(57)【要約】【課題】研磨後にシリコンウェーハの表面に形成される破砕層の深さのばらつきを低減する。また、破砕層の深さを低減する。【解決手段】砥粒層を、例えばフェノール系樹脂やポリイミド系樹脂もしくはこれらの混合体等からなる樹脂結合相と、この樹脂結合相中に分散配置されたダイヤモンド（またはｃＢＮ等）の超砥粒とを備え、樹脂結合相中には、フィラーが分散配置されている構成とする。砥粒層の超砥粒の含有率Ｘを、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲内とする。砥粒層において固形分の含有率Ｙを、Ｘｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下とする。【選択図】　　　　図２
2004050354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂結合相中に超砥粒が分散配置されてなる砥粒層を有するレジンボンド砥石において、
前記砥粒層は、前記超砥粒の含有率Ｘが、４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内とされていることを特徴とするレジンボンド砥石。
【請求項２】
前記砥粒層には、４０ｖｏｌ％以上の固形分が含まれており、
前記固形分の含有率Ｙは、Ｘｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下とされていることを特徴とする請求項１記載のレジンボンド砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス等の基板となるシリコンウェーハの表面研磨に用いられるレジンボンド砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハは、単結晶引き上げ等によって作成されたシリコンインゴットをスライスしたものであって、半導体デバイス形成の下地となる表面は、ラッピング、エッチング、ポリッシングを施されて高精度の平坦面とされる。
シリコンインゴットから切り出したシリコンウェーハは、表面にラッピングを施すことで、その面粗度が１μｍ以下とされるが、ラッピングでは、遊離砥粒を用いている関係上、ウェーハ表面に深さ５μｍ〜１０μｍ程度の破砕層が形成される。この破砕層は、ウェーハ表面にエッチングを施すことで除去されるが、エッチングによってウェーハ表面の平坦度は４〜５μｍ程度まで低下する。このため、ウェーハ表面にさらにポリッシングを施して、高精度の平坦面としている。
【０００３】
ここで、エッチングを終えたシリコンウェーハにそのままポリッシングを施すと、ポリッシングによる取り代が大きくなるため、ウェーハに外周だれ等が生じて形状精度が低下する。そして、ポリッシングによる取り代を少なくするための技術としては、特開平１１−１７９６６４号公報には、エッチングとポリッシングの間に、固定砥粒を用いてシリコンウェーハの表面の研磨を行う技術が提案されている。
この研磨には、ダイヤモンド砥粒がボンド剤によって固定されてなる研削部を有する研削ホイールが用いられる。この研削ホイールは、研削部のヤング率（弾性率）が１９６１３ＭＰａから４１１８７ＭＰａとされており、砥石において砥粒が占める割合は、シリコンウェーハ以外の他の被削材の研磨に用いられるレジンボンド砥石と同様に、２．５ｖｏｌ％から１２．５ｖｏｌ％とされている。
また、形状不良や平坦度不良となった不良ウェーハを再生する時にも、同様の研削ホイールが用いられるので、その意味からも、エッチング面、ポリッシング面両方とも削ることができるホイールが必要とされている。
【０００４】
ここで、前記公報に記載の研削ホイールも含めて、従来のレジンボンド砥石は、砥石を製造する際の成形性等を考慮して、砥石において砥粒が占める割合は２．５ｖｏｌ％から１２．５ｖｏｌ％程度とされており、砥石の強度を確保するため、砥粒層の抗折力は４９．０ＭＰａから１４７．１ＭＰａの範囲内に設定されており、砥粒層のヤング率は１００００ＭＰａから２００００ＭＰａの範囲内に設定されている。
また、従来のビトリファイド砥石においても、同様の理由から、砥石において砥粒が占める割合は１０ｖｏｌ％から２５ｖｏｌ％程度とされており、砥粒層の抗折力は２９．４ＭＰａから１４７．１ＭＰａの範囲内、砥粒層のヤング率は１９６１３ＭＰａから３９２２７ＭＰａにそれぞれ設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような研削ホイールを用いてシリコンウェーハの表面を研磨した場合、数十枚に一枚の割合で、ウェーハ表面に非常に深い破砕層が形成されてしまう。
