JPH11254312A - 形状制御を伴ったウェーハの枚葉加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工中のウェーハの形状に応じて加工条件を
制御することにより、目標形状に一致したウェーハを高
い歩留りで製造する。 【構成】 ウェーハ１の中心からエッジに至る範囲の両
面に基準側リング状定盤１３及び移動側リング状定盤２
３を押し当て、ウェーハ１の両面を枚葉加工する際、摩
擦方向の振れを規制した偏角軸受５０で移動側回転軸１
１を支持し、リング状定盤１３，２３の外側でウェーハ
１の両面に対向した複数のセンサｓ₁₁〜ｓ ₁₃，ｓ₂₁〜ｓ
₂₃でウェーハ１の形状を測定する。測定結果を目標形状
と比較演算し、演算結果に応じて移動側回転軸２１の傾
き角を制御する。或いは、移動側回転軸２１の傾き角θ
からウェーハ１の形状を推定し、推定結果を目標形状と
比較演算し、演算結果に応じて移動側回転軸２１の傾き
角θを制御する。 【効果】 ウェーハ１に対するリング状定盤２３の傾き
角が加工中に制御されるため、ウェーハ１が高精度で目
標形状に加工仕上げされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工中にウェーハの形
状を測定しながら目標形状に表面加工する方法及び装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】インゴットをスライスして得られたウェ
ーハには、厚み，平坦度，平滑度等にバラツキがある。
ウェーハは、バラツキを除去し半導体デバイスの作り込
みに好適な表面状態とするため、ラッピング，ポリシン
グ，仕上げ研磨等の工程を経て製品化される。代表的な
ラッピングや表面研磨等では、キャリアに保持した複数
のウェーハを下定盤の上に配置し、上定盤と下定盤との
間にウェーハを挟み、ウェーハの両面を同時に加工する
方式が採用されている。この方式では、下定盤の中心に
位置するサンギアの回りにウェーハが公転及び自転しな
がら加工されるため、均一な表面仕上りが得られる。し
かし、被加工物であるウェーハが大口径になるに従って
極端に規模の大きな装置が必要になり、設備負担及びメ
ンテナンスにかかる負担が大きくなる。また、加工され
るウェーハの厚みを揃える必要があるが、複数のウェー
ハの出来具合が異なるため平均的調整しか行えない。

【０００３】他方、１枚のウェーハから切り出される半
導体チップの個数を考慮すると、大口径のウェーハほど
生産性の面で有利といえる。そこで、本発明者等は、設
備の大型化を招くことなく大口径のウェーハを表面加工
できる装置を開発し、特願平９−１８０８８１号として
出願した。先願で提案した装置は、図１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との間に位置させている。
基準側ラップ機構１０は、基準回転軸１１の端部に円盤
１２を設け、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、基準回転軸１１に伝達され
る動力で矢印ａ方向に回転される。移動側ラップ機構２
０は、移動側回転軸２１の端部に円盤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、基準側のリング状定盤１３と同一の面積
をもっており、移動側回転軸２１に伝達される動力で矢
印ｂ方向に回転される。

【０００４】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１３，２３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１３，２３の加工面１
４，２４でウェーハ１が加圧保持される。加工面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加工面１４，
２４は、鏡面研磨に使用することも可能である。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、加工面は、摩耗に応じて矢印ｃ方向に移動さ
れ、移動量に拘らずウェーハ１に加わる加圧力が一定に
保たれる。ウェーハ１には、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・・により
矢印ｄ方向の回転が与えられる。

