JP5630414B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャリアの保持孔にウェーハを保持し、そのウェーハの両面を同時に加工するウェーハの加工方法において、加工前にウェーハがキャリアの保持孔に正しく収まっていないことを検出してウェーハの割れを防止する方法に関する。

従来、一般にシリコン鏡面ウェーハ等の半導体ウェーハの製造方法は、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ェ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ェーハの割れ欠けを防ぐためにその外周のエッジ部を面取りする面取り工程と、面取りされたウェ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、面取り及びラッピングされたウェーハ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ェ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ェーハを洗浄する洗浄工程からなる。

また、平坦化する工程にはラッピング以外にも、砥石を用い両面を同時に研削する両頭研削といわれる技術も用いられる。さらに、ポリッシング工程も両面を同時に研磨する両面研磨と片面を研磨する片面研磨とがある。
ところで、ラッピング工程の目的は、例えば、スライスされたウェ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ェーハが最も形状精度が良いことが知られており、ウェーハの最終形状を決定するとも言われ、ラッピング工程での形状精度がきわめて重要である。

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、円形のウェーハ保持用キャリアの装置本体に対する公転運動、円形のウェーハ保持用キャリアの自転運動の三つの運動を組み合わせ、定盤とウェーハに相対運動を与えることにより、ラップを行うラッピング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このラッピング装置は、例えば、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように構成される。

図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、ラッピング装置１０１は上下方向に相対向して設けられた上定盤１０３及び下定盤１０４を有している。これら上下定盤１０３、１０４は不図示の駆動手段によって互いに逆方向に回転する。下定盤１０４はその中心部上面にサンギア１１０を有し、その周縁部には環状のインターナルギア１０９が設けられている。
また、ウェーハ保持用キャリア１０２の外周面には上記サンギア１１０及びインターナルギア１０９と噛合するギア部１１１が形成され、全体として歯車構造をなしている。このウェーハ保持用キャリア１０２には複数個の保持孔１０７が設けられている。ラップされるウェーハＷはこの保持孔１０７内に挿入され、保持される。

ウェーハを保持するキャリア１０２は上下定盤１０３、１０４の間に挟み込まれ、対向しながら回転する上下定盤１０３、１０４の間で遊星歯車運動、すなわち、自転及び公転する。ラッピングを行うには、スラリーと呼ばれる酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化珪素（ＳｉＣ）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をノズルから上定盤１０３に設けられた貫通孔１１２を介して上下定盤１０３、１０４の間隙に流してウェーハＷと上下定盤１０３、１０４の間に砥粒を送り込み、上下定盤１０３、１０４の形状をウェーハＷに転写している。上下定盤及びキャリアは使用するにつれ磨耗するため、一定期間使用した後に交換する必要がある。

また、ウェーハが狙い厚さになったときに加工を停止するため、ウェーハの厚さを測定しながら加工している。このウェーハの厚さを測定しながら加工する方法として、例えば水晶定寸方式が知られている（特許文献２参照）。
この水晶定寸方式はキャリアの保持孔に保持した水晶がウェーハと共に加工される際の圧電効果を利用するもので、水晶が薄くなると振動数が高くなることを利用して水晶の厚さを測定することによって間接的にウェーハの厚さを測定する方法である。

