JP2006263837A

JP2006263837A - ウエーハの平坦加工方法

Info

Publication number: JP2006263837A
Application number: JP2005082453A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Sekiya; 一馬関家
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】研削により素地ウエーハの両面を平坦化する際に、反りやうねりが残ってしまう問題を解決する。
【解決手段】定盤の処理面に、流動性を有する接着剤５０を塗布し、その上に素地ウエーハ１の一面を合わせて載せ、外的刺激（例えば超音波振動）を与えながら接着剤５０を硬化させ、この接着剤５０を一面に馴染ませる。次に、接着剤５０ごと素地ウエーハ１を定盤から剥離させて合体ウエーハ２を得る。ここで、外的刺激を与えたことにより接着剤５０の作用で素地ウエーハ１が反ることがない。次に、合体ウエーハ２を、接着剤５０側の面を下にして研削装置Ａのチャックテーブル上に保持し、素地ウエーハ１の他面を平坦に研削し、次に、一面を平坦に研削する。
【選択図】図７

Description

本発明は、インゴットからスライスされたウエーハ（例えばシリコンウエーハ）の表面を平坦に加工する技術に関する。

例えば、集積回路を形成する基板（シリコンウエーハ）は、シリコンインゴットを内周刃あるいはワイヤーソー等によって所定の厚さにスライスし、そのスライス面を両頭研削やラッピング等の加工方法を用いて平坦化加工することによって製造されている。

インゴットをスライスした段階で得られる素地ウエーハは、表面に微細な凹凸が残存していたり、全体的に反り、あるいはうねりを有している。また、表面付近には、切断時に生じた歪みが存在している。この微細な凹凸、反り、うねり、さらに歪みは、上述した平坦化加工によって取り除かれている。

この平坦化の技術に関しては、例えば特許文献１に記載された技術が公知である。特許文献１には、ベースプレート上に接着材料を介してウエーハを固定し、このウエーハの表面に研削砥石を回転させながら接触させることにより、ウエーハ表面を研削する技術が記載されている。

特許第３０５５４０１号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術においては、接着材料が固まる際に、反りやうねりのあるウエーハに対して水平（あるいは平坦）にしようとする力が働き、ウエーハの反りやうねりが矯正されてしまう現象が発生する。この現象が発生すると、ウエーハを研削によって平坦化した後に、ベースプレートからウエーハを外した段階で、リバウンドにより反りやうねりが発生してしまう。

このように従来の技術においては、平坦化されたシリコンウエーハを得るために、表面の研削を行ったのに、ベースプレートからシリコンウエーハを外すと、ベースプレートに固定されたウエーハの反りやうねりが生じてしまうという不都合があった。本発明は、このウエーハを平坦化するための研削技術における問題を解決することを目的としている。

本発明は、インゴットからスライスされたウエーハの両面を平坦に加工するウエーハの平坦加工方法であって、定盤の表面に、ウエーハの一面全面を、流動性を有する接着剤を介して接触させる接触工程と、外的刺激を与えながら接着剤を硬化させ、定盤の表面とウエーハの一面とを接着させるとともに、接着剤をウエーハのうねりに馴染ませて、ウエーハの一面全面に接着剤が付着した合体ウエーハを得る合体工程と、ワークを保持するチャックテーブルと該チャックテーブルに保持されたワークの表面を研削する研削手段とを備えた研削装置におけるチャックテーブル上に、合体ウエーハを、接着剤側の面を表面に合わせた状態で保持し、研削手段でウエーハの他面を研削して平坦に加工する第１の平坦加工工程と、合体ウエーハを、チャックテーブル上に、研削済みのウエーハの他面を表面に合わせた状態で保持し、研削手段でウエーハの一面を研削して平坦に加工する第２の平坦加工工程とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、定盤上でウエーハの一面に接着剤を付着させる合体工程において、外的刺激を加えることにより、硬化する接着剤によってウエーハの反りやうねりが矯正されるような力（ウエーハを水平にしようとする力）が働くことを抑えることができる。すなわち、外的刺激を加えることにより、硬化する過程で接着剤から応力が解放され、接着剤はウエーハの反りやうねりに馴染むように硬化する。このため、合体ウエーハを定盤から外しても、接着剤に引っ張られてウエーハが反ったりうねりが生じたりするといった不具合が起こりにくくなり、定盤に接触して硬化した合体ウエーハの接着剤側の面は、平坦性が保持される。そして、この平坦な接着剤側の面を基準面としてウエーハを研削することにより、ウエーハの両面を平坦で、互いに平行な面に加工することができる。

