(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下定盤上に保持されたウエーハ表面に所定荷重で接触するまで上定盤を降下させた後、ラッピング用スラリの介在下で、前記下定盤と上定盤を所定の周速差で回転させながらウエーハの両面研磨を行なう半導体ウエーハの両面研磨方法において、
ウエーハと上定盤が接触する前に、前記下定盤と上定盤とをウエーハ接触後における平均回転速度より低速度で回転させて、ウエーハ上にスラリ膜の形成を行なうことを特徴とする半導体ウエーハの両面研磨方法。
【請求項２】
下定盤上に保持されたウエーハ表面に所定荷重で接触するまで上定盤を降下させた後、ラッピング用スラリの介在下で、前記下定盤と上定盤を所定の周速差で回転させながらウエーハの両面研磨を行なう半導体ウエーハの両面研磨方法において、
ウエーハと上定盤が接触する前に、上定盤の降下速度の低下と前記下定盤と上定盤とをウエーハ接触後における平均回転速度より低速度で回転させて、ウエーハ上へのスラリ膜の形成を行なうことを特徴とする半導体ウエーハの両面研磨方法。
【請求項３】
下定盤上に保持されたウエーハ表面に所定荷重で接触するまで上定盤を降下させる手段と、ラッピング用スラリ滴下手段と、前記下定盤と上定盤を所定の周速差で回転させる下定盤用回転手段と上定盤用回転手段を具えてなる半導体ウエーハの両面研磨装置において、
ウエーハと上定盤が接触する前の所定離隔位置に達したことを検知する手段を設け、該検知手段よりの検知信号に基づいて前記下定盤と上定盤とをウエーハ接触後における平均回転速度より低速度で回転させるとともに、前記離隔位置の検知後上定盤がウエーハに接触する前に若しくは前記検知と同時に、前記滴下手段よりスラリを所定時間若しくは研磨工程に至るまで滴下するように制御可能に構成したことを特徴とする半導体ウエーハの両面研磨装置。
【請求項４】
下定盤上に保持されたウエーハ表面に所定荷重で接触するまで上定盤を降下させる手段と、ラッピング用スラリ滴下手段と、前記下定盤と上定盤を所定の周速差で回転させる下定盤用回転手段と上定盤用回転手段を具えてなる半導体ウエーハの両面研磨装置において、
上定盤を第１の降下速度で降動後、ウエーハと上定盤が接触する前の所定離隔位置に達したことを検知する手段を設け、該検知手段よりの信号に基づいて作動する速度切換手段により、上定盤の降動速度を前記第１の降動速度より小さい第２の降動速度に切換え、
該第２の降動速度切換えと同時に若しくは切換え後ウエーハに接触する前に、前記下定盤と上定盤とをウエーハ接触後における平均回転速度より低速度で回転させるとともに、前記滴下手段よりスラリを所定時間若しくは研磨工程に至るまで滴下するように制御可能に構成したことを特徴とする半導体ウエーハの両面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハのラッピング加工を行なう半導体ウエーハの両面研磨方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ウエーハの両面を精密研磨する場合両面研磨装置を用いる。かかる両面研磨装置は、図５（Ａ）に示すように、下定盤５１と上定盤５２を対面配置すると共に、上定盤５２はウエーハキャリア５５を介して下定盤５１上に載置されたウエーハ１表面に所定荷重で接触するまで上定盤５２を降下させる昇降手段５７を設けると共に、下定盤５１と上定盤５２が互いに逆回転若しくは所定の周速差で回転するように構成され、そして下定盤５１の中心回転軸には中心ギヤ５３（サンギヤ）を設け、下定盤５１の外周側にはインターナルギヤ５４を設け、下定盤５１上には複数のウエーハ１をウエーハ受け穴５５ｂに嵌合させて配置した歯車付きキャリヤ５５を複数配設し、図５（Ｂ）に示すように、該キャリヤ５５を前記サンギヤ（中心ギア）５３とインターナルギヤ５４とに噛み合って下定盤の矢印方向Ａの回転につれて実線矢印Ｂ方向の自転と点線矢印Ｃ方向の公転を行い、上定盤５２による適当な加圧下のもとで、複数個のウエーハ１の同時研磨を可能にしている。尚、図中の５６はラッピング用スラリ投入部である。
