(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア単結晶ウェハー両面をラッピング加工する両面ラッピングマシーンに、ＳｉＣ砥粒とラップ液が含まれた一定量のラッピングスラリーを供給し、使用されたラッピングスラリーをフィルタリングしながら循環して再使用するラッピングスラリーの管理方法において、
一度にラッピング加工できるウェハーの単位を一バッチと定義した場合、
以下の第一工程で抜き取られた使用済みラッピングスラリーのＳｉＣ砥粒における粒度分布の測定を行い、ＳｉＣ砥粒における粒度分布の半値幅が４０μｍ以下のときには、第一工程〜第四工程で構成されるラッピングスラリーの再生処理を加工バッチ毎に行なうと共に、上記ＳｉＣ砥粒における粒度分布の半値幅が４０μｍを超えたときには、ラッピングスラリーの再生処理を行なうことなくラッピングスラリーの全てを交換することを特徴とするラッピングスラリーの管理方法。
（１）使用済みラッピングスラリーから全容量の１０〜３０％のラッピングスラリーを抜き取る第一工程、
（２）ラッピングスラリー全容量の１０〜２０％に相当するラップ液を補充する第二工程、
（３）初期投入量の２０〜４０％に相当するＳｉＣ砥粒を補充する第三工程、
（４）上記砥粒をラップ液に均一に分散させる第四工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア単結晶等硬度の高いウェハー両面をラッピング加工する両面ラッピングマシーンに係り、特に、上記マシーンに供給されるラッピングスラリーの管理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウェハーの表面を研磨加工する装置としてラッピングマシーンが用いられている（非特許文献１参照）。以下、両面ラッピングマシーンを例に挙げて説明すると、図１に示すように被加工物であるウェハーＷをラッピングマシーンにおける上下の研磨定盤（通常、相対向する面にそれぞれ研磨布等が装着されている）１、２間に配置し、砥粒（通常、酸化アルミニウムや炭化珪素等の微粒子を主成分としたもの）１０とラップ液（通常、鉱物性オイルに、水、分散剤等の各種添加物を混ぜたもの）が含まれたラッピングスラリーを研磨定盤１、２とウェハーＷの間に供給し、かつ、両者に圧力を加えながら滑り動かしてウェハーＷ両面を研磨加工するように構成されている。また、図２に示すようにラッピングマシーンで使用されたラッピングスラリーはフィルタリングされ、ウェハー表面を傷付ける原因となる切り屑等の不純物が除去され、かつ、不純物が除去された砥粒とラップ液をスラリータンクへ戻し、循環してラッピングスラリーを再使用するようになっている。
【０００３】
尚、何度も再使用されて使用限度を越えたラッピングスラリーはろ過設備にてろ過され、ラップ液だけが回収されて再利用されるようになっている。また、砥粒とその破砕粒子および切り屑等の不純物で構成された固形物については廃棄物として処分したり、繰り返し一定期間使用した後に廃棄物として処分するのが一般的であった。
【非特許文献１】金属時評社発行「半導体材料の加工とその機器」の27頁〜31頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、サファイア単結晶等硬度の高いウェハーを両面ラッピング加工する場合、被加工物自体が非常に硬い物質であるため、化合物半導体等のような比較的柔らかい材料を加工する場合に較べて、ラッピングスラリーの劣化が急激に起り、ラッピングスラリーの劣化に起因して加工レート（研磨速度）の低下、加工表面の形状悪化も急激に起こる。
【０００５】
このため、ラッピングスラリーの再使用期間が短くなり、ラッピングスラリーの交換作業を頻繁に行う必要が生じて作業工数も増加すると共に、歩留まり率が悪化して生産性が極端に低下し、これ等が原因となって生産コストをアップさせる問題が存在した。
【０００６】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、ラッピングスラリーの再使用期間を延長できるラッピングスラリーの管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明者は、ラッピングスラリーにおける砥粒の粒度分布変化と形状変化をそれぞれ観察すると共に、再使用に係るラッピングスラリーの劣化との関係を分析してその解決策の創作を試みた。
【０００８】
そして、上記観察の結果、サファイア単結晶等硬度の高いウェハーを両面ラッピング加工した場合、比較的柔らかい材料を加工する場合と較べて短時間で砥粒の破壊や磨耗が進行し、砥粒の粒度分布変化（粒度分布の中心値シフト、半値幅の拡大）と砥粒の形状変化（砥粒のエッジが丸くなってしまう）が急速に起っていることが確認され、かつ、これ等砥粒の粒度分布変化と形状変化に起因して研磨加工の効率が極端に低下してしまい、加工レートの低下と、加工表面の形状悪化を引き起こしていることが判明した。
