JP2006024814A

JP2006024814A - 半導体基板の絶縁層の研削方法

Info

Publication number: JP2006024814A
Application number: JP2004202718A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Kurita; 定明栗田; Daisuke Ono; 大輔小野; Katsuhiro Tsuji; 克浩辻
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】半導体基板の厚みが厚い絶縁層を焼け、破損することなく平面研削する方法。
【解決手段】チャックテ−ブルに保持された半導体基板裏面の絶縁層を先ず、粗研削砥石で研削し、ついで、仕上研削砥石で研削して研削面を仕上げる方法において、前記粗研削砥石として、砥番が３２０番〜３６０番、結合度がＪまたはＬの軟、集中度が６０〜８０、気孔率０％、レジンボンドのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用い、前記仕上研削砥石として砥番が２０００番〜２５００番、集中度が１２０〜１６０、気孔率８〜１２％、レジンボンドのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体基板に焼けや破損を引き起こすことなく半導体基板の絶縁層を砥石で平面研削する方法に関する。

半導体基板の基板裏面を研削する方法として、チャックテ−ブルに保持された基板裏面を先ず粗研削砥石で比較的多めに研削し、ついで、仕上研削砥石で研削面を仕上る方法が行われている。例えば、粗研削砥石として砥番が３６０メッシュのカップホイ−ル型砥石を、仕上研削砥石として砥番が１５００メッシュのカップホイ−ル型砥石を用いて基板裏面を平坦に研削することが行われている。また、粗研削砥石として砥番が３２５メッシュのカップホイ−ル型砥石を、仕上研削砥石として砥番が２０００メッシュのカップホイ−ル型砥石を用いて基板裏面を平坦に研削することが行われている。（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
また、基板の研削に用いるダイヤモンドカップホイ−ル型砥石も知られている（例えば、特許文献３および特許文献４参照。）。
特開２０００−１７６８０２号公報特開平１１−３０７４８９号公報特開２０００−０９４３４２号公報特開２００４−１６７６１７号公報

半導体基板の直径が６インチ、８インチ、１２インチ、１６インチと拡径するにつれ、および基板の厚みも７５０μｍから２５０〜３００μｍ、１００〜１５０μｍ、３０〜８０μｍと薄くなるにつれて半導体基板のエッジ部や基板裏面層に設けられる酸化膜や窒化膜の絶縁層の厚みも０〜０．５μｍが１〜３μｍへと増加し、１２インチ、１６インチの半導体基板においては、従来のレジンボンドダイヤモンドカップホイ−ル型砥石の組み合わせ（例えば、株式会社岡本工作機械製作所のＳｉウエハ研削用の粗研削砥石３０４Ｂ３Ｗ５ＸＮ７５ＢＡ３２５Ｂ８４８Ｓ（砥番が＃３２５、結合度がＮ、集中度が７５、気孔率０％、スリット数４８、結合材レジン、砥石小片幅３ｍｍ、砥石径３０４ｍｍのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石）と、仕上研削砥石３０４Ｂ３Ｗ５Ｘ１５０ＢＡ２０００ＣＷ４４８Ｓ（砥番が＃２０００、砥粒径３〜８μｍ、集中度が１５０、気孔率５％、スリット数４８、結合材レジン、砥石小片幅３ｍｍ、砥石径３０４ｍｍのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石）による研削では、前記のような絶縁層の研削中に基板に焼けが生じたり、基板に破損が生じ、研削できないことが判明した。

また、前述のレジンボンドダイヤモンドカップホイ−ル型砥石の組み合わせが異なる他社の研削装置（＃３６０と＃２０００）においても同様な基板の焼け・破損が見受けられている。仕上研削砥石として硬い絶縁膜を研削するのに適する弾性メタルボンド砥石を用いたが、この問題点の解決には到らなかった。

本発明は、半導体基板の絶縁層の肉厚が厚くなっても基板の焼け・破損が見受けられない研削方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、チャックテ−ブルに保持された半導体基板裏面の絶縁層を先ず、粗研削砥石で研削し、ついで、仕上研削砥石で研削して研削面を仕上げる方法において、前記粗研削砥石として、砥番が３２０番〜３６０番、結合度がＪまたはＬの軟、集中度が６０〜８０、気孔率０％、レジンボンドのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用い、前記仕上研削砥石として砥番が２０００番〜２５００番、集中度が１２０〜１６０、気孔率８〜１２％、レジンボンドのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用いることを特徴とする、半導体基板の裏面研削方法を提供するものである。

