JP5352331B2 - ウェーハの面取り加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は溝なし回転砥石によるウェーハの面取り工程で、ウェーハ円周方向および厚さ方向に面取り形状を変化させるウェーハの面取り加工方法に関する。
各種結晶ウェーハその他の半導体デバイスウェーハ等の集積回路用基板として用いられる円盤状薄板材、その他金属材料を含む硬い材料からなる円盤状薄板材、例えばシリコン(Si)単結晶、ガリュウム砒素(GaAs)、水晶、石英、サファイヤ、フェライト、炭化珪素(SiC)等からなるもの(これらを総称して単にウェーハという)の面取り加工では、樹脂系バインダーにより砥粒として混入させた工業用ダイヤモンドを固めた荒削り用砥石を用いて研削し、その後の仕上げ用にコロイダルシリカ等を用いて研磨し、所定の形状と所定の表面粗さとを有する周端部を形成する。
これら面取り加工に用いられるウェーハ1は、図1に示すように、周方向の基準位置を示すためのV字形又はU字形のノッチ1nを刻設している。
そして、ウェーハ1のエッジ(周端部)1aについては、図2に示すように、ウェーハ1のエッジ1aを、上平面1suに対して角度α1(約22°)だけ傾斜した上斜面1auと、下平面1sdに対し角度α1(約22°)だけ傾斜した下斜面1adと、これらの間を単一の半径R1の円弧1cにより滑らかに結ばれた断面形状(全体的としてほぼ三角形状)に加工する場合がある。
この場合、上斜面1auの水平長さを「面取り幅X1」と呼び、下斜面1adの水平長さを「面取り幅X2」と呼ぶ。
また、図3に示すように、ウェーハ1のエッジ1aを、上平面1suに対して角度α2だけ傾斜した上斜面1auと、下平面1sdに対して角度α2だけ傾斜した下斜面1adと、エッジ1aの端面を形成する周端1bとの間で2つの円弧すなわち同じ半径R2を有する円弧1c,1cにより滑らかに結ばれる断面形状(台形形状)に加工する場合がある。
この場合も、上斜面1auの水平長さを「面取り幅X1」、下斜面1adの水平長さを「面取り幅X2」、周端1bの面取り幅の長さを「面取り幅X3」とそれぞれ呼ぶ。
このようなウェーハの面取り加工には、断面形状や断面形状精度を得るため、加工すべきウェーハ周端部の外形状を形成した溝を有する溝付総形砥石を用いて加工するものがある(特許文献1、2)。
しかし、総形砥石を用いた場合には、砥石の溝の最深部には冷却剤が入りにくいため、砥石が傷み易く、またエッジの円周方向に条痕が残って面粗度が大きくなり易いという問題点があった。
そこで、ウェーハの面取りに研磨材を含んだゴムホイールを砥石として用いた研磨方法および装置を提案し、特に大きな直径のゴムホイールを使用することにより、さらなる条痕の微細化を行なうことができるようになった(特許文献3)。
しかし、ゴムホイールが固定された回転軸の軸心がウェーハの回転方向と平行となるようにして研磨を行なっても、エッジの全周には2乃至3個程度のピットが残存してしまい、全周で0個にするまでには至っていない。
このため、エッジにおける研磨方向が面方向から略45度方向となるようにゴムホイールの周速度とウェーハの周速度とからゴムホイールの回転軸の必要傾斜角度αを算出し、回転軸をその必要傾斜角度に傾けて研磨するようにした(特許文献4)。
また、回転するウェーハを2個の円板状の溝なし砥石をウェーハ周端部の同一箇所に近接し、相対峙させて配置し、回転する両溝なし砥石の加工面によりウェーハ周端部の同一箇所に近接した位置を同時に加工して成形する加工方法がある(特許文献5)。
特開平06−262505号公報 特開平11−207584号公報 特開2000−052210号公報 特開2005−040877号公報 特開2008−177348号公報
〔従来技術の問題点〕
これら従来のウェーハの面取り加工を行なう方法では、ウェーハ一周の面取り形状(断面形状)が均一であるが、ウェーハ製造の後工程処理では均一な面取り形状が円周位置ごとに変化してしまうことが明らかになってきた。
また、半導体チップの集積度が高くなるに従い、ウェーハ1に形成される集積回路の密度も高くなり、かつウェーハ1内の回路部分も周縁部に拡がり、エッジ1aにおける回路の無形成部分が減少して周端部に回路形成部分が迫るようになって、ウェーハ1の効率的利用が進み、端縁部の廃棄部分の極小化および端縁部の廃棄率の最小化が要求されてきたことにより、端縁形状の縮小化および厚さ方向の対称形状に対する加工精度の高度化が必要になり、そのための加工方法の新たな開発が望まれるようになってきた。
本発明は、従来の技術における前記問題点に鑑みて成されたものであり、これを解決するための技術的課題は、ウェーハの面取り加工における断面形状精度を高めて必要な断面形状を正確に形成し、ウェーハ製造の後工程処理に応じたウェーハ面取り加工方法を提供することにある。
前記課題を解決するための本発明のウェーハ面取り加工方法における課題解決手段は次のとおりである。
ウェーハ面取り加工方法に係る第1の課題解決手段は、回転テーブル上にウェーハを芯だしして載置し、回転して、この回転するウェーハを加工する溝なし砥石をウェーハ周端部(エッジ)に接触させてウェーハを面取りする面取り加工方法であって、
上記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に移動させてウェーハ全周で同一の断面形状を形成する移動軌跡を基準とし、
ウェーハ回転角度位置に応じてZ軸またはY軸のうち少なくとも1軸方向にウェーハと砥石の相対的位置を上記基準軌跡位置から変動させて加工する動作のために、圧電アクチュエータを使用して、上記ウェーハの回転角度位置に応じて異なる断面形状を形成することを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第2の課題解決手段は、前記砥石とウェーハの相対的位置関係を、前記ウェーハの回転角45度ごとに交互に変更し、異なる2種類の断面形状を形成することを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第3の課題解決手段は、上記ウェーハの回転角45度ごとの前記砥石とウェーハの相対的位置関係の変更の途中の回転角度位置では、連続的にウェーハの断面形状を変化させることを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第4の課題解決手段は、前記砥石とウェーハの相対的位置関係を、前記ウェーハの回転角45度ごとに交互に変更し、異