JP4496535B2 - ラッピングキャリア及びその管理方法並びにウエーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体シリコン単結晶ウエーハ（以下単にウエーハ又はシリコンウエーハということがある）等の平板状のワークのラッピング加工等の際に使用されるラッピングキャリア及びその管理方法並びにウエーハの製造方法に関するものである。

従来、一般に半導体シリコン単結晶ウエーハの製造方法は、単結晶製造装置によって製造された単結晶棒をスライスして薄円板状のウエーハを得るスライス工程と、該スライス工程で得られたウエーハの割れ欠けを防ぐためにその外周エッジ部を面取りする面取り工程と、面取りされたウエーハをラッピングしてこれを平坦化するラッピング工程と、面取りおよびラッピングされたウエーハの表面に残留する加工歪を除去するエッチング工程と、エッチングされたウエーハの表面を鏡面状に仕上げるポリッシュ工程と、ポリッシュされたウエーハを洗浄する洗浄工程とから成る。

ところで、ラッピング工程の目的は、スライスされたウエーハを所定の厚みに揃えると同時にその平坦度、平行度などの必要な形状精度を得ることである。一般に、このラッピング加工後のウエーハが最も形状精度が良いことが知られており、最終ウエーハの形状を決定するともいわれ、ラッピング工程での形状精度が極めて重要である。

また、ラッピング技術として従来から同心円形状の定盤の自転運動、円板状のラッピングキャリアの装置本体に対する公転運動、及び円板状のラッピングキャリアの自転運動という三つの運動を組み合わせることにより定盤とワークに相対運動を与えてラップを行うラッピング装置が知られている。このラッピング装置は、例えば、図３〜図５に示すような構成を有している。

図３はラッピング装置の分解説明図、図４はラッピング装置の断面的説明図及び図５はラッピング装置の上定盤を取り外した状態を示す上面説明図である。

図３〜図５において、ラッピング装置２２は上下方向に相対向して設けられた下定盤２４及び上定盤２６を有している。該下定盤２４及び／又は上定盤２６は不図示の駆動手段によって回転する。

該下定盤２４はその中心部上面にサンギア２８を有し、その周縁部には環状のインターナルギア３０が隣接して設けられている。

３２は円板状のラッピングキャリアであり、その外周部には上記サンギア２８及びインターナルギア３０と噛合するギア部が形成され、全体として歯車構造をなしている。該キャリア３２には複数個のワーク保持孔３４が穿設されている。ラップすべきウエーハ等のワークＷは、該ワーク保持孔３４内に配置される。

上下の定盤２６，２４の間にラッピングキャリア３２を置き、下定盤２４の中央に位置するサンギア２８と下定盤２４の外側にあるインターナルギア３０の間にラッピングキャリア３２の外側の歯車を噛み合わせて上定盤２６をおろし、対向しながら回転する上下の定盤２６，２４の間でラッピングキャリア３２は遊星運動を行う。ワークＷはラッピングキャリア３２に開口されたワーク保持孔３４の中に収まり、ラッピングキャリア３２の自転と公転の運動が与えられる。

ラッピング作業を行うには、スラリーと呼ばれる、酸化アルミニウムや炭化珪素等の研磨砥粒と、界面活性剤を含む水などの液体の混濁液Ａをノズル３６から上定盤２６に設けられた貫通孔３８を介して上下定盤２６，２４の間隙に流してワークＷと上下定盤２６，２４の間に砥粒を送り込み、上下定盤２６，２４の形状をワークＷに転写している。

現在、半導体ウエーハのラッピング加工に用いるラッピングキャリア３２は主に金属製のラッピングキャリアが多く使用されている。これは合成樹脂等のラッピングキャリアでは充分な圧力をかけることができないこと、及びラッピングキャリア自身の寿命が短いという欠点があるためである。

金属製ラッピングキャリアの主な作製方法は、金属板にプレスによる打抜き加工を施し、外径及び各種ワークの寸法に合わせたワーク保持孔を形成したものである。このように形成されたラッピングキャリアは、その硬度及びプレス打抜きによるワーク保持孔の内周断面の形状の影響により、そのまま用いたのではウエーハ等のワークがワレたり、カケたりした。

そこで、特許文献１に示されるように、ワーク保持孔の周縁に合成樹脂の薄膜を被設したり、特許文献２に示されるように、ワーク保持孔の周縁に合成樹脂製のガイド部材を付設する方法、特許文献３に示されるようにワーク保持孔の内周面を面取りし滑らかにする方法が採用されている。
実公昭５９−３６３６８号公報 特開平５−１７７５３７号公報 特開平７−１５６０６２号公報

