JP3821733B2 - レジンボンドホイール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハおよびデバイスウエハの加工において用いられるレジンボンドホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レジンボンドホイールは、ダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒などをレジンボンドと混合して加熱、加圧成形して砥粒層を形成する。レジンボンドはメタルボンドやビトリファイドボンドに比べて軟質であり、研削加工時に切刃である砥粒が摩滅して切れ味が低下する前にボンド層が摩耗して砥粒が脱落する。このため、研削面の目詰まりや砥粒の摩滅による切れ味の低下が生じにくい。また、レジンボンドはメタルボンドに比べて弾性があるため、被研削材の仕上がり面が良好である。これらのことから、レジンボンドホイールはシリコンウエハの鏡面研削など、小さな面粗さが要求される研削に用いられる。
【０００３】
シリコンウエハの加工工程は、シリコンインゴットを外周刃ブレードやカップ型ホイールなどで所定寸法の円柱状のインゴットに成形し、この円柱状インゴットを内周刃ブレードやワイヤソーで所定の厚さにスライスしてウエハとする。このウエハの外周部を面取り研削し、その後にウエハ片面もしくは両面を研削、ラッピング、エッチング、ポリッシングしたものがサブストレートである。このサブストレートに集積回路などのデバイスを形成し、形成面の裏面を研削、ポリッシングしたものがデバイスウエハである。本発明はシリコンウエハによるサブストレートおよびデバイスウエハを製造する過程において使用するレジンボンドホイールに関するものである。
【０００４】
上記の加工工程のなかで、ウエハの外周部を面取り研削する加工は、図１に示すようなベベリングホイールを使用し、図２に示すようにして研削加工が行われる。図１は面取り加工用ベベリングホイールの外観の一例を示す斜視図であり、ベベリングホイール１０には、台金１１の外周面に１条または複数条の溝を形成した砥粒層１２が固着されている（図１は複数条の溝の例を示す）。台金１１は鉄製またはアルミニウム製の円盤状台金であり、砥粒層１２はダイヤモンド砥粒またはｃＢＮ砥粒とレジンボンドからなる砥粒層である。図２はシリコンウエハの面取り加工方法の一例を示す図であり、ウエハ２０を真空チャック３０により保持し、ウエハ２０とベベリングホイール１０を回転させて、ウエハ２０の外周部を研削加工する。
【０００５】
ウエハの表面の研削加工および集積回路裏面の研削加工では、図３に示すようなカップ型の研削ホイールを使用し、図４に示すようにして研削加工が行われる。図３は研削ホイールの外観の一例を示す斜視図であり、研削ホイール４０には、鉄製またはアルミニウム製の台金４１の外周部側面４２にダイヤモンド砥粒またはｃＢＮ砥粒とレジンボンドからなるセグメント状の砥粒層４３が固着されている。図４はシリコンウエハの表面研削加工方法の一例を示す図であり、研削装置に配設されたチャックテーブル６０の吸着面６１にウエハ５０を吸引保持し、研削ホイール４０の下部に配設された砥粒層４３とウエハ５０の表面とが平行な状態を維持すると共にチャックテーブル６１の回転中心を通るように研削ホイール４０を回転させながら下降させ、砥粒層４３をウエハ５０に接触させることにより研削を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハの外周部を面取り研削する加工では、研削ホイールの砥粒層形状がウエハの形状精度に大きく影響する。レジンボンドホイールは比較的摩耗が大きいため砥粒層の形状崩れが生じるのが早い。形状崩れが生じると、研削装置から研削ホイールをいったん取り外し、形状修正を行う必要がある。従来の研削ホイールでは形状修正のインターバルが短く効率が悪い。
【０００７】
またウエハの表面を研削する加工では、研削ホイールのレジンボンドの弾性が大きいため、研削時に砥粒がボンド層の中にもぐり込みやすく、レジンボンドがウエハと接触して摩擦が生じる。ウエハは極めて脆い材質であり、また厚さがサブストレートで約７００〜８００μｍ、集積回路が形成されたデバイスウエハでは３０〜２００μｍと極めて薄いため、研削加工時にレジンボンドとの間に摩擦が生じると、劈開クラックを生じたり破損したりすることがある。
