JPH11333708A - ラッピング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体シリコン単結晶ウェーハ等の平板状ワー
クのラップ面の平坦化を向上させることができ、特に半
導体シリコン単結晶ウェーハ製造におけるスライス工程
でのカセットロット内での厚さバラツキの大きなウェー
ハをラッピング工程において修正することができるよう
にしたラッピング装置及び方法を提供する。 【解決手段】上下の定盤と、該上下の定盤に回動可能に
挟持されかつワーク充填用ホール及びスラリー逃し用ホ
ールが穿設された円板状のキャリアとを有し、該ワーク
充填用ホールに平板状のワークを配置し、該上下の定盤
間にスラリーを供給するとともに該ワークを該キャリア
と一緒に該上下の定盤に対し相対運動させながらラップ
を行うラッピング装置において、上記スラリー逃し用ホ
ールにラップ前のワークの最大厚さよりも所定厚さだけ
厚い厚さを有する平板状ダミー円板を配置してラップを
行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体シリコン単
結晶ウェーハ（単にウェーハということがある）等の平
板状のワークのラップ面の平坦度を向上させるとともに
生産性を向上させることができるようにしたラッピング
装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【関連技術】従来、一般に半導体シリコン鏡面ウェーハ
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、面取りおよびラッピングされ
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成る。

【０００３】ところで、ラッピング工程の目的は、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、最終ウェーハの形状
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。

【０００４】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、円板状のキャリアの装置
本体に対する公転運動、円板状のキャリアの自転運動
の三つの運動を組み合わせ、定盤とワークに相対運動を
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。このラッピング装置は、例えば、図３〜５に
示すような構成を有している。

【０００５】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。

【０００６】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及び上定盤２６は不
図示の駆動手段によって互いに逆方向に回転せしめられ
る。

【０００７】該下定盤２４はその中心部上面に中心ギア
２８を有し、その周縁部には環状のインターナルギア３
０が隣接して設けられている。

【０００８】３２は円板状のキャリアであり、その外周
面には上記中心ギア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充填用ホール
３４が穿設されている。ラップすべきウェーハ等のワー
クＷは、該ワーク充填用ホール３４内に配置される。

【０００９】上下の定盤２６，２４の間にキャリア３２
をおき下定盤２４の中央に位置する中心ギア２８と下定
盤２４の外側にあるインターナルギア３０の間にキャリ
ア３２の外側の歯車をかみ合わせ上定盤２６をおろし、
対向しながら回転する上下の定盤２６，２４の間でキャ
リア３２は遊星歯車運動を行う。ワークＷはキャリア３
２に開口されたワーク充填用ホール３４の中に収まり、
キャリア３２の自転と公転の運動が与えられる。

【００１０】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（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）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。

【００１１】ここで平坦度を得るためには上下定盤２
６，２４の形状を忠実にワークＷに転写することが必要
であり、相対運動を行っているワークＷと上下定盤２
６，２４の間のスラリーＡの動きは無視できない存在で
ある。

【００１２】なぜならば、スラリーＡ中の砥粒は絶えず
磨耗し粒径と切れ味が変化する。ここでスラリーＡの動
きに偏りがあればスラリーＡの流れの悪いところでは他
の部分に比べ粒径の小さい切れ味の悪い砥粒で加工する
部分はたちまち厚く加工されてしまうからである。

【００１３】このため上下の定盤２６，２４には２０ｍ
ｍから５０ｍｍ間隔で方眼状に目切りと呼ばれる溝４０
を掘り、ここから不要なスラリーＡや切りくずを排出し
ている。

【００１４】上記したラッピング装置においては、特
に、自転運動と公転運動を行う円形のキャリア３２は、
上下の定盤２４，２６とワークＷとの間の加工に伴う摩
擦力をもろに受けるために非常に強度的な負荷の大きい
構成部品となる。

【００１５】一方、最近の半導体加工においては、φ３
００ｍｍ半導体シリコン単結晶ウェーハを製造する場
合、インゴット毎のロット加工であるとインゴット長さ
がまちまちのため、工程間の移動において待ち時間が長
くなり、装置の生産性能を１００％生かすことができ
ず、償却費も割高になってウェーハへのコストに跳ね返
ってくることとなり、ユーザーへの要求に応えられない
という悪循環に陥っていた。