しかしながら、従来のようなワーク保持孔の内周面を面取りし滑らかにした場合、ラッピングキャリアとワークの硬度の関係でワーク外周部に微小なキズが発生することがあり、やはり合成樹脂等のある程度柔らかい樹脂をコーティングしたほうが好ましい。しかし、金属製であるラッピングキャアリ自身に比べ合成樹脂部分の強度が劣るため、使用している間にワーク保持孔の周縁部分の合成樹脂部分が剥がれることがあり、その都度ラッピングキャリアを交換する必要がある。特にこのコーティング部分は一般的に薄く形成されており、ラッピングキャリアからコーティング部分が剥がれたことがわかりにくく、コーティング部分が剥がれた状態でワークを加工した場合、やはりワーク外周部にキズが発生することになり不良の発生につながる。従って、ラッピングキャリアの管理、特にコーティング部分の剥がれの有無の管理を徹底することが重要である。なお、このラッピング加工における問題点は両面研磨加工においても同様に生じていたものである。

本発明は、上記問題点に鑑み、ラッピングキャリアのコーティング部分の剥がれの有無の管理をしやすくすることができるラッピングキャリア及びその管理方法並びにウエーハの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のラッピングキャリアは、ワークである半導体シリコン単結晶ウエーハの両面を同時にラッピングする両面ラッピング装置に用いられかつ該半導体シリコン単結晶ウエーハを保持するワーク保持孔を有するラッピングキャリアであって、該ラッピングキャリアは該ワーク保持孔の内周面にコーティングを施すことによって設けられたコーティング部分を有し、該コーティング部分が蛍光発光するように該コーティング部分に蛍光剤が含有され又は塗布されており、該コーティング部分の材料がワークの硬度より硬度の低い材質であることを特徴とする。このように、コーティング部分を蛍光発光させることにより作業者が目視でコーティング部分の剥がれが間違いなく確認できるようになる。

ワーク保持孔の内周面に設けられるコーティング部分の材料としては、ウエーハ等のワークの硬度より硬度の低い材質が用いられる。特に限定するものではないが、例えば、塩ビ系の樹脂やその他合成樹脂等が用いられ、特にシリコーン樹脂が好適である。

前記コーティング材料として、ワークより軟質な材料を用いることによりラッピング加工中に生じる可能性のあるワーク外周部へのキズが防止できる。特に塩ビ系の樹脂やシリコーン樹脂は適度の硬さで作製できるので、ワーク外周部にキズがつきにくくなる。

上記したシリコーン樹脂等のコーティングは半透明色であり、特にコーティング部分の剥がれが確認しづらい材質であった。本発明ではこのような透明に近い樹脂等をコーティングさせたラッピングキャリアにおいて、蛍光剤を含有させ又は塗布することでコーティング部分の剥がれを必ず見つけることができ、特に効果を発揮するものである。

本発明のラッピングキャリアの管理方法は、ラッピングキャリアに穿設された複数のワーク保持孔にワークを装填して下定盤と上定盤とで圧接挟持し、該下定盤及び／又は上定盤を回転させることにより該ワークをラッピングするラッピング加工又は両面研磨する両面研磨加工において、前記ラッピングキャリアとして本発明のラッピングキャリアを用いて該ワークにラッピング加工又は両面研磨加工を行った後、該ラッピングキャリアのワーク保持孔にブラックライト（蛍光物質に当たると可視光を出す紫外線のような不可視光線）を照射し蛍光発光の状態により、コーティング部分の剥がれの有無を検知することを特徴とする。

このような確認作業を行うことによりラッピングキャリアの管理が容易になり、ワーク保持孔のコーティング部分の剥がれの見逃しを防止できる。

本発明のウエーハの製造方法は、ラッピングキャリアに穿設された複数のワーク保持孔にウエーハを装填して下定盤と上定盤とで圧接挟持し、該下定盤及び／又は上定盤を回転させることにより該ウエーハをラッピングするラッピング工程又は両面研磨する両面研磨工程を含むウエーハの製造方法において、前記ラッピングキャリアとして上記した本発明のラッピングキャリアを用いることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、ラッピングキャリアの管理が容易になることにより、ワーク保持孔のコーティング部分の剥がれの見逃しが防止され、コーティング部分が剥がれることにより発生するワーク外周部のキズ不良を防止することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。

図１は本発明に係るラッピングキャリアの拡大平面図、図２はラッピング装置に本発明のラッピングキャリアを装着した状態を示す断面的説明図である。図１及び図２において、図３〜図５に示した部材と同一又は類似部材は同一の符号で示される。

