JP2509265B2 - ウェ―ハの製造方法及びその装置 - Google Patents

ウェ―ハの製造方法及びその装置

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JP2509265B2 JP62324590A JP32459087A JP2509265B2 JP 2509265 B2 JP2509265 B2 JP 2509265B2 JP 62324590 A JP62324590 A JP 62324590A JP 32459087 A JP32459087 A JP 32459087A JP 2509265 B2 JP2509265 B2 JP 2509265B2
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    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28DWORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/02Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by rotary tools, e.g. drills
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    • B28D5/028Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by rotary tools, e.g. drills by cutting with discs or wheels with a ring blade having an inside cutting edge

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン単結晶等の半導体や石英等の素材
から平坦なウェーハを得るためのウェーハの製造方法及
びその装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、シリコン、ガリウムひ素等の半導体や、石英、
サファイヤ等の素材から平坦なウェーハを製造する場合
には、棒状の素材を順次スライスすることによってウェ
ーハを切出し、次いでこのウェーハの表面の凹凸を除去
するための仕上加工が行なわれている。そして、この場
合、素材をスライスする機器としては内周刃切断機が、
また仕上加工にはラップ機が広く用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、上記内周刃切断機を用いて素材をスライス
した場合には、この内周刃切断機の精度や、切断機に取
り付けられた内周刃の装着精度の変化、内周刃表裏両側
の切断能力のバランス変動等によって、内周刃の正常位
置からの偏位が起こり、この偏位の結果として順次スラ
イスされるウェーハにおいて反りや歪み等の非平面的要
素が生じている。そして、この非平面的要素を除去する
ことが大きな課題となっていた。すなわち、該ウェーハ
は、通常、50〜200mmを直径とする円形、もしくは辺と
する角形で、厚みが1mm以下と薄いものであるため、極
めて可撓性に富み変形し易い。このため、ラップ加工等
の仕上加工においては、加圧圧力によってウェーハの変
形が起こり、加工終了後加圧圧力が取り除かれると、こ
の変形が復元するため、ウェーハは平坦面にならないと
いう問題があった。従って、内周刃による切断加工時に
生じるこれらの非平面的要素は平坦なウェーハを製造す
る上で大きな障害となっていた。そして、半導体デバイ
スの高集積化に伴い、上記ウェーハの平坦度は高精度の
ものが要求されるようになると共に、特に、高真空下で
の描画技術においては、真空チャックの吸着面を基準面
としてウェーハの変形を矯正する方法が採用できないた
め、ウェーハの自由状態における非平面的要素の存在は
決定的な障害となる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、ウェーハに生じる反り、歪み等の非
平面的要素を除去でき、平坦度を著しく向上させること
ができるウェーハの製造方法及びその装置を提供するこ
とにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明の方法は、棒状の
素材をスライスして得られた一連のウェーハを、スライ
スされた順番に集合して、各ウェーハ間の面方向と周方
向を一致させた状態で、再度棒状の集合体を形成し、こ
の集合体の端面をウェーハ毎に逐次平坦面加工すること
により、各ウェーハの一方のスライス面を平坦面とな
し、かつこれらのウェーハの平坦面を基準面として他方
のスライス面を平坦面加工するものである。
また、本発明の装置は、棒状の素材をスライスする切
断機と、この切断機によりスライスされた一連のウェー
ハをスライスされた順番に集合して形成された集合体の
端面を、ウェーハ毎に逐次ラップ加工する片面ラップ装
置と、この片面ラップ装置で片面ラップ加工されたウェ
ーハの平坦面を基準面として他方のスライス面を平坦面
加工する平坦面加工機とを備えてなり、上記片面ラップ
