JPH1080861A - ウェーハの両面ラップ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ両面に押し付けたリング状定盤を回
転させ、両面同時にウェーハをラッピングする。 【解決手段】 ウェーハ１の表裏両面に摺擦するラップ
面１４，２４をもち、ウェーハ１の半径にほぼ等しい外
径をもつ一対のリング状定盤１３，２３を対向させる。
リング状定盤１３，２３の空洞部１５，２５に砥粒懸濁
スラリーを送り込みながらリング状定盤１３，２３を互
いに逆方向に回転させ、ラップ面１４，２４に形成され
た溝を介して砥粒及び研削屑を排出する。一方のリング
状定盤１３を基準側とし、他方のリング状定盤２３を移
動側とし、ラップ面１４，２４の摩耗に応じてリング状
定盤２３を基準側に移動させる。ラッピング中のウェー
ハ１は、ガイドローラ３２で周縁を支持されながら駆動
ローラ３１で回転力が付与される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に大口径のウェーハ
に適し、ウェーハ形状，加工歪み層等のバラツキを矯正
するラップ方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｃｚ法，ＦＺ法等で製造された結晶棒
は、所定のブロックに切断された後、外周を研削し、ス
ライサーにセットされる。スライサーでは、高速回転す
るブレードを結晶と相対的に移動させ、結晶を所定厚み
にスライスしてウェーハとする。ブレードとしては、た
とえばドーナツ状に加工したステンレス鋼薄板の内周部
にダイヤモンド砥粒をニッケルめっきで埋め込んだもの
が使用される。結晶棒をスライスするとき、ブレードの
張力，ダイヤモンド砥粒の状態，スライサー回転軸の精
度等によって、得られたウェーハの厚みや平坦度にバラ
ツキが生じる。また、スライス条件によっては、ウェー
ハの表面から内部に入る加工歪み層が大きくなることも
ある。スライス起因のバラツキは、スライスされたウェ
ーハをラッピングすることによって除去される。従来の
スライス法では、図１の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）
にみられるように、複数のウェーハ１をキャリア２でラ
ップ盤３上に偏在しないように配置する。上方からラッ
プ盤４をウェーハ１に接触させ、砥粒を上下のラップ盤
３，４の間に送り込みながら、ウェーハ１を自転及び公
転させてラッピングする。砥粒には、適量の水に分散さ
せた粒径１０μｍ程度のＡｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＣ等が使用さ
れている。また、ウェーハ１のセッティングを容易にす
るため、上部ラップ盤４でウェーハ１を吸着し、所定の
位置に配置することが特公昭５６−１８９号公報で紹介
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１に示した設備構成
で大口径のウェーハをラッピングしようとすると、ウェ
ーハの直径より大きな半径をもつラップ盤が必要とされ
るため、設備の大型化が避けられない。そのため、装置
の重量，サイズ，操作性等の問題が顕在化し、自動運転
及び自動制御し難いものとなる。また、ラップ盤３，４
としても大径のものが必要とされるが、大径化に伴って
ラップ盤３，４の内側及び外側の周速差が大きくなり、
ラップ面の摩耗が不均一化し、ウェーハ面が不均一にラ
ッピングされる欠陥も生じる。また、大口径のウェーハ
をラッピングする装置として、円盤状又はリング状の定
盤をウェーハの両面に押し当て回転させ、上部から加工
液を供給しながらウェーハをラッピングする方式が特公
昭５２−１２９５６号公報に紹介されている。

