(57)【要約】  半導体ウェーハの製造に用いる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に関し、半導体ウェーハ表面における良好な平坦度を得て、さらには、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ようにするために、下定盤（２）の上面に形成された下側固定砥粒層（２１）と、上定盤（３）の下面に形成された上側固定砥粒層（３１）と、下定盤（２）と上定盤（３）との間に水平に設置され、半導体ウェーハ（Ｗ）を収容するホール（４ａ）が複数形成されたキャリアプレート（４）と、キャリアプレート（４）を円運動させるキャリア円運動装置（４０）とを備え、さらに、下側固定砥粒層（２１）及び上側固定砥粒層（３１）がそれぞれ、弾性体（２１ａ，３１ａ）に粒径が４μｍ未満の砥粒（２１ｂ，３１ｂ）を分散させた状態で固定した固定砥粒加工装置（１）を、半導体ウェーハ（Ｗ）の製造工程で用いる。
2010140684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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５】
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６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの製造に用いる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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）の製造方法として、図１５及び図１６に示すような方法が知られている。
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。【０００３】
ラッピング工程Ｓ１３０について詳述すると、ラッピング工程Ｓ１３０では、図１７に示すようなラッピング装置１００が使用される。ラッピング装置１００は、上向きに支持面１０１ａを有する下定盤１０１と、下定盤１０１の支持面１０１ａに上方から対向する支持面１０２ａを有する上定盤１０２と、下定盤１０１の内周側に設置された太陽歯車（サンギヤ）１０３と、下定盤１０１の外周側に設置された内歯歯車１０４と、下定盤１０１の支持面１０１ａ及び上定盤１０２の支持面１０２ａの間に配置されて太陽歯車１０３及び内歯歯車１０４に噛み合うキャリアプレート１０５と、粒度の比較的粗い砥粒（粒度が＃１０００〜＃１５００の遊離砥粒）が含まれたスラリーをキャリアプレート１０５のホール１０５ａ内にセットされたウェーハＷに供給するスラリー供給装置１０６とを備えている。【０００４】
そして、下定盤１０１と上定盤１０２とを相対的に回転させながら、太陽歯車１０３と内歯歯車１０４とによってキャリアプレート１０５を遊星運動させて、スラリー供給装置１０６から支持面１０１ａ及び支持面１０２ａに供給された遊離砥粒によりホール１０５ａ内にセットされたウェーハＷを複数枚、両面同時にラッピングするようになっている。
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。【０００５】
研削工程Ｓ２２０について詳述すると、研削工程Ｓ２２０では、図１８（ａ），図１８（ｂ）に示すような研削装置２００が使用される。研削装置２００は、ターンテーブル２０１と、ターンテーブル２０１上に設置されウェーハＷを真空吸着するチャック２０２と、チャック２０２に上方から対向し且つ研削用砥石２０３が固定された砥石支持体２０４と、ウェーハＷに研削水を供給する研削水供給装置２０５とを備えている。研削用砥石２０３は、粒度が例えば＃３００〜＃１０００の砥粒で構成されている。【０００６】
そして、ターンテーブル２０１と砥石支持体２０４とを相対的に回転させ、研削水供給装置２０５から研削水を供給しながら、研削用砥石２０３をウェーハＷの表面に押し付けることで、ウェーハＷのおもて面及び裏面を片面且つ１枚ずつ研削するようになっている。
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。【０００７】
しかしながら、これら図１５又は図１６に示す方法でウェーハＷの加工を行なった場合は、鏡面研磨後のウェーハＷ表面にキズが残る場合がある。つまり、鏡面研磨の前工程であるラッピング工程Ｓ１３０又は研削工程Ｓ２２０において粒度の比較的粗い砥粒で加工するために、通常の鏡面研磨代ではそのキズを除去しきれない場合がある。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１００７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図１９及び図２０に示す方法によれば、仕上げ研削工程Ｓ１３５及びＳ２２５の分だけ工程数が増加し、且つ、設備点数が増加するという課題がある。
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。【００１０】