【０００３】
次にかかる装置における研磨方法を図４に基づいて説明するに、まずウエーハ１を下定盤５１上面に設けたキャリアホール５５ｂ内に充填した後（Ｓ１）、運転を開始し（Ｓ２）、下定盤５１上にキャリア５５を介して保持されたウエーハ１表面に所定荷重で接触するまで上定盤５２は回転しないで自動降下し（Ｓ３）、ウエーハ１と接触後所定の設定荷重に到達した時点で上定盤５２の降下を停止する（Ｓ４）。
上定盤５２降下停止後、スラリ投入部５６よりラッピング用スラリの滴下が開始され（Ｓ５）、ある設定時間経過後、下定盤５１と上定盤５２が所定の周速差で回転しながらサンギア５３とインターナルギア５４の間でウエーハキャリア５５が自転しながら公転し（Ｓ６）、通常のウエーハ１のラッピング加工が開始される（Ｓ７）。その後、設定された最終荷重、回転数まで回転し、設定時間後、任意の取り代、つまり狙いの厚み寸法までラッピングされ（Ｓ８）、その後上定盤５２が上昇しラッピングが終了する（Ｓ９）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて前記した加工工程における従来の両面研磨方法では、前工程のスライス工程で切断されたスライスウエーハ１の表面うねり、表面粗さ、厚さバラツキ等の表面状態によって、ラッピング終了後のラッピングウエーハ１面内にクロートラックが生じる場合があり問題となっていた。クロートラックとは結晶方向性を持った定形的なひび割れで、ＪＩＳＨ０６１３で規定されている。
このクロートラックはラッピング時に発生するものであり、このクロートラックの発生により、ラッピング中や後工程でのウエーハ１破損につながり、トラブル発生の原因や歩留まりの低下につながっていた。
【０００５】
このクロートラックについては従来の８インチ以下のウエーハ１ではその発生頻度が少なく前記クロートラックについては考慮する必要が無かったが、近年の大口径化に伴いクロートラックの発生率が大きくなっている。
大口径化によってクロートラックの発生が顕著になった理由のひとつは、前工程のスライス工程におけるスライスウエーハ１の面状態が大きく原因すると思われる。
【０００６】
前記従来技術では、ウエーハ１の大きさや重さの影響から、上定盤５２が接触する前に下定盤５１を回転させると、キャリア５５よりウエーハ１が飛び出る可能性が高く、クラッシュの原因となるため、設定荷重に到達した時点で降下を一旦停止し、その後ラッピング用スラリの滴下が開始され、ある設定時間後スラリが均一に拡散した時点で下定盤５１と上定盤５２が回転して通常のウエーハ１のラッピング加工が開始されるように構成しているが、前記設定荷重に到達した後ラッピング用スラリの滴下が開始される構成では、設定荷重に到達した時点でウエーハ１のうねりあるいは面粗さの突起となる位置に荷重が集中し、しかも大口径になったことで、接触してからのスラリの供給ではスラリが十分に入らない状態で、上定盤５２とウエーハ１が接地して歪みが発生し易く面内のクロートラックの発生を生むと考えられる。
【０００７】
従ってスライス段階でのうねりあるいは面粗さを改善することは重要な問題であるが、本発明では、ラッピング工程でこのような問題に対応できないか検討したものであり、従って、ラップ加工時におけるクロートラックの発生が無い半導体ウエーハの両面研磨方法とその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、下定盤上に保持されたウエーハ表面に所定荷重で接触するまで上定盤を降下させた後、ラッピング用スラリの介在下で、前記下定盤と上定盤を所定の周速差で回転させながらウエーハの両面研磨を行なう半導体ウエーハの両面研磨方法において、
