JP6151529B2 - サファイアウェーハの研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、サファイアウェーハの研削方法に関し、特に複数の研削軸を備えた多軸式の研削装置を用いたサファイアウェーハの研削方法に関する。

サファイアウェーハはａ面、ｃ面等を主面としてインゴットから切り出され、その後に研削装置や研磨装置により所定厚みに薄化される。サファイアウェーハのように結晶方位を有するウェーハの研削時には、通常のインフィード研削を行うと、図５Ａに示すようにウェーハＷの主面に放射状にソーマーク（研削痕）Ｓが形成され、結晶方位の影響で所定方向に割れが発生する場合がある。このため、結晶方位に対して割れが発生し易い方向にソーマークＳが形成されないように研削する方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の研削方法では、ウェーハＷが保持されたチャックテーブルを直動させ、研削砥石をウェーハＷの一端から他端に平行移動させるようにして研削している。これより、図５Ｂに示すように、ウェーハＷの主面には同心円弧状のソーマークＳが形成される。特許文献１に記載の研削方法では、ウェーハＷの結晶方位を考慮して、ウェーハＷの割れが発生し易い方向に対してソーマークＳが略直交するように研削されることで、ウェーハＷの割れが防止されている。

特開２００５−０３３１１１号公報

しかしながら、図５Ｃに示すようなサファイアウェーハＳＷはモース硬度が高いため、特にａ面が主面である場合に上記した結晶方位を考慮した研削を行うと、研削砥石が一端から他端に平行移動する間に研削砥石が徐々に摩耗してしまうという問題があった。このため、サファイアウェーハＳＷの被研削面が一端側から他端側に傾斜するように研削されてしまい、サファイアウェーハＳＷの被加工面の平坦度が悪化するという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、サファイアウェーハを研削する場合において、サファイアウェーハの割れを防止しつつ、被加工面の平坦度を向上させることができるサファイアウェーハの研削方法を提供することを目的とする。

本発明のサファイアウェーハの研削方法は、チャックテーブル上に保持されたサファイアウェーハを研削砥石により仕上げ厚みまで研削するサファイアウェーハの研削方法であって、サファイアウェーハに対して回転する該研削砥石を所定速度で下降させながら、サファイアウェーハの割れが発生し易い方向にソーマークが沿わない向きを維持しつつ該研削砥石がサファイアウェーハの一端から他端に移動するように該研削砥石と該チャックテーブルとを相対的に水平方向に移動させてサファイアウェーハの裏面をクリープフィード研削する第１の研削工程と、サファイアウェーハに対して回転する該研削砥石を所定速度で下降させながら、サファイアウェーハの割れが発生し易い方向にソーマークが沿わない向きを維持しつつ該研削砥石がサファイアウェーハの該他端から該一端に移動するように該研削砥石と該チャックテーブルとを相対的に水平方向に移動させてサファイアウェーハの裏面をクリープフィード研削する第２の研削工程と、を含み、該第１の研削工程と該第２の研削工程とを交互に繰り返して仕上げ厚みまで研削することを特徴とする。
また、本発明のサファイアウェーハの研削方法において、該チャックテーブルは、多軸式の研削装置のチャックテーブルであり、該サファイアウェーハは、保護テープを介してリングフレームに支持され、該リングフレームの内径の半径よりも小さな直径で形成されており、該リングフレームの中心を該チャックテーブルの回転軸に合わせるようにして、該サファイアウェーハが該チャックテーブルの回転軸回りに周回可能に保持され、該１の研削工程は、該チャックテーブルを回転させて該研削砥石がサファイアウェーハの該一端から該他端に移動するように該研削砥石と該チャックテーブルとを相対的に水平方向に移動させ、該２の研削工程は、該チャックテーブルを該第１の研削工程とは逆回転させて該研削砥石がサファイアウェーハの該他端から該一端に移動するように該研削砥石と該チャックテーブルとを相対的に水平方向に移動させる。

この構成によれば、研削砥石を下降させながらサファイアウェーハの一端から他端、他端から一端に交互に水平移動されることで、研削砥石の摩耗によるサファイアウェーハの裏面の平坦度のバラツキを抑えることができる。このとき、サファイアウェーハの結晶方位を考慮して、サファイアウェーハの割れが発生し易い方向にソーマークが沿わないように研削することで、研削時のサファイアウェーハの割れを防止することができる。