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、半導体ウェーハ表面における良好な平坦度を得ることができるようにした固定砥粒加工装置及び固定砥粒加工方法、並びに、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ようにした半導体ウェーハ製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の固定砥粒加工装置は、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している。【００１２】
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とすることが好ましい。
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。【００１３】
また、本発明の固定砥粒加工方法は、上記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している。【００１４】
また、本発明の半導体ウェーハ製造方法は、上記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している。【００１５】
この場合、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ることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固定砥粒加工装置及び固定砥粒加工方法によれば、弾性体に分散させた状態で固定した４μｍ未満という粒度の小さな砥粒（固定砥粒）を用いて半導体ウェーハを加工するので、ウェーハ表面において良好な平坦度を得ることができる。このとき、弾性体は弾性を有しているので、固定砥粒がウェーハに与える押付力を弾性体が適切に吸収して、ウェーハの１点に力が過剰に集中してウェーハ表面にキズがつくことを防止することができる。【００１７】
また、下定盤および上定盤によって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、一般的な面圧である１００〜１５０ｇ／ｃｍ２に比べて高い２５０〜４００ｇ／ｃｍ２とすると、高い加工レートで半導体ウェーハを加工しながら、ウェーハ表面にキズがつくことを防止することができる。
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。【００１８】
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とすると、１００μｍの下限設定により、中間層がウェーハに直接接触することを回避でき、２０００μｍの上限設定により、該下側固定砥粒層及び該上側固定砥粒層の弾性体の負担が過剰になって弾性体の強度が低下して弾性体の破損を招くといった不都合を回避できる。【００１９】
しかも、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。ゆえに、半導体ウェーハの製造にこの固定砥粒加工を適用した場合には、工程数を短縮することができるとともに、設備点数を抑え、設備の占有面積の増大を抑制することができる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハ製造方法に用いる固定砥粒加工装置の全体構成を分離して示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハ製造方法に用いる固定砥粒加工装置を示す模式的な縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハ製造方法に用いる固定砥粒加工装置のキャリアプレートを示す模式的な上面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハ製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハ製造方法のうち固定砥粒加工工程を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る固定砥粒加工方法における集中度１００での加工工程を示す要部拡大断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る固定砥粒加工方法における集中度２００での加工工程を示す要部拡大断面図である。
【図８】サンギヤ方式のラッピング装置と無サンギヤ方式のラッピング装置とを使用し、面圧をサンギヤ方式，無サンギヤ方式共に１５０ｇ／ｃｍ２の条件で半導体ウェーハを加工した際のバッチ数と加工レートとの関係を示すグラフである。
【図９】サンギヤ方式のラッピング装置を使用し、面圧１５０ｇ／ｃｍ２の条件で半導体ウェーハをラッピングした際のウェーハ表面のキズ分布を示す模式図である。
【図１０】サンギヤ方式のラッピング装置と無サンギヤ方式のラッピング装置とを使用し、面圧１５０ｇ／ｃｍ２（サンギヤ方式），２００ｇ／ｃｍ２（無サンギヤ方式）の条件で半導体ウェーハを加工した際のバッチ数と加工レートとの関係を示すグラフである。
【図１１】サンギヤ方式のラッピング装置を使用し、面圧２００ｇ／ｃｍ２の条件で半導体ウェーハをラッピングした際のウェーハ表面のキズ分布を示す模式図である。
