JP2000271857A - 大口径ウェーハの両面加工方法及び装置 - Google Patents

大口径ウェーハの両面加工方法及び装置

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JP2000271857A
JP2000271857A JP8125899A JP8125899A JP2000271857A JP 2000271857 A JP2000271857 A JP 2000271857A JP 8125899 A JP8125899 A JP 8125899A JP 8125899 A JP8125899 A JP 8125899A JP 2000271857 A JP2000271857 A JP 2000271857A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工中にウェーハが局部的に昇温することを
抑制し、平坦度の高いウェーハを得る。 【構成】 各キャリア1ごとに収容された1枚のウェー
ハ2を下定盤3と上定盤4との間に挟んでスラリー15
を供給しながらウェーハ2を両面加工する際、加工中の
ウェーハ2の中心が通過する部分に当たる個所で上定盤
4に非接触式温度計9を差し込み、ウェーハ2の表面温
度を測定する。測定値が設定値を超えたとき又は測定値
から得られた表面温度の変動幅が設定温度差を越えたと
き、ウェーハ2の中心が通過する部分に当たる個所で上
定盤4に穿設したスラリー供給孔12から低温スラリー
14を供給し、ウェーハの中心部を優先的に冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加工中の昇温による影
響を抑制し、平坦度が高いウェーハを製造する両面加工
方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】インゴットから切り出されたシリコンウ
ェーハは、スライシング時に発生した切断ウネリをラッ
ピングにより除去した後、研磨工程に送られる。ラッピ
ングや研磨等の表面加工には、代表的な両面加工装置と
してホフマン型加工装置が使用されている。この両面加
工装置は、複数枚のウェーハを仕込んだキャリアを下定
盤に載置し、上定盤を押し付けて公転,自転させること
によりウエーハの両面を同時に加工している。最近の傾
向として、ウェーハの口径に応じて一枚のウェーハから
切り出されるチップの個数が多くなることから、大口径
ウェーハの製造及び開発が進められている。具体的に
は、300mmウェーハが一部で市販されており、40
0mmウェーハも開発段階にある。
【0003】ウェーハの大口径化に伴って、複数のウェ
ーハを仕込むキャリアでは、両面加工装置が極端に大型
化し、設備設計や保守が困難になる。そのため、図1に
示すように各キャリア1ごとに1枚のウェーハ2を収容
し、ウェーハ2を下定盤3と上定盤4との間に挟み、キ
ャリア1の外周に形成しているギアをインターナルギア
5及びサンギア6に噛み合わせて回転させることによ
り、ウェーハ2を公転及び自転させながら下定盤3及び
上定盤4で加工している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】キャリア1に一枚のウ
ェーハ2を収容して両面加工するとき、キャリア1に複
数枚のウェーハを仕込んだ従来の小口径ウェーハの加工
ではみられなかった形状不良が生じることがある。なか
でも、ウェーハ2の中心部が窪んだ中凹状のウェーハが
生じ易くなる。ウェーハ2の中心部に窪みが発生する原
因を調査・研究した結果、加工中にウェーハ2の中心部
に当たる部分で下定盤3及び上定盤4が局部的に昇温す
ることに原因があることを解明した。
【0005】すなわち、各キャリア1ごとに1枚のウェ
ーハ2を収容して加工する際、ウェーハ2は矢印a方向
に自転し、且つキャリア1と共に矢印b方向に公転す
る。自転及び公転するウェーハ2と下定盤3及び上定盤
4の接触頻度は、ウェーハ2の中心部で高く、周辺部で
低くなる。その結果、摩擦熱で昇温する下定盤3及び上
定盤4の最高温度域7は、図2に示すようにウェーハ2
の中心を通る同心円状になる。ウェーハ2の中心と周辺
で異なる温度差は、スラリーを用いて加工しているとき
のエッチング作用に影響を与え、温度が高いウェーハ2
の中心部ほどエッチングされ易くなるため、ウェーハ2
の中心部に窪みが発生する。窪みの発生は、ウェーハ2
の直径が大きくなるほど顕著になり、高精度な平坦度を
もつウェーハの作製を困難にする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、加工中に昇温し
がちなウェーハ中心部を通る最高温度域を冷却すること
により、ウェーハ全面に渡ってエッチング作用を均一化
し、平坦度の高いウェーハを製造することを目的とす
る。
【0007】本発明は、その目的を達成するため、各キ
ャリアごとに収容された1枚のウェーハを下定盤と上定
盤との間に挟み、上定盤に形成した第1スラリー供給孔
