table 1]
Figure 2004223651
[0101]
In particular, as a result of grinding without adjusting the axis, a wafer shape as shown in FIG. 14 was obtained. In addition, the wafer shape is indicated by thickness unevenness measured in a non-adsorbed state on the wafer surface by Nano Metro manufactured by Kuroda Seiko Co., Ltd.
[0102]
From the wafer shown in FIG. 14, a tilt component and a deflection component were measured. As a result of the measurement, the inclination component ΔY ′ = − 0.60 μm and the deflection component ΔX ′ = − 0.28 μm.
[0103]
The tilt component “ΔY ′ (μm)” and the deflection component “ΔX ′ (μm)” of the thickness unit and the deflection component “ΔY (degree)” of the angle unit are set so that the flatness component of the wafer becomes zero. It was converted to the component “ΔX (degree)”. This conversion was performed using the following equation (4).
[0104]
(Equation 7)
Figure 2004223651
[0105]
Equation (4) is an empirical equation obtained from the surface grinding apparatus and the grinding conditions. From the equation (4), the result was obtained that the gradient component ΔY = −0.00023 degrees and the flexural component ΔX = −0.00095 degrees. It is understood that the axis should be adjusted at such an angle.
[0106]
In this apparatus, since the axis cannot be directly adjusted in the X-axis direction and the Y-axis direction, a linear direction (α direction) connecting the center of the grinding wheel and the center of the wafer which can be actually controlled is calculated from the following equation (1). Were converted into a coordinate system (α-β) consisting of a direction (β direction) orthogonal to the above, and the inclination angles Δα (degrees) and Δβ (degrees) of the α-axis and β-axis were obtained. θ is 25.4 ° from the diameter of the grindstone and the diameter of the wafer.
[0107]
(Equation 8)
Figure 2004223651
[0108]
As a result, a result was obtained in which the inclination component Δα = −0.00096 degrees and the deflection component Δβ = 0.00020 degrees.
[0109]
Embodiment 1
The feed axis was adjusted based on the result by a tilt control device. Specifically, the servomotor in the linear direction (α direction) connecting the center of the grinding wheel and the center of the wafer, which can be actually controlled, and the servomotor in the direction perpendicular to the direction (β direction) are driven to change to an arbitrary angle. Was. Actually, the values of Δα and Δβ are managed by sensors, and control is performed until the values of the sensors reach the above-mentioned set values. The calculation of the tilt amount and the control of the tilt control device as described above are automatically processed by the command of the machining control unit.
[0110]
After the adjustment as described above, the same conditions as those of the first grinding, that is, a silicon wafer having a thickness of about 800 μm which had been subjected to double-head grinding (rough grinding) with a diameter of 300 mm were used. As the grindstone, a resin bond grindstone (SD # 2000B) having a diameter of 350 mm was used. As the grinding conditions, processing was performed at the same three-stage cutting speed as in Experimental Example 1. The overall allowance was 6 μm on one side.
[0111]
In particular, a wafer having such a high degree of flatness as shown in FIG.
[0112]
As described above, if the shape of the ground wafer is measured and the information is input, the X-axis and Y-axis directions which are originally required to be axially adjusted with a simple operation can be accurately controlled. It was also possible to easily make adjustments and perform grinding with excellent processing efficiency. Feedback work is also easy.
[0113]
In the first embodiment, the servo motor is used as the spindle head tilting mechanism. However, a differential screw or the like may be used, or another structure may be used. Further, the configuration in which the spindle head is tilted with respect to the rotary table has been described, but a configuration in which the rotary table is tilted instead of the spindle head may be used.
[0114]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it has become possible to systematically and efficiently perform the axial adjustment work that has relied solely on the experience and intuition of a skilled worker. As a result, the quality (the flatness of the wafer) and the workability (the time required for the axial adjustment) were significantly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a first embodiment of a surface grinding device of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory top view schematically showing a contact state between a wafer and a grinding wheel during grinding by the surface grinding apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a second embodiment of the surface grinding apparatus of the present invention.
4 is an explanatory top view schematically showing a contact state between a wafer and a grinding wheel during grinding by the surface grinding apparatus of FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory view showing a cross-sectional shape of a wafer ground by the grinding method of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a grinding procedure according to the method of the present invention when the surface grinding device of the first embodiment is used.