本発明によれば、研削砥石を下降させながら、サファイアウェーハの両端間で研削砥石を水平方向に往復移動させることで、サファイアウェーハの割れを防止しつつ、被加工面の平坦度を向上させることができる。

本実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。 本実施の形態に係るサファイアウェーハと研削ホイールとの位置関係を示す図である。 本実施の形態に係るサファイアウェーハに対する研削動作の説明図である。 本実施の形態に係る粗研削動作、仕上げ研削動作を示す図である。 従来の研削方法によって加工されたウェーハを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、図１に示す構成に限定されない。研削装置は、研削砥石を下降させながら、サファイアウェーハの一端から他端、他端から一端に研削砥石を往復移動させることができる構成であれば、どのような構成でもよい。

図１に示すように、研削装置１は、複数の研削軸を備えた多軸式の研削装置であり、サファイアウェーハＳＷに対する粗研削加工及び仕上げ研削加工を実施するように構成されている。サファイアウェーハＳＷは、小径ウェーハであり、例えば、３インチの円板状に形成されている。サファイアウェーハＳＷは、裏面を上向きにした状態で大径のリングフレームＦに張られた保護テープＴに貼着されている。この場合、サファイアウェーハＳＷは、リングフレームＦの半径よりも小さく、リングフレームＦの中心から外周側にずれた位置に貼着されている（図２参照）。

研削装置１は、略直方体状の基台１１を有しており、基台１１の上面には複数のチャックテーブル１２が配置されたターンテーブル１３が設けられている。ターンテーブル１３の後方には、粗研削用の研削手段１４、仕上げ用の研削手段１５を支持する一対の支柱部１６、１７が立設されている。ターンテーブル１３には周方向に等間隔で３つのチャックテーブル１２が配置され、ターンテーブル１３は１２０度間隔で間欠回転される。このため、各チャックテーブル１２は、サファイアウェーハＳＷが受け渡される載せ換え位置、研削手段１４に対向する粗研削位置、研削手段１５に対向する仕上げ研削位置の順に位置付けられる。

各チャックテーブル１２は、ターンテーブル１３の上面に回転可能に設けられている。チャックテーブル１２の上面にはポーラスセラミック材によって保持面１９が形成されている。保持面１９はチャックテーブル１２内の管路を通じて吸引源に接続され、保持面１９に生じる負圧によって保護テープＴを介してサファイアウェーハＳＷが吸引保持される。

支柱部１６、１７には、粗研削用及び仕上げ研削用の研削手段１４、１５を上下動させる研削移動手段２１、３１が設けられている。研削移動手段２１、３１は、支柱部１６、１７の前面に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール２２、３２と、一対のガイドレール２２、３２にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸基台２３、３３とを有している。Ｚ軸基台２３、３３の前面には、ハウジング２４、３４を介して研削手段１４、１５が支持されている。Ｚ軸基台２３、３３の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成され、ナット部にボールネジ２５、３５が螺合されている。ボールネジ２５、３５の一端部に連結された駆動モータ２６、３６によりボールネジ２５、３５が回転駆動され、研削手段１４、１５がガイドレール２２、３２に沿ってＺ軸方向に移動される。

粗研削用及び仕上げ研削用の研削手段１４、１５は、円筒状のスピンドル４１、５１の下端にマウント４２、５２を設けて構成されている。マウント４２、５２の下面には、複数の研削砥石４３、５３をリング状に配置した研削ホイール４４、５４が装着される。粗研削用の研削砥石４３は、例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めたダイヤモンド砥石で構成される。仕上げ研削用の研削砥石５３は、粗研削用の研削砥石４３よりも粒度が細かいものが使用される。

このように構成された研削装置１では、ターンテーブル１３によってチャックテーブル１２上のサファイアウェーハＳＷが粗研削位置、仕上げ研削位置の順に位置付けられる。粗研削位置では、研削手段１４によってサファイアウェーハＳＷが粗研削され、仕上げ研削位置では、研削手段１５によってサファイアウェーハＳＷが仕上げ研削される。粗研削及び仕上げ研削では、回転中の研削砥石４３、５３を下降させながら、所定角度範囲内でチャックテーブル１２の正逆回転を繰り返している。そして、チャックテーブル１２の回転軸回りに小径のサファイアウェーハＳＷが往復移動する度に、研削砥石４３、５３の研削面（加工点６１）を通過することでサファイアウェーハＳＷの裏面６５が研削される（図３参照）。

