(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持孔内に半導体ウェハを装填したラッピングキャリアを、互いに反対方向に回転する上定盤と下定盤との間に配置し、該ラッピングキャリアを自転させながら、前記半導体ウェハをラッピングする半導体ウェハのラッピング方法において、
前記ラッピングキャリアは正逆交互に自転し、最終工程で正方向となるように制御し、
前記ラッピングキャリアの反転時に、前記保持孔内における前記半導体ウェハの自転を誘起すべく、前記ラッピングキャリアの自転速度を、反転時に急激に変化させるようにしたことを特徴とする半導体ウェハのラッピング方法。
【請求項２】
前記ラッピングキャリアの反転時の自転速度の変化レートが０．１ｒｐｍ／秒以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハのラッピング方法。
【請求項３】
前記ラッピングキャリアの反転時の自転速度の変化レートが１．０ｒｐｍ／秒以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハのラッピング方法。
【請求項４】
前記ラッピングキャリアの自転速度が、間欠的に（ディジタルに）変化するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハのラッピング方法。
【請求項５】
反転後のラッピングキャリアの自転速度が略一定に保たれ、一方向の自転が少なくとも５秒間は維持されるようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の半導体ウェハのラッピング方法。
【請求項６】
更に、ラッピング開始に先立ち、下定盤の形状を測定する測定工程と、
前記測定工程による測定結果から、前記下定盤の変形が自己補正されるように、前記ラッピングキャリアの自転方向および各自転方向の合計回転時間を算定する算定工程と、
を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の半導体ウェハのラッピング方法。
【請求項７】
前記算定工程による算定結果に基づいて、前記ラッピングキャリアが正逆交互に反転しながら自転すると共に、正方向への自転時間と逆方向への自転時間が算定された前記自転時間と略同じになるように設定し、前記下定盤の変形を自己補正しながらラッピングすることを特徴とする請求項６記載の半導体ウェハのラッピング方法。
【請求項８】
互いに反対方向に回転する上定盤および下定盤と、前記上定盤と前記下定盤との間に、装着せしめられ、保持孔内に半導体ウェハを装填するように構成されたラッピングキャリアと、
前記ラッピングキャリアの周縁に歯合するように装着され、前記ラッピングキャリアを回転駆動するように、互いに回転差を有しつつ、同軸的に回転するサンギアおよびインターナルギアと、
前記サンギアおよび前記インターナルギアの回転を互いに独立して制御し、前記ラッピングキャリアを正逆交互に自転させ、前記サンギアおよび前記インターナルギアの回転差を急激に変化させることにより、反転時にウェハの自転を誘起するように前記ラッピングキャリアの回転を制御する制御手段と、を具備し、
前記制御手段は、ラッピングキャリアの正逆交互の自転の後の最終工程で正方向となるように制御することを特徴とする半導体ウェハのラッピング装置。
【請求項９】
前記下定盤の表面の平坦度を検出する表面検出手段を具備し、
前記制御手段は、ラッピングに先立ち、前記表面検出手段の出力に応じて前記ラッピングキャリアの自転速度を制御するように構成されていることを特徴とする請求項８記載の半導体ウェハのラッピング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、半導体ウェハのラッピング装置およびこれを用いたラッピング方法に係り、スライスドウェハをラッピングする半導体ウェハのラッピング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
切断された半導体ウェハは、面取りをした後に、ラッピングまたは平面研削によりその切断面を整えている。
この内、ラッピングは複数の半導体ウェハを処理するバッチ処理であり、その処理効率がもっとも良い。図４に示すように、このラッピングは一般的には互いに反対方向に回転する上定盤３１（図示せず）と下定盤３との間に、その保持孔に複数の半導体ウェハ１０を装填したラッピングキャリア４を配置して、このラッピングキャリア４をサンギア５１とインターナルギア５２の回転差により自転させて、上定盤３１と下定盤３に対してラッピングキャリア４が遊星運動をしながら半導体ウェハ１０をラッピングする。この際、半導体ウェハ１０自身も自転することにより平坦な研磨がなされる。
【０００３】
