JP2875513B2 - 半導体材料加工方法及び装置 - Google Patents

半導体材料加工方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定の周波数と特
定の強度を有する音響波に晒された洗浄剤を研削工具の
作業面に供給しながら、研削工具で半導体材料を加工す
る方法に関する。本発明は、また、該方法を実施するた
めの装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】研削工
具による半導体材料の加工は、非常な高精度を要する場
合が多い。このことは、研磨切削機、所謂環状鋸を用い
てインゴット状結晶から半導体ウェーハを製造する際
に、特に該てはまる。この作業においては、製造された
半導体ウェーハができるだけ平坦且つ平行な側面を有す
ることが重要である。形状誤差は、特に、当業者の用語
でワープ（反り）と呼ばれるウェーハの撓みとして現れ
る。結晶インゴットから半導体ウェーハを製造する際に
その反りをできるだけ小さくしようとする努力は、絶え
ずなされている。
【０００３】米国特許第５３１３７４１号明細書は、鋸
刃がワークに及ぼす切削力を、切削方向とそれに垂直な
二つの方向で連続的に測定する研磨切削方法を開示して
いる。この動作と共働して、ノズルから環状鋸の切刃に
洗浄液が噴霧され、液体噴流が外部源からの超音波に晒
される。測定された切削力が特定の限界値を超えたなら
ば、前進速度を減少させる一方で鋸刃の回転速度を増加
させる。この方法は、製造される半導体ウェーハ内に生
じる反り値を小さくするが、前進速度を減少させた結果
として、半導体ウェーハの機械当たり及び単位時間当た
りの生産量が減少するので、経済的な不利益を甘受せざ
るを得ない。本発明の目的は、上述した欠点を解消する
ことである。
【０００４】本発明は、特定の周波数と特定の強度を有
する音響波に晒された洗浄剤を研削工具の作業面に供給
しながら研削工具で半導体材料を加工するための方法で
あって、研削工具の作業面に洗浄液を、異なる周波数の
音響波に晒された、少なくとも２本の洗浄剤噴流として
誘導することを特徴とする方法に関する。
【０００５】環状鋸を用いた結晶インゴットの研削切断
による半導体ウェーハの製造に本発明を適用した場合、
生成半導体ウェーハの反り値の減少のみならず、研削工
具の前進速度の増加、従って機械当たり及び単位時間当
たりの半導体ウェーハの生産量の増加を実現することが
できる。これは、洗浄剤の作用が相当に改善される結
果、研削粒子（例えばダイヤモンド粒子）後方の切削空
間の閉塞が防止されることに起因する。
【０００６】注目すべき生産量の増加により、本発明
は、基本的に半導体材料のあらゆる形式の研削処理に適
するが、半導体ウェーハの処理に限定されるものではな
い。結晶インゴットを半導体ウェーハに切削することに
加えて、好適な利用分野は、半導体ウェーハの縁部の厚
さ方向における及び円周線に沿った丸め、結晶インゴッ
トの円筒状研削、及びカップホイールによる平面研削、
例えば半導体ウェーハ側面の又は結晶インゴットのイン
ゴット端面の研削処理等である。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態によれば、研
削工程中、洗浄剤は、少なくとも一つのノズルから研削
工具の作業面例えば環状鋸の刃先に誘導される。この工
程において、ノズル内で、特定の周波数と強度を有する
音響波に洗浄剤を晒す。
【０００８】本発明の別の実施形態は、少なくとも２本
の洗浄剤噴流を研削工具の作業面に誘導する工程を含
む。これらの洗浄剤噴流は、周波数が違う音響波に晒さ
れるので、互いに異なったものとなる。この方法は、洗
浄剤の洗浄作用と、音響波の周波数と、研削時に切削さ
れる半導体材料の粒子寸法との間に、一定の関係が存す
るという発見に基づく。比較的高周波数を有する音響波
の作用により、比較的小さい粒子が優先的に除去され、
比較的低周波数を有する音響波の作用により、比較的大
きい粒子が優先的に除去される。粒子寸法及び寸法分布
は、特に、研削工具の作業面に結合した研削粒子の粒子
寸法に応じて決まる。従って、被切削半導体材料の粒子