図２及び図３を参照して、サファイアウェーハに対する研削動作について説明する。図２は、本実施の形態に係るサファイアウェーハと研削ホイールとの位置関係を示す図である。図３は、本実施の形態に係るサファイアウェーハに対する研削動作の説明図である。ここでは、説明の便宜上、粗研削動作について説明するが、仕上げ研削動作についても同様である。なお、図２及び図３に示すサファイアウェーハに対する研削動作は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

図２に示すように、サファイアウェーハＳＷは、保護テープＴを介してリングフレームＦに支持されている。サファイアウェーハＳＷの直径Ｌ１は、リングフレームＦの内径の半径Ｌ２よりも小さく形成されている。また、サファイアウェーハＳＷの中心Ｃ１がリングフレームの中心Ｃ２から外周側にずれるようにして、サファイアウェーハＳＷが保護テープＴに貼着されている。サファイアウェーハＳＷは、リングフレームＦの中心Ｃ２をチャックテーブル１２の回転軸Ｃ３に合せた状態でチャックテーブル１２に保持される。このため、サファイアウェーハＳＷは、チャックテーブル１２の回転軸Ｃ３周りに周回可能に構成されている。

チャックテーブル１２の上方には、研削手段１４の研削ホイール４４がチャックテーブル１２の中心Ｃ３を通るように位置付けられている。研削ホイール４４のリング状の研削面のうち、チャックテーブル１２の中央から外縁に向かう円弧状部分が加工点６１として使用される。サファイアウェーハＳＷの裏面６５は、この加工点６１を通過することで研削される。この場合、サファイアウェーハＳＷの向きは、結晶方位を考慮して、サファイアウェーハＳＷが割れ易い方向Ｆ１が加工点６１と平行にならない方向に向けられている。例えば、本実施の形態では、サファイアウェーハＳＷの割れ易い方向Ｆ１がチャックテーブル１２の回転方向Ｆ２に向けられている。

図３Ａに示すように、研削ホイール４４（研削砥石４３）が反時計周りに回転されて、第１の研削工程が開始される。第１の研削工程では、研削ホイール４４が所定速度で下降されつつ、チャックテーブル１２が研削ホイール４４と同方向Ｆ２に回転して、サファイアウェーハＳＷの一端６６側から円弧状の加工点６１に侵入する。そして、研削砥石４３によってサファイアウェーハＳＷの裏面６５全体がクリープフィード加工されながら、サファイアウェーハＳＷが円弧状の加工点６１を通過する。この結果、サファイアウェーハＳＷの裏面６５には、研削砥石４３によって円弧状の多数のソーマークＳが形成される。

この場合、サファイアウェーハＳＷの割れ易い方向Ｆ１がチャックテーブル１２の回転方向Ｆ２、すなわち円弧状の加工点６１に対するサファイアウェーハＳＷの進入方向に向けられている。サファイアウェーハＳＷの進入方向が円弧状の加工点６１に対して略直交するため、サファイアウェーハＳＷが割れ易い方向に円弧状のソーマークＳが略直交するように形成される。よって、研削加工時のサファイアウェーハＳＷの割れが防止される。このように、第１の研削工程では、サファイアウェーハＳＷに対して研削砥石４３を下降させながら、サファイアウェーハＳＷの結晶方位に対して所定の向きを維持しつつ、研削砥石４３がサファイアウェーハＳＷの一端６６から他端６７に相対的に水平移動される。

図３Ｂに示すように、円弧状の加工点６１をサファイアウェーハＳＷの他端６７が通過すると、第２の研削工程が開始される。第２の研削工程では、研削ホイール４４が所定速度で下降されつつ、チャックテーブル１２が第１の研削工程とは逆方向Ｆ３に回転して、サファイアウェーハＳＷの他端６７側から円弧状の加工点６１に侵入する。そして、研削砥石４３によってサファイアウェーハＳＷの裏面６５全体がクリープフィード加工されながら、サファイアウェーハＳＷが円弧状の加工点６１を通過する。この結果、第１の研削工程と同様に、サファイアウェーハＳＷの裏面６５に円弧状の多数のソーマークＳが形成される。