粗研削用ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石のレジンボンドダイヤモンド砥石小片のボンド硬度をＬかＭと柔らかくし、仕上研削用ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石のレジンボンドダイヤモンド砥石小片の気孔率を８〜１２％として弾性を高めることにより半導体基板の焼けや破損が防止できる。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は研削装置の平面図、図２はダイヤモンドカップホイ−ル型砥石の断面図である。

図１において、１は基板用平面研削装置、２は基台、３は上下動および回転可能な軸、４は前記軸３に水平方向に伸縮自在にかつ回転可能に取り付けられたロボットア−ム、５，５’は前記軸の前側に設けられかつ該軸３の軸芯と同一の円の中心点を有する環状の位置に設けられた複数枚のウエハを収容できる縦型収容カセット、６は載置されるウエハの裏面を洗浄水で洗浄可能な仮置台、７は上下動可能な軸、８は軸７に軸承された吸着チャック機構、９はチャック機構８の周囲に設けられた水を供給可能なポ−ラスセラミック板、１０は洗浄装置（スピナ−）、１１は回動軸、１２，１２，１２は回転軸（図に示されていない）に軸承された研削チャックテ−ブル、１３は回動軸１１に軸承されたインデックステ−ブル、１５は研削チャックテ−ブル１２の洗浄機器で前記インデックステ−ブル１３の上面に設けられたレ−ル上を左右に移動可能に設置されており、ブラシ洗浄器１５ａとチャッククリ−ナ１５ｂを対として構成されている。

１６は研削機で第１研削機（粗研削機）１６ａと第２研削機（仕上研削機）１６ｂより構成される。第１研削機１６ａには、スピンドル軸に前記粗研削砥石が軸承され、第２研削機１６ｂには、スピンドル軸に前記仕上研削砥石が軸承される。粗研削砥石は、砥番（ＪＩＳ一般砥粒粒度）が３２０番〜３６０番、結合度がＪまたはＬの軟、集中度が６０〜８０、気孔率０％、レジンボンドのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用い、仕上研削砥石として砥番が２０００番〜２５００番、集中度が１２０〜１６０、気孔率８〜１２％、レジンボンドのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用いる。ダイヤモンド砥粒としては、天然ダイヤモンド（Ｄ）、合成ダイヤモンド（ＳＤ）、または金属被覆合成ダイヤモンド（ＳＤＣ）が用いられる。

図２において、ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石１６０は、台金１６１の下面外周縁に、砥石小片１６２が２０〜３０ｍｍの間隔を置いて環状に並べられたものであり、台金１６１は研削ヘッド１６３の取付板１６４を介して中空スピンドル軸１６５に取り付けられている。砥石小片１６２の刃幅は２〜４ｍｍ、扇部の中心線刃長さは５〜１０ｍｍ、高さは４〜１０ｍｍが好ましい。

前記取付板１６４の底部には、略台形円板状の研削液ガイド１６６が取り付けられており、研削液は中空スピンドル軸１６５の中空部１６５ａを経由して研削液ガイド１６６の傾斜部１６６ａを経由してカップホイ−ル型砥石１６０の砥石小片１６２で形成された環状砥石の内側へと供給される。

砥石の粒度は、数字が小さいほうが砥粒のサイズは大きくなり、３２０番（＃３２０）の平均粒径は４０μｍ、２０００番（＃２０００）の平均粒径は８μｍである。結合度は結合材が砥粒を保持する強度を表し、アルファベッド文字２６種類に分けられており、ＪおよびＬは軟の部類である。集中度は、砥粒層中に砥粒がどれだけ含有されているかを表す指標で砥粒率が容積％で２５％（４．４ｃｔ／ｃｍ³）を集中度１００と定義したものである。

気孔率は、その値が大きいほど研削屑の排出が良好、目詰りし難い、大量の研削液を研削点に供給できるので砥石や基板の温度上昇を抑制できる。しかし、ダイヤモンドレジンボンド砥石はビトリファイドボンド砥石やメタルボンド砥石と比較して一般にヤング率が低く、破壊靭性も低いので通常は気孔率が０％のものが使用されてきたが、初頭で既述したように最近、気孔率が低い（５％）ものも市販され利用されるようになっている。本発明の基板の研削では、粗研削では気孔率が０％のダイヤモンドレジンボンド砥石を用い、硬い酸化珪素や窒化ケイソのような絶縁層の研削を行い、仕上研削では従来のレジンボンド仕上砥石よりも更に気孔率を８〜１２％と高めたダイヤモンドレジンボンド砥石を用い、基板および砥石の温度上昇を抑制し、基板の焼け、破損を防止する。

