WO2014076955A1 - 半導体ウェハの両面研磨装置および半導体ウェハの製造方法 - Google Patents
半導体ウェハの両面研磨装置および半導体ウェハの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
平坦研磨加工をキャリア(40)に形成した円形穴(42)内に半導体ウェハ(50)のみを設置して行うのではなく、外周治具(60)と共に半導体ウェハ(50)を設置して行うようにする。これにより、外周治具(60)と半導体ウェハ(50)とが供回りするようにでき、半導体ウェハ(50)の外周部が円形穴(42)の内周面に対して摺動させられないようにできる。したがって、半導体ウェハ(50)の外周部にチッピング発生の要因となる段差や線状の凹凸が形成されないようにできる。これにより、半導体ウェハ(50)の外周部でのチッピングの発生を抑制することができる。
Description
本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2012年11月16日に出願された日本特許出願2012-252471および2013年11月8日に出願された日本特許出願2013-232103を基にしている。
本開示は、半導体ウェハの表裏面の平坦研磨加工(両面ラッピング)を行って両面が平坦な半導体ウェハを得る両面研磨装置およびそれを用いた半導体ウェハの製造方法に関するものである。
従来より、半導体ウェハの表裏面を同時に研磨する方法として、金属定盤などを用いたラッピング、研磨布を用いたポリッシング、研磨布と化学反応するスラリーを用いた化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等の平坦研磨加工を行う研磨装置が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。この研磨装置では、上定盤と下定盤との間にキャリアと共に半導体ウェハを設置し、上定盤側から下定盤側に向けて加圧した状態で駆動軸を回転させる。そして、上定盤と下定盤との間にダイヤモンド砥粒を含む研磨液を供給して、半導体ウェハの両面研磨を行う。
具体的には、歯車形状とされたキャリアの内部に円形穴が設けられている。その円形穴内に半導体ウェハを収容した状態で、キャリアおよび半導体ウェハを上定盤と下定盤との間に設置する。そして、キャリアの外周面と同様、駆動軸の外周面や下定盤の外縁部に設けられた環状枠の内周面にもギアが形成されている。駆動軸を回転させると、各ギアの噛み合いに基づいてキャリアが自転しながら駆動軸を中心として公転させられる。また、上定盤と下定盤とによって半導体ウェハが加圧された状態になっている。そのため、キャリアが自転しても半導体ウェハは上定盤と下定盤との接触抵抗により、自転するキャリアの回転方向に対して反対方向に自転させられる。さらに、キャリアの中心と円形穴の中心とを偏心させているため、半導体ウェハがキャリアの中心に対して公転回転させられる。これにより、上定盤と下定盤との間において駆動軸に対する径方向の広い範囲を偏り無く移動しながら半導体ウェハの両面研磨が行われるようになっている。
しかしながら、本願の発明者の検討によると、平坦研磨加工中に半導体ウェハとキャリアとの間にダイヤモンド砥粒が入り込み、キャリアの内周面と半導体ウェハの外周部とが接触することで半導体ウェハの外周部が削られ、チッピングが発生する恐れがある。チッピングの発生により後工程の加工中若しくは加工後にウェハ割れを誘発したり、ウェハ外周部の面取りを実施する場合に余分な加工量を必要とする恐れがある。特に、炭化珪素(SiC)のような硬質な半導体材料からなる半導体ウェハの平坦研磨加工を行う場合には、これらの問題が顕著となる恐れがある。
例えば、キャリアにはSUS等の金属製キャリアとガラスエポキシキャリアなどがあるが、いずれの場合にも上記の事態が発生する可能性がある。具体的には、図9Aに示すように、キャリアJ1が金属製の場合には半導体ウェハJ2の外周面がキャリアJ1の厚み相当分削られる。そして、削られている部分と削られていない部分との間に段差ができ、その段差の部分においてチッピングが発生する恐れがある。また、図9Bに示すように、キャリアJ1がガラスエポキシ製の場合には、半導体ウェハJ2の外周面に周方向に沿ったライン状の凹凸が形成され、この凹凸部分においてチッピングが発生する恐れがある。
