JP3711416B2 - Semiconductor wafer chemical wrapping equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの加工プロセスにおいて用いられる半導体ウェーハのケミカルラップ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウェーハの製造方法において、円柱状の半導体(シリコン)単結晶棒をスライス工程で切断して得られた半導体ウェーハはラップ(機械研磨)されてソーマーク等が除去される。そして、この半導体ウェーハはエッチング(化学処理)で加工変質層が除去され、さらにポリッシング(機械的化学的研磨)で鏡面加工される。
ところが、このようにラップ工程を経て作製された半導体ウェーハにおいて、その表面の平坦度はある程度高いものとなっているものの、加工変質層を伴っており、この加工変質層を除去するため、エッチングでのエッチ量(取り代)を例えば20〜30μm程度と大きくする必要がある。その結果、そのエッチング面の凹凸(平坦度)も例えば1μm程度と大きくなった。さらに、エッチング後の鏡面研磨量も例えば10〜20μm程度にまで大きくなっていた。
【0003】
そこで、この半導体ウェーハの平坦度をより高める等のために、スライス後のウェーハ面を直接研削することが考えられる。ところで、従来より使用されている研削盤では円環状の研削刃を有し、テーブルに真空吸着で載置・固定した半導体ウェーハを片面ずつ研削するように構成されている。このため、スライス後の半導体ウェーハの片面を研削した後、さらに反対側の面を研削しても、スライスによるソーマークが半導体ウェーハの表裏面に残ることになる。そして、このようにして両面が研削された半導体ウェーハをエッチングし、さらに、その片面をポリッシュ(研磨)すると、ソーマークが浮き出てくる。このように、ラップに代えて片面研削を行うと、スライスでのソーマークをウェーハ表面から完全に除去することはできない。このように、片面研削でラップの代わりはできない。
【0004】
そこで、両面同時ラップが行われている。両面同時ラップの特徴として、加工するための基準面を材料(半導体ウェーハ)側に置く必要がないことである。ラップの基準面は、装置側の定盤面の活性な仮想面(実効作用面)で構成されていえる。しかし材料の剛性により左右される。半導体ウェーハの表面形状をサインカーブで表面したモデルを用いて、各仕上がりの検討してみる。
図8(a)に示すように、スライスされた半導体ウェーハの表面は、それぞれ凹凸が存在し、この凹凸は図8(b)および図8(c)に示すように、「厚み成分」と「うねり成分」から成っている。なお、うねり成分はウェーハ表裏面の中間線とした。
図8(b)の半導体ウェーハを、片面から加工して厚みを均一にすると(図8(d−1)参照)、図8(d−2)に示すように、非加工側の凹凸面に倣った表面ができる(裏面転写)。
また、半導体ウェーハの両面を加圧して両面から同時加工すると(図8(e−1)参照)、厚い部分の両面から加工されて(図8(e−2)参照)、厚み成分の凹凸が除かれるが、半導体ウェーハは弾性体なので、加工後に加工圧を開放すると、図8(e−3)に示すように、うねり成分が残ってしまう。
【0005】
ここで、従来のラップ装置および化学エッチングの概略について順次説明する。
(ラップ装置について)
ラッピング(lapping)は主としてスライシングによって生じたウェーハ表面の凹凸層を削り表面の平坦度とウェーハの平行度を高めるためのプロセスである。スライスされた半導体ウェーハは、互いに平行に保たれた鋳鉄製の上・下ラップ定盤の間に置かれる。通常、アルミナ砥粒溶液をラップ定盤と半導体ウェーハの間に流し込み加圧下で回転、摺り合わせによりウェーハ両面を機械的に加工する。
【0006】
(化学エッチングについて)
ブロック切断、外径研削、スライシング、ラッピングの機械加工プロセスを経たシリコンウェーハは表面にダメージ層すなわち加工変質層を有している。加工変質層はデバイス製造プロセスにおいてスリップ転位などの結晶欠陥を誘発したり、ウェーハの機械的強度を低下させ、また電気的特性に悪影響を及ぼすので、完全に除去しなければならない。機械加工プロセスでシリコンウェーハに導入された加工変質層は化学エッチングによって完全に除去される。化学エッチングの主たる目的は上述にように、加工変質層の除去であるが、ウェーハ厚さの精密制御という目的をも有する。
【0007】
上記の化学エッチングの典型的なエッチング液(エッチャント:etchant)はフッ酸(HF)と硝酸(HNO3 )の混酸を水(H2O )あるいは酢酸(CH3COOH )で希釈した3成分素による酸エッチング(acid etching)液であるSiは以下に示す2段階(a)および(b)でエッチされる。
(a)硝酸によるSiの酸化:
Si+4HNO3 →SiO2 +4NO2 +2H2O
(b)フッ酸によるSiO2 の溶解除去
SiO2 +6HF→H2SiF6 +2H2O
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、以下に記述するような数々の問題点(1)〜(6)がある。
(1)円柱状の半導体結晶棒をスライスして半導体ウェーハを切り出し、そのスライス時の表面ダメージ層を取り除くために、平均粒子13μmの程度の砥粒を使用したラップを行う。ラップ処理後では、ダメージ層は約7〜12μmのダメージ層を残してしまう。さらにこのダメージ層のために、次のエッチング工程で、この加工層を取り除く必要がある。
このエッチングでは、ダメージ層が深いために、滑らかな面にならず、取り代を深く(ダメージ深さ(10μm)+うねり低減処理深さ(20μm))取り除かなければならない。
【0009】
(2)ラッピングとエッチングをそれぞれ各別の装置により行っていたので、コストが嵩むとともに、ラッピイングおよびエッチングの両方を完了するのに長時間を要し、半導体ウェーハの生産性は低い。
(3)砥粒による加圧破砕機械加工なので、加工ダメージの残留が顕著であり、後述するエッチングによる取り代を20〜40μm程度と大きくしなければならない。
(4)上述のように、半導体ウェーハを加圧した状態でその両面をラップするので、厚い部分から加工されて、厚み成分の凹凸が除かれるが、このとき、半導体ウェーハは加工圧によって一時的に弾性変形しているので、加工後に加工圧を開放すると、うねり成分が残ってしまう。
(5)半導体ウェーハのそりについては、切断後の半導体ウェーハにそりがあっても、半導体ウェーハは小さな加工圧でも平行定盤の間で平面になる。この一定の加工圧をFc とすると、0<F<Fc の状態でラッピングを行えば、図7(b)に示すように、加圧のために原型は変化し、ラッピング後もそりが残る。一般の加工圧FはFより大きい。F≧Fc の場合は、図7(c)に示すように、半導体ウェーハは原型を保持したまま薄くなる。つまり、実行的に、スライシングで生じたそりを代表とするウェーハの変形をラッピングや、それ以降のエッチングやポリッシングで矯正するのは困難である。
(6)ラップ後の半導体ウェーハにラップ液が付着しているので、その除去のためのクリーニングにも手間がかかるとともに、クリーニングによる半導体ウェーハにかかる負荷が大きい。また、ラップ液の凝縮・沈澱・固形化等の、廃棄処理にコストを要する。
【0010】
本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、装置コストの低減および生産性の向上を図るとともに、ケミカルラップにより総合取り代が小さくて済み、さらには、うねり・そり成分を軽減し、後段のポリッシングを簡単に済ませることのできる、半導体ウェーハのケミカルラップ装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置は、半導体単結晶棒をスライスして切り出した半導体ウェーハにおいてスライシングによって生じたウェーハ表面の凹凸層を削り表面の平坦度とウェーハの平行度を高めるとともにスライス時の表面ダメージ層を取り除くために両ウェーハ面を同時にケミカルラッピングする半導体ウェーハのケミカルラップ 装置であって、
ケーシングと、