【００１６】そこで提案されたのが、ウェーハ加工の枚
葉化で、ウェーハ毎に管理する方法であるが、残念なが
ら、ラップ工程における枚葉化技術はまだ完成の域に達
していない。

【００１７】こうした経緯の中、インゴットロット管理
から工程全体から見た最小公倍数での加工単位にロット
を編成する、いわゆるカセットロット管理が提唱され
た。

【００１８】ここでの問題は、インゴットロットからス
ライスされたのち、カセットロットに編成する際に、イ
ンゴットロットから得られたスライス枚数がカセットロ
ットを構成する枚数で割り切れない場合が多々出てき
て、いわゆる端数枚不良処理をしていたことである。

【００１９】こうした端数枚数を束ねて見ると、大きな
無駄となり、前述のコストパフォーマンスを悪化させる
原因となっていた。

【００２０】しかし、複数のインゴットロットから得ら
れる端数枚のウェーハを束ねて、カセットロットを構成
するにも、ラップの前工程であるスライス工程でのウェ
ーハ厚さバラツキに依って、構成カセットロット内のウ
ェーハの厚さバラツキが通常のカセットロット内のそれ
より大きくなる欠点があった。

【００２１】また、スライス工程では、φ３００ｍｍ半
導体シリコン単結晶インゴットの切断にワイヤーソーが
用いられているのが一般的であり、ワイヤーソーの切断
において、時にワイヤーの断線等により、ワイヤーマー
クをウェーハに付けることがあり、このワイヤーマーク
はウェーハ上に段差となって残り、厚さバラツキを更に
助長する結果となっている。

【００２２】こうしたワイヤーマークがついたウェーハ
とか、厚さバラツキの大きなカセットロットのウェーハ
を同一バッチでラップすると、ラップ上がりのウェーハ
は、平坦度あるいは厚さにおいて、バラツキの大きなも
のとなって後工程での品質への影響も無視できない。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題点に鑑みなされたもので、半導体シリコン
単結晶ウェーハ等の平板状ワークのラップ面の平坦化を
向上させることができ、特に半導体シリコン単結晶ウェ
ーハ製造におけるスライス工程でのカセットロット内で
の厚さバラツキの大きなウェーハを、ラッピング工程に
おいて修正することができるようにしたラッピング装置
及び方法を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題が解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のラッピング装置は、上下の定盤と、該上下
の定盤に回動可能に挟持され、かつワーク充填用ホール
及びスラリー逃し用ホールが穿設された円板状のキャリ
アとを有し、該ワーク充填用ホールに平板状のワークを
配置し、該上下の定盤間にスラリーを供給するととも
に、該ワークを該キャリアと一緒に該上下の定盤に対し
相対運動させながらラップを行うラッピング装置におい
て、上記スラリー逃し用ホールに、ラップ前のワークの
最大厚さより所定厚さだけ厚い厚さを有する平板状ダミ
ー円板を配置してラップを行うようにしたことを特徴と
する。

【００２５】該平板状ダミー円板の厚さがラップ前のワ
ークの最大厚さよりも７０μｍ以下だけ厚いのが好まし
く、２０μｍ〜７０μｍ厚い厚さを有するのが更に好ま
しい。該平板状ダミー円板の厚さがラップ前のワークの
最大厚さよりも厚すぎて、例えば、７０μｍを越えた厚
さを有すると、ラッピングの効率が低下してしまい好ま
しくなくなる。

【００２６】一方、該平板状ダミー円板の厚さがラップ
前のワークの最大厚さよりも、例えば、２０μｍだけ厚
くしておけば、複数個の測定点を測定して最大厚さを決
めた場合に測定点以外に最大厚さ部位が存在した場合で
も２０μｍの厚さの余裕で均一なラッピングを行うこと
ができるものである。

【００２７】ワークの最大厚さとは１枚のワークについ
ては面内の最大厚さを意味し、複数枚のワークを１ロッ
トとして同時にラップする場合は、当該ロット内の全て
のワークにおける最大厚さを意味するものである。

【００２８】本発明のラッピング装置によれば、まず上
定盤の面圧がダミー円板にかかり上定盤がダミー円板を
ラップし、続いてウェーハの厚い部分に上定盤の圧力が
伝わってウェーハにかかる上定盤の面圧が分散され、ウ
ェーハが均一にラップされる。

