JP2636383B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明は、シリコンウェーハなどの半導体基板の加工
方法に関し、 特にデバイスを形成しない基板の裏面を凹面にし、か
つ、加工工程の幾つかを省略することを目的とし、 互いに独立に回転駆動する２つの円形の定盤を、上の
定盤の端部が下の定盤の回転軸の軸心に一致するようず
らして上下に対向配置し、下の定盤の回転軸の軸心を垂
直に軸支し、該２つの定盤の回転軸を含む面内におい
て、上の定盤の回転軸の軸心を、前記下の定盤の回転軸
の軸心に対して傾けて軸支し、前記上の定盤には砥石を
固着するとともに、前記下の定盤にはウェーハを真空吸
着させ、該２つの定盤を互いに反対方向に回転させ、か
つ、少なくとも一方の定盤を垂直方向に移動させなが
ら、他方の定盤に圧接し、前記ウェーハの表面をデバイ
スを形成する面の裏面を凹面、もしくはデバイスを形成
する面を凸面に研削整形するウェーハの加工方法、ある
いは前記上の定盤の回転軸の軸心を垂直に軸支し、該２
つの定盤の回転軸を含む面内において、下の定盤の回転
軸の軸心を、前記上の定盤の回転軸の軸心に対して傾け
て軸支し、前記ウェーハの表面を、デバイスを形成する
面の裏面を凹面、もしくはデバイスを形成する面を凸面
に研削整形するウェーハの加工方法を含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、シリコンウェーハなどの半導体基板の加工
方法に関する。

近年、エレクトロニクスの発展は目ざましいものがあ
るが、その発展は、半導体デバイスの技術革新に負うと
ころが大きい。

中でも、シリコン半導体を用いた集積回路の大規模・
高集積化は、異常なまでに急速に推移しており、１チッ
プ内に集積される素子数は、メモリ素子の容量に換算し
て、数年単位で４倍に拡大している。

それに伴い、シリコンウェーハからデバイスに仕上げ
るまでの一連の工程、いわゆるウェーハプロセスにおい
て、如何に微細なパターニングを施すかが、各所で検討
されている。

従来から行われているウェーハの加工工程は、それに
引き続く、以後のウェーハプロセス全体の初段の工程で
あり、しかも、多数の工程から構成されている。

従って、ウェーハを如何に効率よく、希望する形状に
加工するかは、ウェーハプロセス全体の歩留り向上の点
からも、非常に重要視されている。

一般に、ウェーハの加工工程の後は、レジストの塗布
とそれに引き続くパターン露光が行われる。

レジストの塗布や露光を大気中で行う場合には、一般
に、ウェーハのデバイスを形成しない裏側を支持台に真
空で吸引し、いわゆる真空チャックする。

従って、ウェーハのデバイスを形成しない裏面は、凹
面になっている方が安定に支持できる。

ウェーハの一方の面つまり、デバイスを形成する面の
裏面を凹面、もしくはデバイスを形成する面を凸面に加
工する効率のよい方法の開発が強く望まれている。

〔従来の技術〕

第４図には、従来のウェーハの加工工程図を示す。

同図においては、ウェーハとして、シリコンウェーハ
が最も一般的で、例えば、化合物半導体などにおいて
も、加工工程に大差がないので、シリコンウェーハの場
合を代表例として示し、以下に説明する。

スライシング41は、円柱状のインゴットをワイヤソー
や内周刃式のカッタなどにより、薄く輪切りにして、ウ
ェーハの原型をつくる工程で、厚さは約750μｍである
が、この工程でウェーハの形状を制御することは極めて
困難で、現在実現されていない。

ベベリング42は、スライシング41を行ったウェーハの
周辺端部が欠けるのを防ぐため、砥石によって研削する
工程である。

ラッピング43は、一般に、ラッピング装置と呼ばれる
加工機により、スライシング41によって輪切りにした厚
さの不揃いなウェーハを、規定の精度の寸法に入るよ
う、ウェーハの片面ないしは両面を研削整形する工程で
ある。