互いに平行状態で前記ケーシング内に設けられて、少なくとも相対向する表面が耐熱・耐アルカリ性樹脂でそれぞれ形成された定盤面になっており、かつ前記定盤面において前記半導体ウェーハの両ウェーハ面にそれぞれ接触する上定盤および下定盤と、
前記上定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるとともに、前記下定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるための相対運動手段と、
前記ケーシング内のヒーターと、
前記定盤面と前記半導体ウェーハとの間にアルミナからなる遊離砥粒を流し込む手段と、を備え、
前記ケーシング内に、少なくとも前記半導体ウェーハおよび各定盤面を浸漬するようにして、濃度5%以上のアルカリ性溶液を供給し、
ケミカルラップ速度が4.0μm/min以上となるように、
前記ケーシング内のアルカリ性溶液が前記ヒーターにより45℃〜80℃程度の一定温度に制御されているとともに、
前記定盤面を前記半導体ウェーハに接触させるときの接触圧が、前記半導体ウェーハを押圧して延ばさず、加工時にそりやうねりが弾性変形しないような5〜50g/cm 2 程度の大きさに設定されていることにより上記課題を解決した。
本発明においては、前記半導体ウェーハは、外周歯を備えたキャリアーに保持され、一方、前記上定盤および下定盤はそれぞれ中心孔を備えており、
前記相対運動手段は、
前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記中心孔に設けられた太陽歯車と、 前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記上定盤および下定盤の外方に設けられて、前記キャリアーを前記太陽歯車の回りで公転および自転させるためのリング状内周歯車と、
前記太陽歯車および前記リング状内周歯車を回転させるための駆動機構と、から構成されていることが好ましい。
本発明は、前記定盤面に格子状、または、径方向および円周方向に溝が多数設けられていることができる。
本発明においては、前記アルカリ性溶液の濃度が、5〜6%であることができる。
【0012】
上記目的を達成するための本発明は、半導体単結晶棒をスライスして得られた半導体ウェーハの両ウェーハ面を同時にケミカル研磨するための、半導体ウェーハのケミカルラップ装置であって、ケーシングと、互いに平行状態で前記ケーシング内に設けられて、少なくとも相対向する表面が耐熱性樹脂でそれぞれ形成された定盤面になっており、かつ前記定盤面において前記半導体ウェーハの両ウェーハ面にそれぞれ接触する上定盤および下定盤と、前記上定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるとともに、前記下定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハに沿う方向に互いに相対運動させるための相対運動手段とを備え、前記ケーシング内に、少なくとも前記半導体ウェーハおよび各定盤面を浸漬するようにして、温度制御したアルカリ性溶液を供給し、前記定盤面を前記半導体ウェーハに接触させるときの接触圧が前記半導体ウェーハを押圧して延ばさないような5〜50g/cm 2 程度の大きさとすることを特徴とするものである。
また、前記半導体ウェーハは、外周歯を備えたキャリアーに保持され、一方、前記上定盤および下定盤はそれぞれ中心孔を備えており、前記相対運動手段は、前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記中心孔に設けられた太陽歯車と、前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記上定盤および下定盤の外方に設けられて、前記キャリアーを前記太陽歯車の回りで公転および自転させるためのリング状内周歯車と、前記太陽歯車および前記リング状内周歯車を回転させるための駆動機構と、から構成されているものである。
【0013】
さらに、前記定盤面に遊離砥粒を流し込むものや、前記定盤面に溝が多数設けられているものとすることができる。そして、前記アルカリ性溶液の温度および濃度がそれぞれ45℃以上、5%以上であることが好ましい。
また、前記定盤面を前記半導体ウェーハに接触させるときの接触圧が5〜50g/cm2 程度の大きさとされることができる。
【0014】
以下、本発明の作用について説明する。
本発明では、アルカリ性溶液と両ウェーハ面とが反応して、半導体ウェーハはケミカルラップされ、反応生成物が生成される。この際、半導体ウェーハの両ウェーハ面が上下の定盤により小さな加工圧で削られて、両ウェーハ面の凸部にミクロなダメージが与えられて、前記ケミカルラップが促進される。ケミカルラップを主体とすることにより、加工圧は小さくて済み、これにより、加工ダメージ層が少なくなる(non−damage or little shallow damage)。
このように、半導体ウェーハの両ウェーハ面に上定盤および下定盤を接触させるだけ、あるいは小さな加工圧下で接触させるだけなので、うねりやそりが軽減される。また、ラップ定盤とウェーハとの間の加工圧が無限に小さい場合を仮想すると、図7(a)に示すように、半導体ウェーハのそりはなくなり、両ウェーハ面は定盤面と同等の平坦度に近づく。また、半導体ウェーハは一時的な弾性変形は小さいので(重力の作用により全く変形しないとはいえない)、うねりの成分も小さくなる。
【0015】
本発明では、太陽歯車およびリング状歯車(インターナル歯車)等からなる構成の簡単な相対運動手段により、半導体ウェーハを保持するキャリアーを自転および公転させることにより、この半導体ウェーハの両ウェーハ面を均一に研磨することができる。また、本発明では、各定盤の定盤面(上定盤は下面、下定盤は上面である)に遊離砥粒を設けることにより、前記ミクロなダメージの付与が促進される。さらに、本発明では、上・下定盤の各定盤面に溝を例えば格子状あるいは放射状に溝を設けることにより、半導体ウェーハの両ウェーハ面のアルカリ性溶液が溝内を移動して、アルカリ性溶液の置換(反応生成物の置換)が連続的に促進され、ケミカルラップが速まる。そして、本発明では、アルカリ性溶液の温度および濃度をそれぞれ45℃以上、5%以上とすることにより、ケミカルラップの速度を、本発明が産業上充分に有益になるように、速めることができる。
本発明では、ケミカルラップを主体とし、半導体ウェーハ面を上・下定盤により低加工圧で同時研削するので、そりやうねりが発生しないとともに、高平坦度の半導体ウェーハが得られる。また、従来の加圧破砕機械加工と比較して、加工圧が小さく済むので、加工ダメージ層が小さくなり、結果的に、両ウェーハ面のダメージ層は、従来の10μmと比べて、0〜2μm程度と非常に小さくできる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態例について図面を参照して説明する。
図1は本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置の一実施形態例の縦断面図、図2は本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置の一実施形態例の概略平面図(上面図)、図3は本実施形態例において、上・下定盤間のキャリアーおよび半導体ウェーハを拡大した図である。
【0017】
図1および図2に示すように、符号1は有底円筒状のケーシング(装置本体)を示しており、このケーシング1の外底面には脚部23が装着されている。ケーシング1を脚部23を介して、水平面上に水平状態で置くことができる。ケーシング1には、蓋体(モーターベースカバー)15が開閉自在に設けられている。すなわち、ケーシング1の一端側外周には一対のブラケット30a,30bが固定されており、この一対のブラケット30a,30bには、蓋体15の一端側の上蓋支持部18が支軸19を介して回動自在(図1中矢印A参照)に支持されている。また、蓋体15の他端側には取っ手(握りハンドル)16が備えられている。図1の状態から、取っ手16を持ち上げることにより、蓋体15を支軸19を中心に回動させて(矢印A参照)、ケーシング1の上端開口を開放することができる。
