JPH02274459A - 半導体ウェーハの自動平面研削方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はインゴットからスライスしたウェーハのラッ
ピングを行う半導体ウェーへの自動平面研削方法及びそ
の研削装置に関するものである。

［従来の技術］ 半導体ウェーハ製造工程において、スライス後のウェー
ハは両面ラッピングマシーンで機械研磨されるが、ラッ
ピングマシーンでのウェーハの脱着は自動化が困難であ
り、さらに大口径ウェーハの人手によるハンドリングに
は破損の危険が伴う。

このような不都合に対してラッピングマシーンの代替と
して自動平面研削盤による機械研磨工程の自動化が試み
られている。例えば特開昭６３−８４８５８号公報には
、半導体ウェーハ製造工程１；適用される自動両面研削
装置が開示されていて、被研削物の両面を自動的かつ連
続的に一貫研削加工することのできる技術を提供してい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記文献に示された自動両面研削装置は
別として、従来の半導体ウェーハ用の研削盤はもともと
デバイス工程のウェーハの裏面研削に限られて用いられ
てきたものであって、そのため高精度な加工能力は要求
されておらず、本格的なラッピングマシーンの加工精度
と比べて著しく劣るものであった。

そこで、本発明者らは従来の平面研削盤を半導体ウェー
ハ加工工程に用いるラッピングマシーンの代替品として
使えるものにするために多くの実験を重ねた結果、研削
後のウェーハは第４図（ａ）。

（ｂ）の模式斜視図に示すように中心対称の中低（ａ）
又は中高（ｂ）の表面形状を呈することを見出し、その
原因は下記の２点にあることを解明した。

１）ウェーハの自動研削がなされるに従って順次系の温
度が上昇し、装置各部の支持台が熱膨張によりそるよう
になり砥石回転軸、ウェーハ吸着台回転軸の平行度が悪
化することによる。

２）ダイヤモンド砥石の摩耗、切り粉の目詰りにより研
削抵抗が変化し、砥石の回転面が被研削材から逃がれよ
うとし、砥石回転軸の平行度が悪化する。

このように従来の平面研削盤は高精度な加工が出来ずラ
ッピングマシーンの代替品として使用できなかった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、従来の自動平面研削盤の欠点をカバーする装置
と研削方法について研究を重ねた結果、装置に改良加工
を行うことにより高精度の平面研削と安定した加工形状
が得られる半導体つ工−ハラッピング用の自動平面研削
方法及びその研削装置を開発したので、その技術を提供
することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体ウェーへの自動平面研削方法は、
自動平面研削盤を用い、研削中のスライス後のウェーハ
の表面形状（平坦度）を測定し、この測定結果を研削盤
の制御系にフィードバックし、このフィードバック情報
にもとづく砥石回転軸の角度を調整して修正しながら研
削加工を行うものである。

また、この発明に係る半導体ウェーハラッピング用の自
動平面研削盤は研削加工中のウェーハの表面形状を測定
する例えば静電容量ギャップセンサ又は電気式マイクロ
メータなどからなる複数個の測定子と、砥石回転軸の角
度を例えば複数個の圧電素子を用いて微調整する機構と
を備えたものである。

［作用］ この発明においては、自動平面研削盤にウェーハ表面の
平坦度（形状）を測定する測定子と砥石回転軸の微調整
機構とを設けたので、この研削盤による研削中は常時測
定子の出力を砥石回転軸角度の制御系にフィードバック
して角度の微調整が行われる。例えば基準平坦面より大
きい面に対しては砥石はウェーハ面に圧接するように傾
いて研削を行い、逆の場合は圧接しない方向に傾き研削
を弱めるように働いて自動的な平面研削が行われる。こ
のようにして連続的にウェーハを研削する場合、研削系
の温度変動や研削抵抗の変動による砥石回転軸の変動に
対しても同様に回転軸角度が補正されるので安定した連
続研削加工がスムーズに行われる。

［実施例］ はじめに、この発明の自動平面研削方法を実施するため
に用いた自動平面研削盤の構造を説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す自動平面研削盤の模
式図による要部上面図であり、第２図は′第１図の上面
図の要部断面図である。