【０００４】しかし、この方式では、砥粒懸濁スラリー
等の加工液を定盤の外側から供給しているので、定盤と
ウェーハとの間に十分な加工液が供給されず、ラッピン
グに有効に消費される加工液の割合が少ない。そのた
め、更に定盤の中心内部へのスラリーの供給が希薄にな
る可能性がある。具体的には、中心部がないリング状の
定盤では、スラリーを供給する側の反対側では定盤の圧
力から開放されるウェーハの出口に当り、スラリーが不
足する状態が予想される。スラリー不足は被加工物を高
速回転させることにより解消されるが、そのためには被
加工物が高い機械的強度をもつことが要求され、シリコ
ン等の半導体ウェーハには不向きである。本発明は、こ
のような問題を解消すべく案出されたものであり、リン
グ状定盤でウェーハの表裏を同時に加圧してラッピング
する際、リング状定盤の内部空洞からウェーハの表裏両
面に砥粒懸濁スラリーを供給しながらラッピングするこ
とによって生じたシリコン屑を幅の狭いリング状定盤を
用いて短期に排出させることにより、ラッピングに有効
消費される砥粒懸濁スラリーの割合を増加させ、装置の
大規模化を招くことなく、良好なラッピング効率で大口
径のウェーハであっても容易に且つ健全な状態に全面ラ
ッピングすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の両面ラップ方法
は、その目的を達成するため、ウェーハの表裏両面に摺
擦するラップ面をもち、ウェーハの半径にほぼ等しい外
径をもつ一対のリング状定盤を対向させてウェーハの中
心から周辺に至る部分に押圧し、リング状定盤の空洞部
に砥粒懸濁スラリーを送り込みながらリング状定盤を互
いに逆方向に回転させ、ラップ面に形成された溝を介し
て砥粒を供給し、溝及び定盤を介して砥粒及び研削屑を
排出することを特徴とする。一対のリング状定盤をそれ
ぞれ基準側及び移動側とし、移動側定盤はラップ面の摩
耗に応じて他方の基準側に対し全面均等に配分された加
圧状態で移動できることが好ましい。ラッピング中のウ
ェーハは、ガイドローラで周縁を支持されながら駆動ロ
ーラで回転力が付与される。

【０００６】また、本発明の両面ラップ装置は、砥粒懸
濁スラリーを供給する貫通孔が形成された基準軸の先端
にリング状ラップ定盤を回転可能に設けた基準側ラップ
機構と、砥粒懸濁スラリーを供給する貫通孔が形成され
た移動軸の先端にリング状ラップ定盤を回転可能に設け
た移動側ラップ機構と、ウェーハの表面に接触してウェ
ーハを回転させる駆動ローラ及びウェーハの周縁に接触
して回転中のウェーハを位置制御するガイドローラを備
えたウェーハ回転支持機構からなり、リング状定盤のウ
ェーハ表面に対向する側に内部から外部に至る放射状の
溝をもつラップ面が形成されていることを特徴とする。

【０００７】

【実施の形態】本発明に従ったラップ装置は、図２に示
すように基準側ラップ機構１０と移動側ラップ機構２０
とを水平方向又は垂直方向に対向させ、ラッピングされ
るウェーハ１を両ラップ機構１０と２０との間に位置さ
せる。基準側ラップ機構１０は、基準軸１１の端部に柔
軟性のある円盤１２を取り付け、円盤１２にリング状の
定盤１３を固定している。リング状定盤１３は、基準軸
１１に伝達される動力で矢印ａ方向に回転する。移動側
ラップ機構２０は、移動軸２１の端部に柔軟性のある円
盤２２を取り付け、円盤２２にリング状の定盤２３を固
定している。リング状定盤２３は、移動側のリング状定
盤１３と同一の面積をもっており、移動軸２１に伝達さ
れる動力で矢印ｂ方向に回転する。リング状定盤１３と
２３との回転方向を逆にすることにより、定盤１３，２
３に加わる力を等しくし、ウェーハ１の両面に同一の摩
擦力を発生させる。また、ウェーハ１に加わる回転トル
クは、ウェーハ１の表裏で相殺され、結果として定盤１
３，２３のラップ面１４，２４でウェーハ１が加圧保持
される。

【０００８】移動側ラップ機構２０のリング状定盤２３
は、圧力機構（図示せず）により矢印ｃ方向に移動自在
となっている。これにより、ラップ面は、摩耗に応じて
矢印ｃ方向に移動され、移動量の調節によってウェーハ
１に加わる加圧力が一定に保たれる。ウェーハ１の表裏
両面に配置したウェーハ回転支持機構３０の駆動ローラ
３１，３１・・で、矢印ｄ方向の回転がウェーハ１に与
えられる。回転しているウェーハ１の姿勢は、ウェーハ
１の周縁に接触して回転するガイドローラ３２により安
定化される。これにより、予め設定された位置関係でウ
ェーハ１がリング状定盤１３，２３に圧接し、設定条件
下でウェーハ１がラッピングされる。ウェーハ１の表裏
両面に接触して駆動ローラ３１，３１が双方で回転する
ため、ウェーハ１に自転トルクが与えられ姿勢が安定す
る。駆動ローラ３１は、加工進行に伴ってウェーハ１側
に移動し、一定圧でウェーハ１の表面に押し付けられる
ようにすることが好ましい。

