JP2008053421A - ウェーハ再生用ウェーハパターン研削機及び研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路設計加工がなされたウェーハをベアウェーハや太陽電池ウェーハとして再生するための技術であって、容易に実施することができる再生研削装置及び方法を提供する
【解決手段】 被研削ウェーハ１２を取り付ける真空チャック１３と、前記真空チャックを回転させるテーブル回転装置３と、前記真空チャック上の被研削ウェーハを研削する砥石１７と、前記砥石のＺ軸方向の位置を制御するＺ軸方向位置制御装置と、前記砥石のＹ軸方向の位置を制御する横方向位置制御装置と、前記被研削ウェーハ１２から発生した研削液の飛沫を受ける飛沫受けカバー８と、それらの装置を支持するフレーム９と、前記フレームの底部に取り付けられているキャスター１１を備える。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

この発明は不良品半導体ウェーハを搬送用ベアウェーハや太陽電池用ウェーハとして再生させるためのウェーハ研削技術に関するものである。

従来、半導体デバイスメーカーでは、ICチップ等を作成する場合は、半導体ウェーハ上に回路設計加工を行うことによって形成したＡl、Ｃu、Ｔi、Ｗ、ＰｏｌｙＳｉ系、ＳｉＮ、Ｔｉ，Ｔａ，ＴａＮ系、ＳｉＯ２系あるいはレジスト、Ｓｉ系等の材料からなる単層から７層ぐらい、或いはそれ以上の多層のウェーハパターンを有するパターンウェーハをまず製作するが、加工ミスや設計通りの性能が得られずに不良品となったパターンウェーハは廃棄せざるを得ず、その場合において、ウェーハパターンが形成されたパターンウェーハをミリ単位に細かく粉砕し、産業廃棄物として処分していた。

しかしこの不良品となったパターンウェーハは、表面部の回路設計加工がされているウェーハパターン部分を取り除けば、新たな搬送用ベアウェーハや太陽電池ウェーハとして使用可能であり、このウェーハパターン除去による不良ウェーハの再生がなされることが資源リサイクルの社会的要請に応えることになる。このような不良ウェーハの再生は処理の対象であるウェーハが少量でかつ多品種であることが特徴である。

特開２００５−３１１１７８ 特開２００５−１２３５４１ 特開２０００−２４３８０１従来は不良品ウェーハの再生加工としてはシリコン基板材料を封入しているＥＶＡを溶解及び燃焼させて、かつ銀電極膜を化学処理して除去し、太陽電池モジュールの中からシリコン基板材料を取り出してリサイクルするものである。（特許文献１参照）しかしこの特許文献１で記載された再生方法は、被処理対象が太陽電池モジュールであるし、シリコン基板材料の取り出し手段も、燃焼と化学処理であり、処理のための操作がきわめて煩雑であり、また溶解による除去処理は、皮膜の種類によって溶解液の選択や洗浄工程や発生した廃液の種類や性質に応じての回収、廃棄のための処理も必要になるので、実用化が大掛かりとなって小量、多品種の不良品ウェーハの処理には適さない。そこで、単結晶シリコン上に形成されている被膜層をサンドブラスト等の物理的衝撃で破砕処理し、最後に表面の再研削をする物理的な再生技術も提案されているが、この特許文献２に記載された再生方法は被処理対象に対してがサンドブラスト等の物理的衝撃加工と研削加工の２種以上の加工が必要で、処理工程が複雑である。しかも被処理対象物としてはシリコン単結晶基板に限られるので、ウェーハの処理には適用することができない。またモニタウェーハの再生加工として研削を使用した技術もあるが（特許文献３参照）、ここで使用される研削は、モニターテスト面を鏡面に仕上げるための研削であって、ウェーハ表面の電極等ウェーハパターンを除去するための研削ではない。また特許文献３に示される再生技術では、被処理ウェーハは使用済のモニターウェーハであって、特定の種類のウェーハに限られていて、他の種類のウェーハには適用できない。この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであって、パターンウェーハをベアウェーハや太陽電池ウェーハとして再生するための技術であって、容易に実施することができるウェーハ再生用ウェーハパターン研削装置及び方法を提供することを目的とするものである。