【0018】
ケーシング1の内底面には、中心穴を有する円盤状の下定盤ベース部材10が搭載されている。この下定盤ベース部材10上には、中心穴3aを有する円盤状の下定盤3が搭載されている。ケーシング1の底面には複数のピン部材20a,20bが一体的に突設されており、このピン部材20a,20bは下定盤ベース部材10を貫通し、下定盤3の下面の穴に嵌合しており、これにより、下定盤ベース部材10および下定盤3は水平方向に位置ずれしない。前記下定盤3の上方には、中心孔2aを有する上定盤2が下定盤3と平行に設けられている。
【0019】
前記蓋体15の上面にはブラケット21を介して第1の駆動モーター11が固定されており、この第1の駆動モーター11の下方へ延びる回転軸(出力軸)11aには駆動ピン8が同軸に一体的に固定されている。駆動ピン8の下端に、後述する太陽歯車7が、係合ピン22を介して周方向に係合している。この係合ピン22は駆動ピン8の下端部を貫通して支持されている。ケーシング1の内底部中央には太陽歯車支持軸5が突設され、この太陽歯車支持軸5には太陽歯車7が回転自在に嵌合して支持されている。この太陽歯車7はその外周に外周歯7aを備えており、この外周歯7aには後述する複数(本例では3つ)のウェーハキャリア4a,4b,4cの外周歯33a,33b,33cが噛み合っている。
【0020】
前記上蓋15が開いた状態から上蓋15を閉じると、前記駆動ピン8の係合ピン22が太陽歯車7の係合溝7bに入り込む。そして、第1の駆動モーター11を駆動することにより、駆動ピン8がその軸線回りに回転して、前記係合ピン22を介して太陽歯車7を回転させることができる。これにより、前記3つのウェーハキャリア4a,4b,4cを自転させることができる(図2中、矢印Y,Z,W参照)。なお、符号6は太陽歯車支持軸5の嵌められたOリングを示しており、このOリング6は、後述するアルカリ性溶液が太陽歯車7の内周面に侵入するのを阻止している。
【0021】
ケーシング1内にはリング状内周歯車(インターナル歯車)9が回転自在に設けられており、このインターナル歯車9は、その外周全域および内周全域に外周歯9bおよび内周歯9aがそれぞれ形成されている。前記インターナル歯車9の内周歯9aには後述する3つのウェーハキャリア4a,4b,4cが噛み合っている。これにより、インターナル歯車9をその中心軸回りに回転させることにより(図2中、矢印X参照)、ウェーハキャリアー4a,4b,4cを太陽歯車7の回りに公転および自転させることができる。結果的に、ウェーハキャリアー4a,4b,4cは、太陽歯車7の回りに遊星軌道を描きながら運動する。このように、半導体ウェーハ32a,32b,32cは、上定盤2および下定盤3に対して水平面内で相対的に運動する。
上記説明から明らかなように、第1および第2の駆動モーター11,25、太陽歯車7、太陽歯車支持軸5およびリング状歯車9等により相対運動手段が構成されている。なお、本例のような、ウェーハキャリアー4a,4b,4cを上定盤2および下定盤3に対して相対運動させるものに限らず、固定配置したウェーハキャリアー4a,4b,4cに対し、上定盤2および下定盤3を同期して相対運動させる構成にしてもよい。
【0022】
前記上定盤2は下定盤3と同様に中心孔2aを有する円盤状のものであり、この上定盤2の支持機構について、上定盤2の上面には、その周方向に等間隔をおいて複数本(本例では3本)のバランスシャフト12a,12b,12cの一端が固定されている。このバランスシャフト12a,12b,12cは、上蓋15を上下方向に移動自在に貫通している。各バランスシャフト12a,12b,12cの外周には、その上端から下端部にかけてねじ部がそれぞれ形成されている。各バランスシャフト12a,12b,12cのねじ部にはバランス調整ナット13a,13b,13cがそれぞれ螺合されている。また、各バランスシャフト12a,12b,12cにはバランスコイルばね14a,14b(1つのバランスコイルばねは不図示)が挿通されている。各バランスコイルばね14a,14bの弾性力により、上定盤2を保持することができる。そして、各バランス調整ナット13a,13b,13cのねじ込み量を調整することにより、上定盤2を確実に水平状態とすることができるとともに、上定盤2と下定盤3との間隔にしたがって圧力を調整することができる。
【0023】
前記インターナル歯車9の外周歯9bには、ケーシング1の側部を貫通するように回転自在に設けられた歯車27が噛み合っており、この歯車27は、ケーシング1の脚部23に突設されたブラケット24に固定された第2の駆動モーター25により回転駆動される。符号26は、第2の駆動モーター25の回転軸(出力軸)を示している。このような構成により、インターナル歯車9を回転させて、各ウェーハキャリアー4a,4b,4cを公転および自転させることができる。なお、符号28は、ケーシング1の前記歯車27の貫通部をシールするためにシール部材を示している。
前記ケーシング1内にはアルカリ性溶液(例えば水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液)が収容されている(この溶液の液面は図1中符号29で示している)。本例では、アルカリ性溶液の温度は高温であるので、後述するように、上・下定盤2,3の少なくとも定盤面に耐熱性・耐アルカリ性樹脂を用いており、これにより、上・下定盤2,3の寿命は長い。特に、後述するケミカルラップの促進のために、このアルカリ性溶液の温度および濃度はそれぞれ45℃以上、5%以上であることが好ましい。アルカリ性溶液の温度を45℃以上に確実に保持するためには、ケーシング1内にヒーター(不図示)を設けて温度制御し、さらに攪拌機で攪拌することが好ましい。
ケミカルラップ後にこのアルカリ性溶液を容易に排出するために、ケーシング1の底部には排水ホース接続金具17がねじ込まれている。この排水ホース接続金具17の一端に図示しない排水ホースが接続され、この排水ホースに設けたバルブを開くことにより、ケーシング1内のアルカリ性溶液を前記排水ホース接続金具17および排水ホースを介して排出することができる。また、排水ホースおよび排水ホース接続金具17を介してケーシング1内にアルカリ性溶液を供給することもできる。
【0024】
図2に示すように、ウェーハキャリアー4a,4b,4cにはその外周に外周歯33a,33b,33cがそれぞれ形成されており、かつ略中心部には、ウェーハ収容孔31a,31b,31cがそれぞれ形成されている。各ウェーハキャリアー4a,4b,4cのウェーハ収容孔31a,31b,31cには半導体ウェーハ32a,32b,32cがそれぞれ装填されている。なお、ウェーハキャリアー4a,4b,4cの厚さは半導体ウェーハ32a,32b,32cの厚さより若干薄くなっている。
【0025】
図3乃至図5に示すように、上・下定盤2,3は、少なくとも相対向する部分(定盤面34,35)が耐熱・耐アルカリ性樹脂で形成されている。すなわち、例えば上定盤2の下面および下定盤3の上面に耐熱・耐アルカリ性樹脂のプレート(不図示)が交換自在に貼り付けられている。上記上定盤2および下定盤3の定盤面(ラップ面)34,35には砥粒(固定砥粒あるいは遊離砥粒)が均一に設けられている。
また、上定盤2および下定盤3のラップ面34,35には、図5および図6(a)に示すように、格子状に多数本の溝38が形成されている。この溝38の幅BおよびピッチPはそれぞれ、3〜10mm,6〜30mm程度になっている。また、この格子状の溝38の形成形態に代えて、図6(b)に示すように、径方向および円周方向に多数の溝40,39を形成した形態でもよい。
【0026】
次に、上述した半導体ウェーハのケミカルラップ装置の使用方法や動作について図面を参照して説明する。
先ず、上蓋15が開いた状態で、半導体ウェーハ32a,32b,32cをそれぞれ保持したウェーハキャリアー4a,4b,4cを図2に示すように、太陽歯車7およびインターナル歯車9に噛み合うように下定盤3上に配置する。なお、この半導体ウェーハ32a,32b,32cは半導体単結晶棒をスライスして得られたものである。
