JPH09193002A - ウェーハ用ラップ機の定盤修正キャリヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定盤の表面形状の不均一性に与える大きな要
因である研磨液供給を廃止するとともに、所定の修正キ
ャリヤを用いて定盤の形状修正を行ない、修正時間を大
幅に短縮し、高精度の平坦度を有する定盤の表面形状を
得ること。 【解決手段】 ウェーハ用ラップ機の上下定盤１１，１
２の修正に使用される定盤修正キャリヤ２０を、高硬度
な材質の基板２１の表面に砥粒２２を固着したものによ
り構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚みが一定で、高
精度の平坦度を有する半導体ウェーハを得るためのラッ
ピング加工を行なうウェーハ用ラップ機に関し、特に、
該ラップ機の定盤を修正するキャリヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体用ウェーハの表面粗さ、平行度、
平坦度等の良否は、製品品質に直接影響を及ぼす重要な
要素であることから、インゴットからスライスしたウェ
ーハに対し、その上下両面を微細な砥粒によりラッピン
グ加工を施し、「表面粗さ」「平行度」「厚さのバラツ
キ低減」等の精度向上と、スライスにより生じた加工歪
の除去を行なっている。

【０００３】このようなラッピング加工を行なうラップ
機は、一般に、流体圧シリンダにより吊持された上定盤
と、この上定盤に対向して設けられた下定盤と、該上定
盤と下定盤との間に設けられかつウェーハが嵌挿される
通孔を備えたキャリヤと、このキャリヤを自転しつつ公
転させるためのインターナルギア及びサンギアとからな
り、キャリヤの通孔にウェーハを取付けた状態で回転さ
せ、遊離砥粒を含む研磨液を上定盤と下定盤との間に供
給しつつ、この砥粒によりウェーハの上下両面をラッピ
ング加工するようになっている。

【０００４】このラップ機により多数枚のウェーハをラ
ッピング加工していると、上下両定盤自体も、その表面
が砥粒により研磨され、平坦度等が損なわれる虞れがあ
るが、このような事態になると、高精度の平坦度を有す
る半導体ウェーハを得ることはできないことから、上下
両定盤を定期的に研磨し、常に定盤の表面が所定の平坦
度を有するように形状修正している。

【０００５】一般的な定盤の形状修正は、前記ウェーハ
が嵌挿されるキャリヤと同様の形状し、定盤と同一の材
料（例えば鋳鉄）により構成したリング状をした基板の
周囲に前記インターナルギア及びサンギアと噛合される
歯車が形成された修正キャリヤを用いる方法であり、定
盤の形状修正時に、修正キャリヤを上定盤と下定盤との
間に挟み、インターナルギア及びサンギアにより自転し
つつ公転させ、遊離砥粒を含む研磨液をこれら定盤間に
供給しつつ、定盤の表面を修正研磨するようにした方法
である。

【０００６】また、他の修正方法としては、共摺りによ
るものがある。この方法は、上下両定盤間に何も挟ま
ず、加工液を供給しながら上下両定盤を直接摺り合わせ
して修正するものであり、通常「マッチング」と称され
るものである。

【０００７】ただし、この方法は、上下両定盤の平行度
や円周方向のうねりを改善することはできでも、半径部
断面真直度や内外周高差の改善能力が低いために、単独
で使用されることは少ない。

【０００８】さらに、他の修正方法としては、前記修正
キャリヤをセラミック円板の周囲に歯車を取付けたもの
により構成し、この修正キャリヤを上下定盤間に挟み、
研磨液を供給しつつ、定盤の表面を修正研磨するように
したものもある（実開平６−７４２５９号公報参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した定盤
と同一材料の修正キャリヤを用いて定盤の形状修正を行
なうものでは、上下の定盤を同時に形状修正できるの
で、利便性は高いものの、修正に長時間を要し、また定
盤が鞍形になった場合には定盤の円周方向の形状偏差を
修正する能力が低いという不具合がある。また、必要な
定盤形状を得るためには、上下両定盤の回転と修正キャ
リヤの自公転の速度の組合わせ条件も適宜変更しなけれ
ばならず、この条件も経験的に決定されることが多い。

【００１０】特に、定盤間に供給する研磨液が、定常的
に供給されず不均一になりやすく、また同一材質である
ため硬度不足となり、一様でかつ高精度な定盤の表面形
状を得ることが難しい。

【００１１】前記セラミック円板によるものは、定盤と
同一材料の修正キャリヤを用いるものに比し、硬度不足
とならず、修正キャリヤ自身の磨耗速度も遅く、遊離砥
粒が転動しやすいものとなり、若干修正加工の速度が上
がり、修正時間も短縮されるが、これも研磨液供給の不
均一性により、一様でかつ高精度な定盤の表面形状を得
ることは難しい。