半導体基板の裏面研削は、例えば図１で示す２軸スピンドル、インデックステ−ブルを備えた研削装置１を用い、カセット５内に収納されている半導体基板Ａをロボットア−ム４に取り付けられた吸着板で吸着し、ロボットア−ム４を後退、反転し、ついで仮置台６上へ移動し、回転軸３を下降させ、電子回路面を保護膜で覆った半導体基板の電子回路面を研削チャックテ−ブル１２面に向け、絶縁層側が上向きとなるようにして半導体基板Ａを仮置台６上に置く。

ついで、搬送パッド１７ａで仮置台６上の半導体基板を吸着し、インデックステ−ブル１３内に設けられた手前の研削チャックテ−ブル１２上へと移動させ、研削チャックテ−ブル１２のポ−ラスセラミックス板を吸着して半導体基板を固定するロ−ディングを行う。インデックステ−ブル１３を１２０度、時計回り方向へ回転させ、半導体基板を第１研削機１６ａ下方へと移動させる。

第１研削機のスピンドル軸を回転させ、下降させて粗研削用カップホイ−ル型砥石を半導体基板の基板面に摺擦させ、切り込みを掛けながら粗研削する。この際、中空スピンドル軸１６５の中空部１６５ａには図示されていない外部より研削液が供給される。研削液は、半導体基板の回転と、粗研削砥石の回転により粗研削砥石の砥石小片間の隙間から環状砥石の外部へと排出される。粗研削では基板厚みの１０〜２００μｍの研削代が除かれる。粗研削時の砥石スピンドル軸の回転数は１０〜２００ｒｐｍ、研削チャックテ−ブル１２の回転数は１０〜２００ｒｐｍである。所望の粗研削代が除去されるとスピンドル軸１６５を上昇させて半導体基板面上より粗研削砥石を遠ざける。

インデックステ−ブル１３を１２０度、時計回り方向へ回転させ、粗研削された半導体基板を第２研削機１６ｂ下方へと移動させる。

第２研削機のスピンドル軸を回転させ、下降させて粗研削用カップホイ−ル型砥石を半導体基板の基板面に摺擦させ、切り込みを掛けながら仕上研削する。この際、中空スピンドル軸１６５の中空部１６５ａには図示されていない外部より研削液が供給される。研削液は、半導体基板の回転と、粗研削砥石の回転により粗研削砥石の砥石小片間の隙間から環状砥石の外部へと排出される。仕上研削では基板厚みの１〜５μｍの研削代が除かれる。仕上研削時の砥石スピンドル軸の回転数は１０〜１００ｒｐｍ、研削チャックテ−ブル１２の回転数は１０〜１００ｒｐｍである。所望の仕上研削代が除去されるとスピンドル軸１６５を上昇させて半導体基板面上より仕上研削砥石を遠ざける。

インデックステ−ブル１３を１２０度、時計回り方向へ、または、２４０度逆時計回り方向へ回転させ、仕上研削された半導体基板をロ−ディングされた位置へと戻す。このアンロ−ディング位置に戻された半導体基板は、研削チャックテ−ブル１２のポ−ラスセラミック板の吸着を止められ、ついで、圧空をポ−ラスセラミック板側より半導体基板のプリント回線側へと吹き付けてチャックテ−ブル１２からの基板の離れを良くする。搬送パッド１７‘ａにより裏面を吸着され、回転軸１７ｂ’回りに回動されてスピナ−８上に搬送される。そこで、研削面を洗浄する。洗浄された半導体基板は、ロボットア−ム４に吸着され、収納カセット５‘内へと搬送される。基板が粗研削、仕上研削されている間に、基板がアンロ−ディングされた研削チャックテ−ブル１２は、洗浄機器１５のチャッククリ−ナ１５ｂおよびブラシ洗浄器１５ａで洗浄される。

実施例１
半導体基板として、直径３００ｍｍ、厚み１５０μｍ厚のシリコンウエハ基板の裏面に５μｍ厚の酸化珪素の絶縁層が形成され、表面に電子回路のプリント層が形成された半導体基板を用い、半導体基板のプリント層側を粘着性保護フィルムで覆い、これをフレ−ムに貼付した。このフレ−ムに添付された半導体基板２５枚を収納カセット内に収納した。

