JP5954251B2 - ウェーハの面取り加工装置及びウェーハの面取り加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転砥石を用いてウェーハの周縁を面取り加工するウェーハの面取り加工装置及び方法に関する。

例えばシリコンウェーハ等のウェーハの周縁部を面取り加工する場合、ウェーハをステージに保持して回転させながら、その周縁を回転する砥石に当接させる方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。その際、砥石やステージ及びそれらの回転、移動機構の形状に意図しない変化が生じると、砥石とそれに当接するウェーハ周縁部の相対位置が設定されていた位置から微小に変化し、これが面取り部の断面形状を変化させ、加工精度を不安定にさせる。

この砥石やステージ及びそれらの回転、移動機構の形状に対する意図しない変化は、面取り加工に伴う温度変化によるそれら自身の膨張、収縮によって起こる場合がある。その形状の変化量が微小であっても、加工精度に与える影響は、近年の超ＬＳＩデバイス用基板製造に求められる寸法基準に照らし合わせると無視できないものがある。また、この温度変化は主に研削発熱や可動部の摩擦熱から生じるものであり、装置始動時に最も温度変化が大きくなる。

面取り加工時にウェーハ周縁部の高い断面形状寸法精度を得るには、砥石とそれに当接するウェーハ周縁部の相対位置を精密に制御する必要がある。そのため、砥石の寸法、砥石回転軸の寸法、ステージ回転軸及び移動軸の寸法は厳密な制御下におく必要がある。
従来から面取り加工装置の運転休止後に運転を再開すると数バッチの間、加工されたウェーハの断面形状寸法精度が安定しないため加工精度が悪く、製品歩留まりを低下させる現象が知られていた。

特開２００７−４８７８０号公報

この要因として、加工に伴う研削発熱、砥石回転軸の動作による摩擦熱、ステージ回転軸及び移動軸の動作による摩擦熱が、砥石、砥石回転軸、ステージ回転軸及び移動軸に対して温度上昇をもたらし、熱膨張による微小な体積変化を引き起こすことがある。これらの体積変化によって砥石とウェーハの相対位置が微小に変化して加工精度に大きな影響を与える。また連続加工を行うことで体積変化はより大きくなるが、温度上昇が最大値に達した時点で体積変化は安定する。

温度上昇の最大値は砥石、砥石回転軸、ステージ回転軸及び移動軸の熱容量や装置の大きさ、室温等で決定される。そのため数バッチ加工を継続すると安定した加工が可能となる。そのため、従来では、面取り加工装置の運転休止後に運転再開する場合は、装置を数時間空運転させることで上記の部材の温度を上昇させて加工精度の安定化を図るのが一般的である。

しかし、この従来の方法では、空運転そのものがコスト上無駄であるうえ、面取り加工中に生じる研削発熱が考慮されていないため、空運転を行っても温度上昇が最大値に達しない。従って、この加工中に生じる研削発熱により砥石とウェーハの相対位置が変化し、加工精度を悪化させるという問題が依然存在する。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ウェーハの面取り加工において、装置の温度上昇に伴う砥石とウェーハ周縁部の相対位置の変化による加工精度の悪化を抑制可能な面取り加工装置及び面取り加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、ウェーハを保持するための軸周りに回転可能で、かつ移動軸によりＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動可能なステージと、該ステージに保持された前記ウェーハの周縁を面取り加工するための軸周りに回転可能な砥石を具備するウェーハの面取り加工装置であって、更に、前記砥石及び砥石の回転軸を加熱するための第１の発熱体と、該第１の発熱体による加熱温度を測定する第１の温度計と、前記第１の発熱体による加熱と前記第１の温度計による測定を自動制御するための制御装置を具備するものであることを特徴とするウェーハの面取り加工装置が提供される。

このような面取り加工装置であれば、面取り加工開始前に砥石及び砥石の回転軸の温度を、加工中に上昇しうる最大値まで到達させておくことで、面取り加工中の砥石とウェーハ周縁部の相対位置の変化を抑制でき、面取り加工開始直後から安定した加工精度を得ることができるものとなる。

このとき、前記ステージの回転軸及び移動軸を加熱するための第２の発熱体と、該第２の発熱体による加熱温度を測定する第２の温度計を更に具備するものであることが好ましい。
このようなものであれば、砥石とウェーハ周縁部の相対位置の変化をより確実に抑制できるものとなる。