【００１２】本発明は、定盤の表面形状の不均一性に与
える大きな要因である研磨液供給を廃止するとともに、
所定の修正キャリヤを用いて定盤の形状修正を行ない、
修正時間を大幅に短縮し、高精度の平坦度を有する定盤
の表面形状を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、請求項毎に次のように構成される。請求項
１に記載の発明は、上定盤と下定盤との間にウェーハを
挟み、該ウェーハを遊星歯車機構により自転及び公転さ
せながらラッピング加工を施すようにしたウェーハ用ラ
ップ機に用いる定盤修正キャリヤを、高硬度な材質の基
板の表面に砥粒を固着したものにより構成したことを特
徴とする。請求項２に記載の発明に係る基板は、工具鋼
により構成したことを特徴とする。請求項３に記載の発
明に係る砥粒は、前記基板に複数層電着したことを特徴
とする。

【００１４】

【作用】このように構成した本発明にあっては、請求項
毎に次のように作用する。請求項１に記載の発明は、ラ
ッピング加工を多数回行なうことにより平坦度が損なわ
れた上定盤と下定盤との間に、高硬度な材質のリング状
をした基板の表面に砥粒を固着した定盤修正キャリヤを
挟み、遊星歯車機構により自転及び公転させると、該定
盤修正キャリヤは、その高い剛性から変形することな
く、所定の平坦度を保持した状態で、上下両定盤の表面
と接触することになり、しかも研磨液を供給せず、定盤
修正キャリヤの表面に固着された砥粒により定盤を修正
研磨することになるので、上下両定盤の表面は、短時間
の内に極めて高精度な平坦度を有するものに修正され
る。請求項２に記載の発明は、基板を工具鋼により構成
したので、定盤修正キャリヤの変形がなく、所定の平坦
度を保持した状態で修正研磨ができる。請求項３に記載
の発明は、基板に砥粒を複数層電着したので、直接上下
定盤の表面を研磨しても、定盤修正キャリヤの寿命が長
期化することになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る
定盤修正キャリヤを備えたウェーハ用ラップ機を示す要
部断面図、図２は図１の２−２線に沿う矢視図、図３は
図２に示す修正リングの拡大断面図である。

【００１６】まず、一般的なウェーハ用ラップ機を、図
１を参照しつつ説明すれば、該ウェーハ用ラップ機は、
回転自在に設けられた上定盤１１と、この上定盤１１の
下方に対向配置された下定盤１２と、上定盤１１と下定
盤１２との間に挟み込まれるキャリヤ（図示せず）とを
有している。

【００１７】該キャリヤは、通常、ウェーハ（図示せ
ず）を入れる通孔が開設された基板の外周にリングギア
Ｇr が取付けられたものであり、このリングギアＧr
が、サンギアＧs 及びインターナルギアＧi と噛合さ
れ、全体として遊星歯車機構Ｇが構成され、この遊星歯
車機構Ｇの作動によりキャリヤは自転しつつ公転するよ
うに構成されている。なお、前記キャリヤは、当然のこ
とながら研磨時に基板が損傷を受けないように、基板の
肉厚をウェーハの肉厚よりも薄く設定している。

【００１８】そして、遊離砥粒を含む研磨液を上定盤１
１と下定盤１２との間に供給しつつ、この砥粒によりウ
ェーハの上下両面をラッピング加工を行なう。

【００１９】なお、上定盤１１は、通常自重によりウェ
ーハを加圧するようになっているが、場合によっては流
体圧装置（図示せず）を用いて加圧するようにしてもよ
い。また、上定盤１１、下定盤１２、サンギアＧs 及び
インターナルギアＧi は、それぞれ独立に回転数が与え
られるように構成されることが好ましく、これによりウ
ェーハの研磨をより高精度に行なうことができるように
なる。ここに使用される駆動源は、１つのモータを使用
してもよく、複数のモータを使用する場合もある。

【００２０】前述したウェーハ用ラップ機は、上下両定
盤１１，１２間にウェーハを挟持し、当該ウェーハの上
下両面を研磨するラッピング加工を多数回行なっている
と、研磨液中の遊離砥粒により上定盤１１、下定盤１２
も研磨され、これら定盤１１，１２の平坦度が次第に低
下し、これが、半導体用ウェーハの製品精度に直接影響
を及ぼすことになるので、定盤は、定期的に修正研磨す
る必要がある。

【００２１】本実施の形態では、前記キャリヤの代わり
に、上定盤１１と下定盤１２との間に５個の定盤修正キ
ャリヤ２０を挟み、上下両定盤１１，１２の表面を修正
するようにしている。