なる2種類のウェーハ半径を形成することを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第5の課題解決手段は、上記ウェーハの回転角45度ごとの前記砥石とウェーハの相対的位置関係の変更の途中の回転角度位置では、連続的にウェーハ半径を変化させることを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第6の課題解決手段は、前記2種類の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅を一定にしたまま、ウェーハ先端の円弧の大きさが異なるようにすることを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第7の課題解決手段は、前記2種類の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅とウェーハ先端部の直線長さを一定にしたまま、ウェーハ先端の曲線を異なるようにすることを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第8の課題解決手段は、前記2種類の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅を一定にしたまま、ウェーハ先端斜面の角度の大きさが異なるようにすることを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第9の課題解決手段は、前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端に所望の断面形状を形成するように砥石をウェーハに接触させる軌跡に対して、
ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置を所定の量だけずらして、
ウェーハ先端から遠ざかるにしたがってもとの円弧または曲線の軌跡に徐徐に戻しながら加工することを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第10の課題解決手段は、前記ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置のずらし量を、ウェーハ回転角で異なるずらし量とすることを特徴とするものである。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第11の課題解決手段は、前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端に所望の断面形状を加工したあと、
ウェーハ先端直線部に砥石を再度接触させZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端直線部をもとの直線に対して所定の角度を傾けて加工することを特徴とするものである。
また、同上ウェーハ面取り加工方法に係る第12の課題解決手段は、回転テーブル上にウェーハを芯だしして載置し、回転して、この回転するウェーハを加工する溝なし砥石をウェーハ周端部に接触させてウェーハを面取りする加工方法であって、
前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ全周の先端に同一の断面形状を形成するように砥石をウェーハに接触させる軌跡に対して、
ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置を所定の量だけずらして、
ウェーハ先端から遠ざかるにしたがってもとの円弧または曲線の軌跡に徐徐に戻しながら加工することを特徴とするものである。
また、同上ウェーハ面取り加工方法に係る第13の課題解決手段は、回転テーブル上にウェーハを芯だしして載置し、回転して、この回転するウェーハを加工する溝なし砥石をウェーハ周端部に接触させてウェーハを面取りする加工方法であって、
前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ全周の先端に同一の断面形状を加工したあと、
ウェーハ先端直線部に砥石を再度接触させZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端直線部をもとの直線に対して所定の角度を傾けて加工することを特徴とするものである。
ウェーハ面取り加工方法に係る第14の課題解決手段は、前記ウェーハの断面を投影画像にて測定して、ウェーハ先端が所望の断面形状となるように、砥石とウェーハのZ軸およびY軸方向の動作量を決定することを特徴とするものである。
ウェーハ面取り加工方法に係る第1の課題解決手段では、回転テーブル上にウェーハを芯だしして載置し、回転して、この回転するウェーハを加工する溝なし砥石をウェーハ周端部(エッジ)に接触させてウェーハを面取りする面取り加工方法において、
前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に移動させてウェーハ全周で同一の断面形状を形成する移動軌跡を基準とし、
ウェーハ回転角度位置に応じてZ軸またはY軸のうち少なくとも1軸方向にウェーハと砥石の相対的位置を上記基準軌跡位置から変動させて加工する動作のために、圧電アクチュエータを使用して、ウェーハの回転角度位置に応じて異なる断面形状を形成することとしたから、
ウェーハ製造工程およびウェーハ表面上に半導体デバイスを製造する工程で、面取り工程以降の後処理(化学的処理、機械的処理)工程にて発生する面取り断面形状およびウェーハの変化をあらかじめ補正したウェーハに面取りすることで、最終ウェーハ先端断面および半径形状を精度よく所望の形状に作製して後工程終了後の表面の平坦度や半導体デバイスの歩留まりなどを良くすることができるとともに、上記基準軌跡位置に基づいて、ウェーハと砥石の相対的変動の位置、量などを決定することを容易とし、その結果、ウェーハの回転角度位置に応じて異なる断面形状を形成することを容易とすることができる。
さらに圧電アクチュエータを上記基準軌跡位置から砥石を離脱させて加工する動作のために用いたことにより、特に高速で回転するウェーハ1の回転角度位置に応じて断面形状を変化させる本発明のウェーハの面取り加工において、その加工を正確に追随させることができる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第2の課題解決手段では、砥石とウェーハの相対的位置関係を、ウェーハの回転角45度ごとに交互に変更し、異なる2種類の断面形状を形成することとしたから、ウェーハの結晶構造から生ずる8方向の不均等性に対応することができる。
