JPWO2010140684A1 - 固定砥粒加工装置及び固定砥粒加工方法、並びに、半導体ウェーハ製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図15に示す方法では、まず、スライス工程S110で単結晶インゴットをスライスしてウェーハWを切り出した後に、面取り工程S120でそのウェーハWのエッジ(周縁部)を面取りする。続いて、ラッピング工程S130で、粒度の比較的粗い砥粒(遊離砥粒)によって複数枚のウェーハWの両面を同時にラッピング(バッチ式ラッピング)する。ラッピング後のウェーハWは、エッチング工程S140及び鏡面研磨工程S150を経て加工されて最終製品となる。
一方、図16に示す方法では、まず、スライス工程S210で単結晶インゴットをスライスしてウェーハWを切り出す。続いて、研削工程S220で、粒度の比較的粗い砥粒(固定砥粒)によってウェーハWのおもて面及び裏面を片面且つ1枚ずつ研削(枚葉式研削)する。研削後のウェーハWは、面取り工程S230,エッチング工程S240及び鏡面研磨工程S250を経て加工されて最終製品となる。
なお、これらラッピング装置100や研削装置200については特許文献1に開示されている。
このため、図19及び図20に示すように、ラッピング工程S130又は研削工程S220後で且つ鏡面研磨工程S150又はS250前に、仕上げ研削工程S135又はS225を挿入し、仕上げ研削することが行なわれている。仕上げ研削工程S135及びS225では、例えばレジンボンド砥石等の、粒度が#2000〜#8000の砥粒で構成されるものであって且つ比較的自生発刃を促進させるような砥石を使用して、ウェーハWのおもて面及び裏面を片面ずつ仕上げるようになっている。
また、ウェーハWの口径が大きくなると(具体的には、口径が450mmになると)、ラッピング工程S130で使用するラッピング装置100が大型化し、設備の占有面積が増大するという課題がある。また、研削工程S220で使用する研削装置200についても、ラッピング装置100と比較して装置規模は小さいが、ウェーハWを1枚ずつ処理する枚葉式のために設置台数が増加し、その結果、設備の占有面積が増大するという課題がある。
該弾性体に対する該砥粒の集中度を、100〜150とすることが好ましい。
また、該下側固定砥粒層と該下定盤の上面との間、及び、該上側固定砥粒層と該上定盤の下面との間には、それぞれ両者を接合する中間層が介在し、該下側固定砥粒層、及び、該上側固定砥粒層の厚さを、いずれも100〜2000μmとすることが好ましい。
さらに、弾性体に対する砥粒の集中度(以下単に「集中度」とも言う。)を、一般的な集中度である200前後から100〜150まで低下させると、半導体ウェーハの加工時において、弾性体の表面から固定砥粒が欠落し易くなる。これにより、半導体ウェーハの加工の初期だけでなく加工中においても高い加工レートを安定して維持することができる。
また、本発明の半導体ウェーハ製造方法によれば、上述のように、従来のラッピング工程又は研削工程と仕上げ研削工程との2工程で得ていた平坦度を、この固定砥粒を使用した固定砥粒加工の1工程で得ることができるので、工程数を短縮し且つ設備の占有面積の増大を抑制することができる。
[一実施形態]
図1〜図5を参照して、本発明の一実施形態の半導体ウェーハ製造方法、並びに、その製造方法で用いる固定砥粒加工装置及び加工方法について説明する。
本実施形態の半導体ウェーハ製造方法は、図4に示すように、スライス工程S10と、第1面取り工程S20と、固定砥粒加工工程(固定砥粒加工方法)S30と、第2面取り工程S40と、枚葉エッチング工程S50と、鏡面研磨工程S60とを備えている。
半導体ウェーハとしては、例えば単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。半導体ウェーハの直径は、例えば200mm、300mm、450mmである。
固定砥粒加工工程S30では、後に詳述するように、固定砥粒加工装置1を用いて、複数枚のウェーハWのおもて面及び裏面を同時に研削して平坦化加工する。
枚葉エッチング工程S50では、公知の枚葉エッチング装置によってウェーハWを回転させ、回転状態のウェーハWの表面にエッチング液を噴射してウェーハWを1枚ずつエッチングする。
ここで、本実施形態の固定砥粒加工装置1とその加工方法について詳述する。