本開示は上記点に鑑みて、チッピングの発生を抑制できる半導体ウェハの両面研磨装置およびそれを用いた半導体ウェハの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、態様1に係る開示では、第1定盤と第2定盤との間に配置される歯車状のキャリアの円形穴に、半導体ウェハが収容される収容穴が形成されると共に、該収容穴内での半導体ウェハの相対回転を規制して、円形穴内において半導体ウェハと供回りさせるストッパ部を備えた外周治具を備える。
このような構成の研磨装置では、平坦研磨加工をキャリアに形成した円形穴内に半導体ウェハのみを設置して行うのではなく、外周治具と共に半導体ウェハを設置して行うことになる。このため、外周治具と半導体ウェハとが供回りするようにでき、半導体ウェハの外周部が円形穴の内周面に対して摺動させられないようにできる。したがって、半導体ウェハの外周部にチッピング発生の要因となる段差や線状の凹凸が形成されないようにできる。
以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1実施形態)
本実施形態にかかる両面研磨装置について、図1A~図6を参照して説明する。
本実施形態にかかる両面研磨装置について、図1A~図6を参照して説明する。
図1Aおよび図1Bに示すように、本実施形態にかかる両面研磨装置は、上定盤10(第1定盤)、下定盤20(第2定盤)、駆動軸30を備えている。この両面研磨装置により、上定盤10と下定盤20の間にキャリア40と共に半導体ウェハ50を設置した状態で、半導体ウェハ50の表裏面の平坦研磨加工が行われる。なお、本実施形態にかかる両面研磨装置は、どのような半導体材料で構成された半導体ウェハ50に対しても適用可能である。ただし、特に、炭化珪素(SiC)、ガリウムナイトライド(GaN)、ダイヤモンド、サファイアなどの硬質な半導体材料の半導体ウェハ50に対して両面研磨装置を適用するとより好適である。
上定盤10は、駆動軸30が挿通される中心孔11が形成された円盤状部材とされている。上定盤10において、下定盤20と対向する下面側が研磨面12とされ、例えば金属定盤や研磨布が配置されている。この上定盤10は、図示しない支持部に支持され、支持部の移動に伴って駆動軸30に沿って上下移動が可能に構成されている。そして、上定盤10を上に移動させたときに下定盤20におけるキャリア40の設置面が露出してキャリア40の設置を可能とする。また、上定盤10を下に移動させたときに下定盤20との間において半導体ウェハ50を加圧できるようになっている。
下定盤20は、駆動軸30が挿通される中心孔21が形成された円盤状部材とされている。上定盤10に対向する上面側が研磨面22とされ、例えば金属定盤や研磨布が配置されている。ここでは下定盤20に中心孔21を形成したが、下定盤20の中心に駆動軸30を支持する支持部を形成しても良い。なお、下定盤20は、駆動軸30と一体化された図示しない土台の上に載置され、駆動軸30の回転に伴って土台と共に回転可能となっている。
環状枠23は、下定盤20の外縁部、つまり研磨面22の外周を囲むように、下定盤20に対して同心状に配置されている。この環状枠23の内周面には、ギア24が形成されている。環状枠23は、下定盤20の外周面から所定距離離間して配置されており、下定盤20に対して相対回転可能とされる。また、環状枠23は、図示していない回転制御装置によって駆動され、下定盤20を中心として一方向およびそれと逆方向に回転可能に構成されている。