すなわち、シリコン単結晶や化合物半導体結晶はダイヤモンド構造結晶のカット面により、ウェーハ中心周りに45度ごとの方位で化学的・機械的性質の異なる2種類の結晶面となり、その間は連続的に変化している性質があるが、それを補正する方法が得られる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第3の課題解決手段では、ウェーハの回転角45度ごとの砥石とウェーハの相対的位置関係の変更の途中の回転角度位置では、連続的にウェーハ形状を変化させることとしたから、ウェーハの結晶構造から生ずる8方向の形状的不均等性に対応するに当たり、その変更位置における形状の変化を円滑ならしめることができる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第4の課題解決手段では、砥石とウェーハの相対的位置関係を、ウェーハの回転角45度ごとに交互に変更し、異なる2種類のウェーハ半径を形成するから、ウェーハの結晶構造から生ずる8方向の半径方向の不均等性に対応することができる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第5の課題解決手段では、ウェーハの回転角45度ごとの砥石とウェーハの相対的位置関係の変更の途中の回転角度位置では、連続的にウェーハ半径を変化させることとしたから、ウェーハの結晶構造から生ずる8方向の形状的不均等性に対応するに当たり、その変更位置における半径の変化を円滑ならしめることができる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第6の課題解決手段では、前記2種類の断面形状を、ウェーハ先端斜面の面取り幅を一定にしたまま、ウェーハ先端の円弧の大きさが異なるものにすることによって、ウェーハの結晶構造から生ずる先端形状の不均等性に対応することができる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第7の課題解決手段では、前記2種類の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅とウェーハ先端部の直線長さを一定にしたまま、ウェーハ先端の曲線を異なるようにすることによって、ウェーハの結晶構造から生ずる先端形状の不均等性に対応することができる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第8の課題解決手段では、前記2種類の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅を一定にしたまま、ウェーハ先端斜面の角度の大きさが異なるようにすることによって、ウェーハの結晶構造から生ずる先端形状の不均等性に対応することができる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第9の課題解決手段では、前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端に所望の断面形状を形成するように砥石をウェーハに接触させる軌跡に対して、
ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置を所定の量だけずらして、
ウェーハ先端からら遠ざかるにしたがってもとの円弧または曲線の軌跡に徐徐に戻しながら加工することとしたから、ウェーハの面取り工程で装置またはウェーハに発生する機械的な歪みや変形、特にウェーハ厚さ方向に非対称な形状など、ウェーハ断面形状が所望の形状に加工できない場合の対応として、予めその変形を見込んだ形状としておくことにより、後工程の結果、所望の断面形状(例えばウェーハ厚さ方向に対称な形状)にすることができ、後工程の精度や歩留まり(例えば表面の平坦度や半導体デバイスの歩留まりなど)を良くすることが可能となる。
また、同上ウェーハ面取り加工方法に係る第10の課題解決手段では、前記ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置のずらし量は、ウェーハ回転角で異なるずらし量とすることとしたから、ウェーハの結晶構造から生ずる回転角による先端形状の不均等性に対応することができる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第11の課題解決手段では、前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端に所望の断面形状を加工したあと、
ウェーハ先端直線部に砥石を再度接触させZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端直線部をもとの直線に対して所定の角度を傾けて加工することとしたから、ウェーハ先端部に発生する機械的な歪みや変形、特にウェーハ厚さ方向に非対称な形状など、ウェーハ先端の断面形状が所望の形状に加工できない場合の対応として、予めその変形を見込んだ形状としておくことにより、後工程の結果、所望の断面形状(例えばウェーハ厚さ方向に対称な形状)にすることができ、後工程の精度や歩留まり(例えば表面の平坦度や半導体デバイスの歩留まりなど)を良くすることが可能となる。
同上ウェーハ面取り加工方法に係る第12の課題解決手段では、前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ全周の先端に同一の断面形状を形成するように砥石をウェーハに接触させる軌跡に対して、
ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置を所定の量だけずらして、
ウェーハ先端から遠ざかるにしたがってもとの円弧または曲線の軌跡に徐徐に戻しながら加工することとしたから、
ウェーハの面取り工程で装置またはウェーハに発生する機械的な歪みや変形、特にウェーハ厚さ方向に非対称な形状など、ウェーハ断面形状が所望の形状に加工できない場合の対応として、予めその変形を見込んだ形状としておくことにより、後工程の結果、所望の断面形状(例えばウェーハ厚さ方向に対称な形状)にすることができ、後工程の精度や歩留まり(例えば表面の平坦度や半導体デバイスの歩留まりなど)を良くすることが可能となる。
