JP2006173353A - 面取機によるウェハ加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハ外周部の面取形状の安定化と面取部の微細なカケの発生の低減化を図り、高精度ウェハを安定的に供給することができる面取機における加工方法及び加工装置を提供することにある。
【解決手段】 本発明の加工方法では、面取のため研削中の研削抵抗の変化を、砥石回転モータ４の電力量の変化により検出し、検出された砥石回転モータ４の電力量の変化に基づいて、研削速度、即ち、ウェハ回転モータ３の回転数を制御する。本発明の加工装置は、回転するウェハ１の外周部を回転する砥石２によって研削加工する面取機と、研削中の前記砥石を回転させている砥石回転モータ４の電力量の変化を検出するモータ電力量検出器５と、当該モータ電力量検出器５によって検出された砥石回転モータ４の電力量の変化に基づいて、ウェハ１を回転させているモータ３の回転数を制御し、研削速度を変化させる制御装置６と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガリウム砒素、シリコンなどの半導体結晶等のウェハの外周部を、回転する砥石によって研削加工する面取機によるウェハ加工方法及び加工装置に係り、詳しくは、クーラント水を面取すべきウェハの研削部に供給しながら、高速回転している砥石に対してウェハをその軸中心に回転させることにより加工送りを与えつつ研削するに際し、その研削抵抗を一定範囲内に維持する技術に関するものである。

ガリウム砒素やシリコンなどの結晶（インゴット）を薄くスライスして成る半導体ウェハは、その後の半導体デバイスの製造工程でウェハにカケやワレが生じたり、エピタキシャル成長時に外周縁部が異常成長（クラウン）したりするのを避けるために、ウェハの外周部をあらかじめ面取加工するようにしている。

従来より、半導体ウェハの外周部の面取加工は、回転するウェハ外周部に高速回転する砥石を接触させ、ウェハ外周部を所定の形状に研削する面取機によって行われている。高速回転している砥石とウェハの接触部には、加工熱の抑制、及び、加工屑の除去のためにクーラント水をかけながら研削加工を行う。

具体的には、面取すべき半導体ウェハを例えば真空吸着式のウェハターンテーブル上に取り付け、このウェハターンテーブルを回転させながら、ウェハの外周部を高速回転する砥石に接触させて、所定の面取形状に研削するものである。砥石の外周面には、断面Ｖ字形又はＵ字形の溝が形成され、その溝にウェハ外周部を当接させることにより、所定の形状に摩耗、研削が行われる。

このような半導体ウェハの外周部の面取加工において、面取部の断面形状とこれを形成するための回転砥石の送り方法に改善を加えることにより、デバイスプロセスにおいてエッジの欠けやチッピングを防止できるようにした提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

同様に、面取部の断面形状とこれを形成するための回転砥石の送り方法に改善を加えることにより、ウェハの裏面を研削してウェハ板厚を２００μｍ以下にしてもチッピングや破損が発生しないようにする提案もなされている（例えば、特許文献２参照）。

このような従来の面取機およびこれを用いた加工方法において、面取加工中の砥石回転数、および、研削速度（ウェハの回転数）はあらかじめ設定されており、面取中の砥石回転数や研削速度は通常一定である。
特開平１１−２０７５８３号公報 特開２００４−２８１５５０号公報

上記の如き従来の面取方法では、面取中のクーラント水の変動、ウェハ形状による研削量の変化、砥石の摩耗および目詰まりにより、砥石の回転を妨げようとする力、即ち、研削抵抗の増減が発生する。あらかじめ設定された研削速度（ウェハの回転数）を一定に維持するという従来の方法では、研削中の研削抵抗が増加した場合でも、設定された一定の研削速度で加工が続行されるため、研削抵抗はさらに増加してしまう。つまり研削中の砥石回転モータの消費電力量が増加した場合でも、設定された研削速度で加工されるため、電力量はさらに増加してしまう。

このように研削抵抗が増加することにより、ウェハの面取形状が不安定になったり、また、ウェハの外周部に微細なカケが発生する。そのため、高い加工精度を維持することができなくなる。

特に近年、ＬＳＩの高集積化により、デバイスパターンは一層精密化、微細化し、ウエハの周縁部の面取加工も、高精度化することが必要とされている。

しかしながら、面取加工期間中における研削抵抗の変化に起因して、面取部自体に微細なカケ等が発生する問題を有効に防止する手段については、これまで提案されたことがなく、その解決が望まれている。

そこで、本発明の目的は、ウェハの面取形状の安定化とウェハ外周部の微細なカケを低減し、高精度ウェハを安定的に供給することができる面取機によるウェハ加工方法及び加工装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。

請求項１の発明に係る面取機によるウェハ加工方法は、回転するウェハの外周部を回転する砥石によって研削加工する面取機によるウェハ加工方法において、研削中の研削抵抗の変化を、砥石回転モータの電力量の変化により検出し、検出された砥石回転モータの電力量の変化に基づいて、研削速度（即ち、ウェハ回転モータの回転数）を制御することを特徴とする。