ウエーハと上定盤が接触する前に前記下定盤と上定盤とをウエーハ接触後における平均回転速度より低速度で回転させて、ウエーハ上にスラリ膜の形成を行なうことを特徴とする。
【０００９】
この場合スラリ膜の形成は、上定盤の回転と同時に行なっても良く、またウエーハと上定盤が接触する前であれば上定盤の回転後に行なっても良い。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記半導体ウエーハの両面研磨方法において、
ウエーハと上定盤が接触する前に、上定盤の降下速度の低下と下定盤と上定盤とをウエーハ接触後における平均回転速度より低速度で回転させて、ウエーハ上へのスラリ膜の形成を行なうことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は請求項１記載の発明を効果的に実施する為の装置に関する発明で、下定盤上に保持されたウエーハ表面に所定荷重で接触するまで上定盤を降下させる手段と、ラッピング用スラリ滴下手段と、前記下定盤と上定盤を所定の周速差で回転（逆回転も含む）させる下定盤用回転手段と上定盤用回転手段を具えてなる半導体ウエーハの両面研磨装置において、
ウエーハと上定盤が接触する前の所定離隔位置に達したことを検知する手段を設け、該検知手段よりの検知信号に基づいて前記下定盤と上定盤とをウエーハ接触後における平均回転速度より低速度で回転させるとともに、前記離隔位置の検知後上定盤がウエーハに接触する前に若しくは前記検知と同時に、前記滴下手段よりスラリを所定時間若しくは研磨工程に至るまで滴下するように制御可能に構成したことを特徴とする半導体ウエーハの両面研磨装置を提案する。
【００１２】
より具体的には、上定盤を第１の降下速度で降動後、ウエーハと上定盤が接触する前の所定離隔位置に達したことを検知する手段を設け、該検知手段よりの信号に基づいて作動する速度切換手段により、上定盤の降動速度を前記第１の降動速度より小さい第２の降動速度に切換え、
該第２の降動速度切換えと同時に若しくは切換え後ウエーハに接触する前に、前記下定盤と上定盤とをウエーハ接触後における平均回転速度より低速度で回転させさせるとともに、前記滴下手段よりスラリを所定時間若しくは研磨工程に至るまで滴下するように構成するのがよい。
【００１３】
本発明を具体的に説明する。
本発明は、クロートラックの発生がラッピングの初期段階で発生することから、この初期段階での発生を抑える為になされたもので、通常の加工（実際にウエーハを研磨する段階）が始まる前より、つまり上定盤がウエーハと設置する２〜５ｃｍ上より、上定盤を微速で下降するようにし、この段階でインターナルギア、サンギアを含めて下定盤と上定盤を低速で回転させ、それとほぼ同時に若しくは上定盤がウエーハと接地する前に、ラッピング用スラリを滴下させてウエーハ上に散布し、その後、上定盤を回転させながら降下することによって、上定盤はウエーハと接地し、従来と同様に通常の加工が実施されるものである。
【００１４】
即ち本発明は、ラッピング装置を用いてラッピングする時に上定盤とウエーハが接地する前にスラリを散布し、しかも上下定盤とも回転させるものである。このようにウエーハと接地させるため、ウエーハの面内の一点に荷重が集中する現象が起きにくくなり、またスラリはウエーハ面内に均一に散布されることとなり、クロートラックの発生を抑える作用がある。
【００１５】
