JPH11188585A - Grinding method of wafer - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the parallel degree of both sides of a wafer and the flatness of each side by nipping both sides of the wafer by grinding tools formed by setting abrasive grains by a binder to simultaneously grind both the sides, and then wrapping both the sides of the wafer one by one with a free abrasive material being interposed. SOLUTION: Both sides of a wafer which is a work are nipped by two grinding tools formed by setting abrasive grains by a binder and simultaneously ground. Examples of the grinding tool include a cylindrical rotating tool formed by setting fine abrasive grains consisting of hard particles by a binder so as to leave fine cavities. The warp and waviness of the wafer are thus removed. The circumference of the circular wafer is roughly chamfered. One side of the thus-machined wafer is finely ground by wrapping which is grinding with a free abrasive material being interposed, and the other side is then finely ground in the same manner. According to this, the precision of flatness of each side can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はウェーハの研削加工
方法に関する。The present invention relates to a method for grinding a wafer.

【０００２】[0002]

【従来の技術】シリコンウェーハ等の薄板状の被加工物
（以下、「ウェーハ」という）を研磨（研削）する研磨
装置として、両面ラッピング装置がある。従来の両面ラ
ッピング装置では、遊星歯車機構が駆動機構として応用
されており、太陽ギヤである外歯車と内歯車とを異なる
角速度で回転することによって、その両者に歯合してウ
ェーハを透孔中に保持したキャリアを、自転させると共
に公転させる構成を備える。キャリアは遊星歯車に相当
する。そして、そのキャリアの上下にそれぞれ配された
上定盤と下定盤とによってウェーハを上下から挟むと共
に、その各定盤とウェーハとの間にスラリー（遊離砥粒
を含む研磨液）を供給し、ウェーハに対して各定盤が上
記の駆動機構等によって相対的に移動（回転及び／又は
揺動運動）されることでウェーハの両面を同時に研磨で
きる。なお、上記のようなラッピングによる研磨は、広
義の研削加工に属する。2. Description of the Related Art As a polishing apparatus for polishing (grinding) a thin workpiece (hereinafter, referred to as a "wafer") such as a silicon wafer, there is a double-sided lapping apparatus. In a conventional double-sided lapping apparatus, a planetary gear mechanism is applied as a drive mechanism. By rotating an external gear and an internal gear, which are sun gears, at different angular velocities, the two gears mesh with both of them, and the wafer is formed through a hole. , The carrier held by the device is rotated and revolved. The carrier corresponds to a planetary gear. Then, the wafer is sandwiched from above and below by an upper platen and a lower platen respectively arranged above and below the carrier, and a slurry (a polishing liquid containing free abrasive grains) is supplied between each platen and the wafer, Each platen is relatively moved (rotated and / or oscillated) with respect to the wafer by the above-described drive mechanism or the like, so that both surfaces of the wafer can be simultaneously polished. Note that polishing by lapping as described above belongs to grinding in a broad sense.

【０００３】この両面ラッピング装置を用いた研削加工
方法によれば、ウェーハの両面を同時に研削加工できる
ため、ウェーハの反り及びうねりを除去して両面の平行
度を高精度に向上させると共に、ウェーハ表面の平坦度
を高精度に向上できる。また、ウェーハの両面を同時に
研削加工できるため、加工時間が短くて済む。従って、
半導体チップの素材となるシリコンウェーハ等の薄物研
削加工に適しており、実際、シリコンウェーハの研削加
工方法としては、他の方法は検討されてこなかった。According to the grinding method using this double-sided lapping device, both sides of the wafer can be ground at the same time, so that the warpage and undulation of the wafer can be removed, the parallelism of both sides can be improved with high accuracy, and the wafer surface can be improved. Can be improved with high precision. In addition, since both sides of the wafer can be simultaneously ground, the processing time can be reduced. Therefore,
It is suitable for grinding a thin material such as a silicon wafer as a material of a semiconductor chip. In fact, no other method has been studied as a grinding method for a silicon wafer.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
両面ラッピング装置を用いた従来のウェーハの研削加工
方法においては、ウェーハ両面の平行度と平坦度の精度
を同時に向上させることが可能である反面、多数のウェ
ーハを同時に加工することではじめて研削精度を出すこ
とができるという制約がある。すなわち、一枚のキャリ
アには少なくとも５枚のウェーハが保持され、キャリア
は少なくとも４枚が同時に上定盤と下定盤との間に挟ま
れた状態（少なくとも２０枚のウェーハが同時に研削加
工される状態）でないと、均一な高い研削精度を得るこ
とができない。However, in the conventional wafer grinding method using the above-mentioned double-sided lapping apparatus, it is possible to simultaneously improve the parallelism and flatness accuracy of both surfaces of the wafer. There is a limitation that grinding accuracy can be obtained only by processing a large number of wafers simultaneously. That is, one carrier holds at least five wafers, and at least four carriers are simultaneously sandwiched between the upper platen and the lower platen (at least 20 wafers are simultaneously ground). Otherwise, uniform high grinding accuracy cannot be obtained.

