JP5352331B2 - ウェーハの面取り加工方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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1記載のウェーハの面取り加工方法。
- 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。
- 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1記載のウェーハの面取り加工方法。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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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