を介してスラリーを供給しながらウェーハを両面加工す
る際、加工中のウェーハの中心が通過する部分に当たる
個所で上定盤に非接触式温度計を差し込み、非接触式温
度計でウェーハの表面温度を測定し、測定値が設定値を
超えたとき又は測定値から得られた表面温度の変動幅が
設定温度差を越えたとき、加工中のウェーハの中心が通
過する部分に当たる個所で上定盤に穿設した第2スラリ
ー供給孔から低温スラリーを供給し、ウェーハの中心部
を優先的に冷却することを特徴とする。
【0008】この方法で使用する両面加工装置は、それ
ぞれ1枚のウェーハを収容した複数のキャリアを上下か
ら挟み込む下定盤及び上定盤と、上定盤に穿設した第1
スラリー供給孔と、加工中のウェーハの中心が通過する
部分に当たる個所で上定盤に穿設された第2スラリー供
給孔と、加工中のウェーハの中心が通過する部分に当た
る個所で上定盤に穿設された測温用孔部に挿し込まれた
非接触式温度計とを備えている。
【0009】
【実施の形態】大口径ウェーハを加工したとき中凹状に
なり易いのは、前述したように摩擦頻度の高いウェーハ
中心部を通る円周部が部分的に昇温し、スラリーのエッ
チング反応を促進させることに原因がある。そこで、本
発明においては、ラッピング,研磨等の加工中にウェー
ハの表面温度を測定し、測定結果に応じてウェーハ中心
部に比較的低温のスラリーを供給し、昇温したウェーハ
中心部を冷却する方法を採用している。加工中にウェー
ハ2の表面温度を測定するため、図3に示すようにウェ
ーハ2の中心を通る部分で上定盤4に測温用孔部8を穿
設し、測温用孔部8に赤外線センサ,焦電型温度センサ
等の非接触式温度計9を挿し込む。非接触式温度計9
は、必要に応じて最高温度域7(図2)の円周状に等間
隔で複数個配置される。非接触式温度計9は、加工中の
ウェーハ2の表面に対向し、ウェーハ2の表面温度を検
出する。検出値は、非接触式温度計9から制御回路10
に出力され、ウェーハ2の加工領域に送り込まれるスラ
リーの供給制御に利用される。
【0010】上定盤4には、図4に示すように複数の第
1スラリー供給孔11及び第2スラリー供給孔12が穿
設されている。ウェーハ2の中心部に当たる第2スラリ
ー供給孔12にはスラリー分配器13を介して比較的低
温(具体的には、10〜15℃)のスラリー14を供給
する配管が接続され、残りの第1スラリー供給孔11に
は温度25〜40℃に維持された通常のスラリー15を
供給する配管が接続されている。第2スラリー供給孔1
2に低温スラリー14を送り込むタイミング及び供給量
は、非接触式温度計9で検出されたウェーハ2の表面温
度に基づいて定められる。
【0011】たとえば、ラッピング中にウェーハ2の表
面温度を連続的に測定しておき、ウェーハ2の表面温度
が設定値を超えて高くなると、低温スラリー14を供給
する制御信号を制御回路10から出力する。低温スラリ
ー14の供給によってウェーハ2の中心部が優先的に冷
却される。低温スラリー14の供給は、非接触式温度計
9で検出されるウェーハ2中心の表面温度が設定値を下
回るまで継続される。冷却で低下したウェーハ2中心の
表面温度が設定値を下回ったとき、低温スラリー14の
供給を停止する制御信号を制御回路10から出力する。
図5は、このときのフローを示す。
【0012】図5における低温スラリー14の供給及び
供給停止は、ウェーハ2中心の表面温度が設定値を超え
たか否かによって制御している。しかし、これに拘束さ
れることなく、非接触式温度計9で測定したウェーハ2
の表面温度に所定範囲を設定し、温度の最小値と最大値
との間の温度差が設定範囲を超えたときに低温スラリー
14を供給するようにしても良い。このようにインライ
ンで加工中のウェーハ2の表面温度を測定し、表面温度
が設定値を超えたときに低温スラリー14をウェーハ2
の中心部に供給して中心部を選択的に冷却している。そ
のため、低温スラリー14による冷却効果が早く現れ、
同時に冷却によってウェーハ2中心の表面温度が低下し
たことも確認される。また、最高温度域7に当たる部分
の上定盤4も低温スラリー14によって冷却され、部分
的な熱膨張による面圧の上昇も抑制される。そのため、
加工条件がウェーハ2の全面にわたって均一化され、平
坦度の高い高精度ウェーハが製造される。
【0013】本発明に従ったウェーハとしては、半導体
デバイスの製造に使用されるシリコンウェーハの外に、
高い平坦度が要求される光ディスク,磁気ディスク等の
基板材料として使用されるガラス基板,セラミックス基
板,金属基板等がある。
【0014】
【実施例】直径300mmのインゴットから切り出され
た厚み800μmのシリコンウェーハの両面研磨に適用
した例で本発明を具体的に説明する。ウェーハ2をキャ
リア1に収容して下定盤3と上定盤4との間に挟み、ウ
ェーハ2に面圧0.015MPaを加えながら第1スラ
リー供給孔11から温度30℃の通常スラリー15を供
給し、ウェーハ2を両面研磨した。研磨中に最高温度域
7に沿って同心円状に配置した非接触式温度計9でウェ
ーハ2の表面温度を測定した。測定された表面温度は、
