JP2003236735A

JP2003236735A - ウエハ研削方法

Info

Publication number: JP2003236735A
Application number: JP2002043358A
Authority: JP
Inventors: Noboru Goto; 登後藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】単結晶インゴットを平行に切断して薄片とし
たアズカットウエハには反りがある。フォトリソグラフ
ィによってパターンを形成する際ウエハの反りは誤差を
発生する原因になる。ウエハを削る研削工程においてウ
エハの反りを取り除くことを目的とする。【解決手段】ウエハの直径をＤ、平面にウエハを置い
たときの中心の平面からの隆起によって定義した反りを
Δとし、凸面あるいは凹面を表にしてウエハをプレート
に固定し、半径をＲとし曲率が２α＞ｍａｘ｛８Δ／Ｄ
^２｝を満足する回転砥石を、砥石周面がウエハの中心近
傍に来るように接触させ、ウエハの反りと反対の方向に
一定の傾斜角Θ＝４ΔＲ／Ｄ^２〜１２ΔＲ／Ｄ^２で傾斜
させて、回転砥石とプレートを回転させてウエハの片面
を研削し、裏返して平行面をもつ砥石をウエハ面に接触
させてもう一方の面を研削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はＧａＡｓウエハ、
ＩｎＰウエハ、Ｓｉウエハなど半導体ウエハの研削方法
に関する。半導体単結晶のインゴットはブリッジマン
法、チョクラルスキー法によって原料融液に種結晶を接
触させ徐々に種結晶側から冷却することによって製造さ
れる。

【０００２】チョクラルスキー（引き上げ）法の場合
は、るつぼの原料融液に種結晶を漬けて回転させながら
引上げることによって円柱状の長い単結晶インゴットを
育成する。ＧａＡｓやＩｎＰのような３−５族の化合物
半導体の場合は、５族の高温時での解離圧が高いのでＢ
_２Ｏ_３によって覆い、不活性ガス（窒素、Ａｒ）で高圧
を掛けて５族の揮発を防ぐようになっている。それは液
体カプセル法とよぶ（ＬＥＣ；Liquid Encapsulated Cz
ochralski）。ドーパントを入れる場合、組成が軸線方
向に変化しないように二重るつぼを使うこともある。イ
ンゴットを回転させながら結晶成長する引き上げ法は円
柱形のインゴットを生成することができる。

【０００３】水平ブリッッジマン（Horizontal Bridgma
n）法の場合は、石英ボートに原料を入れ一方の端に種
結晶をおいて５族固体とともに石英管に入れ、ボートを
加熱して全体を融液にし種結晶側から冷却する。５族固
体は熱によって揮発し石英ボートにおいて固体表面から
５族が揮発するのを防止する。水平ブリッジマン法はボ
ートを用いるからインゴットの断面図は半楕円型にな
る。ＧａＡｓのＨＢ法の場合は＜１１１＞方向に成長さ
せて、（１００）面で切ることもある。その場合は切断
角が軸線に対し９０度でなくて５４．７度になる。

【０００４】縦型のブリッジマン（ＶＢ）法がＧａＡｓ
の成長に用いられるようになってきた。これは縦の石英
管にＧａＡｓの原料を入れて上方で種結晶に接触させ、
加熱し原料融液とし種結晶の方から徐冷してゆく。これ
は石英管の内径によって形状が決まるので円柱形のイン
ゴットを得る事ができる。

【０００５】ｎ型ドーパントを入れてｎ型のインゴット
を作ることが多いが、ｐ型ドーパントをドープしｐ型の
インゴットを製造することもできる。もちろん鉄族の原
子をドープして半絶縁性のＧａＡｓ、ＩｎＰのインゴッ
トを製造することもある。

【０００６】長い単結晶のインゴットを成長させると円
周を研削（円筒研削）し正しい円柱状の結晶とする。Ｘ
線回折法によって正確な方位を決定し、オリエンテーシ
ョンフラットとなる表面部分を平面状に研削する。オリ
エンテーションフラットはウエハの方位や表裏の区別を
与えるものである。劈開面とすることが多いが劈開面で
なくてもよい。

【０００７】円柱状のインゴットを内周刃スライサーや
ワイヤソーによって切断して薄い円板状の結晶にする。
内周刃スライサーというのは薄いリング状の内側に刃面
をもつブレードを回転させる装置である。接着材で支持
棒に張り付けたインゴットを刃の内周に接触させ、イン
ゴットと内周刃を相対移動させインゴットを薄片に切り
出す装置である。内周に刃があるのでインゴットとの接
触長さが直線の刃物の場合より長い。円弧状のソーマー
クが薄片の表面に付く。これはインゴットを一枚一枚薄
片に切ってゆく。