また、同上ウェーハ面取り加工方法に係る第13の課題解決手段では、前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ全周の先端に同一の断面形状を加工したあと、ウェーハ先端直線部に砥石を再度接触させZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端直線部をもとの直線に対して所定の角度を傾けて加工することとしたから、
ウェーハ先端部に発生する機械的な歪みや変形、特にウェーハ厚さ方向に非対称な形状など、ウェーハ先端の断面形状が所望の形状に加工できない場合の対応として、予めその変形を見込んだ形状としておくことにより、後工程の結果、所望の断面形状(例えばウェーハ厚さ方向に対称な形状)にすることができ、後工程の精度や歩留まり(例えば表面の平坦度や半導体デバイスの歩留まりなど)を良くすることが可能となる。
また、同上ウェーハ面取り加工方法に係る第14の課題解決手段では、前記ウェーハの断面を投影画像にて測定して、ウェーハ先端が所望の断面形状となるように砥石とウェーハのZ軸およびY軸方向の動作量を決定することとしたから、ウェーハを破壊して測定しなくても断面形状が測定できる利点がある。また投影画像は非接触なため、測定時間が短く、ウェーハに傷を付けないで測定することができる。
本願発明の加工方法に係る第1実施態様におけるウェーハ周端の加工状態を示す斜視説明図である。 同上第1実施態様におけるウェーハ周端と円盤形溝なし砥石との接触状態を示す拡大部分断面説明図である。 同上第1実施態様における図2と形状の異なるウェーハ周端と円盤形溝なし砥石との接触状態を示す拡大部分断面説明図である。 同上第1実施態様におけるコンタリング加工時の円盤形溝なし砥石の接触状態を示す拡大部分断面説明図である。 同上第1実施態様におけるコンタリング加工時のウェーハ位置ズレに応じて位置を変化させる円盤形溝なし砥石の状態を示す拡大部分断面説明図である。 同上第1実施態様における円盤形溝なし砥石が形成する斜め条痕を示す加工説明図である。 本願発明に用いる加工装置を示す正面図である。 同上本願発明に用いる加工装置を示す側面図である。 同上本願発明に用いる加工装置を示す平面図である。 同上本願発明に用いる加工装置の制御系統図である。 同上本願発明に用いる加工装置の制御系の一部を示すブロック図である。 ウェーハ周端の上面側を加工する際の砥石の軌跡を示す加工説明図である。 ウェーハ周端の下面側を加工する際の砥石の軌跡を示す加工説明図である。 従来から用いられているノッチ付きウェーハを示す平面説明図である。 第1実施形態における第1の断面形状を形成したノッチ付きウェーハを示す平面説明図である。 先端が角部に2つの円弧を有する垂直周面で形成されるエッジ形状を有するウェーハ端部を示す部分断面図である。 図16よりも角部の円弧を大きく加工したエッジ形状を有するウェーハ端部を示す部分断面図である。 図16よりも角部の円弧を小さく加工したエッジ形状を有するウェーハ端部を示す部分断面図である。 図16よりも角部の曲線をゆるやかに加工したエッジ形状を有するウェーハ端部を示す部分断面図である。 図16よりも角部の曲線をきつく加工したエッジ形状を有するウェーハ端部を示す部分断面図である。 図16よりもウェーハ先端斜面の角度をゆるやかに加工したエッジ形状を有するウェーハ端部を示す部分断面図である。 図16よりもウェーハ先端斜面の角度をきつく加工したエッジ形状を有するウェーハ端部を示す部分断面図である。 ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置を所定の量だけずらして形成したウェーハ端部を示す部分断面図である。 面取り工程中にウェーハの変形がないときのウェーハを示す部分断面図である。 面取り工程中のウェーハの変形を示す部分断面図である。 面取り工程終了後にウェーハの変形が戻った状態を示す部分断面図である。 ウェーハ先端直線部をもとの直線に対して所定の角度を傾けて加工したウェーハを示す部分断面図である。 第4の実施形態に係る投影画像を測定して用いるウェーハの面取り加工方法を示す斜視図である。
円盤形溝なし砥石を使用するウェーハの面取り加工の一般的方法について説明する。
ウェーハの面取り加工方法は、一例として図1〜6に示すように、円盤形溝なし砥石3,3の外周面をウェーハ1と接触させ、1つのウェーハ1には同時に2つの円盤形溝なし砥石3,3が接触して面取り加工する。
ワーク取付台2に設けられた回転テーブル2a(図4参照)にウェーハ1を同心的に載置し、回転テーブル2aとともに回転するウェーハ1を2つの円盤形溝なし砥石3,3により同時に面取り加工する。
2つの円盤形溝なし砥石3,3は、周端1bの同一箇所に近接し、互いの対向する側面を近接して相対峙させるように配置し、回転する両溝なし砥石3,3の周面を加工面としてウェーハ1に同時に当接し、エッジ(ウェーハ1の周端部)1aの同一箇所に近接した位置を同時に加工して成形する(図1、図2及び図4参照)。
ここで、2つの溝なし砥石3,3は、ウェーハ1との接触点における加工方向が互いに反対方向となるように、各溝なし砥石3,3の回転方向を定めて加工する。
また、各砥石3,3は、加工の種類によって、また、加工するウェーハ1の端部の形状によっても、同時に同じ方向へ移動する場合と、各別に異なる方向へ移動する場合とがある。
ノッチ1nを有するウェーハ1を加工する場合(図1参照)、ウェーハ1の外径を研削して縮径する方向に加工する周端縮径加工では、2つの溝なし砥石3,3をそれぞれ一定の高さに保持したままでウェーハ1に接触させて加工する(図2及び図3参照)。
この場合で、エッジ1aの断面形状が上下の斜面1au,1adと、周端1bに単一の半径R1の円弧1cと、により形成されるウェーハ1(断面三角形状)を加工する時には、2つの円盤形溝なし砥石3,3を同じ高さに保持して加工する(図2参照)。
また、エッジ1aの断面形状が上下の斜面1au,1adと、垂直面となる周端1bと、これらの間に同じ半径R2を有する上下各角部にそれぞれ接続してなる円弧1c,1cと、により形成されるウェーハ1(断面台形形状)を加工する時には、2つの円盤形溝なし砥石3,3のそれぞれの高さを異ならせて、周端1bが略垂直な面として加工されるような位置に配置し、それぞれ円盤形溝なし砥石3,3の位置を保持したままウェーハ1を回転させて周端を加工する(図3参照)。