また、本発明によれば、ウェーハをステージに保持し、該ステージを軸周りに回転させつつ移動軸により前記ステージの位置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に調整し、砥石を軸周りに回転させながら、前記砥石を前記ウェーハの周縁に当接させて面取り加工するウェーハの面取り加工方法であって、前記ウェーハの面取り加工を開始する前に、前記砥石及び砥石の回転軸を加熱することを特徴とするウェーハの面取り加工方法が提供される。

このような面取り加工方法であれば、面取り加工開始前に砥石及び砥石の回転軸の温度を、加工中に上昇しうる最大値まで到達させておくことで、面取り加工中の砥石とウェーハ周縁部の相対位置の変化を抑制でき、面取り加工開始直後から安定した加工精度を得ることができる。

このとき、前記ウェーハの面取り加工を開始する前に、更に前記ステージの回転軸及び移動軸を加熱することが好ましい。
このようにすれば、砥石とウェーハ周縁部の相対位置の変化をより確実に抑制できる。

本発明では、ウェーハの面取り加工装置において、ウェーハの面取り加工を開始する前に、砥石及び砥石の回転軸を第１の発熱体で加熱するので、面取り加工開始前に砥石及び砥石の回転軸の温度を、加工中に上昇しうる最大値まで到達させておくことで、面取り加工中の砥石とウェーハ周縁部の相対位置の変化を抑制でき、面取り加工開始直後から安定した加工精度を得ることができる。そのため、従来実施していた装置の空運転を行う必要がないのでコストを削減でき、歩留まりを向上できる。この第１の発熱体による加熱は、第１の温度計と共に制御装置により自動制御できる。更に、ウェーハを保持するステージの回転軸及び移動軸も第２発熱体により加熱するようにすれば、上記効果をより一層向上させることができる。

本発明のウェーハの面取り加工装置の一例を示す概略図である。 実施例１の表裏面幅差の結果を示す図である。 実施例２の表裏面幅差の結果を示す図である。 比較例１の表裏面幅差の結果を示す図である。 比較例２の表裏面幅差の結果を示す図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記したように、従来のウェーハの面取り加工において、運転開始前に空運転を行っても加工精度が悪化するという問題がある。そこで本発明者はこの問題について詳細に検討したところ、従来の空運転を行う方法では、面取り加工中に生じる研削熱について考慮しておらず、この研削熱の影響による加工精度の悪化を抑制できないことを見出した。更に、この研削熱による影響は、発熱体を用いて加工前に砥石付近を加熱しておくことにより排除できることに想到し、本発明を完成させた。

まず、本発明のウェーハの面取り加工装置について図１を参照しながら説明する。
図１に示すように、本発明のウェーハの面取り加工装置１は、砥石２、ステージ３、第１の発熱体４、第１の温度計５、制御装置６を有している。
ステージ３はウェーハ８を保持するためのもので、駆動モータ１３ｂの駆動力により回転軸９周りに回転可能であり、移動軸１１ａ、１１ｂ、及び図示しないもう１つの移動軸によりＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動可能である。このステージ３により、保持したウェーハ８の位置を移動軸１１ａによりＺ方向に、移動軸１１ｂによりＸ方向に、もう１つの移動軸によりＹ方向に調整可能である。

砥石２は、ステージ３に保持されたウェーハ８の周縁を面取り加工するためのもので、駆動モータ１３ａの駆動力により回転軸７周りに回転可能である。
第１の発熱体４は、砥石２及び砥石２の回転軸７を加熱するためのものである。例えば、第１の発熱体４として、赤外線放射型の放射伝熱による加熱を行えるものを用いることができ、具体的には、ハロゲンランプによる赤外線放射加熱器を用いることができる。第１の温度計５は、第１の発熱体４による加熱温度を測定するものである。

この面取り加工装置１を用いて、ウェーハ８を保持したステージ３を回転軸９周りに回転させ、砥石２を回転軸７周りに回転させ、ステージ３によりウェーハの位置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に調整しながら、砥石２をウェーハ８の周縁に当接させることでウェーハ周縁部の面取り加工を行うことができる。

このようにして面取り加工を行うと、駆動モーターからの熱、回転軸と移動軸の動作による摩擦熱、及びウェーハの研削熱が発生する。一般的なシリコンウェーハの面取り加工において一般的な加工条件で繰り返し加工した場合、これらの発生した熱による砥石やその回転軸などの温度上昇幅は５〜１０℃程度であり、具体的な温度の上限は３０〜３５℃程度である。