【図１２】サンギヤ方式のラッピング装置と無サンギヤ方式のラッピング装置とを使用し、面圧１５０ｇ／ｃｍ２（サンギヤ方式），２５０ｇ／ｃｍ２（無サンギヤ方式）の条件で半導体ウェーハを加工した際のバッチ数と加工レートとの関係を示すグラフである。
【図１３】無サンギヤ方式のラッピング装置を使用し、集中度２００、面圧２５０ｇ／ｃｍ２の条件で半導体ウェーハを加工した際のウェーハ表面のキズ分布を示す模式図である。
【図１４】無サンギヤ方式のラッピング装置を使用し、集中度１００、面圧２５０ｇ／ｃｍ２の条件で半導体ウェーハを加工した際のウェーハ表面のキズ分布を示す模式図である。
【図１５】従来技術その１に係る半導体ウェーハ製造方法を示すフローチャートである。
【図１６】従来技術その２に係る半導体ウェーハ製造方法を示すフローチャートである。
【図１７】従来技術その１に係る半導体ウェーハ製造方法に用いるサンギヤ方式のラッピング装置を示す模式的な縦断面図である。
【図１８】図１８（ａ）、図１８（ｂ）はいずれも従来技術その２に係る半導体ウェーハ製造方法に用いる研削装置を示す模式図であり、図１８（ａ）はその上面図、図１８（ｂ）はその縦断面図である。
【図１９】従来技術その１の改良例に係る半導体ウェーハ製造方法を示すフローチャートである。
【図２０】従来技術その２の改良例に係る半導体ウェーハ製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
［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。
【００２２】
＜構成＞
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。
【００２３】
スライス工程Ｓ１０では、ワイヤソーや内周刃等の公知のスライス装置によって単結晶インゴットをスライスして、半導体ウェーハＷを切り出す。
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。
【００２４】
第１面取り工程Ｓ２０では、スライス工程Ｓ１０で切り出されたウェーハＷのエッジを研削し、エッジに丸みを持たせる（面取りする）。
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。
【００２５】
第２面取り工程Ｓ４０では、固定砥粒加工工程Ｓ３０で加工されたウェーハＷのエッジを面取りする。
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。
【００２６】
鏡面研磨工程Ｓ６０では、枚葉エッチング工程Ｓ５０でエッチングされたウェーハＷのおもて面及び裏面、又は少なくともおもて面を、公知の鏡面研磨装置によって鏡面になるまで研磨加工する。
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。
【００２７】
下定盤２及び上定盤３の回転速度は、５〜３０ｒｐｍである。５ｒｐｍ未満では、加工レートの低下といった不都合が発生する。また、３０ｒｐｍを超えれば、加工中にウェーハが飛び出してしまうといった不都合が発生する。両定盤の好ましい回転速度は、１０〜２５ｒｐｍである。この範囲であれば、加工レートを一定に維持した状態での加工が可能となり、さらに平坦性を維持できるというさらに好適な効果が得られる。
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。
【００２８】
下定盤２の上面には固定砥粒層（下側固定砥粒層）２１が形成されるとともに、上定盤３の下面には固定砥粒層（上側固定砥粒層）３１が形成されている。この下側固定砥粒層２１及び上側固定砥粒層３１はそれぞれ、弾性体２１ａ，３１ａに、粒径（平均粒径）が４μｍ未満の細かい砥粒（固定砥粒）２１ｂ，３１ｂを分散させた状態で固定して形成されたものである。
【００２９】
弾性体２１ａ，３１ａとしては、例えば硬化ポリマー系（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂）の素材が用いられるのが好ましい。また、砥粒２１ｂ，３１ｂとしては、粒径が１μｍ以上４μｍ未満であることが好ましく、さらには粒径が１μｍ以上２μｍ未満であることがより好ましい。ここで、１μｍ以上４μｍ未満の数値範囲について、これらの数値は、粒径が４μｍ以上であればウェーハＷ表面のキズの発生が課題となり、また、粒径が１μｍ未満であれば研削レートが低下するという課題に基づいて設定されたものである。砥粒の材質は、ダイヤモンド、シリカ、ＳｉＣ、アルミナ、ジルコニアなどを採用することができる。
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。
【００３０】
下側固定砥粒層２１，上側固定砥粒層３１の厚さは、１００〜２０００μｍである。１００μｍ未満では、中間層２１ｃや中間層３１ｃがウェーハＷと直接接触するといった不都合が発生する。また、２０００μｍを超えれば、弾性体２１ａ，３１ａの負担が過剰になることから弾性体２１ａ，３１ａの強度が低下して弾性体の破損といった不都合が発生する。下側固定砥粒層２１，上側固定砥粒層３１のより好ましい厚さは、３００〜１８００μｍである。この範囲であれば、安定した加工と弾性体の寿命の延長というさらに好適な効果が得られる。