このような現象は、砥石本体が前記のように硬くて脆い性質であるために、研磨を繰り返すに従って砥石本体の各部で磨耗量に差が生じて、均一な研磨が行われなくなってしまうために引き起こされると思われる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、研磨後にシリコンウェーハの表面に形成される破砕層の深さのばらつきを低減し、かつ破砕層の深さも低減することができるレジンボンド砥石を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるレジンボンド砥石は、樹脂結合相中に超砥粒が分散配置されてなる砥粒層を有するレジンボンド砥石において、前記砥粒層の前記超砥粒の含有率Ｘが、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲内とされていることを特徴としている。
【０００８】
本発明にかかるレジンボンド砥石では、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘを、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％と、従来のレジンボンド砥石に比べて非常に高く設定しているので、砥粒層の磨耗が促進されて、砥粒層が均一に磨耗する。
このレジンボンド砥石は、一般的な砥石とは異なり、シリコンウェーハの表面を、数μｍ程度とごくわずかな量だけ削り取るものであるから、このように砥粒層の磨耗の進行が従来の砥石に比べて速くても、極端な寿命の低下は生じない。
ここで、超砥粒の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％よりも少ないと、砥粒層の磨耗の進行速度が遅くなり、砥石に過負荷が加わったり、偏磨耗が生じやすくなってしまう。一方，超砥粒の含有率Ｘが６０ｖｏｌ％を超えると、砥粒層の磨耗の進行速度が速くなりすぎて、超砥粒が研磨に作用する前に脱落してしまい、研削能率が低下したり、研削が不能となる。このため、超砥粒の含有率Ｘは、４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内とされる。
【０００９】
このレジンボンド砥石では、固形分（超砥粒及びフィラー）の含有率Ｙは、Ｘｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下とされていてもよい。
本発明にかかるレジンボンド砥石は、従来の砥石に比べて砥粒層の超砥粒の含有率が非常に高いので、フィラーの効果がより強く発揮される。
【００１０】
このようなフィラーとしては、例えばカーボン等の潤滑性フィラーを用いることができる。この場合には、研削時において砥粒層中のフィラーが樹脂結合相や超砥粒と共に逐次脱落する際、潤滑剤として作用するので、被削材との間の研削抵抗を低減して研削熱の発生を抑制することができる。
【００１１】
ここで、超砥粒の含有率Ｘが４７．５ｖｏｌ％未満になると、目標精度は達成できるものの、ウェーハ表面が黒く焼け気味となるほか、フィラーを加えても研削時の研削抵抗を低減して摩擦熱の発生を抑制する効果が弱い。逆に、超砥粒の含有率Ｘが６０ｖｏｌ％を超えると、砥粒層に占める結合剤の割合が低下するため、砥粒層の耐摩耗性が低下して経済性が低下するほか、磨耗速度が早くなりすぎるためにシリコンウェーハに対して超砥粒が切り込まず、研削能率が低下したり、研削が不能となる。
このため、超砥粒の含有率Ｘは、４７．５ｖｏｌ％とすることが望ましく、より好ましくは５０ｖｏｌ％とされる。
また、十分な潤滑性能を得るため、またかつ耐磨耗性を確保するため、固形分の含有率ＹはＸｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレジンボンド砥石の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態にかかるレジンボンド砥石１の一実施形態について示す断面図である。
【００１３】
本実施の形態によるレジンボンド砥石１において、砥粒層２は、例えば図１に示すように台金３に固定されていてもよいし、台金３を設けることなく砥粒層２のみによって砥石が構成されていてもよい。本実施の形態では、レジンボンド砥石１は、図１に示すようなカップ型砥石であって、台金３の一側面に略リング状に突出して設けられる先端部３ａに対して、複数の砥粒層２を、互いの間に間隔をあけた状態にして略リング状に配列した状態で固定した構成（すなわちセグメント砥石）としている。
砥粒層２は、図１に示すように、例えばフェノール系樹脂やポリイミド系樹脂もしくはこれらの混合体等からなる樹脂結合相４と、この樹脂結合相４中に分散配置されたダイヤモンド（またはｃＢＮ等）の超砥粒５とを備えている。さらに、樹脂結合相４中には、フィラー６が分散配置されている。
【００１４】
このレジンボンド砥石１では、砥粒層２の超砥粒５の含有率Ｘが、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲内とされている。本実施の形態では、超砥粒５の含有率Ｘを５０％としている。