【００２９】前記ワーク充填用ホール及び前記スラリー
逃し用ホールを、互いに交互にかつ円周方向に等間隔に
前記キャリアに穿設することにより、上定盤の面圧を分
散させワークを均一にラップすることができる。

【００３０】前記平板状ダミー円板は、ワークと同等の
硬度を有するものが好ましく、例えば、ワークがシリコ
ンウェーハの場合には、シリコンウェーハのダミー円板
を用いるのが好ましい。しかし、シリコンウェーハをダ
ミー円板として用いると、コストが高くなるため、前記
平板状ダミー円板としては合成樹脂製円板、例えば塩化
ビニル樹脂製円板を用いるのがコスト的に見ても好適で
ある。

【００３１】本発明のラッピング方法は、上記したラッ
ピング装置を用いて、ワークをラップするに際し、前記
上定盤の面圧が最初はダミー円板の上面にかかり、それ
に続いて該面圧がワークの上面にかかるようにラップす
ることにより、ワークの上面にかかる該上定盤の面圧を
分散させ、ワークを均一にラップするようにしたことを
特徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面中、図１及び図２に基づいて説明する。

【００３３】本発明装置の基本的構成は、図３〜図５に
示した従来のラッピング装置と変わるところはないの
で、その構成についての再度の説明は避け、本発明の特
徴点についてのみ説明する。

【００３４】図１は本発明のラッピング装置に用いられ
るキャリアの平面図及び図２は同上の部分的側面展開模
式図である。

【００３５】図１及び図２において、キャリア３２には
ワーク充填用ホール３４及び前述したスラリーＡを逃が
すためのスラリー逃し用ホール４１が、互いに交互にか
つ円周方向に等間隔に穿設されている。

【００３６】該ワーク充填用ホール３４には、ワークで
あるウェーハＷが配置されている。一方、該スラリー逃
し用ホール４１には、平板状ダミー円板４２が配置され
ている。該平板状ダミー円板４２はウェーハ（ワーク）
Ｗの最大厚さよりもαだけ厚い厚さを有している。即
ち、α＝ダミー円板４２の厚さ−ワークＷの最大厚さで
ある。

【００３７】このαの値は、０＜α≦７０μｍであれば
よいが、２０μｍ≦α≦７０μｍが好適である。例え
ば、ウェーハＷの最大厚さが０．９８ｍｍの場合には、
ダミー円板４２の厚さは１．００ｍｍ〜１．０５ｍｍ程
度の厚さを有するのが好適である。

【００３８】また、該ダミー円板４２の材質は、ワーク
と同等の硬度を有するものが好ましく、例えばワークが
シリコンウェーハの場合には、シリコンウェーハのダミ
ー円板を用いるのが好ましい。しかし、シリコンウェー
ハをダミー円板として用いると、コストが高くなるた
め、該ダミー円板４２としては、合成樹脂製円板、例え
ば塩化ビニル樹脂製円板が好適に用いられる。

【００３９】ラップ工程で現在使用しているキャリア３
２を用いて本発明を実施する場合について例示的に説明
すれば、スラリー逃し用ホール（φ１５０ｍｍ×３ヶ）
４１及びウェーハ充填用ホール（φ３０２ｍｍ×３ヶ）
３４を穿設しておき、ウェーハＷをウェーハ充填用ホー
ル３４にセットする際に、ウェーハＷと併せてスラリー
逃し用ホール４１に塩化ビニル樹脂製のダミー円板（φ
１４９ｍｍ／ｔ＝１．０５ｍｍ）４２をセットし、ラッ
プを行えばよい。

【００４０】なお、４４は該キャリア３２の中央部に穿
設されたスラリー逃し用の中央ホールである。この中央
ホール４４は他のスラリー逃し用ホール４１よりも径小
に形成されており、上記した具体例でいえば、φ１００
ｍｍである。

【００４１】上記した構成によって、その作用ならびに
ラッピング方法について説明する。

【００４２】上記したように、ウェーハ充填ホール３４
にウェーハＷを配置し、スラリー逃し用ホール４１にダ
ミー円板４２を配置したキャリア３２を上下の定盤２
６，２４の間に置いてラップを開始すると、上定盤２６
の面圧がダミー円板４２にかかり、上定盤がダミー円板
４２をラップする。