ケーシング1内にアルカリ性溶液を供給する。このアルカリ性溶液の供給量は、上定盤2および下定盤3を浸漬して、それらの温度を一定(例えば60℃あるいは80℃程度)に保持する量が好ましいが、少なくとも前記半導体ウェーハ32a,32b,32cおよび各定盤面34,35を浸漬する量以上であることが必須である。そして、アルカリ性溶液を前記ヒーターで温度制御したり、攪拌することが好ましい。
ここで、上蓋15を閉じることにより、この上蓋15に支持された上定盤2のラップ面(定盤面)34を、各半導体ウェーハ32a,32b,32cに接触させる。このときの接触圧(加工圧)は、従来の機械的研磨による加工圧力(例えば170g/cm2 程度)よりも充分に小さく、半導体ウェーハ32a,32b,32cを押圧して延ばさないような、5〜50g/cm2 程度の大きさである。すなわち、図4に示すように、上定盤2および下定盤3のラップ面34,35が半導体ウェーハ32a,32b,32cの両ウェーハ面36,37の凸部41に接触する、無荷重に近い程度である。
【0027】
ここで、第1および第2の駆動モーター11,27をそれぞれ駆動して、各ウェーハキャリアー4a,4b,4cをそれぞれ自転および公転させることにより、各半導体ウェーハ32a,32b,32cを上定盤2および下定盤3に対して水平面内でそれぞれ相対運動させる。なお、本例では、ウェーハキャリア4a,4b,4cの公転速度は、以下の反応式で発生した水素を半導体ウェーハ32a,32b,32cから効率よく除去するために、大きいほど好ましい。本例では、ウェーハキャリア4a,4b,4cに半導体ウェーハ32a,32b,32c,32dが一枚ずつ保持された形態なので、ウェーハキャリア4a,4b,4cの自転の重要性は低いが、ウェーハキャリア4a,4b,4cに半導体ウェーハをそれぞれ複数枚保持する形態のものでは、ウェーハキャリア4a,4b,4cの自転速度は、公転速度とは逆の方向で、公転速度と同じ値の大きさに合わせることが好ましい。
【0028】
これにより、以下の現象が生じる。
すなわち、各半導体ウェーハ32a,32b,32cの表面がアルカリ性と反応して、ケミカルラップが行われる。ケミカルラッピングは以下のような反応式で進行し、珪酸ナトリウム(反応生成物)と水素が生成される。
反応式:Si+2NaOH+H2 O→Na2 SiO3 +2H2
2Na2 SiO3 +H2 O→(←)Na2 Si2 O5 +2NaOH(加水分解)
本実施形態では、アルカリ性溶液の温度および濃度が45℃以上、5%以上であるので、上記ケミカルラップは速度0.5〜4.0μ/min以上で進行し、産業上において生産性に何等問題が生じない。これに対し、従来の40℃以下、5%以下ではケミカルエッチングの進行は遅く、生産性に劣る。
また、各半導体ウェーハ32a,32b,32cの両ウェーハ面36,37の凸部41が上定盤2および下定盤3により削られてミクロなダメージDが与えられ、このダメージDの部分からアルカリ性溶液が浸透して前記ケミカルラップがさらに進行する。ケミカルラップ中に、加工圧を一定とするために、上定盤2の支持機構の各バランス調整ナット13,13b,13cのねじ込み量を調節する。なお参考に、定盤を使用せず、エッチング槽でのケミカルエッチングでは、研磨速度が5μ/min以下と遅い。なお、図9は、アルカリ性溶液の濃度が6%の場合において、横軸のアルカリ性溶液の温度に対するケミカルエッチの速度(縦軸)を示す実験結果の一例である。
さらに、ケミカルラップを主体とし、ウェーハ面36,37を上・下定盤2,3により低加工圧で同時加工するので、そりやうねりが発生しないとともに、高平坦度の半導体ウェーハが得られる。また、従来の加圧破砕機械加工と比較して、加工圧が小さく済むので、加工ダメージ層が小さくなり、結果的に、両ウェーハ面のダメージ層は、従来の10μmと比べて、0〜2μm程度と非常に小さくできる。
【0029】
本実施形態例では、上定盤2および下定盤3による加工圧が小さいので、上定盤2および下定盤3の寿命が長い。
また、上・下定盤2,3の定盤面34,35に砥粒(遊離砥粒)を設けることができるので、各半導体ウェーハ32a,32b,32cに前記ミクロなダメージを効果的に付与することができる。
さらに、定盤面34,35に溝38を多数本形成することにより、この溝38を介して両ウェーハ面36,37のアルカリ性溶液の置換を促進し、前記反応式により発生した反応生成物を、両ウェーハ面36,37から効果的に排除することができる。
そして、上記のようにケミカルラップした半導体ウェーハ32a,32b,32cにはアルカリ性溶液が付着しているが、従来のようにラップ液を用いないので、例えば超音波により容易に水洗浄(クリーニング)することができるとともに、クリーニングによる半導体ウェーハ32a,32b,32cへの負担が軽減される。
使用後のアルカリ性溶液をケーシング1から排出するには、前記排水ホースのバルブを開くことにより、排水する。反応生成物は、Na2 SiO3 およびNa2 Si2 O5 なので、従来と比べて公害対策処理は容易である。
【0030】
上記ようなケミカルラップを終了した半導体ウェーハ32a,32b,32cはミクロ的には平坦化されるが、マクロ的な平坦性を確保するために、後段において鏡面研磨処理を行う必要がある。本発明では、ケミカルラップによりウェーハ面36,37を鏡面に近い状態に高精度に仕上げることができるので、前記後段の鏡面研磨処理を簡単に済ませることができる。
【0031】
なお、従来のラップ装置において、鋳鉄性のラップ定盤を単に高温にしただけでは、定盤面の機械的精度を保持することが困難であること、および定盤面の研磨クロスが耐熱的に弱いので、寿命が短くなる。これに対し、本発明のようなケミカルラップが主体であれば、加工圧は低くても済み、上・下定盤の寿命が長い。
【0032】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したとおりに構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
本発明は、1つの装置によりラップおよびケミカルラップを行うことにより、装置コストの低減および生産性の向上を図ることができる。また、ケミカルラップを主体とし、小さな加工圧で半導体ウェーハの両面を同時ラップすることにより、加工ダメージ層が小さくなるとともに、両ウェーハ面の取り代を極めて少なくできる。さらに、半導体ウェーハにうねり成分やそりが軽減される。
本発明は、上記効果の他、太陽歯車およびリング状内周歯車等からなる構成の簡単な相対運動手段を採用することにより、半導体ウェーハを自転および公転させることにより、この半導体ウェーハの両ウェーハ面を均一にラップすることができる。
本発明は、上・下定盤の定盤面(上定盤は下面、下定盤は上面)に遊離砥粒を設けることにより、前記ミクロなダメージの付与が促進される。
本発明は、上・下定盤の定盤面に溝を格子状あるいは放射状に設けることにより、両ウェーハ面に前記ミクロなダメージを付与する際に、両ウェーハ面のアルカリ性溶液の置換が連続的に促進され、化学反応(ケミカルラップ)が早まる。
本発明は、アルカリ性溶液の温度および濃度をそれぞれ45℃以上、5%以上とすることにより、ケミカルラップがさらに促進され、本発明を産業上充分に有益なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置の一実施形態例の縦断面図である。
【図2】本発明の半導体ウェーハのケミカルラップ装置の一実施形態例の概略平面図(上面図)である。
【図3】本実施形態例において、上・下定盤間のキャリアーおよび半導体ウェーハを拡大した図である。
【図4】本実施形態例において、上・下定盤と半導体ウェーハを示す要部拡大断面図である。
【図5】本実施形態例における、上・下定盤の要部縦断面図である。
【図6】本実施形態例における、上・下定盤の定盤面を示す図である。
【図7】ラッピングによる半導体ウェーハの変形態様を示す図である。
【図8】半導体ウェーハのうねり成分を説明するための図である。
【図9】アルカリ性溶液の温度に対する化学研磨の速度を示すグラフである。
【符号の説明】
D ミクロなダメージ
1 ケーシング(装置本体)
2 上定盤
2a,3a 中心孔
3 下定盤
4a,4b,4c ウェーハキャリアー
5 太陽歯車支持軸