【０００５】回転しているウェーハ１の姿勢は、ウェー
ハ１のエッジ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が加工面１４，２４でラッピングさ
れる。表面加工中のウェーハ１に対し、基準回転軸１１
及び移動側回転軸２１に形成されている貫通孔１６，２
６から砥粒懸濁スラリーＡが空洞部１５，２５を経て供
給され、ラッピング，研磨等の表面加工に使用される。
砥粒懸濁スラリーＡは、表面加工で発生した加工屑と共
にリング状定盤１３，２３に設けた溝（図示せず）及び
リング状定盤１３，２３とウェーハ１との隙間から外部
に排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１の枚葉加工装置
は、ウェーハ１の口径のほぼ半分に等しい直径をもつリ
ング状定盤１３，２３を用いてウェーハ１を加工するこ
とから、大きな口径のウェーハ１に対しても小さな定盤
１３，２３で十分であり、従来のラッピング装置に比較
して設備の大型化が大幅に抑えられる。また、ウェーハ
１を枚葉加工するため、複数のウェーハを同時加工する
従来法で必要であったウェーハの厚みを揃えることが不
要になり、個々のウェーハの出来具合に応じた制御も可
能となる。本発明は、先願で提案したラッピング装置を
更に改良したものであり、加工中のウェーハ形状に応じ
て定盤の加工面に偏荷重を与えることにより、ウェーハ
を目標形状に精度良く加工仕上げすることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の枚葉加工方法
は、その目的を達成するため、ウェーハの中心からエッ
ジに至る範囲の両面にリング状定盤を押し当て、ウェー
ハの両面を枚葉加工する際、リング状定盤の外側でウェ
ーハの両面に対向した複数のセンサでウェーハの形状を
測定し、測定結果を目標形状と比較演算し、演算結果に
応じてウェーハ両面に押し当てられたリング状定盤の少
なくとも一方をウェーハの面に対して偏角させることを
特徴とする。また、ウェーハの中心からエッジに至る範
囲の両面にリング状定盤を押し当て、ウェーハの両面を
枚葉加工する際、ウェーハの両面に押し当てられたリン
グ状定盤を先端に設けた回転軸の少なくとも一方を偏角
可能に支持し、該偏角可能に支持された回転軸の傾き角
を測定し、測定された傾き角からウェーハ形状を推定
し、推定結果を目標形状と比較演算し、演算結果に応じ
て前記偏角可能に支持された回転軸を偏角させることも
できる。複数のセンサは、ウェーハの表裏で一対とし、
ウェーハの半径方向に複数対配置することが好ましい。
加工中のウェーハは、移動側回転軸の傾き角からも推定
できる。傾き角に応じてウェーハの形状を制御する場合
には、推定結果を目標形状と比較演算し、演算結果に応
じて移動側回転軸の傾き角を制御する。

【０００８】この枚葉加工方法に使用する装置は、砥粒
懸濁スラリーを供給する貫通孔が形成された基準回転軸
の先端に、ウェーハの半径にほぼ等しい外径をもつリン
グ状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側回転
軸の先端に基準側のリング状定盤と同じ形状のリング状
定盤を回転可能に設けた移動側ラップ機構と、移動側回
転軸を回転可能に支持し、ウェーハの面と平行な方向に
延びる偏角軸をもつ偏角軸受と、基準回転軸を回転可能
に支持する回転軸受と、偏心カムを介してモータに接続
され、移動側回転軸に接触している加圧片に上向き又は
下向きの力を加えるスプリングとを備えている。

【０００９】

【実施の形態】図１の枚葉加工装置では、ウェーハ１の
片側半径部分で表面加工が行われ、残りの半分以上がリ
ング状定盤１３，２３の外に露出している。そこで、本
発明においては、この露出部分をウェーハ１の形状測定
に利用し、測定結果に応じて移動側リング状定盤２３の
ウェーハ１に対する傾き角を制御することにより、目標
形状に仕上げ加工する。一方、従来のラップ及び研磨で
は加工中に形状測定できないため、複数のウェーハの平
均厚みを上下定盤の間隔から間接的に推定するに過ぎな
かった。本発明においては、加工中のウェーハ１の形状
を直接測定するため、図２に示すようにリング状定盤１
３，２３から露出している部分のウェーハ１の両面に複
数のセンサｓ₁₁〜ｓ₁₃及びｓ₂₁〜ｓ₂₃をウェーハ１の半
径方向に沿って対向させている。センサｓ₁₁とｓ₂₁，ｓ
₁₂とｓ₂₂及びｓ₁₃とｓ₂₃は、ウェーハ１の表裏両面で同
じ位置に対向するように対をなしている。

【００１０】各測定点におけるウェーハ１の面位置をセ
ンサｓ₁₁〜ｓ₁₃及びｓ₂₁〜ｓ₂₃で検出し、検出信号を形
状演算器４０に入力する。形状演算器４０では、センサ
ｓ₁₁〜ｓ₁₃から入力されたウェーハ１の表面位置情報と
センサｓ₂₁〜ｓ₂₃から入力されたウェーハ１の裏面位置
情報とを比較し、各測定点におけるウェーハ１の厚みを
演算する。各測定点の演算結果から、ウェーハ１の半径
方向に関する厚み分布が求められる。形状演算器４０で
得られた厚み分布は、予め設定されている基準厚み分布
と比較され、基準厚み分布との差に応じた信号としてモ
ータ制御装置４１に出力される。移動側リング状定盤２
３の移動側回転軸２１は偏角軸受５０で回転可能に支持
され、基準側リング状定盤１３の基準回転軸１１は通常
の軸受５５で回転可能に支持されている。偏角軸受５０
は、ウェーハ１の面内方向と平行（紙面に直交する方
向）に延びる偏角軸５１を備えており、図２で上下方向
にのみリング状定盤２３の方向を変える。すなわち、ウ
ェーハ１の面と接触する加工面２４の摩擦力によってリ
ング状定盤２３が摩擦方向（紙面に直交する方向）に振
れることが偏角軸５１で規制される。