【００３１】
弾性体２１ａに対する砥粒２１ｂの集中度（密度または分散度）、及び、弾性体３１ａに対する砥粒３１ｂの集中度（密度又は分散度）は、１００〜１５０である。このように、集中度を、一般的な２００前後から１００〜１５０まで低下させることにより、図６に示すように、ウェーハＷの加工時において研削が不能となった砥粒２１ｂ，３１ｂが、弾性体２１ａ，３１ａの表面から欠落し易くなる。その結果、ウェーハＷの加工の初期だけでなく加工中においても高い研削レートを安定して維持することができる。
【００３２】
すなわち、砥粒２１ｂ，３１ｂによるウェーハＷの研削においては、弾性体２１ａ，３１ａに支持された砥粒２１ｂ，３１ｂがウェーハＷのおもて面及び裏面に擦り付けられ、ウェーハＷのおもて面及び裏面の一部を砥粒２１ｂ，３１ｂの鋭利な角部が徐々に削り取り、研削が進行する。このような研削に伴い、弾性体２１ａ，３１ａの表面に露出した砥粒２１ｂ、３１ｂのうち、研削に使用されて鋭利な角部がなくなった砥粒２１ｂ，３１ｂは、弾性体２１ａ，３１ａの表面から徐々に欠落して行く。研削の初期では、研削に使用されて鋭利な角部がなくなった砥粒２１ｂ，３１ｂが少ないため、ウェーハＷの研削レートは高い。
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。
【００３３】
しかしながら、本発明では、集中度を１００〜１５０まで低下させたので、弾性体２１ａ，３１ａの表面上での砥粒２１ｂ，３１ｂの密度が低くなる。そのため、鋭利な角部がなくなって研削不能となった砥粒２１ｂ，３１ｂに集中的に荷重を作用させ、その欠落を促進させることができる。これにより、弾性体２１ａ，３１ａの表面近傍に固定されている砥粒２１ｂ，３１ｂのうち次の段の砥粒２１ｂ，３１ｂが露出し、その鋭利な角部によって、ウェーハＷのおもて面及び裏面において高い研削性を、ウェーハＷの研削中常時維持することができる。
【００３４】
ここでいう集中度とは、砥粒を含む弾性体中の砥粒の含有率で、弾性体１立方ｃｍ中に４．４ｃｔｓ（０．８８ｇ）を含むものを１００とする。集中度が１００未満では、加工性能の低下といった不都合が生じる。また、集中度が１５０を超えれば、砥粒の自生作用が低下するといった不都合が生じる。集中度が１００〜１５０の範囲であれば、砥粒の自生の促進と加工レートの安定化という好適な効果が得られる。
【００３５】
キャリアプレート４には、前述のように、ウェーハＷを収容するホール４ａがキャリアプレート４の周方向に沿って等間隔に複数個形成されている。なお、図中ではホール４ａの数は３個であるが、個数は複数であればこれに限定されない。
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。
【００３６】
下定盤２及び上定盤３はどちらも、回転軸Ｏ１を中心に回転するようになっている。また、加圧機構としては、例えば下定盤２及び上定盤３それぞれに組み込まれたエアバック方式のものが好ましい。
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。
【００３７】
キャリア円運動装置４０は、装置基体４１と、キャリアホルダ４２と、偏心アーム４３と、スプロケット４４と、タイミングチェーン４５と、小径ギヤ（第１ギヤ）４６と、モータ（キャリアモータ）４７と、大径ギヤ（第２ギヤ）４８とを備えている。
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。
【００３８】
キャリアホルダ４２は、キャリアプレート４を保持する環状の部材であり、その中心軸Ｏ２が下定盤２及び上定盤３の回転軸Ｏ１に対して距離Ｌだけ偏心した状態で、下定盤２と上定盤３との間に設置されている。そして、キャリアホルダ４２は、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するようになっている。なお、キャリアプレート４はキャリアホルダ４２と一体にこの円運動を行ない、この際自転は伴わない。また、キャリアホルダ４２の外周部には、径外方向へ突出した軸受部（ホルダ軸受部）４２ａが、周方向９０°毎に４個設けられている。
【００３９】
偏心アーム４３は、キャリアホルダ４２のホルダ軸受部４２ａに相対して４個設けられており、それぞれ、円板状のベース４３ａと、ベース４３ａの上面の偏心位置に設けられ上方へ突出した偏心軸４３ｂと、ベース４３ａの下面の中心位置に設けられ下方へ突出した回転軸４３ｃとを有している。
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。
【００４０】
スプロケット４４とタイミングチェーン４５とは、４個の偏心アーム４３が同期して、偏心軸４３ｂが回転軸４３ｃを中心とした半径Ｌの円周上を動く円運動をするように、偏心アーム４３の回転軸４３ｃを同時に回転させる同期手段として構成されたものである。
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。
【００４１】
小径ギヤ４６は、所定の１個の偏心アーム４３の回転軸４３ｃの先端部に固着されている。つまり、４個の偏心アーム４３のうちの１個だけが長尺の回転軸４３ｃを有している。そして、その長尺に形成された回転軸４３ｃの先端部に小径ギヤ４６が固着されている。