【０００９】リング状定盤１３，２３は、ラップ面１
４，２４の全域に渡って圧力を均一にするため、ウェー
ハ１の半径にほぼ対応する外径をもつことが好ましい。
ラップ面１４，２４は幅を狭くした形状になっており、
ラップ面１４，２４の内側に空洞部１５，２５が形成さ
れている。通常、回転周速は半径に比例して外周側ほど
大きくなり、ラッピングによる表面欠陥層の除去加工は
圧力と周速度に比例する。そのため、周速度が遅い部分
では摩耗も小さく、平面性が損なわれる。この点、本発
明では、幅の狭いラップ面１４，２４を形成しているの
で、回転周速が近似され、内側及び外側共に均一化され
たラッピング作用を呈する。ラップ面１４，２４には、
たとえば図３に示すパターンで溝１６，２６が刻設され
ている。基準軸１１及び移動軸２１に形成されている貫
通孔１７，２７から砥粒懸濁スラリーＡが空洞部１５，
２５に送り込まれ、ウェーハ１のラッピングに使用され
る。砥粒懸濁スラリーＡは、ラッピングで発生した加工
屑と共に溝１６，２６及びリング状定盤１３，２３の外
周部を経て外部に排出される。すなわち、砥粒懸濁スラ
リー及び加工屑は、リング状定盤１３，２３の回転によ
る遠心力でリング状定盤１３，２３に形成されている放
射状の溝１６，２６及び外周辺を経由して外部に排出さ
れる。

【００１０】このように砥粒懸濁スラリーＡをリング状
定盤１３，２３の空洞部１５，２５に送り込んだ後、ウ
ェーハ１の表裏両面に供給される。供給された砥粒を介
して表裏両側のリング状定盤１３，２３から同等の圧力
が与えられることにより、ウェーハ１は表裏同様に加工
される。このように、スラリーは溝１６，２６及び定盤
１３，２３とウェーハ１の間隙を経由して系外に排出さ
れるので、無駄を少なくしてスラリーの効率的な使用が
可能になる。ラップ面１４，２４には、必要に応じて適
宜のコーティングを施すことができる。たとえば、クロ
スを貼り付けたラップ面１４，２４は、鏡面研磨に使用
することも可能である。ウェーハ１のラップ仕上げは、
使用する砥粒の種類や粒径に応じて調整される。

【００１１】リング状の定盤１３，２３では、熱変形に
よる影響も抑制される。すなわち、通常の平面定盤では
熱変形が定盤直径の二乗に比例し且つ表裏の温度差にも
比例して大きくなる。そのため、ラッピングしようとす
るウェーハの直径が大きくなるほど、僅かな加工熱で定
盤が歪み、高精度の加工が困難になる。これに対し、定
盤をリング状にするとき、熱により平坦度が損なわれる
ことがなく、また高速回転した場合の発熱による影響も
少なくなる。更に、平面定盤では加わる圧力変化（圧力
加減）に定盤が変形する欠点があったが、リング状の定
盤では、応力変形がラップ面に現れない。この点でも、
高精度のラップ加工が可能になり、特に大型化したウェ
ーハに適したものとなる。

【００１２】砥粒には、粒度＃１２００〜４０００のＡ
ｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＣ，ダイヤモンド粒子等が使用される。
極限まで微粒化したＳｉＯ₂ 等の砥粒を使用すると、鏡
面加工することができる。また、微粒砥粒を懸濁させる
液としてアルカリ等を使用すると、ウェーハ１のエッチ
ングも同時に行うことが可能となる。ラッピングに際し
ては、ウェーハ１をリング状定盤１３，２３のラップ面
１４と２４との間に配置し、砥粒懸濁スラリーＡを貫通
孔１７，２７からリング状定盤１３，２３の空洞部１
５，２５に送り込む。リング状定盤１３，２３は、１５
０ｇ／ｃｍ² 程度の押圧力でウェーハ１に押し付けられ
る。この状態で、リング状定盤１３をａ方向に、リング
状定盤２３をｂ方向に、ウェーハ１をｄ方向に回転させ
ながら、ウェーハ１の両面を同時にラップ面１４，２４
でラッピングする。