【００２２】各定盤修正キャリヤ２０は、高硬度な材質
のリング状をした基板２１と、この基板２１の上下表面
に電気的に溶融固着（以下、電着）した砥粒２２と、基
板２１の外周に取付けられたリングギアＧr とから構成
され、この砥粒２２が上定盤１１と下定盤１２の表面と
直接接触するようになっている。

【００２３】なお、本実施の形態の定盤修正キャリヤ２
０の基板２１は、リング形状をしたものにより構成して
いるが、場合によっては、円板形状をしたものにより構
成しても良い。また、リングギアＧr は、基板２１とは
別体とし、基板２１の外周に取付けるようにしてもよい
が、場合によってはリングギアＧr を基板２１に一体的
に形成しても良い。

【００２４】そして、リングギアＧr は、サンギアＧs
及びインターナルギアＧi と噛合され、全体として遊星
歯車機構Ｇが構成され、この遊星歯車機構Ｇの作動によ
り定盤修正キャリヤ２０は、上下両定盤１１，１２間で
自転しつつ公転するように構成され、前記砥粒２２と直
接接触した上定盤１１と下定盤１２の表面を研磨し修正
するようになっている。

【００２５】本実施の形態では、前述した上下両定盤１
１，１２の表面研磨に当たり、定盤の表面形状の不均一
性に与える大きな要因となる研磨液供給は廃止し、定盤
修正キャリヤ２０自体により定盤の表面形状を修正する
ようにしている。

【００２６】つまり、本実施の形態の定盤修正キャリヤ
２０は、基板２１を高硬度な材質のものにより構成し、
この基板２１が研磨修正中に変形しないようにし、上下
両定盤１１，１２の表面が高精度の平坦度となるように
している。

【００２７】具体的には、基板２１としては、工具鋼、
例えば、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度工具鋼等によ
り構成することが好ましい。

【００２８】また、基板２１の上下面に電着する砥粒２
２としては、例えば、溶融アルミナ質砥粒であるＷＡ
（ホワイトアランダム）砥粒、炭化珪素質砥粒であるＧ
Ｃ（グリーンカーボランダム）砥粒、窒化硼素系砥粒で
あるＣＢＮ砥粒、超合金等の研削に使用されるダイヤモ
ンド砥粒等、種々の砥粒を使用することができるが、耐
久性を向上させるためには、砥粒が複数の層状となるよ
うに電着することが好ましい。なお、実験によれば、砥
粒２２の粒径は、４０〜１００μｍ程度のものが好まし
いことが判明している。

【００２９】この砥粒２２を基板２１に接合するボンド
剤としては、ニッケルＮｉを使用することが好ましい。
このＮｉボンド剤は、Ｎｉを電気的に溶融させ、砥粒を
基板２１に電着させるものである。

【００３０】なお、本実施の形態では、基板２１の上下
面に砥粒２２を電着しているが、場合によっては、上面
あるいは下面のいずれか一方の表面に砥粒２２を電着し
たものであっても良く、表面の一部に砥粒２２を電着し
たものであっても良い、また定盤修正キャリヤ２０は、
前述の５個のみに限定されるものではなく、１個あるい
は適数個設けることができることはいうまでもない。

【００３１】次に、定盤修正作用を説明する。ウェーハ
用ラップ機において、ラッピング加工を多数回行ない上
下両定盤１１，１２の平坦度が損なわれると、まず、キ
ャリヤに代えて定盤修正キャリヤ２０を上定盤１１と下
定盤１２との間にセットする。

【００３２】この場合、定盤修正キャリヤ２０のリング
状歯部Ｇ1 は、サンギアＧs 及びインターナルギアＧi
と確実に噛合させる。そして、上下定盤１１，１２、サ
ンギアＧs 及びインターナルギアＧi を駆動源によりそ
れぞれ駆動し、定盤修正キャリヤ２０を上下定盤１１，
１２間で自転させつつ公転させる。この場合、上定盤１
１に流体圧装置により圧力を加えてもよく、また冷却水
を供給しつつ修正研磨を行なってもよい。ただし、研磨
液は供給しない。

【００３３】この結果、定盤修正キャリヤ２０は、基板
２１により所定の平坦度を保持した状態で、砥粒２２が
直接上下定盤１１，１２の表面を研磨することになり、
上下定盤１１，１２の表面は短時間の内に修正され、高
精度の平坦度を有する表面に仕上げることになる。

【００３４】なお、このようにして仕上げられた後の上
下定盤１１，１２に対し、前述した上下両定盤１１，１
２を直接摺り合わせる共摺りを施し、さらに平坦度を高
めるようにしてもよい。

