JP4582671B2

JP4582671B2 - 研削ホイール及び該研削ホイールを搭載した研削装置

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Publication number: JP4582671B2
Application number: JP34620997A
Authority: JP
Inventors: 良二田口; 雅史堀越; 暁治台井; 雅俊南條; 敏行酒井; 勝文飯田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH11179664A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砥粒をボンド剤により固定した砥石を備え、研削装置に搭載されて半導体ウェーハ等の被研削物を研削する研削ホイールに関するものであり、詳しくは、砥石のヤング率、砥粒径等を所定の範囲の値とすることにより被研削物の厚さ精度及び面粗度を向上させるようにした研削ホイールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハの製造工程においては、インゴットから半導体ウェーハがスライスされ、外周面が研削された後、表面に対してラッピング、エッチング、ポリッシング等の処理が施される。このような半導体ウェーハの製造工程において、半導体ウェーハの厚さ精度は、通常は３〜５μｍとなる。
【０００３】
ところが、高集積化、大容量化されたＣＰＵ、メモリ等においては微少なデバイスを焼き付けるため、それに伴い半導体ウェーハの厚さ精度も１μｍ程度と要求が厳しくなってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、製造工程において上記の要求を満足させるためには、エッチングとポリッシングの間に研磨を行う必要があるが、ポリッシング工程での生産性を高めるためには、研磨によって得られる半導体ウェーハの面粗度は０．１５μｍ以下にする必要がある。しかし、このような要求を満足できる研削ホイール及び研削装置は存在しない。
【０００５】
従って、従来の半導体ウェーハの製造工程においては、生産性を低下させることなく、厚さ精度を１μｍ以下、面粗度を０．１５μｍ以下にするという厳しい要求を満足させることに課題を有している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための具体的手段として本発明は、シリコンウェーハを厚さ精度１μｍ以下、面粗度０．１５μｍ以下に研削するための研削ホイールであって、ホイールベースと、該ホイールベースに固着された研削部とから構成され、該研削部は、砥粒がボンド剤によって固定された砥石であってヤング率が２０００ｋｇｆ／ｍｍ²乃至４２００ｋｇｆ／ｍｍ²であり、該砥粒の粒径は４μｍ乃至６μｍであり、該砥粒はダイヤモンド砥粒であり、該ボンド剤はレジンボンドであり、該ダイヤモンド砥粒が占める割合は、砥石との体積比で６．２５％である研削ホイールを提供するものである。
【０００７】
このような研削ホイールを用いて被加工物を研削することにより、被加工物の面粗度を０．１５μｍ以下、厚さ精度を１μｍ以内とすることができる。
【０００８】
また本発明は、少なくとも、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに対峙して配設される研削ホイールが装着されるスピンドルとを含む研削装置であって、チャックテーブルには被加工物として半導体ウェーハが保持され、該スピンドルには上記の研削ホイールが装着される研削装置を提供するものである。
【０００９】
このような研削装置を用いて半導体ウェーハを研削することにより、面粗度が０．１５μｍ以下、厚さ精度が１μｍ以内の半導体ウェーハを形成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る研削ホイール１０は、特に、エッチング工程とポリッシング工程との間の工程において使用されて好都合なものであり、図１に示すように、研削水供給口１１を一定間隔毎に備えたホイールベース１２と、ホイールベース１２の下部に固着された研削部１３とから構成されており、研削部１３は、円周状に所定間隔をおいて複数配設された砥石１４により構成されている。
【００１１】
砥石１４は、砥粒がレジンボンド剤によって固定されて構成されており、粒径が０．３μｍ〜２０μｍのダイヤモンド砥粒が体積比で２．５％〜１２．５％含まれている。また、使用するボンド剤によって砥石１４のヤング率は２０００ｋｇｆ／ｍｍ²〜４２００ｋｇｆ／ｍｍ²に設定される。
【００１２】
このように構成される研削ホイール１０は、例えば、図２に示すような研削装置２０に搭載される。研削装置２０においては、基台２１の端部から壁体２２が起立して設けられており、この壁体２２の内側の面には一対のレール２３が垂直方向に併設され、レール２３に沿ってスライド板２４が上下動するのに追従してスライド板２４に取り付けられた研削手段２５が上下動するよう構成されている。また、基台２１上には、半導体ウェーハを保持するチャックテーブル２６が回転可能に配設されている。