【００１３】ラッピングの進行に応じてラップ面１４，
２４が摩耗するが、この摩耗量に応じて基準側ラップ機
構２０及びウェーハ回転支持機構３０は圧力機構（図示
せず）で自動的にｃ方向に移動する。そのため、ウェー
ハ１の表面に対するラップ面１４，２４の押圧状態に変
動がなく、一定した条件下でウェーハ１が両面ラッピン
グされる。圧力制御機構４０としては、たとえば図４に
示す機構をもったものが使用される。この圧力制御機構
４０は、加圧室４１にヘッド４２が収容されたピストン
４３の脚部４４を回転動力軸受け４５に当接させてい
る。ウェーハ１をラッピングするとき、ラップ面が１４
→１４’，２４→２４’（図５，図６）へと摩耗する量
は毎回極微量である。そのため、ラップ面１４，２４に
対するウェーハ１の接触面が移動する距離も極微量であ
る。したがって、ガイドローラ３２を予め手動で移動さ
せておくと、ガイドローラ３２の移動制御を必要とする
ことなく、リング状定盤１３，２３でウェーハ１を挟む
ことによりウェーハ１が所定位置に保持される。なお、
移動側のリング状定盤２３は、ラッピングによるウェー
ハ１の厚み変化分（１Ｒ〜１Ｒ’，１Ｌ〜１Ｌ’：図
５）＋αと６０〜１００μｍ移動するが、この移動はピ
ストン４３で押される回転動力軸受け４５の移動で保証
される。

【００１４】この方式では、ウェーハ１の半径にほぼ等
しい外径をもつリング状定盤１３，１４を使用して、ウ
ェーハ１の両面を同時にラッピングしている。そのた
め、図１に示す従来のラップ法に比較して、大口径のウ
ェーハ１をラッピングする場合であっても大きな定盤を
必要とせず、装置の大型化を招くことがない。しかも、
従来の定盤では摩耗による修正を行う必要があるが、本
発明ではリング状定盤１３，２３で構成される平面が摩
耗によって損なわれないため、修正が不要になる。そし
て、常に安定した面状態でウェーハ１がラッピングされ
るため、スライス時に発生した形状不良，加工歪み層等
の欠陥が効率よく除去され、表面状態が良好な高品質の
ウェーハが得られる。しかも、定盤を高速回転させてウ
ェーハ面との相対速度を大きくする加圧状態では、ウェ
ーハ上の定盤がスラリーの流体粘性によって浮上し、化
学的作用を働かせることもできる。そのため、条件によ
っては、化学反応を伴った機械研磨も可能となる。勿
論、低速回転，低圧状態での化学反応を抑えた機械研磨
も可能である。

【００１５】

【実施例】直径２００ｍｍのウェーハ１の両面に外径１
０３ｍｍ，内径８３ｍｍのリング状定盤１３，２３を対
向させ、押圧力２００ｇ／ｃｍ² で押し付けた。砥粒と
しては、平均粒径１３μｍのＡｌ₂ Ｏ₃ を４００ｇ／ｌ
の割合で水に懸濁させたものを使用した。砥粒懸濁スラ
リーＡを０．００５ｍ³ ／分の流量で貫通孔１７，２７
からリング状定盤１３，２３の空洞部１５，２５に送り
込みながら、リング状定盤１３，２３を５００ｒｐｍで
それぞれａ方向及びｂ方向に回転させ、ウェーハ１を２
０ｒｐｍでｄ方向に回転させた。また、ラッピング中、
ウェーハ１に対するリング状定盤１３，２３の押圧力を
検出し、その押圧力を所定のプログラムシーケンスに従
って調節した。ラッピングを３分間継続した後、ウェー
ハ１をラップ装置から取り出し、ウェーハ１の両面を調
査した。その結果、材料ＴＴＶ３０μｍをＴＴＶ１μｍ
に改善できた。また、材料ウェーハ面に存在するソーマ
ークも完全に除去された。