装置を、上記集合体を収納し支持案内する集合体収納具
と、この集合体収納具の一端側から内部の集合体を押圧
する加圧機構と、上記集合体収納具の他端側に設けら
れ、かつラップ加工中のウェーハを保持しラップ加工終
了後のウェーハを払い出すための可動板と、この可動板
に保持されたウェーハのスライス面に接触してラップ加
工する定盤とから構成したものである。
〔作 用〕
上述したように、内周刃切断機による切断加工におい
ては、内周刃の正常位置からの偏位が起こり、この偏位
の結果として順次スライスされるウェーハは反りや歪み
等の非平面的要素を有する。しかしながら、内周刃によ
る切断代は一枚のウェーハの切断の開始から終了まで一
定で、このため一回の切断において内周刃の表と裏で同
時に形成される二つの対向するスライス面の凹凸形状は
互いに相補的なものであることがわかった。本発明は、
上記知見に基づいてなされたもので、棒状の素材からス
ライスされた一連のウェーハをスライスされた順番に集
合して、各ウェーハ間の面方向と周方向を一致させた状
態で、再度棒状の集合体を形成することにより、集合さ
れたウェーハは変形することがなく、自由状態で相互に
密着することになると共に、この集合体の一方の端面を
拘束して他方の端面を平坦面加工することにより、該他
方の端面はこれに作用する面圧に対して剛性を有し変形
することがない。従って、上記平坦面加工によって各ウ
ェーハの一方のスライス面が平坦面に加工されるため、
この平坦面を基準面としてウェーハの他方のスライス面
を平坦面加工することにより、自由状態で平坦なウェー
ハが製造できる。
〔実施例〕
以下、第1図ないし第6図に基づいて本発明の一実施
例を説明する。
まず、第1図と第2図に示すように、切断加工しよう
とする直径150mmの略円柱状のシリコン単結晶棒1の一
方の端面1aに、剛性を有し、かつシリコン単結晶棒1の
横断面と同一形状の押圧板2を全面接着した。このシリ
コン単結晶棒1には、その結晶方向を識別するために予
め平面(オリエンテーションフラット)1bが形成されて
いる。また、接着材としては、シリコン単結晶棒1の端
面1aと押圧板2との隙間を埋めて、固化後充分な剛性が
得られるエポキシ樹脂のモールド材等が適している。
次いで、上記一端面1aに押圧板2を接着した状態のシ
リコン単結晶棒1を、内周刃切断機を用いて順次スライ
スして、第3図に示すように、一連のウェーハ3を得
た。この際、得られた一連のウェーハ3の反りは3〜12
μm、平均7μmであった。
続いて、これらの一連のウェーハ3を、上記押圧板2
とこの押圧板2に接着しているシリコン単結晶棒1の残
存部分とともに、スライスされた順番にかつウェーハ3
の面方向と周方向を整合させて集合し、第4図に示すよ
うに、再度、円柱状の集合体4を形成した。この時、ウ
ェーハ3の周方向の整合は、上記平面1bを基準として行
なったが、この平面1bがない場合には、別に識別用の棒
状部材を切断加工する素材の周面に接着しておくか、あ
るいは単にインキ等で上記素材の周面に線を描いておい
てもよい。このようにして得られた上記円柱状の集合体
4は、その軸方向に加圧密着させた後には、押圧板2に
対して反対側の端面4aに作用させた面圧に対し、充分剛
性を有し変形しなかった。
次に、上記集合体4の端面を各ウェーハ3毎にラップ
加工するが、この端面のラップ加工の装置の一例につい
て、第5図と第6図を参照して説明する。
この片面ラップ装置は、上面がドーナッツ盤面状でか
つ回転自在に設けられた定盤5と、この定盤5上におい
て、半径方向に移動自在に設けられ、かつウェーハ3と
同一形状の穴を有し、ラップ加工中のウェーハ3の保持
とラップ加工終了後のウェーハ11の払い出しを行なうた
めの可動板6と、この可動板6の上方に配置され、かつ
ウェーハ3と同一形状の穴を有し、上記集合体4を保持
する固定板7と、この固定板7の上に設けられ、かつ集
合体4を収納して案内する案内筒8と、この案内筒8の
上方に設置され、かつ集合体4を押圧板2を介して加圧
する加圧機構9と、上記定盤5上に配置され、かつ該定
盤5の上面を回転共摺りによって平坦面に保持する修正
リング10とから構成されている。そして、上記可動板6
は、定盤5上を半径方向に往復移動することによって、
ラップ加工済のウェーハ11を定盤5の外方に払い出すと
共に、次のウェーハ3を定盤5上に供給し、かつ保持す
るもので、その厚みは、上記ラップ加工済のウェーハ11
の厚み(0.78mm)よりも若干薄く設定されている。
上記のように構成された片面ラップ装置を用いて、ウ
ェーハ3の一方のスライス面をラップ加工する場合に
は、上記集合体4を案内筒8の内部に収納し、固定板
7、可動板6を通して集合体4の端面を定盤5の上面に
接触させ、加圧機構9によって押圧板2を介して集合体
4を定盤5に押し付ける。これにより、集合体4の下面
は回転している定盤5の上面によってラップ加工され
た。この場合、上記定盤5の上面には常時修正リング10
が接触しているから、この修正リング10の回転共摺りに
より常に定盤5の上面は平坦面に維持されている。そし
て、所定のラップ代(12μm)だけラップ加工されたウ
ェーハ11は、可動板6を定盤5の外方に移動させること
により定盤5の外方に払い出されると共に、この可動板
6を元の位置に戻すことにより、集合体4が所定高さ下
