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薄型ウェハ製作用研削砥石及び研削方法 - 特開2008−73832 | j-tokkyo
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【発明の名称】 薄型ウェハ製作用研削砥石及び研削方法
【発明者】 【氏名】下田 一喜

【要約】 【課題】シリコンウェハや、その他薄片化が要求される被研削材の研削加工に用いられる、切れ味が良く被研削材にダメージを与えないで高能率で高品質な面仕上げが期待できる研削砥石や経済的効果のある研削方法を確立する。

【解決手段】CVD法により、砥粒層としてダイヤモンド膜7を成膜してなるリング状、あるいは円盤状の研削砥石のダイヤモンド膜部に溝9や凸凹のパターンを設けること。さらには研削砥石の砥粒層の内外周、または外周の稜部をRに形成すること。研削液に純水を用いることにより効率的で経済効果のある研削加工が出来る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
リング状の基材の砥粒層として作用させる表面の稜部をR状に形成し、CVD法により該表面にダイヤモンド膜を成膜してなることを特徴としたリング状研削砥石。
【請求項2】
円盤状の基材の砥粒層として作用させる表面の稜部をR状に形成し、CVD法により該表面にダイヤモンド膜を成膜してなることを特徴とした円盤状研削砥石。
【請求項3】
リング状の基材の砥粒層として作用させる凹溝を設けてなる表面にCVD法によりダイヤモンド膜を成膜してなることを特徴としたリング状研削砥石。
【請求項4】
円盤状の基材の砥粒層として作用させる凹溝を設けてなる表面にCVD法によりダイヤモンド膜を成膜してなることを特徴とした円盤状研削砥石。
【請求項5】
リング状の基材の砥粒層として作用させる表面に複数のパターン化された穴を有するマスク板を載置し、CVD法によりダイヤモンド膜を成膜することにより凹溝を形成させてなることを特徴としたリング状研削砥石。
【請求項6】
リング状の基材の砥粒層として作用させる表面に複数のパターン化された穴を有するマスク板を載置し、CVD法によりダイヤモンド膜を成膜することにより凹凸を形成させてなることを特徴としたリング状研削砥石
【請求項7】
円盤状の基材の砥粒層として作用させる表面に複数のパターン化された穴を有するマスク板を載置し、CVD法によりダイヤモンド膜を成膜することにより凹溝を形成させてなることを特徴とした円盤状研削砥石。
【請求項8】
円盤状の基材を砥粒層として作用させる表面に複数のパターン化された穴を有するマスク板を載置し、CVD法によりダイヤモンド膜を成膜することにより凹凸を形成させてなることを特徴とした円盤状研削砥石。
【請求項9】
リング状の基材の砥粒層として作用させる表面にパターン化された酸化膜を膜付けした後、CVD法によりダイヤモンド膜を成膜し、酸化膜の膜付けされた部分を凹部として形成させてなることを特徴としたリング状研削砥石。
【請求項10】
円盤状の基材の砥粒層として作用させる表面にパターン化された酸化膜を膜付けした後、CVD法によりダイヤモンド膜を成膜し、酸化膜の膜付けされた部分を凹部として形成させてなることを特徴とした円盤状研削砥石。
【請求項11】
基材の砥粒層として作用させる表面にCVD法によりダイヤモンド膜を成膜させてなる研削砥石を回転させながら、回転する加工テーブルに保持されたシリコンウェハ等の、被研削材表面を所定の圧力で加圧しながら研削する工程で前記研削砥石とシリコンウェハ等の被研削材に純水を散布しながら研削することを特徴とした研削方法。
【請求項12】
基材の砥粒層として作用させる表面にCVD法によりダイヤモンド膜を成膜させてなる研削砥石を回転させながら、回転する加工テーブルに保持されたシリコンウェハ等の被研削材表面を所定の切り込み深さで切り込みながら研削する工程で、前記研削砥石とシリコンウェハ等の被研削材に純水を散布しながら研削することを特徴とした研削方法