尚、ラッピングキャリア４の自転方向は、下定盤３の回転に対向する方向を正回転（矢印Ｘ）とし、その反対を逆回転（矢印Ｙ）とする。
【０００４】
また、上下各定盤の表面はラッピング装置に装着した時点において必ずしも平坦ではなく、またラッピングを繰り返すうちにその表面形状がさらに変化する。この形状には図５（ａ）に示すようなＡソリと言われる凸状の下定盤３ａと、図５（ｃ）に示すようなＢソリと言われる凹状の下定盤３ａとの二通りがある。尚、上定盤については、その自重により下定盤の形状に倣うようにして回転することから、その形状は下定盤の形状に左右される。
【０００５】
この定盤表面の反りを修正して図５（ｂ）に示すような平坦にする方法としては、その形状を日に一回、又は週に一回といった頻度で測定し、ラッピングキャリアに替えて修正キャリア（図示せず）を配置してラッピング装置を回転させることにより、定盤を平坦に成形するものがある。
この方法においては、Ａソリ（凸状）の場合は、図８（ａ）に示すように、修正キャリアを下定盤３に対して正転（矢印Ｘ）させる場合には下定盤の斜線部が研磨され易く、ソリが更に大きくなる。一方、図８（ｂ）に示すように修正キャリアを下定盤３に対して逆転（矢印Ｙ）させることにより、下定盤３の突出部に相当する部分が研磨され易くなり、下定盤３を平坦に近づけることが出来る。これに対し、Ｂソリ（凹状）の場合は、修正キャリアを下定盤３に対して正転（矢印Ｘ）させることにより、下定盤３を平坦に近づけることが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した修正キャリアを使用した定盤の成形では、作業効率が悪いため、測定と成形の頻度を少なくせざるを得ず、その間においてラッピングされた半導体ウェハの平坦度は、繰り返すに従い徐々に損なわれていくという問題点があった。
そこで、従来ラッピングにおいて、ラッピングキャリアの自転方向を交互に反転させる方法が提案されている（特開平３−２５１３６３）。この方法ではラッピング工程の初期においては定盤の変形を防止することができる。
しかしながら、このようなバッチ式で研磨される複数の半導体ウェハは、それぞれ厚さが僅かに異なり、ラッピングキャリアの面から突出した領域で上下定盤に接触し、その摩擦によって自転するが、ラッピングが進み厚さが揃ってくると、上下定盤の挟持によりほとんどの半導体ウェハは自転しなくなる。そのため図４に示すように半導体ウェハ１０の同じはみ出し部分１０ａが定盤３からはみ出しながらラッピングされる。これにより、図１２に示すように上定盤３１の周縁部と当接する部分だけが多くラッピングされ、はみ出し部分１０ａと上下定盤３、３１の内周部に位置する内周部分１０ｂはあまりラッピングされず外周部に凹み２０ａができ、図１１に示すような形状となり、その全体厚さ変化量（Ｔｏｔａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ：ＴＴＶ）ＴＴＶ２は大きな値となるという問題点があった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、ラッピングをくりかえすことにより発生する定盤の変形を防止すると共に、半導体ウェハの自転停止によるＴＴＶの悪化を改善することができる半導体ウェハのラッピング装置およびラッピング方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の第１では、保持孔内に半導体ウェハを装填したラッピングキャリアを、互いに反対方向に回転する上定盤と下定盤との間に配置し、該ラッピングキャリアを自転させながら、前記半導体ウェハをラッピングする半導体ウェハのラッピング方法において、前記ラッピングキャリアの前記保持孔内における前記半導体ウェハの自転を誘起すべく、前記ラッピングキャリアの自転速度を、急激に変化させるようにしたことを特徴とする。
本発明の第２では、前記ラッピングキャリアの自転速度が、間欠的に（ディジタルに）変化するように構成されていることを特徴とする。
本発明の第３では、前記第１の発明においてラッピングキャリアの自転速度の変化レートが０．１ｒｐｍ／秒以上であることを特徴とする。
本発明の第４では、前記第１の発明においてラッピングキャリアの自転速度の変化レートが１．０ｒｐｍ／秒以上であることを特徴とする。
本発明の第５では、保持孔内に半導体ウェハを装填したラッピングキャリアを、互いに反対方向に回転する上定盤と下定盤との間に配置し、該ラッピングキャリアを自転させながら、前記半導体ウェハをラッピングする半導体ウェハのラッピング方法において、前記ラッピングキャリアは正逆交互に自転し、最終工程で正方向となるように制御したことを特徴とする。
本発明の第６では、前記第５の発明においてラッピングキャリアの自転速度が、間欠的に（ディジタルに）変化するように構成されていることを特徴とする。このとき反転後のラッピングキャリアの自転速度が略一定に保たれ、一方向の自転速度が少なくとも１秒間は維持されるようにするのが望ましい。