【０００８】
レジンボンドが軟質であるために研削時の摩耗が大きく、ホイール寿命が短いという問題に対して、たとえば特開２００１−３６８３５号公報では、フィラーとしてほぼ球状のＳｉＯ_２を分散配置することが提案されている。また特開２００１−３８６３８号公報では、ＺｎＯおよび個体潤滑剤を含むフィラーを分散配置することが提案されている。このようにフィラーを添加することにより砥粒層の耐摩耗性を向上させる試みがなされている。
【０００９】
しかしながら、上記したシリコンウエハの研削加工時における問題を解決しようとすると、フィラーを多量に添加する必要がある。フィラー添加量が多くなると相対的にレジンボンドの量が減少し、フィラーの保持力が低下してフィラーの脱落が生じやすくなる。このため、多量のフィラーを添加すると、逆に摩耗の進行が早くなり、砥粒層の形状崩れが激しくなり、ホイール寿命が短くなるという問題がある。
【００１０】
これに対し特許第２７６５１６号では、多孔質ケイ酸カルシウムを砥粒層中に分散させることにより、多孔質ケイ酸カルシウムの気孔内に樹脂が入り込んで固化し、粒子の架橋作用により砥粒層強度が向上して砥粒の早期脱落や砥粒層の形状崩れを防止することができるとしている。しかしながらこの発明では、多孔質ケイ酸カルシウムが研削時に破砕してチップポケットを形成するとしている。したがって、多孔質ケイ酸カルシウムを多量に添加しても耐摩耗性を向上する効果はなく、ホイール寿命を向上することはできない。また、シリコンウエハ研削において重要な課題であるコンタミネーション（金属汚染）を考慮すると、Ｓｉ以外の金属元素（Ａｌ）を含む多孔質ケイ酸カルシウムは、シリコンウエハ研削用ホイールのフィラーとしては適当でない。
【００１１】
本発明が解決すべき課題は、レジンボンドホイールの耐摩耗性を高めるためにフィラーを添加するにあたり、フィラーの保持力を低下させることなく、フィラーの添加量の増大を可能にし、砥粒層の耐摩耗性を向上させ、さらに、被研削材上にコンタミネーションとなる反応生成物を形成させないことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、台金の外周部の周面または側面に砥粒層が固着された、シリコンウエハおよびデバイスウエハの加工に使用するレジンボンドホイールにおいて、砥粒層を構成する材料として多孔質二酸化珪素をフィラーとして添加したことを特徴とする。
【００１３】
砥粒層に添加するフィラーとして多孔質二酸化珪素を添加することにより、砥粒とレジンボンドとフィラーを混合して成形するときに、レジンボンドがフィラー表面の細孔に入り込み、レジンボンドがフィラーを保持する力が大きく向上する。
【００１４】
前記多孔質二酸化珪素は、粒径１〜１００ｎｍの微細な１次粒子を造粒、焼成によって集合させた粒径１〜２０μｍの２次粒子であり、表面および内部に細孔が多数形成されている。細孔の大きさおよび数は、１次粒子を造粒、焼成する際の条件設定によって調整することができる。また、多孔質二酸化珪素は構成元素がシリコンと酸素である為、シリコンウエハの研削時にウエハ上にコンタミネ−ションとなる反応生成物を形成することがない。また二酸化珪素としては高純度（９８％以上）のものを使用することが望ましい。
【００１５】
多孔質二酸化珪素の圧縮強度は５０ＭＰａ以上とするのが望ましい。圧縮強度が５０ＭＰａより小さいと研削時に破砕することがあり、砥粒層の耐摩耗性を十分に向上することができない。
【００１６】
また、多孔質二酸化珪素の含有量は、砥粒層全体の５〜６０体積％とするのが望ましい。多孔質二酸化珪素の含有量が５体積％より少ないと、砥粒層の摩耗を十分に抑制することができない。一方、多孔質二酸化珪素の含有量が６０体積％を超えて多すぎると、レジンボンドの量が少ないために多孔質二酸化珪素の充分な保持力が得られず、多孔質二酸化珪素が脱落しやすくなり、かえって砥粒層の摩耗進行が早くなる。
【００１７】
