JP2005028550A - 結晶方位を有するウエーハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨効率を低下することなく、結晶方位に対して割れが発生し易い方向にソーマークが形成されないように研磨することができる結晶方位を有するウエーハの研磨方法を提供する。
【解決手段】 チャックテーブル上に保持された該ウエーハを該研磨砥石の下方の研磨域に位置付ける工程と、ウエーハを保持したチャックテーブルを回転するとともに研磨砥石を回転しつつウエーハの中心を通過するようにウエーハの上面を研磨する第１の研磨工程と、該第１の研磨工程によって研磨されたウエーハをチャックテーブル上に結晶方位を示すマークを所定方向に向けて位置付ける工程と、研磨砥石を研磨作用位置に位置付ける工程と、ウエーハを保持したチャックテーブルを研磨作用位置に位置付けられ回転している研磨砥石に向けて相対的に平行移動し、研磨砥石をウエーハの外周から所定方向に作用せしめてウエーハの上面を研磨する第２の研磨工程とを含む。
【選択図】 図７

Description

本発明は、結晶方位を有するウエーハの面を研磨する方法に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる切断予定ラインによって多数の矩形領域を区画し、該矩形領域の各々に半導体回路を形成する。このように多数の半導体回路が形成された半導体ウエーハをストリートに沿って分離することにより、個々の半導体チップを形成する。また、リチウムタンタレート等の基板に複数の圧電素子が配設されたウエーハも所定のストリートに沿って切断することにより個々のチップに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述したように個々に分割されたチップの小型化および軽量化を図るために、通常、ウエーハをストリートに沿って切断して個々の矩形領域を分離するのに先立って、ウエーハの裏面を研磨して所定の厚さに形成している。また、切削装置によって個々のチップに完全に分割しないでストリートに沿ってチップの仕上がり厚さに相当する所定の深さの切削溝を形成し、その後ウエーハの裏面を切削溝が表出するまで研磨することにより個々のチップに分割する、所謂先ダイシングと称する分割方法も一般に行われている。

上述したウエーハの裏面を研磨する研磨装置は、被加工物を保持するチャックテーブルに保持されたウエーハの上面（裏面）を研磨する環状の研磨砥石を備えた研磨手段を具備し、チャックテーブルを回転するとともに研磨砥石を回転させつつチャックテーブルに保持されたウエーハの中心を研磨砥石の研磨面である下端面が通過するようにしてウエーハの裏面を効率よく研磨する。

而して、上記のように研磨され個々に分割されたチップの抗折強度を測定すると、著しく抗折強度が低いチップが定量的に存在するという問題がある。本発明者等の実験によると、結晶方位を有するウエーハを上述したように研磨したものにおいては、所定の部位に抗折強度が低いチップが定量的に存在することがわかった。即ち、上述した研磨装置によって研磨すると、図９の（ａ）および（ｂ）に示すようにウエーハ（Ｗ）の被研磨面には、図示のように回転中心（Ｐ）から外周に向かって放射状にソーマーク（Ｓ）が形成される。なお、図９の（ａ）は被加工物の載置面が平面のチャックテーブルを用いて研磨した場合のソーマーク（Ｓ）を模式的に示し、図９の（ｂ）は被加工物の載置面が円錐面のチャックテーブルを用いて研磨した場合のソーマーク（Ｓ）を模式的に示している。このように研磨されたウエーハ（Ｗ）には、結晶方位を示すマークであるオリエンテーションフラット（Ｆ）またはノッチ（Ｎ）とソーマーク（Ｓ）が所定の関係（例えば、シリコンの場合には４５度）となる領域に抗折強度が低いチップが定量的に発生することが判った。

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、研磨効率を低下することなく、抗折強度が低いチップの発生を防止することができる結晶方位を有するウエーハの研磨方法を提供することにある。