降して、次のウェーハ3のスライス面のラップ加工が開
始される。
このようにして片面のラップ加工が終了したウェーハ
は、ラップ面を基準面として、平坦度0.5μm以下の高
平坦度を有する多孔質アルミナ製真空チャック上に固定
され、ダイヤモンド工具によって他方のスライス面を所
定の研削代(12μm)だけ平面研削加工された。
上述した各工程を経て両スライス面の平坦面加工が終
了したウェーハは、通常、表裏面の加工歪み量の差に起
因する反りが存在するので、この歪みを除き、反りを除
去するために、3μmの化学エッチングを施した。そし
て、エッチング終了後、これらのウェーハの自由状態に
おける反りを測定した結果、1〜3μm、平均1.5μm
であった。この値は、従来の、内周刃切断後ラップ加工
したウェーハの反りが3〜10μm、平均6μmであるこ
とに比べて、著しく改善されている。
なお、本実施例においては、素材としてシリコン単結
晶棒1を用い、シリコンウェーハの平坦面加工として説
明したが、本発明は、上述した同様の加工上の問題を有
する他の半導体素材や石英、サファイヤ等の素材の加工
にも適用できるものである。また、本実施例において
は、片面ラップ装置を用いて説明したが、上記ウェーハ
の集合体4の端面は充分な剛性を有するので、ダイアモ
ンド・カップホイルによる片面研削装置でも平坦面加工
を行なうことができる。この場合、集合体4の周面をゴ
ム等の部材で少なくとも3箇所保持した状態で、集合体
4の端面を研削すればよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、棒状の素材からスラ
イスされた一連のウェーハをスライスされた順番に集合
して、各ウェーハ間の面方向と周方向を一致させた状態
で、再度棒状の集合体を形成し、この集合体の端面をウ
ェーハ毎に逐次平坦面加工するものであるから、集合さ
れた一連のウェーハは自由状態で相互に密着して、集合
体の端面はこれに作用する面圧に対して剛性を有し、変
形することがない。従って、上記平坦面加工によって各
ウェーハの一方のスライス面を平坦面に加工できるか
ら、この平坦面を基準面としてウェーハの他方のスライ
ス面を平坦面加工することにより、自由状態で平坦なウ
ェーハを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第6図は本発明の一実施例を示すもので、
第1図はシリコン単結晶棒と押圧板の正面図、第2図は
シリコン単結晶棒の側面図、第3図はスライスされた状
態の一連のウェーハを示す説明図、第4図は集合された
ウェーハを示す説明図、第5図と第6図は片面ラップ装
置の一例を示すもので、第5図は断面図、第6図は定盤
上の可動板と修正リングの動きを示す説明図である。 1……シリコン単結晶棒、2……押圧板、 3……ウェーハ、4……集合体、 5……定盤、6……可動板、 7……固定板(集合体収納具)、 8……案内筒(集合体収納具)、 9……加圧機構、10……修正リング、 11……ラップ加工済のウェーハ。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】棒状の素材をスライスして得られた一連の
    ウェーハを、スライスされた順番に集合して、各ウェー
    ハ間の面方向と周方向を一致させた状態で、再度棒状の
    集合体を形成し、この集合体の端面をウェーハ毎に逐次
    平坦面加工することにより、各ウェーハの一方のスライ
    ス面を平坦面となし、かつこれらのウェーハの平坦面を
    基準面として他方のスライス面を平坦面加工することを
    特徴とするウェーハの製造方法。
  2. 【請求項2】上記棒状の集合体の端面をウェーハ毎に逐
    次片面研削装置を用いて研削加工することにより各ウェ
    ーハの一方のスライス面を平坦面となすことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載のウェーハの製造方法。
  3. 【請求項3】棒状の素材をスライスする切断機と、この
    切断機によりスライスされた一連のウェーハをスライス
    された順番に集合して形成された集合体の端面を、ウェ
    ーハ毎に逐次ラップ加工する片面ラップ装置と、この片
    面ラップ装置で片面ラップ加工されたウェーハの平坦面
    を基準面として他方のスライス面を平坦面加工する平坦
    面加工機とを備えてなるウェーハの製造装置において、
    上記片面ラップ装置が、上記集合体を収納し支持案内す
    る集合体収納具と、この集合体収納具の一端側から内部
    の集合体を押圧する加圧機構と、上記集合体収納具の他
    端側に設けられ、かつラップ加工中のウェーハを保持し
    ラップ加工終了後のウェーハを払い出すための可動板
    と、この可動板に保持されたウェーハのスライス面と接
    触してラップ加工する定盤とから構成されたことを特徴
    とするウェーハの製造装置。
  4. 【請求項4】上記定盤に修正リングが併設されたことを
    特徴とする特許請求の範囲第3項記載のウェーハの製造
    装置。
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