本発明のウエーハとしては、シリコンウエーハに代表される半導体ウエーハが挙げられる。半導体ウエーハ以外では、例えば石英ウエーハ等のセラミックスウエーハが挙げられる。

流動性を有する接着剤は、ウエーハを定盤に固定する段階では、流動化が可能な程度の粘性を備えている必要がある。流動化する接着剤を用いることで、その接着剤をウエーハの変形状態に馴染ませることができる。

上記接着剤としては、所定以上の温度で溶融し、室温で硬化するワックス、液状であるが、紫外線を照射すると硬化し、硬化した後は溶剤等によって除去することができる紫外線硬化型接着剤（ＵＶ硬化接着剤）、または所定の温度以下で硬化するシリコーンオイル等を用いることができる。

定盤は、工場などで機械部品の検査や組立作業の際に用いられるものと同様のもので、少なくとも、接着剤を介してウエーハが載置される使用面（上面）は、水平、かつ平坦に形成されていることが望ましい。また、硬化した接着剤が剥離し易いことも好条件であり、その使用面は、例えば硬質ガラスや、フッ素樹脂加工が施された材料が好ましく用いられる。

本発明の上記外的刺激としては、超音波振動や揺動が挙げられる。また、合体ウエーハ全体を減圧状態に維持する方法、さらには、ウエーハの他面（接着剤が付着しておらず第１の平坦加工工程で研削される上面）に部分的な吸引力を加える方法を採用することができる。

吸引方法は、接着剤の作用によってウエーハの反りやうねりが矯正される現象を、部分的にウエーハを引っ張ることによって抑制するものである。すなわち、接着剤の硬化過程でウエーハの表面の複数箇所を吸引することにより、ウエーハが反ったりうねりが生じたりする力が打ち消され、接着剤の接着力の発現に伴うウエーハの強制的な変形が抑えられる。

本発明の外的刺激は、上記各態様の２つ以上を組み合わせることもできる。例えば、超音波振動を与えながら、部分的な吸引を行うようなことも可能である。

本発明によれば、定盤上でウエーハの一面に接着剤を付着させる合体工程において、外的刺激を加えて接着剤から応力を解放させ、接着剤をウエーハの反りやうねりに馴染むように硬化させるので、接着剤が付着したウエーハ（合体ウエーハ）を定盤から外しても、接着剤に引っ張られてウエーハが反ったりうねりが生じたりするといった不具合が起こりにくく、定盤に接触して硬化した合体ウエーハの接着剤側の面は、平坦性が保持される。したがって、この平坦な接着剤側の面を基準面としてウエーハを研削することにより、ウエーハの両面を、平坦で、互いに平行な面に加工することができ、もって品質の高いウエーハを得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］研削装置の構成
まずはじめに、図１および図２を参照して、一実施形態の平坦加工方法で用いる研削装置を説明する。この研削装置Ａは、各種機構が搭載された基台１０を備えている。基台１０は、横長の状態に設置されて基台１０の主体をなす直方体状のテーブル１１と、このテーブル１１の長手方向一端部（図１の奥側の端部）から、テーブル１１の幅方向かつ鉛直方向上方に延びる壁部１２とを有している。図１では、基台１０の長手方向、幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。

テーブル１１の上面には凹所１３が形成されており、この凹所１３の底面には、矩形状のステージ１４が、Ｙ方向に移動自在に設けられている。このステージ１４は、ステージ１４内に配されたＹ方向に延びるガイドレールに摺動自在に取り付けられ、適宜な駆動機構（いずれも図示略）によって同方向を往復動させられる。

ステージ１４の移動方向両端部には、蛇腹１５，１６の一端が、それぞれ取り付けられており、これら蛇腹１５，１６の他端は、壁部１２の内面と、壁部１２に対向する凹所１３の内壁面に、それぞれ取り付けられている。これら、蛇腹１５，１６は、ステージ１４を上記ガイドレールに連結させるために凹所１３の底面に形成された図示せぬスリットを覆って、ステージ１４内に研削屑等が落下することを防ぐもので、ステージ１４の移動に伴って伸縮し、その移動を妨げない。

ステージ１４上には、ワーク（この場合、後述する合体ウエーハないし素地ウエーハ）がその上に保持される円盤状のチャックテーブル１７が設けられている。このチャックテーブル１７は、Ｚ方向を回転中心とし、上面が水平とされた状態で、ステージ１４に対し回転自在に設置されている。チャックテーブル１７は、ステージ１４内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向または両方向に回転させられる。

