(57)【要約】【課題】乾式研磨で発生する静電気を効果的に除電して静電気による支障発生を防ぐ。【解決手段】ゴム粉末からなるマトリックス中に、酸化金属からなる砥粒と、体積比で２．２％を超え、かつ５％未満の割合で混入された炭素繊維とが、分散し、かつ結合保持されている乾式研磨砥石を用いて乾式研磨する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム粉末からなるマトリックス中に、酸化金属からなる砥粒と、体積比で２．２％を超え、かつ５％未満の割合で混入された炭素繊維とが、分散し、かつ結合保持されていることを特徴とする乾式研磨砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェーハ等の基板部品を乾式研磨する際に用いて好適な乾式研磨砥石に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＬＳＩ等の電子回路を有する半導体デバイスは、一般に、シリコンウェーハ等の半導体基板の表面に複数が形成され、該基板を個々の半導体デバイスに切断、分割して得られている。ところで昨今の電子デバイス機器の軽薄短小化を実現するために、半導体基板は、半導体デバイスに分割される前の段階で裏面研削され、所望の厚さに薄化されている。基板の裏面研削には、ダイヤモンド砥粒を結合材で結合させてなる複数の砥石を環状に配列した固定砥粒式のカップ型砥石ホイールがよく用いられる。このような砥石ホイールで研削された基板の裏面には、研削条痕が残留する。この研削条痕は機械的ダメージであり、このまま基板が分割されると、得られた半導体デバイスは、その機械的ダメージを起点として亀裂や欠け等が起こり破損するおそれがある。そこで、研削された基板の裏面を研磨加工して機械的ダメージを除去することが行われている。
【０００３】
上記基板等を研磨加工する従来の手段としては、アルカリ溶液に研磨砥粒を混ぜたスラリと呼ばれる液体を高速回転させた研磨布に供給しながら、該研磨布を基板の被研磨面に押し付けるといった方法が挙げられる。しかしながらこの方法は、スラリの供給や廃液の管理が煩雑であるといった欠点がある。そこで、研磨布等の基材中に砥粒を含ませて結合材により結合させた乾式研磨砥石が提供されている（特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４３４４０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
乾式研磨では、上記スラリを供給する必要がなく、したがって廃液の問題も発生しないという利点がある。ところが基材と被加工物との摩擦によって発生する静電気を除電することができないという欠点がある。静電気の発生は研磨面へのゴミの付着や、デバイスへの通電によるデバイスの破壊等の支障を招くおそれがあることから、乾式研磨においては常に除電されていることが望ましい。
【０００６】
よって本発明は、乾式研磨で発生する静電気を効果的に除電することができ、静電気による支障発生を防止することができる乾式研磨砥石を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の乾式研磨砥石は、ゴム粉末からなるマトリックス中に、酸化金属からなる砥粒と、体積比で２．２％を超え、かつ５％未満の割合で混入された炭素繊維とが、分散し、かつ結合保持されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、炭素繊維によって砥石に導電性が付与され、その結果、研磨中に発生する静電気は砥石を介して放電され、除電される。炭素繊維を適量混在するといった簡便な手段で静電気の発生が効果的に防止され、その結果、静電気発生による支障発生を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の砥石によれば、炭素繊維を適量含むことにより、乾式研磨で発生する静電気を効果的に除電することができ、静電気による支障発生を防止することができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］半導体ウェーハ
図１の符合１は、一実施形態で裏面が研磨加工される円盤状の半導体ウェーハ（以下ウェーハと略称）を示している。このウェーハ１はシリコンウェーハ等であって、表面には格子状の切断予定ライン２により多数の矩形状の半導体チップ（以下チップと略称）３が区画されている。これらチップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。また、ウェーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）４が形成されている。このウェーハ１は、裏面研削されて所定の厚さに加工される。図１に示すウェーハ１は裏面研削前の段階のものであり、裏面研削されて薄化されると、ウェーハ１の裏面には研削条痕による機械的ダメージが形成される。本実施形態は、その機械的ダメージを除去するための乾式研磨砥石に係わり、その砥石は、図２に示す研磨加工装置２０に具備されている。