上記技術課題を解決するために、本発明によれば、結晶方位を有するウエーハをチャックテーブル上に保持し、該チャックテーブル上に保持された該ウエーハの上面に回転する研磨砥石の端面を作用せしめて該ウエーハの上面を研磨する結晶方位を有するウエーハの研磨方法であって、
該チャックテーブル上に保持された該ウエーハを該研磨砥石の下方の研磨域に位置付ける工程と、該ウエーハを保持した該チャックテーブルを回転するとともに該研磨砥石を回転しつつ該ウエーハの中心を通過するように作用せしめて該ウエーハの上面を研磨する工程とからなる第１の研磨工程と、
該第１の研磨工程によって研磨された該ウエーハを該チャックテーブル上に結晶方位を示すマークを所定方向に向けて位置付ける工程と、該研磨砥石を研磨作用位置に位置付ける工程と、該ウエーハを保持した該チャックテーブルを研磨作用位置に位置付けられ回転している該研磨砥石に向けて相対的に平行移動し、該研磨砥石をウエーハの外周から所定方向に作用せしめてウエーハの上面を研磨する工程とからなる第２の研磨工程と、を含む、
ことを特徴とする結晶方位を有するウエーハの研磨方法が提供される。

上記第２の研磨工程は、ウエーハの外径の２倍以上の外径を有する研磨砥石によって遂行されることが望ましい。

本発明による結晶方位を有するウエーハの研磨方法においては、第１の研磨工程によってウエーハを保持したチャックテーブルを回転するとともに研磨砥石を回転しつつウエーハの中心を通過するように作用せしめて所定の厚さになるまで研磨するので、研磨効率を低下することなく研磨することができる。そして、所定の厚さに研磨されたウエーハを第２の研磨工程において被研磨面を研磨することにより結晶方位に対して抗折強度が低下し易い方向にソーマークが形成されないため、分割後のチップの抗折強度の低下が防止できる。

以下、本発明による結晶方位を有するウエーハの研磨方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には本発明による研磨方法を実施するための研磨装置の斜視図が示されている。
図示の研磨装置は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研磨手段としての研磨ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研磨ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット３２を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット３２が取り付けられる。

スピンドルユニット３２は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング３２１と、該スピンドルハウジング３２１に回転自在に配設された回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２を回転駆動するための駆動手段としてのサーボモータ３２３とを具備している。回転スピンドル３２２の下端部はスピンドルハウジング３２１の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状の工具装着部材３２４が設けられている。なお、工具装着部材３２４には、周方向に間隔をおいて複数のボルト挿通孔（図示していない）が形成されている。この工具装着部材３２４の下面に研磨工具３２５が装着される。研磨工具３２５は図２に図示する如く、周方向に間隔をおいてその上面から下方に延びる複数の盲ねじ穴３２６ａが形成された環状の支持部材３２６と、該支持部材３２６の下面に装着された環状の研磨砥石３２７とから構成されている。なお、環状の研磨砥石３２７は、複数の砥石片３２７ａを支持部材３２６の下面に同一円周上に配設することによって構成される。この環状の研磨砥石３２７の外径は、後述する被加工物としてのウエーハの外径の２倍以上であることが望ましい。このように構成された研磨工具３２５は、上記工具装着部材３２４の下面に位置付け、工具装着部材３２４に形成されている貫通孔を通して支持部材３２６に形成されている盲ねじ孔３２６ａに締結ボルト３２８を螺着することによって、工具装着部材３２４に装着される。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研磨装置は、上記研磨ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研磨ユニット送り機構４を備えている。この研磨ユニット送り機構４は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド４１を具備している。この雄ねじロッド４１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材４２および４３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材４２には雄ねじロッド４１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ４４が配設されており、このパルスモータ４４の出力軸が雄ねじロッド４１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド４１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ４４が正転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ４４が逆転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

