JP5708147B2 - 研削ホイール、両頭研削加工方法およびシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
この特許文献1には、セラミックスや石材を研削する研削ホイールが開示されている。この研削ホイールのチップ間スリット(互いに隣り合うチップの向かい合う側辺、当該隣り合うチップの基端同士を結ぶ線、および、先端同士を結ぶ線で規定される領域)には、平均粒径が100μm〜2000μmの超砥粒が単層固着されている。
この特許文献2には、研削ホイールの中心孔から研削液を供給するとともに、ウェーハの中心部を冷却液で冷却する方法が開示されている。
ホイールベース91は、円板状の円板部911と、この円板部911の外縁から円環状に突出する凸部912とを備える。円板部911の中央には、当該円板部911の両面を貫通する研削液供給孔913が設けられている。この研削液供給孔913を介して、研削ホイール9内(砥石92内)に、研削液が供給される。
砥石92は、砥粒をビトリファイドボンドで結合することにより形成されている。この砥石92は、円環状の砥石ベース921と、この砥石ベース921の外周方向に沿って設けられた複数のチップ922とを備える。チップ922は、図2に示すように、高さ寸法H91(チップ922の基端から先端までの寸法)が12mmであり、かつ、厚さ寸法が3mmの長方形板状に形成されている。また、隣り合うチップ922のチップ間隔寸法D91は、1mmに設定されている。このような構成により、砥石ベース921と、互いに隣り合うチップ922との間に、高さ位置に関係なく幅寸法がチップ間隔寸法D91と等しいチップ間スリットS9が形成される。
この際、研削液の供給流量を、4水準あるいは5水準に設定して研削を行った。また、研削液の供給流量以外の研削条件(ウェーハ1枚あたりの研削時間、研削ホイール9の回転速度など)を、全ての研削において同じにした。
そして、各高さ寸法H91における、研削液の供給流量(L/min)と、ウェーハWの品質との関係を調べた。その結果を、図3に示す。
ここで、Bowとは、ウェーハ全体としての反りを表現する指標の1つであって、ウェーハの中心基準面からウェーハの中点における中心面までの変位により表すものであり、このときの中心基準面は中心面上の3点(Bow−3P)又はベストフィット(Bow−bf)基準により作られるものである。よって、Bow値にあってはプラス(+)で表されたものは凸型の反りを有するものとなり、マイナス(−)で表されたものは凹型の反りを有するものとなる。例えば、光学センサ式の平坦度測定器(LapmasterSFT社製Wafercom)等を使用して反り量を測定することができる。
この近似曲線から、ウェーハWの品質が良くなる(平均Bow−bfが0μmとなる)研削液の供給流量が、高さ寸法H91によって異なることが推定できる。この結果は、供給流量を含む全ての研削条件を、一定にした条件で研削を行うと、チップ922が摩耗するにしたがってウェーハWの反り量が大きくなるという、従来の問題点と一致する。
そこで、本発明者は、研削液の供給流量を調整することなく、品質を安定させることができる方策を検討し、チップの高さ寸法が低くなるにしたがって、スリット面積(チップ間スリットの面積)が小さくなるという点に着目した。
しかし、研削液の供給流量を1.6L/minで一定にした場合における、各高さ寸法H91での推定流出流速を算出すると、図4に実験例として示すような近似曲線が得られた。
この結果から、高さ寸法H91が7mm以上12mm以下の場合には、推定流出流速が目標水準に近い値で推移する一方で、7mmよりも小さくなるにしたがって、推定流出流速が目標水準から離れていくと推定できる。
以上のことから、チップ922の摩耗が進展して高さ寸法H91が小さくなっていく場合でも、推定流出流速が目標水準に近い値で推移するように、スリット面積の大きさが変化すれば、研削液の供給流量を調整しなくても、ウェーハWの品質が安定して良くなると推定できる。
本発明は、このような知見に基づいて、完成されたものである。
このため、チップの高さ位置に関係なくチップ間隔寸法を一定に設定した従来の構成と比べて、チップが基端側まで摩耗した段階でのスリット面積を大きくすることができる。したがって、研削液の供給流量を一定にした場合でも、チップの摩耗が基端側まで進展したときにおける推定流出流速が、従来よりも遅くなり、当該推定流出流速が上記目標水準に近づけることができる。よって、全ての研削条件を一定にして、複数の被研削物を順次研削した場合でも、チップ摩耗による被研削物の反りの悪化を抑制することができ、品質を安定させることができる。