6 Oリング
7 太陽歯車
7a 外周歯
7b 係合溝
8 駆動ピン
9 リング状内周歯車(インター
ナル歯車)
9a 内周歯
9b 外周歯
10 下定盤ベース
11 第1の駆動モーター
11a 回転軸(出力軸)
12a,12b,12c バランスシャフト
13a,13b,13c バランス調整ナット
14a,14b バランスコイルばね
15 上蓋(モータベースカバー)
16 取っ手(握りハンドル)
17 排水ホース接続金具
18 上蓋支持部
19 支軸
20a,20b ピン部材
21 モーター支持ブラケット
22 係合ピン部材
23 脚部
24 ブラケット
25 第2の駆動モーター
26 回転軸(出力軸)
27 歯車
28 シール部材
29 アルカリ溶液の液面
30a,30b ブラケット
31a,31b,31c ウェーハ収容孔
32a,32b,32c 半導体ウェーハ
33a,33b,33c 外周歯
34,35 定盤面(ラップ面)
36,37 ウェーハ面
38,39,40 溝
41 凸部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor wafer chemical wrap apparatus used in a semiconductor wafer processing process.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor wafer manufacturing method, a semiconductor wafer obtained by cutting a cylindrical semiconductor (silicon) single crystal rod in a slicing step is lapped (mechanically polished) to remove saw marks and the like. Then, this semiconductor wafer is subjected to etching (chemical treatment) to remove the work-affected layer, and is further mirror-finished by polishing (mechanical chemical polishing).
However, in the semiconductor wafer manufactured through the lapping process in this way, although the surface flatness is high to some extent, it is accompanied by a work-affected layer, and etching is performed to remove this work-affected layer. It is necessary to increase the etching amount (removal allowance) of, for example, about 20 to 30 μm. As a result, the unevenness (flatness) of the etched surface was increased to about 1 μm, for example. Furthermore, the amount of mirror polishing after etching has increased to, for example, about 10 to 20 μm.
[0003]
Therefore, in order to further increase the flatness of the semiconductor wafer, it is conceivable to directly grind the wafer surface after slicing. By the way, conventionally used grinding machines have an annular grinding blade and are configured to grind semiconductor wafers placed and fixed on a table by vacuum suction one by one. For this reason, even if one side of the semiconductor wafer after slicing is ground and then the other side is ground, saw marks due to slicing remain on the front and back surfaces of the semiconductor wafer. Then, when the semiconductor wafer having both sides ground in this way is etched and further polished (polished) on one side, the saw mark is raised. Thus, if single-side grinding is performed instead of lapping, the saw marks in the slice cannot be completely removed from the wafer surface. In this way, lapping is not possible with single-side grinding.
[0004]
Therefore, double-sided simultaneous rackIsHas been done. A feature of double-sided simultaneous wrapping is that it is not necessary to place a reference surface for processing on the material (semiconductor wafer) side. It can be said that the reference surface of the lap is constituted by an active virtual surface (effective action surface) of the surface plate surface on the apparatus side. But it depends on the stiffness of the material. Consider each finish using a model in which the surface shape of the semiconductor wafer is a sine curve.
As shown in FIG. 8 (a), the surface of the sliced semiconductor wafer has irregularities, and these irregularities are shown in FIG. 8 (b) and FIG. 8 (c). It consists of “swelling ingredients”. The waviness component was an intermediate line on the front and back surfaces of the wafer.
When the semiconductor wafer of FIG. 8B is processed from one side to make the thickness uniform (see FIG. 8D-1), the uneven surface on the non-processed side is formed as shown in FIG. 8D-2. The copied surface is created (backside transfer).
