JP2006269809A

JP2006269809A - ウエーハの平坦加工方法

Info

Publication number: JP2006269809A
Application number: JP2005086690A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Sekiya; 一馬関家
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】平坦加工の基準面を有するサブストレートに対してウエーハを接着させるにあたり、両者間の隙間をなるべく一定としてウエーハを安定した姿勢で支持し、ウエーハを適正に研削することができるようにする。
【解決手段】流動性を有する接着剤５０をサブストレート４０上に塗布し、接着剤５０中に、３個のペレット（点接触治具）６０を三角形状に配置して埋め込む。素地ウエーハ１を各ペレット６０の上に載せて、サブストレート４０との間の隙間を一定とし、ペレット６０で３点支持した素地ウエーハ１を、接着剤５０によってサブストレート４０に接着させる。サブストレート４０をチャックテーブル１７に保持して素地ウエーハ１の他面を平坦に研削し、次いで、サブストレート４０および接着剤５０を除去してから、一面を平坦に研削する。
【選択図】図１

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、ウエーハの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、流動状態の接着材料中でウエーハが浮遊して姿勢が安定せず、ベースプレートに対してウエーハが傾斜した状態で接着してしまう場合があった。そして、傾斜の度合いが大きく偏ったままウエーハを研削すると、ウエーハの外周の一部を欠いてしまったり、厚さが均一にならなかったりするなどの不具合が生じ、歩留まりの悪化を招くことになる。

よって本発明は、上記ベースプレート等の基準面に対してウエーハを接着させるにあたり、両者間の隙間をなるべく一定としてウエーハを安定した姿勢で支持し、これによってウエーハを適正に研削することができる方法の提供を目的としている。

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、ウエーハの一面全面を支持するサブストレート上に、少なくとも３個の点接触治具を介して、一面側をこれら点接触治具に接触させた状態でウエーハを支持するとともに、サブストレートとウエーハ間に介在させた流動性を有する接着剤によって両者を合体させて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、サブストレート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、サブストレートを除去し、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。

本発明の上記合体工程では、サブストレートにウエーハを直接載置して支持するのではなく、点接触治具を介してウエーハを３点、もしくはそれ以上の複数箇所で支持する。このため、ウエーハを、傾斜させることなく安定した姿勢でサブストレート上に支持することができるとともに、ウエーハとサブストレートとの間の隙間をできるだけ一定とすることができる。

このようにサブストレート上に支持されたウエーハは、接着剤によってサブストレートに接着され、合体ウエーハとされる。合体ウエーハは、研削装置のチャックテーブル上に、サブストレートをチャックテーブルの表面に合わせて保持される。そして、まずウエーハの他面（サブストレートに接着された側とは反対側の露出面）が、研削手段によって研削される。次に、サブストレートと、必要に応じて接着剤がウエーハから除去され、そのウエーハは、研削された他面をチャックテーブルの表面に合わせてチャックテーブル上に保持され、この状態から、研削手段によって一面が研削される。

本発明によれば、ウエーハを、サブストレート上に、傾斜させることなく安定した姿勢で支持することができ、サブストレートとの間の隙間を一定として両者がほぼ平行なまま、サブストレートを基準としてウエーハの両面を研削するので、ウエーハの両面を平坦に、かつ互いに平行にする適正な研削がなされる。

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。

本発明で用いるサブストレートは、研削するウエーハが固定される平坦性に優れた薄板状の土台であって、材質は硬質ガラス等が用いられる。

本発明で用いる点接触治具は、球状、円錐状、ピン状のものなど、ウエーハに対して点接触するものが用いられる。点接触治具の数は、３点支持が最も安定してウエーハを支持することができる点から３個が最適であるが、４個以上であってもよい。また、点接触治具は、サブストレートの表面に一体に形成されている態様であってもよい。

さらに、点接触治具は、研削時に研削手段の押圧力をウエーハが受けた際に、ウエーハの点接触治具に対する接触点に応力が集中して割れなどが発生することを回避するために、ある程度柔らかいものか、あるいは弾性変形が可能な材質でできていることが望ましい。

上記合体工程において、ウエーハの他面における点接触治具に対応する部分を、押圧部材によってサブストレート側に向けて押圧することは、ウエーハの浮遊を押さえてサブストレート上に固定状態で保持できるため、好ましい態様である。

本発明で用いる接着剤は、ウエーハをサブストレート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。

本発明によれば、サブストレート上にウエーハを接着剤で接着させる際に、点接触治具でウエーハの姿勢を調整して支持することができるので、サブストレートとウエーハとの間の隙間をなるべく一定にすることができるとともに、ウエーハを安定して支持することができる。そして、サブストレート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）合体工程
図３の符号４０は、ガラス板等によって、素地ウエーハ１よりもやや大径の円盤状に形成されたサブストレートである。まず、このサブストレート４０の表面に、流動性を有する接着剤５０を塗布するとともに、サブストレート４０の表面の適宜箇所に、３個の小さなペレット（点接触治具）６０を、接着剤５０に埋め込んで三角形状に配置する。

