JP2001260015A

JP2001260015A - 半導体ウェーハのラッピング方法およびその装置

Info

Publication number: JP2001260015A
Application number: JP2000067469A
Authority: JP
Inventors: Fumiya Fukuhara; 史也福原; Hisakazu Konishi; 央員小西; Kazuya Hosomi; 和弥細見
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの厚さのバラツキを低減さ
せ、ウェーハ平坦度も高める半導体ウェーハのラッピン
グ方法およびその装置を提供する。【解決手段】ラップ加工時、上定盤１５および／また
は下定盤１６がキャリアプレート１３に当接したのを負
荷検出センサ１７が駆動モータ１４の過負荷として検出
した場合には、その検出信号がラップ終了手段１８に伝
達され、これによりラップ終了手段１８が駆動モータ１
４を停止して、ラップが終了する。その結果、シリコン
ウェーハＷの厚さのバラツキを低減させることができる
とともに、このウェーハＷの平坦度も高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体ウェーハの
ラッピング方法およびその装置、詳しくはラッピング後
のウェーハ平坦度を高め、各半導体ウェーハの厚さのバ
ラツキを抑えた半導体ウェーハのラッピング方法および
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】汎用されているラッピング装置は、キャ
リアプレートに形成された複数個のウェーハ保持孔にシ
リコンウェーハを挿入・保持し、スラリー（ラップ液）
を上方から供給しながら各ウェーハをラッピングする。
具体的には、回転モータによって回転する太陽ギヤおよ
びインターナルギヤの間で、キャリアプレートを自転，
公転させ、これによりウェーハ保持孔内のシリコンウェ
ーハの表裏面（上面および下面）を、上定盤および下定
盤の各対向面（ラップ作用面）に押圧・摺接してラッピ
ングしていた。なお、ラップ中、キャリアプレートの下
面は下定盤のラップ作用面に接触している。この際に、
従来品のキャリアプレートの厚さは、あらかじめ設定さ
れたラップ後のシリコンウェーハの厚さよりも薄く設計
されていた。例えば、キャリアプレートとシリコンウェ
ーハとの厚さの差は、７０μｍ以上であった。また、従
来手段では、ラップ終了の検知、すなわちウェーハが設
定厚さまでラッピングされた時の検知は、距離センサを
用いて、上定盤と下定盤との間の距離を計測することで
行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のラッピング装置によれば、上定盤と下定盤と
の間の距離を計測することによりラップの終了を検知
し、しかも、キャリアプレートの厚さは、ラップ後のウ
ェーハの厚さよりも薄かった。このため、例えば直径１
４００〜１５００ｍｍなどの大口径の上定盤、下定盤で
はその距離計測の誤差が大きく、よって、ラップ後のシ
リコンウェーハの平坦度はＧＢＩＲで１．２〜１．５μ
ｍ程度であった。しかも、例えば１バッチでの各ウェー
ハ間において、ウェーハ厚さにバラツキがあった。特
に、各バッチ間におけるウェーハ厚さにも大きなバラツ
キが生じていた。

【０００４】そこで、発明者は、鋭意研究の結果、キャ
リアプレートの厚さをラップ後のウェーハの厚さと略同
じに設計し、さらにラップ終了の検知時を、ラップ中の
上定盤がキャリアプレートに当接した時とすれば、前述
したウェーハの厚さのバラツキがなくなり、ウェーハの
平坦度が高まることを知見し、この発明を完成させた。

【０００５】

【発明の目的】この発明は、半導体ウェーハの厚さバラ
ツキを低減することができ、しかもウェーハ平坦度も高
めることができる半導体ウェーハのラッピング方法およ
びその装置を提供することを、その目的としている。ま
た、この発明は、定盤のラップ作用面を疵つけずに、定
盤がキャリアプレートに当接したことを検出することが
できる半導体ウェーハのラッピング方法およびその装置
を提供することを、その目的としている。さらに、この
発明は、簡単な制御によって、正確なラップ終了時の検
出を行うことができる半導体ウェーハのラッピング方法
およびその装置を提供することを、その目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、互いに平行に設けられた上定盤および下定盤の間
で、砥粒を含むラップ液を供給しながら、半導体ウェー
ハがウェーハ保持孔に保持されたキャリアプレートを自
転，公転させて、半導体ウェーハの表裏両面を同時にラ
ッピングする半導体ウェーハのラッピング方法におい
て、あらかじめ設定されたラッピング後の半導体ウェー
ハの厚さと略同じ厚さのキャリアプレートを準備する工
程と、上記上定盤がキャリアプレートに当接したことを
検出したとき、半導体ウェーハのラッピングを終了する
工程とを備えた半導体ウェーハのラッピング方法であ
る。