【０００８】ワイヤソーは多数本のワイヤがローラの溝
に案内されて平行な一定の経路を廻るようにした切断装
置である。ワイヤの数は幾らにでもできる。ウエハの厚
みｄに一定のマージンｍを加えた値にワイヤの間隔ｗ＝
ｄ＋ｍを決める。円形の単結晶インゴットを軸線に直角
な方向に一挙に切断しＭ枚の薄片を切り出すことができ
る。これは直線運動するワイヤで切断するから直線状の
ソーマークが薄片の表面に付く。平行な薄片を支持棒か
ら取り外すと多数の同じ厚みの粗面をもつ薄片が得られ
る。これをアズカットウエハとよぶ。

【０００９】アズカットウエハは厚みがばらついており
表面はざらざらであるし加工変質層がある。外周部を面
取りして欠け、割れが起こりにくいようにする。さらに
平面研削して厚みを整える。その後、硬質研磨布によっ
て研磨して表面を平滑にする。さらに軟質研磨布によっ
て研磨してミラー状の平滑面とする。平滑面をもつウエ
ハをミラーウエハと呼ぶ。片面だけをミラーとする場合
もある。両面をミラーとすることもある。それぞれ片面
ミラー、両面ミラーという。そのあと寸法、表面状態、
反りなどの特性を検査して出荷する。つまりアズカット
ウエハからミラーウエハまでの工程は

【００１０】１．面取り加工２．平面研削３．硬質研磨布研磨（一次研磨）４．軟質研磨布研磨（二次研磨）５．検査

【００１１】というようになる。研削と研磨は区別しな
ければならない。研削は厚みを所定の値に整えるための
ものである。固定砥粒を有する砥石を回転させてウエハ
を片面ずつあるいは両面一挙に削る。その速度は速くて
１００μｍ／分の程度である。

【００１２】両面を研磨する場合は、太陽歯車と外殻内
歯歯車の間で遊星運動するいくつかの穴を有する円盤状
のテンプレートの穴にウエハを入れ、回転定盤の上に載
せ、上から他の回転定盤で押さえ、定盤を回転させテン
プレートを回転させながら自転、公転の組み合わせでウ
エハの上下面を研磨する。

【００１３】片面研磨の場合はウエハをヘッダにつけて
露出面だけを研削する。一次研磨は１〜２μｍ／分程度
の速度でウエハ面を削ってゆく。二次研削はその１／１
０程度の０．１μｍ〜０．２μｍ／分の速度である。

【００１４】

【従来の技術】単結晶インゴットは高熱で原料融液を固
化してゆき、冷却する事によって製造するのであるから
強い内部歪がもともと内在する。ワイヤソーで切断して
も内周波スライサーで切断してもウエハには幾分の反り
がある。正確な平面の上にアズカットウエハを載せると
中心部が隆起していたり中心部分が低く窪みになってい
たりする。表面と裏面の区別がなければ平面に凸状に置
いたとき中心部の隆起Ｈによって反りを表現することが
できる。僅かな反りであるが、平面研削によっては反り
は減少せずそのまま保存されるようである。フォトリソ
グラフィによってウエハの表面にマスクを合わせパター
ンを描くのであるが、反りがあるとマスクと平行になら
ずパターン形成の誤差を生ずる。それでウエハは反りの
ない平面であることが望まれる。

【００１５】図１はアズカットウエハの断面図を示す。
ウエハＷは凸面Ｂ、凹面Ｃ、周面Ｓを有する。ウエハの
表面、裏面は単結晶成長の向きを基準として定義するこ
とはできるが、ここでは表面裏面を区別する必要がな
い。それで凸面Ｂと凹面Ｃの区別をする。

【００１６】円形ウエハでなくても本発明は適用できる
が、円形ウエハが最も頻用されるからここでは円形ウエ
ハとして説明する。

【００１７】ウエハＷの凸面Ｂの中心をＰとし、凹面Ｃ
の中心をＱとする。ウエハの中心軸線をｍとする。ｍは
点Ｐ、Ｑを通る直線である。ウエハを中心軸線ｍを通る
平面で切断した面に於いて凸面稜線の端点をＥ、Ｈとす
る。凹面稜線の端点をＦ、Ｇとする。反りがなければＥ
ＦＧＨは長方形である。反りがあるとＥＦＧＨは弓形と
なる。

【００１８】弓形といっても彎曲の大きいものもあれば
小さいものもある。彎曲を表現する必要がある。曲線Ｆ
ＱＧ、ＥＰＨの曲率によって定義するのが正確であろ
う。が、それは測定が難しく直感性を欠いたパラメータ
である。そこでここでは反りΔを中心部と周辺部の高さ
の差として定義しよう。

【００１９】凹面の端点Ｆ、Ｇを結ぶ直線ＦＧと中心軸
線ｍとの交点をＪとする。凹面の中心Ｑと交点Ｊとの距
離Δを反りと呼ぶことにする。Δ＝ＱＪ。ここでは凸面
と凹面の区別をしているからΔもウエハ内で正負の別が
ありうる。凹面での反りは正となる。