【０００９】
そこで、このような技術的分析を経た後に、本発明者は、循環して再使用されるラッピングスラリーの劣化が防止される手法を見出すため鋭意実験を行ったところ、砥粒の粒度分布と形状変化が最小限に抑制されるラッピングスラリーの管理方法を発見するに至った。本発明はこのような技術的発見により完成されている。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明は、
サファイア単結晶ウェハー両面をラッピング加工する両面ラッピングマシーンに、ＳｉＣ砥粒とラップ液が含まれた一定量のラッピングスラリーを供給し、使用されたラッピングスラリーをフィルタリングしながら循環して再使用するラッピングスラリーの管理方法を前提とし、
一度にラッピング加工できるウェハーの単位を一バッチと定義した場合、
以下の第一工程で抜き取られた使用済みラッピングスラリーのＳｉＣ砥粒における粒度分布の測定を行い、ＳｉＣ砥粒における粒度分布の半値幅が４０μｍ以下のときには、第一工程〜第四工程で構成されるラッピングスラリーの再生処理を加工バッチ毎に行なうと共に、上記ＳｉＣ砥粒における粒度分布の半値幅が４０μｍを超えたときには、ラッピングスラリーの再生処理を行なうことなくラッピングスラリーの全てを交換することを特徴とする。
（１）使用済みラッピングスラリーから全容量の１０〜３０％のラッピングスラリーを抜き取る第一工程、
（２）ラッピングスラリー全容量の１０〜２０％に相当するラップ液を補充する第二工程、
（３）初期投入量の２０〜４０％に相当するＳｉＣ砥粒を補充する第三工程、
（４）上記砥粒をラップ液に均一に分散させる第四工程。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るラッピングスラリーの管理方法によれば、
以下の第一工程で抜き取られた使用済みラッピングスラリーのＳｉＣ砥粒における粒度分布の測定を行い、ＳｉＣ砥粒における粒度分布の半値幅が４０μｍ以下のときには、第一工程〜第四工程で構成されるラッピングスラリーの再生処理を加工バッチ毎に行なうと共に、上記ＳｉＣ砥粒における粒度分布の半値幅が４０μｍを超えたときには、ラッピングスラリーの再生処理を行なうことなくラッピングスラリーの全てを交換することを特
としている。
（１）使用済みラッピングスラリーから全容量の１０〜３０％のラッピングスラリーを抜き取る第一工程、
（２）ラッピングスラリー全容量の１０〜２０％に相当するラップ液を補充する第二工程、
（３）初期投入量の２０〜４０％に相当するＳｉＣ砥粒を補充する第三工程、
（４）上記砥粒をラップ液に均一に分散させる第四工程。
【００１３】
そして、第一工程で抜き取られた使用済みラッピングスラリーのＳｉＣ砥粒における粒度分布の半値幅が４０μｍ以下のときには、第二工程と第三工程で劣化の無い新鮮なラップ液と砥粒を補充しかつ第四工程でラップ液に砥粒を均一に分散させる一方、半値幅が４０μｍを超えたときには、上記再生処理を行なうことなくラッピングスラリーの全てを交換しているため、ラッピングスラリーにおける砥粒の粒度分布変化と形状変化が起り難くなりラッピングスラリーの再使用期間を延長させることが可能となる。
【００１４】
このため、ラッピングスラリーを頻繁に交換する必要がなくなって作業性の改善が図れ、かつ、加工レートの低下および加工表面の形状悪化が防止されて歩留まり率の改善が図れ、生産性の向上も図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明に係るラッピングスラリーの管理方法は、ウェハー両面をラッピング加工する両面ラッピングマシーンに、砥粒とラップ液が含まれた一定量のラッピングスラリーを供給し、使用されたラッピングスラリーをフィルタリングしながら循環して再使用するラッピングスラリーの管理方法において、
一度にラッピング加工できるウェハーの単位を一バッチと定義した場合、
以下の第一工程〜第四工程で構成されるラッピングスラリーの再生処理を、加工バッチ毎に行うことを特徴とするものである。
（１）使用済みラッピングスラリーから全容量の１０〜３０％のラッピングスラリーを抜き取る第一工程、
（２）ラッピングスラリー全容量の１０〜２０％に相当するラップ液を補充する第二工程、
（３）初期投入量の２０〜４０％に相当する砥粒を補充する第三工程、
（４）上記砥粒をラップ液に均一に分散させる第四工程。
【００１７】
以下、図面を用いて本発明に係るラッピングスラリーの管理方法をより具体的に説明すると、従来と同様、図３に示すようにラッピングマシーンで使用されたラッピングスラリーはフィルタリングされて切り屑等の不純物が除去され、不純物が除かれた砥粒とラップ液はスラリータンクへ戻され、循環してラッピングスラリーが再使用に供されるようになっている。そして、所定のラッピング加工が終了し、次回のバッチ加工に移る前に、ラッピングスラリーの上記再生処理が行われる。