【０００７】キャリアプレートのウェーハ保持孔の個数
は限定されない。１つでも複数でもよい。すなわち、枚
葉式のラッピング装置であっても、多数枚の半導体ウェ
ーハを一括してラップ加工するバッチ式の装置であって
もよい。また、キャリアプレートの材質は限定されな
い。例えば、ＳＫ材が挙げられる。キャリアプレートの
大きさは限定されない。また、通常、ラッピングされる
半導体ウェーハの口径に合わせて変更される。さらに、
ここで使用されるラップ液の種類は限定されない。例え
ば、水にアルミナ粉末を分散したものがある。キャリア
プレートの厚さは、半導体ウェーハのラップ終了時の厚
さに合わせて変更される。

【０００８】それから、上定盤がキャリアプレートに当
接した状態を検出する方法も限定されない。例えば、上
定盤の駆動部および／または下定盤の駆動部に対する過
負荷を検出するようにしてもよい。なお、下定盤は、ラ
ップ中、常時キャリアプレートに接触しているので、こ
のように上定盤がキャリアプレートに接触することで、
通常は、上定盤の駆動部だけでなく下定盤の駆動部にも
過負荷がかかる。負荷検出用のセンサには、汎用の負荷
検出センサを用いることができる。ラップの終了の操作
は、通常、上定盤および下定盤の回転を停止させること
で行われる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、上記上定盤の駆
動部および／または下定盤の駆動部の過負荷を検出した
際、半導体ウェーハのラッピングを終了する請求項１に
記載の半導体ウェーハのラッピング方法である。

【００１０】請求項３に記載の発明は、互いに平行に設
けられた上定盤および下定盤と、上記上定盤と下定盤と
の間に介在されて、半導体ウェーハを保持するウェーハ
保持孔が形成されたキャリアプレートとを備えたラッピ
ング装置において、上記キャリアプレートが、ラッピン
グ後の半導体ウェーハの所望の厚さと略同じ厚さを有
し、上記上定盤がキャリアプレートに当接したことを検
出して、半導体ウェーハのラッピングを終了するラップ
終了手段を設けた半導体ウェーハのラッピング装置であ
る。

【００１１】請求項４に記載の発明は、上記ラップ終了
手段が、上記上定盤の駆動部および／または下定盤の駆
動部の過負荷を検出する負荷検出センサを有する請求項
３に記載の半導体ウェーハのラッピング装置である。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の発明および請求項３に記載の
発明によれば、ラップ加工時、上定盤がキャリアプレー
トに当接したことを検出したとき、半導体ウェーハのラ
ップ作業を終了する。これにより、半導体ウェーハの厚
さのバラツキを低減することができる。しかも、このキ
ャリアプレートが、半導体ウェーハの表裏両面の全域の
厚さを揃えるガイド板の役目も果たす。その結果、ラッ
プ加工後の半導体ウェーハの平坦度も、従来のシリコン
ウェーハのＧＢＩＲが１．２〜１．５μｍであったのに
対して、ＧＢＩＲが０．５μｍ程度にまで高まる。

【００１３】また、請求項２に記載の発明および請求項
４に記載の発明によれば、上定盤の駆動部および／また
は下定盤の駆動部の過負荷を検出したとき、半導体ウェ
ーハのラッピングを終了する。その結果、簡単な制御機
構であっても、正確なラップ終了時を検出することがで
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図面
を参照して説明する。図１は、この発明の一実施例に係
る半導体ウェーハのラッピング装置の主要部の斜視図で
ある。図２（ａ）は、この発明の一実施例に係る半導体
ウェーハのラッピング中の状態を示すその主要部の拡大
断面図である。図２（ｂ）は、この発明の一実施例に係
る半導体ウェーハのラッピング終了時の状態を示す主要
部の拡大断面図である。図３は、この発明の一実施例に
係る半導体ウェーハのラッピング装置の制御系を示すブ
ロック図である。

【００１５】図１および図２に示すように、このラッピ
ング装置１０は、軸回りに回転自在に設けられた太陽ギ
ヤ１１と、この軸と同軸で回転自在に設けられたインタ
ーナルギヤ１２と、これらの両ギヤ１１，１２に同時に
歯合して公転および自転する円形板状のキャリアプレー
ト１３とを有している。キャリアプレート１３の厚さ
は、あらかじめ設定されたラッピング後のシリコンウェ
ーハＷの厚さと略同じであり、また、その素材はＳＫ材
である。キャリアプレート１３は、太陽ギヤ１１の回り
に複数個配置されており、しかも各キャリアプレート１
３にはシリコンウェーハＷを収納するウェーハ保持孔１
３ａが穿設されている。各シリコンウェーハＷは、これ
らのウェーハ保持孔１３ａに挿入されて保持される。

