JP4921430B2 - 半導体ウェハを研削する方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハを研削する方法に関する。

半導体ウェハは従来技術によれば複数のプロセスグループによって製造される：
ａ）単結晶半導体ロッドを製造する（結晶成長）
ｂ）ロッドを個々のウェハにスライシングする（"ウェーハリング"、"ソーイング"）
ｃ）機械的処理
ｄ）化学的処理
ｅ）化学機械的処理
ｆ）選択的にコーティングする。

クリーニング、ソーティング、測定、パッケージング工程等の複数の別の工程がこの他にも行われる。

機械的処理ステップのグループは、材料を除去する機械的摩擦工程によってウェハエッジを丸み付けかつウェハ表面を平坦化することを含む。

エッジ丸み付けは、例えば円形又は帯状のツールを用いて、研削又はポリシングによって行われる。

ウェハ表面の平坦化は、"バッチごとに"、すなわち複数のウェハに対して同時に、ラッピング懸濁液（"スラリ"）を用いて自由な研磨剤を用いるいわゆるラッピングによって、又は結合された研磨剤を用いて研削することによって単一ウェハプロセスとして行われる。

片面研削の場合、半導体ウェハの片側が真空によってウェハキャリヤ（"チャック"）に固定され、他方の側は、研削研磨剤でコーティングされた研削ディスクによって処理される。ウェハの両面が研磨される場合には、半導体ウェハの２つの面の処理は、概して相前後して行われる。

バッチ式両面研削法も使用され、ラッピング運動学を備え、結合された研磨剤、又は互いに面した大きな作業ディスク上のコーティング（クロス）に提供された研磨剤が設けられ、これらの間において、半導体ウェハが両側において研磨され、ラッピングの場合のように、部分的に自由に案内ケージ内を移動しながら行われる。

処理されたウェハの特に良好なジオメトリを達成するために両面研削法（"ダブル・ディスク・グラインディング"、ＤＤＧ）がしばしば使用される。

欧州特許出願公開第１０４９１４５号明細書は、プロセシングシーケンスを開示しており、このプロセシングシーケンスは、ＤＤＧ予備研削工程（"ラフィング"）を含み、その後、１つ又は２つ以上の（連続した）片側精密研削工程（"フラットニング"）が続く。

逆に、米国特許第６０６６５６５号明細書は、両面予備研削及び両面精密研削を用いる２段階プロセスにおけるＤＤＧ法の使用を開示している。これは、２つの機械と、工作物を複数回締め付けることを必要とする。

独国特許出願公開第１０１４２４００号明細書は、同時両面研削盤を用いて行われる方法を開示しており、この方法は、工作物が一回だけ締付けられる１つの処理作業のみを含むことを特徴とする。これは、概して所要のプレプロセシング及びファインプロセシング（"ラフィング"及び"フラットニング"）が一回の統合されたステップにおいて行われることを意味する。また、実質的に、拘束された研削なしに、半導体ウェハを保持しかつ移動させる工作物リテーナを用いる、同時両面研削法も記載されている。

例えば欧州特許出願公開第８６８９７４号明細書にも記載された、同時両面研削の場合、半導体ウェハは、向き合った同一線上のスピンドルに取り付けられた２つの研削ディスクの間で自由に浮動しながら両側において同時に処理され、実質的に、前側及び後側に作用する、水クッション（静水原理）又はエアクッション（空気静力学原理）の間に軸方向に力を拘束することから実質的に解放されながら案内され、薄い周方向案内リングによって又は個々の半径方向スポークによって緩く浮動することが半径方向に妨げられる。半導体ウェハは、研削中に対称軸線を中心に回転する。この回転は、向き付け基準"ノッチ"に係合する"ノッチフィンガ"を介して又は周方向に半導体ウェハを部分的に包囲する摩擦ベルトによって、前側及び後側に係合する摩擦ツールによって駆動される。