【発明の詳細な説明】【発明の属する分野】
【0001】
本発明はシリコンウェハの研削加工やその他薄片化が要求される被研削材の研削加工に用いられる研削砥石、研削方法に関する。
【背景技術】
【0002】
インゴットよりスライスされたシリコンウェハの研削、研磨による薄片化および平坦化の工具としてダイヤモンド砥粒を用いた研削砥石が使用されてきた。
かかる研削砥石はリング状、あるいは円盤状の基材の表面に砥粒であるダイヤモンド粒が電着、あるいはレジンボンド、メタルボンド、ビトリボンド等で結合保持され、研削作用を働く砥粒層として形成されている。ダイヤモンドは他の物質とは接着しにくいため、これらの電着層、ボンドが機械的にダイヤモンド粒を掴むことが主な保持方法であり砥粒層の厚さが等しい条件で強度比較したとき、レジンが最も低く以下ビトリ、メタル、電着の順で、これがまた砥石寿命の順位となっている。
ダイヤモンド粒は砥粒層として無作為に配列され、粒子の大きさ、形状、密度が不均一で、ダイヤモンド粒の配列の少ない部分の電着層あるいはボンドが局所的に磨耗し、最悪の場合はダイヤモンド粒が脱落してしまうことになる。ダイヤモンド粒の脱落は薄片化研削加工の途中で、ウェハに傷をつけたり破損の原因となっていた。
また、酸性またはアルカリ性の研削液を使用して研削加工する場合、電着層あるいはボンドが化学反応により劣化したり、溶解し基材からダイヤモンド粒が脱落する等、研削砥石の形状が損なわれ高い研削精度、研削比を保てなくなる。そのため、絶えずドレッシングを繰り返し行うことによって、劣化した切れ味を回復させて使用しているのが現状である。研削加工するにあたって、砥石としての切れ味を持続させるためには、ダイヤモンド粒、ボンドの脱落がなく、高い加工圧力に対しても砥粒がボンドの中に陥没しないだけの硬さがあり、ダイヤモンド粒の有効な突出を保つ特性を有することが必要であるが、従来型の砥石ではボンドの結合、保持力が強すぎると、自生発刃作用が不十分となり、ダイヤモンド粒、ボンドの摩滅的磨耗による目つぶれが生じ研削抵抗が増大し仕上げ面粗さが悪くなる等、研削精度が低下するのは免れない、またボンドの結合、保持力が弱いと前述したようなダイヤモンド粒の脱落等の問題があり、ダイヤモンド粒と基材の結合保持部材としての電着層、レジンボンド、メタルボンド、ビトリボンドを用いた砥石では特に近年の研削加工の生産性向上、薄片化の要求に対し優れた能力を発揮することができない。また、研削液の廃液処理費や切れ味を保つためのドレッシング等による砥石の磨耗量の増大など砥石の消費量が多くなり不経済でもあった。一般に研削面の表面粗さを鏡面に近づけるためには、微小砥粒で切り込み深さの浅い研削加工を行うことにより加工表面の残留応力も少なくなり、割れや破砕の生じない高能率加工が期待できるとされている。従来の砥石では砥粒の微小化、形状、密度の均一化、薄膜化、砥石としての形状の創成には限界があり、シリコンウェハのさらなる薄片化やダメージの小さい研削に限界があった。
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明はインゴットからスライスされたシリコンウェハの研削加工やその他薄片化が要求される被研削材の研削加工の生産性向上、切れ味の良い且つ高品質な面仕上げ、被研削材に対しダメージの小さい研削が可能な研削砥石及び経済的効果のある研削方法を確立することを目的とする。
【課題を解決する為の手段】
【0004】
本発明のシリコンウェハの研削加工やその他薄片化が要求される被研削材の平坦化の研削加工に用いられる研削砥石は、リング状あるいは円盤状の基材の表面に砥粒層として直接CVD法により、ダイヤモンド膜を成膜してなることを特徴としている。従来のダイヤモンド粒をボンドや電着により基材に固着して創成した砥石と異なり、砥粒層は100%ダイヤモンド膜であるため、ボンドや電着層の磨耗や剥離、ダイヤモンド粒の脱落がない。