【００１８】
すなわち、図３に示すようにスラリータンクから全容量の１０〜３０％の使用済みラッピングスラリーが抜き取られ、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）により抜き取られたラッピングスラリーにおける砥粒の粒度分布測定がなされると共に、粒度分布の半値幅が４０μｍを超えていない場合には、ラッピングスラリー全容量の１０〜２０％に相当するラップ液と、初期投入量の２０〜４０％に相当する砥粒を上記スラリータンク内にそれぞれ補充し、かつ、スラリータンク内においてラップ液に砥粒を均一に分散させた後、次回バッチのラッピング加工が行われる。尚、粒度分布測定の結果、初期投入された砥粒の粒度分布が変化してその半値幅が４０μｍを超えた場合には、以下に述べる理由によりラッピングスラリーの全てを新しいラッピングスラリーと交換する。
【００１９】
ここで、使用済みラッピングスラリーの抜き取り量が全容量の１０％未満であると、抜き取り量が少な過ぎて新しい砥粒とラップ液の補充量が確保できなくなるため、粒度分布の中心値シフトと半値幅拡大に対して補正の効果が得られなくなる。更に、抜き取り量が全容量の１０％未満であると、粒度分布における半値幅拡大の原因になっている磨耗した粒子を除去する効果も十分に得ることができない。他方、使用済みラッピングスラリーの抜き取り量が全容量の３０％を超えてしまうと、抜き取り量が多いことから新しい砥粒とラップ液の補充量を増加する必要があるためコストパフォーマンスが低下し、かつ、上記補充量を増加したことに伴う加工レートや表面品質の更なる改善効果も期待することはできない。尚、一般的なことであるが、ラッピングスラリーは砥粒とラップ液が均一に分散されていることが必要で、均一に分散されていないと加工レートの低下や表面品質に悪影響を及ぼす。このため、使用済みラッピングスラリーを３０％を超えて大量に抜き取ると砥粒とラップ液が均一に分散され難くなり好ましくない。従って、使用済みラッピングスラリーの抜き取り量は全容量の１０〜３０％であることを要する。
【００２０】
また、使用済みラッピングスラリーのフィルタリングは、ラッピングスラリーの寿命に影響すると同時に、研磨加工中に発生するウェハー屑や研磨定盤からの切屑を除去し、ウェハー表面の傷の発生を抑えて歩留りを向上させる効果がある。
【００２１】
次に、新しい砥粒とラップ液の補充は、再使用に伴い変化した使用済みラッピングスラリーの粒度分布を初期の適正値に補正するために投入されるものである。そして、新しい砥粒とラップ液を大量に投入することで変化した粒度分布を十分に補正することができる。しかし、その投入量に関してはコストとのバランスも重要であり、上述した範囲より多量に補充しても十分な補正効果と十分なコストパフォーマンスを得ることはできない。すなわち、砥粒の補充量が初期投入量の２０％未満であると、粒度分布の中心値シフトを適正に補正することはできず、加工レートや表面品質に与える効果はほとんど得られない。他方、砥粒の補充量が初期投入量の４０％を超えると、投入に伴う補正の効果は増加するが、十分なコストパフォーマンスを得る事はできない。従って、初期投入量の２０〜４０％に相当する砥粒を補充する必要があり、同様の理由から、ラッピングスラリー全容量の１０〜２０％に相当するラップ液を補充する必要がある。
【００２２】
また、ラッピングスラリーは、再使用期間が長くなるに伴いサファイア単結晶等ウェハーの切屑や砥粒が磨耗した微小粒子によって必然的に劣化が起り、平坦度の悪化等表面品質に悪影響を及ぼす。そして、ラッピングスラリーにおける粒度分布の半値幅が４０μｍを超えると、上記第一工程〜第四工程で構成されるラッピングスラリーの再生処理を施しても初期の状態（砥粒の形状や粒度分布等）に戻すことは難しくなる。このため、抜き取られたラッピングスラリーの粒度分布を測定し、粒度分布の半値幅が４０μｍを超えた場合にはラッピングスラリーの全てを新しいラッピングスラリーと交換する必要がある。
【００２３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２４】
図３に示すスラリータンク内に１７リットルのラップ液と９ｋｇのＳｉＣ砥粒を加え、十分攪拌してＳｉＣ砥粒が均一に分散したラッピングスラリーを調製した。
【００２５】
また、ラッピング加工中、ラッピングスラリーは、スラリータンク内において攪拌羽によってＳｉＣ砥粒が均一に分散され、フィルターによりフィルタリングされながら循環して再使用に供されている。このとき、ラッピングマシーンへのスラリー供給量は５リットル／minとした。
【００２６】