FIG. 7 is a flowchart showing a grinding procedure according to the method of the present invention when the surface grinding device of the second embodiment is used.
FIG. 8 is a schematic perspective explanatory view showing an example of an angle control mechanism used in the apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a detailed explanatory view of a servo motor part in FIG. 8;
FIG. 10 is a detailed explanatory view of an angle detector in FIG. 8;
FIG. 11 is an explanatory view showing a cross-sectional shape of a wafer ground by the grinding method of the present invention.
FIG. 12 is a top explanatory view schematically showing a contact state between a wafer and a grindstone according to the grinding method of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the shape of a wafer ground in Experimental Example 1.
FIG. 14 is a graph showing a wafer shape ground in Example 1.
FIG. 15 is a schematic explanatory view showing a structural example of a conventional infeed type surface grinding machine.
FIG. 16 is a schematic perspective view showing an example of a conventional angle control mechanism.
FIG. 17 is a detailed explanatory view of a servo motor part in FIG. 16;
FIG. 18 is a detailed explanatory view of an angle detector in FIG.
FIG. 19 is an explanatory diagram exaggeratingly showing a state of grinding by a conventional infeed type surface grinding machine.
FIG. 20 is an explanatory top view schematically showing a contact state between a wafer and a grindstone during grinding by a conventional in-feed type surface grinder.
FIG. 21 is a perspective explanatory view schematically showing a contact state between a wafer and a grindstone during grinding by a conventional in-feed type surface grinder.
FIG. 22 is an explanatory view schematically showing a wafer shape ground by a conventional in-feed type surface grinding machine.
[Explanation of symbols]
10: conventional surface grinder, 10a, 10b: surface grinding device of the present invention, 12: base, 14: wafer, 16: wafer chuck, 18: wafer chuck rotating shaft, 20: wafer chuck drive motor, 22: grinding wheel , 22a: grinding wheel locus, 24: grinding wheel rotating shaft, 26: spindle head, 28: grinding wheel rotating shaft drive motor, 30: abutment, 32: fixed frame. 34: sliding support plate, 36: tilt control device (axis adjusting device), 37: metal block, 40: grinding wheel rotating shaft elevating motor (drive mechanism), 42: first slit, 42a: first wide groove portion, 44: contact arc, 45: first block portion, 46: second block portion, 48: through hole, 50: screw hole, 52: drive rod, 54: first drive device, 56: through hole, 58: gauge probe , 60: first angle detector, 62: second slot, 62a: second wide groove, 64: third block, 66: fourth block, 68: second drive, 70: second angle detection 100A: processing control unit, 100a: coordinate conversion means, 100b: operation unit, 100c: display unit.

Claims (13)

水平面内で回転駆動されるウエーハを、垂直方向に配置されたスピンドルヘッドの下部に取り付けられた砥石により研削するインフィード方式の平面研削方法において、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y方向)およびこれに直交する方向(X方向)からなる座標系(X−Y)方向の2方向に対して該スピンドルヘッドの軸の傾き成分を分解し、該スピンドルヘッドの相対的な傾きを調整することを特徴とする平面研削方法。In an in-feed type surface grinding method of grinding a wafer rotationally driven in a horizontal plane by a grindstone attached to a lower part of a vertically arranged spindle head, a direction along a contact arc between the grindstone and the wafer The tilt component of the axis of the spindle head is decomposed in two directions of a coordinate system (XY) consisting of a direction (Y direction) and a direction (X direction) orthogonal thereto, and the relative tilt of the spindle head is resolved. Surface grinding method characterized by adjusting the surface roughness. 水平面内で回転駆動されるウエーハを、垂直方向に配置されたスピンドルヘッドの下部に取り付けられた砥石により研削するインフィード方式の平面研削方法において、該砥石の中心と該ウエーハの中心を結んだ線状の方向(α方向)とこれに直交する方向(β方向)からなる座標系(α−β)方向の2方向に対して該スピンドルヘッドの軸の傾き成分を分解し、該スピンドルヘッドの軸調整を行なうに際し、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y方向)とこれに直交する方向(X方向)からなる座標系(X−Y)方向に対する角度θのずれを考慮し、両座標系の間で座標変換を行いウエーハとスピンドルヘッドの相対的な傾きを調整することを特徴とする平面研削方法。In a surface grinding method of an in-feed system in which a wafer rotationally driven in a horizontal plane is ground by a grindstone attached to a lower part of a vertically arranged spindle head, a line connecting the center of the grindstone and the center of the wafer The inclination component of the axis of the spindle head is decomposed in two directions of a coordinate system (α-β) direction consisting of a shape direction (α direction) and a direction (β direction) orthogonal to the direction, and the axis of the spindle head is decomposed. In performing the adjustment, a deviation of an angle θ with respect to a coordinate system (XY) direction including a direction (Y direction) along a contact arc between the grinding wheel and the wafer and a direction (X direction) orthogonal to the direction is considered. A surface grinding method comprising: performing coordinate conversion between both coordinate systems to adjust a relative inclination between a wafer and a spindle head. 前記座標系(α−β)及び座標系(X−Y)の両座標系の間で座標変換を下記式(1)又は(2)により行うことを特徴とする請求項2記載の平面研削方法。
Figure 2004223651
3. The surface grinding method according to claim 2, wherein coordinate conversion is performed between the coordinate system (α-β) and the coordinate system (XY) by the following equation (1) or (2). .