固定砥粒加工装置1としては、例えば、公知のラッピング装置、両面研削装置、両面研磨装置などを採用することができる。
本実施形態では、固定砥粒加工装置1は、図1〜図3に示すように、無サンギヤ方式を採用しており、水平に設置された円板状の下定盤2と、水平に設置されて下定盤2に上方から対向する円板状の上定盤3と、下定盤2と上定盤3との間に水平に設置され、ウェーハWを収容するホール4aが複数個形成されたキャリアプレート4とを備えている。キャリアプレート4は、例えば、ガラスエポキシで構成され、厚さは、例えば、700μmである。
両定盤2,3は、同一速度で回転させても、異なる速度で回転させてもよい。また、下定盤2及び上定盤3は、同じ方向へ回転させても、異なる方向へ回転させてもよい。
なお、図2に示すように、下定盤2の上面と下側固定砥粒層21との間、及び、上定盤3の下面と上側固定砥粒層31との間には、それぞれ、両者を接合(接着)する中間層21c,31c(接着層とも称することができる)が介在する。
ところが、研削が進行して行けば、弾性体21a,31aの表面において、研削に使用されて鋭利な角部がなくなった砥粒21b,31bが増加する。集中度が一般的な200以上である場合には、図7に示すように、鋭利な角部がなくなった砥粒21b,31bが弾性体21a,31aの表面全域に高密度で存在することとなる。そのため、ウェーハWの研削を継続しても、弾性体21a,31aの表面を埋め尽くした多量の砥粒21b,31bに面圧が細かく分散するため、弾性体21a,31aの表面から、鋭利な角部がなくなった砥粒21b、31bが欠落し難くなる。その結果、研削の中期以降は、鋭利な角部がなくなった砥粒21b,31bがウェーハWのおもて面及び裏面に擦り付けられてウェーハWのおもて面及び裏面にキズが発生するだけで、ウェーハWのおもて面及び裏面の研削はほとんど進行しなくなる。
固定砥粒加工装置1はまた、下定盤2を回転駆動するモータ(下定盤用モータ)5と、上定盤3を回転駆動するモータ(上定盤用モータ)6と、上定盤3を下定盤2に対して離接させるべく上定盤3を昇降させるシリンダ(昇降装置)7と、下定盤2と上定盤3とによりウェーハWを押圧すべく下定盤2と上定盤3との何れか又は両方を互いに接近する方向に加圧する加圧機構(図示略)とを備えている。
固定砥粒加工装置1はさらに、キャリアプレート4を水平面内で自転しない小円運動させるキャリア円運動装置40を備えている。
装置基体41は、装置40の骨格となる環状の部材であって、径外方向へ突出した軸受部(基体軸受部)41aが周方向90°毎に4個設けられている。
偏心軸43bは、回転軸43cに対して距離Lだけ偏心している。そして、キャリアホルダ42のホルダ軸受部42aに挿着され固定されている。回転軸43cは、装置基体41の基体軸受部41aに回転自在に挿着されている。また、回転軸43cの先端は基体軸受部41aの下方にそれぞれ突出し、その突出部にスプロケット44が固着されている。各スプロケット44には、一連のタイミングチェーン45が水平状態で架け渡されている。
なお、このスプロケット44とタイミングチェーン45とからなる同期手段を他の同期手段(例えば、ギヤ構造の動力伝達系の同期手段)に変更して、4個の偏心アーム43の同期を達成するようにしても良い。
キャリアモータ47は、キャリアプレート4をキャリアホルダ42と一体に円運動させる駆動手段であって、上方に突出した出力軸47aを有している。
なお、装置基体41の基体軸受部41a,キャリアホルダ42のホルダ軸受部42a,偏心アーム43及びスプロケット44はそれぞれ4個設けられているが、その個数はこれに限定されず、キャリアホルダ42を安定して支持できる個数(例えば3個ずつ)であれば良い。
つまり、まず、セット工程S31において、上定盤3が下定盤2に対して離隔した状態で、図示しないロボット装置によりウェーハWをキャリアプレート4の各ホール4aにセットする。
続いて、押付工程S33において、加圧機構により、ウェーハWのおもて面及び裏面それぞれに、下定盤2及び上定盤3の固定砥粒層21,31ひいては固定砥粒21b,31bを押し付ける。
キャリアモータ47の出力軸47aを回転させると、その回転力が、大径ギヤ48,小径ギヤ46,スプロケット44及びタイミングチェーン45を介して全ての偏心アーム43の回転軸43cに伝達され、偏心アーム43が各回転軸43cを中心として同期回転する。そして、キャリアホルダ42が回転軸43cに対して偏心した偏心軸43bに連結しているので、キャリアホルダ42、ひいてはキャリアホルダ42に保持されたキャリアプレート4が、偏心軸43bの円運動によって、中心軸O2が回転軸O1を中心とした半径Lの円周上を動く円運動を自転することなく行なうようになっている。