図１に示す２スピンドル軸、インデックステ−ブル型の研削装置１の粗研削砥石として、株式会社岡本工作機械製作所の試作用粗研削砥石３０４Ｂ２.５Ｗ５ＸＪ７５ＢＡ３２５Ｂ８４８Ｓ（砥番が＃３２５、結合度がＪ、集中度が７５、気孔率０％、スリット数４８、結合材レジン、砥石小片幅２.５ｍｍ、砥石径３０４ｍｍの合成ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石）を、仕上研削砥石として、株式会社岡本工作機械製作所の試作用仕上研削砥石３０４Ｂ２．５Ｗ５Ｘ１５０ＢＡ２０００ＣＷ４４８Ｓ（砥番が＃２０００、砥粒径は４〜８μｍ、集中度が１５０、気孔率１０％、スリット数４８、結合材レジン、砥石小片幅２.５ｍｍ、砥石径３０４ｍｍの合成ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石）を用いた。

粗研削の取り代は５０μｍ、仕上研削の取り代は２μｍと設定し、粗研削時の砥石スピンドル軸の回転数は１００ｒｐｍ、研削テ−ブルの回転数は１００ｒｐｍ、仕上研削時の砥石スピンドル軸の回転数は４０ｒｐｍ、研削テ−ブルの回転数は４０ｒｐｍ、と設定した。

粗研削時間を１００秒、仕上研削時間を８５秒で行ったところ、仕上研削された半導体基板の研削面には焼けが見当たらず、破損、チッピングも見受けられなかった。半導体基板の２５０枚の連続した研削においても、どの半導体基板の研削面にも焼けが見当たらず、破損、チッピングも見受けられなかった。

実施例２
実施例１において、粗研削砥石として、株式会社岡本工作機械製作所の試作用粗研削砥石３０４Ｂ２．５Ｗ５ＸＭ７５ＢＡ３２５Ｂ８４８Ｓ（砥番が＃３２５、結合度がＭ、集中度が７５、気孔率０％、スリット数４８、結合材レジン、砥石小片幅２．５ｍｍ、砥石径３０４ｍｍの合成ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石）を、仕上研削砥石として、株式会社岡本工作機械製作所の試作用仕上研削砥石３０４Ｂ２.５Ｗ５Ｘ１５０ＢＡ２０００ＣＷ４４８Ｓ（砥番が＃２０００、砥粒径は４〜８μｍ、集中度が１５０、気孔率１０％、スリット数４８、結合材レジン、砥石小片幅２.５ｍｍ、砥石径３０４ｍｍの合成ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石）を用い、粗研削時間を９５秒、仕上研削時間を８５秒で行ったところ、仕上研削された半導体基板の研削面には焼けが見当たらず、破損、チッピングも見受けられなかった。半導体基板の２５０枚の連続した研削においても、どの半導体基板の研削面にも焼けが見当たらず、破損も見受けられなかったが、１枚のみ基板の縁にチッピングが受けられた。

本発明の半導体基板の裏面研削方法は、硬い絶縁層であっても焼けや破損を生じることなく研削加工することができる。

基板の研削装置の平面図である。カップホイ−ル型砥石を備えた研削ヘッドの断面図である。

符号の説明

１研削装置
Ａワ−ク
２基台
３回転軸
４ロボットア−ム
５，５’ 縦型収容カセット
６仮置台
８吸着チャック機構
９ポ−ラスセラミック板
１０洗浄装置（スピナ−）
１２研削チャックテ−ブル
１３インデックステ−ブル
１５研削テ−ブルの洗浄機器
１６研削機
１６ａ第１研削機（粗研削機）
１６ｂ第２研削機（仕上研削機）

Claims

チャックテ−ブルに保持された半導体基板裏面の絶縁層を先ず、粗研削砥石で研削し、ついで、仕上研削砥石で研削して研削面を仕上げる方法において、前記粗研削砥石として、砥番が３２０番〜３６０番、結合度がＪまたはＬの軟、集中度が６０〜８０、気孔率０％、レジンボンドのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用い、前記仕上研削砥石として砥番が２０００番〜２５００番、集中度が１２０〜１６０、気孔率８〜１２％、レジンボンドのダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用いることを特徴とする、半導体基板の裏面研削方法。