Further, when both sides of the semiconductor wafer are pressed and processed simultaneously from both sides (see FIG. 8 (e-1)), the thick part is processed from both sides (see FIG. 8 (e-2)), and unevenness of the thickness component is observed. Although the semiconductor wafer is an elastic body, when the processing pressure is released after processing, a swell component remains as shown in FIG. 8 (e-3).
[0005]
Here, an outline of a conventional lapping apparatus and chemical etching will be sequentially described.
(About wrapping device)
Lapping is a process for removing the concavo-convex layer on the wafer surface caused by slicing to increase the flatness of the surface and the parallelism of the wafer. The sliced semiconductor wafer is placed between upper and lower lap surface plates made of cast iron kept parallel to each other. Usually, an alumina abrasive solution is poured between a lapping platen and a semiconductor wafer, and both surfaces of the wafer are mechanically processed by rotation and sliding under pressure.
[0006]
(About chemical etching)
A silicon wafer that has undergone block cutting, outer diameter grinding, slicing, and lapping machining processes has a damaged layer, that is, a work-affected layer on the surface. The work-affected layer must be removed completely because it induces crystal defects such as slip dislocations in the device manufacturing process, lowers the mechanical strength of the wafer, and adversely affects the electrical properties. The work-affected layer introduced into the silicon wafer by the machining process is completely removed by chemical etching. As described above, the main purpose of chemical etching is to remove the work-affected layer, but it also has the purpose of precise control of the wafer thickness.
[0007]
Typical etchants for the above chemical etch are etchant (HF) and nitric acid (HNO).3) Mixed acid in water (H2O 2) or acetic acid (CH3Si, which is an acid etching solution with ternary elements diluted with COOH 3), is etched in the following two steps (a) and (b).
(A) Oxidation of Si with nitric acid:
Si + 4HNO3→ SiO2+ 4NO2+ 2H2O
(B) SiO with hydrofluoric acid2Dissolution removal
SiO2+ 6HF → H2SiF6+ 2H2O
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has a number of problems (1) to (6) as described below.
(1) A semiconductor wafer is sliced by slicing a cylindrical semiconductor crystal rod, and lapping using abrasive grains having an average particle size of about 13 μm is performed to remove a surface damage layer at the time of slicing. After the lapping process, the damaged layer leaves a damaged layer of about 7 to 12 μm. Furthermore, because of this damaged layer, it is necessary to remove this processed layer in the next etching step.
In this etching, since the damaged layer is deep, a smooth surface is not obtained, and the machining allowance must be removed deeply (damage depth (10 μm) + undulation reduction treatment depth (20 μm)).
[0009]
(2) Since lapping and etching are performed by separate devices, the cost increases, and it takes a long time to complete both lapping and etching, and the productivity of the semiconductor wafer is low.
(3) Since pressure crushing machining is performed with abrasive grains, machining damage remains remarkably, and the allowance for etching, which will be described later, must be increased to about 20 to 40 μm.
(4) As described above, since both surfaces of the semiconductor wafer are wrapped in a pressurized state, processing is performed from a thick portion, and the unevenness of the thickness component is removed. At this time, the semiconductor wafer is temporarily treated by the processing pressure. Therefore, when the processing pressure is released after processing, the swell component remains.
(5) Regarding the warpage of the semiconductor wafer, even if the semiconductor wafer after cutting is warped, the semiconductor wafer becomes flat between the parallel surface plates even with a small processing pressure. Assuming that this constant working pressure is Fc, if lapping is performed in the condition of 0 <F <Fc, as shown in FIG. 7B, the original shape changes due to pressurization, and the warp remains after lapping. The general processing pressure F is larger than F. In the case of F ≧ Fc, as shown in FIG. 7C, the semiconductor wafer becomes thin while maintaining the original pattern. That is, in practice, it is difficult to correct the deformation of the wafer typified by warpage caused by slicing by lapping or subsequent etching or polishing.
(6) Since the lapping liquid adheres to the semiconductor wafer after lapping, it takes time and effort to remove the lapping solution, and the load on the semiconductor wafer due to cleaning is large. In addition, disposal processing such as condensation / precipitation / solidification of the lap liquid is costly.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is intended to reduce the apparatus cost and improve the productivity,WrapThe total allowance is small, and further, swell・ SleighAn object of the present invention is to provide a chemical wrapping apparatus for a semiconductor wafer, which can reduce the components and easily perform the subsequent polishing.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The chemical wrapping apparatus for semiconductor wafers of the present invention cuts the concavo-convex layer on the wafer surface generated by slicing in a semiconductor wafer sliced and cut out from a semiconductor single crystal rod to increase the flatness of the surface and the parallelism of the wafer and at the time of slicing Chemical wrapping of a semiconductor wafer that chemically wraps both wafer surfaces simultaneously to remove the surface damage layer A device,
A casing,
Provided in the casing in parallel with each other, at least the opposite surfaces are surface plate surfaces formed of heat-resistant and alkali-resistant resin, respectively, and in contact with both wafer surfaces of the semiconductor wafer on the surface plate surface, respectively. And upper and lower surface plates
Relative motion means for causing the upper surface plate and the semiconductor wafer to move relative to each other in a direction along the wafer surface, and for causing the lower surface plate and the semiconductor wafer to move relative to each other in a direction along the wafer surface;
A heater in the casing;
Means for pouring free abrasive grains made of alumina between the surface plate surface and the semiconductor wafer,
In the casing, at least the semiconductor wafer and each surface plate surface are immersed, and an alkaline solution having a concentration of 5% or more is supplied,
The chemical wrap speed is 4.0 μm / min or more,
The alkaline solution in the casing is controlled to a constant temperature of about 45 ° C. to 80 ° C. by the heater,
The contact pressure when the platen surface is brought into contact with the semiconductor wafer is 5-50 g / cm so that the semiconductor wafer does not press and extend and the warp and swell do not elastically deform during processing. 2 The above-mentioned problem was solved by setting the size to a certain level.
In the present invention, the semiconductor wafer is held by a carrier having outer peripheral teeth, while the upper surface plate and the lower surface plate each have a center hole,
The relative motion means is
A sun gear provided in the center hole so as to mesh with the outer peripheral teeth of the carrier; and provided on the outer side of the upper surface plate and the lower surface plate so as to mesh with the outer peripheral teeth of the carrier. A ring-shaped inner peripheral gear for revolving and rotating around the sun gear;
It is preferable that the driving mechanism is configured to rotate the sun gear and the ring-shaped inner peripheral gear.
In the present invention, the surface plate surface may be provided with a plurality of grooves in a grid pattern or in the radial direction and the circumferential direction.
In the present invention, the concentration of the alkaline solution may be 5 to 6%.