キャリアプレート4の自転を伴わない円運動速度は、1〜15rpmである。1rpm未満では、ウェーハWのおもて面及び裏面を均一に研削できないといった不都合が発生する。また、15rpmを超えれば、キャリアプレート4のホール4aに保持されたウェーハWの端面にキズが発生するといった不都合が発生する。
本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハ製造方法、並びに、その製造方法で用いる固定砥粒加工装置及び加工方法は上述のようであるので、以下のような効果を奏する。
固定砥粒加工工程S30において、固定砥粒加工装置1を使用して、弾性体21a,31aに分散させた状態で固定された、4μm未満という粒度の小さな固定砥粒21b,31bでウェーハWを加工するので、スライス工程S10後のウェーハWに対して、良好な平坦度を有する表面を得ることができる。このとき、ウェーハWはキャリアプレート4のホール4aに載置された自由な状態であるので(換言すれば、図18に示すような従来の研削装置200のように真空吸着された状態ではないので)、良好な平坦度に加えて良好なナノトポグラフィ(ウェーハWの非吸着状態時に表面に現われるうねり)を得ることができる。
なお、4μm未満という粒度が微細な砥粒の使用は、固定砥粒加工装置1が砥粒を固定して加工する方式を採用したために可能になったものである。つまり、図17に示すような従来のラッピング装置100では、砥粒が遊離砥粒であるので粒度を微細化することが難しかった。また、従来の研削装置200では、砥粒が固定砥粒であるので粒度を微細化することは可能であるものの、枚葉式のために生産性が低かった。
そして、工程数が短縮されるので、設備点数を抑え、たとえ大口径ウェーハを製造する場合であっても、設備の占有面積の増大を抑制することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
ボロンが所定量ドープされたシリコン融液からチョクラルスキー法により引き上げられた、直径306mm、直胴部長さ2500mm、比抵抗0.01Ω・cm、初期酸素濃度1.0×1018atoms/cm3の単結晶シリコンインゴットを、複数の結晶ブロックに切断した後に、各結晶ブロックの外周研削を行った。具体的には、♯200の砥粒(SiC)を含むレジノイド研削砥石を有する外周研削装置により、結晶ブロックの外周部を6mmだけ外周研削した。これにより、各結晶ブロックが円柱状に成形される。次に、円柱状に成形された結晶ブロックをワイヤソーによってスライスすることで、厚さ830μmの多数枚のシリコンウェーハ(半導体ウェーハ)Wを得た。その後、回転中の面取り用砥石をシリコンウェーハWの外周部に押し付けてシリコンウェーハWの外周部を面取りした。
まず、上定盤3が下定盤2に対して離隔した状態で、図示しないロボット装置によって、3枚のウェーハWを、厚さ700μmのガラスエポキシ製キャリアプレート4に形成された3つのホール4aにセットした。次に、シリンダ7により上定盤3を下定盤2に接近させた。続いて、加圧機構(図示略)により、ウェーハWのおもて面及び裏面それぞれに、下定盤2(下側固定砥粒層21)及び上定盤3(上側固定砥粒層31)を押し付けた。下定盤2及び上定盤3によってウェーハWのおもて面及び裏面に作用される面圧は、150,200,及び250g/cm2とした。この状態で、下定盤2及び上定盤3を、いずれも15rpmで、互いに異なる方向に回転させた。また、キャリアプレート4の自転を伴わない円運動速度を7.5rpmとした。
その結果、図8に示すように、比較例1に比べて、実施例1の場合は、ウェーハWの加工レートがほぼ半減した。なお、比較例1によるウェーハ表面のキズ分布を図9に示す。
一方、図13に示すように、実施例3によるウェーハ表面は、集中度が200と高いため、ウェーハ表面に数100個のキズが発生した。これは、加工により研削不能となった砥粒21b,31bが弾性体21a,31aの表面全域に多量に存在し、ウェーハWの研削を継続しても、これらの砥粒に面圧が細かく分散し、研削不能となった砥粒が弾性体21a,31aの表面から欠落せずにウェーハ表面を傷付けるためと考えられる。