Figure 2004223651
平面研削後に得られるウエーハ形状を「傾き成分」及び「たわみ成分」に分け計測し、これを制御パラメータとしてフィードバックすることで前記ウエーハと前記スピンドルヘッドの相対的な傾きを調整することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の平面研削方法。The wafer shape obtained after surface grinding is measured by dividing it into "tilt component" and "flexure component", and the relative tilt between the wafer and the spindle head is adjusted by feeding back this as a control parameter. The surface grinding method according to claim 1. 平面研削後に得られるウエーハ形状の厚さ単位の「傾き成分ΔY’」及び「たわみ成分ΔX’」を下記式(3)により角度変換し、角度単位の「傾き成分ΔY」及び「たわみ成分ΔX」を得ることを特徴とする請求項4記載の平面研削方法。
Figure 2004223651
(式(3)において、k、kは補正係数、k、kは補正値であり、装置や研削条件により決まる)
The “tilt component ΔY ′” and “flexure component ΔX ′” of the thickness unit of the wafer shape obtained after surface grinding are angle-converted by the following equation (3), and the “tilt component ΔY” and “flexure component ΔX” of the angle unit are obtained. 5. The surface grinding method according to claim 4, wherein
Figure 2004223651
(In the equation (3), k 1 and k 3 are correction coefficients, and k 2 and k 4 are correction values, which are determined by equipment and grinding conditions.)
前記ウエーハと前記スピンドルヘッドの相対的な傾きの調整は研削前に実施し、研削中には前記砥石と該ウエーハの相対角度を一定に維持することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の平面研削方法。The adjustment of the relative inclination between the wafer and the spindle head is performed before grinding, and the relative angle between the grinding wheel and the wafer is maintained constant during grinding. 2. The surface grinding method according to claim 1. 水平面内で回転駆動されるウエーハを、垂直方向に配置されたスピンドルヘッドの下部に取り付けられた砥石により研削するインフィード方式の平面研削装置において、該スピンドルヘッドと該ウエーハを垂直方向であるZ軸方向に相対移動させる駆動機構と、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸に分解し、該スピンドルヘッドの傾斜を調整する傾斜制御装置とを備えたことを特徴とする平面研削装置。In an in-feed type surface grinding apparatus for grinding a wafer rotationally driven in a horizontal plane with a grindstone attached to a lower part of a vertically arranged spindle head, a Z-axis in which the spindle head and the wafer are vertically aligned And a drive mechanism for relatively moving the spindle head in two directions: a direction along the contact arc between the grinding wheel and the wafer (Y axis) and a direction orthogonal to this (X axis) to adjust the inclination of the spindle head. A surface grinding device, comprising: 平面研削後に得られるウエーハ形状の「傾き成分」及び「たわみ成分」を入力する入力手段と、これらの値により、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸に対するスピンドルヘッドの軸傾き成分を算出する算出手段とをさらに有することを特徴とする請求項7記載の平面研削装置。Input means for inputting a "tilt component" and a "deflection component" of a wafer shape obtained after surface grinding, and by using these values, a direction along a contact arc between the grinding wheel and the wafer (Y axis) and a direction orthogonal thereto. 8. The surface grinding apparatus according to claim 7, further comprising: calculation means for calculating an axis inclination component of the spindle head with respect to two directions (X-axis). スピンドルヘッドとウエーハを垂直方向であるZ軸方向に相対移動させる駆動機構と、砥石中心とウエーハ中心を結んだ線状の方向(α軸)とこれに直交する方向(β軸)からなる座標系(α−β)方向にスピンドルヘッドの傾斜を調整する傾斜制御装置とを有し、水平面内で回転駆動される該ウエーハを、垂直方向に配置された該スピンドルヘッドの下部に取り付けられた該砥石により研削するインフィード方式の平面研削装置であって、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)からなる座標系(X−Y)に対して座標変換する座標変換手段を有し、前記座標系(α−β)及び座標系(X−Y)の両座標系間で座標変換を行なうことで該ウエーハと該スピンドルヘッドの相対的な傾斜を調整することを特徴とする平面研削装置。