特開平１０−１８０６２４号公報 特開平１１―２８５９６９号公報

ウェーハＷ、及び上記した水晶をキャリアの保持孔に挿入する際には、作業者の手によって行われるか、又はロボットアームを用いて行われる。この際、ウェーハがキャリアの保持孔にきちんと収まっていなかったり、定盤の回転によって保持孔から飛び出してずれが生じてしまうことがある（以降、仕込みずれと呼ぶ）。そのため、ウェーハＷ及び水晶をキャリアの保持孔に挿入した後に作業者による触手確認を行っている。このような触手確認を作業者が直接行うのは時間がかかるので効率的ではない。また、仕込みずれを見落として加工が開始され、ウェーハ及び水晶が割れてしまう可能性もある。このような問題は上記ラッピング時のみならず、ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨でも同様に起こり得る。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、キャリアの保持孔にウェーハを挿入して保持し、該ウェーハを保持したキャリアを上下定盤で挟み込み、ウェーハの両面を同時に加工する際に、ウェーハの割れを防ぐために加工前にウェーハの仕込みずれによる保持異常の検出を自動で高精度で行い、作業者による触手確認をなくして効率化を図ることができるウェーハの加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、キャリアの保持孔にウェーハを挿入して保持し、該ウェーハを保持した前記キャリアを上下定盤で挟み込み、前記ウェーハの両面を同時に加工するウェーハの加工方法であって、前記ウェーハの加工前に、前記ウェーハを保持した前記キャリアを前記上下定盤で挟み込んだ状態で前記上定盤の高さ位置をレーザー変位計で検出し、該検出した高さ位置と基準位置との差が閾値を超えた場合に、前記ウェーハの保持異常と判定して前記ウェーハの保持をやり直すことを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。

このような方法であれば、作業者による触手確認を行う必要がなく、仕込みずれを自動で高精度で検出でき、効率的にウェーハの割れを防止しつつウェーハを加工できる。

このとき、前記基準位置を、前記上定盤の高さ位置の検出の前に、前記ウェーハを保持しない前記キャリアを前記上下定盤で挟み込んだ状態で前記レーザー変位計を用いて検出した前記上定盤の高さ位置とすることが好ましい。
このようにすれば、ウェーハの加工を継続していくことで定盤及びキャリアの厚さが経時変化しても、その影響を排除でき、精度良く仕込みずれを検出できる。

またこのとき、前記ウェーハを保持する前記キャリアの保持孔とは別の保持孔に前記ウェーハの厚さ測定用の水晶を保持し、前記ウェーハの保持異常と同時に前記水晶の保持異常も判定することができる。
このようにすれば、水晶を用いて加工するウェーハの厚さを測定する場合に、水晶の仕込みずれも自動で検出できる。

またこのとき、前記レーザー変位計として、ＣＣＤ透過型デジタルレーザーセンサを用いることが好ましい。
このようにすれば、上定盤の高さ位置をより精度良く検出でき、仕込みずれをより精度よく検出できる。

本発明では、ウェーハを保持したキャリアを上下定盤で挟み込み、ウェーハの両面を同時に加工する前に、ウェーハを保持したキャリアを上下定盤で挟み込んだ状態で上定盤の高さ位置をレーザー変位計で検出し、該検出した高さ位置と基準位置との差が閾値を超えた場合に、ウェーハの保持異常と判定してウェーハの保持をやり直すので、作業者による触手確認を行う必要がなく、仕込みずれを自動で高精度で検出でき、効率的にウェーハの割れを防止しつつウェーハを加工できる。

本発明のワークの加工方法で用いることができるラッピング装置の一例を示す概略図である。（Ａ）装置の概略図。（Ｂ）装置の上面概略図。 本発明のワークの加工方法において、仕込みずれを検出する様子を説明する概略図である。 本発明のワークの加工方法で用いるレーザー変位計の一例を示す概略図である。（Ａ）レーザー変位計の取り付け方法の一例を示す図。（Ｂ）（Ａ）のレーザー変位計付近を拡大した図。 実施例の結果を示す図である。 一般的に用いられるラッピング装置の概略図である。（Ａ）装置の概略図。（Ｂ）装置の上面概略図。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来、例えばラッピングや両面研磨のような、ウェーハを保持したキャリアを上下定盤で挟み込み、ウェーハの両面を同時に加工するプロセスにおいて、ウェーハがキャリアの保持孔にきちんと収まっていない状態、すなわち、仕込みずれによる保持異常が生じる可能性があるため、ウェーハＷ及び必要に応じて水晶をキャリアの保持孔に挿入した後に作業者による触手確認を行っている。