チャックテーブル１７のチャック方式は、この場合、周知のバキュームチャックである。すなわち、チャックテーブル１７は多孔質セラミックスのような多孔質材料で成形されており、テーブル１１内に設けられた図示せぬバキューム装置の空気吸引口がチャックテーブル１７の裏面に接続され、バキューム装置を運転すると、ワークがチャックテーブル１７上に吸着・保持される。

チャックテーブル１７は、ステージ１４ごと壁部１２側に移動させられて、加工位置に位置付けられる。その加工位置の上方には、研削ユニット２０が配されている。この研削ユニット２０は、基台１０の壁部１２に、送り機構３０を介してＺ方向に昇降自在に支持されている。送り機構３０は、鉛直面とされた壁部１２の内面に固定された互いに平行でＺ方向に延びる一対のガイドレール３１と、これらガイドレール３１に摺動自在に取り付けられたスライダ３２と、このスライダ３２をガイドレール３１に沿って往復動させるスライダ駆動機構３３とを備えている。

スライダ駆動機構３３は、スライダ３２と壁部１２との間の空間に、軸方向をＺ方向と平行にして配され、上端部および下端部が、それぞれ壁部１２に設けられた軸受３４，３５に回転自在に取り付けられた螺子ロッド３６と、この螺子ロッド３６を回転駆動するパルスモータ３７とを備えている。螺子ロッド３６は、スライダ３２の背面に突出形成された図示せぬブラケットに螺合して貫通している。これにより、スライダ３２は、パルスモータ３７が正転して螺子ロッド３６が一方向に回転した場合には下方（送り方向）に移動し、パルスモータ３７が逆転して螺子ロッド３６が逆方向に回転すると上方（退避方向）に移動する。

上記研削ユニット２０は、スライダ３２のテーブル１１側に面する前面に、ブロック３２ａを介して固定されている。この研削ユニット２０は、軸方向がＺ方向に沿う状態にブロック３２ａに通され、かつ固定された円筒状のハウジング２１と、このハウジング２１内に同心的、かつ回転自在に支持された回転軸２２と、この回転軸２２を回転駆動するサーボモータ２３と、ハウジング２１から下方に突出する回転軸２２の下端に同心的に固定された円盤状のホイールマウント２４と、研削ホイール（研削手段）２５とを備えている。

上記研削ホイール２５は、上記ホイールマウント２４の下面であるマウント面に、着脱可能に取り付けられる。この研削ホイール２５は、図２に示すように、ホイールマウント２４と同径のホイールリング２６の下面に、実際にワークを研削する多数のチップ状の砥石２７が固着されてなるものである。砥石２７は、例えばレジンボンド製のものが用いられる。

研削ホイール２５は、ホイールリング２６の上面（砥石２７が固着されていない面）に形成された複数のボルト穴２６ａを利用して、ホイールマウント２４の下面に着脱可能に螺子止めされる。なお、この場合の研削ホイール２５の外径は、ワークの直径とほぼ同一ないし１．５倍程度とされるが、寸法はこれに限定されるものではない。また、研削ユニットとチャックテーブルとの位置関係は、双方の回転中心が、Ｙ方向に並ぶ配置となっている。

［２］平坦加工方法
次に、上記研削装置Ａを用いて、図３に示すような、円盤状の素地ウエーハ１の両面を平坦に加工する方法を、順を追って説明する。素地ウエーハ１は、インゴットからスライスしたままの素材の段階のものであり、表面に微細な凹凸が残存していたり、全体的に反り、あるいはうねりを有している場合が多く、本方法は、これら凹凸やうねりなどを取り除くまで研削する方法である。

１．接触工程
図３は、上記研削装置Ａを使用するに先立って素地ウエーハ１を平坦加工用に処理するための定盤４０を示している。この定盤４０は、水平な上面を有する直方体状の台であり、上面の中央には、硬質ガラスやフッ素樹脂加工材料等によって、硬く、かつ平坦で、接着剤の剥離性に優れた長方形状の処理面４１が形成されている。

接触工程では、図４に示すように、定盤４０の処理面に流動性を有する接着剤５０を塗布し、その上に、素地ウエーハ１をなるべく水平に載置して、その下面全面を接着剤５０に接触させる。なお、以降の説明では、素地ウエーハ１の下面、すなわち接着剤５０が付着する面を「一面」と称し、反対側の上面を「他面」と称して区別する。