駆動軸30は、上定盤10および下定盤20の中心に備えられ、各中心孔11、21に挿通されている。駆動軸30における下定盤20と対応する位置において、駆動軸30の外周面にはギア31が備えられている。下定盤20は、駆動軸30の回転に伴って回転させられる。この駆動軸30は、図示していない回転制御装置によって駆動され、軸中心を回転中心として一方向および逆方向に回転可能に構成されている。なお、駆動軸30を駆動する回転制御装置と環状枠23を駆動する回転制御装置は、駆動軸30と環状枠23の回転を独立して制御できるものであれば、1つのものであっても良いし、別々のものであっても良い。
キャリア40は、図1A、図1Bおよび図2に示すように外周面にギア41が備えられた歯車形状とされている。キャリア40は、金属製やガラスエポキシ製などとされ、半導体ウェハ50よりも薄くされている。キャリア40の直径は、下定盤20におけるギア24の内径と駆動軸30におけるギア31の外径との差と一致する長さに設定されている。つまりキャリア40の直径は、両ギア24、31の間の距離と一致している。また、これら各ギア24、31、41は歯幅がほぼ同じ寸法で構成されている。したがって、キャリア40に備えられたギア41が、環状枠23および駆動軸30に形成されたギア24、31と噛み合わさるようになっている。
キャリア40には、円形穴42が形成されている。円形穴42の中心は、キャリア40の中心からずれている。円形穴42の径は、半導体ウェハ50の径よりも大きくされている。なお、本実施形態では、キャリア40に対して円形穴42を1つだけ形成しているが、円形穴42を複数形成しても良い。
このような円形穴42内に半導体ウェハ50を収容して、半導体ウェハ50の表裏面の平坦研磨加工が行われる。ところで、半導体ウェハ50のみを円形穴42に収容して平坦研磨加工を行うと、チッピング発生を引き起こす恐れがある。このため、本実施形態では、円形穴42の内側に円環状の外周治具60を配置してある。そして、この外周治具60に形成された半導体ウェハ50の外形に整合する収容穴61内に半導体ウェア50を収容した状態で平坦研磨加工が行われる。
図2に示すように、外周治具60は、外周側は真円とされ、外径が円形穴42の内径よりも若干小さく設定されている。外周治具60の内周側はほぼ円形とされている。外周治具60は、半導体ウェハ50の収容穴61内での回転を規制するストッパ部62を備えている。つまりストッパ部62は、半導体ウェハ50が外周治具60に対して相対回転することを規制する。本実施形態の場合、ストッパ部62は、半導体ウェハ50に形成されているオリエンテーションフラット(以下、フラット部という)51と対応する直線状の部分である。このように構成される外周治具60は、キャリア40とほぼ同じ厚みとされ、かつ、半導体ウェハ50よりも薄くされている。
なお、図示していないが、研磨装置には、研磨液供給部が備えられている。この研磨液供給部は、ダイヤモンド砥粒70(後述する図5参照)を水溶液もしくは油性液にて分散した研磨液を供給する。研磨液は、上定盤10と下定盤20との間に供給される。例えば、研磨液は、上定盤に設けた貫通孔を介して上定盤10と下定盤20との間に供給される。または、駆動軸30の内部に設けた図示しない通孔を通じて、研磨液を上定盤10と下定盤20との間に供給してもよい。
次に、前述した両面研磨装置を用いて表裏面を平坦研磨した半導体ウェハ50の製造方法について説明する。
まず、図1Aおよび図1Bに示したように、上定盤10を上方に移動させた状態とすることで、下定盤20の研磨面22を露出させる。そして、下定盤20の研磨面22にキャリア40を設置すると共に、円形穴42内に外周治具60と共に半導体ウェハ50を配置する。キャリア40や外周治具60および半導体ウェハ50の組については1組だけでなく、複数組みを研磨面22に配置することもできる。その場合、駆動軸30を中心として周方向にずらして各組を配置すれば良い。
続いて、図3に示すように、上定盤10を下方に移動させ、上定盤10と下定盤20とによってキャリア40や外周治具60および半導体ウェハ50を挟む。この状態で、上定盤10を下定盤20に向けて加圧する。そして、研磨液供給部から研磨液を供給しながら駆動軸30を回転させる。このとき、駆動軸30と環状枠23とを互いに逆方向に回転させることもできるし、回転数に差を設けつつ同方向に回転させることもできる。駆動軸30および環状枠23の回転方向や回転数に応じてキャリア40の回転速度を適宜調整できる。