寸法分布を決定すること、及び、粒子の特に効果的な除
去を行い得る周波数の音響波に洗浄剤を晒すことが好適
である。好ましくは２乃至１０の、特に好ましくは２乃
至３の、異なる周波数を用いる。本方法の別の展開例で
は、更に、洗浄剤を異なる周波数及び異なる強度の音響
波に晒すことにより、使用する周波数の重み付けを行
う。洗浄剤の作用は、こうして、一層最適化される。
【０００９】洗浄剤噴流は、ノズルから洗浄剤を噴出す
ることにより生成される。洗浄剤噴流は、外部音響源、
例えばノズルの外側に配置された音響発生器を用いて、
音響学的に照射することができる。しかしながら、やは
り、ノズル自体の中で洗浄剤を音響波に晒すことが好ま
しい。
【００１０】本発明を実施するためには、１００ｋＨｚ
乃至１０ＭＨｚ、特に０．５乃至３ＭＨｚの周波数を有
する超音波が好適である。音響波の強度は、好ましく
は、１０乃至５００Ｗであり、この数値情報は、音響波
を生成するための電力レベルに関係する。
【００１１】原則的に、半導体材料の研削処理中に研削
工具の作業面と接触する洗浄剤は、全て公知のものであ
ることが好ましい。水及び液体冷却潤滑油、又はその混
合物が好適である。
【００１２】本発明は、また、洗浄剤を音響波に晒す手
段を有し、研削工具の作業面に洗浄剤を供給しながら研
削工具で半導体材料を加工する装置であって、それぞれ
特定の周波数と強度とを有する異なる音響波を生成する
素子と、該素子を励起して振動させる発振器とをその内
部に備え、研削工具の作業面に対向配置された２乃至１
０個のノズルを備えたことを特徴とする装置に関する。
【００１３】装置は、図に概略的に示されている。図
は、本発明の一層の理解に必要な特徴のみを示す。複数
のノズル２が、研削工具の作業面１、例えば環状鋸の鋸
刃の刃先の方向に向けられている。ノズルは、供給管路
３を介して、洗浄剤５を収容した貯蔵容器４に接続され
ている。例えば別々の洗浄剤が必要な場合は、各ノズル
を独自の貯蔵容器４に接続してもよい。各ノズル内に
は、例えばタンタル又は圧電性セラミック材料から作ら
れた音響発生素子６が設けられている。前記素子（変換
器）は、連係した交流−電圧源７所謂発振器により励起
され、特定の周波数及び強度で振動する。半導体材料の
処理中、一般には回転している研削工具の作業面上に、
ノズルから液体洗浄剤を加圧噴霧する。ノズルを通過す
る間に、音響エネルギが洗浄剤に伝達される。音響波の
周波数は、ノズルに組み込まれた素子６により異なる。
その強度は、連係した発振器の出力レベルにより異な
る。また、ノズルの数は２乃至１０個である。
【００１４】本装置の更なる特徴として、利用可能なノ
ズル２のそれぞれの動作を特定のプログラムに応じて制
御する制御装置８、例えばマイクロプロセッサ制御装置
が、設けられている。制御可能なパラメータとして適し
ているものは、洗浄剤出力、ノズル内での音響生成、及
びノズル内で生成される音響の強度等である。
【００１５】＜例＞従来の環状鋸を用いて、単結晶イン
ゴットから、２００ｍｍのウェーハ直径を有するシリコ
ン半導体ウェーハを切断した。切断工程中、環状鋸の鋸
刃の刃先に対してノズルから水を洗浄剤として噴霧し
た。合計３回の一連の試験を行い、そのうちの１回を比
較試験とした。比較試験においては、洗浄剤を音響波に
晒さなかった。試験Ｉ）の間は、洗浄剤をノズル内で１
ＭＨｚの周波数を有する超音波に晒した。試験II）の間
は、他の超音波条件を有するノズルとの交換後、３ＭＨ
ｚの周波数を有する超音波に晒した。以下に、試験結果
を表の形で示す。 比較試験 試験Ｉ） 試験II） 前進速度*) １００ １５０ １５０ 生産量*) １００ １４７ １４７ 反り*)**) １００ ７２．５ ５９．４ ＴＴＶ*)**)***) １００ ８９．０ ７２．１ ＊） 相対単位での数値情報 ＊＊） 数値：全ウェーハに対して３シグマ（９９．８７％）以上 ＊＊＊） 合計厚さ変化量
【００１６】以下に、本発明の好ましい実施形態を例示
する。 （１）特定の周波数と特定の強度を有する音響波に晒さ
れた洗浄剤を研削工具の作業面に供給しながら研削工具
で半導体材料を加工する方法であって、研削工具の作業
面に洗浄液を、異なる周波数の音響波に晒された、少な