A(H)=C/F(H) … (1)
すなわち、供給流量Cを一定に制御するように設定した場合であっても、供給流量制御の機械的精度によって多少の流量変動は避けられず、許容されるA(H)の値も若干変化することになる。また、被研削物の反り量が0になるときのF(H)の値を採用しているが、実質的に0に近い値であれば同様の反り量抑制効果が得られることは言うまでもないことである。式(1)は研削ホイールの設計指針であって、これにほぼ類似するような範囲に設計することも含むものである。
例えば、装置における研削液の供給流量Cの公差を±0.1L/min設定とした場合には、その幅において発生する流速F(H)の差は約±10mm/secと試算され、A(H)は、このような差に対応する許容範囲を持つものである。
また、F(H)は、反り量が0とならなかった場合の複数の流速に基づいて、反り量が0となるような流速を推定することで得られたものであってもよい。例えば、図3に示すように、研削液の供給流量を数水準で変化させたが、反り量が0となるような結果を得られなかった場合であっても、図4に示すように、目標水準となる推定流出流速の近似曲線を得ることができる。この近似曲線から、F(H)を求めてもよい。
なお、図4の近似曲線から求められるF(H)は、以下の数式(2)で表される。
F(H)=122.22×H-0.505 … (2)
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、研削液を用いて板状の被研削物としてのシリコンウェーハの両面を研削する上述の両頭研削加工方法を備えることを特徴とする。
[研削ホイールの構成]
図5に示すように、両頭研削加工装置1に適用される研削ホイール3は、ホイールベース91と、砥粒をビトリファイドボンドで結合することにより形成された砥石32とを備える。砥石32は、図6にも示すように、砥石ベース921と同じ円環状の砥石ベース321と、この砥石ベース321の外周方向に沿って互いに離れて設けられた複数のチップ322とを備える。
なお、チップ322は、円環状の砥石を切削することで形成されたものであってもよいし、予め砥石ベース321とチップ322に対応する形状のプレス型を製造しておき,当該プレス型に材料を充填して、加圧、焼成することで形成されたものであってもよい。また、砥石32は、ビトリファイドボンドタイプ以外のものであってもよい。
A(H)=C/F(H) … (1)
H:チップ322の高さ寸法(mm)
A(H):チップ322の高さ寸法がHの場合におけるチップ間スリットS1の
面積の総和(mm2)
C:ウェーハWの研削時に砥石内に供給する研削液の供給流量(mm3/sec)
F(H):チップ322の高さ寸法がHの場合において、ウェーハWの反り量が
0になるときのチップ間スリットS1から流出する研削液の流速
(mm/sec)
F(H)=122.22×H−0.505 … (2)
次に、上述の研削ホイール3を用いた両頭研削加工方法について説明する。
図5に示すように、2個の研削ホイール3を両頭研削加工装置1に装着する。そして、研削ホイール3をウェーハWの両面にそれぞれ押し当てるとともに、研削ホイール3内に研削液を供給し、ウェーハWを回転させることで、ウェーハWを研削する。その後、当該研削したウェーハWを新しいウェーハWに交換して、次の研削を行う。
上述したような本実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
(1)互いに隣り合うチップ322の間隔寸法が、チップ322の先端側よりも基端側の方が大きくなるように、研削ホイール3を形成している。このため、チップ322の間隔寸法を高さ位置によらず一定にした場合と比べて、チップ長方形部324の全体とチップ台形部323の一部とが摩耗したときのスリット面積を、大きくすることができる。したがって、このように摩耗した状態における推定流出流速を、従来よりも遅くすることができる。よって、チップ322の摩耗が進展した場合でも、ウェーハWの品質を安定させることができる。さらには、研削ホイール3の長寿命化を図ることもできる。
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において種々の改良および設計の変更などが可能である。
すなわち、研削ホイールのチップの形状としては、図7や図8に示すようにしてもよい。
このような構成により、砥石ベース321と、互いに隣り合うチップ322Aとの間に、高さ位置が高くになるにしたがって幅寸法が小さくなるチップ間スリットS11が形成される。
このような構成により、砥石ベース321と、互いに隣り合うチップ322Bとの間に、高さ位置が高くなるにしたがって幅寸法が小さくなるチップ間スリットS21が形成される。
