JP4663362B2 - ウエーハの平坦加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、インゴットからスライスされたウエーハ（例えばシリコンウエーハ）の表面を平坦に加工する技術に関する。

例えば、集積回路を形成する基板（シリコンウエーハ）は、シリコンインゴットの塊を内周刃あるいはワイヤーソー等によって所定の厚さにスライスし、このスライス面を両頭研削、ラッピング等によって平坦化加工することによって製造されている。

インゴットをスライスした段階で得られる素地ウエーハは、微細な凹凸、全体的な反りやうねりを有している。また、表面付近には、切断時に生じた歪みが存在している。この微細な凹凸、反り、うねり、さらに歪は、上述した平坦化加工によって取り除かれる。

この平坦化の技術に関しては、例えば特許文献１に記載された技術が公知である。特許文献１には、ベースプレート上に接着材料を介してウエーハを固定し、研削砥石を接触させ回転させることで、ウエーハ表面を研削する技術が記載されている。

特許第３０５５４０１号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術においては、接着材料が固まる際に、反りやうねりのあるウエーハに対して水平（あるいは平坦）にしようとする力が働き、ウエーハの反りやうねりが矯正されてしまう現象が発生する。この現象が発生すると、ウエーハを研磨によって平坦化した後に、ベースプレートからウエーハを外した段階でリバウンドにより新たな反りやうなりが発生してしまう。

このように従来の技術においては、平坦化されたシリコンウエーハを得るために、表面の研削を行ったのに、ベースプレートからシリコンウエーハを外すと、ベースプレートに固定されていたウエーハに反りやうねりが生じてしまうという不都合があった。本発明は、このウエーハを平坦化するための研磨技術における問題を解決することを目的とする。

本発明は、インゴットからスライスされたウエーハのスライス面を平坦に加工するウエーハの平坦加工方法であって、ウエーハの全面を支持するサブストレートに流動性を有する流動性接着剤を介してウエーハを接触させる接触状態を得る接触工程と、前記接触状態において、超音波振動を与えつつ前記流動性接着剤を硬化させ、前記サブストレートの表面と前記ウエーハの他方の面とを接着させると共に前記流動性接着剤が硬化する際に前記ウエーハのうねりが矯正されない状態で前記流動性接着剤を前記ウエーハのうねりに馴染ませ、合体ウエーハを得る合体工程と、前記合体ウエーハを保持するチャックテーブルと該チャックテーブルに保持されたウエーハの表面を研削する研削手段とを備えた研削装置を用い、前記合体ウエーハの前記サブストレート側を前記チャックテーブルに保持し、前記研削手段で前記ウエーハの一方の面を研削して平坦に加工する第１の平坦加工工程と、前記サブストレートを他方の面から除去し、研削済の前記ウエーハの一方の面を前記チャックテーブルに保持し、前記研削手段で前記ウエーハの他方の面を研削して平坦に加工する第２の平坦加工工程とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、流動性接着剤の硬化過程において、超音波振動という外的刺激が加えられることで、硬化する流動性接着剤からウエーハの反りやうねりが矯正されるような力（ウエーハを水平にしようとする力）の働きを抑えることができる。すなわち、超音波振動が加えられることで、ウエーハの反りやうねりに馴染んだ状態で、流動性接着剤を硬化させることができる。そして、研削後にウエーハをサブストレートから外した段階で、ウエーハにおける新たな反りやうねりの発生を抑えることができる。

ウエーハとしては、シリコンウエーハに代表される半導体ウエーハを挙げることができる。半導体ウエーハ以外では、例えば石英ウエーハ等のセラミックスウエーハを挙げることができる。

流動性接着剤は、ウエーハをサブストレートに固定する段階では、流動化が可能な程度の粘性を備えている必要がある。流動化する接着剤材料を用いることで、接着材料をウエーハの変形状態に馴染ませることができる。