【００４３】続いて、ウェーハＷの厚い部分に上定盤２
６の圧力が伝わって、ウェーハＷにかかる上定盤２６の
面圧が分散され、ウェーハＷが均一にラップされる。

【００４４】なお、上記中央ホール４４にはダミー円板
を配置する必要性は必ずしもないが、面圧の分散をさら
に行う場合には、この中央ホール４４にダミー円板を配
置するのが好適である。この場合のメリットとしては、
緩やかな加工が可能となり、良好な結果をもたらす点を
挙げることができるが、上述したごとく、キャリア３２
の構造上、この中央ホール４４は他のスラリー逃し用ホ
ール４１よりも径小に形成されているため、上記したス
ラリー逃し用ホール４１用のダミー円板４２と同径のダ
ミー円板を用いることができず、径小のダミー円板を別
途製造しておく必要があるために、作業性上等における
デメリットがある。例えば、上記した具体例でいえば、
中央ホール４４に配置されるダミー円板の径は≦φ９９
ｍｍとなる。

【００４５】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明方法をさらに具
体的に説明する。

【００４６】（実施例１）円筒研削された直径３００ｍ
ｍのシリコンインゴットをワイヤーソーにより目標厚さ
９７５μｍで切断し、切断されたウェーハを順番に１ロ
ット当たり３０枚で複数のカセットロットを構成し、そ
の中の１ロット（３０枚）について１５枚づつ２バッチ
のラップを行った。

【００４７】ラップを行う前にウェーハ面内５点（中心
１点、周辺５ｍｍ４点）の厚さを測定した結果、１バッ
チ目の１５枚については測定点７５点の内最大値は９８
８μｍ、最小値は９６０μｍであった。また、同様に２
バッチ目の１５枚では最大値９９１μｍ、最小値９６２
μｍであった。

【００４８】そこで、２バッチとも厚さ；ｔ＝１．０５
ｍｍの塩化ビニル樹脂製円板のダミーをウェーハと併せ
てキャリアに充填し、それぞれ目標８２５μｍでラップ
を行った。

【００４９】ラップされたウェーハ３０枚の中心点での
厚さバラツキは±２μｍ、ウェーハの平坦度（ＴＴＶ：
Total Thickness Variation)1．２μｍ以下と安定した
品質が得られた。

【００５０】（実施例２）次に３本のシリコンインゴッ
トの端数枚（各１３枚、９枚、８枚）で１カセットロッ
トを構成し、実施例１と同様に１５枚づつ２バッチのラ
ップを行った。ラップ前に行ったウェーハ厚さ測定の結
果、１バッチ目の１５枚７５点の最大値は１００２μ
ｍ、最小値は９４８μｍ、また２バッチ目の１５枚７５
点の最大値は９９８μｍ、最小値９５３μｍであった。

【００５１】この２バッチについて厚さ；ｔ＝１．０５
ｍｍの塩化ビニル樹脂製円板のダミーをウェーハと併せ
てキャリアに充填し、それぞれ目標８２５μｍのラップ
を行った。

【００５２】ラップされたウェーハ３０枚の中心点での
厚さバラツキは±２μｍ、ウェーハの平坦度（ＴＴＶ）
は１．２μｍ以下と通常のカセットロットと同様に安定
した品質が得られた。

【００５３】（実施例３）次にインゴット切断中にワイ
ヤーが断線したインゴットロットから実施例１と同様な
方法にてカセットロット（ワイヤーマークロット）を構
成し、１ロット（３０枚）を１５枚づつ２バッチのラッ
プを行った。ウェーハの厚さは１バッチ目が最大値１０
４７μｍ、最小値は９５５μｍ、２バッチ目が最大値１
０４３μｍ、最小値９６０μｍであった。

【００５４】この２バッチについて厚さ；ｔ＝１．１０
ｍｍの塩化ビニル樹脂製円板のダミーをウェーハと併せ
てキャリアに充填し、それぞれ目標８２５μｍでラップ
を行った。

【００５５】ラップされたウェーハ３０枚の中心点での
厚さバラツキは±２μｍ、ウェーハの平坦度（ＴＴＶ）
は１．２μｍ以下と通常のカセットロットと同様に安定
した品質が得られた。