2 下定盤
21 固定砥粒層(下側固定砥粒層)
21a 弾性体
21b 固定砥粒(砥粒)
21c 中間層
3 上定盤
31 固定砥粒層(上側固定砥粒層)
31a 弾性体
31b 固定砥粒(砥粒)
31c 中間層
4 キャリアプレート
4a ホール
40 キャリア円運動装置
41 装置基体
42 キャリアホルダ
43 偏心アーム
43a ベース
43b 偏心軸
43c 回転軸
44 スプロケット
45 タイミングチェーン
46 小径ギヤ
47 モータ(キャリアモータ)
48 大径ギヤ
5 モータ(下定盤用モータ)
6 モータ(上定盤用モータ)
7 シリンダ(昇降装置)
100 ラッピング装置
200 研削装置
O1 下定盤及び上定盤の回転軸
O2 キャリアプレート及びキャリアホルダの中心軸
Claims (7)
- 半導体ウェーハの製造工程で用いられる固定砥粒加工装置であって、
水平に設置された円板状の下定盤と、
該下定盤の上面に形成されて該半導体ウェーハのおもて面を研削する下側固定砥粒層と、
該下定盤を、回転軸を中心として回転させる下定盤用モータと、
水平に設置されて該下定盤に上方から対向する円板状の上定盤と、
該上定盤の下面に形成されて該半導体ウェーハの裏面を研削する上側固定砥粒層と、
該上定盤を、回転軸を中心として回転させる上定盤用モータと、
該下定盤と該上定盤との間に水平に設置され、該半導体ウェーハを収容するホールが複数形成されたキャリアプレートと、
該キャリアプレートを円運動させるキャリア円運動装置とを備え、
該下側固定砥粒層及び該上側固定砥粒層はそれぞれ、弾性体に粒径が4μm未満の砥粒を分散させた状態で固定されている
ことを特徴とする、固定砥粒加工装置。 - 該下定盤および該上定盤によって該半導体ウェーハのおもて面及び裏面に作用される面圧を250〜400g/cm2としたことを特徴とする、請求項1記載の固定砥粒加工装置。
- 該弾性体に対する該砥粒の集中度を、100〜150としたことを特徴とする、請求項1又は2記載の固定砥粒加工装置。
- 該下側固定砥粒層と該下定盤の上面との間、及び、該上側固定砥粒層と該上定盤の下面との間には、それぞれ両者を接合する中間層が介在し、
該下側固定砥粒層、及び、該上側固定砥粒層の厚さを、いずれも100〜2000μmとしたことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の固定砥粒加工装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の固定砥粒加工装置を使用する固定砥粒加工方法であって、
該上定盤が該下定盤に対して離隔した状態で、該キャリアプレートの該ホールそれぞれに該半導体ウェーハをセットするセット工程と、
該上定盤を該下定盤に接近させる接近工程と、
該半導体ウェーハのおもて面及び裏面それぞれに、該下側固定砥粒層及び該上側固定砥粒層の該砥粒を押し付ける押付工程と、
該下定盤及び該上定盤を回転させると同時に該キャリアプレートを円運動させて、該半導体ウェーハのおもて面及び裏面に対して該下側固定砥粒層及び該上側固定砥粒層を摺接させ、該下側固定砥粒層及び該上側固定砥粒層によって該半導体ウェーハのおもて面及び裏面を複数枚同時に平坦化加工する平坦化加工工程とを備えた
ことを特徴とする、固定砥粒加工方法。 - 請求項5記載の固定砥粒加工方法を固定砥粒加工工程として備える半導体ウェーハ製造方法であって、
該固定砥粒加工工程の前に実施され、単結晶インゴットをスライスして該半導体ウェーハを切り出すスライス工程と、
該固定砥粒加工工程の後に実施され、該半導体ウェーハのおもて面及び裏面、又は少なくともおもて面を鏡面になるまで研磨加工する鏡面研磨工程とを備えた
ことを特徴とする、半導体ウェーハ製造方法。 - 該固定砥粒加工工程の後且つ該鏡面研磨工程の前に実施され、該固定砥粒加工工程で研削された該半導体ウェーハのエッジを面取りする面取り工程と、
該面取り工程の後且つ該鏡面研磨工程の前に実施され、回転状態の該半導体ウェーハの表面にエッチング液を噴射して該半導体ウェーハを1枚ずつエッチングする枚葉エッチング工程とをさらに備えた
ことを特徴とする、請求項6記載の半導体ウェーハ製造方法。
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