独国特許出願公開第１０２００４００５７０２号明細書は、半導体ウェハを製造するための方法を開示しており、この方法は、半導体ウェハの両面研削を含み、この場合、半導体ウェハは研削ツールによって両面において最初は粗く、次いで微細に研削され、この方法の特徴は、半導体ウェハが、粗い研削と微細な研削の間は研削盤に締め付けられたままであり、研削ツールは、粗い研削から微細な研削へ変更する場合に実質的に一定のままである荷重を持って係合させられる、ということである。独国特許出願公開第１０２００４００５７０２号明細書は、さらに、平坦な工作物の両面研削のための装置を開示しており、この装置は、内側サブスピンドルと外側サブスピンドルとをそれぞれ備えた２つのダブルスピンドルと、工作物を着脱するための装置と、ダブルスピンドルの間に配置された工作物リテーナとを有しており、この工作物リテーナによって工作物がグラインディングステップの間は浮動自由に保持されており、サブスピンドルは、同軸的に配置されておりかつ工作物の両面を研削するための研削ツールを支持しており、それぞれのダブルスピンドルの少なくとも１つのサブスピンドルが、個々に、ダブルスピンドルの他方のサブスピンドルから独立して軸方向に可動である。

研削プロセスの間−これは、片面及び両面研削法に当てはまるが、研削ツール及び／又は処理された半導体ウェハを冷却する必要がある。冷媒として慣用的に水又は脱イオン水が使用される。商業的な研削盤、例えば、１００〜２００ｍｍ及び２００〜３００ｍｍの直径を備えたウェハをそれぞれ研削するのに適した、株式会社ディスコのモデルDFG8540及びDFG8560（"グラインダ８００シリーズ"）には、冷却温度（２２℃未満の温度の場合は一定に１ｌ／ｍｉｎ、２２℃より高い温度の場合は一定に３ｌ／ｍｉｎ）に依存して、研削中に１〜３ｌ／ｍｉｎの一定の冷媒流量を保証する真空ユニットが作業側において装着されている。

両面研削盤は例えば光洋機械工業株式会社から入手可能である。モデルDXSG320は３００ｍｍウェハのＤＤＧ研削に適している。垂直方向及び水平方向のスピンドルが、特別なダイヤモンド研削ツールと組み合わせて用いられている。これらの研削ツールは、エッジだけを用いて切断し、迅速な前送り速度を小さな発熱と組み合わせるように設計されている。主な相違点はウェハ保持である。処理されるべきウェハは、両側において静水圧パッドによって搬送リングに固定される。ウェハは、単にノッチ又はフラットに係合する小さな突起によって駆動される。ウェハのストレスフリーな保持がこの形式において保証されることができる。

特開平８−１４３９４８号公報は、片面研削盤において冷却する方法、及び冷媒が、処理されるウェハ表面に提供される形式を開示している。

特開平２−２５０７７１号公報は、研削温度を所定の温度範囲に保ち、使用される冷媒の量を必要最小限に保つために、測定された研削温度に応じて冷媒流量を決定することを開示している。

両面研削盤において、プロセス冷媒は一般的に研削ツールの中央から出てきて、遠心力によって研削歯へ搬送される。冷媒スループットは、冷媒流量を設定値に保つことによって調整されることができる。この調整は、適切な測定装置及びアクチュエータによって電子的に又は機械的な手段（減圧装置）によって行われることができる。

米国特許出願第２００１／０２５６６０号明細書は、研削盤において自動的に研削盤の機械作業／係合時間及び機械アイドル／セットアップ時間（"アクティブ"及び"アイドル"モード）を監視すること、及び従って冷媒流量を調節することを提案している。セットアップ時間の開始時に、冷媒の流れが減少させられるか又は完全に停止させられ、冷媒の流れは後でセットアップ時間の間、すなわち新たな工作物の導入の間、周期的に増大させられる。これは、従来公知の同様のソリューションと比較して、冷媒のより経済的な使用を達成し、すなわち、機械のアイドル時間の間でさえも冷媒流量を一定に保つ。少なくともセットアップ時間の最後に向かう所定の冷媒流量は有利であるように見える。なぜならば、研削盤は、例えば、温度差に極めて敏感に反応するセンサを有するからである。

米国特許第５１１３６２２号明細書は、冷媒流入部及び流出部における温度検出器を提案している。これにより、流入部及び流出部における温度差が決定される。この温度差は、冷媒流量及び熱の放散を考慮することによって、研削中に生ぜしめられる熱の量を指示するようになっている。処理されるＧａＡｓウェハの温度を特定の目標温度よりも低く保つために、及び残留熱応力による割れ又は反りを回避するために、冷媒流量の対応する調節は、連続的に決定される熱の量に関して提案される。

したがって、従来技術において知られた方法は、工作物の温度を一定に又は目標値よりも低く保ち、これに応じて冷媒流量を増大させるか、又は一定の冷媒流量を１つ又は２つの目標値に設定することを含む。

