JP3648824B2 - 平面研削装置及び平面研削方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に用いるウェハの平面を加工するのに好適な平面研削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
VLSIの高集積化、高密度化および素子が形成されるウェハの大口径化に伴い、ウェハは、そのTTV(トータルシックネスバリエーション)等の面精度の向上が強く望まれている。なお、TTVとは、ウェハを平らな吸着面に吸着させたときのウェハの高低差をいう。
ところで、酸化膜等の絶縁膜上の単結晶シリコン層にトランジスタを形成するSOI(Silicon On Insulation)技術は、優れた耐放射線特性、ラッチアップ特性を有し、ショートチャンネル効果抑制にも適していることから、研究が進められてきた。
特に、ウエハー張り合わせを用いたSOI基板作製方法は、極めて欠陥の少ないSOI層が得られることから、近年、最も注目されている技術の一つである。このSOI基板作製方法によって作製された基板は、張り合わせ後平面研削とポリッシュとによりSi層の薄膜化が達成されるが、薄膜化されたSi層の厚みのバラツキは平面研削時のTTVによって決まるため、特に、加工物のTTVの向上が可能とする平面研削装置の開発が強く望まれている。
【0003】
ここで、従来の平面研削装置としては、例えば、図3に示すように、先端にカップ状の砥石3を有する砥石回転軸4と、該砥石回転軸4と平行な軸を有するチャックテーブル5とを具備しており、加工に際しては、加工物6をチャックテーブル5にチャックさせ、砥石3により研削後、チャックテーブル5から取り外し、面精度測定後、砥石回転軸4等を調整するという工程を繰り返しTTVを抑える方法をとっている。
【0004】
しかし、このような平面研削装置による加工方法では、砥石回転軸4の調整に膨大な時間がかかり、研削時と測定時ではチャックテーブルが変わることによりTTVに誤差が生じ、例えば直径6インチのウェハでは2〜3μm以下に抑え込むのが難しいという問題があった。
【0005】
かかる問題を解決する平面研削装置として、例えば図4に示すものがある。
【0006】
図4において、支持部材14は、モータ15によって回転されるボルト16により、例えば、上下左右の4か所で支柱17に取り付けられており、ボルト16の締めつけ加減で砥石回転軸11の傾き角を微調整することが可能となっている。
【0007】
そして、チャックテーブル18と砥石ホルダ12を介して砥石10が取り付けられた砥石回転軸11とは、その軸間距離はほぼ砥石10の半径と等しくなっている。
【0008】
また、チャックテーブル18上に真空吸着されたウェハ24は、砥石回転軸駆動モータ13により砥石回転軸11を回転させることにより研削される。
【0009】
このとき、チャックテーブル18は図に示すように左右に移動可能となっており、その移動した位置には静電容量型厚みセンサ19が設けられている。この厚みセンサ19は、厚み測定装置、画像処理装置21、計算機22、モータ制御装置23よりなるフィードバック手段に接続され、このフィードバック手段はモータ15に接続されている。
【0010】
このように構成される平面研削装置においては、研削後、厚みセンサ19によりウェハ全体の厚み測定を行い、測定データを測定装置20および画像処理装置21で処理してTTV値aを得る。
【0011】
次いで、計算機22により前記TTV値aを0とするような砥石回転軸11の傾斜角を算出し、モータ制御装置を介してモータ15を駆動し、ボルト16の締めつけ加減を調整する。
【0012】
この動作を数回繰り返すことにより、TTV値を抑え込むことが可能となるものである。
【0013】
ところで、このような平面研削装置における砥石10とウェハ24との位置関係は、図5(a)に示すようになっている。また、ウェハ24をチャックするチャックテーブル18の形状は、図5(b)に示すように、高さ4μm程度の円錐状となっており、これにウェハ24が真空吸着されている。
【0014】
そして、ウェハ24の研削時には、通常、砥石10は、円弧P1,P2 の間においてのみウェハ24の研削が行われるように、上記した砥石回転軸11の傾きをボルト16の締めつけ加減で微調整が行われる。なお、点P1 、P2 およびP3 は砥石10の研削面上の点であって、点P1 およびP3 は、砥石10の研削面上にウェハ24を重ね合わせたときに、砥石10の外周とウェハ24の外周との交点であり、点P2 は、ウェハ24の中心である。
【0015】