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。
【００４２】
大径ギヤ４８は、キャリアモータ４７の出力軸４７ａに固着されたギヤであって、小径ギヤ４６よりも大径に形成されて小径ギヤ４６と噛み合っている。
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。
【００４３】
このように構成された固定砥粒加工装置１は、固定砥粒加工工程Ｓ３０において、図５に示すような手順で複数枚（ここでは３枚）のウェーハＷの両面を同時に平坦化加工するようになっている。
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。
【００４４】
続いて、接近工程Ｓ３２において、シリンダ７により上定盤３を下定盤２に接近させる。
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。
【００４５】
押付工程Ｓ３３において、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（以下単に「面圧」とも言う。）は、２５０〜４００ｇ／ｃｍ２である。面圧が２５０ｇ／ｃｍ２未満では、加工レートの低下といった不都合が発生する。また、４００ｇ／ｃｍ２を超えれば、高加重化によるウェーハの割れといった不都合が発生する。好ましい面圧は３００〜３５０ｇ／ｃｍ２である。この範囲であれば、加工レートが低下せずに安定的に加工できるというさらに好適な効果が得られる。
【００４６】
続いて、平坦化加工工程Ｓ３４において、下定盤用モータ５及び上定盤用モータ６により下定盤２及び上定盤３を回転させると同時に、キャリアモータ４７によりキャリアプレート４を円運動させて、ウェーハＷのおもて面及び裏面に対して固定砥粒層２１，３１を摺接させ、固定砥粒層２１，３１によってウェーハＷのおもて面及び裏面を同時に平坦化加工する。
【００４７】
平坦化加工工程Ｓ３４におけるキャリア円運動装置４０の動作について詳述する。
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。
【００４８】
＜作用・効果＞
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。
【００４９】
また、弾性体２１ａ，３１ａは弾性を有しているので、固定砥粒２１ｂ，３１ｂをウェーハＷに押し付けるときにウェーハＷが固定砥粒２１ｂ，３１ｂから受ける力を弾性体２１ａ，３１ａが適切に吸収して、ウェーハＷの１点に力が過剰に集中してウェーハＷにキズがつくことを防止することができる。
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。
【００５０】
このような従来技術に対し、本発明では、下定盤２及び上定盤３の表面に、砥粒２１ｂ，３１ｂを分散させた状態で固定した弾性体２１ａ，３１ａから構成される下側固定砥粒層２１、上側固定砥粒層３１を形成して砥粒２１ｂ，３１ｂの位置が固定されるように固定砥粒加工装置１を構成しているので、４μｍ未満という粒度が微細な砥粒２１ｂ，３１ｂの使用が可能になり、且つ、ウェーハＷの複数枚両面同時処理が可能になって、良好な生産性を確保することができる。そして、複数枚を同時に処理するので、設備台数を抑えて、設備の占有面積の増大を抑制することができる。
【００５１】
また、この固定砥粒加工工程Ｓ３０だけで、図１９及び図２０に示す従来の２工程（ラッピング工程Ｓ１３０→仕上げ研削工程Ｓ１３５、もしくは、研削工程Ｓ２２０→仕上げ研削工程Ｓ２２５）を経たときと同様の良好な平坦度を得ることができるので、従来の方法に比べて工程数を短縮することができる。
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。
【００５２】
また、本発明の固定砥粒加工装置１によれば、下定盤２及び上定盤３によって半導体ウェーハＷのおもて面及び裏面に作用される面圧を、従来よりも高い２５０〜４００ｇ／ｃｍ２としたので、従来に比べて高い加工レートを維持しながら、ウェーハ表面にキズがつくことを防止することができる。
【００５３】
［その他］
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。
【００５４】
例えば、上記実施形態では、半導体ウェーハ製造方法は、図４に示す順序で各工程Ｓ１０〜Ｓ６０が実施されると説明したが、このような製造方法に限定されず、例えば各工程の順序を入れ替えることが可能であり、少なくとも、固定砥粒加工工程Ｓ３０がスライス工程Ｓ１０の後且つ鏡面研磨工程Ｓ６０の前に実施されるようになっていれば良い。また、固定砥粒加工工程Ｓ３０は、スライス工程Ｓ１０と鏡面研磨工程Ｓ６０との間において複数回実施されるようになっていても良い。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の固定砥粒加工装置を用いた半導体ウェーハの固定砥粒加工方法の実施例を説明する。
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。【００５６】