【００３５】

【実施例】定盤修正キャリヤ２０の実施例を上げると、
次のようになる。 ａ）基板２１として、炭素工具鋼を使用した。 ｂ）砥粒として、鋳鋼の研削に用いられる炭化珪素質砥
粒であるＧＣ砥粒（グリーンカーボランダム）を用い
た。 ｃ）このＧＣ砥粒を前記炭素工具鋼からなる基板２１に
電着するボンド剤として、Ｎｉボンド剤を使用した。砥
粒保持力の高いものが得られた。 ｄ）砥粒の粒度は、平均粒径が４０μｍのものを用い
た。 ｅ）コンセントレーション（砥粒集中度）は、砥粒率２
５％程度の粗いものとした。 ｆ）砥粒２２の層数は、３層とした。

【００３６】この定盤修正キャリヤ２０を用いて、平坦
度の変位量が１５０μｍもある定盤１１，１２に修正研
磨を施した。定盤修正キャリヤ２０の自転速度は、４７
ｃｍ／ｓｅｃ、公転速度は、５２ｃｍ／ｓｅｃとした。
修正作業は、約半日（従来法によるものは、約１日半掛
かった）で完了した。修正作業中、冷却水を１．０リッ
トル／ｍｉｎ程度供給した。目詰りや研削焼けを起こす
ことはなかった。

【００３７】この修正研磨後の状態を、下定盤の平坦度
について検査した。検査結果は、図４に示すものが得ら
れた。

【００３８】ここに、図４の横座標は、下定盤の中心か
らの距離であり、縦座標は、平坦度、つまり、外周縁
（中心からの距離が７００ｍｍの位置）を基準とする上
下方向の変位量を測定したものである。

【００３９】また、図中、「Ａ」は、所定回ラッピング
加工した下定盤１２の平坦度曲線、「Ｂ」は、従来の修
正法（定盤と同一材料の修正キャリヤを、研磨液を供給
しつつ形状修正する方法）により修正した後の下定盤の
平坦度曲線、「Ｃ」は、本実施の形態により修正した下
定盤１２の平坦度曲線を示している。

【００４０】図４から明らかなように、形状修正前の下
定盤１２の平坦度は、平坦度曲線Ａが示すように、最高
変位量が１５０μｍあったが、本実施の形態による形状
修正後の下定盤１２の平坦度は、平坦度曲線Ｃが示すよ
うに、１０μｍ程度となった。なお、従来の修正法によ
る下定盤１２の平坦度は、平坦度曲線Ｂが示すように、
最高変位量が１００μｍもあった。

【００４１】これは、本実施の形態による形状修正が、
従来の修正法による下定盤１２の平坦度と比較し、掛か
った時間は１／３であるにも拘らず、平坦度は、１０倍
という高精度の定盤面が得られたことを意味し、驚異的
に優れた平坦な表面を有する定盤が得られたことが分か
る。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、請求
項毎に次のような効果を奏する。請求項１に記載の発明
は、高硬度な材質の基板の表面に砥粒を固着した定盤修
正キャリヤとし、研磨液を供給することなく上下両定盤
の表面と接触させるようにしたので、定盤修正キャリヤ
は所定の平坦度を保持した状態で上下両定盤の表面と接
触し、短時間の内に上下定盤を修正し、驚異的に優れた
平坦な表面とすることができる。請求項２に記載の発明
は、基板を工具鋼により構成したので、定盤修正キャリ
ヤの変形がなく、所定の平坦度を保持した状態で修正研
磨ができる。請求項３に記載の発明は、基板に砥粒を複
数層電着したので、定盤修正キャリヤの寿命が長期化す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態を示す要部断面図であ
る。

【図２】 図１の２−２線に沿う矢視図である。

【図３】 図２に示す修正キャリヤの拡大断面図であ
る。

【図４】 下定盤の平坦度の検査結果を比較して示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１１…上定盤、 １２…下定盤、２０…定
盤修正キャリヤ、 ２１…基板、２２…砥粒、
Ｇ…遊星歯車機構、Ｇi …インターナルギ
ア、 Ｇr …リングギア、Ｇs …サンギア。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上定盤(11)と下定盤(12)との間にウェー
   ハを挟み、該ウェーハを遊星歯車機構(G）により自転及
   び公転させながらラッピング加工を施すようにしたウェ
   ーハ用ラップ機に用いる定盤修正キャリヤ(20)を、高硬
   度な材質の基板(21)の表面に砥粒(22)を固着したものに
   より構成したことを特徴とするウェーハ用ラップ機の定
   盤修正キャリヤ。
2. 【請求項２】 前記基板(21)は、工具鋼により構成した
   ことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ用ラップ機
   の定盤修正キャリヤ。
3. 【請求項３】 前記砥粒(22)は、前記基板(21)に複数層
   電着したことを特徴とする請求項１又は２に記載のウェ
   ーハ用ラップ機の定盤修正キャリヤ。