くとも２本の洗浄剤噴流として誘導することを特徴とす
る方法。 （２）前記少なくとも２本の洗浄剤噴流が、異なる周波
数と異なる強度を有する音響波に晒されることを特徴と
する上記（１）に記載の方法。 （３）前記洗浄剤が、０．１乃至１０ＭＨｚの周波数と
１０乃至５００Ｗの強度とを有する音響波に晒されるこ
とを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の方法。 （４）前記洗浄剤の作用が、音響波の周波数を用いて、
或いは、音響波の周波数と強度を用いて制御されること
を特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれか一項に記
載の方法。 （５）洗浄剤を音響波に晒す手段を有し、研削工具の作
業面に洗浄剤を供給しながら研削工具で半導体材料を加
工する装置であって、それぞれ特定の周波数と強度とを
有する異なる音響波を生成する素子と、該素子を励起し
て振動させる発振器とをその内部に備え、研削工具の作
業面に対向配置された２乃至１０個のノズルを備えたこ
とを特徴とする装置。 （６）ノズル内での音響波の生成、生成された音響波の
強度、ノズルからの洗浄剤の出力等を制御する制御装置
を有することを特徴とする上記（５）に記載の装置。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えば環状鋸を用いた結晶インゴットの研削切断による
半導体ウェーハの製造に適用した場合、生成半導体ウェ
ーハの反り値の減少のみならず、研削工具の前進速度の
増加、従って機械当たり及び単位時間当たりの半導体ウ
ェーハの生産量の増加を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための装置の概略図。
【符号の説明】
１……作業面 ２……ノズル ３……供給管路 ４……貯蔵容器 ５……洗浄剤 ６……音響発生素子 ７……交流電圧源 ８……制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール・コーブラー オーストリア国 マテッヒホッヘン、ゲ トライダガッセ 15 (72)発明者 ハニフィ・マルコック ドイツ連邦共和国 ブルクハオゼン、ア ントン−リーマーシュミッド−シュトラ ーセ 23 (56)参考文献 特開 昭63−11273（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−285073（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−8134（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−270051（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−1388（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B28D 7/02 B24B 57/02 B28D 5/02 H01L 21/304

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特定の周波数と特定の強度を有する音響
    波に晒された洗浄剤を研削工具の作業面に供給しながら
    研削工具で半導体材料を加工する方法であって、 研削工具の作業面に洗浄液を、異なる周波数の音響波に
    晒された、少なくとも２本の洗浄剤噴流として誘導する
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 洗浄剤を音響波に晒す手段を有し、研削
    工具の作業面に洗浄剤を供給しながら研削工具で半導体
    材料を加工する装置であって、それぞれ特定の周波数と強度とを有する異なる音響波を
    生成する素子と、該素子を励起して振動させる発振器と
    をその内部に備え、研削工具の作業面に対向配置された
    ２乃至１０個のノズルを 備えたことを特徴とする装置。
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