JP2009111095A - ウェーハラッピング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工液に改良を加えることにより、ラップ定盤の磨耗を抑制し、ラッピング後のウェーハの平坦度および膜厚の面内均一性を向上させるウェーハラッピング方法を提供する。
【解決手段】上定盤１４と下定盤１２との間に被加工ウェーハ４０を介在させ、加工液を供給しながらラッピング加工するウェーハラッピング方法において、この加工液に砥粒とマイクロナノバブル水が含まれることを特徴とするウェーハラッピング方法である。このマイクロバブル水は、ウェーハラッピング装置１０に付設されたマイクロナノバブル水生成装置２２で生成され、加工液中に混合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハのラッピング方法に関し、特にラッピング後のウェーハの平坦度および膜厚の面内均一性を向上させるウェーハラッピング方法に関する。

インゴットからスライスされたウェーハ、例えばシリコンウェーハは、ラッピング、エッチング、研磨（ポリッシング）工程を経て、ウェーハ表裏面もしくはその片面が鏡面仕上げされた鏡面ウェーハに加工される。これら各工程において、ウェーハは円盤状の形状を保ったまま加工される。そして、各工程間には洗浄、乾燥、搬送等の手順が入る。

通常スライス後のウェーハは、厚さが必ずしも一定ではなく、また、表面に凹凸が存在する。さらに、スライス時のダメージ層が表面に存在する。このため、スライス後のウェーハ厚さを均一にし、かつ、表面の凹凸およびダメージ層を除去するために、上記ラッピング工程が行われる。ラッピング工程においては、被加工ウェーハを互いに平行なラップ定盤の間、すなわち、上定盤と下定盤の間にウェーハを配置し、遊離砥粒と分散剤と水との混合物である加工液（ラップ液）を上定盤と下定盤との間に流し込む。そして、加圧下でウェーハと２枚の定盤を回転、すり合わせることにより、ウェーハの表裏両面をラッピングする（例えば、特許文献１）。

もっとも、ラッピング加工枚数を重ねると、砥粒による上下定盤の磨耗が進行し、このためにラッピング後のウェーハ表面平坦度を劣化してくる。したがって、安定したウェーハ品質の維持が困難であるという問題が生じていた。また、磨耗が進行するため、ドレッシングなどの定盤形状の修正を頻繁に行う必要が生じ、作業効率が著しく悪化するという問題も同時に生じていた。

このため、ラップ定盤の磨耗を抑制し、ラッピング後のウェーハの平坦度および膜厚の面内均一性を向上させるウェーハラッピング方法が求められている。
特開２００４−１１４２７７号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、加工液に改良を加えることにより、ラップ定盤の磨耗を抑制し、ラッピング後のウェーハの平坦度および膜厚の面内均一性を向上させるウェーハラッピング方法を提供することにある。

本発明の一態様のウェーハラッピング方法は、上定盤と下定盤との間に被加工ウェーハを介在させ、加工液を供給しながらラッピング加工するウェーハラッピング方法において、前記加工液に砥粒とマイクロナノバブル水が含まれることを特徴とする。

ここで、前記マイクロナノバブル水中のマイクロナノバブル密度が、１０００個／ｍｌ以上であることが望ましい。

ここで、前記マイクロナノバブル水は、マイクロナノバブル生成後１０時間以内のマイクロナノバブル水であることが望ましい。

ここで、前記被加工ウェーハがシリコンウェーハであることが望ましい。

本発明によれば、加工液に改良を加えることにより、ラップ定盤の磨耗を抑制し、ラッピング後のウェーハの平坦度および膜厚の面内均一性を向上させるウェーハラッピング方法を提供することが可能になる。

以下、本発明のウェーハラッピング方法の実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。なお、ウェーハとして、ここではシリコンウェーハを対象とする場合を例として記載する。また、本明細書中マイクロナノバブルとは、直径が１ｎｍ以上１００μｍ未満の気泡と定義する。そして、マイクロナノバブル水とは、このマイクロナノバブルを含有する純粋等の水を称するものとする。

本実施の形態のウェーハラッピング方法は、上定盤と下定盤との間に被加工ウェーハを介在させ、加工液を供給しながらラッピング加工するウェーハラッピング方法において、加工液に砥粒とマイクロナノバブル水が含まれることを特徴とする。

図１は、本実施の形態の方法で用いられるウェーハラッピング装置の概略図である。図１（ａ）が上面図、図１（ｂ）が図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。ただし、図１（ａ）では、後述する上定盤は図から省略されている。図１（ｂ）に示すようにウェーハラッピング装置１０は、相対向して設けられた下定盤１２および上定盤１４を有している。これらの上下定盤（上下ラップ定盤）は、不図示の駆動手段によって、互いに逆方向に回転可能である。ここで、下定盤１２および上定盤１４は、例えば、黒鉛鋳鉄で形成されている。