流動性接着剤としては、所定以上の温度で溶融し、室温で固化（硬化）するワックス、液状であるが、紫外線を照射すると、硬化し、そして硬化した後は溶剤等によって除去することができる紫外線硬化型接着剤（ＵＶ硬化接着剤）、または所定の温度以下で固化（硬化）するシリコーンオイル等を用いることができる。

サブストレートは、研削されるウエーハを固定する平坦性の確保されたウエーハ固定用の補助部材である。サブストレートは、硬質ガラス等で構成される。

本発明において、流動性接着剤の硬化過程で超音波振動という外的刺激が加えられることにより、硬化しつつある流動性接着剤が、ウエーハへの接触面に対して、その表面を平坦な面にするような力を発揮する作用を低下させることができる。そして、接着材料をウエーハの変形状態に馴染ませた状態で硬化させることができる。

本発明は、サブストレートにウエーハを接着材料によって固定する際に、接着材料として流動性接着剤を用い、この流動性接着剤が硬化する段階において、流動性接着剤に対して、超音波振動を与える。この超音波振動によって、硬化しつつある流動性接着剤が、接触しているウエーハ面の反りやうねりを矯正し、平面にしようとする力を抑えることができる。こうすることで、ウエーハをサブストレートから外した際に、リバウンドによりウエーハが新たに反り返ったり、うねったりする現象を抑えることができる。そして、平坦性の確保されたウエーハを得ることができる。

１．研削装置の説明
以下、本発明を実施する際に利用する研削装置の一例を説明する。図１は、研削装置の一例を示す斜視図である。図１に示す研削装置４０は、直方体状のテーブル７１および壁部７２を有する基台７０を備えている。テーブル７１の上面には凹所７３が形成されており、この凹所７３にチャックテーブル７７が配置されている。

チャックテーブル７７は、後述する駆動機構により、テーブル７１の長手方向（Ｙ軸方向）に自在に移動可能な構造となっている。また、チャックテーブル７７は、図示しない駆動機構によって回転させることができる。

チャックテーブル７７は、後述するサブストレートまたはウエーハを、減圧状態を利用することで吸引し、その表面に固定する機能を有している。チャックテーブル７７は、多孔質セラミックスのような多孔質材料で構成されており、図示しないバキューム装置を働かせることで、その表面から空気を吸引し、その吸引力によってサブストレートまたはウエーハを固定する。

またチャックテーブル７７の周囲は、カバー７４によって覆われ、チャックテーブル７７の移動方向（図中Ｙ軸方向）の前後には、蛇腹７５および７６が取り付けられている。蛇腹７５の他端は、壁部７２の内面に取り付けられ、蛇腹７６の他端は、壁部７２に対向する凹所７３の壁面に取り付けられている。カバー７４、蛇腹７５および７６は、チャックテーブル７７の移動機構に研削屑等が進入しないようにする保護部材である。チャックテーブル７７がＹ軸方向に移動すると、蛇腹７５および７６が伸縮し、その移動を妨げないようになっている。

壁部７２には、研削ユニット２０が上下（Ｚ軸方向）に移動可能な状態で取り付けられている。研削ユニット２０は、駆動モータ内蔵ハウジング２１、このハウジング２１が固定された研削ユニット固定用ブロック３２ａ、ホイールマウント２５を備えている。また、ホイールマウント２５には、研削ホイール２４が固定されている。

駆動モータ内蔵ハウジング２１は、モータを内蔵し、このモータの回転軸は、駆動モータ内蔵ハウジング２１内において軸支され、この回転軸の他端は、ホイールマウント２５に固定されている。駆動モータ内蔵ハウジング２１内のモータが回転すると、ホイールマウント２５が回転し、同時にホイールマウント２５に固定された研削ホイール２４が回転する。

研削ユニット固定用ブロック３２ａは、スライダ３２に固定され、スライダ３２は、ガイドレール３１にそって上下（Ｚ軸方向）に摺動可能になっている。壁部７２には、軸受け３４を介して螺子ロッド３６が軸支されており、この螺子ロッド３６は、駆動モータ３７によって回転可能に構成されている。また、スライダ３２は、図示しない背面に雌ネジ機構を備え、この雌ネジ機構に螺子ロッド３６が螺合している。