エッチング44は、ラッピング43によって生じた加工歪
み、つまり破砕層から成る加工変質層を薬剤を用いて、
化学的に除去する工程である。

研磨45は、エッチング44を行った後のウェーハを、遊
離砥粒と定盤に貼付した研磨布とで挟持して研磨し、ウ
ェーハのデバイスを形成する面もしくは両面を、鏡面に
仕上げる工程である。

洗浄46は、以上の加工工程でウェーハに付着した夾雑
物を除去する工程で、例えば、RCA洗浄（過酸化水素の
アンモニア水溶液に浸漬）・純水洗浄・アルコール置換
・乾燥などを行う。

以上述べた従来の加工工程においては、どの工程も省
くことができないばかりでなく、スライシング41の工程
でウェーハの初段の形状が決まると、その形状が履歴と
して後々まで残る。

すなわち、その後の工程、特にウェーハを研削整形す
るラッピング43を行っても、厚さばらつきを減らすこと
はできるが、その初段の形状を制御性よく変えることは
できない。

〔発明が解決しようとする課題〕

第５図には、ラッピング加工による形状変化を示し、
同図（Ａ）を凸面形状の場合、同図（Ｂ）は凹面形状の
場合を示す。

すなわち、ラッピング加工においては、スライシング
の工程で、同図（Ａ）に示したような凸面形状のウェー
ハ51になった場合には、ラッピング工程で研削整形して
も、凸面の頂点52に最も高い押圧が掛かるので、頂上の
真下面53、すなわち、ウェーハの中心部分の削れ方が大
きい。

従って、ラッピング後のウェーハ54の形状は、上に凸
面の弓なりの形状になってしまう。

一方、スライシングの工程で、同図（Ｂ）に示したよ
うな凹面形状のウェーハ55になった場合には、ラッピン
グ工程で研削整形しても、端面の頂点５に最も高い押圧
が掛かるので、頂点の真下面57、すなわち、ウェーハの
周辺部分の削れ方が大きい。

従って、ラッピング後のウェーハ58の形状は、上に凹
面の弓なりの形状になる。

すなわち、ラッピング加工においては、スライシング
の工程の中で、形状の制御ができないので、それに引き
続くラッピングなどの後工程で研削整形を行っても、ス
ライシングの工程で決められた形状が、そのまま履歴と
して残る。

従って、ウェーハの加工工程の次の工程であるレジス
ト塗布や露光工程などにおいて、ウェーハの裏側、つま
り真空チャックする側を、制御性よく凹面にすることが
実現できない問題があった。

そこで、特にデハイスを形成しないウェーハの裏側を
効率よく、かつ、制御性よく凹面にすることが課題であ
る。

〔課題を解決するための手段〕

第１図には、本発明の原理説明図を示す。

上で述べた課題は、同図において、スライシングの工
程で決まったウェーハの形状が、その後の工程によって
も整形が困難な、従来のウェーハの加工方法に代えて、
互いに独立に回転駆動する２つの円形の定盤２、３を、
上の定盤２の端部４が下の定盤３の回転軸５の軸心に一
致するように、ずらして上下に対向配置し、下の定盤３
の回転軸５の軸心を垂直に軸支し、２つの定盤２、３の
回転軸５、８を含む面内において、上の定盤２の回転軸
８の軸心を、下の定盤３の回転軸５の軸心に、対して傾
けて軸支し、上の定盤２には砥石７を固着するととも
に、下の定盤３にはウェーハ６を真空吸着させ、２つの
定盤２、３を互いに反対方向に回転させ、かつ、少なく
とも一方の定盤を垂直方向に、移動させながら、他方の
定盤に圧接し、ウェーハ６の表面を、制御性よく凹面も
しくは凸面に研削整形するウェーハの加工方法、あるい
は、前記上の定盤２の回転軸８の軸心を垂直に軸支し、
２つの定盤２、３の回転軸５、８を含む面内において、
下の定盤３の回転軸５の軸心を、上の定盤２の回転軸８
の軸心に対して傾けて軸支し、ウェーハ６の一方の面つ
まり、デバイスを形成する面の裏面を凹面、もしくはデ
バイスを形成する面を凸面に研削整形するウェーハの加
工方法によって達成できる。