そして、図１（ａ）に示されるように、ウェーハラッピング装置１０の中心部にはサンギア１６が設けられ、ウェーハラッピング装置１０の最外周部には環状のインターナルギア１８が設けられている。そして、サンギア１６とインターナルギア１８に挟み込まれるように複数の円盤状のキャリア２４が配置されている。

図１（ｂ）に示すように、サンギア１６は下定盤１２の中心部の上面に設けられている。そして、円盤状のキャリア２４は、下定盤１２および上定盤１４の間に配置されている。そして、このキャリア２４は、サンギア１６とインターナルギア１８の作用により、後にその動作を詳述するように、自転および公転しつつ下定盤１２と上定盤１４の間を摺動可能となっている。また、ウェーハラッピング装置１０には、ウェーハのラッピング中に下定盤１２と上定盤１４の間に、加工液を供給する加工液供給部２６が上定盤１４の中心部に備えられている。

キャリア２４には、図１（ａ）に示すようにウェーハ保持孔３０が設けられ、研磨すべきウェーハ４０は、このウェーハ保持孔３０内に配置される。なお、ここでは、１つのキャリア２４に１つのウェーハ保持孔３０が設けられている場合を示しているが、図２に示すように、１つのキャリア２４に複数、例えば３枚のウェーハ保持孔３０を設ける構成をとることも可能である。

さらに、ウェーハラッピング装置１０には、マイクロナノバブル水生成装置２２が付設されている。このマイクロナノバブル水生成装置２２で生成されたマイクロナノバブル水が、砥粒等と混合され、ウェーハラッピング装置１０の２つの定盤の間に供給可能となるよう加工液供給系が構成されている。マイクロナノバブル中の気体は、例えば、空気、酸素等を用いることが可能であるが特に限定されるわけではない。

このマイクロナノバブル水生成装置２２は、例えば、旋回流式のマイクロナノバブル発生機構を用いて１０００個〜数１００万個／ｍｌの密度のマイクロナノバブルを発生可能に設計されている。

次に、ウェーハラッピング装置１０およびマイクロナノバブル水生成装置２２を用いたウェーハラッピング方法について説明する。

ラッピングに先立ち、同時にラッピングされる複数のウェーハ４０は、キャリア２４のウェーハ保持孔３０に配置される。そして、キャリア２４を、平行に保持される下定盤１２と上定盤１４の間に、荷重を加えて挟みこむ。これによって、シリコンウェーハである被加工ウェーハ４０を上定盤１４と下定盤１２との間に介在させる。

次に、図示しない回転機構により、サンギア１６およびインターナルギア１８の少なくともいずれか一方を回転させると、両ギアによってキャリア２４に回転運動が与えられる。図３は、キャリアおよびウェーハの運動を示す図である。キャリア２４は図示しないギアをその外周に有している。そして、キャリア２４は、下定盤（図示せず）および上定盤（図示せず）の回転と、サンギア１６およびインターナルギア１８の回転から、公転（矢印Ｒ３）および自転（矢印Ｒ２）を行っている。そして、このような公転と自転を行うキャリア２４のウェーハ保持孔３０に保持されるウェーハ４０は、ウェーハ４０そのものが自転（矢印Ｒ１）を行うことになる。

さらに、図示しない駆動手段により上定盤１４および下定盤１２を互いに反対方向に回転するように駆動する。これらの動作によりシリコンウェーハ４０と上定盤１４、下定盤１２が相対的にすべりあう。そして、加工液供給部２６（図１（ｂ））から上定盤１４と下定盤１２の間に、加工液を供給することにより、シリコンウェーハ４０の表面が研磨（ラップ）される。

そして、この加工液として、砥粒とマイクロナノバブル水生成装置２２で生成されたマイクロナノバブル水を含む加工液が用いられる。この加工液には、公知のラッピング用研磨液とマイクロナノバブル水の混合物を用いてもかまわない。公知のラッピング用研磨液としては、例えば、アルミナ・ジルコニウム等の遊離砥粒と、界面活性剤を含む水などの液体を混合した水溶性の研磨液などが使用可能である。

通常、ラッピングを多数のウェーハについて繰り返していくと、上下定盤自体に磨耗が発生し、加工枚数を加えるごとに、ラッピング後のシリコンウェーの平坦度やウェーハ厚の面内均一性が劣化していく。しかしながら、本実施の形態のように、加工液にマイクロナノバブル水を含有させることにより、上下定盤の磨耗が抑制され、ラッピングを多数のウェーハについて繰り返し行っても、従来と比較して、ラッピング後のウェーハ表面の高い平坦度およびウェーハ厚の面内均一性を維持することが可能となる。