[0012]
To achieve the above object, the present invention provides a semiconductor wafer chemical lapping apparatus for simultaneously chemically polishing both wafer surfaces of a semiconductor wafer obtained by slicing a semiconductor single crystal rod. Provided in the casing in a parallel state, at least opposing surfaces are surface plate surfaces formed of heat-resistant resin, and upper surfaces that are in contact with both wafer surfaces of the semiconductor wafer on the surface plate surface, respectively. And a relative movement for moving the upper surface plate and the semiconductor wafer relative to each other in a direction along the wafer surface, and to move the lower surface plate and the semiconductor wafer relative to each other in a direction along the wafer. And at least the semiconductor wafer and each surface plate surface in the casing. As immersed, supplies temperature-controlled alkaline solution, 5 to 50 g / cm, such as contact pressure is not extended to press the semiconductor wafer when contacting the surface plate surface to the semiconductor wafer 2 It is characterized by having a size of about.
Further, the semiconductor wafer is held by a carrier having outer peripheral teeth, while the upper surface plate and the lower surface plate each have a center hole, and the relative movement means is engaged with the outer peripheral teeth of the carrier. The sun gear provided in the center hole and the outer surface plate of the upper surface plate and the lower surface plate so as to mesh with the outer peripheral teeth of the carrier, and the carrier revolves and rotates around the sun gear. A ring-shaped inner peripheral gear, and a drive mechanism for rotating the sun gear and the ring-shaped inner peripheral gear.
[0013]
In addition, loose polishing is applied to the surface plate surface.Pour grainsOr a large number of grooves on the surface plate surface. And it is preferable that the temperature and density | concentration of the said alkaline solution are 45 degreeC or more and 5% or more, respectively.
The contact pressure when the surface plate surface is brought into contact with the semiconductor wafer is 5 to 50 g / cm.2 Can be of the order of magnitude.
[0014]
The operation of the present invention will be described below.
In the present invention, the alkaline solution reacts with both wafer surfaces, and the semiconductor wafer is chemically treated.WrapAnd a reaction product is produced. At this time, both wafer surfaces of the semiconductor wafer are applied to the upper and lower surface plates with a small processing pressure.ScrapedMicroscopic damage is given to the convex part of both wafer surfaces, and the chemicalWrapIs promoted. chemicalWrapBy using as a main component, the processing pressure can be reduced, thereby reducing the processing damage layer (non-damage or little shallow damage).
As described above, since the upper surface plate and the lower surface plate are merely brought into contact with both the wafer surfaces of the semiconductor wafer or are brought into contact with each other under a small processing pressure, swell and warpage are reduced. Further, assuming that the processing pressure between the lapping surface plate and the wafer is infinitely small, as shown in FIG. 7A, the warp of the semiconductor wafer disappears, and both wafer surfaces have the same flatness as the surface plate surface. Get closer to. Further, since the semiconductor wafer has a small elastic deformation (it cannot be said that it is not deformed at all by the action of gravity), the swell component is also reduced.
[0015]
In the present invention, both the wafer surfaces of the semiconductor wafer are made uniform by rotating and revolving the carrier holding the semiconductor wafer by simple relative motion means composed of a sun gear and a ring gear (internal gear). Can be polished. In the present invention, the surface plate surface of each surface plate (the upper surface plate is the lower surface and the lower surface plate is the upper surface)PlayBy providing the abrasive grains, the application of the micro damage is promoted. Furthermore, in the present invention, by providing grooves on each surface of the upper and lower surface plates, for example, in a lattice shape or a radial shape, the alkaline solution on both wafer surfaces of the semiconductor wafer moves in the grooves, so that the alkaline solution is replaced. (Replacement of reaction products) is continuously promoted and chemicalWrapSpeeds up. In the present invention, the temperature and concentration of the alkaline solution are 45 ° C. or more and 5% or more, respectively.WrapCan be increased so that the present invention is sufficiently industrially beneficial.
In the present invention, chemicalWrapSince the semiconductor wafer surface is simultaneously ground at a low processing pressure by the upper and lower surface plates, warpage and undulation do not occur, and a highly flat semiconductor wafer can be obtained. In addition, since the processing pressure can be reduced as compared with the conventional pressure crushing machining, the processing damage layer is reduced. As a result, the damage layer on both wafer surfaces is 0 to 2 μm compared to the conventional 10 μm. Can be very small.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a chemical wrapping apparatus for a semiconductor wafer of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view (top view) of an embodiment of a chemical wrapping apparatus for a semiconductor wafer of the present invention, FIG. These are the figures which expanded the carrier and semiconductor wafer between an upper and lower surface plate in this embodiment example.
[0017]
As shown in FIGS. 1 and 2,
[0018]
A disc-shaped lower surface
[0019]
A first drive motor 11 is fixed to the upper surface of the
[0020]
When the
[0021]
A ring-shaped inner peripheral gear (internal gear) 9 is rotatably provided in the
As is clear from the above description, the first and
[0022]
The
[0023]
The outer
An alkaline solution (for example, an aqueous potassium hydroxide solution or an aqueous sodium hydroxide solution) is accommodated in the casing 1 (the liquid level of this solution is indicated by
In order to easily discharge this alkaline solution after chemical wrapping, a drain hose connection fitting 17 is screwed into the bottom of the
[0024]
As shown in FIG. 2, outer
[0025]
As shown in FIGS. 3 to 5, the upper and
In addition, the
[0026]
Next, the use method and operation of the above-described semiconductor wafer chemical wrap apparatus will be described with reference to the drawings.
First, in a state where the
An alkaline solution is supplied into the
Here, by closing the
[0027]
Here, the first and
[0028]
As a result, the following phenomenon occurs.
That is, the surface of each
Reaction formula: Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3+ 2H2
2Na2SiO3+ H2O → (←) Na2Si2O5+2 NaOH (hydrolysis)
In this embodiment, the temperature and concentration of the alkaline solution are 45 ° C. or higher and 5% or higher, soChemical wrapProceeds at a speed of 0.5 to 4.0 μ / min or more, and there is no problem in industrial productivity. On the other hand, at a conventional temperature of 40 ° C. or lower and 5% or lower, the progress of chemical etching is slow and the productivity is poor.
Further, the
In addition, chemicalWrapThe wafer surfaces 36 and 37 are simultaneously processed at a low processing pressure by the upper and
[0029]
In this embodiment, the working pressure of the
Abrasive grains on the
Furthermore, by forming a large number of
Although the alkaline solution adheres to the
In order to discharge the used alkaline solution from the
[0030]
Chemical as
[0031]
In the conventional lapping machine, it is difficult to maintain the mechanical accuracy of the surface plate surface by simply raising the temperature of the cast iron lap surface plate, and the polishing cloth on the surface plate surface is weak in heat resistance. The life is shortened. In contrast, a chemical like the present inventionWrapIs the main component, the processing pressure can be low and the life of the upper and lower surface plates is long.
[0032]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
BookThe invention provides a single device for lapping and chemicalWrapBy performing the above, it is possible to reduce the apparatus cost and improve the productivity. Also chemicalWrapAnd both sides of the semiconductor wafer at the same time with a small processing pressureWrapBy doing so, the processing damage layer becomes small and the machining allowance of both wafer surfaces can be extremely reduced. Furthermore, the swell component and warpage are reduced in the semiconductor wafer.