【０００５】このように、従来のウェーハの研削加工方
法においては、多数のウェーハを同時に研削加工するこ
とが前提であるため、ウェーハの大型化に伴い、上記の
両面ラッピング装置も巨大化してしまうという課題があ
った。従って、両面ラッピング装置の運送や設置場所の
確保が好適にできない。また、大型のウェーハを多数同
時にハンドリングするには、そのハンドリングにかかる
装置も巨大化してしまうのである。さらにまた、多数の
ウェーハを同時に研削加工することが前提であるため、
ウェーハのロット枚数（例えば２０枚）が揃わないと研
削加工できず、加工効率を向上できないという課題もあ
る。特に、シリコンウェーハの研削加工の分野では、シ
リコンウェーハの直径が従来の直径２００ｍｍから直径
３００ｍｍに大径化するため、上記の課題は深刻になっ
ている。As described above, the conventional wafer grinding method is based on the premise that a large number of wafers are ground at the same time. Therefore, as the size of a wafer increases, the size of the double-sided lapping apparatus also increases. There were challenges. Therefore, it is not possible to suitably transport the double-sided wrapping device and secure an installation place. Further, in order to handle a large number of large-sized wafers at the same time, an apparatus for the handling becomes large. Furthermore, since it is premised that a large number of wafers are ground simultaneously,
If the number of wafers (for example, 20 wafers) is not uniform, there is also a problem that grinding cannot be performed and processing efficiency cannot be improved. In particular, in the field of grinding silicon wafers, the above problem has become serious because the diameter of silicon wafers has increased from the conventional diameter of 200 mm to a diameter of 300 mm.

【０００６】そこで、本発明の目的は、従来の両面ラッ
ピング装置によるような多数のウェーハを同時に研削加
工する方法を用いず、大径のウェーハでも、コンパクト
な装置で高精度に研削加工できるウェーハの研削加工方
法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is not to use a method of simultaneously grinding a large number of wafers as in a conventional double-sided lapping apparatus, but to use a compact apparatus for grinding a large-diameter wafer with high precision. An object of the present invention is to provide a grinding method.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するに次の構成を備える。すなわち、本発明は、ウェ
ーハの両面を、該両面の平行度が向上するよう、砥粒が
結合剤で固めて形成された２つの研削工具で挟んで同時
に研削し、次に、該ウェーハの両面を、各面の平坦度が
向上するよう、遊離研磨材を介在させて片面ずつラッピ
ングすることを特徴とする。The present invention has the following configuration to achieve the above object. In other words, the present invention simultaneously grinds both sides of the wafer by sandwiching them with two grinding tools formed by solidifying abrasive grains with a binder so that the parallelism of the both sides is improved. Is characterized by lapping one surface at a time with a free abrasive interposed so that the flatness of each surface is improved.