〔作 用〕

第１図には、本発明の原理説明図を示し、第２図に
は、平面研削装置における２つの定盤の配置と研削整形
との相関図を示す。

第１図において、本発明のウェーハの加工方法で使用
する平面研削装置１は、互いに独立に回転駆動する２つ
の円形の上の定盤２および下の定盤３とから構成され、
かつ、上の定盤２の端部４が、下の定盤３の回転軸５の
軸心に一致するようずらして上下に対向配置した、自転
式Down Feed方式と呼ばれる平面研削装置の１種であ
る。

下の定盤３には、研削整形しようとするウェーハ６を
真空チャックにより吸着させる。

一方、上の定盤２には、砥石７を固着する。

上下の定盤２、３のそれぞれの回転軸８、５の軸心が
平行な状態で、両定盤２、３を回転させながら、互いに
圧接させれば、通常の平面研削が行われる。

しかし、本発明では、２つの回転軸のどちらか一方の
軸心を、他方の軸心に対して傾けて用いることが大きな
特徴である。

すなわち、２つの定盤２、３の回転軸５、８を含む面
内において、どちらか一方の軸心を、他方の軸心に対し
て傾け、その傾け角度を調整して研削整形を行うと、ウ
ェーハ６の研削した面を制御性よく、凸面形状にした
り、凹面形状にしたりすることができる。

平面研削装置１において、上下２つの定盤２、３をど
のように配置構成すれば、上で述べたウェーハの表面を
凸面に研削整形したり、凹面に研削整形したりできるか
は、第２図で説明するとよく分かる。

すなわち、同図（Ａ）において、下の定盤３の回転軸
５の軸心を垂直に軸支して、上の定盤２の回転軸８の軸
心を外側に傾けるか、あるいは上の定盤２の回転軸８の
軸心を垂直に軸支して、下の定盤３の回転軸５の軸心を
内側に傾けるかすれば、ウェーハ６の表面を凸面に研削
整形することができる。

一方、同図（Ｂ）において、下の定盤３の回転軸５の
軸心を垂直に軸支して、上の定盤２の回転軸８の軸心を
内側に傾けるか、あるいは上の定盤２の回転軸８の軸心
を垂直に軸支して、下の定盤３の回転軸５の軸心を外側
に傾ければ、ウェーハ６の表面を凹面に研削整形するこ
とができる。

こうして、上下２つの定盤２、３の回転軸５、８のど
ちらか一方の軸心の傾きを調整することにより、ウェー
ハ６の表面を制御性よく凸面にしたり、凹面にしたりす
る研削整形が可能となる。

本発明の加工方法により、ウェーハ６の一方の面を凸
面に加工した場合には、その後ラッピングを行い、第５
図で前述した凹面の裏側を真空チャックする面とすれば
よい。

それに対して、ウェーハ６の一方の面を凹面に加工し
た場合には、その後ラッピングを省略して、そのまま真
空チャックする面として使用できる特徴がある。

さらに、本発明の加工方法により研削整形したウェー
ハに、加工歪みが生じてない場合には、エッチングを省
略することができる。

従って、必要に応じて、従来のウェーハの加工工程の
中の、ラッピングやエッチングなどを省略したまま、次
の研磨工程に入れるので、ウェーハの加工工程の効率化
も図ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、第３図（Ａ）の実施例１に
おける上下２つの定盤の構成図、および同図（Ｂ）の傾
き角度（±θ）と反り量（±δ）との関係図によって、
詳しく説明する。