本発明に係るラッピングキャリアが装着されるラッピング装置の基本的構造及び作用は図３〜図５に示した従来の構造及び作用と同じであり、再度の詳細な説明は省略するが、以下に簡単に説明する。

本発明のラッピングキャリア３２ａが装着されるラッピング装置２２ａにおいては、ワーク、例えば、ウエーハＷのラッピング加工は、図２に示すように、ラッピングキャリア３２ａに穿設された複数のワーク保持孔３４にウエーハＷを装填し、下定盤２４と上定盤２６とによりウエーハＷを圧接挟持して加工する。

ここで、ラッピングキャリア３２ａの外周に形成されたギアはインターナルギア３０とサンギア２８にそれぞれ噛合するように構成されており、ラッピングキャリア３２ａ自身が自転しながら下定盤２４上を公転するという、いわゆる遊星運動を行いウエーハＷの両面を同時にラッピングできるようになっている。

ラッピングキャリアは、炭素工具鋼等の金属板をプレスによる打抜き加工することにより作られ、更に本発明のラッピングキャリア３２ａでは、図１及び図２に示すように、ワーク保持孔３４の内周面に、蛍光剤を含有させ、又は蛍光剤（蛍光塗料）を塗布した合成樹脂をコーティングすることによってコーティング部分３５が設けられている。このように構成しておけば、ワーク保持孔３４のコーティング部分３５が蛍光発光することによりコーティング部分３５の剥がれが間違いなく確認できるようになる。

本発明のラッピングキャリア３２ａのワーク保持孔３４のコーティング部分３５に含有又は塗布される蛍光剤としては、一般に蛍光体と呼ばれる物質、例えばフルオレセイン等を含む材料を用いればよいが、コーティング部分に塗布する場合には蛍光塗料と呼ばれる塗料として作成されたものを使用するのが好ましい。

このワーク保持孔３４の内周面に設けられているコーティング部分３５の材料としては、ウエーハ等のワークＷの硬度より硬度の低い材質が用いられる。特に限定するものではないが、例えば、塩ビ系の樹脂やその他合成樹脂等が用いられ、特にシリコーン樹脂が好適である。

ワークＷより軟質なコーティング材料を用いることによりラッピング加工中に生じる可能性のあるワークＷの外周部へのキズが防止できる。特に塩ビ系の樹脂やシリコーン樹脂は適度の硬さで作製できるので、ワークＷの外周部にキズがつきにくくなる。

また、シリコーン樹脂等のコーティングは半透明色であり、特にコーティングの剥がれが確認しづらい材質である。本発明ではラッピングキャリアのワーク保持孔にこのような透明に近い合成樹脂等をコーティングする場合に、これらの合成樹脂等に蛍光剤を含有させ又はその表面に塗布することで特に効果を発揮するものである。

本発明のラッピングキャリアにおいては、ワーク保持孔のコーティング部分が蛍光発光することにより、作業者が目視でコーティング部分の剥がれが間違いなく確認できるようになる。

本発明のラッピングキャリアの管理方法は、ラッピングキャリアに穿設された複数のワーク保持孔にワークを装填して下定盤と上定盤とで圧接挟持し、該下定盤及び／又は上定盤を回転させることにより該ワークをラッピングするにあたり、前記ラッピングキャリアとして本発明のラッピングキャリアを用いて該ワークにラッピング加工を行った後、該ラッピングキャリアのワーク保持孔にブラックライトを照射し蛍光発光の状態を観察することにより、コーティング部分の剥がれの有無を検知するものである。

このような確認作業を行うことによりラッピングキャリアの管理が容易になり、ワーク保持孔のコーティング部分の剥がれの見逃しを防止できる。

以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。

（実施例１）
図１に示すようなラッピングキャリア及び図２に示すようなラッピング装置を用い、シリコンウエーハの加工を行った。シリコンウエーハは、ラッピングキャリアに設けられた複数の（コーティングされた）ワーク保持孔に装填して、ラッピングスラリーを添加しつつ、下定盤と上定盤とで圧接挟持し、定盤を回転させることにより加工を行った。

上記したラッピング加工を行った後、ワーク保持孔部分にブラックライトを照射し、コーティング部分の剥がれを確認した。

通常ラッピング加工後のワーク保持孔部分にはスラリー等が存在している。また上下定盤間にラッピングキャリアが存在する為、上定盤の陰になるため薄暗くコーティング部分の確認が困難である。従って、従来はコーティング部分の剥がれを確認するには、キャリアを一旦ラッピング装置から取り出して確認しなければならず作業性が悪かった。