エッジ1aの断面を所望の形状に形成するコンタリング加工では、エッジ1aの各面に2個の溝なし砥石3,3のそれぞれを各別に移動させ、エッジ1aの径方向の同一箇所を各溝なし砥石3,3により上下から挟み込んで、それぞれの面を同時に加工する(図4及び図5参照)。
コンタリング加工の場合で、エッジ1aの断面形状が上下対称形の場合には、2つの円盤形溝なし砥石3,3を各別に動作させ、一方がウェーハ1の上側を加工する時には他方はウェーハ1の下側を加工し、ウェーハ1のバタツキあるいは上下動を抑えながらエッジ1aの断面形状を加工する(図4,5参照)。
なお、ウェーハ1との接触点において同時に当接する2個の溝なし砥石3、3の回転方向を互いに逆にすることで、ウェーハ1のバタツキを抑えることができ、さらに加工の斜め条痕1d,1eが互いに交差して加工面の表面粗さを小さくし精細なものにすることができ、断面形状の加工精度を高くすることができる(図6)。
次に、本発明の面取り加工方法に使用できる面取り加工装置の一例として、図7ないし図11に示す円盤形溝なし砥石3,3を用いた面取り加工装置10を説明する。
この面取り加工装置10は、2つの円盤形溝なし砥石3,3を互いに対向する側面を近接して配置すると共に周面を加工面として使用して、ウェーハ1との接触点の中間位置にウェーハ1の中心を通る直線と両円盤形溝なし砥石3,3の配置上の中心とが一致するように形成して研削、研磨を左右均等に加工ができる。
各円盤形溝なし砥石3,3は、砥石駆動装置11a,11aを備えた砥石支持装置11,11により支持され、この砥石支持装置11,11が各別に上下(Z)方向へ昇降自在に(精密研削用Z軸モータ付き)砥石昇降装置12,12により支持され、さらに、各砥石昇降装置12,12は、固定側部材を基台13に基準がぶれないように確実に固定するとともに移動側部材を上下(Z)方向へ昇降自在に支持する。
ワーク支持装置15は、ウェーハ1を載置する回転テーブル2aとその回転テーブル2aを回転させる(θ軸モータ付き)ワーク載置テーブル回転装置2bを内蔵したワーク取付台2とを設置する台座16と、その台座16を支持する架台17と、この架台17を奥行(Y)方向へ直線移動するために延設されたレール17a,17aに載置されて奥行方向へ直線移動させる奥行方向移動体17b,17bおよびその駆動装置としての(Y軸モータ付き)奥行方向移動装置17cと、このレール17a,17a、奥行方向移動体17b,17bおよび奥行方向移動装置17cごと載置して左右(X)方向へ直線移動するために延設されたレール17d,17dに載置されて左右方向へ直線移動させる左右方向移動体17e,17eおよびその駆動装置としての(X軸モータ付き)左右方向移動装置17fとを具備して、ウェーハ1を回転させ、2つの円盤形溝なし砥石3,3が設けられている位置まで移動して面取り加工できる。
この面取り加工装置10による面取り加工の時に、ウェーハ1に上下方向の変形、振動、バタツキ等による変位を生じたとしても、円盤形溝なし砥石3,3の動きとともに相対的に位置ズレが生じないように加工するため、各レール17a,17aと各レール17d,17dの中間位置から台座16の下端面とウェーハ側昇降装置支持部材33との間で複数個の(ウェーハ側昇降用Z軸)圧電アクチュエータ34a,…,34aからなりウェーハ側昇降装置支持部材33を基準にして台座16ごと上下方向へ移動させるウェーハ側昇降装置34を介装する。
これら各砥石3,3、各砥石駆動装置11a,11a、各昇降装置12,12,34、各移動装置17c,17f等の加工時における動作を制御するための制御装置は、図10の制御系統図に示すように、コントロールボックス19に設けられている操作パネル19aより初期値設定等の入力をして、その設定に基づき面取り加工の動作の制御が行なわれるようにマイクロコンピュータやパソコン等の制御機器を利用した制御部19bから制御信号出力部19cを介して加工装置本体側に設けられた各制御部をそれぞれ内蔵した砥石昇降装置12,12、ウェーハ側昇降装置34、回転テーブル2aを回転させるワーク載置テーブル回転装置2bを内蔵したワーク取付台2、および奥行方向移動装置17cや左右方向移動装置17fを設けた架台17等に対して、動作指示となる制御信号を送出する。
コントロールボックス19は、液晶モニター、キーボード、PBS等を備えて、入力部から各制御装置の動作に必要な初期条件の設定をおこない、必要な制御手順に従って行なう加工動作の指示を出すとともに、その設定条件、加工条件、初期状態や動作状況等の面取り加工に必要な条件や各装置の状態をモニターできるようにする操作パネル19aと、指定された設定条件に従って各円盤形溝なし砥石3,3を回転させる砥石駆動装置11a,11aおよび砥石昇降装置12,12、ウェーハ側昇降装置34、ワーク載置テーブル回転装置2bを内蔵したワーク取付台2、奥行方向移動装置17cや左右方向移動装置17fを設けた架台17等の動作条件を設定して送出すべき制御信号を定める制御部19bと、この制御部19bから出力された信号を受けて指示された動作を行なわせるために必要な制御信号を送出する制御信号出力部19cとを備える。
各制御装置には、図11に示すように、ロボットZ軸モータ、吸着アームR軸モータまたはローダ用アクチュエータを起動してウェーハ1を待機場所から回転テーブル2aまで移送し、アライメント(θ軸、Y軸)モータを作動して偏心度を明らかにし、その偏心度を修正することにより軸心を合わせ、ウェーハ1を回転テーブル2aごと加工位置に移動して位置合せし、ノッチ1nの位置から加工初期の位置を定め、必要に応じて外周端の仕上げ加工用に高速回転するとともに、加工後に表面を洗浄してから、仕上げたウェーハ1を加工済みウェーハ1の集積位置へ移し換えるウェーハセット用制御装置9aと、ウェーハ回転方向、左右方向(X軸方向)、奥行方向(Y軸方向)、仕上げ用上下方向(Z軸方向)等の動作方向を個々に制御する制御装置をまとめたウェーハ加工用制御装置9bと、ウェーハ1の精密加工の前に行なう粗加工用に追加された(粗研削用Z軸モータ付き)砥石上下方向移動装置8に配設された制御対象の装置(総形砥石粗研削用モータ6a、棒状砥石粗研削用モータ7a等)をまとめたウェーハ粗加工用制御装置9cと、ウェーハ1の周上の基準位置を決めるノッチ1nを精密加工するための各駆動装置の制御装置をまとめたノッチ精密加工用制御装置9dとを備える。
これらの各制御装置9a〜9dを制御信号出力部19cから出力された制御信号に基づき制御して、必要な駆動装置Wを起動し、それぞれが他の駆動装置と調和して動作するように制御される。