本発明の第７では、前記第６の発明において反転後のラッピングキャリアの自転速度が略一定に保たれ、一方向の自転が少なくとも５秒間は維持されるようにしたことを特徴とする。
本発明の第８では、保持孔内に半導体ウェハを装填したラッピングキャリアを、互いに反対方向に回転する上定盤と下定盤との間に配置し、該ラッピングキャリアを自転させながら、前記半導体ウェハをラッピングする半導体ウェハのラッピング方法において、ラッピング開始に先立ち、下定盤の形状を測定する測定工程と、前記測定結果から、前記下定盤の変形が自己補正されるように、前記ラッピングキャリアの自転方向および各自転方向の合計回転時間を算定する算定工程と、前記算定結果に基づいて、前記ラッピングキャリアが正方向への自転時間と逆方向への自転時間が算定された前記自転時間と略同じになるように設定し、前記下定盤の変形を自己補正しながらラッピングするラッピング工程とを含むことを特徴とする。
本発明の第９では、前記第８の発明においてラッピング工程は、前記ラッピングキャリアの自転方向が、最終工程で正方向となるように制御したことを特徴とする。
本発明の第１０では、前記第８または第９の発明においてラッピングキャリアの自転速度が、間欠的に（ディジタルに）変化するように構成されていることを特徴とする。このとき反転後のラッピングキャリアの自転速度が略一定に保たれ、一方向の自転速度が少なくとも１秒間は維持されるようにするのが望ましい。
本発明の第１１では、第１０の発明において反転後のラッピングキャリアの自転速度が略一定に保たれ、一方向の自転が少なくとも５秒間は維持されるようにしたことを特徴とする。
本発明の第１２では、互いに反対方向に回転する上定盤および下定盤と、前記上定盤と下定盤との間に、装着せしめられ、保持孔内に半導体ウェハを装填するように構成されたラッピングキャリアと、前記ラッピングキャリアの周縁に歯合するように装着され、前記ラッピングキャリアを回転駆動するように、互いに回転差を有しつつ、同軸的に回転するサンギアおよびインターナルギアと、前記サンギアおよびインターナルギアの回転を互いに独立して制御し、前記サンギアおよびインターナルギアの回転差を急激に変化させることにより、ウェハの自転を誘起するように前記ラッピングキャリアの回転を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。
本発明の第１３では、第１２の発明において下定盤表面の平坦度を検出する表面検出手段を具備し、前記制御手段は、ラッピングに先立ち、前記表面検出手段の出力に応じて前記ラッピングキャリアの自転速度を制御するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、ラッピング装置の定盤、特に下定盤表面の凹凸形状を修正キャリアを使用することなく、ラッピングによって自己修正し、ラッピングが繰り返されるに従って増加していたＴＴＶの劣化を防止するものである。
また、従来ラッピングにおいて、ラッピングキャリアの自転速度を急激に変化させると、衝撃により半導体ウェハのわれや欠けを生じ易いと考えられており、速度の変化は徐々に行うというのが通常の考え方であった。本発明者らは種々の実験結果から、ラッピングにおいてラッピングキャリアの自転速度に急激な変化を与えることにより、半導体ウェハが、効率よく自転することを、発見し、この点に着目してなされたものである。半導体ウェハを効率よく自転させることにより、上下各定盤との当接位置を移動させることができる。このように、本発明では、ラッピングキャリアの自転速度を急激に変化させることにより、半導体ウェハを自転させ、半導体ウェハと上下各定盤との当接位置を移動させることによりＴＴＶの値を小さくしようとするものである。
更にまた、本発明者らは、種々の実験の結果、ラッピングキャリアの自転方向が正転の場合、半導体ウェハのへこみの量が少なくてすみ、ＴＴＶが少なく、きずも少なくてすむ一方、ラッピングキャリアの自転方向が逆転の場合、半導体ウェハのラッピング速度は高いが、表面のへこみの量が多く、きずが生じ易いということを発見し、この点に着目してなされたものである。すなわち、図８（ａ）及び（ｂ）に説明図を示すように、これは、ラッピングキャリアの自転方向が正転の場合と、逆転方向の場合とで、摩擦を生じる部分が異なるためと考えられる。そこでこの点に着目し、正逆反転しながらラッピングを行うとともに、最後は正転で終わるように制御することにより、半導体ウェハ表面のへこみが少なく、キズの少ない半導体ウェハを得ることが可能となる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例に係る研磨方法におけるラッピングキャリアの自転速度を示すグラフ、図２は本実施例の研磨方法によって得られる半導体ウェハの斜視図、図３は図２のＣ−Ｃ断面図、図４は本発明の実施例で用いられるラッピング装置を示す平面図、、図５は同ラッピング装置の説明図、図６は、同ラッピング装置の定盤及びインターナルギアおよびサンギアの回転数と時間との関係を示す図、図７は下定盤の形状の変化を示す側断面図、図８は正転の場合と逆転の場合との平坦度を示す説明図である。