本発明者はこのような作業者が直接行う触手確認を行うことなく、自動で仕込みずれを検出するための検討を重ねた。その結果、仕込みずれが発生した場合にはキャリアを上下定盤で挟み込んだ状態での上定盤の高さ位置が正常位置から変化し、この上定盤の高さ位置の変化をレーザー変位計で検出することにより、仕込みずれによる保持異常を高精度で検知できることに想到し、本発明を完成させた。

本発明は、キャリアの保持孔にウェーハを挿入して保持し、ウェーハを保持したキャリアを上下定盤で挟み込み、ウェーハの両面を同時に加工するウェーハの加工方法であり、例えば、両面ラッピング加工や両面研磨などに適応できる。
以下、両面ラッピングを行う場合を例として説明する。

図１（Ａ）（Ｂ）は本発明のウェーハの加工方法で用いることができるラッピング装置の一例を示す概略図である。図１（Ａ）に示すように、ラッピング装置１は上下方向に相対向して設けられた上定盤３及び下定盤４を有している。この上定盤３は停止したままで、下定盤４が駆動手段６によって回転する。
また、図１（Ｂ）に示すように、下定盤４はその中心部上面にサンギア１０を有し、その周縁部には環状のインターナルギア９が設けられている。また、ウェーハＷを保持するキャリア２の外周面には上記サンギア１０及びインターナルギア９と噛合するギア部１１が形成され、全体として歯車構造をなしている。

このキャリア２には複数個の保持孔７が設けられている。ラップされるウェーハＷはこの保持孔７内に配置され、保持される。
ウェーハＷを保持するキャリア２は上下定盤３、４の間に挟み込まれ、回転する下定盤４と停止したままの上定盤３の間で遊星歯車運動、すなわち、自転及び公転する。このように、図１（Ａ）は、下定盤４、サンギア１０、インターナルギア９がそれぞれ回転する３ウェイタイプのラッピング装置であるが、上定盤３、下定盤４、サンギア１０、インターナルギア９がそれぞれ回転する４ウェイタイプのラッピング装置を用いることもできる。

このようなラッピング装置を用いてラッピングを行うには、まず、加工するウェーハＷをキャリア２の保持孔７に挿入して保持する。このとき、ウェーハＷの厚さ測定用の水晶を、ウェーハ保持用の保持孔７とは別の保持孔に挿入して保持することもできる。例えば、図１（Ｂ）に示すように、キャリアの中央の保持孔に水晶８を保持し、その周りの保持孔７にウェーハＷを保持するようにする。このウェーハ及び水晶の保持孔への挿入は、作業者の手によって行われるか、又はロボットアームを用いて行われる。

このようにしてウェーハを保持したキャリアを、図１（Ａ）に示すように、上下定盤３、４で挟み込む。この状態で上定盤３の高さ位置をレーザー変位計５で検出する。そして、この検出した高さ位置と基準位置（正常位置）との差を求める。ここで、用いるレーザー変位計の数は特に限定されないが、複数のレーザー変位計を用いて複数の測定点で高さ位置を検出することが好ましい。例えば、図１（Ａ）に示すように、上定盤の上下動と共に移動する複数のシャフトにそれぞれレーザー変位計を設けるようにすることができる。或いは、キャリアの数と同数のレーザー変位計を用い、それぞれのキャリアの上方部分の上定盤の高さ位置を測定することで、より確実に仕込みずれを検出できる。

このように複数のレーザー変位計を用いて複数の測定点で高さ位置を検出し、それぞれの高さ位置と予め設定しておいた基準位置との差を求める。この予め設定する基準位置として、仕込みずれが発生していない正常状態での上定盤の高さ位置を設定するのが望ましい。このようにすれば、仕込みずれが発生した場所に関わらず、また、仕込みずれが複数箇所で発生した場合においても、より確実に仕込みずれを検出できる。