多孔質二酸化珪素を添加した砥粒層を台金に固着したレジンボンドホイールは従来のレジンボンドホイールと同様の製造方法によって製造することができる。すなわち、砥粒と樹脂と多孔質二酸化珪素を混練し、１５０〜３００℃程度の温度で成形して砥粒層を形成し、砥粒層を台金の外周面または外周部側面に固着させることにより、図１または図３に示したようなレジンボンドホイールとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、試験例に基づき本発明の実施形態を説明する。試験に供したレジンボンドホイールは、図３に示したカップ型ホイールであり、台金３１はアルミ製で外径約２５０ｍｍである。砥粒層３３は、粒度＃３０００のダイヤモンド砥粒とレジンボンドとしてのフェノール樹脂とフィラーとからなるものである。樹脂の種類としてはフェノール樹脂に限定されるものではない。また、ダイヤモンド砥粒の粒度についても＃３２５〜＃８０００の粒度から要求される面精度に応じて適宜選定して使用する。ここで、本発明のホイールはフィラーとして平均粒径３μｍの多孔質二酸化珪素（純度９９％以上）を用い、多孔質二酸化珪素の配合比を変えた発明品１〜３のホイールであり、比較例のホイールは多孔質二酸化珪素の圧縮強度が低い比較品のホイールであり、従来例のホイールは細孔のない無孔質二酸化珪素の配合比を変えた従来品１〜３のホイールである。試験条件は下記の通りである。
試験条件
研削機械：縦軸平面研削盤
ホイール回転速度：３６００ｍｉｎ^−１
被研削材：８インチシリコンウエハ
取代：２０μｍ
加工数：１０００枚
【００１９】
表１に各ホイールの砥粒層の配合と二酸化珪素の圧縮強度および研削試験によるホイール寿命を示す。
【表１】

【００２０】
表１からわかるように、発明品１〜３のホイールは、多孔質二酸化珪素の添加量に比例してホイール寿命が向上している。多孔質二酸化珪素の添加量が増加して相対的にフェノール樹脂の量が減少しても、多孔質二酸化珪素を保持する力が低下することなく、砥粒層の耐摩耗性が向上することが確認された。
【００２１】
比較品のホイールは、ホイール寿命が従来品１のホイールの１／１０であった。試験後の砥粒層を観察した結果、フィラーである多孔質二酸化珪素が破砕していた。多孔質二酸化珪素の強度が低いことにより、研削時に多孔質二酸化珪素が破砕し、耐摩耗性向上の効果が得られていない。従来品２、３のホイールは従来品１に比べてフィラー量が増加したにもかかわらず、ホイ−ル寿命が低下している。無孔質二酸化珪素を使用しているので、フィラ−量の増加に伴ってフェノ−ル樹脂によるフィラーの保持力が低下して脱落し、砥粒層の耐摩耗性が低下している。
【００２２】
【発明の効果】
レジンボンドホイールの砥粒層に多孔質二酸化珪素をフィラーとして添加することにより、フィラーの保持力を低下させることなく、フィラーの添加量の増大を可能にし、砥粒層の耐摩耗性を向上させることができる。
その結果シリコンウエハの面取り加工用レジンボンドホイールでは、砥粒層の形状崩れを抑制することができ、形状修正のインターバルが長くなって生産効率を向上させることができる。またシリコンウエハの表面加工用レジンボンドホイールでは、ボンド層の弾性を小さくすることができ、ボンド層がウエハと接触してウエハに劈開クラックや破損が生じるのを防止することができる。また、Ｓｉ以外の金属元素を含まないので、コンタミネ−ションとなる反応生成物を形成することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 シリコンウエハの面取り加工用ベベリングホイールの外観の一例を示す斜視図である。
【図２】 シリコンウエハの面取り加工方法の一例を示す図である。
【図３】 シリコンウエハの表面研削用カップホイールの外観の一例を示す斜視図である。
【図４】 シリコンウエハの表面研削加工方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ベベリングホイール
１１ 台金
１２ 砥粒層
２０ ウエハ
３０ 真空チャック
４０ カップホイール
４１ 台金
４２ 外周部側面
４３ 砥粒層
５０ ウエハ
６０ チャックテーブル
６１ 吸着面

Claims (1)

1. 台金の外周部の周面または側面に砥粒層が固着された、シリコンウエハおよびデバイスウエハの加工に使用するレジンボンドホイールにおいて、砥粒層を構成する材料として多孔質二酸化珪素をフィラーとして添加し、前記多孔質二酸化珪素は、粒径１〜１００ｎｍの微細な１次粒子を造粒、焼成によって集合させた粒径１〜２０μｍの２次粒子であり、前記多孔質二酸化珪素の圧縮強度が５０ＭＰａ以上であり、前記多孔質二酸化珪素の含有量が砥粒層全体の５〜６０体積％であるレジンボンドホイール。

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