【００１０】
先ず、本発明の方法で用いられるラッピング装置について説明する。この装置は、所定の回転速度で一方向に回転駆動せしめられるセンタードラム３０と、該センタードラム３０に同期して回転せしめられ、互いに反対方向に回転する上定盤３１および下定盤３と、該上定盤３１と下定盤３との間に装着せしめられ、保持孔４１内に半導体ウェハ１０を装填するように構成されたラッピングキャリア４と、このラッピングキャリア４の周縁に歯合するように装着され、このラッピングキャリア４を回転駆動すべく互いに回転差を有しつつ、同軸的に回転するサンギア５１およびインターナルギア５２と、サンギア５１およびインターナルギア５２の回転を互いに独立して制御し、これらサンギアおよびインターナルギアの回転差を急激に変化させることにより、半導体ウェハ１０の自転を誘起すべく、ラッピングキャリア４の回転を制御する制御手段６０とを具備したものである。また、下定盤３の近傍に、下定盤表面の平坦度を検出する検出ゲージ２０が配設されており、この検出結果に応じて、正逆の回転時間を制御するようにこの検出結果が制御手段６０に入力せしめられ、サンギア５１およびインターナルギア５２の回転が制御されるように構成されている。これら上定盤及び下定盤はサーボモータによって駆動されるセンタードラムに連動して回転するようになっている。また、サンギア５１およびインターナルギア５２もまた、サーボモータによって駆動され、図６に示すように、その回転数が急激に変化するようになっている。下定盤３、サンギア５１およびインターナルギア５２の回転速度をそれぞれ曲線ａ，ｂ，ｃで示す。そしてこのサンギア５１およびインターナルギア５２の回転速度の差によってラッピングキャリアの自転速度が決定せしめられる。
先ず、表面検出ゲージ２０によって下定盤の形状を測定する。ここでは下定盤表面にゲージを載置し、すきまゲージを用いて各位置でのすきま間隔を測定する。そしてこの測定結果に基づき、制御手段６０において以下のような演算を行う。例えばその結果が、図７（ａ）に示すようにＡソリ（凸状）である場合、このソリの量から合計正回転時間Ｔ１と合計逆回転時間Ｔ２をそれぞれ算定する。
次に、図１に示すようにラッピング装置にラッピングキャリアの自転のシーケンスとしてラッピング時間ｔ１〜ｔ６を入力し、正逆それぞれの自転方向と自転速度を設定する。この際、合計正回転時間Ｔ１＝ｔ２＋ｔ４＋ｔ６、合計逆回転時間Ｔ２＝ｔ１＋ｔ３＋ｔ５となるように設定する。
【００１１】
このラッピングにおける最初の回転方向は、下定盤がＡソリ（凸）であることから逆回転の時間を長くするため、それぞれの半導体ウェハの厚さが概ね揃うまでのラッピング時間ｔ１を逆回転として設定し、その後略同じラッピング時間ｔ２〜ｔ６を正逆交互になるように設定する。そして、しかもこの自転方向の変換は可能な限り急激なレートで切り替えるように設定する。尚、反転した後の自転速度は一定になるように設定する。
【００１２】
本実施例においては、ラッピング時間ｔ１を１０分間とし、ラッピング時間ｔ２〜ｔ６をそれぞれ１分間とし、反転のレートを５ｒｐｍ／秒としている。
【００１３】
この急激なラッピングキャリアの反転によって、半導体ウェハを自転させて、上下定盤の周縁部が当接する位置を変化させることにより、この周縁部によりラッピングされる領域が増大する。これにより、例えば図２に示すような複数の凹み２ａ、２ｂ、２ｃを有する半導体ウェハ１が得られ、図３に示すように従来技術のＴＴＶに比して遙に低い値のＴＴＶ１を得ることができる。
【００１４】
また、このラッピングにより、その後の工程であるエッチングや研磨において平坦度を得るための取代を少なくすることができ、これらの工程時間を短縮することが可能となる。尚、前記実施例では数回の反転により得られた半導体ウェハについて説明したが、反転の回数を増やし、凹みの数を増やすと共に、その深さを減ずることにより、さらにＴＴＶおよびＬＴＶ（局所的厚さ変化）を向上できる。
【００１５】
また、ラッピングを開始したときより、下定盤の形状は平坦になるため、ラッピングの回数を重ねても、定盤の形状による平坦度の劣化を防止できる。
さらに、修正キャリアによる平坦化を必要とせず作業効率がよく、またラッピング中にこの平坦化の修正がなされることから、修正キャリアによる定盤の磨耗がなくなり、定盤の耐用時間を向上できる。
【００１６】
次に本発明の第２の実施例について説明する。
この方法は、ラッピングキャリアを正逆反転させながらラッピングを行い、最後を正転モードで終わるようにしたものである。