【００１１】移動側偏角軸受５０の他端には、下方に加
圧片４２の一端が固定されている。加圧片４２の他端に
スプリング４３の一端が掛けられている。スプリング４
３の他端は、モータ４４の出力軸に固着された偏心カム
４５に掛けられている。スプリング４３は、偏心カム４
５の回転に応じて下向きから上向きの張力Ｆを移動側偏
角軸受５０の他端に加えるように、モータ４４に連結さ
れる偏心カム４５の回転角（−９０度から＋９０度）の
範囲で調整されている。更に、移動側回転軸２１の周面
に対向する変位センサ４６が移動側回転軸２１の他端に
配置されている。変位センサ４６は、移動側回転軸２１
の他端位置を検出し、検出信号を変位演算器４７に出力
する。検出された移動側回転軸２１の位置情報は、移動
側回転軸２１に固着されているリング状定盤２３の傾き
角、ひいては加工中のウェーハ１の形状を反映した情報
である。

【００１２】移動側回転軸２１の位置情報からウェーハ
１の形状を判定できるので、ウェーハ１の露出部両面に
対向するセンサｓ₁₁〜ｓ₁₃及びｓ₂₁〜ｓ₂₃を省略するこ
とが可能である。ただし、移動側回転軸２１の位置情報
のみではウェーハ１の厚みは制御できない。他方、セン
サｓ₁₁〜ｓ₁₃及びｓ₂₁〜ｓ₂₃を使用する場合、設備構成
が多少複雑になるものの、加工中のウェーハ１の形状及
び厚みが直接測定されるため測定精度の信頼性が高く、
移動側回転軸２１用の変位センサ４６を省略可能であ
る。或いは、センサｓ₁₁〜ｓ₁₃及びｓ₂₁〜ｓ₂₃及び変位
センサ４６の両方を用いて加工中のウェーハ１を形状測
定してもよい。この場合、センサｓ₁₁〜ｓ ₁₃及びｓ₂₁〜
ｓ₂₃で測定したウェーハ１の形状を学習し、学習結果を
利用して移動側回転軸２１の位置情報のみでウェーハ１
を形状制御することもできる。

【００１３】センサｓ₁₁〜ｓ₁₃，ｓ₂₁〜ｓ₂₃及び／又は
変位センサ４６で得られたウェーハ１の形状測定結果
は、モータ制御装置４１に入力され、制御信号としてモ
ータ４４に出力される。ウェーハ１をフラットな形状に
仕上げる場合、基準側回転軸１１に対する偏角回転軸５
１の回りに回転する移動側回転軸２１の傾き角θをゼロ
に調整する。この条件下で凸形状のウェーハ１を加工す
るためには、スプリング４３を引っ張るように、モータ
４４を４５度回転させてカム４５を下げる。スプリング
４３の引張りによる張力Ｆは加圧片４２に加えられるの
で、圧力Ｐ₁ が下がり、圧力Ｐ₂ が上がる。したがっ
て、ウェーハ１は、周辺部よりも中心部が大きく加工さ
れフラットな形状になる。張力Ｆの付加は、基準側回転
軸１１に対する移動側回転軸２１の相対的な傾き角θが
ゼロに近付くまで続ける。ウェーハ１がフラットな形状
になる（傾き角θがゼロ）と、モータ４４を逆方向に回
転させてカム４５の角度をゼロに戻し、スプリング４３
を元の状態に復元させる。その結果、加圧片４２に張力
Ｆが加わらず、Ｐ₁ ＝Ｐ₂ の条件下でウェーハ１が加工
される。なお、図２では移動側回転軸２１が傾き角θで
傾斜した状態を図示しているが、実際の装置では基準側
回転軸１１が偏角する。

【００１４】凹形状のウェーハ１を加工する場合には、
スプリング４３を縮める方向にカム４５の位置を選択
し、加圧片４２に上向きの張力Ｆを加えＰ₂ ＜Ｐ₁ にす
る。そして、ウェーハ１がフラットな形状になるまでＰ
₂ ＜Ｐ₁ を維持し、傾き角θがゼロになった時点でカム
４５の角度を変更し、移動側回転軸２１の傾き角θをゼ
ロ（Ｐ₂ ＝Ｐ₁ ）に調整する。張力Ｆは、偏心カム４５
の回転により調節可能であるため、加工中のウェーハ１
の形状測定結果に対応して制御できる。すなわち、目標
形状からずれている場合、ズレに応じて上向き又は下向
きの張力Ｆを偏角回転軸受５０に加えることにより、ウ
ェーハ１の形状を修正しながら表面加工することができ
る。そのため、個々のウェーハに対する加工条件が調整
可能な枚葉加工装置の特徴を活かしつつ、目標形状に精
度良く一致したウェーハ１が高い歩留りで得られる。以
上の例においては、移動側回転軸２１を偏角させること
を説明した。しかし、本発明は、これに拘束されるもの
ではなく、同様な偏角軸受を設けることにより基準側回
転軸１１を、或いは基準側回転軸１１及び移動側回転軸
２１の双方を偏角させることも可能である。