【０００８】また、前記研削工具は、砥石車であること
で、比較的簡単な設備又は機械で好適に研削加工装置を
構成できる。また、前記砥石車の外周面で研削加工をす
ることによれば、研削発熱が比較的少なく高精度な仕上
面が得られる。また、前記砥石車はカップ形に形成さ
れ、その端面で研削加工をすることにすれば、砥石のウ
ェーハとの接触面積を大きくとることができ、加工能率
を向上できる。[0008] Further, since the grinding tool is a grinding wheel, a grinding apparatus can be suitably constituted by relatively simple equipment or machine. Further, by performing the grinding process on the outer peripheral surface of the grinding wheel, a highly accurate finished surface with relatively little heat generated by the grinding can be obtained. Further, if the grinding wheel is formed in a cup shape and grinding is performed on its end face, the contact area of the grinding wheel with the wafer can be increased, and the processing efficiency can be improved.

【０００９】また、前記ウェーハは、シリコンの単結晶
インゴットをワイヤーソー或いは内周刃切断装置等の切
断装置によって円形薄板状に切断して形成されたシリコ
ンウェーハであり、前記２つの研削工具による研削加工
と、前記ラッピング加工との間に、ウェーハ外周の粗面
取りを行うことで、シリコンウェーハの研削加工を適切
に行うことができる。The wafer is a silicon wafer formed by cutting a silicon single crystal ingot into a circular thin plate by a cutting device such as a wire saw or an inner peripheral blade cutting device, and is ground by the two grinding tools. By performing rough chamfering on the outer periphery of the wafer between the processing and the lapping, the silicon wafer can be appropriately ground.

【００１０】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる好適な実施
例として、半導体チップの原料となるシリコンウェーハ
の研削加工について詳細に説明する。シリコンウェーハ
（以下、単に「ウェーハ」という）の研削加工におい
て、そのワーク（被加工物）は、シリコンの単結晶イン
ゴットをワイヤーソー或いは内周刃切断装置等の切断装
置によって円形薄板状に切断（スライス）して形成され
たものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a preferred embodiment according to the present invention, grinding of a silicon wafer as a raw material of a semiconductor chip will be described below in detail. In a grinding process of a silicon wafer (hereinafter simply referred to as a “wafer”), a work (workpiece) is cut into a circular thin plate by a cutting device such as a wire saw or an inner peripheral blade cutting device of a silicon single crystal ingot. Sliced).

【００１１】本発明にかかる方法によれば、先ず、ワー
クであるウェーハの両面を、その両面の平行度が向上す
るよう、砥粒が結合剤で固めて形成された２つの研削工
具で挟んで同時に研削する。この２つの研削工具を構成
要素とし、ウェーハの両面を同時に平面研削するための
装置は、両頭研削装置と呼ぶことができ、基本的には同
等の２つの平面研削装置を並列した構成になっている。
この両頭研削装置によれば、ウェーハの両面を同時に平
面研削するため、ウェーハがもつ反り及びうねりを好適
に除去でき、主に、両面の平行度を高精度に向上でき
る。なお、この研削加工では、砥粒が結合剤で固めて形
成された２つの研削工具によって研削するものであり、
遊離研磨材（遊離砥粒）を用いるラッピングと比較すれ
ば、平坦度（或いは平面度）についていえば、荒い研削
になる。According to the method of the present invention, first, both surfaces of a wafer as a work are sandwiched between two grinding tools formed by hardening abrasive grains with a binder so that the parallelism of the both surfaces is improved. Grind at the same time. An apparatus for simultaneously grinding both surfaces of a wafer with these two grinding tools as constituent elements can be referred to as a double-sided grinding apparatus. Basically, two equivalent surface grinding apparatuses are arranged in parallel. I have.
According to this double-headed grinding device, since both surfaces of the wafer are ground simultaneously, warpage and waviness of the wafer can be suitably removed, and mainly the parallelism of both surfaces can be improved with high accuracy. In this grinding process, the abrasive grains are ground by two grinding tools formed by hardening with a binder,
Compared to lapping using free abrasives (free abrasive grains), rough grinding results in terms of flatness (or flatness).