A drive mechanism for relatively moving the spindle head and the wafer in the vertical Z-axis direction, and a coordinate system consisting of a linear direction (α-axis) connecting the center of the grinding wheel and the wafer and a direction (β-axis) orthogonal thereto. An inclination control device for adjusting the inclination of the spindle head in the (α-β) direction, wherein the wafer, which is rotationally driven in a horizontal plane, is attached to a lower part of the spindle head arranged in a vertical direction. Coordinate system (XY) comprising a direction (Y-axis) along a contact arc between the grinding wheel and the wafer and a direction (X-axis) perpendicular to the direction of contact arc between the grinding wheel and the wafer. Coordinate conversion means for performing coordinate conversion on the wafer and the spindle head by performing coordinate conversion between both the coordinate system (α-β) and the coordinate system (XY). Adjust the tilt DOO surface grinding apparatus according to claim. 平面研削後に得られるウエーハ形状の「傾き成分」及び「たわみ成分」を入力する入力手段と、これらの値により、該砥石と該ウエーハとの接触弧に沿った方向(Y軸)およびこれに直交する方向(X軸)の2軸、又は砥石中心とウエーハ中心を結んだ線状の方向(α軸)とこれに直交する方向(β軸)方向の2軸に対するスピンドルヘッドの軸傾き成分を算出する算出手段とをさらに有することを特徴とする請求項9記載の平面研削装置。Input means for inputting a "tilt component" and a "deflection component" of a wafer shape obtained after surface grinding, and by using these values, a direction along a contact arc between the grinding wheel and the wafer (Y axis) and a direction orthogonal thereto. Axis inclination component of the spindle head with respect to two axes (X axis), or two axes in a linear direction (α axis) connecting the grinding wheel center and the wafer center and a direction (β axis) orthogonal to this. 10. The surface grinding apparatus according to claim 9, further comprising a calculating unit that performs the calculation. 前記座標変換手段が、ウエーハ形状の厚さ単位の「傾き成分ΔY’」及び「たわみ成分ΔX’」を角度単位の「傾き成分ΔY」及び「たわみ成分ΔX」に変換し、さらに座標系(X−Y)から座標系(α−β)に座標変換し、α軸およびβ軸の傾斜角度Δα(度)、Δβ(度)を算出することを特徴とする請求項10記載の平面研削装置。The coordinate conversion means converts the “tilt component ΔY ′” and “flexure component ΔX ′” in the thickness unit of the wafer shape into the “tilt component ΔY” and “flexure component ΔX” in angle units, and further converts the coordinate system (X 11. The surface grinding apparatus according to claim 10, wherein coordinates are converted from -Y) to a coordinate system (α-β) to calculate inclination angles Δα (degrees) and Δβ (degrees) of the α axis and the β axis. α軸およびβ軸の傾斜角度Δα(度)、Δβ(度)を計測する角度検出器を有することを特徴とする請求項11記載の平面研削装置。The surface grinding apparatus according to claim 11, further comprising an angle detector that measures inclination angles Δα (degrees) and Δβ (degrees) of the α axis and the β axis. 前記傾斜制御装置が座標変換を行なうことで得られたα軸およびβ軸の傾斜角度Δα(度)、Δβ(度)になるまで前記スピンドルヘッドの傾斜を自動的に調整することを特徴とする請求項11又は12記載の平面研削装置。The inclination control device automatically adjusts the inclination of the spindle head until the inclination angles Δα (degree) and Δβ (degree) of the α-axis and the β-axis obtained by performing the coordinate transformation. The surface grinding device according to claim 11.
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