【００１１】
なお、ウェーハ１の裏面を研削加工および研磨加工する際には、電子回路を保護するなどの目的で、図１（ｂ）に示すように表面に保護テープ５が貼着される。この保護テープ５は、例えば厚さ７０〜２００μｍ程度のポリオレフィン等の柔らかい樹脂製基材シートの片面に５〜２０μｍ程度の粘着剤を塗布した構成のものが用いられ、粘着剤をウェーハ１の裏面に合わせて貼り付けられる。
以下、本実施形態に係る研磨加工装置２０を説明する。
【００１２】
［２］研磨加工装置
図２に示す研磨加工装置２０は、直方体状の基台２１を有している。ワークである上記ウェーハ１は、基台２１上の所定位置にセットされるカセット２２に、所定枚数が積層して収容される。カセット２２からは、１枚のウェーハ１がピックアップロボット２３によって取り出され、さらに、研磨される裏面側を上に向けた状態で位置決めテーブル２４上に載置され、一定の位置に決められる。
【００１３】
位置決めテーブル２４上で位置決めがなされたウェーハ１は、供給アーム２５によって位置決めテーブル２４から真空吸着されて取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル３０上に裏面が露出する状態に載置される。チャックテーブル３０は、Ｙ方向に往復移動するテーブルベース３１上に回転可能に支持されており、図示せぬ回転駆動機構によって一方向あるいは両方向に回転させられる。チャックテーブル３０はテーブルベース３１を介して、Ｙ方向奥側の研磨加工位置と、Ｙ方向手前側の着脱位置とを行き来させられる。なお、テーブルベース３１の移動方向両端部には、テーブルベース３１の移動路を覆い、その移動路への研磨屑等の落下を防ぐ蛇腹状のカバー３２が伸縮自在に設けられている。
【００１４】
チャックテーブル３０は、ワーク（ウェーハ１）を真空吸引して保持する一般周知の真空チャック式のもので、図３に示すように、水平な上面に、ウェーハ１を吸着、保持する多孔質の吸着エリア３３が形成されている。チャックテーブル３０は予め真空運転されており、ウェーハ１は載置と同時にその吸着エリア３３上に吸着、保持される。図４に示すように、ウェーハ１は、チャックテーブル３０上に裏面が露出されて同心状に吸着、保持される。同図に示すように、ウェーハ１の研削加工された裏面には、多数の弧が放射状に描かれた模様を呈する研削条痕（機械的ダメージ）９が残留している。
【００１５】
次にウェーハ１は、テーブルベース３１およびチャックテーブル３０を介して上記研磨加工位置の方向に移動させられ、その移動中に、上方に配された研磨ユニット４０によって裏面が研磨される。研磨ユニット４０は、図３に示すように、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング４１を備えている。このスピンドルハウジング４１内には、スピンドルシャフト４２が同軸的、かつ回転自在に支持されている。このスピンドルシャフト４２は、スピンドルハウジング４１の上端部に固定されたスピンドルモータ４３によって回転駆動させられる。スピンドルシャフト４２の下端には、円盤状のフランジ４４が同軸的に固定されている。そして、このフランジ４４に、フレーム５１および研磨砥石５２を備えた乾式の研磨工具５０が固定される。研磨砥石５２は、ウェーハ１よりも直径が大きい円盤状で、研磨面である下面が、チャックテーブル３０の上面と平行に設定される。研磨砥石５２は本発明に係るものであり、後に詳述する。
【００１６】
図２に示すように、研磨ユニット４０は、基台２１のＹ方向奥側の端部に立設されたコラム２１ａに、送り機構６０を介して昇降可能に支持されている。送り機構６０は、コラム２１ａの前面に固定されたＺ方向に延びるＺ軸リニアガイド６１と、このＺ軸リニアガイド６１に沿って摺動自在に装着されたＺ軸スライダ６２と、サーボモータ６３によって回転駆動され、回転することによりＺ軸スライダ６２をＺ方向に移動させる、すなわち昇降させるボールねじ式駆動機構６４とから構成されている。研磨ユニット４０は、スピンドルハウジング４１がＺ軸スライダ６２に固定されている。
【００１７】
チャックテーブル３０に保持されたウェーハ１の裏面は、次のようにして乾式研磨される。まず、テーブルベース３１をＹ方向奥側に移動させてチャックテーブル３０上に保持したウェーハ１を研磨ユニット４０の下方の研磨加工位置に位置付ける。そして、チャックテーブル３０を回転させてウェーハ１を自転させる。次に、研磨工具５０を例えば１０００ｒｐｍ程度で回転させるとともに、送り機構６０によって研磨ユニット４０を下降させ、研磨砥石５２をウェーハ１の被研磨面である裏面に所定荷重をかけながら押し付ける。チャックテーブル３０と研磨ユニット４０との水平方向の位置関係は、テーブルベース３１の位置調整によって、自転するウェーハ１の回転中心に研磨砥石５２の外周部分がかかり、これによってウェーハ１の裏面全面が研磨可能とされるように設定される。
【００１８】