図１および図３を参照して説明を続けると、ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構５が配設されている。チャックテーブル機構５は、支持基台５１と該支持基台５１に配設されたチャックテーブル５２とを含んでいる。支持基台５１は、上記ハウジング２の主部２１上に前後方向（直立壁２２の前面に垂直な方向）である矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に延在する一対の案内レール２３、２３上に摺動自在に載置されており、後述するチャックテーブル移動機構５６によって図１に示す被加工物載置域２４（図３において実線で示す位置）と上記スピンドルユニット３２を構成する研磨工具３２５の研磨砥石３２７の研磨面（下端面）と対向する研磨域２５（図３において２点鎖線で示す位置）との間で移動せしめられる。上記チャックテーブル５２は、多孔質セラミッックスの如き適宜の多孔性材料から構成されており、図示しない吸引手段に接続されている。従って、チャックテーブル５２を図示しない吸引手段に選択的に連通することにより、上面即ち載置面上に載置された被加工物である後述するウエーハを吸引保持する。また、チャックテーブル５２は、上記支持基台５１に回転可能に支持されている。このチャックテーブル５２は、その下端に装着された回転軸（図示せず）に連結された回転駆動手段としてのサーボモータ５３によって回転せしめられる。なお、図示のチャックテーブル機構５はチャックテーブル５２を挿通する穴を有し上記支持基台５１等を覆うカバー部材５４を備えており、このカバー部材５４は支持基台５１とともに移動可能に構成されている。

図３を参照して説明を続けると、図示の実施形態における研磨装置は、上記チャックテーブル機構５を一対の案内レール２３に沿って矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめるチャックテーブル移動機構５６を具備している。チャックテーブル移動機構５６は、一対の案内レール２３間に配設され案内レール２３と平行に延びる雄ねじロッド５６１と、該雄ねじロッド５６１を回転駆動するサーボモータ５６２を具備している。雄ねじロッド５６１は、上記支持基台５１に設けられたネジ穴５１１と螺合して、その先端部が一対の案内レール２３、２３を連結して取り付けられた軸受部材５６３によって回転自在に支持されている。サーボモータ５６２は、その駆動軸が雄ねじロッド５６１の基端と伝動連結されている。従って、サーボモータ５６２が正転すると支持基台５３即ちチャックテーブル機構５が矢印２３ａで示す方向に移動し、サーボモータ５６２が逆転すると支持基台５３即ちチャックテーブル機構５が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる。

図１に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル機構５を構成する支持基台５１の移動方向両側には、横断面形状が逆チャンネル形状であって、上記一対の案内レール２３、２３や雄ねじロッド５６１およびサーボモータ５６２等を覆っている蛇腹手段６１および６２が付設されている。蛇腹手段６１および６２はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段６１の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はチャックテーブル機構５のカバー部材５４の前端面に固定されている。蛇腹手段６２の前端はチャックテーブル機構５のカバー部材５４の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル機構５が矢印２３ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６１が伸張されて蛇腹手段６２が収縮され、チャックテーブル機構５が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６１が収縮されて蛇腹手段６２が伸張せしめられる。

以上のように構成された研磨装置を用いて、結晶方位を有するウエーハを研磨する研磨方法について説明する。
図４に示す結晶方位を有するウエーハ１０は、シリコン基板からなっており、その表面１０ａには格子状に配列された複数のストリート（分割予定線）１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域に回路１０２が形成されている。このウエーハ１０は、外周の所定部位に結晶方位を示すマークとしてオリエンテーションフラット（Ｆ）またはノッチ（Ｎ）が形成されている。このように構成されたウエーハ１０には、その表面１０ａに保護テープ１１を貼着する。

次に、表面１０ａに保護テープ１１を貼着したウエーハ１０を被加工物載置域２４に位置付けられているチャックテーブル５２上に、裏面１０ｂを上側にして載置する。このようにしてチャックテーブル５２上に載置されたウエーハ１０は、図示しない吸引手段によって吸着チャック５２上に吸引保持される。

チャックテーブル５２上にウエーハ１０を吸引保持したならば、チャックテーブル移動機構５６（図３参照）を作動してチャックテーブル機構５を矢印２３ａで示す方向に移動し、チャックテーブル５２上に保持されたウエーハ１０を研磨砥石３２７の下方の研磨域２５に位置付ける。なお、この状態においてチャックテーブル５２上に保持されたウエーハ１０は、図５の（ａ）および（ｂ）に示すようにその中心（Ｐ）を研磨砥石３２７が通過する位置に位置付けられている。このようにして、ウエーハ１０が研磨域２５に位置付けられたならば、上記サーボモータ５３を駆動してチャックテーブル５２を１００〜３００ｒｐｍで回転し、上記サーボモータ３２３を駆動して研磨工具３２５を３０００〜６０００ｒｐｍで回転するとともに、上記研磨ユニット送り機構４のパルスモータ４４を正転駆動して研磨ユニット３を図５の（ａ）において２点鎖線で示す待機位置から下降せしめて、研磨砥石３２７の研磨面である下端面をチャックテーブル５２上に保持されたウエーハ１０の上面（裏面）に作用せしめる。そして、研磨砥石３２７を所定量下降せしめて、ウエーハ１０を所定の厚さに研磨する（第１の研磨工程）。この所定の厚さは、仕上げ寸法より５〜１０μｍ程度厚い寸法に設定されている。