この目的に対応して、この発明のウェーハ再生用ウェーハパターン研削機はウェーハパターンを研削によって除去するウェーハ再生用ウェーハパターン研削機であって、被研削パターンウェーハを取り付ける真空チャックを有する真空チャックテーブルと、前記真空チャックテーブルを回転させるテーブル回転装置と、前記真空チャックテーブル上の被研削パターンウェーハを研削する砥石を持つ砥石装置と、前記砥石装置を回転させる研削モータと、前記砥石装置の切り込み深さを制御する切り込み深さ方向制御装置と、前記砥石装置の前記切り込み深さに直交する方向の位置を位置決めする横方向位置決め装置と、前記真空チャックに取り付けた前記被研削パターンウェーハの被研削面を囲む壁を有していて前記被研削面から発生した研削液の飛沫を受ける飛沫受けカバーと、前記真空チャックテーブルと前記テーブル回転装置と前記砥石装置と前記研削モータと前記切り込み深さ制御装置と、前記横方向位置決め装置と及び前記飛沫受けカバーを支持するフレームとを備え、かつ、前記フレームの底部に取り付けられているキャスターを備えることを特徴としている。
また、この発明のウェーハ再生用ウェーハパターン研削方法は、ウェーハパターンを研削によって除去するウェーハ再生用ウェーハパターン研削方法であって真空チャックテーブルの真空チャックに被研削ウェーハを取り付けて回転させながら砥石の回転方向の位置を制御しつつ前記砥石を回転させて前記被研削ウェーハを研削するウェーハ再生用パターン研削方法であって、前記真空チャックは複数の吸気穴を有し、前記吸気穴の径は１〜２ｍｍであり、前記砥石の組成は、砥粒の材料がダイヤモンドであり、粒度が＃４００〜１５００であり、使用する結合体はビトリファイド若しくはレジノイドであり、前記砥石の研削条件は砥石回転速度が１０００〜４０００rｐｍであり、切り込み速度が５〜４０μｍ/secであり、テーブル回転速度が５〜３０rpmであることを特徴としている。

（１）この発明ではパターンウェーハ上のウェーハパターンを研削によって除去するので、溶解除去のための薬品を必要とすせず、処理の内部が単純で、必要な装置の構成を簡単にし、実施が容易である。
またこの発明では装置の構成要素をすべて共通の１個のフレームに取り付け、そのフレームにキャスターを取り付けることにより、装置全体を電源のあるところならどこでも持ち運べることにより、不良品のパターンウェーハが発生する場所に出向いてウェーハ再生を小規模に実施するのに適している。
請求項２に記載した発明によれば複数の直径のウェーハ取付け面が同心状に形成されているので、各種の寸法のウェーハの取付けが容易である。
請求項３に記載した発明によれば、真空チャックの通気孔の数、形状、分布を最適にすることによって、被研削ウェーハを歪なくテーブル上に固定することができ、良好な研削をすることができる。
請求項４に記載した発明によれば、プレートと砥石の間に弾力性のあるパッドを介在させることにより、砥石を被研削ウェーハに対して平行を保つことができ、被研削ウェーハの全パターンを均等に研磨することができる。
請求項５に記載した発明によれば、良好な傾き吸収性能を有するパッドを得ることができる。
また請求項６に記載した発明によれば、研削用砥石の組成を最適にすることによって、良好な研削を実現させることができる。
また請求項７に記載した発明によれば、研削条件を最適にすることよって、良好な研削を実現させることができる。
また請求項８に記載した発明によれば、ウェーハの再生を、化学処理を必要とすることなしに、機械的な加工だけで実現させることができ、かつ必要な施設の規模を大きくする必要なしに不良品ウェーハの発生する場所に出向いて小規模なウェーハの再生をすることができる。