或いは、検出した複数の高さ位置の中の任意の１点の高さ位置を基準位置として設定し、差を求めることもできる。もちろん、１点のみの測定点で測定した上定盤の高さ位置と基準位置との差を求めるようにしても良い。
また、レーザー変位計を用いることによって、上定盤の高さ位置を高精度で検出できる。

図２に示すように、ウェーハ又は水晶の保持孔への仕込みずれがある場合には、その仕込みずれの箇所の上定盤の高さ位置が正常位置である基準位置からずれるので（図２のＡ）、これらの差を評価することにより仕込みずれを検出することができる。具体的には、検出した高さ位置と基準位置との差に閾値を設け、差がこの閾値を超えた場合にウェーハの保持異常と判定し、ウェーハの保持をやり直す。この差が全ての測定点において閾値を超えない場合にウェーハの保持正常と判断する。

このようにしてウェーハの保持異常を取り除き、ウェーハのラッピングを開始する。具体的には、スラリーと呼ばれる酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化珪素（ＳｉＣ）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をノズルから上定盤３に設けられた貫通孔を介して上下定盤３、４の間隙に流してウェーハＷと上下定盤３、４の間に砥粒を送り込み、ウェーハＷの両面をラッピングする。

このような方法であれば、作業者による触手確認を行わずにウェーハ及び水晶の仕込みずれを高精度で検出でき、例えば、検出した高さ位置と基準位置との差を評価して、保持異常を検知した際に加工を停止するように制御するような制御装置を用いるなどして容易に自動化できる。これにより、ウェーハの割れを防止しつつ、また水晶を用いる場合には水晶の割れも防止しつつ、ウェーハを加工できる。
このとき、基準位置を、上定盤の高さ位置の検出の前に、ウェーハを保持しないキャリアを上下定盤で挟み込んだ状態でレーザー変位計を用いて検出した上定盤の高さ位置とすることが好ましい。

ウェーハの加工を継続していくと、定盤、キャリア、研磨装置の研磨布などの厚さが摩耗により経時変化する。また装置の清掃やメインテナンスを行った後に定盤の位置が若干変わる可能性もある。すなわち、正常位置として設定しておいたはずの基準位置が正常位置からずれてしまう可能性がある。しかし、このようにして基準位置をウェーハの加工前に毎回リセットして正常位置に設定し直すことにより、確実に精度良く仕込みずれを検出できる。
また、このように、上定盤の高さ位置の検出の前に毎回上定盤の高さ位置を検出して基準位置をリセットするのではなく、前回のウェーハの加工において、正常と判断した状態での上定盤の高さ位置を次回の加工における基準位置として設定することもでき、基準位置の設定の時間を短縮できる。

またこのとき、図３（Ａ）（Ｂ）に示すような、レーザー変位計５として、ＣＣＤ透過型デジタルレーザーセンサを用いることが好ましい。そして、上定盤３の上下動に連動して上下動するシャフト１２にセンサドグ１３を設け、ウェーハを保持したキャリアが上下定盤で挟み込まれた状態で、図３（Ｂ）に示すように、このセンサドグ１３がレーザーを遮光するように位置決めしておく。
このようにすれば、上定盤の高さ位置をより精度良く検出でき、仕込みずれをより精度よく検出できる。また、ラッピング装置、両面研磨装置などの装置の違いや、構造に関わらず本発明のウェーハの加工方法を容易に適応できる。

また、ウェーハの加工前のみではなく、ウェーハの加工中においても上記したようにして上定盤の高さ位置と基準位置との差を評価し、ウェーハ及び必要に応じて水晶が保持孔から飛び出すなどの異常を検出することもできる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
図１（Ａ）（Ｂ）に示すようなラッピング装置を用い、本発明のウェーハの加工方法に従って、直径３００ｍｍのシリコンウェーハをラッピングし、仕込みずれの検知精度を評価した。この際、レーザー変位計として、ＣＣＤ透過型デジタルレーザーセンサ（ＫＥＹＥＮＣＥ社製 ＩＧ０２８）を用い、図３に示すように、２つのセンサを対向するシャフトにそれぞれ設けるようにした。このセンサを用いて繰り返し精度確認を行ったところ、平均０．０１μｍ、最大―最小差０．０６μｍの精度であった。