この構成においては、駆動モータ３７を回転させると、螺子ロッド３６が回転し、この螺子ロッド３６に螺合した図示しない雌ネジ機構が螺子ロッド３６の延在方向（Ｚ軸方向）に沿って移動する。雌ネジ機構はスライダ３２に固定されているから、この螺子ロッド３６の回転によって、スライダ３２は上下することになる。このスライダ３２の上下移動によって、研削ユニット２０の上下移動の制御が行われる。つまり、駆動モータ３７の回転を制御することで、研削ホイール２４の上下方向（Ｚ軸方向）における位置を制御することができる。

図２は、研削ホイールの一例を示す斜視図である。研削ホイール２４は、ホイールリング２４ａに砥石２４ｂが円周状に固定された構造を有している。ホイールリング２４ａにはボルト孔２４ｅが形成されており、このボルト孔を利用することで、研削ホイール２４がホイールマウント２５に図示しないボルトによって固定される。

図３は、サブストレート１８に流動性接着剤を介してウエーハ１９を接着し合体させる合体装置１００を示している。

チャックテーブル１７は、チャックテーブル支持台１５の上部に固定され、チャックテーブル支持台１５は、Ｘ軸方向移動ステージ１４に対して回転自在な構造で固定されている。Ｘ軸方向移動ステージ１４は、Ｘ軸方向ガイドレール２２に沿って摺動可能であり、Ｘ軸方向ガイドレール２２は、Ｙ軸方向移動ステージ１０に固定されている。またＹ軸方向移動ステージ１０は、Ｙ軸方向ガイドレール１１に沿って摺動可能となっている。

すなわち、Ｘ軸方向移動ステージ１４は、図示しない雌ネジ構造を備え、この雌ネジ構造に螺子ロッド２３が螺合している。そして螺子ロッド２３は、Ｘ軸方向駆動用モータ１６によって回転させられる構造となっている。

Ｘ軸方向駆動用モータ１６を回転させると、螺子ロッド２３が回転し、図示しない雌ネジ構造により、Ｘ軸方向移動ステージ１４がＸ軸方向に移動する。つまり、Ｘ軸方向駆動用モータ１６の回転を制御することで、Ｘ軸方向移動ステージ１４のＸ軸方向への移動を制御することができる。

また、Ｙ軸方向移動ステージ１０は、図示しない雌ネジ構造を備え、この雌ネジ構造に螺ロッド１３が螺合している。そして螺子ロッド１３は、Ｙ軸方向駆動用モータ１２によって回転させられる構造となっている。

Ｙ軸方向駆動用モータ１２を回転させると、螺子ロッド１３が回転し、図示しない雌ネジ構造により、Ｙ軸方向移動ステージ１０がＹ軸方向に移動する。

この駆動機構により、チャックテーブル１７を水平面内（Ｘ−Ｙ）内において動かすことができる。この駆動機構は、チャックテーブル１７の位置合わせ、および後述する揺動の付与に利用される。

２．外的刺激として超音波振動を与える
以下、流動性接着剤を硬化させる際に超音波振動を与える実行手段について説明する。図４は、合体ウエーハの作製時に超音波振動を与える機構を示す斜視図である。

図４には、図３に示す構成に加えて、チャックテーブル支持台１５に超音波振動発生装置５１を固定した構成が示されている。図４には、サブストレート１８上の流動性接着剤２６を介してウエーハ１９が固定された合体ウエーハ２７が示され、さらにこの合体ウエーハ２７がチャックテーブル１７に、図示しないバキューム装置の機能により吸引固定された状態が示されている。

図４に示す態様においては、超音波振動発生装置５１を動作させることで、合体ウエーハ２７に超音波振動が与えられる。この場合、超音波振動発生装置５１の振動がチャックテーブル支持台１５に伝わり、チャックテーブル支持台１５が超音波振動することで、合体ウエーハ２７に超音波振動が加えられる。