スラリの供給量は、加工時と同様な供給量で実施すれば問題無いが、さらに少ない量、具体的には５００〜１５００ｍｌ／ｍｉｎの散布であっても、スラリがウエーハに均一に散布して、通常のラップ加工前にウエーハ面内の突起物を優先的にラップすることになり、接触面積を大きくでき、一点集中荷重を緩和できるとともにウエーハ接地時の摩擦も抑えることができる。
【００１６】
上定盤の下降速度は、上定盤微速位置に到達するまでは装置能力に応じてなるべく速い速度で下降すればよい。該微速位置はウエーハと接地する２〜５ｃｍ上でよく、この位置に達した時点からは、スラリが面内に均一に分散される前にウエーハに接触せず、またシリコンウエーハへの接触時に大きな荷重が印加しないような低速度に設定すればよく、特に限定するものではないが好ましくは０．５ｍｍ／ｓｅｃ程度で降下させればよい。
【００１７】
また、下定盤、上定盤を低速で回転させる速度は、ウエーハの特定部分に荷重がかからないようにすることが目的であるため、実際の加工を行なう回転数より遅くて充分であり、また回転速度を速くするとウエーハが飛び出す可能性があるため、下定盤は１〜３ｒｐｍ、好ましくは２ｒｐｍ程度で、上定盤は１／３〜１ｒｐｍ、好ましくは２／３ｒｐｍで回転させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１９】
本発明の実施形態たる両面研磨装置の概要を図１に基づいて説明する。
先ずその構成を、前記図５に示す従来技術との差異を中心に説明するに、下定盤５１と上定盤５２を対面配置すると共に、上定盤５２には吊り具６１を介して該上定盤５２を昇降させるエアーシリンダ６２を設ける。
エアーシリンダ６２にはラッピングが終了し上定盤５２が初期位置まで上昇したことを検知する初期位置検知用リミットスイッチＬＳ２とともに、上定盤５２下降時にウエーハ１と接地する２〜５ｃｍ上で微速下降速度に切換える降下速度切換用リミットスイッチＬＳ１を設ける。
【００２０】
６０は上定盤５２上方の天井枠に取り付けられたローラポンプ若しくはハイセラポンプからなるスラリ供給ポンプで、図２に示すポンプ駆動モ−タ３７の回転数制御によりスラリ吐出量を可変可能に構成している。そして前記スラリ供給ポンプ６０より吐出されたスラリは吐出パイプ５６ｂ、吊り具６１、分配管５６ａを介して上定盤５２に設けた多数のスラリ孔（不図示）よりウエーハ１上にスラリが滴下可能に構成している。
又前記上定盤５２の接地且つ荷重検出は、エアーシリンダ６２に設けた圧力センサ６３により行なう。
即ち前記上定盤５２の昇降を行なうエアーシリンダ６２の駆動源たる空気圧は、上定盤５２が下定盤５１に接地した時点で圧力が変化（増圧）し荷重印加に正比例して増圧する。従って前記圧力センサ６３で検知した空気圧を図２に示すマイコン（中央制御回路）２０で荷重に換算して後記する制御を行なう。
【００２１】
図２は前記研磨装置に用いる制御装置を示す。
マイコン（中央制御回路）２０の入力側には、前記した２つのリミットスイッチＬＳ１、ＬＳ２、圧力センサ６３、上定盤５２（エアーシリンダ６２）の降動速度検知センサ２２、上定盤５２、下定盤５１夫々の回転数検出センサ２３、２４及び種々の作動時間の設定を行なうタイマ２５が夫々インターフェースを介して接続されている。
【００２２】
一方マイコン（中央制御回路）２０の出力側には、降下速度切換用リミットスイッチＬＳ１よりの検知信号に基づいて回転し、且つ圧力センサ６３よりのエアーシリンダ駆動圧を制御回路２０で換算して得られる上定盤５２の接地且つ荷重検出信号に基づいて、上定盤５２と下定盤５１の回転速度の切換を行なう上（下）定盤駆動回路３１、３２と駆動モ−タ３３、３４、前記圧力センサ６３とシリンダ速度センサ２２及びリミットスイッチＬＳ１等の検知信号に基づいて上定盤５２の降動速度の切換を行なうエアーシリンダ６２の圧力制御器３５、及び前記リミットスイッチＬＳ１、タイマ２５及び上定盤５２の接地且つ荷重検出信号に基づいて、スラリ供給ポンプ６０の吐出制御を行なうポンプ駆動回路３６と駆動モ−タ３７が配置接続されている。