この場合にも、サファイアウェーハＳＷの割れ易い方向Ｆ１が円弧状の加工点６１に対する進入方向に向けられている。よって、円弧状のソーマークＳがサファイアウェーハＳＷが割れ易い方向Ｆ１に略直交するように形成され、研削加工時のサファイアウェーハＳＷの割れが防止される。このように、第２の研削工程では、サファイアウェーハＳＷに対して研削砥石４３を下降させながら、サファイアウェーハＳＷの結晶方位に対して所定の向きを維持しつつ、研削砥石４３がサファイアウェーハＳＷの他端６７から一端６６に相対的に水平移動される。

そして、第１の研削工程と第２の研削工程とが交互に繰り返されることで、サファイアウェーハＳＷが仕上げ厚みまで研削される。このときの研削砥石４３の下降速度は、研削砥石４３の摩耗速度に合わせて設定されている。仮に研削砥石４３の摩耗速度に対して研削砥石４３の下降速度が速すぎる場合や遅すぎる場合には、サファイアウェーハＳＷの裏面６５が一端６６側から他端６７側に傾斜して、サファイアウェーハＳＷの裏面６５に平坦度のバラツキが生じる。本実施の形態では、研削砥石４３の摩耗速度を考慮して研削砥石４３の下降速度が調整されることで、サファイアウェーハＳＷの裏面６５の平坦度のバラツキが抑えられている。

しかしながら、研削砥石４３の下降速度を調整してもサファイアウェーハＳＷの裏面６５を完全に平坦に形成することは難しい。第１の研削工程と第２の研削工程とでは、円弧状の加工点６１に対してサファイアウェーハＳＷが逆向きに送られるため、サファイアウェーハＳＷの裏面６５の平坦度のバラツキが逆向きに生じる。本実施の形態では第１の研削工程と第２の研削工程とが交互に繰り返されることで、第１、第２の研削加工のそれぞれでサファイアウェーハＳＷの裏面６５に生じた平坦度のバラツキが相殺されている。このため、研削砥石４３の下降速度を調整しただけよりも、サファイアウェーハＳＷの裏面６５の平坦度がさらに向上される。

また、円弧状の加工点６１を挟んでサファイアウェーハＳＷが往復移動されることで、サファイアウェーハＳＷの移動量を最小限にして、サファイアウェーハＳＷの加工時間を短縮することができる。

さらに、図４に示すように、本実施の形態に係る研削装置１は、多軸式の研削装置であり、粗研削加工及び仕上げ研削加工を同時に実施可能である。このような多軸式の研削装置１では、チャックテーブル１２の正逆回転を利用して、チャックテーブル１２上の小径のサファイアウェーハＳＷを研削砥石４３（円弧状の加工点６１）に対して往復移動させている。このため、研削装置１にスピンドル４１、５１（図１参照）用又はチャックテーブル１２用の新たな駆動軸を設けることなく、チャックテーブル１２と研削砥石４３とを水平方向に相対移動させてサファイアウェーハＳＷの裏面６５を研削することができる。このような構成により、研削装置１の装置構成を簡略化して、研削装置１の製造コストを低減することができる。

以上のように、本実施の形態に係る研削装置１によれば、研削砥石４３を下降させながらサファイアウェーハＳＷの一端６６から他端６７、他端６７から一端６６に交互に水平移動されることで、研削砥石４３の摩耗によるサファイアウェーハＳＷの裏面６５の平坦度のバラツキを抑えることができる。このとき、サファイアウェーハＳＷの結晶方位を考慮して、サファイアウェーハＳＷの割れが発生し易い方向にソーマークＳが沿わないように研削することで、研削時のサファイアウェーハＳＷの割れを防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態においては、多軸式の研削装置１によりサファイアウェーハＳＷを研削する構成について説明したが、この構成に限定されない。単軸式の研削装置によりサファイアウェーハＳＷを研削してもよい。

また、上記した実施の形態においては、サファイアウェーハＳＷの割れが発生し易い方向に対してソーマークＳが略直交するようにサファイアウェーハＳＷが研削される構成としたが、この構成に限定されない。ソーマークＳがサファイアウェーハＳＷの割れが発生し易い方向に沿わないようにサファイアウェーハＳＷが研削されればよい。