次に、上記パルスモータ４４を逆転駆動して研磨工具３２５を図５の（ａ）において２点鎖線で示す待機位置に上昇せしめるとともに、上記サーボモータ３２３の駆動を停止して研磨工具３２５の回転を停止する。また、上記サーボモータ５３の駆動を停止してチャックテーブル５２の回転を停止するとともに、上記サーボモータ５６２を逆転駆動してチャックテーブル５２を被加工物載置域２４に位置付ける。そして、図６に示すようにチャックテーブル５２上に保持されたウエーハ１０を、外周に形成されたオリエンテーションフラット（Ｆ）またはノッチ（Ｎ）がチャックテーブル５２の移動方向矢印２３ａおよび矢印２３ｂに対して平行となるように位置付ける。このウエーハ１０の位置付けは、チャックテーブル５２を回動して行ってもよく、また、ウエーハ１０の吸着保持を一端解除して行ってもよい。

上記のようにしてチャックテーブル５２上に保持されるウエーハ１０が所定方向に向けて位置付けられたならば、チャックテーブル移動機構５６（図３参照）を作動してチャックテーブル機構５を矢印２３ａで示す方向に移動し図７において実線で示す研磨開始位置に位置付ける。次に、上記サーボモータ３２３を駆動して研磨工具３２５を２０００〜４０００ｒｐｍで回転するとともに、上記研磨ユニット送り機構４のパルスモータ４４を正転駆動して研磨ユニット３を図７において２点鎖線で示す待機位置から実線で示す研磨作用位置に位置付ける。この研磨作用位置は、研磨工具３２５の研磨砥石３２７の研磨面である下端面がチャックテーブル５２上に保持されたウエーハ１０の上面より５〜１０μｍ下方の高さ位置に設定されている。

このように研磨砥石３２７が研磨作用位置に位置付けられた状態で、上記サーボモータ５３の回転速度を零（０）に設定してチャックテーブル５２の回転を規制し、チャックテーブル機構５を矢印２３ａで示す方向に６〜１０ｃｍ／分の研削送り速度で研磨砥石３２７に対して平行移動し、図７において２点鎖線で示す研磨終了位置まで移動せしめる（第２の研磨工程）。なお、研磨終了位置は、ウエーハ１０の矢印２３ａで示す研削送り方向にみて後端が研磨砥石３２７の下端面を通過した所定位置に設定されている。この結果、ウエーハ１０の上面（即ち裏面）は、回転する研磨砥石３２７によって研磨される。このようにしてチャックテーブル機構５を研磨終了位置まで移動したら、研磨砥石３２７を図７において２点鎖線で示す待機位置に位置付けるとともに、該チャックテーブル機構５を図７において実線で示す研磨開始位置に位置付ける。そして、第２の研磨工程を１回実行することにより所定の仕上げ厚さに達しない場合には、上述した第２の研磨工程を数回繰り返し実行することによりウエーハ１０を所定の仕上げ厚さに研磨する。以上のようにして研磨されたウエーハ１０の上面（即ち裏面）である被研磨面には、図８に示すようにオリエンテーションフラット（Ｆ）またはノッチ（Ｎ）に対して略垂直なソーマーク（Ｓ）が形成される。即ち、第２の研磨工程においては、図９に示す抗折強度が低下するチップが発生し易い領域（例えば、シリコンの場合にはオリエンテーションフラット（Ｆ）またはノッチ（Ｎ）と４５度の方向の領域）に相当する部位にはオリエンテーションフラット（Ｆ）またはノッチ（Ｎ）と４５度の方向にはソーマークは形成されない。なお、ソーマーク（Ｓ）は直線に近くなる程望ましく、従って、研磨砥石３２７の外径がウエーハ１０の外径に対して２倍以上であることが望ましい。