ウェーハ１の裏面研磨は、所定研磨時間の経過によって終了と判断される。研磨終了後は、研磨ユニット４０を上方に退避させ、次いでテーブルベース３１をＹ方向手前に移動させてウェーハ１を着脱位置に位置付け、チャックテーブル３０の真空運転を停止させてウェーハ１をチャックテーブル３０から離脱可能の状態とする。次いで、ウェーハ１は回収アーム２６によってチャックテーブル３０上からスピンナ式洗浄装置２７に搬送されて洗浄、乾燥処理され、この後、ピックアップロボット２３によって回収カセット２８内に移送、収容される。ウェーハ１が取り除かれたチャックテーブル３０は、洗浄ノズル２９から噴射される洗浄水によって研磨屑等が除去される。
【００１９】
以上の動作が繰り返されて多数のウェーハ１の表面が研磨加工される。研削によってウェーハ１の裏面に形成された研削条痕９は研磨加工によって除去され、裏面は鏡面に仕上げられる。
【００２０】
上記のように研磨加工されたウェーハ１は、この後に切断予定ライン２に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。個片化のための切断方法は、ダイシングやレーザ光照射などが採用される。
【００２１】
次に、上記研磨工具５０および研磨砥石５２を説明する。
研磨工具５０は、図５に示すように、外径がフランジ４４とほぼ同径の円盤状のフレーム５１の下面に、円盤状の研磨砥石５２が同心状に配されて固着されたものである。研磨工具５０は研磨ユニット４０によって回転駆動され、研磨砥石５２を押し付けることによりウェーハ１の裏面を研磨する。ところで、回転する円盤状の研磨砥石によってウェーハ１を研磨する場合、中心から外周に行くほど周速が速く負荷がかかるため、研磨砥石の磨耗度は内周部よりも外周部の方が高くなる。このため、研磨にしたがって中心部が外周部よりも突出する傾向にあり、研磨面の平坦度が損なわれる。そこで、本実施形態の研磨砥石５２は、あえて磨耗しにくい中心部に孔５２ａを形成することにより、研磨面の平坦度が確保されていいる。
【００２２】
さて、本実施形態の研磨砥石５２は、ゴム粉末により形成された粒状マトリックス中に、酸化金属からなる砥粒と炭素繊維とが分散し、これらが結合されたものである。研磨砥石５２はこれら材料を混合したものを圧縮成形し、さらに加熱して焼成することによって得られており、厚さは、例えば１〜１０ｍｍ程度に仕上げられている。研磨砥石５２の圧縮成形は５〜３０ＭＰａの圧力で圧縮され、焼成温度は１００〜２００℃の範囲内で選択される。この研磨砥石５２は、マトリックスが多数のゴム粉末どうしが融着して結合することにより形成され、ゴム粉末間の間隙に砥粒および炭素繊維が埋め込まれた状態で固着した構造となっている。
【００２３】
この研磨砥石５２によれば、研磨面（下面）に表出している砥粒によってウェーハ１の裏面は研磨され、この砥粒は、磨耗するとマトリックスから脱離し、次いで研磨面のゴム粉末が磨耗や脱離して、内部にあった砥粒が研磨面に新たに表出し、この砥粒によって研磨されるといった作用が繰り返されて、研磨が行われる。
【００２４】
材料のゴム粉末は、粉末直径が１０〜３００μｍのものが好適に用いられる。ゴム粉末は硬化ゴムが好ましく、例えばデュロメータによるゴム硬度（ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３）が５０〜８０の範囲のものが好ましく用いられる。硬度が高すぎるとゴム粉末どうし、あるいはゴム粉末と砥粒および炭素繊維との融着作用が低下し、砥粒および炭素繊維の保持力が低下する。また、硬度が低すぎるとゴム粉末に対する砥粒および炭素繊維の結合力が大きくなりすぎ、砥粒の脱離が生じにくくなって研磨能力が低下する。したがってゴム硬度は適宜な範囲が好ましく、この場合は５０〜８０が好ましい。
【００２５】
ゴム粉末のゴム種としては、特に制限はないが、例えばアクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリウレタンゴム、ポリウレアゴム、ウレタン−ウレアゴム、アクリルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム等を用いることができる。ただし、これらの中では、圧縮成形および熱処理によって粉末どうしが融着してマトリックスが形成されやすい観点から、ＮＢＲやＳＢＲが好適とされる。
【００２６】
ゴム粉末中に分散される砥粒は酸化金属からなるものであり、研磨用として公知の、例えば酸化セリウム、酸化ケイ素（石英、溶融シリカ等）、アルミナ、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム等に代表される硬質の無機粉末が好適に用いられる。砥粒の粒径としては、０．１〜１０μｍ程度のものが用いられる。砥粒の混合量は、研磨性能を長期にわたって確保できる観点から、体積比で４０〜６０％が好適とされる。
【００２７】