従来技術が出願日に解決することができなかった問題は、異なる表面損傷を有する同じ研削ツールを用いて研削された工作物にあり、これは、一定でない研削条件、研削ツールの寿命（これに関連して、当業者は研削ツール耐用寿命とも呼ぶ）が、一定の冷媒流量及びひいては工作物及び研削ツールの推定上十分な冷却が保証されるはずである場合でさえもかなり不十分であることを暗示する。
欧州特許出願公開第１０４９１４５号明細書 独国特許出願公開第１０１４２４００号明細書 欧州特許出願公開第８６８９７４号明細書 独国特許出願公開第１０２００４００５７０２号明細書 特開平８−１４３９４８号公報 特開平２−２５０７７１号公報 米国特許出願第２００１／０２５６６０号明細書 米国特許第５１１３６２２号明細書

本発明の目的は、より一定の研削条件及び研削盤における冷却の改良された形式を達成することである。

本発明の目的は、半導体ウェハを研削する方法であって、半導体ウェハが、それぞれ半導体ウェハと少なくとも１つの研削ツールとの間の接触領域に冷媒を供給しながら、片面又は両面における材料を少なくとも１つの研削ツールによって除去するように処理される方法において、冷媒の流量が、それぞれ少なくとも１つの研削ツールの研削歯の高さに関して選択され、研削歯の高さが減少するのに従ってこの冷媒流量が低減されることを特徴とする、半導体ウェハを研削する方法によって達成された。

従来技術による片面及び両面研削盤は、本発明による方法に適している。

すなわち、本発明は好適には半導体ウェハの片面研削のための方法に関する。

半導体ウェハの同時両面研削（ＤＤＧ）のための方法は、より特に好適である。

好適には、工場からの新鮮な摩耗されていない研削ツールを使用する場合、この研削ツールの現在の研削歯の高さは、研削プロセスの間に個々に決定され、このように決定された研削歯の高さに関して冷媒流量が低減されるが、冷媒流量は、研削歯の高さが小さい場合でさえも特定の最小値よりも低下すべきではない。

従来技術とは対照的に、冷媒流量はこのように、一定ではなく又は増大されることさえなく、むしろ減少させられる。

発明者たちは、この形式においてのみ、工作物と研削ツールとの間の接触領域の一定の冷却を達成することが可能であることを発見した。次いで、冷媒は、研削歯の前で停止し、研削歯の周囲を流れ、工作物と研削ツールとの間の接触領域において研削歯の高さに関連して攪乱させられる。

この接触領域に達する冷媒の量は、研削結果（"表面下損傷"）及び研削ツールの耐用寿命にとって決定的である。

セラミック的に結合されたダイヤモンド研削歯は摩耗を生じ、これにより、使用の長さが増大するに従って研削歯の高さが減少する。発明者たちは、従来技術において、工作物と研削ツールとの間の接触領域の一定の冷却は、単に冷媒の流量を一定に保つために手段が講じられる場合、使用期間を通じて事実上不可能であることを発見した。

発明者たちは、摩耗されたツールのためよりも、工場からの新鮮なツールのために、より高い冷媒スループットを設定することが有利であることを発見した。

工作物の研削歯高さが最小値に達すると、スループットは、研削プロセスを妨害するハイドロプレーニング効果を回避するように低く選択されるべきである。これは、好適には、両面研削盤に適用されるのに対し、ハイドロプレーニング効果は、片面機械のためにはより決定的ではない。

従来技術において連続的に一定の冷媒流量によってハイドロプレーニング効果を回避するために、決定的な最小研削歯高さを備えた研削ツールが交換される。

電子的冷却水流れレギュレータのソフトウェアは、１つの研削ツールのための、又は両方の研削ツールのために別個に、冷媒流量の現在の設定値が、現在の研削歯高さを測定した後に、冷媒流量（実施例及び表１参照）の、複数のサンプル点を有しかつ研削歯高さに依存する、パラメータ化可能なプロフィルを介して決定されることを保証する。

スループットは、好適にはアクチュエータによって又は減圧装置によって、研削歯高さと共に変化するこの設定値に調整される。対応するアクチュエータ及び減圧装置は、調整によって一定冷媒流量を保証するための従来技術において既に知られている。