請求項２の発明に係る面取機によるウェハ加工方法は、回転するウェハの外周部を回転する砥石によって研削加工する面取機によるウェハ加工方法において、研削中の研削抵抗の変化を、砥石回転モータの電力量の変化により検出し、当該砥石回転モータの電力量が一定となるように、研削速度を制御（即ち、ウェハ回転モータの回転数）することを特徴とする。

請求項３の発明に係る面取機によるウェハ加工装置は、回転するウェハの外周部を回転する砥石によって研削加工する面取機と、研削中の前記砥石を回転させているモータの電力量の変化を検出するモータ電力量検出器と、当該モータ電力量検出器によって検出された砥石回転モータの電力量の変化に基づいて、ウェハを回転させているモータの回転数を制御し、研削速度を変化させる制御装置と、を備えたことを特徴とする。

請求項４の発明に係る面取機によるウェハ加工装置は、回転するウェハの外周部を回転する砥石によって研削加工する面取機と、研削中の前記砥石を回転させているモータの電力量の変化を検出するモータ電力量検出器と、当該モータ電力量検出器によって検出される砥石回転モータの電力量が一定となるように、ウェハを回転させているモータの回転数を制御し、研削速度を変化させる制御装置と、を備えたことを特徴とする。

＜発明の要点＞
前記目標を達成すべく、本発明のウェハ加工方法では、回転するウェハ外周部に高速回転する砥石にてウェハ外周部を所定の形に面取加工する加工方法において、研削中の研削抵抗の変化を砥石を回転させているモータの電力量の増減として検出し、その検出値から研削速度を制御することを特徴としている。

また、本発明のウェハ加工装置では、回転するウェハ外周部に高速回転する砥石にてウェハ外周部を所定の形に面取加工する加工装置において、研削中の砥石を回転させている前記モータの電力量を検出する電力検出装置手段と、前記検出手段によって検出された電力量に基づいて研削速度を制御する制御機構を備えたことを特徴としている。

本発明の要点は、本旨を簡潔に述べれば、面取加工中における研削抵抗が可能な限り変化しないように、研削速度を自動調整するという点にある。その場合において、研削抵抗の変化を砥石回転モータの消費電力量により検出し、その検出値に基づいてウェハ回転モータの回転速度、即ち、研削速度をフィードバック制御して、上記検出値の変化を可能な限り少なくするようにするものである。

より具体的に本発明の原理を説明すれば次のとおりである。

回転するウェハ外周部に高速回転する砥石にてウェハ外周部を所定の形に面取加工を行う研削中に、クーラント水の変動および砥石の磨耗、目詰まりによって研削抵抗は変化する。これらの抵抗が大きくなることにより、砥石を回転させているモータの電力量も比例して大きくなる。従って、砥石を回転させているモータの電力量を検出することで、研削抵抗の変化をとらえることができる。このようにして検出された研削抵抗の変化に応じて研削速度（即ち、ウェハ回転モータの回転数）を増減制御して、研削抵抗が過度に増加しないようにフィードバック制御することによって、ウェハの面取形状を安定化させ得ると共に、ウェハ外周部の微細なカケの発生を低減し、高精度のウェハの安定的な供給が可能となるものである。

具体的な電力量の検出の仕方としては、砥石を回転させているモータの消費電力量を所定時間経過毎に検出するという計測方法により行う。そして、その検出の都度、検出された砥石回転モータの消費電力量の増減に応じて、ウェハ回転モータによるウェハの回転速度が減増するように制御し、研削抵抗が所定範囲内に保たれるよう制御する。

このように、砥石回転モータの消費電力量の増減に応じて、ウェハの回転速度を減増制御するにとどまらず、更に、砥石回転モータの消費電力量が一定（研削抵抗が一定）となるようにウェハの回転速度を制御することにより、一層安定した高精度のウェハ製造が可能となる。

以上説明したごとく、本発明においては、回転するウェハ外周部を高速回転する砥石によって所定の形に面取加工するに際し、研削中の研削抵抗の変化を、砥石を回転させているモータの電力量の増減を検出することによって検知し、その検出値から、当該モータの電力量が所定の範囲内に保たれるように、もしくは一定に保たれるように研削速度を制御するようにしたので、ウェハの面取形状の安定化と共に、ウェハ外周部のカケ発生率を減少させることができた。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１に、本発明の実施例に係るウェハ加工装置の構成を示す。

ガリウム砒素やシリコンなどの半導体結晶から成るウェハ１はウェハターンテーブル７にセットされており、ウェハ１はウェハターンテーブル７を動かすためのモータ３によって回転させられ、ウェハターンテーブル７は回転接線方向の垂直側（図中、上下方向）に動き、研削量の調整を行う。また、砥石２は、砥石を回転させるモータ４によって回転させられると共に、砥石移動手段４’によって水平方向（図中、左右方向）へ移動せしめられ、ウェハ１の外周部と接触してこれを研削加工し得るようになっている。