接着剤５０は、室温で硬化するワックスや、液状であるが、紫外線を照射すると硬化し、硬化した後は溶剤等によって除去することができる紫外線硬化型接着剤（ＵＶ硬化接着剤）、あるいは所定の温度以下で硬化するシリコーンオイル等が用いられる。

２．合体工程
接着剤５０に外的刺激を与えながら、この接着剤５０を硬化させて、定盤４０の処理面４１に素地ウエーハ１の一面を接着させるとともに、接着剤５０を素地ウエーハ１のうねり等に馴染ませて、素地ウエーハ１の一面全面に接着剤５０が付着した合体ウエーハ２を得る。

なお、接着剤５０が紫外線硬化型樹脂の場合には、その接着剤を硬化させるために、処理面４１をガラスで構成し、このガラスの裏面から紫外線を照射して接着剤５０を硬化させる構成が採用される。また、接着剤５０がワックスやシリコーンオイルの場合には、溶融させて流動性を持たせるために、処理面４１を加熱する加熱源を設け、接着させる際には予め処理面４１を加熱して接着剤５０を溶融させ、この後、冷却させて硬化させる操作が行われる。

外的刺激としては、以下の手段が挙げられる。
（ａ）超音波振動
定盤４０に超音波振動を与えることにより、接着剤５０および素地ウエーハ１に超音波振動を与える。超音波振動としては、１００Ｈｚ〜５０ｋＨ程度の範囲からその周波数を選択することができる。超音波振動の周波数やその強さ（振幅の値）の最適値は、接着剤５０の種類や硬化条件、接着剤５０の厚さ等に応じて、適宜に決定される。

（ｂ）減圧
図５に示すように、処理面４１上の接着剤５０および素地ウエーハ１に、円筒状の密閉カバー６０を被せ、排気口６１から密閉カバー６０内の空気を抜き取って、接着剤５０および素地ウエーハ１を減圧下におく。減圧状態の圧力は、大気圧の１０％〜５０％程度が適当である。

（ｃ）揺動
定盤４０を揺動させて、接着剤５０および素地ウエーハ１を揺動させる。揺動の周波数は、数Ｈｚ〜数十Ｈｚ程度が好ましい。また、揺動の振幅は、数ｃｍ程度以下にすることが好ましい。

（ｄ）部分的吸引
図６に示すように、先端に吸盤状の吸引部７１を有する複数の吸引パイプ７０の吸引部７１を、素地ウエーハ１の他面に接触させ、吸引パイプ７０内を減圧して素地ウエーハ１を吸引する。各吸引パイプ７０による空気の引き具合を調整することによって、素地ウエーハ１を吸引する力を部分的に調整することができる。

３．第１の平坦加工工程
上記のようにして外的刺激を与えながら接着剤５０を硬化させたら、素地ウエーハ１を接着剤５０ごと定盤４０の処理面４１から剥がし、合体ウエーハ２を得る。次いで、この合体ウエーハ２を、上記研削装置Ａのチャックテーブル１７上に、接着剤５０側の面を下にし、素地ウエーハ１の他面を上にして、同心状に載置する。

ステージ１４を移動させることにより、チャックテーブル１７上に載置した合体ウエーハ２を、研削ユニット２０の下方の加工位置に移動させる。この場合、合体ウエーハ２の壁部１２側の少なくとも半径分が研削ホイール２５に被さる位置まで、ステージ１４を移動させる。

この状態から、チャックテーブル１７を回転させて合体ウエーハ２を回転させ、これと同時に、研削ユニット２０の研削ホイール２５を、サーボモータ２３によって回転させるとともに、パルスモータ３７を正転させて、送り機構３０により研削ユニット２０を所定速度でゆっくり下降させる。なお、チャックテーブル１７の回転方向は、研削ホイール２５と同方向でもよく、また、逆方向であってもよい。

図７（ａ）に示すように、研削ユニット２０が下降することにより、回転する研削ホイール２５の砥石２７が、回転している素地ウエーハ１の他面に接触し、かつ他面を所定の荷重で押圧する。これによって、素地ウエーハ１の他面が平坦に研削される。

４．第２の平坦加工工程
図７（ｂ）に示すように、素地ウエーハ１の他面が研削されたら、研削を中断する。次いで、合体ウエーハ２を引っ繰り返して、素地ウエーハ１の研削済みの他面をチャックテーブル１７の表面に合わせて載置する。そして、上記と同様にして、研削ユニット２０によって合体ウエーハ２の接着剤５０側の面を削り込んでいき（図７（ｃ）参照）、素地ウエーハ１の一面を研削する。これによって、図７（ｄ）に示す所定厚さの素地ウエーハ１を得る。