基材の加工精度を高めることにより、砥石形状精度も高めることが出来る。CVD法で基材にダイヤモンド膜を成膜することにより、ダイヤモンド粒子の配列、形状、大きさ、密度、膜厚を均一に自在に制御して製作できるため、被研削材の特性にあった研削加工が実現できる。特に砥粒層としてのダイヤモンド膜に溝や凹凸のパターンを設けることにより切れ味が向上する。
ダイヤモンド膜は化学的に安定なため、酸性やアルカリ性の研削液に対しても安定で磨耗しにくいため耐久性に優れている。さらには従来砥石に比べて、目詰まりしにくいため水圧や空圧で簡単に研削屑が排出され常に優れた切れ味を保て、研削面に毟れ等の発生がなく研削比が高く生産性の向上が図れる。
CVD法によればダイヤモンド膜は高密度で超微粒にも成膜する事ができ、切れ刃の大きさ、切れ刃の高さも均一な研削砥石が製作できる。このため切り込み深さの浅い研削加工、0.1〜0.05μmレベルに制御して加工することもでき、被研削材の加工表面に残留応力も少なくなり、割れや破砕の生じない、ダメージの少ない研削ができるため、薄片化や高品質の面仕上げが可能となる。
本発明はCVD法によりダイヤモンド膜を成膜してなるリング状、あるいは円盤状の研削砥石を用いて研削加工する場合、酸性やアルカリ性の研削液を使用する必要もなく純水を用いて高能率の研削加工ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0005】
リング状、円盤状の砥石を用いて被研削材を研削する場合の研削砥石の切りこみとして、大多数の研削盤は回転する研削砥石の切りこみ深さを剛な機構で設定し、研削砥石の磨耗を無視すれば切り込んだ深さだけ被研削材を研削することができる強制切りこみ式がとられている。
一方、回転する研削砥石を一定の圧力で被研削材に押し付けて研削する定圧切りこみ方式がある。加工テーブルで送られてくる被研削面に起伏があれば砥石は起伏にしたがって前進、後退、あるいは上下し、全面を一様に平坦に研削加工する
高品質の面仕上げを要求する研削加工やラッピングには、定圧切りこみ方式が適している。
切りこみ方式としては加工目的に合った方式で加工すれば良いことになるが切りこみ深さを設定する場合、砥粒の磨耗を無視することができない。従来の研削砥石は砥粒、ボンドの磨耗による自生発刃作用、ドレッシングによる発刃等により研削精度、研削比を保つ必要があり研削加工の生産性向上には難があった。
本発明のようにCVD法により基材にダイヤモンド膜を成膜してなる研削砥石は磨耗しにくいため、切りこみ深さが容易に設定でき切れ味が持続できるため、いずれの方式においても高能率的な高精度の研削加工が可能である。
研削砥石の基材の表面にCVD法により粒子の大きさ、形状、配列、密度、膜厚を均一にダイヤモンド膜を成膜してなる研磨体については、本願発明者は既に特願2005−36398号で開示しているが、本発明はかかる研磨体を用いてインゴットよりスライスされたシリコンウェハの薄片化の研削加工やその他、薄片化が求められている被研削材の研削に用いることが出来るように更に改善を加えた新規な技術を有する研削砥石を提供するものである。
【0006】
図9は本発明の研削砥石を使用するシリコンウェハの研削方法を模式的に示す。
1は本発明による研削砥石の組立体である、2はシリコンウェハ、3はシリコンウェハを載置する加工テーブルである。
加工テーブル3を回転あるいは前後左右に移動させながら、回転する研削砥石組立体1で、加工テーブル3上に載置したシリコンウェハ2を所定の圧力で加圧しながら、または所定の切りこみ深さで切りこみながら研削する。この研削加工の際、加工テーブル3上に図示していない研削液の供給源から研削液5がシリコンウェハ2、研削砥石組立体1の研削作用面に向かってノズル4から噴射され、研削により発生する摩擦熱を冷却、または研削屑の排出を助ける。加工テーブル3は回転あるいは前後、左右に移動させる方法で説明したが、加工テーブル3は回転のみで研削砥石組立体1を回転させながら前後、左右、上下に移動させて研削することもできる。