【００１５】
また、砥粒層２において、固形分（超砥粒５及びフィラー６）の含有率Ｙは、Ｘｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下とされている。
また、添加するフィラー６としては、例えばカーボン等の潤滑性フィラー（固体潤滑剤）を用いることができる。本実施の形態では、フィラー６の含有率Ｚは４０％としている。また、フィラー６としては、カーボンを用いている。
なお、フィラー６の含有率Ｚは、次式（１）で表される。
Ｚ＝｛１００（Ｙ−Ｘ）｝／（１００−Ｘ）ｖｏｌ％　　　　　　（１）
ここでいうフィラー６の含有率Ｚとは、砥粒層２において超砥粒を除いた体積中に占めるフィラー６の割合を指している。
【００１６】
このようなレジンボンド砥石１は、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂の原料粉末と、ダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒とを混合し、単独で、あるいは必要に応じて台金３と共に型込めした上、プレス成形及び焼成を行ってレジンボンド砥粒層２を形成することで製造される。
このように超砥粒５の含有率の非常に高いレジンボンド砥石１を作成するにあたっては、樹脂結合相４を構成する樹脂（結合剤）として、例えば前記原料混合作業が可能な温度範囲内において４０ｍＰａ・ｓｅｃ以上の高い流動性を有する樹脂を用いることが肝要である。本実施の形態では、結合剤として、流動性が８０ｍＰａ・ｓｅｃ（１８０°Ｃ）であるものを用いている。
このレジンボンド砥石１では、砥粒層２の抗折力は４０ＭＰａから１２０ＭＰａの範囲内とされており、砥粒層２のヤング率は２８００ＭＰａから１００００ＭＰａとされている。本実施の形態では、砥粒層２の抗折力は１０４．７ＭＰａ、ヤング率は５０６１．３ＭＰａとされている。
【００１７】
このように構成されるレジンボンド砥石１は、シリコンインゴットから切り出されてその半導体デバイス形成の下地となる表面に対してラッピング、エッチングを施したシリコンウェーハに対して施される研磨、すなわちエッチングによって低下したシリコンウェーハの面粗度を回復させて、次の工程であるポリッシングにおける取り代を少なくするための研磨に用いられる。
この研磨において目標とされるシリコンウェーハの形状精度は、面粗度Ｒｔが０．１５μｍ以下、厚さ精度は１．０μｍ以下、破砕層深さは１．０μｍ以下である。
【００１８】
このレジンボンド砥石１は、台金３を図示せぬ研削装置の主軸に保持されて、リング状に配される砥粒層２の先端をウェーハ表面に当接させた状態で、砥粒層２の軸線Ｏに平行な軸線周りに回転駆動されることでシリコンウェーハの表面の研磨を行うものである。
【００１９】
レジンボンド砥石は、研削を行った際に、超砥粒の先端が摩耗して切れ味が低下するより早く、超砥粒を支える樹脂結合相が破砕または摩耗して超砥粒が脱落し、新たな超砥粒が研削に作用するので、高い研削性能が得られる。
本実施形態にかかるレジンボンド砥石１では、砥粒層２の超砥粒５の含有率Ｘを、４０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％と、従来のレジンボンド砥石に比べて非常に高く設定しているので、砥粒層２の磨耗がさらに促進され、砥粒層２が均一に磨耗する。
【００２０】
このように、本実施形態にかかるレジンボンド砥石１によれば、砥粒層２の偏磨耗が防止されるので、研磨後にシリコンウェーハの表面に形成される破砕層の深さのばらつきを低減することができる。また、有効砥粒の数が多く、砥粒突き出し量が小さくなるので、破砕層の深さも低減することができる。
そして、このレジンボンド砥石１は、一般的な砥石とは異なり、シリコンウェーハの表面を、数μｍ程度とごくわずかな量だけ削り取るものであるから、このように砥粒層２の磨耗の進行が従来の砥石に比べて速くても、極端な寿命の低下は生じない。
【００２１】
ここで、超砥粒５の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％よりも少ないと、砥粒層２の磨耗の進行速度が遅くなり、砥石１に過負荷が加わったり、偏磨耗が生じやすくなってしまう。一方、超砥粒５の含有率Ｘが６０ｖｏｌ％を超えると、砥粒層２の磨耗の進行速度が速くなりすぎて、超砥粒５が研磨に作用する前に脱落してしまい、研削能率が低下したり、研削が不能となる。このため、超砥粒の含有率Ｘは、４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内とされる。
【００２２】
また、このレジンボンド砥石１は、従来の砥石に比べて砥粒層２の超砥粒５の含有率が非常に高い。すなわち、砥粒層２に占める樹脂結合相４の割合が非常に低いので、この砥粒層２に、フィラー６を含ませることにより、フィラー６の効果がより強く発揮される。