１つの研削ツール又は両研削ツールの現在の研削歯高さは好適には、各工作物が処理された後に確認される。

本発明による方法の特定の利点は、一定の表面損傷が、工作物と研削ツールとの間の接触領域の一定の冷却により研削ツール耐用寿命を通じて達成されるということである。

さらに、低い研削歯高さと共にハイドロプレーニングが生じることができることを妨げるか、又は特定の研削歯高さが達せられた場合に研削ツールは早期に交換される必要を回避する。従来技術において、研削歯高さを測定するための装置は、最小研削歯高さが達せられるとすぐに所要のツール交換を行うために研削歯高さを監視する目的で設けられていた。

さらに、大きな研削歯高さを備えたより優れた冷却効果は、より長い研削ツール耐用寿命全体を許容する。

以下の実施例は、光洋機械工業株式会社のDXSG320タイプの両面研削盤に関する。

ここで、２つの垂直方向に配置された研削ツールが互いに別個に冷却される、すなわち、左側の研削ツールの研削歯高さが右側の研削ツールのものよりも小さい場合に、左側と右側の研削ツールに対して異なる冷媒スループットが選択される。

水流量は、左側及び右側の研削ツールのための１００％基準値を設定する。この実施例において、従来技術による慣用の値を示す、２１℃の冷却水温度の場合に１．５リットル／分である。従来技術において、この水流量を一定に保つための試みがなされる。従来技術は既に、前記研削盤におけるアクチュエータ又は減圧装置を提案している。

各研削ツールのために、水流量の複数のサンプル点が、現在の研削歯高さに関する水流量基準値（＝１００％）の％として設定されている、すなわち、例えば０．５ｍｍの研削歯高さのための基準値（＝０．９ｌｍｉｎ^-1）の６０％である水流量。

各研削工程後に各研削ツールのための機械によって別個に認められる研削歯高さは、ｍｍで特定される、表１参照。問題となる研削盤は既に、作業側において、研削ツールの研削歯の高さを測定するための装置が装備されている。

機械ソフトウェアによって、冷却水流量のための正確な設定値が、各認められた研削歯高さに割り当てられることができるように、曲線が、パラメータ化されたサンプル点（この例において５つのサンプル点）の間に補完される。冷却水流量のためのこの設定値は、目標量として、インマシンレギュレータに与えられる。研削プロセスの間、機械は、２つの研削ツールを個々の現在の設定値に別個に調整する。調整自体は、アクチュエータ及び減圧装置によって実質的に自動的に行われる。

使用される研削ツールは、最初は、未使用状態において６．００ｍｍの研削歯高さを有する。開始時の水流量は、１．５リットル／分の標準値（１００％）の１４０％に選択される。ハイドロプレーニング効果を回避するための最小冷媒流量は、標準値の４０％である。

Claims (9)

1. 半導体ウェハを研削する方法であって、半導体ウェハが、半導体ウェハと少なくとも１つの研削ツールとの間の接触領域に冷媒を供給しながら、少なくとも１つの研削ツールによって片面又は両面において材料を除去するために処理されるようになっている方法において、冷媒の流量が、少なくとも１つの研削ツールの研削歯の高さに関して選択され、研削歯の高さが減少するに従って前記冷媒の流量が減少させられることを特徴とする、半導体ウェハを研削する方法。
2. 片面研削盤が使用され、半導体ウェハが研削ツールによって片面において研削される、請求項１記載の方法。
3. 両面研削盤が使用され、半導体ウェハが、２つの研削ツールによって両面において同時に研削される、請求項１記載の方法。
4. 少なくとも１つの摩耗されていない研削ツールを使用する場合にまず最初に高い冷媒流量が選択され、研削プロセスの間に少なくとも１つの研削ツールの現在の研削歯の高さが個々に決定され、決定された研削歯高さに関して冷媒の流量が個々に減少させられる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 冷媒の流量が、最小値よりも低下しない、請求項３又は４記載の方法。
6. セラミック的に結合されたダイヤモンド研削歯を備えた研削ツールが使用される、請求項３から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 冷媒の流量の設定値が、ソフトウェアによって、研削歯の高さに関して電子的に決定され、アクチュエータ又は減圧装置によって調節される、請求項３から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 冷媒の流量の設定値が、予め決定された研削歯高さのための冷媒の流量の、複数のサンプル点を有しかつ研削歯高さに依存するパラメータ化可能なプロフィルから、ソフトウェアによって決定される、請求項７記載の方法。
9. 両方の研削ツールにおける現在の研削歯高さが、各処理工程終了後に確認され、この研削歯高さのために、冷媒流量の設定値が決定され、冷媒流量の設定値が、少なくとも１つの研削ツールのために別個に調節される、請求項３から８までのいずれか１項記載の方法。