研削中に、砥石を回転させる砥石回転モータ４の消費電力量は、モータ電力量検出器５によって検出され、その検出値はＣＰＵ等から成る制御装置６に入力される。そして、制御装置６は、これに入力される上記電力量検出値が所定範囲内に保たれるように、もしくは、一定となるようにウェハターンテーブル７を動かすウェハ回転モータ３を制御する。

砥石回転モータ４で消費される電力量は、上記モータ電力量検出器５によって、研削期間中、所定時間経過毎（例えば１分経過毎）に検出され、この所定時間経過毎の検出値は、ＣＰＵを主体として構成された制御装置６に入力される。そして制御装置６は、この所定時間経過毎に検出されて入力される電力量が予め設定された所定の範囲内に保たれるように、もしくは一定となるように、研削速度を加減すべくウェハ回転モータ３をフィードバック制御する。

これにより、研削開始から研削終了まで、研削中の砥石回転モータ４の消費電力が所定の範囲内もしくは一定になるように制御されるので、ウェハ１の研削抵抗も所定の範囲内もしくは一定となる。従って、本発明に係るウェハ加工装置によりウェハ外周部の面取加工を行えば、面取形状の安定化と共に、ウェハ外周部のカケ発生率を減少させることができ、高精度のウェハ１を安定的に供給することができる。

従来技術と本発明の実施例との比較を行うために、従来方法と本発明方法の両方により、同一材質、同一外径のウェハ１を同じ研削量で面取加工する試験を行った。研削速度となるウェハ回転数は、従来方法では予め設定された一定値であり、本発明方法では初期値として従来方法と同じ値を与え、その後は制御に従わせるようにする。砥石回転数及びクーラント水量も同じ条件とする。本発明方法の場合、研削抵抗の目安となる制御目標電力量を設定しておき、検出される消費電力量がこの制御目標に安定するよう制御を行う。

あらかじめ設定された研削速度で面取加工する従来方法条件と、本発明の一実施例の条件とを表１に示す。

表１に示すように、ウェハ材質は両者ともＧａＡｓ単結晶、ウェハサイズ（外径×厚さ）は、本発明のものは１５０ｍｍ径×０．８ｍｍ、従来方法のものは１５０ｍｍ径×２００ｍｍ、ウェハ研削量（面取量）は両者とも１ｍｍとした。従来方法に与える一定の研削速度及び本発明方法に与える研削速度の初期値は、１５ｍｍ／ｍｉｎとした。両者とも、クーラント水量は２０００ｍｌ／ｍｉｎ、砥石回転数は２５００ｒｐｍとした。本発明方法における制御目標電力量は、１分間ごとの積算電力量２５Ｗｈに設定した。

すなわち、本発明の条件では、研削開始時の研削速度を１５ｍｍ／ｍｉｎとし、研削を開始し、研削中の１分間ごとの積算電力量を２５Ｗｈとなるようにウェハの研削速度を制御した。

表１に示す如くあらかじめ設定された一定の研削速度で研削した従来方法条件と本発明の一実施例条件とにより面取されたφ１５０ｍｍ径ＧａＡｓ単結晶ウェハのカケ発生率を表２に示す。

表２に示すように、従来方法により面取されたウェハ外周部のカケ発生率は１％であり、一方、本発明方法により面取されたウェハ外周部のカケ発生率は０．７％であった。これにより、本発明によるときは高い加工精度を確保することができるということが証明された。

本発明の一実施形態を示すウェハ加工装置の構成図である。

符号の説明

１ ウェハ
２ 砥石
３ ウェハ回転モータ
４ 砥石回転モータ
４’ 砥石移動手段
５ モータ電力量検出器
６ 制御装置
７ ウェハターンテーブル

Claims (4)

1. 回転するウェハの外周部を回転する砥石によって研削加工する面取機によるウェハ加工方法において、
   研削中の研削抵抗の変化を、砥石回転モータの電力量の変化により検出し、
   検出された砥石回転モータの電力量の変化に基づいて、研削速度を制御することを特徴とする面取機によるウェハ加工方法。
2. 回転するウェハの外周部を回転する砥石によって研削加工する面取機によるウェハ加工方法において、
   研削中の研削抵抗の変化を、砥石回転モータの電力量の変化により検出し、
   当該砥石回転モータの電力量が一定となるように、研削速度を制御することを特徴とする面取機によるウェハ加工方法。
3. 回転するウェハの外周部を回転する砥石によって研削加工する面取機と、
   研削中の前記砥石を回転させているモータの電力量の変化を検出するモータ電力量検出器と、
   当該モータ電力量検出器によって検出された砥石回転モータの電力量の変化に基づいて、ウェハを回転させているモータの回転数を制御し、研削速度を変化させる制御装置と、
   を備えたことを特徴とする面取機によるウェハ加工装置。
4. 回転するウェハの外周部を回転する砥石によって研削加工する面取機と、
   研削中の前記砥石を回転させているモータの電力量の変化を検出するモータ電力量検出器と、
   当該モータ電力量検出器によって検出される砥石回転モータの電力量が一定となるように、ウェハを回転させているモータの回転数を制御し、研削速度を変化させる制御装置と、
   を備えたことを特徴とする面取機によるウェハ加工装置。

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