この面取り加工装置10を使用してウェーハ1の面取り加工するときには、まず、制御部19bから制御信号出力部19cを介してウェーハセット用制御装置9aを駆動して、個々に積まれたウェーハ1又はカセットに収納されたウェーハ1,…,1から1枚のウェーハ1を取り出して回転テーブル2a上に移し、さらに制御部19bからの指示に従い制御信号出力部19cから出力される制御信号により奥行方向移動装置(Y軸モータ)17cを駆動して、ウェーハ1を載せた回転テーブル2aを図8,9に示すウェーハ準備位置から図7および図10に示すウェーハ加工位置まで移動し、移動後に周端の縮径加工を行なう。
周端縮径加工時には、制御部19bからの指示に従い制御信号出力部19cから出力される制御信号により、2つの(精密研削用Z軸モータ付き)砥石昇降装置12,12を駆動して、目標とする周端の形状により図2又は図3に示すようにウェーハ1に対する各円盤形溝なし砥石3,3の位置を定めて配置し、ウェーハ加工用制御装置9bの(θ軸モータ付き)ワーク載置テーブル回転装置2bおよび各円盤形溝なし砥石3の(精密研削用スピンドルモータ付き)砥石駆動装置11a,11aを共に起動し、そして各円盤形溝なし砥石3,3の回転を周端縮径加工時の回転数に調節し、ウェーハ1の回転と円盤形溝なし砥石3,3の回転とを適切に制御して、精度良く研削し、必要な径に近づいてから精密な研磨作業(スパークアウト)に切り換えてウェーハ1の周端部1aにおけるウェーハ径を目標とする形状に合せるように加工する。
続いて、コンタリング加工を行なう。
コンタリング加工のときには、図4,5に示すように、ウェーハ1の上下各面を各円盤形溝なし砥石3,3によりそれぞれ挟むとともに、上下に位置した各円盤形溝なし砥石3,3を各独立に相対位置を調節しながら加工する。
相対的な位置の調節には、制御信号出力部19cから出力される精密加工用上側砥石のZ軸制御信号により精密加工用上側砥石の砥石昇降装置(精密研削用上側砥石Z軸モータ)12の動作を調節し、同時に、制御信号出力部19cから出力される精密加工用下側砥石のZ軸制御信号により精密加工用下側砥石の砥石昇降装置(精密研削用下側砥石Z軸モータ)12の動作を調節して、ウェーハ1の変形、振動、バタツキ等による位置ずれを各円盤形溝なし砥石3,3により抑えるとともに各円盤形溝なし砥石3,3のZ軸方向の位置調節により、上下両面を各別に位置補正しつつコンタリング加工を進め、さらに同時に、制御信号出力部19cから出力されるウェーハ側昇降用Z軸の制御信号によりウェーハ側昇降装置34による昇降動作を調節して、上下両円盤形溝なし砥石3,3とウェーハ1との上下方向の相対的な位置を一定に保ち、また、加工時における各円盤形溝なし砥石3,3の回転をコンタリング加工時の回転数に調節して、ウェーハ1の回転と円盤形溝なし砥石3,3の回転とを適切に制御して、エッジ形状を精度良く研削し、必要な形状に近づいてから精密な研磨作業(スパークアウト)に切り換え、ウェーハ1のエッジ1aの形状を目的とする形状の寸法に合せるように研磨し、加工形状の精度を向上する。
<第1の形態>
本発明のウェーハの面取り加工方法では、一例として示した上記のような加工装置10によって、回転テーブル2a上にウェーハ1を芯だしして載置し、回転して、この回転するウェーハ1を加工する溝なし砥石3をウェーハ周端部1aに接触させてウェーハ1を面取りする面取り加工を行なうが、その際本発明では、特にウェーハ全周で同一の断面形状を形成するときのウェーハ1と砥石3の移動軌跡を基準とし、ウェーハ回転角度位置に応じてZ軸またはY軸のうち少なくとも1軸方向にウェーハ1と砥石3の相対的位置を上記基準軌跡位置から変動させて、加工する動作のために圧電アクチュエータ34aを使用して、ウェーハ1の回転角度位置に応じて異なる断面形状を形成する。
ここで上記基準は、ウェーハ全周で同一の断面形状を形成する場合の、ウェーハ1と砥石3をZ軸およびY軸方向に相対的に移動させる移動軌跡についてのデータを用いることになる。
図12はウェーハ断面の上面側を加工する際の砥石3の相対的な基準軌跡を表し、図13はウェーハ断面の下面側を加工する際の砥石3の相対的な基準軌跡を表している。
上面側の加工では周端1bの曲面開始位置(U1)から、まずO1を中心としてR3+r1の半径で砥石3を円弧状に動作させる。上斜面の開始位置U1´まで到達したら、次に斜めにU1´´まで平行移動させて上斜面1auを形成する。
下面側も同様に、周端1bの曲面開始位置(L1)から、まずO2を中心としてR4+r2の半径で砥石3を円弧状に動作させる。上斜面の開始位置L1´まで到達したら、次に斜めにL1´´まで平行移動させて下斜面1adを形成する。
図10の圧電アクチュエータ34aはウェーハ側昇降用Z軸に設けた例であり、特に高速で回転するウェーハ1の回転角度位置に応じて断面形状を変化させる本発明のウェーハの面取り加工において、その加工を正確に追随させることができる。
そして、図12のようにウェーハ1の回転角度位置としてウェーハ1の中心からの角度で8等分し、前記砥石3とウェーハ1の相対的位置関係をウェーハ1の回転角45度ごとに交互に変更することによって、異なる2種類の断面形状を形成することができる。
また、上記ウェーハ1の回転角45度ごとの前記砥石3とウェーハ1の相対的位置関係の変更の途中の回転角度位置では、連続的にウェーハ形状を変化させることにより、滑らかな変更が繰り返される。このように連続的な形状は、スプライン曲線、双曲線、正弦曲線、楕円弧などの曲線によって形成され、また、一部に直線を含んだ形状であってもよい。
本実施形態において前記砥石とウェーハの相対的位置関係を、前記ウェーハの回転角45度ごとに交互に変更して得られる断面形状としては、次の各種の形状とすることができる。
第1の断面形状は、ウェーハの回転角度位置に応じて異なる2種類のウェーハ半径を形成する。
この場合において、ウェーハ回転角45度ごとに応じてY軸(必要に応じてZ軸を併せて)方向にウェーハ1と砥石3の相対的位置を上記基準軌跡位置から変動させて、ウェーハの回転角度位置に応じた異なる断面形状(A,B)を形成する。
その結果、ウェーハ1は回転角度45度ごとに半径を変化させた状態として、例えば図15のような平面形状の状態になる。なお、図15では、このような半径の変化のない図14の状態と比較してウェーハの半径の大小の差を誇張して表しており、実際にはその差は5ミクロンから50ミクロン程度である。