【００２０】凸面での反りΔは負とする。それは凸面で
端点Ｅ、Ｈを結ぶ直線と中心Ｐを比較すると、ＰがＥＨ
線より外側へゆき偏差が負になるからである。

【００２１】凸反りは負、凹反りは正の反りで表現する
ことにする。説明を厳密にするためここでは正負の区別
をする。以後、凸面をＢとしその端点をＥ、Ｈ、中心を
Ｐとし、凹面をＣとしその端点をＦ、Ｇ、中心をＱとす
るが、それはウエハの向きを直観的に分かりやすくする
ために付す記号にすぎない。研削によって表裏面が減っ
てくるからそのような点はなくなるのであるが、説明の
便宜上そのような点はなくならず研削とともに移動する
と考える。

【００２２】図２は平面研削装置の概略を示す。図１の
ように自由状態でのウエハＷには反りΔがある。凸面Ｂ
を上に凹面Ｃを下にウエハＷを研磨プレート３に真空吸
着する。真空吸着するとウエハは平面になる。内部応力
よりも吸着力の方がずっと大きいからである。研磨プレ
ート３は回転する。ウエハの表面に平面砥石４を平行に
接触させる。砥石４は軸５があってその廻りに回転す
る。砥石面とウエハ面は平行である。砥石回転軸５はウ
エハＷの法線に平行である。片面研削によって表面Ｂの
一部分ｕが削り落とされる。

【００２３】初めのアズカットウエハの厚みｗはばらつ
きがある確率変数である。表面をｕだけ削るので厚みは
ｗ−ｕに減る。表面研削が終わり吸着を外すと図３のよ
うになる。自由状態に戻したので初めの反りが顕在化し
て表面側に凸に変形する。表面Ｂは凸に、裏面Ｃは凹に
なる。つまり凸面は凸面のまま凹面は凹面のままであ
る。断面ＥＦＧＨは依然として弓形である。研削代ｕだ
け減っているから、図３のＢ、Ｅ、Ｈは図１のものと同
じでないが便宜的に同じ符号をつかう。これを上下反転
して搬送する。裏面Ｃが上になり凹反りに見える。しか
し反りはなくならない。

【００２４】次に表面を真空吸着して逆面研削をする。
図５に示したように真空吸着したときは平坦になる。反
りの内部応力よりも吸着力が優越するからである。平面
をもつ砥石４を回転させて裏面を研削する。砥石面と裏
面はもともと平行である。研削代をｖとする。ウエハの
厚みはｗ−ｕ−ｖに減少する。この値が予め定められた
厚みｑに等しくなるようにする。研削は厚みを整えるた
めにするものであり、ｑ＝ｗ−ｕ−ｖとする工程であ
る。研削された部分ｖはウエハ面で均一厚みの部分であ
る。真空吸着を解除すると図６のようになる。削り代ｖ
だけ裏面が摩滅しており、裏面のＧ、Ｑ、Ｆ点は初めの
点と異なるが、ここでは同じ符号を使っている。自由状
態に戻すと反りが顕在化し上（裏面）に凸に変形する。
表裏が反対になっているが研削後のウエハは初め（図
１）とほぼ同じ反りを呈する。

【００２５】ウエハを平面の状態にして平行砥石で研削
するので、削り代は平面であるが自由状態に戻ると元の
反りが顕在化するのである。図７は反りのあるアズカッ
トウエハを平行砥石で研削した場合の研削代ｕ、ｖと研
削後のウエハを示す。最外殻の線がアズカットウエハで
ある。斜線部分が研磨代である。中央の部分が研削後の
ウエハである。厚みｑは所定の範囲になっているが、凸
面も凹面も等しく平行に研削しているから研削後も同じ
反りが残る。そのような研削方法では反りを消すことは
できない。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】反りのあるアズカット
ウエハを平坦なウエハにする研削方法を提供することが
本発明の目的である。研削によって反りが殆ど変わらな
いとすれば、反りのあるウエハを平坦にするには、凸側
の中心部を余計に研削し、凹側の周辺部を余分に研削す
ればよい筈である。

【００２７】ウエハの凸反り面をその反りと同じ曲率の
凸面をもつ砥石によって研削すれば凸面のウエハを平面
に直すことができるであろう。同じ曲率の凸面の砥石で
ウエハに凹面を研削すると自由状態では平面になる筈で
ある。

【００２８】ウエハ凹反り面をその反りと同じ曲率の凹
面をもつ砥石によって研削すれば凹面のウエハを平面に
直すことができるであろう。同じ曲率の凹面の砥石でウ
エハに凸面を研削すると自由状態では平面になる筈であ
る。