以下この発明の詳細を最良の形態について、図面を参照して説明する。
図１から図３において、１はウェーハパターン研削方法において使用するウェーハパターン研削機である。ウェーハパターン研削機１は主な構成機器として、真空チャックテーブル２とテーブル回転装置３と砥石装置４と研削モータ５と、切り込み深さ制御装置６と、横方向位置決め装置７と、飛沫受けカバー８とフレーム９とキャスター１１を備えている。
真空チャックテーブル２は被研削体であるパターンウェーハ１２を載置して固定するもので、パターンウェーハ１２を固定するための真空チャック１３を有している。ここでパターンウェーハとはパターンが形成されているウェーハを指す。真空チャック１３には図４に示すように、パターンウェーハ１２を受け入れて位置決めするための円径の大きさが異なる複数の皿状の窪み１９ａ〜１９ｄを同心状に備えている。中心部に位置する最も円径の小さい窪み１９ａの底部にはパターンウェーハ１２を吸引するための通気穴１４を有しており、通気穴１４の径ｄ、数、分布、吸引力等は被研削体であるパターンウェーハ１２の種類に応じて、それを歪みなく確実に固定することができるように選択するが、ここでは通気穴１４の径ｄは１〜２mmであり、数は１３個であり、分布は半径３０ｍｍと半径５８ｍｍの２つの同心円上に等ピッチでそれぞれ６個づつと中心部に１個の合計１３個であり、吸引圧力は合計で１〜２ｋｇｆ、好ましくは１．５ｋｇｆである。
再び図１から図３において、テーブル回転装置３は真空チャックテーブル２を回転させるものであり、テーブル用モータ２０を備えている。
真空チャックテーブル２の上方には砥石装置４が配置されている。砥石装置４はダイヤモンドホイール１５を有する。ダイヤモンドホイール１５の直径は例えば１５０ｍｍである。ダイヤモンドホイール１５はアルミプレート１６にリング状の砥石１７を接着して構成されている。砥石１７の組成は砥粒の材料がダイヤモンドであり、粒度が＃４００〜１５００であり、使用する結合体はビトリファイド若しくはレジノイドである。アルミプレート１６と砥石１７との間には傾き吸収用のパッド３１が介在している。この傾き吸収用パッド３１は砥石１７の研削面とパターンウェーハ１２の表面が研削時に平行でないときに、その傾きを吸収して両者を平行に保つ。傾き吸収用パッド３１はフェノール樹脂とアルミニウムの結合体などで構成される。
砥石装置４は研削モータ５の出力軸３２に取付けられて回転可能であり、また砥石１７は出力軸（Ｚ軸）３２の方向（切込み深さの方向）の縦方向位置とそれに垂直な方向（Ｙ軸方向）の横方向位置をとることができる。
ウェーハパターン研削装置１はフレーム９を有し、フレーム９に上下方向のＺ軸に直交するＹ軸方向にボールねじ１８とＹ軸ガイドレール２２が設けられ、ボールねじ１８はハンドル２１を回転させることによって手動で回転させることができる。ボールねじ１８にはボール軸受２３が係合していて、ボールねじ１８を回転させることによって、ボール軸受２３がＹ軸ガイドレール２２に沿って直線変位し、砥石装置４のＹ軸方向の位置を決める。
一方切り込み深さ制御装置６としてはボール軸受２３に縦方向にＺ軸方向がガイドレール３３が取付けられており、Ｚ軸方向ガイドレール３３にサーボモータ２４が固定し、かつ研削モータ支持装置３４は研削モータ５を支持した状態でサーボモータ２４に駆動されてＺ軸方向に移動し、砥石装置４の縦方向の位置である切込み量を制御する。サーボモータ２４の分解能は１０μｍ程度あるいはそれ以上であることが望ましい。
真空チャックテーブル２とほぼ同じ高さには飛沫受けカバー８が配置されている。飛沫受けカバー８は底部２６とその外周縁から立ち上っている壁２７とからなっていて、底部２６と壁２７とで囲繞する空間内に真空チャックテーブル２の真空チャック１３上の被研削パターンウェーハ１２が入るように構成されている。
研削工程においてはパターンウェーハ１２と砥石１７との接触部分には常温水等からなる研削液が供給されるが、飛沫受けカバー８はその研削液と削り屑と砥石屑のスラリーがウェーハ研削装置1の周囲に飛散するのを防ぐものである。飛沫受けカバー８に入ったスラリーは集められて水抜き穴（図示せず）から廃液タンク（図示せず）に流される。
飛沫受けカバー８の下にはテーブル用モータ２０があって、テーブル用モータ２０の出力軸３５は飛沫受けカバー８の底部２６を貫通して真空チャックテーブル２に連結していて真空チャックテーブル２を回転させる。
フレーム９は真空チャックテーブル２とテーブル回転装置３と砥石装置４と研削モータ５と切り込み深さ制御装置６と横方向位置決め装置７と飛沫受けカバー８など、パターンウェハの研削加工に必要な構成要素のほとんど全部を支持している。
フレーム９の下端部にはキャスター１１が取り付けられていて、これにより、ウェーハパターン研削装置１は移動可能な可搬式になっている。
このように構成された可搬式のウェーハパターン研削装置を使用して不良品パターンウェーハを被研削対象とするウェーハの再生研削を行う場合の操作は次の通りである。
まずウェーハパターン研削装置１をキャスターを利用して電源のある作業場所に移動する。
次に必要に応じて、被研削対象であるパターンウェーハを目視等によりパターンの材料や、構成、厚み等によって分別し、砥石の種類、回転速度、切り込み量、ウェーハの寸法、真空チャックテーブルの回転速度を選択し、操作パネルから制御装置（図示せず）に入力する。
研削条件の一例としては次のものがある。

次に選択したパターンウェーハを真空チャック１３の対応した寸法の窪み１９ａ〜ｄの中央部に載置し、通気穴１４から吸引して固定する。次いで研削部位に研削液を供給しながら、操作パネル３６のボタンを押して研削を開始する。研削部位から発生した研削屑、砥粒、研削液を含むスラリー及びその飛沫は飛沫受けカバー８で受けて、水抜き穴（図示せず）からドレンされる。
目視によりパターンウェーハ１２上のパターンが除去されたことが確認されれば、操作パネル上のボタンを押して、ウェーハパターン研削装置１の動作を停止させ、研削済みのウェーハを真空チャック１３から取り外す。この研削済みのウェーハは別工程で必要な処理を施せば、太陽電池用ウェーハとして再使用可能である。