接着剤５０が塗布され、３個のペレット６０が接着剤５０に埋め込まれた状態のサブストレート４０を、図３に示す支持台７０の水平な上面に載置する。次に、素地ウエーハ１の片面を各ペレット６０に接触させ、かつ、ペレット６０への接触部分を除く下面全面を接着剤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。

続いて、図４に示すように、素地ウエーハ１の他面の、各ペレット６０に対応する３箇所を、上下方向に延びるロッド（押圧部材）８０を下降させることによって所定の圧力で下方に押圧し、この状態を、接着剤５０が硬化するまで保持する。このようにロッド８０で素地ウエーハ１を押圧することにより、素地ウエーハ１の浮遊が押さえられ、サブストレート４０上に固定状態で保持することができる。

以上により、サブストレート４０の上面に接着剤５０およびペレット６０を介して素地ウエーハ１が固定された合体ウエーハ２を得る。なお、上記の例では、サブストレート４０に接着剤５０とペレット６０をセットしてから、支持台７０に載置しているが、はじめにサブストレート４０を支持台７０上に載置してから、接着剤５０、ペレット６０、素地ウエーハ１の順で操作を行って合体ウエーハ２を作製してもよい。また、ペレット６０はサブストレート４０と別体であるが、サブストレート４０の上面にペレット６０が予め一体に設けられていてもよい。

接着剤５０としては、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。ペレット６０は、ゴム等の弾性を有する材料でできたものが用いられ、硬化した状態の接着剤５０よりも柔らかい材質が好ましく選択される。

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、サブストレート４０を透明なガラスで構成し、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、予めサブストレート４０をヒータ等で加熱して接着剤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。

（２）第１の平坦加工工程
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、サブストレート４０側を下にし、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、素地ウエーハ１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５（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。

ここで、素地ウエーハ１が砥石２７で押圧されることにより、ペレット６０が当接している部分に応力が集中して素地ウエーハ１が割れるなどの不具合が発生することが懸念される。ところが、ペレット６０は弾性を有しているため、砥石２７に押圧されてペレット６０も変形する。このため、応力集中は起こらず、割れなどの不具合は発生しない。

（３）第２の平坦加工工程
図５（ｂ）に示すように、素地ウエーハ１の他面が平坦に研削されたら、次に、サブストレート４０を除去し、さらに、接着剤５０を適宜な方法で素地ウエーハ１から除去して、素地ウエーハ１のみを残す。

続いて、図５（ｃ）に示すように、研削されて平坦な他面をチャックテーブル１７の表面に合わせて、素地ウエーハ１をチャックテーブル１７上に載置し、上記と同様にして、研削ユニット２０により素地ウエーハ１の、接着剤５０が付着していた一面を研削する。これによって、図５（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の一面から接着剤５０を除去するには、接着剤５０が紫外線硬化型接着剤の場合には溶剤で洗い流し、ワックスやシリコーンオイルの場合には加熱後、溶剤で洗い流す手法が用いられる。

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、サブストレート４０上に素地ウエーハ１を支持して接着剤５０で接着させる合体工程において、素地ウエーハ１をサブストレート４０に直接載置して支持するのではなく、ペレット６０を介して素地ウエーハ１を３点支持している。このため、素地ウエーハ１を、傾斜させることなく安定した姿勢でサブストレート４０上に支持することができるとともに、素地ウエーハ１とサブストレート４０との間の隙間をできるだけ一定とすることができる。

このようにサブストレート４０上に支持された素地ウエーハ１は、接着剤５０によってサブストレート４０に接着され、このサブストレート４０の下面を基準面として、両面が平坦に研削される。上記のように、素地ウエーハ１が、サブストレート４０上に傾斜することなく安定した姿勢で支持され、かつ、両者の間の隙間が一定に保持されたまま、素地ウエーハ１の両面が研削されるので、素地ウエーハ１の両面を平坦に、かつ互いに平行にする適正な研削が行われる。

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。本発明の方法の準備段階であって、素地ウエーハをサブストレート上にセットし、さらにこのサブストレートを支持台上に載せる手順を示す斜視図である。サブストレート上に点接触治具を介して素地ウエーハを支持し、かつ接着剤で両者を接着させる状態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。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…サブストレート４０
５０…接着剤
６０…ペレット（点接触治具）
８０…ロッド（押圧部材）
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、
ウエーハの一面全面を支持するサブストレート上に、少なくとも３個の点接触治具を介して、一面側をこれら点接触治具に接触させた状態でウエーハを支持するとともに、サブストレートとウエーハ間に介在させた流動性を有する接着剤によって両者を合体させて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、サブストレート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、
前記サブストレートを除去し、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。
前記点接触治具は、前記サブストレートの表面に一体に形成されてい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。
前記合体工程において、前記ウエーハの他面の、前記点接触治具に対応する部分を、押圧部材によって前記サブストレート側に向けて押圧することを特徴とする請求項１または２に記載のウエーハの平坦加工方法。