なお、上述した第２の研磨工程においてチャックテーブル５２の回転を規制する方法として、チャックテーブル５２を回転駆動するサーボモータ５３の回転速度を零（０）に設定する例を示したが、チャックテーブル５２の回転規制を確実にするために機械的なブレーキ機構を用いることが望ましい。また、上述した実施形態においては、チャックテーブル５２を回転駆動する機構を備えた１台の研磨装置によって上記第１の研磨工程および第２の研磨工程を実施する例を示したが、第１の研磨工程と第２の研磨工程をそれぞれ別の研磨装置によって実施してもよい。

以上のように本発明によれば、第１の研磨工程によってウエーハを保持したチャックテーブルを回転するとともに研磨砥石を回転しつつウエーハの中心を通過するように作用せしめて所定の厚さになるまで研磨するので、研磨効率を低下することなくウエーハを所定の厚さまで研磨することができる。そして、所定の厚さに研磨されたウエーハを第２の研磨工程において被研磨面を研磨することにより結晶方位に対して割れが発生し易い方向のソーマークを取り除くため、研磨時にウエーハに割れが発生することがないとともに、分割後のチップも従来の方法によって研磨して製作されたチップと比較しての抗折強度が向上する。

本発明による研磨方法を実施するための研磨装置の斜視図。 図１に示す研磨装置に装備される研磨ユニットを構成する研磨工具を示す斜視図。 図１に示す研磨装置に装備されるチャックテーブル機構およびチャックテーブル移動機構を示す斜視図。 本発明による研磨方法によって研磨するウエーハおよび該ウエーハの表面に貼着する保護テープの斜視図。 本発明による研磨方法における第１の研磨工程の説明図。 本発明による研磨方法の第２の研磨工程におけるチャックテーブル上にウエーハを位置付ける工程の説明図。 本発明による研磨方法における第２の研磨工程の説明図。 本発明による研磨方法によって研磨されたウエーハの研磨面を示す説明図。 従来の研磨方法によって研磨されたウエーハの研磨面を示す説明図。

符号の説明

２：装置ハウジング
３：研磨ユニット
３１：移動基台
３２：スピンドルユニット
３２１：スピンドルハウジング
３２２：回転スピンドル
３２３：サーボモータ
３２４：工具装着部材
３２５：研磨工具
３２６：支持部材
３２７：研磨砥石
４：研磨ユニット送り機構
４４：パルスモータ
５：チャックテーブル機構
５１：支持基台
５２：チャックテーブル
５３：サーボモータ
５４：カバー部材
５６：チャックテーブル移動機構
６１、６２：蛇腹手段
１０：ウエーハ（被加工部材）

Claims (2)

1. 結晶方位を有するウエーハをチャックテーブル上に保持し、該チャックテーブル上に保持された該ウエーハの上面に回転する研磨砥石の端面を作用せしめて該ウエーハの上面を研磨する結晶方位を有するウエーハの研磨方法であって、
   該チャックテーブル上に保持された該ウエーハを該研磨砥石の下方の研磨域に位置付ける工程と、該ウエーハを保持した該チャックテーブルを回転するとともに該研磨砥石を回転しつつ該ウエーハの中心を通過するように作用せしめて該ウエーハの上面を研磨する工程とからなる第１の研磨工程と、
   該第１の研磨工程によって研磨された該ウエーハを該チャックテーブル上に結晶方位を示すマークを所定方向に向けて位置付ける工程と、該研磨砥石を研磨作用位置に位置付ける工程と、該ウエーハを保持した該チャックテーブルを研磨作用位置に位置付けられ回転している該研磨砥石に向けて相対的に平行移動し、該研磨砥石をウエーハの外周から所定方向に作用せしめてウエーハの上面を研磨する工程とからなる第２の研磨工程と、を含む、
   ことを特徴とする結晶方位を有するウエーハの研磨方法。
2. 該第２の研磨工程は、該ウエーハの外径の２倍以上の外径を有する研磨砥石によって遂行される、請求項１記載の結晶方位を有するウエーハの研磨方法。

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