本実施の形態では、フィラー６として、潤滑性フィラーを用いているので、研削時において砥粒層２中のフィラー６が樹脂結合相４や超砥粒５と共に逐次脱落する際、潤滑剤として作用してウェーハ表面との間の研削抵抗を低減して研削熱の発生を抑制することができる。
【００２３】
ここで、超砥粒５の含有率Ｘが４７．５ｖｏｌ％未満になると、要求精度は満たすものの、ウェーハ表面が黒く焼け気味となるほか、フィラー６を含有したことによる効果、例えば研削抵抗の低下、及びこれによる研削熱の低減等の効果が充分でない。このため、超砥粒の含有率Ｘは、４７．５ｖｏｌ％以上とすることが望ましく、より好ましくは５０ｖｏｌ％とされる。
なお、フィラー６の含有率Ｚは、砥粒層２の超砥粒５の含有率をＸ、固形分の含有率をＹとすると、前記（１）式を満たすように設定される。
【００２４】
【実施例】
次に、レジンボンド砥石において、同形状で砥粒層の超砥粒の含有率Ｘのみ異なる砥石を複数種類用意し、これらの砥石のそれぞれを用いて研削試験を行い、超砥粒の含有率Ｘと研削性能との関係を調べた。
これらのレジンボンド砥石はカップ型砥石とし、砥粒層の外径Ｄは２０５ｍｍ（台金外径は２０９ｍｍ）、台金内径Ｈは１５８ｍｍ、台金を含む高さＴは２２．５ｍｍ、台金からの砥粒層の高さＸは５ｍｍ、砥粒層の径方向の幅Ｗは２ｍｍとした。また、この研削試験においては、被削材として、エッチングを終えたシリコンウェーハを用い、研削装置（研削盤）としてＤｉｓｃｏ社製ＤＦＧ８４０を用い、研削条件は、主軸回転速度４８００ｍ−１、切り込み速度１８μｍ／ｍｉｎとし、クーラントとして純水を３Ｌ／ｍｉｎ供給し、研削量は１０μｍとした。
この研削試験の結果を次の表１に示す。
【００２５】
【表１】
2004050354.tif 000003
【００２６】
表１に示す試験結果から、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％未満のレジンボンド砥石では、研削時に研磨装置が過負荷となってしまい、研削試験を行うことができなかった。これは、砥粒層において超砥粒の脱落が生じにくく、研磨抵抗が高くなってしまったと思われる。
そして、超砥粒の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内にあるレジンボンド砥石では、研磨したシリコンウェーハの研磨精度は目標値内となった。特に、超砥粒の含有率Ｘが５０ｖｏｌ％のレジンボンド砥石では、研磨したシリコンウェーハ表面の面精度Ｒｔ、厚さ精度、破砕層深さのすべてにおいてバランスがよく、シリコンウェーハの研磨に適していることがわかる。
一方、超砥粒の含有率Ｘが６２．５ｖｏｌ％であるレジンボンド砥石では、研磨したシリコンウェーハは、面粗度Ｒｔと破砕層深さとが目標値を大幅に越えてしまった。これは、砥粒層の磨耗の進行速度が速くなりすぎて、超砥粒が研磨に作用する前に脱落してしまい、研削能率が低下したためと思われる。
以上の試験結果からわかるように、レジンボンド砥石において所望の研削性能を得るためには、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘは、４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内とする必要があり、より高い研磨性能を得るためには、含有率Ｘは５０％とすることが好ましい。
【００２７】
次に、レジンボンド砥石において、同形状で砥粒層の固形分の含有率Ｙのみ異なる砥石を複数種類用意し、これらの砥石のそれぞれを用いて研削試験を行い、固形分の含有率Ｙと研削性能との関係を調べた。ここで、これらレジンボンド砥石は、前記した砥粒の含有率Ｘと研削性能との関係を調べた試験に用いたものと同一形状としたものであり、研削条件及び被削材も前記試験と同一とした。
この研削試験は、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘを４０ｖｏｌ％としたもの、５０ｖｏｌ％としたもの、６０ｖｏｌ％としたもののそれぞれについて行った。
【００２８】
まず、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘを４０％としたレジンボンド砥石の研削試験の結果を次の表２に示す。
【００２９】
【表２】
2004050354.tif 000004
【００３０】
表２に示す試験結果から、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが４０％の場合、砥粒層の固形分の含有率Ｙが４０ｖｏｌ％から７０ｖｏｌ％の範囲内（すなわちフィラーの含有率Ｚが０ｖｏｌ％から５０ｖｏｌ％の範囲内）にあるレジンボンド砥石を用いて研磨したシリコンウェーハの研磨精度は目標値内となった。ただし、シリコンウェーハの表面は焼け気味であった。