【００１２】研削工具としては、硬質の粒子である微細
砥粒（例えば、ダイヤモンド、炭化ケイ素、酸化アルミ
ニウム等の微細粒子）を結合剤で固め、しかも微細な空
隙を残して形成される円筒状回転工具（以下、「砥石
車」という）がある。この砥石車を用いれば、比較的簡
単な設備又は機械によって、前記両頭研削装置を好適に
構成できる。As a grinding tool, cylindrical abrasives formed by hardening fine abrasive grains (eg, fine particles of diamond, silicon carbide, aluminum oxide, etc.), which are hard particles, with a binder and leaving fine voids. There are tools (hereinafter referred to as "grinding wheels"). If this grinding wheel is used, the double-head grinding device can be suitably configured with relatively simple equipment or machine.

【００１３】また、砥石車の外周面で研削加工をするこ
とによれば、研削発熱が比較的少なく高精度な仕上面が
得られる。この場合、円筒状（或いはローラ状）に形成
された２つの砥石車を、回転軸線が平行になるように並
列に配して回転させ、その２つの砥石車の間隙にウェー
ハを通過させることになる。従って、ウェーハは、各砥
石車の外周面に線接触した状態で研削される。同時に接
触する面積が小さいため研削による発熱が比較的少な
い。Further, by performing the grinding process on the outer peripheral surface of the grinding wheel, a highly accurate finished surface with relatively little heat generated by the grinding can be obtained. In this case, two grinding wheels formed in a cylindrical shape (or a roller shape) are arranged in parallel so that the rotation axes are parallel to each other and rotated, and the wafer is passed through a gap between the two grinding wheels. Become. Therefore, the wafer is ground in line with the outer peripheral surface of each grinding wheel. The heat generated by grinding is relatively small due to the small contact area.

【００１４】また、砥石車はカップ形に形成され、その
端面で研削加工をすることにすれば、砥石のウェーハと
の接触面積を大きくとることができ、加工能率を向上で
きる。この場合、カップ形の２つの砥石車を、端面が平
行に対向するように配して回転させ、その２つの砥石車
の間隙にウェーハを通過させることになる。従って、ウ
ェーハは、各砥石車の端面に面接触した状態で研削され
る。同時に接触する面積が大きいため効率が良い。Further, if the grinding wheel is formed in a cup shape and the end surface thereof is ground, the contact area between the grinding wheel and the wafer can be increased, and the processing efficiency can be improved. In this case, two cup-shaped grinding wheels are arranged and rotated so that the end faces face in parallel, and the wafer is passed through the gap between the two grinding wheels. Therefore, the wafer is ground in a state of being in surface contact with the end face of each grinding wheel. Efficiency is high because the contact area is large at the same time.

【００１５】さらに、研削工具としては、シート状の基
材の上に研磨材を接着剤によって固着し、その基材をエ
ンドレス状に接着して形成された研磨ベルトを利用する
ことも可能である。この場合は、前記砥石車とは異な
り、ウェーハと研削工具である研磨ベルトを相対的に直
線運動して研削することになる。また、研削工具として
平板状の砥石を用い、ウェーハと相対的に揺動運動（往
復運動）させて研削することも可能である。Further, as a grinding tool, it is also possible to use a polishing belt formed by fixing an abrasive on a sheet-like base material with an adhesive and bonding the base material endlessly. . In this case, unlike the grinding wheel, the wafer and the polishing belt as the grinding tool are relatively linearly moved for grinding. Further, it is also possible to use a flat grinding wheel as a grinding tool, and perform grinding by swinging (reciprocating) relative to the wafer.

【００１６】次に、円形のウェーハ外周の粗面取りを行
うことで、ウェーハを全体的に一次的に研削加工した状
態にする。これにより、ウェーハの両面についてはラッ
ピングの前、また、ウェーハ外周についてはポリシング
工程の前段階まで進んだことになる。Next, the outer periphery of the circular wafer is roughly ground by performing rough chamfering on the outer periphery of the wafer. As a result, both sides of the wafer have proceeded to the stage before lapping, and the outer periphery of the wafer has proceeded to the stage before the polishing step.