研削砥石組立体1の回転数、シリコンウェハ2への研削砥石組立体1の切りこみ深さ、または加工圧力の制御、加工テーブル3の回転数、研削砥石組立体1または加工テーブル3の移動速度等は図示していない制御盤によって適正な研削条件に設定され制御される。
以下にかかる研削装置に用いられる本発明による研削砥石として、本発明者が開示済みの特願2005−363986号による研磨体にさらに改良を加えたシリコンウェハの研削砥石の実施例について説明する。
【0007】
図10は図9の研削砥石組立体1の模式図である。リング状あるいは円盤状の基材6の下端にCVD法により砥粒層として粒子の大きさ、形状、密度、膜厚を均一にダイヤモンド膜7を成膜させてなる研削砥石部と、基材6の中心部上方に一体的にあるいは分解可能に組付けされた回転軸13から構成されている。以下、説明をわかりやすくするために研削砥石組立体1と回転軸13のない研削砥石部を総称して研削砥石として説明する。
【0008】
図1は本発明における研削砥石の第一の実施例で図10で示した研削砥石組立体1の基材6およびダイヤモンド膜7部を下方からみたリング状研削砥石の模式図である。
特にリング状の基材6の砥粒層として作用させる表面の外周及び内周の稜部をR加工しておき、その表面にCVD法によりダイヤモンド膜を成膜して砥粒層とした研磨砥石を提供するものである。稜部にRをもたせることによりシリコンウェハを研削する際の最初の切りこみが滑らかに行われ、研削砥石とシリコンウェハの切りこみの際の衝撃が小さく、割れや破損防止の効果が期待できる。シリコンウェハの薄片化の研削が進むにつれて有効となる。
【0009】
図2は本発明における研削砥石の第2の実施例である。リング状の砥粒層としてのダイヤモンド膜部8に基材6の内周部から外周部に向かって研削液や研磨屑が排出されるように複数の溝9A、9B、9C、9Dを設けたことを特徴とする研削砥石を提供するものである。
【0010】
図3は本発明における研削砥石の第3の実施例である。円盤状の基材10の砥粒層として作用させる表面の外周の稜部を予めR加工しておき、その表面にCVD法によりダイヤモンド膜8を成膜して砥粒層とした研削砥石を提供するものである。
図4は本発明における研削砥石の第4の実施例である。円盤状の基材10の表面に砥粒層としてCVD法で成膜されたダイヤモンド膜8部に中心部から外周に向かって研削液や研削屑が排出されるように複数の溝9A、9B、9C、9Dを設けたことを特徴とする円盤状研削砥石を提供するものである。
【0011】
図5は本発明における研削砥石の第5の実施例で第4の実施例の複数の溝9A、9B、9C、9D、を研削液、研削屑が中心から外周に向かって排出されるように放射状に設けたことを特徴とした円盤状研削砥石を提供するものである。
図6は本発明における研削砥石の第6の実施例である。円盤状の基材10の表面に砥粒層としてCVD法で成膜されたダイヤモンド膜8部に中心部から外周に向かって研磨液や研磨屑が排出されやすいように渦巻き状の溝を設けたことを特徴とする円盤状研削砥石を提供するものである。図2、図4、図5で示したダイヤモンド膜8部に設けた複数の溝は予め基材6や基材10の表面に機械加工により加工しておき、CVD法によりダイヤモンド膜8を成膜して砥粒層として製作することが出来る。
図6で示したうず巻き状の溝11も同様に基材10の表面に機械加工により加工しておき、CVD法によりダイヤモンド膜8を成膜して砥粒層として製作することが出来る。
【0012】
図7は本発明における別の研削砥石の製作方法を示す模式図であり図8は図7の制作方法によるCVD法により成膜されたダイヤモンド膜8を有する円盤状研削砥石である。
図7はCVD法により成膜する際、基材10の表面上方に砥粒層としてのダイヤモンド膜8を、成膜する部分と、成膜しない図2、図4、
図5で示した複数の溝9A、9B、9C、9Dの部分、および図6で示したうず巻き状の溝11部分が形成できるようにパターン化された穴を有するマスク板12を設けて、選択的にCVD法で膜付けすることにより、基板6、基板10に予め機械加工により溝加工することなく、同様の溝や凹凸のパターンを有するダイヤモンド膜が形成できる。