【００５６】（比較例１〜３）ダミー円板を使用せずに
従来方法で、通常カセットロット（比較例１）、混成カ
セットロット（比較例２）及びワイヤーマークロット
（比較例３）についてラップし、その結果を表１に示し
た。実施例１〜３と比較例１〜３の結果を比較すれば明
らかなように、ダミー円板を使用することによりラップ
後のウェーハの厚さバラツキ及び平坦度がいずれも大き
く改善されることが確認された。なお、スラリー逃し用
ホールにダミー円板を配置したことにより、スラリーの
流れが悪くなる等のデメリットは認められなかった。

【００５７】

【表１】

【００５８】また、従来の方法（比較例３）では、ワイ
ヤーマークのついたロットにおいては、割れがラップバ
ッチ１５枚に対し、１〜２枚の頻度で発生していたし、
チップの発生も２％程度発生していたが、本発明（実施
例３）では、割れも無くなり、チップの発生も０．５％
程に解消された。

【００５９】さらに、今まで端数枚のウェーハを実験等
の材料として使用するだけであったが、混成ロットを構
成することが可能となり、製品に対する歩留まりも一気
に１０％程上昇させることが出来、大幅なコストダウン
が可能となった。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、半
導体シリコン単結晶ウェーハ等の平板状ワークのラップ
面の平坦化を向上させることができ、特に半導体シリコ
ン単結晶ウェーハ製造におけるスライス工程でのカセッ
トロット内での厚さバラツキの大きなウェーハをラッピ
ング工程において修正することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のラッピング装置に用いられるキャリ
アの平面図である。

【図２】 同上の部分的側面展開模式図である。

【図３】 従来のラッピング装置の分解説明図である。

【図４】 従来のラッピング装置の断面的説明図であ
る。

【図５】 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：ラッピング装置、２４：下定盤、２６：上定盤、
２８：中心ギア、３０：インターナルギア、３２：キャ
リア、３４：ワーク充填用ホール、３６：ノズル、３
８：貫通孔、４０：溝、４１：スラリー逃し用ホール、
４２：平板状ダミー円板、４４：中央ホール、Ａ：スラ
リー、Ｗ：ワーク、α＝ダミー円板の厚さ−ワークの最
大厚さ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下の定盤と、該上下の定盤に回動可能
   に挟持されかつワーク充填用ホール及びスラリー逃し用
   ホールが穿設された円板状のキャリアとを有し、該ワー
   ク充填用ホールに平板状のワークを配置し、該上下の定
   盤間にスラリーを供給するとともに該ワークを該キャリ
   アと一緒に該上下の定盤に対し相対運動させながらラッ
   プを行うラッピング装置において、上記スラリー逃し用
   ホールにラップ前のワークの最大厚さよりも所定厚さだ
   け厚い厚さを有する平板状ダミー円板を配置してラップ
   を行うようにしたことを特徴とするラッピング装置。
2. 【請求項２】 前記平板状ダミー円板の厚さがラップ前
   のワークの最大厚さよりも７０μｍ以下だけ厚い厚さを
   有することを特徴とする請求項１記載のラッピング装
   置。
3. 【請求項３】 前記平板状ダミー円板の厚さがラップ前
   のワークの最大厚さよりも２０μｍ〜７０μｍ厚い厚さ
   を有することを特徴とする請求項１又は２記載のラッピ
   ング装置。
4. 【請求項４】 前記ワーク充填用ホール及び前記スラリ
   ー逃し用ホールが互いに交互にかつ円周方向に等間隔に
   前記キャリアに穿設されていることを特徴とする請求項
   １〜３のいずれか１項記載のラッピング装置。
5. 【請求項５】 前記平板状ダミー円板が塩化ビニル樹脂
   製円板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   １項記載のラッピング装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項記載のラッ
   ピング装置を用いて、ワークをラップするに際し、前記
   上定盤の面圧が最初はダミー円板の上面にかかり、それ
   に続いて該面圧がワークの上面にかかるようにラップす
   ることにより、ワークの上面にかかる該上定盤の面圧を
   分散させワークを均一にラップするようにしたことを特
   徴とするラッピング方法。