この場合においても、上記ウェーハ1の回転角45度ごとの前記砥石3とウェーハ1の相対的位置関係の変更の途中の回転角度位置では、連続的にウェーハ半径を変化させることが好ましい。このように連続的な形状は、スプライン曲線、双曲線、正弦曲線、楕円弧などの曲線によって形成され、また、一部に直線を含んだ形状であってもよい。
第2の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅X1,X2を一定にしたまま、ウェーハ先端の円弧の半径の大きさが異なるようにする。
すなわち、図16に示す基準の断面形状に対して、図17、図18では、実線で描かれたウェーハ先端の円弧の半径の大きさが異なっている。
第3の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅X1,X2とウェーハ先端部の直線長さX3を一定にしたまま、ウェーハ先端の曲線を異なるようにする。
図16に対して図19、図20は、このように面取り幅X1,X2とウェーハ先端部の直線長さX3を一定にしたまま、ウェーハ先端の曲線を異なるように変化させた状態を表わしている。曲線としては、スプライン曲線、双曲線、正弦曲線、楕円弧などに形成する。
第4の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅X1,X2を一定にしたまま、ウェーハ先端斜面の角度の大きさが異なるようにする。
ウェーハ先端斜面の角度の大きさに変化がない図16に対して図21、図22では、ウェーハ先端斜面の角度の大きさに変化が付けられ、これに伴い周端1bの面取り幅X3も異なっている。
また本発明では、ウェーハ1の回転角度位置に応じて上記の各種の異なる断面形状を形成する面取り加工方法の実施に際しては、前記ウェーハ1と砥石3をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端に、それぞれ所望の断面形状を形成するように砥石3をウェーハ1に接触させる軌跡に対して、ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置を所定の量だけずらして、ウェーハ先端からら遠ざかるにしたがってもとの円弧または曲線の軌跡に徐徐に戻しながら加工するウェーハの面取り加工を実施することができる。
また本発明では、ウェーハ1の回転角度位置に応じて上記の各種の異なる断面形状を形成する面取り加工方法の実施に際しては、先ず前記ウェーハ1と砥石3をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端に所望の断面形状を加工し、その後工程でウェーハ先端直線部に砥石3を再度接触させZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端直線部をもとの直線に対して所定の角度を傾けて加工するウェーハの面取り加工を実施することができる。
<第2の形態>
図23に示す本願発明のウェーハの面取り加工方法では、第2の実施形態として、上記のような面取り加工装置10によって、回転テーブル2a上にウェーハ1を芯だしして載置し、回転して、溝なし砥石3をウェーハ周端部1aに接触させてウェーハ1を面取りするに際して、前記ウェーハ1と砥石3がZ軸およびY軸を相対的に動作させてウェーハ全周の先端に同一の断面形状を形成するように砥石3をウェーハ1に接触させる軌跡(二点鎖線部分)に対して、ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置を所定の量だけずらして、ウェーハ先端から遠ざかるにしたがってもとの円弧または曲線の軌跡に徐徐に戻しながら加工する(実線部分)ことによって、ウェーハ全周の先端に同一の断面形状を形成する。
このように面取り工程の変形を見込んだ上下非対称(X3U<X3L)の断面形状に形成することによって、面取り工程の終了後に上下対称(X3´U=X3´L)な断面形状(二点鎖線部分)となるようにすることができる。
<第3の形態>
また、図24の正常な断面形状を形成しようとしても面取り工程中に砥石3からの圧力によってウェーハ1が図25のように変形するため、この状態でウェーハ先端直線部(周端1b)を垂直に加工すると、面取り工程終了後にウェーハ先端直線部(周端1b)が元に戻った際に図26のように非対称な形状になり正常な断面形状にはならなかった。
そこで第3の実施形態として、上記のような加工装置10によって、回転テーブル2a上にウェーハ1を芯だしして載置し、回転して、溝なし砥石3をウェーハ周端部1aに接触させてウェーハ1を面取りするに際して、前記ウェーハ1と砥石3をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端に所望の断面形状を加工し、その後面取り工程で、図27のように、ウェーハ先端直線部に砥石3を再度接触させZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端直線部をもとの直線に対して所定の角度を傾けて加工する。
このように面取り工程の変形を見込んでウェーハ先端直線部(周端1b)をもとの(垂直な)直線に対して所定の角度を傾けて加工することによって、面取り工程の終了後に上下対称な断面形状(図24)となるようにすることができる。
<第4の形態>
本願発明のウェーハの面取り加工方法では、第4の実施形態として、上記の各実施形態において、ウェーハの各種断面を投影画像にて測定して、ウェーハ先端が所望の断面形状となるように、砥石とウェーハのZ軸およびY軸の動作量を決定する。
その投影画像を得る手段としては、図28に示すように、照明器50からの平行光を、回転するウェーハ1のエッジ1a付近に照射して、CCDカメラ51で受光し、ウェーハ1の全周について、所望の断面形状を形成するための情報を得て、砥石3とウェーハ1のZ軸およびY軸の動作量を決定する。
1 ウェーハ
1a エッジ(周端部)
1au 上斜面
1ad 下斜面
1b 周端
1c 円弧
1d 斜め条痕
1e (逆向きの)斜め条痕
1n ノッチ
2 ワーク取付台
2a 回転テーブル
2b (θ軸モータ付き)ワーク載置テーブル回転装置
3 円盤形溝なし砥石
8 (粗研削用Z軸モータ付き)砥石上下方向移動装置
9a ウェーハセット用制御装置
9b ウェーハ加工用制御装置
9c ウェーハ粗加工用制御装置
9d ノッチ精密加工用制御装置
10 面取り加工装置
11 砥石支持装置
11a (精密研削用スピンドルモータ付き)砥石駆動装置
12 (精密研削用Z軸モータ付き)砥石昇降装置
13 基台
15 ワーク支持装置
16 台座
17 架台
17a,17d レール