従って、ウェーハ８の面取り加工を開始する前に、砥石２と砥石２の回転軸７を第１の発熱体４によって、上記上昇温度の最大値まで加熱しておけば、面取り加工中におけるウェーハ８の周縁部と砥石２の相対位置の変化を抑制できる。この第１の発熱体４による加熱は面取り加工装置１の運転停止中に行うことができるので、面取り加工開始直後から安定した加工精度を得ることができ、製品歩留まりを向上できる。また、従来行っていたコストのかかる空運転を行う必要もないので製造コストを低減できる。

また、本発明のウェーハの面取り加工装置１は、図１に示すように、第１の発熱体４による加熱と第１の温度計５による測定を自動制御するための制御装置６を有する。この制御装置６により面取り加工装置１の運転をより容易にし、製造コストをより低減することができる。

更に、面取り加工装置１内において、温度上昇によってウェーハ８の周縁部と砥石２の相対位置を変化させる可能性のあるステージ３の回転軸９及び移動軸１１ａ、１１ｂ、及びもう１つの移動軸を加熱するための第２の発熱体１０ａ、１０ｂを設けることもできる。このようなものであれば、ウェーハ８の周縁部と砥石２の相対位置の変化をより確実に抑制できるものとなる。

この場合、図１に示すように、第２の発熱体１０ａ、１０ｂによる加熱温度を測定する第２の温度計１２ａ、１２ｂを設け、制御装置６’によって第２の発熱体による加熱と第２の温度計による測定を自動制御するものとすることもできる。或いは、この自動制御を制御装置６で行うようにしても良い。
図１に示す面取り加工装置１の例では、第２の発熱体及び第２の温度計をそれぞれ２つづつ設けているが、ステージ３の構造や面取り加工装置１の筐体形状によって１つ又は３つ以上設ける構成とすることができる。
更に、上記では第１及び第２の発熱体を筐体の内壁に取り付けるタイプのものを例示したが、これに限定されず、砥石や回転軸、移動軸を加熱できるものであればいずれのものでも良い。

次に、ウェーハの面取り加工方法について、上記した本発明のウェーハの面取り加工装置１を用いた場合を例として説明する。
まず、ウェーハ８の面取り加工を開始する前の、例えば面取り加工装置１の運転停止中などで、第１の発熱体４によって砥石２及び砥石２の回転軸７を加熱する。このとき、砥石２及び砥石２の回転軸７を加熱する温度を、面取り加工中に上昇しうる最大値とすれば加工中の温度変化幅をより低減できるので好ましい。すなわち、砥石２及び砥石２の回転軸７の熱膨張による体積変化がこれ以上起こらない安定した状態で面取り加工を開始できる。

面取り加工中に上昇しうる温度の最大値は、例えば、実験等により予め求めておくことができる。上記のように、シリコンウェーハの面取り加工においては、一般的な温度の最大値は３０〜３５℃程度である。
このとき、第２の発熱体１０ａ、１０ｂによって、ステージ３の回転軸９及び移動軸１１ａ、１１ｂ（及びもう１つの移動軸）も加熱することが好ましい。このようにすれば、ウェーハ８の周縁部と砥石２の相対位置の変化をより確実に抑制できる。

次に、ウェーハ８をステージ３に保持する。或いは、ウェーハ８を保持した状態で上記発熱体による加熱を行っても良い。ステージ３を回転軸９周りに回転させつつ砥石２を回転軸７周りに回転させる。この状態で、ステージ３によりウェーハ８の位置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に調整しながら、砥石２をウェーハ８の周縁に当接させて面取り加工する。
このような面取り加工方法であれば、ウェーハ８の周縁部と砥石２の相対位置の変化を抑制でき、面取り加工開始直後の１バッチ目から安定した加工精度を得ることができるので、製品歩留まりを向上できる。また、空運転を行う必要もないので製造コストを低減できる。

特に、制御装置を具備しているので、面取り加工開始時のみならず、運転中常に温度計の測定値を一定に保持できるように、第１の発熱体、第２の発熱体の出力を調整すれば極めて高い精度で面取り加工をすることができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示すような、本発明のウェーハの面取り加工装置１を用い、本発明のウェーハの面取り加工方法に従って、直径３００ｍｍのシリコンウェーハの面取り加工を行い、加工精度を評価した。第１及び第２の発熱体として、ハロゲンランプによる赤外線放射加熱器（岩崎電気製ＩＲＥ１３５−Ｍ）を用いた。
加工精度の評価は、株式会社コベルコ科研製エッジプロファイルモニターＬＥＰ２２００を用い、評価項目を加工精度の代表例である表裏面幅差の平均値（ｎ＝５）とした。