【００１６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、ウェーハ半径にほぼ等しいリング状定盤をウェーハ
の両面に押し付け、リング状定盤の空洞部に砥粒懸濁ス
ラリーを送り込みながらウェーハの両面を同時にラッピ
ングしている。そのため、ウェーハが大口径化してもラ
ップ装置がそれほど大規模化することがない。しかも、
移動側ラップ機構やウェーハ回転支持機構の移動量及び
リング状定盤の回転速度を容易に制御でき、自動化が容
易な装置となる。また、ラップ処理されたウェーハは、
形状及び加工歪み層の均一性共に高品質の製品となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のラップ装置を示す平面図（ａ）及び断
面図（ｂ）

【図２】 本発明に従ったラップ装置

【図３】 溝を刻設したリング状定盤のラップ面

【図４】 圧力制御機構のピストンに押されている回転
動力軸受け

【図５】 ラッピングにより減厚したウェーハとラップ
面

【図６】 ウェーハの減厚に応じて位置調整されるガイ
ドローラ

【符号の説明】

１：ウェーハ ２：キャリア ３，４：ラップ盤
５：砥粒 １Ｒ：ラッピング前のウェーハ片面
１Ｒ’：ラッピング後のウェーハ片面 １Ｌ：ラッピング前のウェーハ他面 １Ｌ’：ラッピ
ング後のウェーハ他面 １０：基準側ラップ機構 ２０：移動側ラップ機構
１１：基準軸 ２１：移動軸 １２，２２：柔軟
性のある円盤 １３，２３：リング状定盤 １４，２４：ラップ面 １５，２５：空洞部 １
６，２６：溝 １７，２７：貫通孔 ３０：ウェーハ回転支持機構 ３１：駆動ローラ
３２：ガイドローラ ４０：圧力制御機構 ４１：加圧室 ４２：ヘッド
４３：ピストン ４４：脚部 ４５：回転動力軸受け Ａ：砥粒懸濁スラリー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハの表裏両面に摺擦するラップ面
   をもち、ウェーハの半径にほぼ等しい外径をもつ一対の
   リング状定盤を対向させてウェーハの中心から周辺に至
   る部分に押圧し、リング状定盤の空洞部に砥粒懸濁スラ
   リーを送り込みながらリング状定盤を互いに逆方向に回
   転させ、ラップ面に形成された溝を介して砥粒を供給
   し、溝及び定盤を介して砥粒及び研削屑を排出すること
   を特徴とするウェーハの両面ラップ方法。
2. 【請求項２】 片方のリング状定盤を基準側とし、ラッ
   プ面の摩耗に応じて他方のリング状定盤を基準側に移動
   させる請求項１記載の両面ラップ方法。
3. 【請求項３】 ガイドローラで周縁を支持しながら駆動
   ローラでウェーハを回転させる請求項１又は２記載の両
   面ラップ方法。
4. 【請求項４】 砥粒懸濁スラリーを供給する貫通孔が形
   成された基準軸の先端にリング状ラップ定盤を回転可能
   に設けた基準側ラップ機構と、砥粒懸濁スラリーを供給
   する貫通孔が形成された移動軸の先端にリング状ラップ
   定盤を回転可能に設けた移動側ラップ機構と、ウェーハ
   の表面に接触してウェーハを回転させる駆動ローラ及び
   ウェーハの周縁に接触して回転中のウェーハを位置制御
   するガイドローラを備えたウェーハ回転支持機構からな
   り、リング状定盤のウェーハ表面に対向する側に内部か
   ら外部に至る放射状の溝をもつラップ面が形成されてい
   ることを特徴とするウェーハの両面ラップ装置。
5. 【請求項５】 ラップ面の摩耗に応じて基準側ラップ機
   構に向けて移動側ラップ機構及びウェーハ回転支持機構
   を移動させる移動機構を備えている請求項４記載の両面
   ラップ装置。