【００２９】しかしウエハの反りは様々である。曲面砥
石を製作して多様な反りのウエハを研削するという場合
多様な曲率の曲面砥石を多数製造し準備しなければなら
ない。そしてウエハごとに曲率の合致する最適の砥石を
選択して砥石を交換して研削するということが必要にな
る。それはあまりに煩雑なことである。研削コストをい
たずらに肥大させることであろう。それに平面でなく曲
面の砥石を正確に製造するのは難しくそれを多数枚揃え
るのは容易でない。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウエハの直径
をＤ、反りをΔ、半径をＲとして、凸面あるいは凹面を
表にしてウエハをプレートに固定し、曲率が２α＞ｍａ
ｘ｛８Δ／Ｄ^２｝を満足する回転砥石をウエハの中心近
傍に砥石周縁をあわせ、ウエハの反りと反対の方向に一
定の傾斜角Θ＝４ΔＲ／Ｄ^２〜１２ΔＲ／Ｄ^２で傾斜さ
せて、回転砥石とプレートを回転させてウエハの片面を
研削し、ウエハを裏返して研磨するときは砥石面を平行
にしてウエハを研磨するようにする。また、凹面を表
にしてウエハをプレートに固定する場合は、曲率が２α
＞ｍａｘ｛８Δ／Ｄ^２｝を満足しない回転砥石を砥石周
面がウエハの中心近傍に来るように接触させ、ウエハの
反りと反対の方向に一定の傾斜角Θ＝０〜４Δ／Ｄで連
続的に傾斜角を変えながら、回転砥石とプレートを回転
させてウエハの片面を研削し、ウエハを裏返して砥石面
を平行にして研磨する。

【００３１】初めの片面研磨において砥石軸をΘだけ傾
斜してウエハの中心から片一方の面を研削することによ
って反りを相補的に削り落とす。そのウエハは反り分だ
け削り落とされた凹型または凸型の断面形状となってい
る。裏返して残りの面を研削する場合は凹型、凸側の余
分の部分を除去することにより自由状態に戻すと平面で
あるウエハが得られるのである。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１のように凸状に反りのある場
合は、図８のような装置で凸側面を研削する。凸反りウ
エハを研磨プレート３に真空チャック（吸着）する。凸
反りであったが吸着されたときは平面になる。砥石４は
その周辺がウエハの中心Ｐの近傍に来るようにし砥石面
を傾斜させる。砥石の傾きΘは内側を負、外側を正とし
て定義する。図８では負の傾斜角Θになるように砥石を
傾けている。砥石４は回転軸５によって支持されるが、
回転軸５を傾斜させて回転するのである。するとウエハ
の中心部Ｐが余分に削られ、周辺部Ｅ、Ｈはより少なく
削られる。削り代ｕは平板状でなく円錐状となる。削り
代円錐ｕの傾きは砥石面の傾きΘに近い。だからウエハ
は中心Ｐの凹んだ凹型になる。

【００３３】ウエハをプレートから外すと、内部の応力
によって図９のように変形する。表面Ｂが凹型になって
いたが平坦面となる。図１のように上に凸であったウエ
ハを中心部を深く抉り取ったのであるから自由状態で平
坦になるのである。代わりに裏面Ｃが凹面になる。それ
は図１の裏面ＦＱＧの曲率を回復しただけのことであ
る。

【００３４】表面の研削が終わったのでひっくり返して
裏面を上にする。図１０はその状態を示す。裏面ＧＱＦ
は凹面でそれが上になる。表面ＥＰＨは平坦であったが
それが下面となる。

【００３５】平坦面である表面Ｂを吸着する。上方に凹
型ＧＱＦの裏面Ｃが見える。回転軸の傾斜角を０度とす
る。平行面をもった砥石４によってウエハの裏面Ｃを研
削する。それが図１１の状態である。その場合は砥石の
周辺をウエハの中心に合わせる必要はなくて、ウエハ全
面に砥石が接触するようにしてもよい。図２、図５のよ
うな研削でもよい。凹型の削り代ｖが取り除かれる。裏
面の研削が終了すると、真空吸着を解除してウエハを取
り外す。図１２がその状態である。反りがなくて平面を
もつウエハとなる。

【００３６】以上に説明したものは凸面を先に凹面を後
に研削するものである。その順序は反対にすることがで
きる。つまり凹面を先に凸面を後で研削することができ
る。その場合は砥石の傾斜は反対むきにする。傾斜角Θ
は正の値をとる（外向きに回転軸が傾斜する）。

【００３７】図１３のような凹反り面を先に研削する場
合は、図１４のように凸面Ｂをプレートに真空吸着す
る。砥石４を支持する回転軸５を外側へと傾ける。傾き
角Θは正である。砥石周辺部をウエハの中心Ｑの近傍に
合わせプレート３と砥石４を同時に回転させる。周辺部
が余分に削られる。削り代vは凹型となる。削られたウ
エハは凸円錐型となる。真空吸着を外すと自由状態とな
り、ウエハは図１５のようになる。凹面Ｃだったものが
平坦面となる。下面は凸型の面となる。これは図１３の
凸面Ｂと同じ彎曲である。それを上下反転する。図１６
のようになる。研磨プレートに真空吸着すると図１７の
ようになる。回転軸５の傾斜角Θを０度とし砥石面を平
行にしてウエハの凸面を研削する。この場合も砥石の周
辺部をウエハの中心に合わせる必要はない。二度目の研
削のときは砥石はウエハに全面接触しても一部接触でも
よいのである。