これにより、各ギア24、31、41の噛み合いに基づいてキャリア40が自転しながら駆動軸30を中心として公転させられる。また、上定盤10と下定盤20とによって半導体ウェハ50が加圧された状態になっている。そのため、キャリア40が自転しても半導体ウェハ50は上定盤10と下定盤20との接触抵抗により、自転するキャリア40の回転方向と反対方向に自転させられる。また、半導体ウェハ50を収容穴61に収容している外周治具60も、フラット部51およびストッパ部62によって半導体ウェハ50が外周治具60内において回転しないようにされている。その結果、半導体ウェハ50と外周治具60とが供回りする。このため、半導体ウェハ50の外周部は、外周治具60によって常に囲まれた状態となる。
さらに、キャリア40の中心と円形穴42の中心とを偏心させているため、半導体ウェハ50がキャリア40の中心に対して公転回転させられる。これにより、上定盤10と下定盤20との間において駆動軸30に対する径方向の広い範囲を偏り無く移動しながら半導体ウェハ50の両面研磨が行われる。
このようにして平坦研磨加工を行うことにより、半導体ウェハ50の外周部にチッピング発生の要因となる段差や線状の凹凸が形成されないようにできる。
ここで、図4に示すように、キャリア40に形成した円形穴42内に半導体ウェハ50のみを設置した場合を比較例として想定する。図5に示すように、上下定盤10、20と半導体ウェハ50の隙間に入り込んだダイヤモンド砥粒70によって半導体ウェハ50の表裏面を研磨する。しかしながら、円形穴42内において半導体ウェハ50が回転させられるため、キャリア40と半導体ウェハ50との間に入り込んだダイヤモンド砥粒70によって、半導体ウェハ50の外周部が削られる恐れがある。
これに対して、本実施形態の両面研磨装置によれば、外周治具60内において半導体ウェハ50が回転しない。したがって、図6に示すように半導体ウェハ50と外周治具60との間にダイヤモンド砥粒70が入り込んでも、半導体ウェハ50の外周部はあまり削られない。このため、半導体ウェハ50の外周部にチッピング発生の要因となる段差や線状の凹凸が形成されないようにできる。
以上説明したように、本実施形態では、キャリア40に形成した円形穴42内に、外周治具60と共に半導体ウェハ50を設置して、平坦研磨加工を行うようにしている。このため、外周治具60と半導体ウェハ50とが供回りする。したがって、半導体ウェハ50の外周部が円形穴42の内周面に対して摺動させられないようにできる。その結果、半導体ウェハ50の外周部にチッピング発生の要因となる段差や線状の凹凸が形成されないようにできる。
そして、このような両面研磨装置によれば、既存の両面研磨装置に対して外周治具60を追加するだけでよい。したがって、現在用いられているキャリア40を変更することなくそのまま利用することができる。
なお、半導体ウェハ50の外周部のチッピング防止手法として、図7Aに示すように半導体ウェハ50の外周面を円弧状にR加工したり、図7Bに示すように半導体ウェハ50の外周面の両角部を面取りしたテーパ加工することも考えられる。しかしながら、これらの加工を行ってから平坦研磨加工を行ったとしても、半導体ウェハ50のみを円形穴42に設置して行うと、半導体ウェハ50が円形穴42の内周面に対して摺動する。その結果、やはりチッピング発生の要因となる段差や線状の凹凸が形成される恐れがある。このことからも、本実施形態の両面研磨装置は、チッピング防止に有効であることが判る。
(他の実施形態)
上記実施形態では、キャリア40の一例を示したが、他の構成のキャリア40を用いても良い。例えば、上記実施形態では、各キャリア40に対して円形穴42を1つだけ備えた構成としたが、複数備えた構成としても良い。その場合においても、各円形穴42に対して1つずつ外周治具60と共に半導体ウェハ50を配置するようにすれば良い。
上記実施形態では、キャリア40の一例を示したが、他の構成のキャリア40を用いても良い。例えば、上記実施形態では、各キャリア40に対して円形穴42を1つだけ備えた構成としたが、複数備えた構成としても良い。その場合においても、各円形穴42に対して1つずつ外周治具60と共に半導体ウェハ50を配置するようにすれば良い。