なお、素地ウエーハ１の一面を研削する際には、必要に応じて接着剤５０を素地ウエーハ１から予め除去することが行われる。例えば接着剤５０がワックスやシリコーンオイルであった場合には、砥石２７が目詰まりを起こしやすいので、この場合には、加熱および溶剤を用いて予め除去しておく。

ここで、上記の研削に関する好適な条件例を挙げておく。研削ホイール２５のサーボモータ２３による回転速度は４０００〜７０００ＲＰＭ、チャックテーブル１７の回転速度は１００〜３００ＲＰＭである。また、送り機構３０による研削ユニット２０の下降速度は３〜８μｍ／秒、研削ホイール２５の砥石２７が被研削物を押圧する荷重は、１０〜１２ｋｇである。

以上説明した本実施形態の平坦加工方法によれば、定盤４０上で素地ウエーハ１の一面に接着剤５０を付着させる合体工程において、外的刺激を加えている。これにより、硬化する接着剤５０によって素地ウエーハ１に生じる反りやうねりが矯正されるような力（素地ウエーハ１を水平にしようとする力）が働くことが、効果的に抑えられる。

すなわち、外的刺激を加えることにより、硬化する過程で接着剤５０から応力が解放され、接着剤５０は素地ウエーハ１の反りやうねりに馴染むように硬化する。このため、合体ウエーハ２を定盤４０から剥離させた時に、接着剤５０に引っ張られて素地ウエーハ１が反ったりうねりが生じたりするといった不具合が起こりにくい。

このため、定盤４０に接触して硬化した合体ウエーハ２の接着剤５０側の面は、平坦性が保持される。そして、この平坦な接着剤５０側の面を基準面として、研削装置Ａによって素地ウエーハ１Ｗの両面を研削するため、その両面を平坦で、互いに平行な面に加工することができる。

特に、図６で示した部分的な吸引によって外的刺激を与える方法では、接着剤５０の硬化過程で素地ウエーハ１の他面の複数箇所を吸引することにより、素地ウエーハ１が反ったりうねりが生じたりする力が打ち消され、接着剤５０の接着力の発現に伴う素地ウエーハ１の強制的な変形が抑えられる。その結果、定盤４０から合体ウエーハ２を剥離させても、接着剤５０側の面の平坦性が保持される。

本発明の一実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。一実施形態の研削装置が具備する研削ホイールの斜視図である。一実施形態の方法で用いる定盤の斜視図である。同方法の接触工程および合体工程を示す斜視図である。外的刺激のうちの減圧方法を示す斜視図である。外的刺激のうちの吸引方法を示す斜視図である。素地ウエーハの研削過程を（ａ）〜（ｄ）の順に示す図である。

符号の説明

１…素地ウエーハ
２…合体ウエーハ
１７…チャックテーブル
２５…研削ホイール（研削手段）
４０…定盤
５０…接着剤
Ａ…研削装置

Claims

インゴットからスライスされたウエーハの両面を平坦に加工するウエーハの平坦加工方法であって、
定盤の表面に、ウエーハの一面全面を、流動性を有する接着剤を介して接触させる接触工程と、
外的刺激を与えながら前記接着剤を硬化させ、前記定盤の表面と前記ウエーハの一面とを接着させるとともに、接着剤をウエーハのうねりに馴染ませて、ウエーハの一面全面に接着剤が付着した合体ウエーハを得る合体工程と、
ワークを保持するチャックテーブルと該チャックテーブルに保持されたワークの表面を研削する研削手段とを備えた研削装置におけるチャックテーブル上に、前記合体ウエーハを、接着剤側の面を表面に合わせた状態で保持し、研削手段で前記ウエーハの他面を研削して平坦に加工する第１の平坦加工工程と、
前記合体ウエーハを、前記チャックテーブル上に、研削済みの前記ウエーハの他面を表面に合わせた状態で保持し、前記研削手段で前記ウエーハの一面を研削して平坦に加工する第２の平坦加工工程と
を備えることを特徴とするウエーハの平坦加工方法。
前記外的刺激は、超音波振動であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの平坦加工方法。
前記外的刺激は、前記合体ウエーハを減圧状態に維持することであることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの平坦加工方法。
前記外的刺激は、揺動であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの平坦加工方法。
前記外的刺激は、前記ウエーハの一方の面に加えられる部分的な吸引力であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの平坦加工方法。