17b 奥行(Y)方向移動体
17c (Y軸モータ付き)奥行方向移動装置
17e 左右(X)方向移動体
17f (X軸モータ付き)左右方向移動装置
19 コントロールボックス
19a 操作パネル
19b 制御部
19c 制御信号出力部
33 ウェーハ側昇降装置支持部材
34 ウェーハ側昇降装置
34a (ウェーハ側昇降用Z軸)圧電アクチュエータ
50 照明器
51 CCDカメラ
R1,R2,R3,R4,r1,r2 半径
W 駆動装置
X1,X2,X3 面取り幅
X,Y,Z,θ (移動方向を示す)矢印
α1,α2 角度
O1,O2 中心
U1,L1 軌跡

Claims (14)

  1. 回転テーブル上にウェーハを芯だしして載置し、回転して、この回転するウェーハを加工する溝なし砥石をウェーハ周端部に接触させてウェーハを面取りする面取り加工方法であって、
    前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に移動させてウェーハ全周で同一の断面形状を形成する移動軌跡を基準とし、
    ウェーハ回転角度位置に応じてZ軸またはY軸のうち少なくとも1軸方向にウェーハと砥石の相対的位置を上記基準軌跡位置から変動させて加工する動作のために、圧電アクチュエータを使用して、上記ウェーハの回転角度位置に応じて異なる断面形状を形成するウェーハの面取り加工方法。
  2. 前記ウェーハの回転角45度ごとの回転角度位置において互いに異なる2種類の断面形状を交互に形成するように、前記砥石とウェーハの相対的位置関係を交互に変更することを特徴とする請求項1記載のウェーハの面取り加工方法。
  3. 前記ウェーハの回転角45度ごとの回転角度位置では互いに異なる2種類の断面形状を交互に形成するとともに、上記ウェーハの回転角45度ごとの途中の回転角度位置では、連続的にウェーハの断面形状を変化させるように、前記砥石とウェーハの相対的位置関係を変更することを特徴とする請求項記載のウェーハの面取り加工方法。
  4. 前記ウェーハの回転角45度ごとの回転角度位置において互いに異なる2種類のウェーハ半径を交互に形成するように、前記砥石とウェーハの相対的位置関係を交互に変更することを特徴とする請求項1記載のウェーハの面取り加工方法。
  5. 前記ウェーハの回転角45度ごとの回転角度位置では互いに異なる2種類のウェーハ半径を交互に形成するとともに、上記ウェーハの回転角45度ごとの途中の回転角度位置では、連続的にウェーハ半径を変化させるように、前記砥石とウェーハの相対的位置関係を変更することを特徴とする請求項記載のウェーハの面取り加工方法。
  6. 前記2種類の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅を一定にしたまま、ウェーハ先端の円弧の大きさが異なるようにする請求項2または請求項3記載のウェーハの面取り加工方法。
  7. 前記2種類の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅とウェーハ先端部の直線長さを一定にしたまま、ウェーハ先端の曲線を異なるようにする請求項2または請求項3記載のウェーハの面取り加工方法。
  8. 前記2種類の断面形状は、ウェーハ先端斜面の面取り幅を一定にしたまま、ウェーハ先端斜面の角度の大きさが異なるようにする請求項2または請求項3記載のウェーハの面取り加工方法。
  9. 前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端に所望の断面形状を形成するように砥石をウェーハに接触させる軌跡に対して、
    ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置を所定の量だけずらして、
    ウェーハ先端から遠ざかるにしたがってもとの円弧または曲線の軌跡に徐徐に戻しながら加工する請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載のウェーハの面取り加工方法。
  10. 前記ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置のずらし量は、ウェーハ回転角で異なるずらし量とする請求項9記載のウェーハの面取り加工方法。
  11. 前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端に所望の断面形状を加工したあと、
    ウェーハ先端直線部に砥石を再度接触させZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端直線部をもとの直線に対して所定の角度を傾けて加工する請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載のウェーハの面取り加工方法。
  12. 回転テーブル上にウェーハを芯だしして載置し、回転して、この回転するウェーハを加工する溝なし砥石をウェーハ周端部に接触させてウェーハを面取りする加工方法であって、
    前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ全周の先端に同一の断面形状を形成するように砥石をウェーハに接触させる軌跡に対して、
    ウェーハ先端直線部からの円弧または曲線開始位置を所定の量だけずらして、
    ウェーハ先端から遠ざかるにしたがってもとの円弧または曲線の軌跡に徐徐に戻しながら加工するウェーハの面取り加工方法。
  13. 回転テーブル上にウェーハを芯だしして載置し、回転して、この回転するウェーハを加工する溝なし砥石をウェーハ周端部に接触させてウェーハを面取りする加工方法であって、
    前記ウェーハと砥石をZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ全周の先端に同一の断面形状を加工したあと、
    ウェーハ先端直線部に砥石を再度接触させZ軸およびY軸方向に相対的に動作させてウェーハ先端直線部をもとの直線に対して所定の角度を傾けて加工するウェーハの面取り加工方法。
  14. 前記ウェーハの断面を投影画像にて測定して、ウェーハ先端が所望の断面形状となるように、砥石とウェーハのZ軸およびY軸方向の動作量を決定する請求項1ないし請求項13のいずれか一項に記載のウェーハの面取り加工方法。
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