３．ウエーハ研削の具体例
以下、本発明を利用したシリコンウエーハの研削工程の具体例について説明する。この例においては、図４に示す超音波振動を加える手段を用いて、合体ウエーハの作製時に流動性接着剤に物理的な外的刺激を与える。

図５は、シリコンウエーハを研削により平坦化する工程を説明する工程断面図である。最初に図５（Ａ）に示す状態について説明する。まず、硬質ガラス製のサブストレート１８を用意し、それをチャックテーブル１７（図４参照）上に載置する。この際、チャックテーブル１７のバキューム固定機能を利用してサブストレート１８をチャックテーブル１７上に固定する。そして、流動性接着剤２６を塗布し、図５（Ａ）に示す状態を得る。なおここでは、流動性接着剤２６として、７０度以上で軟化し、７０℃未満（常温）で硬化するワックスを用いた例を説明する。なお、チャックテーブルは、加熱（〜１００℃）可能となっている。

次にシリコンインゴットからスライスした素地ウエーハ１９を、塗布した流動性接着剤２６の上に載置し、合体ウエーハ２７を得る（図５（Ｂ））。すなわち、サブストレート１８上に流動性接着剤２６を介して素地ウエーハ１９を固定した状態の合体ウエーハ２７を得る。

この例において、素地ウエーハ１９は、誇張して示す如くその表面にスライス時に形成された微細な凹凸が形成されており、さらに上に凸状に反っている。ここでは、上に凸の断面形状に反った状態を示すが、下に凸の反り形状や、波打ったうねった状態等、多用な断面形状の変形状態があり得る。

図５（Ｂ）に示すように、チャックテーブル１７上に保持されたサブストレート１８上に流動性接着剤２６を介して素地ウエーハ１９が載置された状態を得たら、超音波振動発生装置５１（図４参照）を作動させて、合体ウエーハ２７に対して、物理的な外的刺激として超音波振動を加える（図５（Ｃ））。この際、流動性接着剤２６が７０℃以上の温度から常温に降下する硬化の途中において超音波振動が加わるようにする。この超音波振動を加えることで、流動性接着剤２６の硬化過程において、素地ウエーハ１９を平にしようとする力が働くことが抑制される。こうして、流動性接着剤２６が、素地ウエーハ１９のうねり（この場合は上に凸形状）に馴染んだ状態で硬化した合体ウエーハ２７を得ることができる。

なお、超音波振動としては、１００Ｈｚ〜５０ｋＨ程度の範囲からその周波数を選択することができる。超音波振動の周波数やその強さ（振幅の値）の最適値は、流動性接着剤の種類や硬化条件、流動性接着剤の厚さ等によって影響を受けるので、実験的に求める必要がある。

図５（Ｃ）に示す如く超音波を加えながらの流動性接着剤２６の硬化が終了したら、図１に示すチャックテーブル７７にサブストレート１８側を載置し、研削ユニット２０に近づけ、研削を行う工程に移行する。

そして、研削ホイール２４とチャックテーブル７７とを回転させつつ、研削ユニット２０の位置を下げてゆき、砥石２４ｂが素地ウエーハ１９の表面に接触した段階で研削を開始する。研削レートは、研削ホイール２４とチャックテーブル１７の回転速度、砥石２４ｂの荒さ、研削ユニット２０の送り速度をパラメータとして制御することができる。

この研削を行うことで、素地ウエーハ１９の露呈した表面が削られ、平坦化が行われる。この平坦化の結果、図５（Ｄ）に示すように露呈した表面が平坦化された素地ウエーハ１９ａが得られる。

図５（Ｄ）に示す状態を得たら、サブストレート１８をチャックテーブル７７から取り外し、さらに８０℃に加熱を行って硬化した流動性接着剤２６を軟化流動化させ、それを除去する。そして、図５（Ｅ）に示すような片面が平坦化されたウエーハ１９ａを得る。