【００１７】そして、次に、以上のように加工されたウ
ェーハの両面を、各面の平坦度が向上するよう、遊離研
磨材を介在させて片面ずつラッピングする。すなわち、
ウェーハの一方の面（片面）を遊離研磨材を介在させる
研削であるラッピングによって精密研削加工し、その後
でウェーハの他方の面（片面）を同様に精密研削加工
し、各面の平坦度（或いは平面度）を高精度に向上させ
る。このように片面をラッピングする片面ラッピング装
置としては、上面に研磨面が形成されて回転する定盤
と、ウェーハを保持して定盤の研磨面に押接させるよ
う、定盤の上方に回転可能且つ上下動可能に設けられ、
その下面にウェーハを吸着（密着）して保持する保持装
置とを備えるものを利用できる。ウェーハの両面を片面
ずつ研磨するから、この片面ラッピング装置を２台設置
しておけば、効率良く研削加工（ラッピング）ができる
のは勿論である。Next, both sides of the wafer processed as described above are lapped one by one with a free abrasive interposed therebetween so that the flatness of each surface is improved. That is,
One side (one side) of the wafer is precision ground by lapping, which is a grinding process in which loose abrasive is interposed, and then the other side (one side) of the wafer is also precision ground, and the flatness of each side (or Flatness) with high accuracy. As a single-sided lapping device that laps one side in this way, a lapping plate with a polished surface formed on the upper surface and a rotating platen, and a wafer can be rotated above the platen to hold the wafer and press against the polished surface of the platen And provided so as to be able to move up and down
A device having a holding device for holding (adhering) a wafer by suction on the lower surface thereof can be used. Since both surfaces of the wafer are polished one by one, if two single-side lapping devices are installed, it is of course possible to efficiently perform grinding (lapping).

【００１８】次にウェーハ全面の加工歪みを除去するた
めにエッチング加工を行い、これまでの加工工程によっ
て、いわゆるウェーハの研削加工（ラッピング加工）が
終了する。そして、ウェーハにかかる加工工程は、次の
鏡面研磨加工を行うポリシング工程へ移ることになる。Next, an etching process is performed to remove the processing distortion on the entire surface of the wafer, and the so-called wafer grinding process (lapping process) is completed by the processing steps so far. Then, the processing step for the wafer shifts to a polishing step for performing the next mirror polishing.

【００１９】以上の実施例によれば、両頭研削装置及び
片面ラッピング装置を用いるため、ウェーハを一枚ずつ
好適に研削加工することができ、従来の両面ラッピング
装置のように多数のウェーハを同時に研削加工すること
を要しない。すなわち、本発明によれば、従来のバッチ
式の両面ラッピング装置を用いず、枚葉式の研削加工を
好適に行うことができる。従って、本発明によれば、大
径のウェーハについても、枚葉式の小型な装置で高精度
に研削加工できる。According to the above embodiment, since the double-sided grinding apparatus and the single-sided lapping apparatus are used, the wafers can be suitably ground one by one, and a large number of wafers can be simultaneously ground as in the conventional double-sided lapping apparatus. No processing is required. That is, according to the present invention, single-wafer grinding can be suitably performed without using a conventional batch-type double-sided lapping apparatus. Therefore, according to the present invention, even a large-diameter wafer can be ground with high precision by a single-wafer small apparatus.

【００２０】ところで、大径のウェーハの両面を好適に
ラッピング加工する方法としては、本実施例のように両
頭研削装置を用いないで、片面ラッピング装置のみを採
用することが考えられる。しかしながら、ウェーハの両
面を同時に研削する工程がない限り、上述したようにウ
ェーハ両面の平行度を高めることができない。これは、
反りやうねりのあるウェーハを、例えば平坦度の高い平
面に真空吸着して保持し、片面ずつ研削しても、その真
空を解除すればウェーハは元の形に戻ってしまい、表面
は平滑化できても、反りやうねりをとることができない
ことによる。As a method of suitably lapping both surfaces of a large-diameter wafer, it is conceivable to employ only a single-side lapping device without using a double-head grinding device as in this embodiment. However, unless there is a step of simultaneously grinding both surfaces of the wafer, the parallelism of both surfaces of the wafer cannot be increased as described above. this is,
Wafers with warpage or undulation, for example, are vacuum-adsorbed and held on a flat surface, and even if each surface is ground, if the vacuum is released, the wafers will return to their original shape and the surface can be smoothed. However, it is not possible to remove warpage or swell.