図6に示すようにウェーハ2中心部に非接触式温度計9
が対向したときとウェーハ2の周辺部又はウェーハ2が
存在していない個所に非接触式温度計9が対向したとき
とで、非接触式温度計9で測定された温度が周期的に変
化した。
【0015】低温スラリー14を供給することなく、通
常スラリー15のみを供給してウェーハ2を研磨したと
ころ、ウェーハ2中心の表面温度は最高55℃までに達
したが、平均温度は45℃であった。このように中心部
と周辺部とで大きな温度差が生じたため、研磨されたウ
ェーハ2の厚み偏差は3μmと平坦度の低いものであっ
た。そこで、研磨中のウェーハ2の表面温度に設定値
T:45℃を設け、非接触式温度計9で測定された温度
が設定値Tを超えたとき、第2スラリー供給孔12から
温度15℃の低温スラリー14を供給した。低温スラリ
ー14の供給開始から1分経過した時点でウェーハ2中
心の表面温度が設定値Tを下回ったので、低温スラリー
14の供給を停止し、通常スラリー15のみを供給しな
がらウェーハ2の両面研磨した。以下、非接触式温度計
9でウェーハ2の表面温度を測定し、必要に応じて低温
スラリー14の供給及び供給停止を繰り返しながらウェ
ーハ2を両面研磨した。両面研磨されたウェーハ2の平
坦度を測定したところ、厚み偏差0.5μmと平坦度が
極めて高いウェーハに加工されていた。
【0016】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、大口径のウェーハを両面加工する際、定盤との摩擦
頻度が高いため局部的に高温になり易いウェーハの中心
部に低温スラリーを供給し、ウェーハの中心部を優先的
に冷却することにより、ラッピング,研磨等の加工中の
ウェーハ全面にわたって表面温度を所定範囲に収めてい
る。このようにウェーハの表面温度を管理しながら表面
加工するため、スラリーによるエッチング作用が均一化
され、ウェーハの中心部のみが高度に加工されることが
無くなり、平坦度の高いウェーハに加工される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 各キャリアごとに1枚のウェーハを入れて両
面加工する装置の要部斜視図
【図2】 加工中にウェーハ2中心に当たる部分が最高
温度域になることを説明する図
【図3】 本発明に従って非接触式温度計を上定盤に組
み込んだ両面加工装置の要部断面図
【図4】 本発明に従ってウェーハ中心部に低温スラリ
ーを供給する配管を組み込んだ両面加工装置の要部断面
【図5】 本発明に従った低温スラリーの供給及び供給
停止によりウェーハの表面温度を管理するときの制御フ
ロー
【図6】 加工中に非接触式温度計で測定されたウェー
ハの表面温度の変動を示すグラフ
【符号の説明】
1:キャリア 2:ウェーハ 3:下定盤 4:
上定盤 5:インターナルギア 6:サンギア
7:最高温度域 8:測温用孔部 9:非接触式温
度計 10:制御回路 11:第1スラリー供給孔
12:第2スラリー供給孔 13:スラリー分配
器 14:低温スラリー 15:通常スラリー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/304 622 H01L 21/304 622D

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各キャリアごとに収容された1枚のウェ
    ーハを下定盤と上定盤との間に挟み、上定盤に形成した
    第1スラリー供給孔を介してスラリーを供給しながらウ
    ェーハを両面加工する際、加工中のウェーハの中心が通
    過する部分に当たる個所で上定盤に非接触式温度計を差
    し込み、非接触式温度計でウェーハの表面温度を測定
    し、測定値が設定値を超えたとき又は測定値から得られ
    た表面温度の変動幅が設定温度差を越えたとき、加工中
    のウェーハの中心が通過する部分に当たる個所で上定盤
    に穿設した第2スラリー供給孔から低温スラリーを供給
    し、ウェーハの中心部を優先的に冷却することを特徴と
    する大口径ウェーハの両面加工方法。
  2. 【請求項2】 それぞれ1枚のウェーハを収容した複数
    のキャリアを上下から挟み込む下定盤及び上定盤と、上
    定盤に穿設した第1スラリー供給孔と、加工中のウェー
    ハの中心が通過する部分に当たる個所で上定盤に穿設さ
    れた第2スラリー供給孔と、加工中のウェーハの中心が
    通過する部分に当たる個所で上定盤に穿設された測温用
    孔部に挿し込まれた非接触式温度計とを備え、非接触式
    温度計で測定されたウェーハ中心の表面温度が測定値が
    設定値を超えたとき又は測定値から得られた表面温度の
    変動幅が設定温度差を越えたとき、第2スラリー供給孔
    から低温スラリーを供給する大口径ウェーハの両面加工
    装置。
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