この例においては、流動性接着剤２６を除去する際、ウエーハ１９ａが反ったりうねったりすることがない。これは、流動性接着剤２６を硬化させる工程において、図５（Ｃ）に示すように超音波振動を与え、流動性接着剤２６の硬化に際して素地ウエーハ１９を平坦にするような力が働かないようにしているからである。

図５（Ｅ）に示すウエーハ１９ａを得たら、研削され平坦化された面を図１に示す研削装置４０のチャックテーブル７７に載置固定する。そして、今度は、図５（Ｆ）に示すように裏面側の研削していない面を研削する。こうして、図５（Ｇ）に示すような両面が研削され平坦化されたウエーハ１９ｂを得る。

以上説明したプロセスによれば、流動性接着剤２６を除去した際に、ウエーハ１９ａに新たな反りやうねりが発生しないので、最終的に得られるウエーハ１９ｂの平坦性が維持される。

なお、本発明において、合体装置を独立して設けた形について説明したが、研削装置４０のチャックテーブル７７に合体装置の機能を持たせてもよい。

本発明は、シリコンインゴットからスライスされたシリコンウエーハ等の表面を平坦にする技術に利用することができる。

発明を実施する際に利用される研削装置の一例を示す斜視図である。 研削ホイールの一例を示す斜視図である。 合体装置の概要を示す斜視図である。 合体ウエーハの作製時に超音波振動を与える手段を示す斜視図である。 シリコンウエーハを研削により平坦化する工程を説明する工程断面図である。

１０…Ｙ軸方向移動ステージ、１１…Ｙ軸方向ガイドレール、１２…Ｙ軸方向駆動用モータ、１３…螺子ロッド、１４…Ｘ軸方向移動ステージ、１５…チャックテーブル支持台、１６…Ｘ軸方向駆動用モータ、１７…チャックテーブル、１８…サブストレート、１９…ウエーハ、１９ａ…片面が研削され平坦化されたウエーハ、１９ｂ…両面が研削され平坦化されたウエーハ、２０…研削ユニット、２１…駆動モータ内蔵ハウジング、２２…Ｘ軸方向ガイドレール、２３…螺子ロッド、２４…研削ホイール、２４ａ…ホイールリング、２４ｂ…砥石、２４ｅ…ボルト孔、２５…ホイールマウント、２６…流動性接着剤、２７…合体ウエーハ、３１…ガイドレール、３２…スライダ、３２ａ…研削ユニット固定用ブロック、３４…軸受け、３６…螺子ロッド、３７…駆動モータ、４０…研削装置、５１…超音波振動発生装置、５２…密閉カバー、５３…排気口、５４…吸引パイプ、７０…基台、７１…テーブル、７２…壁部、７３…凹部、７４…カバー、７５…蛇腹、７６…蛇腹、７７…チャックテーブル、１００…合体装置。

Claims (1)

1. インゴットからスライスされたウエーハのスライス面を平坦に加工するウエーハの平坦加工方法であって、
   ウエーハの全面を支持するサブストレートに流動性を有する流動性接着剤を介してウエーハを接触させる接触状態を得る接触工程と、
   前記接触状態において、超音波振動を与えつつ前記流動性接着剤を硬化させ、前記サブストレートの表面と前記ウエーハの他方の面とを接着させると共に前記流動性接着剤が硬化する際に前記ウエーハのうねりが矯正されない状態で前記流動性接着剤を前記ウエーハのうねりに馴染ませ、合体ウエーハを得る合体工程と、
   前記合体ウエーハを保持するチャックテーブルと該チャックテーブルに保持されたウエーハの表面を研削する研削手段とを備えた研削装置を用い、前記合体ウエーハの前記サブストレート側を前記チャックテーブルに保持し、前記研削手段で前記ウエーハの一方の面を研削して平坦に加工する第１の平坦加工工程と、
   前記サブストレートを他方の面から除去し、研削済の前記ウエーハの一方の面を前記チャックテーブルに保持し、前記研削手段で前記ウエーハの他方の面を研削して平坦に加工する第２の平坦加工工程と
   を備えることを特徴とするウエーハの平坦加工方法。

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