しかし、本発明のラッピングキャリアを用いた場合、ワーク保持孔のコーティング部分は、ブラックライトを照射することにより蛍光発光し、コーティング部分が剥がれていない場合は、ワーク保持孔部分が円環状に発光するため、ラッピング装置から取り出すことなく確認がスムーズに実施できた。

このラッピングキャリアを用い、連続してラッピング加工を行った。本発明のラッピングキャリアを用いても、ラッピング加工を繰り返すと、ワーク保持孔部分のコーティング部分が剥がれてしまう。

しかし、ラッピング加工終了後にブラックライトを照射することにより、コーティングの剥がれた部分は蛍光発光しなくなり、コーティング部分の剥がれが明確になり、検知できた。

また、剥がれてしまったコーティング部材は、その後もラッピング加工に悪影響を及ぼすことがある。剥がれたコーティング部材が定盤上に残っていた場合、次のバッチを処理する際に、ラッピングキャリアと定盤の間に剥がれたコーティング部材が入り込み、これによりキャリアと定盤に隙間ができウエーハがラッピングキャリアの下にもぐり込むなどしてワレることがあった。また、そのバッチすべてのウエーハもワレたり、キズが入ったりして多量の不良がでることがあった。

本発明のラッピングキャリアであれば、ワーク保持孔のコーティング部分の状態を確認することはもちろん、剥がれたコーティング部材も必ず見つけることができ、定盤清掃（剥がれたコーティング部材の除去）も容易になる。

上述したごとく、本発明のラッピングキャリアを用いることでワーク保持孔のコーティング部分の管理が徹底でき、両面ラッピング加工におけるウエーハ外周部のキズの発生が大幅に減少することができた。

本発明によれば、ラッピングキャリアのワーク保持孔のコーティング部分の剥がれを容易に見つけ出すことができる上、剥がれたコーティング部材を必ず見つけることができて定盤清掃が容易となり、さらにウエーハ等のワーク外周部のキズの発生、及び剥がれたコーティング部材に起因する不良品（ワークのワレやキズ）の発生を大幅に減少することができる。

本発明に係るラッピングキャリアの拡大平面図である。 ラッピング装置に本発明のラッピングキャリアを装着した状態を示す断面的説明図である。 従来のラッピング装置の分解説明図である。 従来のラッピング装置の断面的説明図である。 従来のラッピング装置の上定盤を取り外した状態を示す上面説明図である。

符号の説明

２２，２２ａ:ラッピング装置、２４:下定盤、２６:上定盤、２８:サンギア、３０:インターナルギア、３２:従来のラッピングキャリア、３２ａ:本発明のラッピングキャリア、３４:ワーク保持孔、３５:コーティング部分、３６:ノズル、３８:貫通孔、Ａ:混濁液、Ｗ:ワーク、ウエーハ。

Claims (4)

1. ワークである半導体シリコン単結晶ウエーハの両面を同時にラッピングする両面ラッピング装置に用いられかつ該半導体シリコン単結晶ウエーハを保持するワーク保持孔を有するラッピングキャリアであって、該ラッピングキャリアは該ワーク保持孔の内周面にコーティングを施すことによって設けられたコーティング部分を有し、該コーティング部分が蛍光発光するように該コーティング部分に蛍光剤が含有され又は塗布されており、該コーティング部分の材料がワークの硬度より硬度の低い材質であることを特徴とするラッピングキャリア。
2. 前記コーティング部分の材料がシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１記載のラッピングキャリア。
3. ラッピングキャリアに穿設された複数のワーク保持孔にワークを装填して下定盤と上定盤とで圧接挟持し、該下定盤及び／又は上定盤を回転させることにより該ワークをラッピングするラッピング加工する両面研磨加工において、前記ラッピングキャリアとして請求項１又は２記載のラッピングキャリアを用いてワークのラッピング加工を行った後、該ラッピングキャリアのワーク保持孔のコーティング部分にブラックライトを照射し蛍光発光の状態により、コーティング部分の剥がれの有無を検知することを特徴とするラッピングキャリアの管理方法。
4. ラッピングキャリアに穿設された複数のワーク保持孔にウエーハを装填して下定盤と上定盤とで圧接挟持し、該下定盤及び／又は上定盤を回転させることにより該ウエーハをラッピングするラッピング工程を含むウエーハの製造方法において、前記ラッピングキャリアとして請求項１又は２記載のラッピングキャリアを用いることを特徴とするウエーハの製造方法。

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