【００１３】
研削手段２５においては、図３にも示すように、垂直方向の軸芯を有するスピンドル２７の先端のマウンタ２９に、図１に示した研削ホイール１０が装着されており、研削ホイール１０はスピンドル２７の回転に伴って回転する。
【００１４】
研削装置２０を用いて半導体ウェーハの研削を行う際は、半導体ウェーハをチャックテーブル２６に保持させて研削手段２５の直下に位置付け、スピンドル２７を回転させると共に、研削手段２５を下降させていく。そして、スピンドル２７の高速回転に伴って研削ホイール１０が高速回転すると共に、回転する研削部１３を構成する砥石１４が半導体ウェーハに接触して押圧力が加えられることにより、その表面が砥石１４によって研削される。研削手段２５の垂直方向の位置は、リニアスケール２８によって検出され、検出された情報に基づいて研削手段２５の上下動が制御される。
【００１５】
研削時は、研削部１３（砥石１４）のヤング率、砥粒の粒径、ダイヤモンドの体積比の値を変化させることによって、半導体ウェーハの面粗度、厚さ精度が異なってくる。以下においては、研削部１３のヤング率、砥粒の粒径、ダイヤモンドの体積比を変化させた場合の半導体ウェーハの面粗度及び厚さ精度を測定した実験結果を記載すると共に、半導体ウェーハの面粗度、厚さ精度を昨今の要求範囲内とするために必要とされる条件について考察する。
【００１６】
【実施例】
（実験１）実験１においては、ヤング率を所定範囲変化させた場合の面粗度及び厚さバラツキについて測定した。この実験においては、被研削物は８インチのエッチ面シリコンウェーハとし、研削時のスピンドル２７の回転速度は４８００ｒｐｍ、スピンドル２７の送り速度は０．３μｍ／秒、シリコンウェーハの研削量は１０μｍ、研削水の量は３リットル／分とした。また、砥石１４に固着した砥粒はダイヤモンドからなり、その粒径は４μｍ乃至６μｍ、砥石１４におけるダイヤモンドの体積比は６．２５％とした。
【００１７】
この環境でシリコンウェーハを５０枚研削してシリコンウェーハの面粗度の最大値をとった結果を示したのが図４（Ａ）のグラフである。ここで、縦軸にとったＲ_maxは面粗度を表しており、Ｒ_maxの値が大きくなるほど面が粗くなることを意味している。
【００１８】
図４（Ａ）のグラフにおいては、ヤング率が７００ｋｇｆ／ｍｍ²以下の場合には垂直ひずみが大きく研削不可能であるが、ヤング率を徐々に高くしていくと、面粗度が徐々に良くなっていく。そして、ヤング率が３０００ｋｇｆ／ｍｍ²を超えた付近で最も面粗度がよくなった後、今度は面粗度が徐々に高くなっていった。このように、ヤング率と面粗度との関係を表すグラフは、谷型の曲線を描いている。
【００１９】
ポリッシング工程におけるウェーハの加工破砕層の除去量をあまり多くしないために、面粗度は実際には０．１５μｍ程度に押さえる必要がある。この要求を満足させるヤング率は２０００ｋｇｆ／ｍｍ²乃至４２００ｋｇｆ／ｍｍ²であることをグラフから読み取ることができる。
【００２０】
図４（Ｂ）は、ヤング率とウェーハの厚さ精度との関係を示したものである。縦軸のＴＴＶは厚さ精度を示しており、ＴＴＶの値が大きくなるほど厚さのバラツキが大きく、研削の精度が低下することを意味する。図４（Ｂ）のグラフにおいても、図４（Ａ）の曲線とほぼ同様の曲線が描かれている。即ち、面が粗くなるほど厚さ精度も悪くなる。
【００２１】
最近の高集積化、大容量化が進んだＣＰＵ、メモリー等においては、厚さ精度の要求値が１μｍと厳しくなっているため、ヤング率も厚さ精度が１μｍ以下となるように設定する必要がある。従って、この要求を満足させるために、ヤング率は２０００ｋｇｆ／ｍｍ²乃至４２００ｋｇｆ／ｍｍ²とする必要があることがグラフから読み取れる。
【００２２】
また、ヤング率を２０００ｋｇｆ／ｍｍ²より小さくした場合には、砥石１４の弾性によって砥粒の突き出し量が少なく研削不良となり、ヤング率を４２００ｋｇｆ／ｍｍ²より大きくした場合には、砥粒の突き出し量が多く面が粗くなり、破砕層も深くなることが確認された。
【００２３】
なお、ヤング率を２０００ｋｇｆ／ｍｍ²から４２００ｋｇｆ／ｍｍ²の範囲とするために、ボンド剤としては、レジンボンドを使用することが好ましい。
【００２４】
（実験２）実験２においては、研削部１３（砥石１４）の砥粒の粒径（砥粒径）を所定範囲変化させたときの面粗度及び厚さ精度を測定した。この実験においては、被研削物は８インチのエッチ面シリコンウェーハとし、研削時のスピンドル２７の回転速度は４８００ｒｐｍ、シリコンウェーハの研削量は１０μｍ、研削水の量は３リットル／分、砥石１４におけるダイヤモンドの体積比は６．２５％、砥石１４のボンド部のヤング率は２５００ｋｇｆ／ｍｍ²とし、スピンドル２７の送り速度は砥粒径に対応させて変化させることとした。
【００２５】