【００２３】
上定盤５２の下降速度は、上定盤５２微速位置に到達するまでは装置能力に応じてなるべく速い速度で下降すればよい。該微速位置はウエーハ１と接地する２〜５ｃｍ上でよく、この位置に達した時点からは０．５ｍｍ／ｓｅｃ程度の微速度で降下させる。
【００２４】
また、下定盤５１、上定盤５２を低速で回転させる速度は、ウエーハ１の特定部分に荷重がかからないようにすることが目的であるため、実際の加工を行なう回転数より遅くて充分であり、また回転速度を速くするとウエーハ１が飛び出す可能性があるため、下定盤５１は１〜３ｒｐｍ、好ましくは２ｒｐｍ程度で、上定盤５２は１／３〜１ｒｐｍ、好ましくは２／３ｒｐｍで回転させる。
【００２５】
従来の方法と本発明のクロートラック発生率を比較した。
使用ラップ機は浜井産業（株）製３２ＢＦ４を使用した。
使用ウエーハ１はチョクラルスキー法で製造した単結晶をワイヤーソーにより切断した１２インチシリコンウエーハ１を用いた。
現状、１２インチをスライスするワイヤーソーは８インチウエーハ１を切断するワイヤーソーに比べ、面状態が悪く、クロートラックの発生も起こりやすいため１２インチウエーハ１を用いた。
このスライスウエーハ１の表面状態を、面内１１点で求めた厚さバラツキＴＶ（THICKNESS VARIATION ）１１で評価した時、６０〜７０μｍであり、通常の値３０〜４０μｍに比べ悪いものである。
このような表面状態を持つスライスウエーハ１ではクロートラックの発生が顕著である。
【００２６】
（本発明実施例）
上記のようなウエーハ１を用い、図３に示すような加工フローでラッピングを行なった。
まず、上記スライスウエーハ１をキャリアホール５５ｂに充填した後（Ｓ１１）運転開始し（Ｓ１２）、上定盤５２を１０〜２０ｍｍ／ｓｅｃの下降速度で降下させ（Ｓ１３）、上定盤５２微速位置（上定盤５２とウエーハ１が接触する約２．５ｃｍ上の位置）に達した時点でリミットスイッチＬＳ１より検知信号を制御回路２０側に出力し（Ｓ１４）、圧力制御器３５によるエアーシリンダ６２への供給圧の切換えにより上定盤５２の下降速度を微速下降速度に切換え（Ｓ１５）、０．５ｍｍ／ｓｅｃ程度の微速度で降下させる。
そして微速切換えと同時に上定盤５２を２／３ｒｐｍ、下定盤５１を２ｒｐｍで回転させるとともに、インターナルギア５４及び中心ギア５３を回転させウエーハキャリア５５に自公転によりウエーハ１の遊星運動を行なう（Ｓ１６）。
【００２７】
そして前記リミットスイッチＬＳ１よりの検知信号に同期させてタイマ２５を作動させ、３秒後に（Ｓ１７）スラリ供給ポンプ６０を駆動してウエーハ１上面にスラリを１５００ｍｌ／ｍｉｎで滴下した（Ｓ１８）。
このスラリはウエーハ１面内に均一に散布された時点でタイマ制御により供給を停止すればよいが、今回は通常加工が終了するまで連続で滴下した。
前記上定盤５２の降下速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃの微速度に切換えて更に降下を続け、約５０ｓｅｃ後に圧力センサ６３のエアーシリンダ検知圧の急変を捕えてウエーハ１接地を検知し（Ｓ１９）、更に該検知圧の制御回路２０の換算により、ウエーハ１と接触後所定の設定荷重に到達した時点で上定盤５２の降下を停止する（Ｓ２０）。
【００２８】
次に、上定盤５２の降動停止後（Ｓ２０）通常ラッピング加工に移行し（Ｓ２１）、スラリの滴下を継続した状態で、下定盤５１の初期回転を２ｒｐｍから３０ｒｐｍに上昇させ（Ｓ２２）、また荷重についても初期４０ｋｇから最終１７００ｋｇに上昇させながら（Ｓ２３）ラッピング加工を行なう。