【0013】
また別の方法として図示していないが、基材10の表面にパターン化された酸化膜を膜付けした後、CVD法により酸化膜のない部分にはダイヤモンド膜が形成され、酸化膜のある部分には成膜されないよう選択的に成膜して、溝や凹凸のパターンのダイヤモンド膜を有する研削砥石を製作することが出来る。
【0014】
図8はCVD法によって、マスク板12のパターン、または基材10の表面に膜付けされたパターンによって任意の配列、密度、形状、膜厚にダイヤモンド粒子を成長させて製作された円盤状研磨砥石である。CVD法では反応ガスを変えることにより、ダイヤモンドの粒子の大きさ、形状、密度、膜厚を自由に制御して成膜できることからシリコンウェハを研削加工するに最適な粒子の大きさ、形状、膜厚の研削砥石が製作できる。
かかる研削砥石を用いて前述した図9に示すような研磨方法でシリコンウェハ2を高能率で研削加工が実現できた。
【発明の効果】
【0015】
本発明による研削砥石は砥粒層がCVD法で成膜されたダイヤモンドであるため、耐磨耗性に優れ、高密度かつ微粒で切れ刃の大きさ、切れ刃の高さも均一である。切れ味もよく、砥粒の刃先位置を常に安定的に保つことができるため、高い形状精度でシリコンウェハ等の被研削材を高能率的に研削加工が出来る。
研削砥石の基材の加工精度を高めることにより、研削砥石の形状精度も高めることができるため精密研削に適している。
砥粒層としてのダイヤモンド膜はCVD法により、粒子の大きさ、配列、形状、密度、膜厚を均一に自在に制御して製作できるため、シリコンウェハの薄膜化の研削の際、微小砥粒の研削砥石で切りこみ深さの浅い研削加工も行うことができ、加工表面の残留応力も少なくなり、割れや破砕の生じない高品質の面仕上げが期待できる。
リング状または円盤状の研削砥石の内外周の稜部をR状に形成したり、砥粒層に内側から外周側に向かって研削液や研削屑を排出する溝や凹凸を設けることにより、研削液の流れにより砥粒層の目づまりが防止でき、砥粒層の冷却効果も向上するとともに、シリコンウェハの熱歪も防止でき、薄片化加工にダメージの少ない研削加工ができる。
ダイヤモンドは化学的に安定であり、酸性やアルカリ性の研削液の使用は問題ないが、切れ味がよいことから純水を研削液として用いて研削加工できるため廃液処理費などの経費が軽減でき経済的である。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明における研削砥石の第1の実施例の模式図
【図2】本発明における研削砥石の第2の実施例の模式図
【図3】本発明における研削砥石の第3の実施例の模式図
【図4】本発明における研削砥石の第4の実施例の模式図
【図5】本発明における研削砥石の第5の実施例の模式図
【図6】本発明における研削砥石の第6の実施例の模式図
【図7】本発明における研削砥石の別の制作方法を示す模式図
【図8】本発明における別の制作方法で膜付けされた研削砥石の模式図
【図9】本発明における研削砥石を使用するシリコンウェハの研削方法の模式図
【図10】本発明における研削砥石の組立体の模式図
【符号の説明】
【0017】
1:研削砥石の組立体 2:シリコンウェハ 3:加工テーブル 4:ノズル
5:研削液 6:基材 7:ダイヤモンド膜 8:ダイヤモンド膜
9A、9B、9C、9D:溝 10:基材 11:溝
12:マスク板 13:回転軸
【出願人】 【識別番号】501376338
【氏名又は名称】株式会社エイ・ディー・ディー
【出願日】 平成18年9月19日(2006.9.19)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−73832(P2008−73832A)
【公開日】 平成20年4月3日(2008.4.3)
【出願番号】 特願2006−281910(P2006−281910)