実施例1: 第３図（Ａ）の平面研削装置１において、上の定盤２
は200mmφの円盤で、それに直径が同一寸法の砥石７を
固着した。

砥石７は、3mmのセラミックの基板に、ダイヤモンド
砥粒を合成樹脂系の結着剤で0.5mmの厚さに加熱被着し
たものである。

ウェーハ６には、６インチφのシリコンのインゴット
を約800μｍにスライシングしたものを使用し、200mmφ
の下の定盤３に真空チャックにより固定した。

まず、上の定盤２の端部４が、下の定盤３の回転軸５
の軸心に一致するようずらして上下に対向配置した。

次いで、下の定盤３の回転軸５を垂直に軸支し、上の
定盤２の回転軸８の軸心を下の定盤３の回転軸５の軸心
に対して、内側に−θ度傾けた。

こうして、２つの定盤２および３を、それぞれ反対方
向に3,000回転／分で回転させながら、上の定盤２を垂
直に圧下した。

こうして、ウェーハ６の表面を凹面になるように、30
秒間研削整形を行った。

第３図（Ｂ）には、傾き角度（±θ）と反り量（±
δ）との関係を示す。

同図（Ｂ）によれば、回転軸の軸心の傾き角度（±
θ）とウェーハの表面の反り量（±δ）との関係は、よ
い直線関係となる。

すなわち、下の定盤３の回転軸５の軸心を垂直に軸支
し、上の定盤２の回転軸８の軸心を、下の定盤３の回転
軸５の軸心に対して、内側の方向に傾き角度−θだけ傾
けた場合の反り量−δは直線関係になる。

また、上の定盤２の回転軸８の軸心を、下の定盤３の
回転軸５の軸心に対して外側の方向に、傾き角度＋θだ
け傾けた場合の反り量＋δも直線関係になる。

一方、上の定盤２の回転軸８の軸心を軸支し、下の定
盤３の回転軸５の軸心を内側、あるいは外側に傾けて
も、上で述べた場合と同様の関係が得られる。

従って、傾き角度（＋θ）を変えることにより、反り
量（±δ）を制御性よく変えられることが分かる。

この実施例１では、上の定盤２の回転軸８の軸心を、
下の定盤３の回転軸５の軸心に対して、内側の方向に傾
き角度−0.03度傾け、ウェーハ６の表面を、反り量−20
μｍの凹面に研削整形した。

その後、ラッピング、エッチング、研磨、洗浄などの
一連のウェーハ加工を行った。

その結果、平面研削装置１により研削整形したウェー
ハ６の凹面を裏側、つまり、真空チャックする側として
用いることにより、ウェーハ加工に引き続いて行うレジ
スト塗布・露光工程などの次の工程に、そのまま使用可
能なウェーハが実現できた。

実施例2: 上で述べた実施例１において、ウェーハ６に対して、
平面研削装置１によって凹面になるよう研削整形加工を
した後、ラッピングを省略して、エッチング、研磨、洗
浄などの一連のウェーハ加工を行った。

その結果、平面研削装置１によりウェーハ６の表面を
研削整形した凹面を裏側として用いることにより、ラッ
ピングを省略しても、ウェーハ加工に引き続いて行うレ
ジスト塗布・露光工程にそのまま使用可能なウェーハ加
工が実現できた。

実施例3: 上で述べた実施例１において、ウェーハ６に対して、
平面研削装置１によって凹面になるよう研削整形加工を
した後、ラッピングおよびエッチングを省略して、研
磨、洗浄などの一連のウェーハ加工を行った。

その結果、平面研削装置１により研削整形したウェー
ハ６の凹面を裏側として用いることにより、ラッピング
とエッチングを省略しても、ウェーハ加工に引き続いて
行うレジスト塗布・露光工程にそのまま使用可能なウェ
ーハ加工が実現できた。

実施例4: 平面研削装置１の仕様は実施例１と同一である。

また、上の定盤２の回転軸８の軸心を垂直に軸支し、
下の定盤３の回転軸５の軸心を、上の定盤２の回転軸８
の軸心に対して、内側に−0.05度傾け、ウェーハ６の表
面を、反り量52μｍの凸面に研削整形した。

その後、ラッピング、エッチング、研磨、洗浄などの
一連のウェーハ加工を行った。

その結果、平面研削装置１により研削整形したウェー
ハ６の凸面を表側として用いることにより、ウェーハ加
工に引き続いて行うレジスト塗布・露光工程にそのまま
使用可能なウェーハ加工が実現できた。