また、上記した実施の形態においては、チャックテーブル１２を回転させることで、研削砥石４３、５３とチャックテーブル１２上の小径のサファイアウェーハＳＷとを相対的に水平移動させる構成としたが、この構成に限定されない。チャックテーブル１２を移動させる代わりに、研削砥石４３、５３を移動させてもよい。さらに、ターンテーブル１３の正逆回転によって研削砥石４３、５３とサファイアウェーハＳＷとを相対的に水平移動させる構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、ソーマークＳは直線になる程望ましく、例えば、研削ホイール４４、５４の外径がサファイアウェーハＳＷの外径の２倍以上であることが望ましい。

また、上記した実施の形態において、小径のサファイアウェーハＳＷを研削する構成について説明したが、この構成に限定されない。例えば、単軸式の研削装置のように、研削砥石に対してチャックテーブルを直動させる構成であれば、大径のサファイアウェーハＳＷの一端から他端、他端から一端に研削砥石４３を往復移動させて研削することが可能である。

また、本実施の形態においては、サファイアウェーハＳＷの研削方法を研削装置１を例示して説明したが、この構成に限定されない。サファイアウェーハＳＷの研削方法は、研磨砥石を用いた研磨装置にも適用可能である。すなわち、本実施の形態において研削とは研磨を含む概念である。

また、上記した実施の形態において、第１の研削工程と第２の研削工程とを交互に複数回繰り返してもよいし、サファイアウェーハＳＷを仕上げ厚みまで研削可能であれば第１の研削工程と第２の研削工程とを１回ずつ実施する構成としてもよい。

また、上記した実施の形態において、フルオートタイプの研削装置を例示したが、この構成に限定されない。本発明は、セミオートタイプの研削装置にも適用可能である。

以上説明したように、本発明は、サファイアウェーハを研削する場合において、サファイアウェーハの割れを防止しつつ、被加工面の平坦度を向上させることができるという効果を有し、特に、複数の研削軸を備えた多軸式の研削装置を用いたサファイアウェーハの研削方法に有用である。

１ 研削装置
１２ チャックテーブル
１３ ターンテーブル
１４、１５ 研削手段
４３、５３ 研削砥石
４４、５４ 研削ホイール
６１ 加工点
６５ 裏面
６６ 一端
６７ 他端

Claims (2)

1. チャックテーブル上に保持されたサファイアウェーハを研削砥石により仕上げ厚みまで研削するサファイアウェーハの研削方法であって、
   サファイアウェーハに対して回転する該研削砥石を所定速度で下降させながら、サファイアウェーハの割れが発生し易い方向にソーマークが沿わない向きを維持しつつ該研削砥石がサファイアウェーハの一端から他端に移動するように該研削砥石と該チャックテーブルとを相対的に水平方向に移動させてサファイアウェーハの裏面をクリープフィード研削する第１の研削工程と、
   サファイアウェーハに対して回転する該研削砥石を所定速度で下降させながら、サファイアウェーハの割れが発生し易い方向にソーマークが沿わない向きを維持しつつ該研削砥石がサファイアウェーハの該他端から該一端に移動するように該研削砥石と該チャックテーブルとを相対的に水平方向に移動させてサファイアウェーハの裏面をクリープフィード研削する第２の研削工程と、を含み、
   該第１の研削工程と該第２の研削工程とを交互に繰り返して仕上げ厚みまで研削することを特徴とするサファイアウェーハの研削方法。
2. 該チャックテーブルは、多軸式の研削装置のチャックテーブルであり、
   該サファイアウェーハは、保護テープを介してリングフレームに支持され、該リングフレームの内径の半径よりも小さな直径で形成されており、
   該リングフレームの中心を該チャックテーブルの回転軸に合わせるようにして、該サファイアウェーハが該チャックテーブルの回転軸回りに周回可能に保持され、
   該１の研削工程は、該チャックテーブルを回転させて該研削砥石がサファイアウェーハの該一端から該他端に移動するように該研削砥石と該チャックテーブルとを相対的に水平方向に移動させ、
   該２の研削工程は、該チャックテーブルを該第１の研削工程とは逆回転させて該研削砥石がサファイアウェーハの該他端から該一端に移動するように該研削砥石と該チャックテーブルとを相対的に水平方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載のサファイアウェーハの研削方法。

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