【００３８】それによって図１８のような両面が平坦な
ウエハを得る。本発明の方法は図１９に示すように、反
りのあるアズカットウエハを斜線のｕ、ｖのように研削
しているので最終的に平面のウエハを製造することがで
きるのである。

【００３９】［Ａ．凸反り面を凹面に研削する場合（図
８、図２０、図２１、図２２）］本発明は初めに凸反り
面を凹面に研削しても（図８）、凹反り面を凸面に研削
しても（図１４）よい。初めに図８に示した凸反り面を
凹面に研削する場合を説明する。凸反り面を凹面に研削
するため、平面砥石を使う。その研削面は尖った円錐で
なくて丸い凹球面である。どうして凹球面となるのかを
図２０〜図２２によって説明する。

【００４０】凹面凸面と曲率の定義をする。図２０にお
いて凹反りのウエハを示す。ウエハ面をｘｙ面として法
線の方向をｚ軸とする。ウエハ中心を原点とする。ウエ
ハの半径方向の座標をｒとする。ウエハの反りを簡単に
二次関数

【００４１】ｚ＝ａｒ^２（１）

【００４２】によって近似する。中心でのウエハの反り
の曲率は２ａである。中心での曲率半径は１／２ａであ
る。ウエハの直径がＤであるから、ｒ＝Ｄ／２が周面を
表現する。そのときの周面の隆起が反りΔであるから、

【００４３】である。

【００４４】

【００４５】となるので反りの式（１）は

【００４６】

【００４７】となる。それが反りΔとウエハの曲面の関
係を表現する式である。

【００４８】図２１、図２２はウエハと傾斜砥石を表す
平面図と正面図である。直径Ｄの円ＰがウエハＷを表現
している。Ｐ点を座標の原点（０，０，０）とする。ウ
エハは吸着されているから平面である。

【００４９】中心Ｋを有する傾斜砥石が周縁点をウエハ
中心Ｐに合致するように傾斜して接触する。砥石面は平
坦面である。砥石の中心Ｋとウエハの中心Ｐを結ぶ直線
ＰＫを基線と呼ぶ。基線の方向にｘ軸をとる。ｙ軸はＰ
点での砥石の接線となる。砥石のＰＫの延長上の終端点
をＭとする。砥石の直径ＰＭはウエハの直径Ｄより大き
くても小さくてもよい。砥石の半径をＲとする。

【００５０】砥石はその法線がウエハ法線と平行でなく
Θだけ傾いている。砥石面がウエハ面とΘの角度をな
す。ウエハの中心Ｐに砥石の端周が接触しているから図
２２において、ＭＰＨはΘである。そのような平板の砥
石を軸廻りに回転させウエハも中心軸廻りに回転させて
ウエハを削る。ウエハ面に最初に接触するのは基線ＰＫ
に沿う領域ではない。基線ＰＫの部分はウエハに接触し
ない。砥石がウエハ側（左に）傾いているので砥石の稜
線が最初にウエハに接触する。砥石Ｋの稜線上に任意の
点Ｔ（ｘ，ｙ）をとる。これはウエハに接触する点であ
る。ウエハ中心Ｐから点Ｔまでの距離をｒとする。ウエ
ハの中心から半径ｒの点での中心点Ｐ（０，０，０）に
対する面の高さｚ（ｘ，ｙ）を与えるのはＴ点のウエハ
面からの高さである。

【００５１】砥石面はＰ点から基線に沿ってΘの傾斜角
で傾いているのであるから砥石の上の任意の点（ｘ，
ｙ）の高さｚはｙによらない。

【００５２】ｚ（ｘ，ｙ）＝ｘｔａｎΘ （５）

【００５３】である。これはウエハ中心点Ｐを基準とし
た砥石面の高さである。砥石の半径をＲとする。点Ｔ
（ｘ，ｙ）は砥石周辺の点であるから近似的に

【００５４】（ｘ−Ｒ）^２＋ｙ^２＝Ｒ^２（６）となる。ウエハ中心からＴまでの距離ＰＴ＝ｒは、

【００５５】である。（６）と（７）からＴのｙ座標を
消去して

【００５６】

【００５７】周辺点Ｔのウエハ中心Ｐからの高さｚ
（ｘ，ｙ）は、（８）と（５）に代入して、

【００５８】

【００５９】というようになる。高さｚは半径ｒの一次
関数でなく二次関数である。だから傾斜砥石によってウ
エハ上に得られる凹型の面は中心Ｐで尖った円錐形でな
い。そうではなくて（９）のような二次関数面となる。
ここでは凹円錐に対して凹球面と表現する。

【００６０】ウエハの初めの反りは二次関数（４）によ
って表現される。平面砥石で得られるウエハ面上の凹球
面は（９）によって与えられる。（４）と（９）を等し
いとおけば、丁度厳密に凸反り分だけウエハの表面を研
削除去できるということになる。それは