この環境でシリコンウェーハを５０枚研削してシリコンウェーハの面粗度の最大値をとった結果を示したのが図５（Ａ）に示したグラフである。ヤング率を変化させて面粗度を測定した場合の図４（Ａ）のグラフと同様に、谷型の曲線となった。
【００２６】
砥粒径が０．３μｍ未満の場合は研削不可能であるが、砥粒径を徐々に大きくしていくと、０．３μｍ乃至２０μｍの範囲では面粗度が０．１５μｍ以下となった。また、図５（Ｂ）より、ＴＴＶを１μｍ以下とするための砥粒径も０．３μｍ乃至２０μｍの範囲であれば充分であることがわかる。
【００２７】
なお、砥粒径が小さすぎると面焼けが発生しやすく、砥粒径が大きすぎるとスクラッチ、破砕層が発生しやすいことが確認された。
【００２８】
（実験３）実験３においては、ダイヤモンド砥粒の体積比（ダイヤ体積比）を所定範囲変化させたときの面粗度及び厚さ精度を測定した。この実験においては、被研削物は８インチのエッチ面シリコンウェーハとし、研削時のスピンドル２７の回転速度は４８００ｒｐｍ、スピンドルの送り速度は０．３μｍ／秒、シリコンウェーハの研削量は１０μｍ、研削水の量は３リットル／分、砥粒のボンド部のヤング率は２５００ｋｇｆ／ｍｍ²、ダイヤモンド砥粒の粒径は４μｍ乃至６μｍとした。
【００２９】
図６（Ａ）に示すように、ダイヤ体積比が１．２５％以下のときは研削不可能であるが、徐々にダイヤ体積比を高くしていくと研削できるようになり、面粗度も良くなっていき、ダイヤ体積比が１２．５％を超えた付近で面粗度は最も良くなる。そして更に体積比を高くしていくと、面粗度が悪くなっていき、面粗度を０．１５μｍ以下とするためのダイヤ体積比は２．５％乃至２５％の範囲内であることがわかる。
【００３０】
一方、図６（Ｂ）に示すように、ダイヤ体積比を高めていくと、ダイヤ体積比が２．５％を超えたあたりから厚さ精度が徐々に低下しており、厚さ精度を１μｍ以下とする要求をみたすためのダイヤ体積比は２．５％乃至１２．５％の範囲内であることがグラフから読み取れる。従って、面粗度を０．１５μｍ以下、厚さ精度を１μｍ以下とする両方の要求を満足するダイヤ体積比は２．５％乃至１２．５％の範囲になる。
【００３１】
なお、実験により求めた条件を具備する研削ホイールを用いた研削をエッチングとポリッシングの間で行うことにより、半導体ウェーハは、より精度の高いものとなる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る研削ホイール及び研削装置によれば、被加工物の面粗度を０．１５μｍ以下、厚さ精度を１μｍ以内とすることができるため、製造工程の生産性を低下させることなく、ＣＰＵ、メモリー等に用いる厳しい精度が要求される半導体ウェーハを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研削ホイールの実施の形態の一例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る研削装置の実施の形態の一例の一部を示す説明図である。
【図３】同研削装置を構成する研削手段を示す説明図である。
【図４】同研削手段を用いて実験を行った際の実験結果であり、（Ａ）はヤング率と面粗度との関係を示すグラフ、（Ｂ）はヤング率と厚さ精度との関係を示すグラフである。
【図５】同研削手段を用いて実験を行った際の実験結果であり、（Ａ）は砥粒径と面粗度との関係を示すグラフ、（Ｂ）は砥粒径と厚さ精度との関係を示すグラフである。
【図６】同研削手段を用いて実験を行った際の実験結果であり、（Ａ）はダイヤ体積比と面粗度との関係を示すグラフ、（Ｂ）はダイヤ体積比と厚さ精度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０……研削ホイール１１……研削水供給口１２……ホイールベース
１３……研削部１４……砥石
２０……研削装置２１……基台２２……壁体２３……レール
２４……スライド板２５……研削手段２６……チャックテーブル
２７……スピンドル２８……リニアスケール

Claims

シリコンウェーハを厚さ精度１μｍ以下、面粗度０．１５μｍ以下に研削するための研削ホイールであって、
ホイールベースと、該ホイールベースに固着された研削部とから構成され、
該研削部は、砥粒がボンド剤によって固定された砥石であってヤング率が２０００ｋｇｆ／ｍｍ²乃至４２００ｋｇｆ／ｍｍ²であり、
該砥粒の粒径は４μｍ乃至６μｍであり、
該砥粒はダイヤモンド砥粒であり、
該ボンド剤はレジンボンドであり、
該ダイヤモンド砥粒が占める割合は、砥石との体積比で６．２５％である研削ホイール。
少なくとも、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに対峙して配設される研削ホイールが装着されるスピンドルとを含む研削装置であって、
該チャックテーブルには被加工物として半導体ウェーハが保持され、該スピンドルには請求項１に記載の研削ホイールが装着される研削装置。