この条件でサファイア単結晶ウェハーの両面ラッピング加工を実施した。そして、１バッチのラッピング加工時間は９０分間とした。また、このときの加工レート（研磨速度）は０．７μｍ／minであり、ウェハー面内の厚さバラツキ（ＴＴＶ：Total thickness Variation）は２μｍ、表面粗さ（Ｒａ）については０．８９μｍであった。
【００２７】
１バッチ目のラッピング加工を終えた後、スラリータンクの使用済みラッピングスラリーから４リットルのスラリーを抜き取り、新しい２リットルのラップ液と３ｋｇのＳｉＣ砥粒を補充してラッピングスラリーの再生処理を行った。
【００２８】
そして、１バッチ目と同一の条件で、２バッチ目のサファイア単結晶ウェハーについて９０分間の両面ラッピング加工を実施した。
【００２９】
２バッチ目の加工レート（研磨速度）は０．７μｍ／min、ウェハー面内の厚さバラツキ（ＴＴＶ）は３μｍ、表面粗さ（Ｒａ）については０．８４μｍであり、１バッチ目と較べて安定していた。
【００３０】
２バッチ目のラッピング加工を終えた後、引き続き、上記ラッピングスラリーの再生処理を加工バッチ毎繰り返し、合計１０バッチ（９００分間）まで繰り返しラッピング加工を行った。
【００３１】
結果として、１０バッチ目のラッピング加工においても、加工レート（研磨速度）は０．８μｍ／min、ウェハー面内の厚さバラツキ（ＴＴＶ）は５μｍ、表面粗さ（Ｒａ）は０．８４μｍであり、１バッチ目のラッピング加工と較べて加工レートと表面粗さは殆ど変化しておらず、非常に安定していた。
【００３２】
但し、ウェハー面内の厚さバラツキ（ＴＴＶ）は大きくなる傾向にあり、粒度分布の半値幅も図４のグラフ図に示すように１０バッチ目で４０μｍを超えていた。よって、半値幅４０μｍを使用限度とし、全スラリーの交換を行っている。
【００３３】
これ等ラッピング加工とラッピングスラリーの再生処理を３サイクル繰り返し行い、安定性について確認したが、以下の表１に示すようにいずれも同様の結果が得られた。
【００３４】
尚、表１中、「レート」は加工レート（研磨速度）、「平行」はウェハー面内の厚さバラツキ（ＴＴＶ）、「粗さ（Ｒａ）」は表面粗さ（Ｒａ）を示している。
【００３５】
【表１】
0005034742.tif 000002
［比較例１］
粒度分布の半値幅が１０バッチ目で４０μｍを超えないようにするため、実施例１におけるラッピングスラリーの再生処理条件を変更して、実施例１と同様のラッピング加工とラッピングスラリーの再生処理を行った。
【００３６】
すなわち、使用済みラッピングスラリーからのスラリーの抜き取り量を４リットルより多めに設定し、かつ、ラップ液とＳｉＣ砥粒の補充量も実施例１より多めに設定（すなわち、ラップ液の補充量がラッピングスラリー全容量の２０％を超える量、ＳｉＣ砥粒の補充量が初期投入量の４０％を超える量にそれぞれ設定）して、実施例１と同様のラッピング加工とラッピングスラリーの再生処理を行った。
【００３７】
そして、粒度分布の半値幅は１０バッチ目（９００分間）で４０μｍを超えなかったが、ラッピングスラリーの再使用時間が１０００時間を越えると上記半値幅は４０μｍを超えてしまっていた。
【００３８】
この結果、ラップ液と砥粒の補充量を増やすことでラッピングスラリーの再使用時間を実施例１より若干延長させることはできたが、増やした分に見合う更なる効果は期待できなかった。
【００３９】
すなわち、ラップ液と砥粒が必要以上に多量に補充されても、多量の補充に見合っただけの十分な補正効果と十分なコストパフォーマンスを得られないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係るラッピングスラリーの管理方法によれば、ラッピングスラリーを頻繁に交換する必要がないため作業性の改善が図れ、かつ、加工レートの低下および加工表面の形状悪化が防止されて歩留まり率の改善が図れるため生産性の向上も図れる。
【００４１】
よって、サファイア単結晶ウェハー等の研磨方法に適用される産業上の利用可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】両面ラッピングマシーンの概略構成図。
【図２】従来のラッピングスラリーの管理方法を示す説明図。
【図３】本発明のラッピングスラリーの管理方法を示す説明図。
【図４】ラッピングスラリーの繰り返し使用回数と、使用済みスラリー内砥粒の粒度分布における半値幅の変化との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００４３】
１  上の研磨定盤
２  下の研磨定盤
１０  砥粒
Ｗ  ウェハー
【図１】
0005034742.tif 000003
【図２】
0005034742.tif 000004
【図３】
0005034742.tif 000005
【図４】
0005034742.tif 000006