次に、図１に示す固定砥粒加工装置１を使用して、シリコンウェーハＷのおもて面及び裏面を同時に研削した。固定砥粒加工装置１としては、無サンギヤ方式のラッピング装置を採用した。以下に詳細を説明する。
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。【００５７】
下側固定砥粒層２１，上側固定砥粒層３１はいずれも、硬化ポリマー系の弾性体２１ａ，３１ａに粒径２μｍのダイヤモンド砥粒２１ｂ，３１ｂを分散させた状態で固定して形成されており、厚さは８００μｍである。また、弾性体に対する砥粒の集中度は１００及び２００とした。研削量は、ウェーハＷのおもて面及び裏面を合わせて４０〜８０μｍとした。【００５８】
また、比較例として、図１７に示すサンギヤ方式のラッピング装置１００を使用して、遊離砥粒を含むラッピング液を供給してシリコンウェーハＷのおもて面及び裏面を同時にラッピングした。下定盤１０１及び上定盤１０２の回転条件、キャリアプレート１０５の自転を伴わない円運動速度は実施例と同じで、下定盤１０１及び上定盤１０２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を１５０ｇ／ｃｍ２とした。【００５９】
ここで、図８〜図１４を参照して、実施例の無サンギヤ方式のラッピング装置と比較例のサンギヤ方式のラッピング装置とを使用して、直径３００ｍｍの３枚のシリコンウェーハを同時に加工した際の加工（研削）レートとウェーハ表面のキズの発生状況について報告する。キズの検出にはＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ１（商品名）を使用し、長さが０．１μｍ以上の表面欠陥をキズと判断した。【００６０】
遊離砥粒を含むラッピング液を使用し、面圧を１５０ｇ／ｃｍ２として、図１７のサンギヤ方式のラッピング装置１００によってシリコンウェーハＷをラッピングした（比較例１）。また、図１に示す固定砥粒加工装置１を使用し、面圧を１５０ｇ／ｃｍ２、集中度を２００として、ウェーハＷを加工した(実施例１)。
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。【００６１】
次に、実施例１での加工レートを比較例１での加工レートと同程度にするため、実施例１に対して加工時の面圧を２００ｇ／ｃｍ２まで高めた（実施例２）。その結果、図１０に示すように、実施例２による研削初期は比較例１の場合とほぼ同じ加工レートとなったが、連続的に加工を行い、バッチ数が増えるほど、徐々に加工レートが低下した。これは、加工を繰り返すうちに、加工により研削不能となった砥粒２１ｂ，３１ｂが弾性体２１ａ，３１ａの表面において増加するためと考えられる。なお、比較例１のサンギヤ方式での加工では、面圧を１５０ｇ／ｃｍ２から２００ｇ／ｃｍ２に高める（比較例２）ことで、図１１に示すように、ウェーハ表面に数千個のキズが発生した。【００６２】
次に、実施例２に対して加工時の面圧を２５０ｇ／ｃｍ２まで高めた（実施例３）。これにより、図１２に示すように、加工レートについては、実施例３の方が比較例１に比べて高くなった。
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。【００６３】
そこで、実施例３において面圧は２５０ｇ／ｃｍ２のままとし、かつ集中度を１００まで低下させた（実施例４）。その結果、加工時に研削不能となった砥粒２１ｂ，３１ｂに研削時の荷重が集中し、弾性体２１ａ，３１ａの表面からの砥粒２１ｂ，３１ｂの欠落が促進され、次の段の固定砥粒２１ｂ，３１ｂが露出し易くなった。これにより、ウェーハのおもて面および裏面において高い研削性をウェーハの研削中常時維持することができ、図１４に示すように、ウェーハ表面のキズを５個程度まで低下させることができた。
【符号の説明】
【００６４】
１  固定砥粒加工装置
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
【図１】
2010140684.tif 000003
【図２】
2010140684.tif 000004
【図３】
2010140684.tif 000005
【図４】
2010140684.tif 000006
【図５】
2010140684.tif 000007
【図６】
2010140684.tif 000008
【図７】
2010140684.tif 000009
【図８】
2010140684.tif 000010
【図９】
2010140684.tif 000011
【図１０】
2010140684.tif 000012
【図１１】
2010140684.tif 000013
【図１２】
2010140684.tif 000014
【図１３】
2010140684.tif 000015
【図１４】
2010140684.tif 000016
【図１５】
2010140684.tif 000017
【図１６】
2010140684.tif 000018
【図１７】
2010140684.tif 000019
【図１８】
2010140684.tif 000020
【図１９】
2010140684.tif 000021
【図２０】
2010140684.tif 000022
【国際調査報告】
2010140684.tif 000023
2010140684.tif 000024
2010140684.tif 000025