すなわち、砥石10の研削を行う研削面の水平面に対する傾きを微調整して、円弧P1,P2 の間においてのみウェハ24と砥石10の研削面とが接触するようにして、一度円弧P1,P2 の間において研削された部分が、チャックテーブル18の回転に伴い円弧P2,P3 の間に達した際に再び研削されてしまうこと(二重研削)を防止している。
【0016】
したがって、砥石10の研削面の水平面に対する傾きの微調整は、点P1 およびP2 のウェハ24までの距離がそれぞれ等しくなるように調整されている。
【0017】
また、砥石10の研削面の傾きの微調整を行うのは、上記した二重研削を防ぐためであるのと同時に、研削面の傾きがウェハ24のTTV値に大きな影響を与えることから必要である。このため、点P1 およびP2 のウェハ24までの相対距離を等しくすることに加えて、点P3 のウェハ24まで相対距離の微調整を行う必要がある。
【0018】
例えば、図5における条件では、点P3 のウェハ24まで相対距離を、点P1 のウェハ24までの相対距離よりも7μm程度長くなるようにする必要がある。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、上記した砥石10の研削面の水平面に対する傾きの微調整、すなわち点P1 ,P2 およびP3 のウェハ24まで相対距離の微調整は、上記したモータ制御装置23を介してモータ15を駆動し、ボルトの締めつけ加減を調整することにより砥石回転軸10を傾斜させて行う。これは、近似的には、図5に示すように、砥石10の研削面上に規定されるX−X’軸およびY−Y’軸を中心にして砥石10の研削面を傾斜させるのと同様である。
【0020】
したがって、例えば点P1 ,P2 間の相対距離関係をX−X’軸およびY−Y’軸を中心として調整した後、点P1 ,P3 間の相対距離関係をX−X’軸およびY−Y’軸を中心として調整を行うと、調整した点P1 ,P2 間の相対距離関係が変化してしまうため、再調整を繰り返す必要がある。このため、砥石10の研削面の水平面に対する傾きの微調整に相当の時間を要するという問題があった。
【0021】
さらに、傾きの微調整の精度が悪いためウェハのTTVが悪化するという問題もあった。
【0022】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、砥石の研削面の傾きの微調整が容易で、ウェハのTTVを向上させることが可能な平面研削装置を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる平面研削装置は、先端に研削砥石が取り付けられた砥石回転軸と、該砥石回転軸に略平行で軸心が前記砥石の外周を通る軸と、該軸の軸心を軸とする円錐状のウェハ吸着面とを有するチャックテーブルと、前記砥石の研削面上において規定される第1及び第2の軸を中心に前記砥石の研削面をそれぞれ傾斜可能な傾斜手段と、を備え、前記第1の軸は、前記研削面上に投影された前記吸着面上のウェハの外周と前記砥石の外周との2つの交点のうちの一点と、前記チャックテーブルの軸心上であって前記砥石の外周上の点とを結ぶ線分に平行で、かつ、前記砥石回転軸の軸心上の点を通り、前記第2の軸は、前記第1の軸に直交し、前記砥石回転軸の軸心上の点を通る。
本発明にかかる平面研削方法は、先端に研削砥石が取り付けられた砥石回転軸と、該砥石回転軸に略平行で軸心が前記砥石の外周を通る軸と、該軸の軸心を軸とする円錐状のウェハ吸着面とを有するチャックテーブルと、を配置し、前記研削面上に投影された前記吸着面上のウェハの外周と前記砥石の外周との2つの交点のうちの一方の第1の点と、前記チャックテーブルの軸心上であって前記砥石の外周上に位置する第2の点とを通る直線に直交するとともに、前記砥石回転軸の軸心上の点を通り、前記砥石の研削面上において規定される軸を中心に前記砥石の研削面を傾斜させ、前記第1及び第2の点から前記吸着面上のウェハまでのそれぞれの距離の間の差を予め定められた値に設定し、前記第1の点と第2の点とを通る直線に平行で、かつ、前記砥石回転軸の軸心上の点を通り、前記砥石の研削面上において規定される軸を中心に前記砥石の研削面を傾斜させ、前記2つの交点から前記吸着面上のウェハまでのそれぞれの距離の間の差を予め定められた値に設定し、前記研削砥石を前記砥石回転軸周りに回転させて前記吸着面上のウェハを研削する。
【0024】
本発明にかかる平面研削装置では、まず、砥石の研削面上において、砥石回転軸の軸心上の点(以下、砥石回転軸心点とする。)、チャックテーブルの軸心上であって砥石の外周上に位置する点(以下、チャックテーブル軸心点とする。)および研削面上に投影されたウェハの外周と砥石の外周との間の2つの交点のうちの一点の3点によって研削面上に所定の直交座標系が規定される。