上記実施形態では、外周治具60に備えたストッパ部62を半導体ウェハ50に形成してあるフラット部51に対応した形状とした。しかしながら、これも単なる一例を示したに過ぎない。例えば、突起部などによってストッパ部62を形成し、半導体ウェハ50のうちストッパ部62と対応する部分に切り欠きを設けてもよい。そして、突起部が切り欠きに係合することで、半導体ウェハ50と外周治具60とが供回りするようにしても良い。
また、砥粒としてダイヤモンド砥粒70を用いた研磨液を用いているが、他の砥粒を用いた研磨液を用いても構わない。
また、上記実施形態では、半導体ウェハ50がフラット部51を有した外形とされる場合について説明した。しかしながら、半導体ウェハ50の外形が他の形状とされる場合、例えば図8に示すように、外周部にノッチ部(切り欠き)52が形成された形状であっても良い。この場合、キャリア40に形成された収容穴61も、半導体ウェハ50の外形に整合させて、図8に示すようにノッチ部52と対応するストッパ部としての突起部63が備えられた形状とすれば良い。
実施形態では、上定盤10および下定盤20を上下方向(鉛直方向)の関係で対向するようにした。しかしながら、第1定盤および第2定盤が対向する向きとしては、上下方向に限定されるものではない。第1定盤および第2定盤が対向する方向が鉛直方向に対し交差していてもよい。また、実施形態では、上定盤10が固定した下定盤20に対して上下方向に移動するようにした。しかしながら、下定盤20が固定した上定盤10に対して移動するようにしてもよい。
Claims (6)
- 研磨面(12)を備えた第1定盤(10)と、
前記第1定盤と対向する研磨面(22)を備えた第2定盤(20)と、
前記第1定盤と前記第2定盤との間に配置されると共に、円形穴(42)が形成された歯車状のキャリア(40)と、
前記第1定盤と前記第2定盤との間において、前記キャリアを公転させながら自転させる駆動軸(30)と、
前記円形穴に配置され、半導体ウェハ(50)が収容される収容穴(61)が形成された外周治具(60)と、
前記外周治具に設けられ、前記収容穴内での前記半導体ウェハの相対回転を規制して、前記円形穴内において前記半導体ウェハと供回りさせるストッパ部(62,63)と、
を有している半導体ウェハの両面研磨装置。 - 前記収容穴は、円形状の一部が前記半導体ウェハに形成されるオリエンテーションフラット(51)と対応する直線状とされた形状の穴である請求項1に記載の半導体ウェハの両面研磨装置。
- 前記収容穴は、円形状の一部が前記半導体ウェハの外周に形成されるノッチ部(52)と対応する前記ストッパ部としての突起部(63)が形成された穴である請求項1に記載の半導体ウェハの両面研磨装置。
- 前記収容穴は、前記半導体ウェハの外形に整合する形状に形成されている請求項1ないし3のいずれか一項に記載の半導体ウェハの両面研磨装置。
- 前記円形穴の中心は、前記キャリアの中心からずれている請求項1ないし4のいずれか一項に記載の半導体ウェハの両面研磨装置。
- 請求項1ないし5のいずれか1つに記載の両面研磨装置を用いて表裏面を平坦研磨した半導体ウェハの製造方法であって、
前記第2定盤の研磨面上に前記キャリアを配置すると共に、該キャリアの円形穴内に前記外周治具と共に平坦研磨前の前記半導体ウェハを設置する工程と、
前記第1定盤と前記第2定盤との間を加圧しつつ、これらの間に砥粒(70)を含む研磨液を供給しながら前記駆動軸を回転させ、前記第1定盤と前記第2定盤との両研磨面において前記半導体ウェハの表裏面を同時に平坦研磨加工する工程と、を含む半導体ウェハの製造方法。
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Legal Events
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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