【００１６】図１〜図３に示すように、各キャリアプレ
ート１３の上下には、このプレート１３と平行に、上定
盤１５および下定盤１６が配設されている。両定盤１
５，１６は、歯車式の動力伝達系を介して、１個の駆動
モータ（駆動部）１４によって互いに反対方向へ回転さ
せられる。また、駆動モータ１４には、そのモータの負
荷を検出するための負荷検出センサ１７が設けられてい
る。一方、ラッピング装置１０の制御系には、負荷検出
センサ１７からの過負荷検出信号に基づき、駆動モータ
１４を停止させてラッピングを終了するラップ終了手段
１８が搭載されている。

【００１７】次に、図４〜図６を参照して、ラッピング
装置１０によるシリコンウェーハＷのラッピング加工法
を説明する。図４は、この発明の一実施例に係るシリコ
ンウェーハのラッピング装置での制御手順を示すフロー
シートである。図５にて（ａ）は、この発明の一実施例
に係るラッピング装置によるラップ中の過負荷検出時期
を示すグラフである。図５の（ｂ）は、従来手段のラッ
ピング装置によるラップ中のモータ電流値の推移を示す
グラフである。図６において（ａ）は、この発明の一実
施例に係るラッピング装置によるラッピング後のシリコ
ンウェーハの平坦度（ＧＢＩＲ）とその１バッチでの度
数との関係を示したグラフである。図６の（ｂ）は、従
来のラッピング装置によるラッピング後のシリコンウェ
ーハの度数と平坦度との関係を示したグラフである。

【００１８】まず、ラッピング装置によりラップを開始
する（Ｓ１００）。すなわち、上定盤１５および下定盤
１６と、各キャリアプレート１３との間にラッピングス
ラリーを供給しながら、太陽ギヤ１１、インターナルギ
ヤ１２を互いに反対方向へ回転させる。また、駆動モー
タ１４により、両定盤１５，１６を反対方向へ回転させ
る。

【００１９】これにより、キャリアプレート１３に保持
された例えば５枚のシリコンウェーハＷは、上定盤１
５、下定盤１６の間で自転、公転しながら、シリコンウ
ェーハ表裏両面（上，下面）のラッピングがなされる
（図２（ａ）参照）。なお、ラップ中、各キャリアプレ
ート１３の下面は下定盤１６のラップ作用面に接触して
いる。また、ラップ中に供給されるスラリーには、例え
ば複合人造エメリを含むもの（ＦＯ＃１２００）が用い
られる。このラップ時には、常に、駆動モータ１４の出
力軸にかかる負荷の大きさが検出されている（Ｓ１０
１、Ｓ１０２）。具体的には、モータ電流をモニタリン
グし、その実測値が設定値以上となった場合は、停止信
号をＯＮとするものである。モータ電流とは、定盤の回
転軸を駆動するモータの電流値で、シリコンウェーハの
ラップ中は一定の電流値を示す（図５（ｂ））。

【００２０】したがって、ラップ加工中、上定盤１５の
ラップ作用面が、キャリアプレート１３の対向する面
（上面）に当接した場合には、駆動モータ１４に過負荷
がかかることとなる。詳しくは、上定盤１５がキャリア
プレート１３の上面に接すると、その回転軸ひいてはモ
ータ主軸への負荷が大となる。よって、電流値（実測
値）がシリコンウェーハＷのラップ中よりも大きくなる
（図５（ａ））。もちろん、下定盤１６のラップ面に
は、ラップ開始時からキャリアプレート１３が接触して
いる。したがって、この上定盤１５のキャリアプレート
接触時は、上定盤１５および下定盤１６の間でキャリア
プレート１３が挟まれることから、実際は下定盤１６側
の経路からも過負荷の検出が行われていることになる。
この過負荷を負荷検出センサ１７が検出し、それをラッ
プ終了手段１８に過負荷信号として伝達する。なお、従
来では、キャリアプレートに上定盤が当接することがな
いため、このような過負荷はかからない（図５（ｂ）参
照）。次に、ラップ終了手段１８からは駆動モータ１４
にモータ停止命令が発せられる（Ｓ１０３）。この結
果、駆動モータ１４が停止し、ラップの加工が終了する
（Ｓ１０４）。なお、このモータ停止時には、太陽ギヤ
１１、インターナルギヤ１２の回転も停止する。

【００２１】このように、上定盤１５がキャリアプレー
ト１３に当接した状態を負荷検出センサ１７で検出した
時、シリコンウェーハＷのラップ作業を終了するように
したので、ラップ加工後の１バッチ（２０枚）での各シ
リコンウェーハＷの厚さのバラツキ、および、各バッチ
間でのシリコンウェーハＷの厚さのバラツキを低減する
ことができる。しかも、このキャリアプレート１３が、
シリコンウェーハＷの表裏両面の全域の厚さを揃えるガ
イド板の役目を果たすので、ラップ後のシリコンウェー
ハＷの平坦度（ＧＢＩＲ）を０．５μｍ程度まで高める
ことができる。