【0025】
そして、チャックテーブル軸心点のウェハまでの距離と研削面上に投影されたウェハの外周と砥石の外周との間の2つの交点のうちの一点のウェハまでの距離との相対的な関係を調整可能な座標軸を中心に砥石の研削面を傾斜させて両者の相対的関係を調整する。
【0026】
次に、研削面上に投影されたウェハの外周と砥石の外周との間の2つの交点のうちの他の点のウェハまでの距離を前記座標軸に直交する座標軸を中心に砥石の研削面を傾斜させて適宜調整する。
【0027】
このとき、最初に調整された2点間の相対的関係は、最後に調整されて研削面上に投影されたウェハの外周と砥石の外周との間の2つの交点のうちの他の点のウェハまでの距離に変更があったとしても維持される。
【0028】
このため、砥石の研削面の水平面に対する傾きの調整は1回で終了するため、短時間で行われることになる。
【0029】
また、各々の軸を中心とした研削面の傾斜によって互いの相対的な距離関係は影響を受けず、独立して調整が可能であるため、砥石の研削面の傾きの微調整の精度が悪化することがない。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明に係る平面研削装置の実施形態を説明する。
【0031】
図1は、本発明に係る平面研削装置の一実施形態を説明するため補助説明図であって、図1において、砥石10とウェハ24との位置関係は図4において示した位置関係と同様である。
【0032】
ここで、図に示す研削面10a上にA−A’軸およびこれに直交するB−B’軸からなる直交座標系は、砥石10の研削面10a上において、砥石回転軸11の軸心上の点Oと、チャックテーブル18の軸心上であって砥石10の外周上に位置する点P2 と、研削面10a上に投影されたウェハ24の外周と砥石10の外周との間の交点P1 とにより規定される。
【0033】
すなわち、A−A’軸は、上記した研削面10a上に投影されたウェハ24の外周と砥石10の外周との間の交点P1 とチャックテーブル18の軸心上であって砥石10の外周上に位置する点P2 とを結ぶ線分に平行な直線であるとともに、砥石回転軸11の軸心上の点Oを通る軸である。
【0034】
また、B−B’軸は、研削面10a上の軸であってA−A’軸に直交するとともに、砥石回転軸11の軸心上の点Oを通る軸である。
【0035】
そして、本発明に係る平面研削装置は、上述したように規定される直交座標系のA−A’軸およびこれに直交するB−B’軸を中心として研削面10aを傾斜可能な傾斜手段を備えるものである。
【0036】
ここで、上記の傾斜手段により、B−B’軸を中心として研削面10aを傾斜させて、チャックテーブル軸心点P2 のウェハ24までの距離と研削面10a上に投影されたウェハ24の外周と砥石10の外周との間の交点P1 のウェハ24までの距離との相対的な関係を調整する。
【0037】
次に、研削面10a上に投影されたウェハ24の外周と砥石10の外周との間の交点P3 のウェハ24までの距離をB−B’軸に直交するA−A’軸を中心に砥石10の研削面10aを傾斜させて適宜調整する。
【0038】
このとき、最初に調整された2点P1,P2 間の相対的関係は、最後に調整されて、研削面上に投影されたウェハ24の外周と砥石10の外周との間の交点P3 のウェハ24までの距離に変更があったとしても維持される。
【0039】
このため、砥石10の研削面10aの水平面に対する傾きの調整は1回で終了するため、短時間で行われることになる。
【0040】
また、B−B’軸およびA−A’軸を中心とした研削面10aの傾斜によって互いの相対的な距離関係は影響を受けず、独立して調整が可能であるため、砥石10の研削面の傾きの微調整の精度が悪化することがない。このため、ウェハ24の加工面のTTV値を向上させることが可能となる。
【0041】
なお、傾斜手段を実現するには、例えば図4に示した平面研削装置において、支柱17の基準面にB−B’軸が平行で、かつA−A’軸が垂直となるように、ウェハ24と砥石10との位置関係を変更すればよい。
【0042】
この場合に、ボルト16の締め付け加減を適宜調節すれば、支柱17の基準面の三次元的な傾斜が可能であり、このような構成とすれば、近似的に上記のA−A’軸およびB−B’軸を中心として研削面10aを傾斜することと同様となる。
【0043】
次に、図2に示す平面研削装置は、砥石回転軸11を保持する軸受に、高圧空気を流して、滑らかな高速回転を実現するエアベアリング31を軸受に採用したものである。
【0044】
この平面研削装置において、砥石回転軸11は上端部は図示しないモータにより駆動されている。
【0045】