ウェーハパターン研削機の正面図。 ウェーハパターン研削機の側面図。 ウェーハパターン研削機の平面図。 真空チャックの平面図。

符号の説明

１ ウェーハパターン研削機
２ 真空チャックテーブル
３ テーブル回転装置
４ 砥石装置
５ 研削モータ
６ 切り込み深さ制御装置
７ 横方向位置決め装置
８ 飛沫受けカバー
９ フレーム
１１ キャスター
１２ パターンウェーハ
１３ 真空チャック
１４ 通気穴
１５ ダイヤモンドホイール
１６ アルミプレート
１７ 砥石
１８ ボールねじ
１９ａ〜１９ｄ 窪み
２０ テーブル用モータ
２１ ハンドル
２２ Ｙ軸ガイドレール
２３ ボール軸受
２４ サーボモータ
２６ 底部
２７ 壁
３１ パッド
３２ 出力軸
３３ Ｚ軸ガイドレール
３４ 研削モータ支持装置
３５ 出力軸

Claims (8)

1. ウェーハパターンを研削によって除去するウェーハ再生用ウェーハパターン研削機であって、被研削パターンウェーハを取り付ける真空チャックを有する真空チャックテーブルと、前記真空チャックテーブルを回転させるテーブル回転装置と、前記真空チャックテーブル上の被研削パターンウェーハを研削する砥石を持つ砥石装置と、前記砥石装置を回転させる研削モータと、前記砥石装置の切り込み深さを制御する切り込み深さ制御装置と、前記砥石装置の前記切り込み深さ方向に直交する方向の位置を位置決めする横方向位置決め装置と、前記真空チャックに取り付けた前記被研削パターンウェーハの被研削面を囲む壁を有していて前記被研削面から発生した研削液の飛沫を受ける飛沫受けカバーと、前記真空チャックテーブルと前記テーブル回転装置と前記砥石装置と前記研削モータと前記切り込み深さ制御装置と前記横方向位置決め装置と及び前記飛沫受けカバーを支持するフレームとを備え、かつ、前記フレームの底部に取り付けられているキャスターを備えることを特徴とするウェーハ再生用ウェーハパターン研削機。
2. 前記真空チャックはそれぞれの円径の大きさが異なる複数の皿状のウェーハ受け入れ用の窪みを同心状に備え、複数の前記窪みのうちの最も小さな円径の窪みを含むいずれかの前記窪みの底部に複数の通気穴が形成されていることを特徴とする請求項１記載のウェーハ再生用ウェーハパターン研削機。
3. 前記真空チャックは最も小さな円径の窪みの底部に複数の通気穴を有し、前記通気穴の径は１〜２ｍｍであり、引きつけ力は合計で１〜２ｋｇｆ、好ましくは１.５ｋｇｆであることを特徴とする請求項１記載のウェーハ再生用ウェーハパターン研削機。
4. 前記砥石装置は前記研削モータの回転軸に取付け可能な金属製プレートと前記プレートに接着される前記砥石とを有し、前記プレートと前記砥石との間に傾き吸収用のパッドを介在させていることを特徴とする請求項１記載のウェーハ再生用ウェーハパターン研削機
5. 前記パッドはフェノール樹脂とアルミニウムの結合体であることを特徴とする請求項４記載のウェーハ再生用ウェーハパターン研削機
6. 前記砥石の組成は、砥粒の材料がダイヤモンドであり、粒度が＃４００〜１５００であり、使用する結合体はビトリファイド若しくはレジノイドであることを特徴とする請求項１記載のウェーハ再生用パターン研削機。
7. 前記砥石の研削条件は砥石回転速度が１０００〜４０００ｒｐｍであり、切り込み速度が５〜４０μｍ/secであり、テーブル回転速度が５〜３０rpmであることを特徴とする請求項１記載のウェーハ再生用ウェーハパターン研削機。
8. ウェーハパターンを研削によって除去するウェーハ再生用ウェーハパターン研削方法であって真空チャックテーブルの真空チャックに被研削ウェーハを取り付けて回転させながら砥石の回転軸方向の位置を制御しつつ前記砥石を回転させて前記被研削ウェーハを研削するウェーハ再生用ウェーハパターン研削方法であって、前記真空チャックは複数の通気穴を有し、前記通気穴の径は１〜２ｍｍであり、前記砥石の組成は、砥粒の材料がダイヤモンドであり、粒度が＃４００〜１５００であり、使用する結合体はビトリファイド若しくはレジノイドであり、前記砥石の研削条件は砥石回転速度が１０００〜４０００rｐｍであり、切り込み速度が５〜４０μｍ/secであり、テーブル回転速度が５〜３０rpmであることを特徴とするウェーハ再生用ウェーハパターン研削方法。

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