第１図及び第２図の実施例において、その基本構成部分
は従来から用いられている自動研削盤と同じであるので
、はじめにその基本構成と動作について説明する。

研削しようとする半導体ウェーハ３は被研削材吸着台２
の上に載置されて固定される。被研削材吸着台２は図示
しない通常の吸着機構を有する吸着台駆動機構にとりつ
けられ軸ｌＯを中心にして水平方向に回転するようにな
っている。一方、ダイヤモンドカップ砥石（以下砥石と
いう）８が周辺又は周辺の一部に装着された砥石板１１
は模式的に示した砥石板回転駆動機構１２のスピンドル
９に取付けられて回転するようになっている。砥石板１
１は研削に当っては図示しない送り機構によって第２図
の上下方向に移動可能であり、砥石８の先端は回転しな
がら回転する半導体ウェーハ３に圧接されることにより
半導体ウェーハ３の表面を平面研削するようになってい
る。

この発明の構成は上記の基本機構に研削加工時に半導体
ウェーハ３の表面形状（実施例では平坦度）を測定する
測定子と、砥石回転軸の角度を微調整する機構とを設け
、たちのである。

被研削材吸着台２の表面に半導体ウェーハ３をアース電
位にするためのステンレススチール製のアース電極１を
取付け、その上に第２図に示すように半導体ウェーハ３
を吸着により固定する。さらに複数個（実施例では５個
）の静電容量式ギャップセンサ４からなるウェーハ表面
形状測定用の測定子を保持板１３に固定して、半導体ウ
ェーハ３の上部にウェーハの半分面内の周辺端から中心
部までの間をカバーするように測定子を並設した。

この測定子は電気式マイクロメータであってもよい。こ
の静電式ギャップセンサ４の出力はマイクロコンピュー
タ５でデータ処理されて半導体ウェー／１３の研削面と
測定子面とのギャップ（間隔）が測定されるようになっ
ている。

また、回転駆動機構１２は、図示しない適宜な保持装置
により若干の遊動が可能なように保持されていて、例え
ば圧電素子６ａが主体として組込まれた複数個の砥石回
転軸微調整機構（以下微調整機構という）６を介してア
ース電位の基準フレーム１４に取付けられる。基準フレ
ーム１４はＸ方向に全体が移動し、砥石８が半導体ウェ
ーハ３を研削する。ここで、微調整機構６は回転駆動機
構１２の外壁に、平面的には第１図にみられるようにＸ
−Ｙ軸方向に少くとも２個、立体的には第２図のように
上下方向にそれぞれ少くとも２個設けられて、スピンド
ル９の軸方向の角度を微調整できるようになっている。

微調整機構６は各圧電素子６ａに印加される電圧による
電歪効果から得られる圧電素子６ａの伸び縮みによって
生ずる微小変位によって微調整が達成される。なお、こ
の圧電素子６ａは圧電素子に限定されず、他の同種な結
果を有する素子を用いることは自由である。また、圧電
素子６ａに印加される電圧は静電容量式ギャップセンサ
４の出力にもとづいてマイコン５が出力する電圧が使用
されるように配線されている。したがって、スピンドル
９の角度が例えば第２図において上部からみて右側へ傾
けば砥石８の半導体ウェーハ３への圧力は強くなり、傾
く前に比べて研削力が強くなるし、逆の場合は弱まる方
向に働く。

この角度微調整はＸ方向のみならずＹ方向にも行われる
から二次元の角度調整が行われる。

つぎに、第１図及び第２図の実施例装置を用いた場合の
半導体ウェーハの平面研削方法について説明する。

半導体ウェーハ３を被研削材吸着台２に固定したのち、
この吸着台２を所定の回転方向に回転するとともに砥石
板１１を所定の回転方向に回転して砥石８を半導体ウェ
ー／１３に圧接して表面研削をはじめる。半導体ウェー
ハ３は複数個の一連に並んだ静電容量式ギャップセンサ
ー４によって、研削加工中での半導体ウェーハ研削面と
ギャップセンサーとの距離が測定される。吸着台の１回
転の間に半導体ウェーハ全面の厚み情報がこのギャップ
センサーからマイコン５に送られる。マイコンにおいて
二〇ウェーハ全面での厚み情報よりつ工−ハ形状を計算
し目的とする形状に必要な砥石回転軸角度を算出し、微
調整機構６を通して砥石回転軸角度を修正する。測定に
際してクーラント液が測定の妨害となるのを防ぐためエ
アーノズル７からエアーが被研削材に吹きつけられる。