【００６１】

【００６２】である。つまり傾斜角の正接を

【００６３】

【００６４】とすることによって、本来的なウエハの凸
反り部分を削り落とす事ができる。平板な砥石を使って
そのような二次曲面を創成することができるのである。
図８の凹球面の研削は以上のような条件によって達成さ
れる。しかし反りが研削によって影響を受けることもあ
るので、砥石の傾斜角Θは

【００６５】

【００６６】程度とする。ここで正接記号ｔａｎを取っ
たのはΔ／Ｄが小さいのでΘとその正接は殆ど等しいか
らである。

【００６７】［Ｂ．凹反り面を凸面に研削する場合（図
１４、図２１、図２３、図２４）］本発明は初めに凸反
り面を凹面に研削しても（図８）、凹反り面を凸面に研
削しても（図１４）よい。今度は凹反り面を凸型に研磨
する場合を示す。

【００６８】凹反り面を凸面に研削するため図２３のよ
うな傾斜した平面砥石を使うと、初め砥石はＰ’Ｋ’
Ｍ’の位置にある。研磨が進み砥石がウエハの中心Ｐに
至ると砥石はＰＫＭのようになる。研削線は直線で研削
面は円錐形となる。傾斜角Θを一定に保持すると円錐面
を造形してしまう。曲面を形成することはできない。綺
麗な曲面とするためには傾斜角Θを少しずつ変えて研削
する必要がある。その場合Θの変域は０〜４Δ／Ｄとす
る。

【００６９】凸面研削のために砥石をゆっくりと傾斜さ
せてゆくのが難しいという場合は、凹面研削と同じ手法
を用いることも可能である。凹面研削の場合砥石の稜線
がウエハに接触、基線は非接触であった。だから一つの
砥石によって曲面を研削できたのである。凸面研削の場
合も同様にできるが砥石が少し特殊な凹面砥石となる。
図２４にそれを示す。凹面砥石の曲率はどのウエハの凹
反りよりも大きいものとする。砥石面を

【００７０】ξ＝αρ２（１３）

【００７１】によって表現したとする。ρは凹面砥石の
中心からの半径である。ξは凹面の中心からの隆起分で
あり、αは二次関数の曲率の半分である。ウエハの反り
を（１）式ｚ＝ａｒ^２によって表現しているので、砥石
の曲率２αはどのウエハの曲率２ａよりも大きいという
ことである。そのような大きい凹曲率をもつ砥石を選
ぶ。

【００７２】α＞ｍａｘ｛ａ｝（１４）

【００７３】ｍａｘ｛…｝というのは括弧の中のパラメ
ータの最大値ということを示している。ａ＝４Δ／Ｄ^２
であるから、砥石の曲率２αを与えるパラメータαは、

【００７４】

【００７５】というように全ての対象となるウエハの反
りΔを直径Ｄの２乗で割った値の４倍以上とすればよい
のである。曲率２αによって表現すれば、

【００７６】ということである。

【００７７】そのような凹型面をもつ砥石を用いると、
任意の凹反りを有するウエハを一つの砥石で傾斜角を一
定角に固定して凸曲面研削することができる。図２４に
そのような関係を示す。ＥＰＨはウエハの表面を表現す
る。ＰＵＭは曲面砥石の表面を表現する。砥石の周辺部
をウエハ中心Ｐに合致させる。砥石の稜線がウエハに接
触し、基線ＰＫＭはウエハに接触しない。稜線によって
ウエハの表面を削ってゆくことになる。平面図は図２１
と同様である。点Ｔが砥石の稜線上の任意の一点である
とする。これがウエハの頂点Ｐよりどれだけ下がるか、
ということである。それは先ほど述べた場合と同じで符
号が逆になるだけである。砥石の稜線上の点Ｔ（ｘ，
ｙ）の高さｚは

【００７８】ｚ（ｘ，ｙ）＝−ｘｔａｎΘ （１７）

【００７９】である。これはウエハ中心点Ｐを基準とし
た砥石面の高さである。砥石の半径をＲとする。点Ｔ
（ｘ，ｙ）は砥石稜線の点であるから近似的に

【００８０】（ｘ−Ｒ）^２＋ｙ^２＝Ｒ^２（１８）

【００８１】となる。ウエハ中心からＴまでの距離ＰＴ
＝ｒは、

【００８２】

【００８３】である。（１７）と（１８）からＴのｙ座
標を消去して

【００８４】

【００８５】周辺点Ｔのウエハ中心Ｐからの高さｚ
（ｘ，ｙ）は、

【００８６】

【００８７】というようになる。高さｚは半径ｒの一次
関数でなく二次関数である。だから傾斜砥石によってウ
エハ上に得られる凸型の面は中心Ｐで尖った円錐形でな
い。そうではなくて（２１）のような二次関数面とな
る。ここでは凸円錐に対して凸球面と表現する。

【００８８】ウエハの初めの反りは二次関数（４）によ
って表現される。平面砥石で得られるウエハ面上の凸球
面は（２１）によって与えられる。（４）と（２１）を
等しいとおけば、丁度厳密に凹反り分だけウエハの表面
を研削除去できるということになる。それは