そして所定の厚み寸法に到達すると（Ｓ２４）、加工を終了し、上定盤５２の定盤回転が停止しリミットスイッチＬＳ２の上限検知位置まで上昇し（Ｓ２５）ラッピングが終了する（Ｓ２６）。
【００２９】
（比較例）
実施例と同じスライスウエーハ１を用いて、図４に示す加工フローで実施した。
まず、ウエーハ１を下定盤５１上面に設けたキャリアホール５５ｂ内に充填した後（Ｓ１）、運転を開始し（Ｓ２）、下定盤５１上にキャリア５５を介して保持されたウエーハ１表面に所定荷重で接触するまで上定盤５２は回転しないで自動降下し（Ｓ３）、ウエーハ１と接触後所定の設定荷重に到達した時点で上定盤５２の降下を停止する（Ｓ４）。
【００３０】
次に、上定盤５２の停止後、スラリ投入部よりラッピング用スラリの滴下が開始され（Ｓ５）、ある設定時間後、下定盤５１と上定盤５２が所定の周速差で回転しながらサンギア５３とインターナルギア５４の間でウエーハキャリア５５が自転しながら公転し（Ｓ６）、通常のウエーハ１のラッピング加工が開始される（Ｓ７）。その後下定盤５１の初期回転を２ｒｐｍから３０ｒｐｍに上昇させ、また荷重についても初期４０ｋｇから最終１７００ｋｇに上昇させながらラッピング加工を継続し、任意の取り代、つまり狙いの厚み寸法までラッピングされ（Ｓ８）、その後上定盤５２が上昇し（Ｓ９）ラッピングが終了する。
【００３１】
クロートラックはこのような通常加工終了後に、前記実施例と比較例について外観検査により観察した。
【００３２】
（結果）
比較例である従来の方法で６００枚のウエーハ１をラッピングした。この時のクロートラック発生数は１１枚であり、１．８％のクロートラック発生率であった。
一方、実施例である本発明による加工フローでは４８０枚のウエーハ１をラッピングしたが、クロートラックの発生は全く見られなかった（発生率０％）。
【００３３】
クロートラックの発生はウエーハ１が大口径になり、顕著となってきたものであるが、これに限られたものではなく８インチ以下のウエーハ１もスライスウエーハ１の面状態が悪い場合、同様なクロートラックの発生は考えられる。本発明は８インチ以下のウエーハ１でも同じく効果がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上記載した如く本発明によれば、クロートラックの発生しやすい面形状を有するスライスウエーハをラッピングしても、クロートラックの発生を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態たる両面研磨装置の概要図である。
【図２】図１の両面研磨装置に用いる制御ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態たる両面研磨装置のラッピング手順を示したフローチャート図である。
【図４】従来技術の両面研磨装置のラッピング手順を示したフローチャート図である。
【図５】従来の両面研磨装置の概要図である。
【符号の説明】
１      ウエーハ
２０    マイコン（中央制御回路）
３７    ポンプ駆動モ−タ
５１    下定盤
５２    上定盤
５５    ウエーハキャリア
６１    吊り具
６２    エアーシリンダ
５６ｂ  吐出パイプ
５６ａ  分配管
６０    スラリ供給ポンプ
６３    圧力センサ
ＬＳ１  降下速度切換用リミットスイッチ
【図１】
0003572917.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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