まず、ウェーハを保持しないキャリアを上下定盤で挟み込んだ状態でレーザー変位計を用いて検出した上定盤の高さ位置を基準位置に設定した。そして、図１（Ｂ）に示すキャリアの中央の保持孔にウェーハの厚さ測定用の水晶を挿入し、４枚のシリコンウェーハをその周りの保持孔にそれぞれ挿入した。
その後、ウェーハを保持したキャリアを上下定盤で挟み込んだ状態で上定盤の高さ位置をレーザー変位計で検出し、この検出した高さ位置と基準位置との差を求めた。また、閾値を０．１５ｍｍとし、差がこの閾値を超えた場合を保持異常として検出した。そして、保持異常を取り除いてからウェーハのラッピングを行った。

上記を繰り返し行った際の結果を図４に示す。図４に示すように、ウェーハの保持異常を２回検出しており、２回とも実際に仕込みずれが発生していた。それ以外は全て保持正常と判定しており、実際にウェーハのラッピングにおいて割れは発生しなかった。すなわち、仕込みずれの検出率は１００％であった。
このように本発明のウェーハの加工方法は、ウェーハの割れを防ぐために加工前にウェーハの仕込みずれによる保持異常の検出を自動で高精度で行い、作業者による触手確認をなくして効率化を図ることができることが確認できた。

（比較例）
仕込みずれの検出を作業者の手で行うことの他は、実施例１と同様の条件でシリコンウェーハをラッピングした。
その結果、仕込みずれを見落としてしまいウェーハの割れが１件発生してしまった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…ラッピング装置、 ２…キャリア、 ３…上定盤、 ４…下定盤、
５…レーザー変位計、 ６…駆動手段、 ７…保持孔、 ８…水晶、
９…インターナルギア、 １０…サンギア、 １１…ギア部、
１２…シャフト、 １３…センサドグ、 Ｗ…ワーク。

Claims (3)

1. キャリアの保持孔にウェーハを挿入して保持し、該ウェーハを保持した前記キャリアを上下定盤で挟み込み、前記ウェーハの両面を同時に加工するウェーハの加工方法であって、
   前記ウェーハの加工前に、前記ウェーハを保持した前記キャリアを前記上下定盤で挟み込んだ状態で前記上定盤の高さ位置をレーザー変位計で検出し、該検出した高さ位置と基準位置との差が閾値を超えた場合に、前記ウェーハの保持異常と判定して前記ウェーハの保持をやり直し、
   前記レーザー変位計として、ＣＣＤ透過型デジタルレーザーセンサを用い、前記上定盤の上下動に連動して上下動するシャフトにセンサドグを設け、前記ウェーハを保持した前記キャリアが前記上下定盤で挟み込まれた状態で、前記センサドグが前記ＣＣＤ透過型デジタルレーザーセンサのレーザーを遮光するように位置決めしておくことを特徴とするウェーハの加工方法。
2. 前記基準位置を、前記上定盤の高さ位置の検出の前に、前記ウェーハを保持しない前記キャリアを前記上下定盤で挟み込んだ状態で前記レーザー変位計を用いて検出した前記上定盤の高さ位置とすることを特徴とする請求項１に記載のウェーハの加工方法。
3. 前記ウェーハを保持する前記キャリアの保持孔とは別の保持孔に前記ウェーハの厚さ測定用の水晶を保持し、前記ウェーハの保持異常と同時に前記水晶の保持異常も判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウェーハの加工方法。
   

Images