【００３１】
次に、超砥粒の含有率Ｘを５０％としたレジンボンド砥石の研削試験の結果を次の表３に示す。
【００３２】
【表３】
2004050354.tif 000005
【００３３】
表３に示す試験結果から、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが５０％の場合、砥粒層の固形分の含有率Ｙが５０ｖｏｌ％から８５ｖｏｌ％の範囲内（すなわちフィラーの含有率Ｚが０ｖｏｌ％から７０ｖｏｌ％の範囲内）にあるレジンボンド砥石を用いて研磨したシリコンウェーハの研磨精度は目標値内となった。特に、固形分の含有率Ｙが７０ｖｏｌ％の場合（すなわちフィラーの含有率Ｚが４０％の場合）では、研磨したシリコンウェーハ表面の面粗度Ｒｔ、厚さ精度、破砕層深さのすべてにおいてバランスがよく、シリコンウェーハの研磨に適していることがわかる。
一方、固形分の含有率Ｙが９０ｖｏｌ％以上（フィラーの含有率Ｚが８０ｖｏｌ％以上）であるレジンボンド砥石を用いて研磨したシリコンウェーハは、面粗度Ｒｔと厚さ精度とが目標値を大幅に越えてしまった。
これは、フィラーの含有率が高すぎて、砥粒層中に占める樹脂結合相の割合が低下して砥粒層の強度及び砥粒層の耐摩耗性が低下することとなり、砥粒層の磨耗速度が早くなりすぎてシリコンウェーハに対して超砥粒が切り込まなくなり、研削能率が低下したり、研削が不能となるためと思われる。
【００３４】
次に、超砥粒の含有率Ｘを６０％としたレジンボンド砥石の研削試験の結果を次の表４に示す。
【００３５】
【表４】
2004050354.tif 000006
【００３６】
表４に示す試験結果から、砥粒層の固形分の含有率Ｙが６０ｖｏｌ％から８８ｖｏｌ％の範囲内（フィラーの含有率Ｚが０ｖｏｌ％から７０ｖｏｌ％の範囲内）にあるレジンボンド砥石を用いて研磨したシリコンウェーハの研磨精度は目標値内となった。ただし、研削に要した時間は、超砥粒の含有率Ｘが４０％、５０％であるレジンボンド砥石に比べて大幅に増加した。
一方、砥粒層の固形分の含有率Ｙが９０ｖｏｌ％以上（フィラーの含有率Ｚが７５ｖｏｌ％以上）であるレジンボンド砥石では、砥粒層の磨耗速度が速すぎて、シリコンウェーハに対して超砥粒が切り込まなくなり、研削が不能であった。
【００３７】
さらに、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが本発明の範囲外となるレジンボンド砥石（３５ｖｏｌ％、６５ｖｏｌ％）についても、同様の研削試験を行って固形分の含有率Ｙと研削性能との関係について調べた。
この結果を次の表５、表６に示す。
【００３８】
【表５】
2004050354.tif 000007
【００３９】
【表６】
2004050354.tif 000008
【００４０】
表５からわかるように、超砥粒の含有率Ｘが３５ｖｏｌ％である場合には、固形分の含有率Ｙによらず、研削装置に過負荷が加わってしまい、研削を行うことができなかった。
また、表６からわかるように、超砥粒の含有率Ｘが６５ｖｏｌ％である場合には、固形物の含有率Ｙによらず、砥粒層の磨耗速度が速すぎて、シリコンウェーハに対して超砥粒が切り込まなくなり、研削が不能であった。
【００４１】
以上の試験によって得られた砥粒層の組成と研削性能との関係を、図２のグラフに示す。図２のグラフにおいて、横軸は砥粒層の超砥粒の含有率Ｘ、縦軸は砥粒層の固形分の含有率Ｙであり、シリコンウェーハの研磨性能が良好であったもの（良品）については○印で示し、研磨性能が不良であるかもしくは研磨が不可能であったものについては×印で示した。
図２のグラフからわかるように、エッチング後のシリコンウェーハの研磨に用いるレジンボンド砥石としては、砥粒層の超砥粒の含有率Ｘが４０ｖｏｌ％から６０ｖｏｌ％の範囲内とされ、固形分の含有率Ｙは、Ｘｖｏｌ％以上（０．３Ｘ＋７０）ｖｏｌ％以下であることが望ましい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるレジンボンド砥石によれば、砥粒層の偏磨耗が防止されるので、研磨後に、被削材であるシリコンウェーハの表面に形成される破砕層の深さのばらつきを低減することができる。
また、有効砥粒数が多いこと、ならびに砥粒突き出し量が小さくなることから、破砕層の深さも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるレジンボンド砥石を示す断面図である。
【図２】研削試験によって得られたレジンボンド砥石の組成と研削性能との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　レジンボンド砥石　　　　　　２　砥粒層
４　樹脂結合相　　　　　　　　　５　超砥粒
６　フィラー
【図１】
2004050354.tif 000009
【図２】
2004050354.tif 000010