以上のような研削方法によって連続して５０枚の６イン
チのシリコンウェーハを高平坦度の表面を達成する目的
で加工した結果を説明する。

第３図はその結果を示す線図である。図において横軸は
研削処理したシリコンウェーへの枚数を示し、縦軸はＴ
　Ｔ　Ｖ　（Ｔｏｔａｌ　Ｔｈ１ｃｋｎｅｓｓ　Ｖａｒ
ｌａｔｌｏｎの略：ウェーハ面内厚みのバラツキ）を示
す。なお、第３図では、上記の方法を用いた自動修正を
行ったものを白丸印で示し、自動修正を行なわない従来
の方法によるものを黒三角印で示してこの発明の効果を
比較して示している。また、この実験においては比較の
正確さを期すため、吸着面側のウェーハ形状が、加工後
の平坦度に影響を与えないように研削材はＴＴＶが０．
３−以下のものを使用した。第３図に示すように回転軸
自動修正機構を用いた場合と用いなかった場合について
、ＴＴＶの推移は著しく違い、回転軸自動修正機構によ
り系の温度変動、研削抵抗の変動による加工形状への悪
影響は完全に抑制されている。すなわち、自動修正しな
い場合は、処理枚数に応じてＴＴＶは大きくなってゆく
のに対して、この発明によって自動修正を行ったものは
連続５０枚の処理に対してもＴＴＶの値はほぼ一定値を
示している。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、加工中の半導体ウェー
ハの表面形状を測定子を用いて測定し、そのデータにも
とづいて砥石回転軸の角度を研削加工中化に修正する方
法とその装置を確立したので半導体ウェーハの連続研削
において温度変動、研削抵抗の変化に対しても高精度に
平坦度の優れた研削加工が可能となり、安定した研削加
工形状が保証される自動研削方法とその装置が提供でき
た。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す半導体つ工−ハの自
動平面研削盤の上面図、第２図は第１図の実施例装置の
断面図、第３図はこの発明の研削方法における自動修正
を行った場合と自動修正を行わなかった場合との処理枚
数とＴＴＶの比較実験結果を示す線図、第４図（ａ）　
、　（ｂ）は従来の平面研削盤による加工後のウェーハ
形状を示す模式斜視図である。 図において、１はアース電極、２は被研削材吸着台、３
は半導体ウェーハ、４は静電容量式ギャップセンサ、５
はマイコン、６は砥石回転軸微調整機構、６ａは圧電素
子、７はエアーノズル、８はダイヤモンドカップ砥石、
９はスピンドル、１０は回転軸、１１は砥石板、１２は
回転駆動機構、１３は保持板、１４は基準フレームであ
る。 第 図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自動平面研削盤によるスライス後の半導体ウェー
   ハの研削方法において、 研削中の前記半導体ウェーハの表面形状を測定し、この
   測定結果を前記自動平面研削盤の制御系にフィードバッ
   クし、このフィードバック情報にもとづいて砥石回転軸
   の角度を調整しながら研削加工を行うことを特徴とする
   半導体ウェーハの自動平面研削方法。
2. （２）スライス後のウェーハを研削加工する半導体ウェ
   ーハの自動平面研削装置において、 研削加工時の前記半導体ウェーハの表面形状を測定する
   複数個の測定子と、 これら測定子のデータにもとづいて研削面への砥石の圧
   力を微調整する砥石回転軸の角度調整機構とを備えたこ
   とを特徴とする半導体ウェーハの自動平面研削装置。