例えば夜間のように装置を長時間停止させた場合の効果を調べるため、通常運転後に面取り加工装置１を１６時間停止した。面取り加工開始前に第１の温度計の測定温度が５０℃となるように、第１の発熱体により砥石及び砥石の回転軸を加熱し、第２の発熱体によりステージの回転軸及び移動軸を加熱し、この状態で１時間保持した。１時間後の砥石、砥石回転軸、ステージ回転軸及び移動軸の表面温度は３０〜３５℃であった。

その後、第１及び第２の発熱体の加熱を停止し、シリコンウェーハの面取り加工を行った。その結果、図２に示すように、１バッチ目から表裏面幅差の平均値が２０μｍ以内で安定した加工精度を得た。一方、後述する比較例１では、６バッチ目まで面幅差平均値が安定しなかった。

（実施例２）
例えば昼休みのように装置を短時間停止させた場合の効果を調べるため、通常運転後に面取り加工装置１を１時間停止した以外、実施例１と同様の条件でシリコンウェーハの面取り加工を行い、同様に評価した。
その結果、図３に示すように、実施例１と同様、１バッチ目から表裏面幅差の平均値が２０μｍ以内で安定した加工精度を得た。

（比較例１）
本発明の第１及び第２の発熱体を具備しない従来の面取り加工装置を用い、面取り加工前にこれら発熱体による加熱を行わなかった以外、実施例１と同様の条件でシリコンウェーハの面取り加工を行い、同様に評価した。
面取り加工開始前の砥石、砥石回転軸、ステージ回転軸及び移動軸の表面温度は２４℃であった。表裏面幅差の平均値の結果は、図４に示すように、１バッチ目は７０μｍであり、実施例１、２と比べ大幅に悪化してしまった。その後、バッチが進むに連れて表裏面幅差が縮小したが、５バッチ目までは表裏面幅差が安定せず、６バッチ目以降から平均値２０μｍ以内に安定した。

（比較例２）
面取り加工前に空運転を行った以外、比較例１と同様にシリコンウェーハの面取り加工を行い、同様に評価した。
面取り加工開始前の砥石、砥石回転軸、ステージ回転軸及び移動軸の表面温度は２６〜２８℃であった。表裏面幅差の平均値の結果は、図５に示すように、１バッチ目は４０μｍであり、比較例１よりは改善されたものの、実施例１、２と比べ悪化してしまった。その後、バッチが進むに連れて表裏面幅差が縮小したが、２バッチ目までは表裏面幅差が安定せず、３バッチ目以降から平均値２０μｍ以内に安定した。

比較例２では、空運転を行ったことにより、面取り加工開始前に砥石自体や回転軸、移動軸の熱膨張による影響を排除できたが、加工中の研削熱による影響を排除できなかったため、表裏面幅差が実施例１、２よりも悪化してしまったと考えられる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…面取り加工装置、 ２…砥石、 ３…ステージ、 ４…第１の発熱体、
５…第１の温度計、 ６、６’…制御装置、 ７…砥石の回転軸、 ８…ウェーハ、
９…ステージの回転軸、 １０ａ、１０ｂ…第２の発熱体、
１１ａ、１１ｂ…ステージの移動軸、 １２ａ、１２ｂ…第２の温度計、
１３ａ、１３ｂ…駆動モータ。

Claims (4)

1. ウェーハを保持するための軸周りに回転可能で、かつ移動軸によりＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動可能なステージと、該ステージに保持された前記ウェーハの周縁を面取り加工するための軸周りに回転可能な砥石を具備するウェーハの面取り加工装置であって、
   更に、前記砥石及び砥石の回転軸を加熱するための第１の発熱体と、該第１の発熱体による加熱温度を測定する第１の温度計と、前記第１の発熱体による加熱と前記第１の温度計による測定を自動制御するための制御装置を具備するものであることを特徴とするウェーハの面取り加工装置。
2. 前記ステージの回転軸及び移動軸を加熱するための第２の発熱体と、該第２の発熱体による加熱温度を測定する第２の温度計を更に具備するものであることを特徴とする請求項１に記載のウェーハの面取り加工装置。
3. ウェーハをステージに保持し、該ステージを軸周りに回転させつつ移動軸により前記ステージの位置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に調整し、砥石を軸周りに回転させながら、前記砥石を前記ウェーハの周縁に当接させて面取り加工するウェーハの面取り加工方法であって、
   前記ウェーハの面取り加工を開始する前に、前記砥石及び砥石の回転軸を加熱することを特徴とするウェーハの面取り加工方法。
4. 前記ウェーハの面取り加工を開始する前に、更に前記ステージの回転軸及び移動軸を加熱することを特徴とする請求項３に記載のウェーハの面取り加工方法。

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