【００１５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、加工中のウェーハの形状を直接測定又は推定し、測
定結果又は推定結果に応じてウェーハに押し当てられて
いる移動側リング状定盤の傾き角を調整している。これ
により、凹状，凸状，フラット状等の目標形状に応じて
加工条件が調整され、目標形状に高精度で一致した形状
をもつウェーハが高い歩留りで得られる。また、ウェー
ハの両面に配置したセンサを用いて加工中のウェーハ形
状を直接測定するものでは、ウェーハの厚み制御も可能
となる。しかも、摩擦方向に移動側回転軸が振れること
がないため、リング状定盤の外周形状に対応する凹みが
ウェーハに転写されることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明者が先に提案した枚葉加工装置の概略
図

【図２】 加工中のウェーハの形状に応じて移動側リン
グ状定盤の傾き角を調整する機能を備えた枚葉加工装置

【符号の説明】

１：ウェーハ１０：基準側ラップ機構 ２０：移動側
ラップ機構 １１：基準回転軸 ２１：移動回転軸 １２，２２：円盤 １３，２
３：リング状定盤 １４，２４：加工面 １５，２５：空洞部 １６，
２６：貫通孔 ４０：形状演算器 ４１：モータ制御装置 ４２：
加圧片 ４３：スプリング ４４：モータ ４
５：偏心カム ４６：変位演算器 ５０：移動側の偏角軸受 ５１：偏角軸 ５５：基
準側の軸受 ｓ₁₁〜ｓ₁₃：ウェーハの一面に対向するセンサ ｓ₂₁〜ｓ₂₃：ウェーハの他面に対向するセンサ Ｐ₁ ：周辺部圧力 Ｐ₂ ：中心部圧力 θ：偏角回転軸の傾き角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 亘 愛知県刈谷市朝日町一丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 大阪 哲嗣 愛知県刈谷市朝日町一丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 石榑 博司 愛知県刈谷市朝日町一丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 阿部 守年 愛知県刈谷市朝日町一丁目１番地 豊田工 機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハの中心からエッジに至る範囲の
   両面にリング状定盤を押し当て、ウェーハの両面を枚葉
   加工する際、リング状定盤の外側でウェーハの両面に対
   向した複数のセンサでウェーハの形状を測定し、測定結
   果を目標形状と比較演算し、演算結果に応じてウェーハ
   両面に押し当てられたリング状定盤の少なくとも一方を
   ウェーハの面に対して偏角させることを特徴とする形状
   制御を伴ったウェーハの枚葉加工方法。
2. 【請求項２】 ウェーハの中心からエッジに至る範囲の
   両面にリング状定盤を押し当て、ウェーハの両面を枚葉
   加工する際、ウェーハの両面に押し当てられたリング状
   定盤を先端に設けた回転軸の少なくとも一方を偏角可能
   に支持し、該偏角可能に支持された回転軸の傾き角を測
   定し、測定された傾き角からウェーハ形状を推定し、推
   定結果を目標形状と比較演算し、演算結果に応じて前記
   偏角可能に支持された回転軸を偏角させることを特徴と
   する形状制御を伴ったウェーハの枚葉加工方法。
3. 【請求項３】 砥粒懸濁スラリーを供給する貫通孔が形
   成された基準回転軸の先端に、ウェーハの半径にほぼ等
   しい外径をもつリング状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
   成された移動側回転軸の先端に基準側リング状定盤と同
   じ形状のリング状定盤を回転可能に設けた移動側ラップ
   機構と、移動側回転軸を回転可能に支持し、ウェーハの
   面と平行な方向に延びる偏角軸を備えた偏角軸受と、基
   準回転軸を回転可能に支持する回転軸受と、偏心カムを
   介してモータに接続され、移動側回転軸に接触している
   加圧片に上向き又は下向きの力を加えるスプリングとを
   備え、リング状定盤の外側で測定したウェーハの形状及
   び／又は移動側回転軸の傾き角から推定したウェーハの
   形状の目標形状との差に応じて移動側回転軸の傾き角が
   調整される形状制御を伴ったウェーハの枚葉加工装置。