例によってなんら限定されるものではない。
一方で、実施例の研削ホイールとして、図6に示すような研削ホイール3を準備した。また、比較例の研削ホイールとして、図2に示す実験例の研削ホイール9を準備した。実施例および比較例の研削ホイールの特性を、以下の表1に示す。
A(H)=(1.6×1003/60)/(122.22×H−0.505) … (3)
図10に示すように、実施例の研削ホイールでは、高さ寸法H1が7mm以上12mm以下の場合に加えて、7mm未満となった場合においても、目標水準に近い値で推移する近似曲線が得られた。このことから、実施例の研削ホイールでは、研削液の供給流量を含む全ての研削条件を一定にして、複数のウェーハWを順次研削すると、チップ322の高さ寸法H1が7mm以上の場合に加えて、7mm未満となった場合でも、ウェーハWの品質が安定する(Bow−bfがほぼ0μmとなる)と考えられる。
実施例における結果を図11に示す。なお、比較例における結果は、図3に実験例として示した通りである。
これに対し、図11に示すように、実施例の場合、高さ寸法H1が3.0mm〜12.0mmの範囲では、供給流量が1.6L/minにおける平均Bow−bfが、約1μm〜約5μmであった。
以上のことから、高さ寸法がほぼ同じ範囲では、実施例におけるウェーハの品質が、比較例よりも安定して良くなることが確認できた。特に、摩耗が進展した段階に対応する、高さ寸法が約3.0mmの場合においても、実施例では、高品質のウェーハを提供できることが確認できた。
32,32A,32B…砥石
322,322A,322B…チップ
91…ホイールベース
W…ウェーハ(被研削物)
Claims (5)
- 研削液を用いた被研削物の研削に用いられる研削ホイールであって、
略板状のホイールベースと、
前記ホイールベースの一面から環状に突出するように設けられ、前記被研削物に押し当てられる砥石と、を備え、
前記砥石は、前記環状の外周方向に沿って設けられた複数のチップを有し、
隣り合うチップの間隔寸法は、チップの先端側よりも基端側の方が大きくなるように設定されていることを特徴とする研削ホイール。 - 請求項1に記載の研削ホイールにおいて、
チップの高さ寸法(チップの基端から先端までの寸法)を、H(mm)、
チップ間スリット(互いに隣り合うチップの向かい合う側辺、当該隣り合うチップの基端同士を結ぶ線、および、先端同士を結ぶ線で規定される領域)の面積の総和を、A(H)(mm2)、
被研削物の研削時に砥石内に供給する研削液の供給流量を、C(mm3/sec)、
チップ間スリットから流出する研削液の流速を、F(H)(mm/sec)、とし、
前記研削液の供給流量Cを一定とした場合に、
前記隣り合うチップの間隔寸法は、
研削処理に供することで摩耗するチップの高さ寸法Hの変化によって上昇する流速F(H)を、研削処理後の被研削物の反り量が目標範囲となる流速F(H)にまで低下させるのに必要な、チップ間スリットの面積の総和A(H)となるように設定されていることを特徴とする研削ホイール。 - 請求項1または請求項2に記載の研削ホイールにおいて、
前記隣り合うチップの間隔寸法は、
チップの高さ寸法(チップの基端から先端までの寸法)を、H(mm)、
チップの高さ寸法がH(mm)の場合における、チップ間スリット(互いに隣り合うチップの向かい合う側辺、当該隣り合うチップの基端同士を結ぶ線、および、先端同士を結ぶ線で規定される領域)の面積の総和を、A(H)(mm2)、
被研削物の研削時に砥石内に供給する研削液の供給流量を、C(mm3/sec)、
チップの高さ寸法がH(mm)の場合において、被研削物の反り量が0になるときの、チップ間スリットから流出する研削液の流速を、F(H)(mm/sec)、
とした場合に、以下の式(1)を満たすように設定されていることを特徴とする研削ホイール。
A(H)=C/F(H) … (1) - 研削液を用いて板状の被研削物の両面を研削する両頭研削加工方法であって、
請求項1から請求項3のいずれかに記載された研削ホイールの砥石を、前記被研削物の両面にそれぞれ押し当てる工程と、
前記研削ホイール内に研削液を供給しつつ、前記被研削物を研削する工程とを備えることを特徴とする両頭研削加工方法。 - 研削液を用いて板状の被研削物としてのシリコンウェーハの両面を研削する請求項4に記載の両頭研削加工方法を備えることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
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