この砥石回転軸11は上端部を矢印CC’方向に移動させると、エアベアリング31を支点として、研削面10aは、近似的に、E−E’軸を中心として傾斜する。
【0046】
したがって、図1において説明したA−A’軸およびB−B’軸を図中の矢印CC’方向およびDD’方向に合わせることにより、図1において説明したのと同様に、研削面10aの傾きの微調整が可能となる。
【0047】
なお、研削面10aの傾きの微調整は、例えば、ボルト16の締め付け加減を適宜調節することにより可能である。
【0048】
ここで、上述した本発明に係る平面研削装置を用いたSOI基板の製作方法の一例を簡単に説明する。
【0049】
まず、あらかじめ段差を形成したSi基板Aを、酸化膜、ポリSi膜を介して別のSi基板Bと張り合わせる。その後Si基板Aの裏面からSi基板AのSi層が10μm程度になるまで本発明に係る平面研削装置を用いて平面研削を行う。
【0050】
そして、エチレンジアミン水溶液を研磨液として用いた化学的研磨を行う。この化学的研磨は、エチレンジアミン水溶液とSiとの反応生成物を研磨布でふき取ることにより主に進行するため、酸化膜ストッパーが露出した時点で研磨速度が著しく減少する。この結果、当初に形成した段差に略等しい膜厚を有するSOI基板が得られる。
【0051】
このようにして製作されるSOI基板においては、平面研削を行った後に、ウェハのTTVが向上するため、要求されるSi層の膜厚精度の達成が容易となる。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る平面研削装置によれば、砥石の研削面の傾きの微調整を容易に行うことができ、微調整にかかる時間を大幅に短縮可能となる。
【0053】
また、微調整の精度が従来の平面研削装置と比較して良好なものとすることが可能となり、この結果、ウェハの加工面のTTV値を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る平面研削装置を説明するための補助説明図である。
【図2】本発明に係る平面研削装置の一実施形態を示す説明図である。
【図3】従来の平面研削装置の一例を示す説明図である。
【図4】従来の平面研削装置の他の例を示す説明図である。
【図5】図4に示す平面研削装置における砥石とウェハとの位置関係を示す説明図(図5(a))およびチャックテーブルの断面形状を示す説明図(図5(b))である。
【符号の説明】
10 砥石
10a 研削面
11 砥石回転軸
12 砥石ホルダ
13 砥石回転軸駆動モータ
14 支持部材
15 モータ
16 ボルト
17 支柱
18 チャックテーブル
19 厚みセンサ
20 厚み測定装置
21 画像処理装置
22 計算機
23 モータ制御装置
24 ウェハ
Claims (2)
- 先端に研削砥石が取り付けられた砥石回転軸と、
該砥石回転軸に略平行で軸心が前記砥石の外周を通る軸と、該軸の軸心を軸とする円錐状のウェハ吸着面とを有するチャックテーブルと、
前記砥石の研削面上において規定される第1及び第2の軸を中心に前記砥石の研削面をそれぞれ傾斜可能な傾斜手段と、
を備え、
前記第1の軸は、前記研削面上に投影された前記吸着面上のウェハの外周と前記砥石の外周との2つの交点のうちの一点と、前記チャックテーブルの軸心上であって前記砥石の外周上の点とを結ぶ線分に平行で、かつ、前記砥石回転軸の軸心上の点を通り、
前記第2の軸は、前記第1の軸に直交し、前記砥石回転軸の軸心上の点を通る
平面研削装置。 - 先端に研削砥石が取り付けられた砥石回転軸と、
該砥石回転軸に略平行で軸心が前記砥石の外周を通る軸と、該軸の軸心を軸とする円錐状のウェハ吸着面とを有するチャックテーブルと、
を配置し、
前記研削面上に投影された前記吸着面上のウェハの外周と前記砥石の外周との2つの交点のうちの一方の第1の点と、前記チャックテーブルの軸心上であって前記砥石の外周上に位置する第2の点とを通る直線に直交するとともに、前記砥石回転軸の軸心上の点を通り、前記砥石の研削面上において規定される軸を中心に前記砥石の研削面を傾斜させ、前記第1及び第2の点から前記吸着面上のウェハまでのそれぞれの距離の間の差を予め定められた値に設定し、
前記第1の点と第2の点とを通る直線に平行で、かつ、前記砥石回転軸の軸心上の点を通り、前記砥石の研削面上において規定される軸を中心に前記砥石の研削面を傾斜させ、前記2つの交点から前記吸着面上のウェハまでのそれぞれの距離の間の差を予め定められた値に設定し、
前記研削砥石を前記砥石回転軸周りに回転させて前記吸着面上のウェハを研削する
平面研削方法。
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