すなわち、図９にその正逆モードの切り替えと、得られる表面平坦度との関係を示すように、逆転から正転へと一回切り替えを行いラッピングを行った。このときラッピング後の半導体ウェハのＴＴＶは図９（ａ）に示すように１．３１６ミクロンとなっている。ちなみに反転をおこなわず逆転モードのみで行った場合、図９（ｃ）に示すように３．１３ミクロンであった。
さらに、反転頻度と得られる平坦度との関係を測定するために、２回反転させた場合、図９（ｂ）に示すように１．２８１ミクロンであった。図９（ａ）と図９（ｃ）との比較から、１回反転させ正転モードで終了したとき、ＴＴＶは６０％程度に向上していることがわかる。また図９（ａ）と図９（ｂ）との比較から、図９（ａ）ではＴＴＶは６０％程度、図９（ｂ）ではＴＴＶは５８％程度となっており、切り替え頻度を高めることによりわずかに平坦度は向上したが、大幅に向上するわけではないことがわかる。なおここで図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、すべて同じラッピング装置を用いてラッピングを行い、サンギアとインターナルギアの回転数のみを変化させたものとする。
このように、本発明の方法によれば、ラッピングキャリアを正逆反転させ、最後を正転で終わるようにラッピングを行うことにより、キズもなく平坦度の高い半導体ウェハを得ることが可能となる。
また前記実施例１では、パルス的すなわち極めて急峻にサンギアとインターナルギアの回転制御を行った例について説明したが、
本発明の第３の実施例として図１０に示すように、回転制御を行うようにしてもよい。
なお、この時のラッピングキャリアの反転速度は、０．１ｒｐｍ／秒以上とするのが望ましく、０．１ｒｐｍ／秒に満たないと、ラッピングキャリアの保持孔内で半導体ウェハが自転するほどの衝撃力を生起し得ない。さらに望ましくは、反転速度を１ｒｐｍ／秒とすることにより、極めて効率よく半導体ウェハの自転を生起させることが可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明では以上のように構成しているため、ラッピング装置の定盤の形状を修正しながらラッピングし、ラッピングの繰り返しによる半導体ウェハの平坦度の劣化を防止できるという優れた効果がる。
また、ラッピング中においてラッピングキャリアの自転速度を急激に変化させることにより半導体ウェハに自転を強制的に与えて、半導体ウェハ全体を均一にラッピングし、ＴＴＶおよびＬＴＶを向上させることができるという優れた効果がある。
更にまた、ラッピングキャリアの自転を正逆反転させながらラッピングを行うに際し、最後に正転で終わるようにしているため、平坦度が高くキズのない、研磨ウェハを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨方法におけるラッピングキャリアの自転方向と自転速度を示すグラフである。
【図２】本実施例の研磨方法によって得られる半導体ウェハの斜視図である。
【図３】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】本発明の実施例で用いられるラッピング装置およびそのラッピングにおける回転方向を示す平面図である。
【図５】同ラッピング装置の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施例におけるラッピング装置の定盤及びインターナルギアおよびサンギアの回転数と時間との関係を示す図である。
【図７】下定盤の形状の変化を示す側断面図である。
【図８】正転の場合と逆転の場合との平坦度を示す説明図である。
【図９】本発明の第２の実施例のラッピング方法を示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施例のラッピング方法を示す定盤及びインターナルギアおよびサンギアの回転数と時間との関係を示す図である。
【図１１】従来技術の研磨方法によって得られる半導体ウェハの斜視図である。
【図１２】図１１のＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
１‥‥‥半導体ウェハ
２ａ‥‥凹み
２ｂ‥‥凹み
２ｃ‥‥凹み
２０……表面検出ゲージ
３‥‥‥下定盤
３１‥‥上定盤
３ａ‥‥下定盤
３ｂ‥‥下定盤
３ｃ‥‥下定盤
４‥‥‥ラッピングキャリア
４１…保持孔
５１‥‥サンギア
５２‥‥インターナルギア
１０‥‥半導体ウェハ
１０ａ‥はみ出し部分
１０ｂ‥内周部分
２０ａ‥凹み
Ｔ１‥‥‥合計正回転時間
Ｔ２‥‥‥合計逆回転時間
ｔ１〜ｔ６‥‥‥ラッピング時間
６０…制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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