【００２１】以上の実施例では、シリコンウェーハを研
削加工する場合について説明したが、本発明はこれに限
られず、例えば、他の脆性薄板材料（水晶、ガラス
等）、或いは金属の薄板材料の研削加工にも適用でき
る。以上、本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明
してきたが、本発明はこの実施例に限定されるものでは
なく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施
し得るのは勿論のことである。In the above embodiment, the case of grinding a silicon wafer has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, grinding of another brittle thin plate material (crystal, glass, etc.) or metal thin plate material It can be applied to processing. As described above, the present invention has been described variously with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments, and it is needless to say that many modifications can be made without departing from the spirit of the invention. That is.

【００２２】[0022]

【発明の効果】本発明によれば、ウェーハの両面を、２
つの研削工具で挟んで同時に研削することで平行度を向
上させ、次に片面ずつラッピングすることで各面の平坦
度を向上させることができる。従って、従来の両面ラッ
ピング装置によるような多数のウェーハを同時に研削加
工する方法を用いず、大径のウェーハでも、コンパクト
な装置で高精度に研削加工できるという著効を奏する。According to the present invention, both sides of the wafer are
The parallelism can be improved by simultaneous grinding with two grinding tools, and the flatness of each surface can be improved by lapping one surface at a time. Therefore, a large-diameter wafer can be ground with high accuracy by a compact apparatus without using a method of simultaneously grinding a large number of wafers as in a conventional double-sided lapping apparatus.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ウェーハの両面を、該両面の平行度が向
上するよう、砥粒が結合剤で固めて形成された２つの研
削工具で挟んで同時に研削し、 次に、該ウェーハの両面を、各面の平坦度が向上するよ
う、遊離研磨材を介在させて片面ずつラッピングするこ
とを特徴とするウェーハの研削加工方法。Claims: 1. Both surfaces of a wafer are simultaneously ground with two grinding tools formed by solidifying abrasive grains with a binder so that the parallelism between the two surfaces is improved. And a method of grinding a wafer, wherein one surface is lapped with a free abrasive interposed so that the flatness of each surface is improved. 【請求項２】 前記研削工具は、砥石車であることを特
徴とする請求項１記載のウェーハの研削加工方法。2. The method according to claim 1, wherein the grinding tool is a grinding wheel. 【請求項３】 前記砥石車の外周面で研削加工を行うこ
とを特徴とする請求項２記載のウェーハの研削加工方
法。3. The wafer grinding method according to claim 2, wherein grinding is performed on an outer peripheral surface of the grinding wheel. 【請求項４】 前記砥石車はカップ形に形成され、その
端面で研削加工を行うことを特徴とする請求項２記載の
ウェーハの研削加工方法。4. The wafer grinding method according to claim 2, wherein the grinding wheel is formed in a cup shape and grinding is performed on an end surface thereof. 【請求項５】 前記ウェーハは、シリコンの単結晶イン
ゴットをワイヤーソー或いは内周刃切断装置等の切断装
置によって円形薄板状に切断して形成されたシリコンウ
ェーハであり、 前記２つの研削工具による研削加工と、前記ラッピング
加工との間に、ウェーハ外周の粗面取りを行うことを特
徴とする請求項１、２、３又は４記載のウェーハの研削
加工方法。5. The wafer is a silicon wafer formed by cutting a single crystal ingot of silicon into a circular thin plate with a cutting device such as a wire saw or an inner peripheral blade cutting device, and grinding by the two grinding tools. 5. The method of grinding a wafer according to claim 1, wherein the outer periphery of the wafer is rough-chamfered between the processing and the lapping.