BookIn addition to the above effects, the invention adopts a simple relative motion means composed of a sun gear and a ring-shaped inner peripheral gear, etc., to rotate and revolve the semiconductor wafer so that both wafer surfaces of the semiconductor wafer are UniformlyWrapcan do.
BookThe invention is the surface of the upper and lower surface plate (the upper surface plate is the lower surface, the lower surface plate is the upper surface)PlayBy providing the abrasive grains, the application of the micro damage is promoted.
BookIn the invention, by providing grooves on the surface plates of the upper and lower surface plates in a lattice or radial manner, when the micro damage is given to both wafer surfaces, the replacement of the alkaline solution on both wafer surfaces is continuously promoted. ,Chemical reaction(Chemical wrap) Is faster.
BookThe invention makes the temperature and concentration of the alkaline solution 45 ° C. or more and 5% or more, respectively.Chemical wrapCan be further promoted to make the present invention sufficiently useful in the industry.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a chemical wrapping apparatus for a semiconductor wafer according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view (top view) of an embodiment of a semiconductor wafer chemical wrap apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of the carrier between the upper and lower surface plates and the semiconductor wafer in the embodiment.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing upper and lower surface plates and a semiconductor wafer in the embodiment.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a main part of upper and lower surface plates in the present embodiment example.
FIG. 6 is a view showing the surface plate surfaces of the upper and lower surface plates in the embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a deformation mode of a semiconductor wafer by lapping.
FIG. 8 is a diagram for explaining a swell component of a semiconductor wafer.
FIG. 9 is a graph showing the rate of chemical polishing with respect to the temperature of an alkaline solution.
[Explanation of symbols]
D Micro damage
1 Casing (device body)
2 Upper surface plate
2a, 3a Center hole
3 Lower surface plate
4a, 4b, 4c Wafer carrier
5 Sun gear support shaft
6 O-ring
7 Sun gear
7a peripheral teeth
7b Engaging groove
8 Drive pin
9 Ring-shaped inner gear (inter
Null gear)
9a Internal teeth
9b peripheral teeth
10 Lower surface plate base
11 First drive motor
11a Rotating shaft (output shaft)
12a, 12b, 12c Balance shaft
13a, 13b, 13c Balance adjustment nut
14a, 14b Balance coil spring
15 Top cover (motor base cover)
16 Handle (grip handle)
17 Drain hose fitting
18 Upper lid support
19 Spindle
20a, 20b Pin member
21 Motor support bracket
22 engaging pin member
23 legs
24 Bracket
25 Second drive motor
26 Rotating shaft (output shaft)
27 Gear
28 Seal member
29 Liquid level of alkaline solution
30a, 30b Bracket
31a, 31b, 31c Wafer accommodation hole
32a, 32b, 32c Semiconductor wafer
33a, 33b, 33c outer peripheral teeth
34, 35 Surface plate (Wrapsurface)
36, 37 Wafer surface
38, 39, 40 groove
41 Convex
Claims (4)
ケーシングと、
互いに平行状態で前記ケーシング内に設けられて、少なくとも相対向する表面が耐熱・耐アルカリ性樹脂でそれぞれ形成された定盤面になっており、かつ前記定盤面において前記半導体ウェーハの両ウェーハ面にそれぞれ接触する上定盤および下定盤と、
前記上定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるとともに、前記下定盤および前記半導体ウェーハを前記ウェーハ面に沿う方向に互いに相対運動させるための相対運動手段と、
前記ケーシング内のヒーターと、
前記定盤面と前記半導体ウェーハとの間にアルミナからなる遊離砥粒を流し込む手段と、を備え、
前記ケーシング内に、少なくとも前記半導体ウェーハおよび各定盤面を浸漬するようにして、濃度5%以上のアルカリ性溶液を供給し、
ケミカルラップ速度が4.0μm/min以上となるように、
前記ケーシング内のアルカリ性溶液が前記ヒーターにより45℃〜80℃程度の一定温度に制御されているとともに、
前記定盤面を前記半導体ウェーハに接触させるときの接触圧が、前記半導体ウェーハを押圧して延ばさず、加工時にそりやうねりが弾性変形しないような5〜50g/cm 2 程度の大きさに設定されていることを特徴とする半導体ウェーハのケミカルラップ装置。In order to increase the flatness of the wafer surface and the parallelism of the wafer, and to remove the surface damage layer at the time of slicing, the surface of both wafers is removed by slicing the rugged layer on the wafer surface of the semiconductor wafer sliced and cut from the semiconductor single crystal rod. A chemical wrapping device for semiconductor wafers that chemically wraps at the same time,
A casing,
Provided in the casing in parallel with each other, at least the opposite surfaces are surface plate surfaces formed of heat -resistant and alkali- resistant resin, respectively, and on both surface of the semiconductor wafer in the surface plate surface respectively With upper and lower surface plates in contact,
Relative motion means for causing the upper surface plate and the semiconductor wafer to move relative to each other in a direction along the wafer surface, and for causing the lower surface plate and the semiconductor wafer to move relative to each other in a direction along the wafer surface ;
A heater in the casing;
Means for pouring loose abrasive grains made of alumina between the surface plate surface and the semiconductor wafer ,
In the casing, at least the semiconductor wafer and each surface plate surface are immersed, and an alkaline solution having a concentration of 5% or more is supplied,
The chemical wrap speed is 4.0 μm / min or more,
The alkaline solution in the casing is controlled to a constant temperature of about 45 ° C. to 80 ° C. by the heater,
The contact pressure when contacting the surface plate surface on the semiconductor wafer, the not extended to press the semiconductor wafer, during processing warping or waviness is UNA'm not elastically deformed 5 to 50 g / cm 2 The degree of being set to a size Chemical wrap device of a semiconductor wafer, comprising Rukoto.
前記相対運動手段は、
前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記中心孔に設けられた太陽歯車と、 前記キャリアーの前記外周歯に噛み合うように前記上定盤および下定盤の外方に設けられて、前記キャリアーを前記太陽歯車の回りで公転および自転させるためのリング状内周歯車と、
前記太陽歯車および前記リング状内周歯車を回転させるための駆動機構と、から構成されている請求項1に記載の半導体ウェーハのケミカルラップ装置。The semiconductor wafer is held by a carrier having outer peripheral teeth, while the upper surface plate and the lower surface plate each have a center hole,
The relative motion means is
A sun gear provided in the central hole so as to mesh with the outer peripheral teeth of the carrier, and provided on the outer side of the upper surface plate and the lower surface plate so as to mesh with the outer peripheral teeth of the carrier. A ring-shaped inner peripheral gear for revolving and rotating around the sun gear;
The semiconductor wafer chemical wrap apparatus according to claim 1, comprising: a driving mechanism for rotating the sun gear and the ring-shaped inner peripheral gear.
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