【００８９】

【００９０】である。つまり傾斜角の正接を

【００９１】

【００９２】とすることによって、本来的なウエハの凹
反り部分を削り落とす事ができる。（２２）、（２３）
は（１０）、（１１）と同一である。しかし（１０）、
（１１）ではΘは正（ウエハ側へ傾斜している）、Δは
正（凹反り）である。（２２）、（２３）では、Θは負
（ウエハと反対側へ傾斜している）、Δは負（凸反り）
である。だからそのような関係は符号も含めて成立す
る。

【００９３】平板な砥石を使ってそのような二次曲面を
創成することができるのである。図８の凹球面の研削は
以上のような条件によって達成される。しかし反りが研
削によって影響を受けることもあるので、砥石の傾斜角
Θ（負）は

【００９４】

【００９５】というように表現することができる。ここ
で正接記号ｔａｎを取ったのはΔ／Ｄが小さいのでΘと
その正接は殆ど等しいからである。凹反りの場合でも凸
反りの場合でもその条件を

【００９６】によって表現できる。

【００９７】先述のように凸型ウエハ（Δ＜０）を研削
して凹型の削り代を生成する場合Ａは、砥石は曲率が０
（２α＝０）の平面の円形砥石を使うことができた。と
ころが凹型ウエハを研削して凸型の削り代を生成しよう
とする場合Ｂは強い凹型彎曲の砥石でなければならなか
った。その条件は（１６）の不等式によって与えられ
た。

【００９８】非対称性があるように見えるがかならずしもそうでな
い。

【００９９】Ａの場合、凸型ウエハであるから反りΔは
全て負である。平板の砥石は曲率２αが０であるから、
当然に（１６）の不等式をも満足している。ということ
は平板砥石に限らず、２αが負であって（１６）を満足
するようなやや凸型の砥石であってもよいという事であ
る。凸型ウエハを凹型に研削する場合、（１６）を満た
す凹面砥石、平面砥石、凸面砥石の３つのパターンの砥
石が可能だということである。

【０１００】Ａの場合でもＢの場合でも、ウエハの反り
Δの最大値の８倍をウエハ直径の二乗で割った値よりも
大きい曲率をもつ砥石を斜めにして研削すれば凹型研
削、凸型研削することができるのである。

【０１０１】それ以下の曲率をもつ砥石の場合は、凹型
に削ることはできないが、砥石の回転軸の傾斜を少しず
つ変化させて凸型研削をすることはできる。

【０１０２】

【発明の効果】本発明は、反りのあるウエハを反りとは
反対の方向に傾斜させた砥石によって片面を研削し、凹
型或いは凸型とし反転して平行砥石によって凹面、凸面
を削りとる。反りのあるアズカットウエハを両面傾斜研
削によって平面をもつ反りのないウエハとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】記号を定義するための上に凸の反りをもつアズ
カットウエハの断面図。凹面をＣ、凸面をＢとする。凹
面の中心をＱ、凸面の中心をＰ、凹面の周縁をＧ、Ｆ、
凸面の周縁をＨ、Ｅとする。中心線をｍとする。この定
義は上に凹の反りをもつアズカットウエハでも同じであ
る。

【図２】凸反りウエハをプレートに吸着し、ウエハ面と
平行の面をもつ砥石とプレートを回転させてウエハの片
面を研削する従来法の工程を示す断面図。

【図３】片面研削のあとプレートから取り外したウエハ
は凸反りに戻ることを示すウエハの断面図。

【図４】片面研削後のウエハを上下反転し上に凹反りと
したウエハの断面図。

【図５】凹反りウエハをプレートに吸着し、ウエハ面と
平行の面をもつ砥石と接触させ砥石とプレートを回転さ
せてウエハの残りの片面を研削する従来法の工程を示す
断面図。

【図６】両面研削後のウエハをプレートから取り外した
ウエハは平坦ウエハとならず反りを有することを示す断
面図。

【図７】平行砥石で削る従来法では、反りあるウエハの
反りに平行な削り代ｕ、ｖが表裏面にできるだけで、も
との反りが研削後のウエハに残る事を示す断面図。

【図８】凸反りウエハをプレートに吸着しウエハ法線に
対し内向きに傾斜した砥石を接触させ、砥石とプレート
を回転させてウエハの片面を凹型に研削する本発明の片
面研削工程を示す断面図。

【図９】片面研削のあとプレートから取り外したウエハ
は凸反りに戻るが、凹型に削った上面は平面になり裏面
が凹面になることを示すウエハの断面図。

【図１０】片面研削後のウエハを上下反転し上面が凹反
り下面が平面としたウエハの断面図。

【図１１】上面凹反りウエハをプレートに吸着しウエハ
面と平行の面をもつ砥石と接触させ砥石とプレートを回
転させてウエハの残りの片面を研削する本発明の逆面研
削工程を示す断面図。