実施例5: 上で述べた実施例４において、ウェーハ６に対して、
平面研削装置１よって凸面になるよう研削整形加工をし
た後、エッチングを省略して、ラッピング、研磨、洗浄
などの一連のウェーハ加工を行った。

その結果、平面研削装置１により研削整形したウェー
ハ６の凸面を表側として用いることにより、エッチング
を省略しても、ウェーハ加工に引き続いて行うレジスト
塗布・露光工程にそのまま使用可能なウェーハ加工が実
現できた。

上の実施例で述べたように、平面研削装置の上下２つ
の定盤について、どちらの定盤の回転軸の軸心を垂直に
軸支し、その軸心に対して他方の定盤の回転軸の軸心を
内側あるいは外側に傾けるかは、適宜選択できる。

また、傾ける角度や方向も、ウェーハの表面を凸面に
するか、凹面にするか、あるいはウェーハのサイズによ
って反り量をどの程度にするか、などの諸条件は、制御
性よく適宜選択できる。

さらに、平面研削装置による研削整形加工の仕上がり
状態により、言い換えれば、研削整形加工による加工歪
みの生じる程度により、その後に引き続いて行う一連の
ウェーハ加工工程の中で、ラッピングまたはエッチング
のすくなくとも一方を省略することもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明のウェーハ加工方法によれ
ば、従来の加工方法では、任意に制御することができな
かったウェーハの表面を凸面あるいは凹面にすること
を、制御性よく研削整形することができる。

さらに、従来の加工方法では、省くことのできなかっ
た一連のウェーハの加工工程、すなわち、スライシング
から始まって、ベベリング、ラッピング、エッチング、
研磨、洗浄などの諸工程の中で、ラッピングやエッチン
グなどの工程を適宜省くことができる。

従って、本発明は、ウェーハ加工工程の後に引続き行
うレジスト塗布・露光工程の歩留り向上と、ウェーハ加
工工程の合理化、効率化に寄与するところが極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は２つの定盤の配置と研削整形との相関図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）は一実施例説明図、 第４図は従来のウェーハ加工工程図、 第５図（Ａ）、（Ｂ）はラッピング加工における形状変
化を示す断面図、 である。 図において、 １は平面研削装置、２は上の定盤、 ３は下の定盤、、４は端部、 ５、８は回転軸、６はウェーハ、 ７は砥石、 である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに独立に回転駆動する２つの円形の定
   盤（２、３）を、上の定盤（２）の端部（４）が下の定
   盤（３）の回転軸（５）の軸心に一致するように、ずら
   して上下に対向配置し、 下の定盤（３）の回転軸（５）の軸心を垂直に軸支し、 二つの前記定盤（２、３）の回転軸（５、８）を含む面
   内において、上の定盤（２）の回転軸（８）の軸心を、
   前記下の定盤（３）の回転軸（５）の軸心に対して傾け
   て軸支し、 前記上の定盤（２）には砥石（７）を固着するととも
   に、前記下の定盤（３）にはウェーハ（６）を真空吸着
   させ、 二つの前記定盤（２、３）を互いに反対方向に回転さ
   せ、かつ、少なくとも一方の定盤を垂直方向に移動させ
   ながら、他方の定盤に圧接し、 前記ウェーハ（６）の表面を、デバイスを形成する面の
   裏面を凹面、もしくはデバイスを形成する面を凸面に研
   削整形する ことを特徴とするウェーハの加工方法。
2. 【請求項２】前記上の定盤（２）の回転軸（８）の軸心
   を垂直に軸支し、 二つの前記定盤（２、３）の回転軸（５、８）を含む面
   内において、下の定盤（３）の回転軸（５）の軸心を、
   前記上の定盤（２）の回転軸（８）の軸心に対して傾け
   て軸支し、 前記ウェーハ（６）の表面を、デバイスを形成する面の
   裏面を凹面、もしくはデバイスを形成する面を凸面に研
   削整形する ことを特徴とする請求項１項記載のウェーハの加工方
   法。