【００２２】図６の（ａ）には、この発明の一実施例に
係るラッピング装置１０によってラップ加工された後の
シリコンウェーハの平坦度を示す。その平坦度の平均値
は０．４３μｍである。キャリアプレートの厚さは７８
０μｍとした。また、図６の（ｂ）には従来のラッピン
グ装置によりラップ加工された後のシリコンウェーハの
それを示す。その平坦度の平均値は１．３０μｍ、キャ
リアプレートの厚さは７５０μｍであった。両者を対比
すると、明らかにこの発明の一実施例に係るラッピング
装置１０によるシリコンウェーハの方が高平坦度である
ことがわかる。しかも、この一実施例では、キャリアプ
レート１３が所定の硬度で設計されているので、両定盤
１５，１６のラップ作用面を疵つけずに、これらの定盤
１５，１６がキャリアプレート１３に当接した状態を検
出することができる。さらに、上定盤１５および／また
は下定盤１６の駆動モータ１４の過負荷を検出したと
き、シリコンウェーハＷのラッピングを終了するように
構成したので、簡単な制御機構で、正確なラップ終了時
の検出を行うことができる。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば、キャリアプレートに
上定盤が当接した時がラッピングの終了時としたので、
１バッチ分のウェーハ間および各バッチのウェーハ間に
おいて、半導体ウェーハの厚さのバラツキを小さくする
ことができる。しかも、ラップドウェーハの平坦度も高
めることができる。

【００２４】また、請求項２、請求項４の発明によれ
ば、上定盤の駆動部および／または下定盤の駆動部に過
剰の負荷がかかったのを検出したときに、ラップ加工を
終了するようにしたので、簡単な制御機構で、正確にラ
ップ加工の終了時を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのラ
ッピング装置の要部斜視図である。

【図２】（ａ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウ
ェーハのラッピング中の要部拡大断面図である。（ｂ）
は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのラッピ
ング終了時を示す要部拡大断面図である。

【図３】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのラ
ッピング装置の制御系を示すブロック図である。

【図４】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのラ
ッピング装置の制御系のフローシートである。

【図５】（ａ）は、この発明のラッピング装置によるラ
ップ中の過負荷検出時期を示すグラフである。（ｂ）
は、従来手段のラッピング装置によるラップ中のモータ
電流値の推移を示すグラフである。

【図６】（ａ）は、この発明のラッピング装置によるラ
ッピング後のシリコンウェーハの平坦度を示したグラフ
である。（ｂ）は、従来のラッピング装置によるラッピ
ング後のシリコンウェーハの平坦度を示したグラフであ
る。

【符号の説明】

１０ラッピング装置、１５上定盤、１６下定盤、１３キャリアプレート、１３ａウェーハ保持孔、１４駆動モータ、１７負荷検出センサ、１８ラップ終了手段、Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細見和弥東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内Ｆターム(参考） 3C058 AB04 AB08 AC02 BA01 BA06 BA07 CB01 CB06 DA06 DA09 DA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに平行に設けられた上定盤および下
定盤の間で、砥粒を含むラップ液を供給しながら、半導
体ウェーハがウェーハ保持孔に保持されたキャリアプレ
ートを自転，公転させて、半導体ウェーハの表裏両面を
同時にラッピングする半導体ウェーハのラッピング方法
において、あらかじめ設定されたラッピング後の半導体ウェーハの
厚さと略同じ厚さのキャリアプレートを準備する工程
と、上記上定盤がキャリアプレートに当接したことを検出し
たとき、半導体ウェーハのラッピングを終了する工程と
を備えた半導体ウェーハのラッピング方法。
【請求項２】上記上定盤の駆動部および／または下定
盤の駆動部の過負荷を検出した際、半導体ウェーハのラ
ッピングを終了する請求項１に記載の半導体ウェーハの
ラッピング方法。
【請求項３】互いに平行に設けられた上定盤および下
定盤と、上記上定盤と下定盤との間に介在されて、半導体ウェー
ハを保持するウェーハ保持孔が形成されたキャリアプレ
ートとを備えたラッピング装置において、上記キャリアプレートが、ラッピング後の半導体ウェー
ハの所望の厚さと略同じ厚さを有し、上記上定盤がキャリアプレートに当接したことを検出し
て、半導体ウェーハのラッピングを終了するラップ終了
手段を設けた半導体ウェーハのラッピング装置。
【請求項４】上記ラップ終了手段が、上記上定盤の駆
動部および／または下定盤の駆動部の過負荷を検出する
負荷検出センサを有する請求項３に記載の半導体ウェー
ハのラッピング装置。