炭素繊維は、繊維長が２０μｍないしはそれ以下で、太さが０．１〜０．２φμｍ程度のものが好適に用いられるが、これに限定されるものではない。炭素繊維が分散していることにより、研磨砥石５２での研磨中において摩擦による静電気の発生は抑えられる。炭素繊維の混合量は、体積比で２．２％以下では導電性能による静電気防止効果不十分であり、体積比で５％以上の場合には成形が困難になるため、体積比で２．２％を超え、かつ５％未満の割合が好ましく、この範囲内では２．５５〜４．６５％がより好ましい。
【００２８】
本実施形態の研磨砥石５２によってウェーハ１の裏面を乾式研磨すると、両者の摩擦によって静電気が発生する。この場合において、研磨砥石５２に埋設されている炭素繊維がウェーハ１に常に接触していることから、発生した静電気は研磨砥石５２を介してフレーム５１に流れ、さらにフレーム５１からスピンドルシャフト４２等を伝わり接地電流として放電される。このように本実施形態の研磨砥石５２によれば、炭素繊維を適量混在するといった簡便な手段で静電気の発生を効果的に防止することができる。その結果、研磨面へのゴミの付着や、デバイスへの通電によるデバイスの破壊といったような静電気発生による支障発生が未然に防止される。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の研磨砥石の実施例を説明する。
［実施例１］
・研磨砥石の製造
ゴム粉末および砥粒として、以下のものを用いた。
＜ゴム粉末＞
材質：ＮＢＲ硬化ゴム
粒径：１０〜３００μｍ
ゴム硬度（ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３）：デュロメータで５０
＜酸化金属の砥粒＞
材質：酸化セリウム
粒径０．１〜１０μｍ
＜炭素繊維＞
材質：炭素繊維
繊維長および太さ：２０μｍ以下  ０．１５φμｍ
【００３０】
上記の砥粒を３５体積％、炭素繊維を４．６５体積％、他をゴム粉末とした割合で乾式混合し、粒状混合物を調製した。得られた粒状混合物を３０ＭＰａの圧力で図４に示すような中心部に孔を有する円盤状に圧縮成形し、引き続きこの圧力を保持しながら、１５０℃で２４０分間保持して焼成して、外径：３００ｍｍ、内径：１００ｍｍ、厚さ：１０ｍｍの本発明品である実施例１の研磨砥石を製造した。
【００３１】
［比較例］
上記実施例１において、炭素繊維を混合させない以外は実施例１と同様にして、本発明外である比較例の研磨砥石を製造した。
【００３２】
Ａ．除電性能試験
図２に示したものと同型の研磨加工装置の研磨ユニットに実施例１の研磨砥石を装着し、シリコンウェーハの裏面を研磨しながらその際にウェーハの研磨面に発生する静電気の変化を電圧測定によって調べた。また、比較例の研磨砥石についても同様にして静電気の発生状態を調べた。図６は、研磨時間に経過に伴う静電気の変化、すなわち除電の状態をグラフ化したものである。図６によれば、比較例の場合には、研磨加工時間が５０秒を経過するあたりから電圧の変化が顕著となって静電気が発生している。これに対し実施例１の研磨砥石では電圧の変化を起きておらず、除電されていることが認められる。
【００３３】
Ｂ．炭素繊維混合量と導電性能の関係
上記実施例１の研磨砥石と同様の製造方法で、炭素繊維の混合量を２．２体積％から５体積％まで徐々に増加させて、炭素繊維の混合量が異なる本発明の研磨砥石を製造した（炭素繊維の混合量が４．６５体積％のものは実施例１）。なお、炭素繊維の含有量が５体積％では、成形が不可能であった。製造できた研磨砥石について比抵抗値を測定した。図７は炭素繊維混合量と比抵抗値の関係を示しており、これによると、炭素繊維の含有量が２．２体積％を下回ると比抵抗値が極めて高く導電性能が不十分であることが判る。そして、炭素繊維の含有量が３．６体積％以上確保されていると比抵抗値は低く、十分な導電性能を有し静電気の除電効果が高いことが判る。また、５体積％以上では、上記のように成形が不可能であり実用的でないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨加工装置によって裏面が乾式研磨されるウェーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る研磨加工装置の斜視図である。
【図３】一実施形態の研磨加工装置が具備する研磨ユニットの側面図である。
【図４】一実施形態の研磨加工装置のチャックテーブル上にウェーハが保持された状態を示す斜視図である。
【図５】一実施形態の研磨砥石を備えた研磨工具の斜視図である。
【図６】実施例で行った除電性能試験のグラフである。
【図７】炭素繊維混合量と導電性能の関係を調べた結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１…半導体ウェーハ
２０…研磨加工装置
３０…チャックテーブル
４０…研磨ユニット
５０…研磨工具
５２…研磨砥石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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