【図１２】本発明の方法によって両面を研削したウエハ
をプレートから取り外したウエハは平坦ウエハとなるこ
とを示す断面図。

【図１３】記号を定義するための上に凹である凹反りウ
エハの断面図。凹面をＣ、凸面をＢとする。凹面の中心
をＱ、凸面の中心をＰ、凹面の周縁をＧ、Ｆ、凸面の周
縁をＨ、Ｅとする。中心線をｍとする。

【図１４】凹反りウエハをプレートに吸着し、ウエハ法
線に対し外向きに傾斜した砥石を接触させ、砥石とプレ
ートを回転させてウエハの片面を凸型に研削する本発明
の片面研削工程を示す断面図。

【図１５】片面研削のあとプレートから取り外したウエ
ハは凹反りに戻るが、凸型に削った上面は平面になり裏
面が凸面になることを示すウエハの断面図。

【図１６】片面研削後のウエハを上下反転し上面が凸反
り下面が平面としたウエハの断面図。

【図１７】上面凸反りウエハをプレートに吸着し、ウエ
ハ面と平行の面をもつ砥石と接触させ砥石とプレートを
回転させてウエハの残りの片面を研削する本発明の逆面
研削工程を示す断面図。

【図１８】本発明の方法によって両面を研削したウエハ
をプレートから取り外したウエハは平坦ウエハとなるこ
とを示す断面図。

【図１９】反りあるアズカットウエハを、凸面は凸型
に、凹面は凹型に削りとるから本発明は平面のウエハを
製造できることを示す断面図。斜線部分が削り代ｕ、ｖ
である。

【図２０】周辺を含む平面から中心がウエハ側へそれた
ときに正の反りとし、平面からの中心のズレの高さΔを
反り量とする、ウエハの反りの定義を説明するための
図。

【図２１】直径Ｄのウエハの上面中心Ｐに周辺が接触す
るように平面回転砥石をウエハ反りと反対の方向斜めに
支持してウエハと砥石を回転させてウエハを削ると凹曲
面あるいは凸曲面の削り面が得られることを説明するた
めのウエハと砥石の概略平面図。

【図２２】直径Ｄのウエハの上面中心Ｐに周辺が接触す
るように平面回転砥石をウエハ反りと反対の方向斜めに
支持してウエハと砥石を回転させてウエハを削ると凹曲
面の削り面が得られることを説明するためのウエハと砥
石の概略正面図。

【図２３】直径Ｄのウエハの上面中心Ｐに周辺が対応す
るように平面回転砥石をウエハ反りと反対の方向斜めに
支持してウエハと砥石を回転させてウエハを削ると円錐
形の凸面の削り面が得られるが、滑らかな凸球面は形成
できないことを説明するためのウエハと砥石の概略正面
図。

【図２４】直径Ｄのウエハの上面中心Ｐに周辺が対応す
るように凹面回転砥石をウエハ反りと反対の方向斜めに
支持してウエハと砥石を回転させてウエハを削ると凸球
面の削り面が得られることを説明するためのウエハと砥
石の概略正面図。

【符号の説明】ＷウエハＢ凸面Ｃ凹面Ｅ、Ｈ凸面の周辺点Ｆ、Ｇ凹面の周辺点Ｐ凸面の中心点Ｑ凹面の中心点 Δ 反り（凹を正、凸を負と定義する）Ｄウエハの直径Ｓ周面ｕ凸面削り代ｖ凹面削り代３プレート４砥石５回転軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インゴットを切断して薄片とした反りの
あるアズカットウエハの厚みを整えるための研削であっ
て、ウエハの直径をＤ、平面にウエハを置いたときの中
心の平面からの隆起によって定義した反りをΔとし、凸
面あるいは凹面を表にしてウエハをプレートに固定し、
半径をＲとし曲率が２α＞ｍａｘ｛８Δ／Ｄ^２｝を満足
する回転砥石を、砥石周面がウエハの中心近傍に来るよ
うに接触させ、ウエハの反りと反対の方向に一定の傾斜
角Θ＝４ΔＲ／Ｄ^２〜１２ΔＲ／Ｄ^２で傾斜させて、回
転砥石とプレートを回転させてウエハの片面を研削し、
裏返して平行面をもつ砥石をウエハ面に接触させてもう
一方の面を研削するようにしたことを特徴とするウエハ
研削方法。
【請求項２】インゴットを切断して薄片とした反りの
あるアズカットウエハの厚みを整えるための研削であっ
て、ウエハの直径をＤ、平面にウエハを置いたときの中
心の平面からの隆起によって定義した反りをΔとし、凹
面を表にしてウエハをプレートに固定し、半径をＲとし
曲率が２α＞ｍａｘ｛８Δ／Ｄ^２｝を満足しない回転砥
石を、砥石周面がウエハの中心近傍に来るように接触さ
せ、ウエハの反りと反対の方向に一定の傾斜角Θ＝０〜
４Δ／Ｄで連続的に傾斜角を変えながら、回転砥石とプ
レートを回転させてウエハの片面を研削し、裏返して平
行面をもつ砥石をウエハ面に接触させてもう一方の面を
研削するようにしたことを特徴とするウエハ研削方法。