上述のように、本実施の形態において、上下定盤の磨耗が抑制され、ラッピング後のウェーハ表面の高い平坦度およびウェーハ厚の面内均一性を実現することが可能となる理由は次のように考えられる。すなわち、マイクロナノバブルは大きなゼータ電位を有することから、加工液中の砥粒の分散性が向上し、均一なラッピング加工を行うことができる。言い換えれば、上下定盤の磨耗の定盤内分布も平均化されるのである。

なお、本実施の形態において、マイクロナノバブル水のマイクロナノバブル密度が、１０００個／ｍｌ以上であることが望ましい。この密度以上であれば、上下定盤の磨耗抑制効果が実用上十分得られるからである。さらに、マイクロナノバブル水のマイクロナノバブル密度が、５０万個／ｍｌ以上であることが望ましい。この密度以上であれば、上下定盤の磨耗抑制効果が顕著に得られるからである。

また、マイクロナノバブル水は、マイクロナノバブル生成後１０時間以内のマイクロナノバブル水であることが望ましい。マイクロナノバブル水中のマイクロナノバブル密度およびゼータ電位は、時間と共に減少するところ、マイクロナノバブル生成後１０時間以内であれば、マイクロナノバブル生成直後同様の効果が得られるためである。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、ウェーハラッピング装置やウェーハラッピング方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるウェーハラッピング装置やウェーハラッピング方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。

例えば、上記実施の形態においては、ウェーハとしてシリコンウェーハを例に説明したが、必ずしもシリコンウェーハに限らず、ラッピング対象となるウェーハであれば、例えば、ＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハ等のシリコンウェーハ以外のウェーハについても適用することが可能である。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのウェーハラッピング方法は、本発明の範囲に包含される。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例）
図１に示すようなウェーハラッピング装置であるＳＰＥＥＤＦＡＭ株式会社製ウェーハラッピング装置（型番：ＤＳＭ２８Ｂ−５Ｌ−４Ｄ）を用いてΦ３００ｍｍのＳｉ（１００）のシリコンウェーハをラッピングした。上下定盤の素材は、黒鉛鋳鉄である。また、加工条件として、上下定盤回転数３０ｒｐｍ、ラップ荷重１００ｇ／ｃｍ^２とした。

マイクロナノバブル水生成装置としては、株式会社協和機設製ナノバブル生成装置ＢＵＶＩＴＡＳ（形式：ＨＹＫ−２５）を用いて生成した。マイクロナノバブル中の気体は空気とした。１８Ｌの純水に対し、マイクロナノバブル水生成装置を３０分稼動させて生成したマイクロナノバブル水を加工液に含有させた。加工液は、上記マイクロナノバブル水、株式会社フジミインコーポレーテッド社製研磨剤（型番：ＦＯ＃１０００）を重量比２：１の割合で混合したものを用いた。また、今回用いたマイクロナノバブル水は、比較的バブルの安定する生成後４０ｍｉｎ経過時にレーザー回折法による粒度分布測定を行った結果、バブル密度が２．７〜７．４×１０^６個／ｍｌ、バブル粒径の中央値が０．５９３〜０．５９６μｍ、ヒストグラムのピークは０．１μｍ、０．３μｍ、０．５μｍ付近にそれぞれ見られた。

加工ウェーハ枚数を増加させていくライフ試験を行い、上下定盤の磨耗による定盤の変形量を株式会社Ｈｉｔｚハイテクノロジー社製の真直度形状測定機で評価した。結果は図４に示す。また、同様の試験で、ラッピング後のウェーハ表面平坦度をコベルコ社製ボウ・ワープ測定器（型番：ＳＢＷ−３３０Ｍ）で評価した。結果を図５に示す。また、ウェーハを１０００枚ラッピングした後に実施したラッピング後のウェーハ厚さの面内分布をコベルコ社製ボウ・ワープ測定器（型番：ＳＢＷ−３３０Ｍ）で評価した。結果を図６（ａ）に示す。図６（ａ）左図が等厚線図、図６（ａ）右図が、中心を通るウェーハ断面の厚さ分布である。なお、ここで、厚さの均一性の評価指標としては、ＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ Ｂａｃｋ−ｓｉｄｅ Ｉｄｅａｌ Ｒａｎｇｅ）を用いた。

（比較例）
マイクロナノバブル水を加工液に含有させないこと以外は実施例と同様の条件でウェーハのラッピングを行った。

上下定盤の磨耗量の評価結果を図４に示す。また、ラッピング後のウェーハ表面平坦度の評価結果を図５に示す。そして、ラッピング後のウェーハ厚さの面内分布の評価結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）左図が等厚線図、図６（ｂ）右図が、中心を通るウェーハ断面の厚さ分布である。

図４に示すように、マイクロナノバブル水を含む加工液を用いると、マイクロナノバブル水を含まない加工液（比較例）に比べ、加工ウェーハ枚数に対する上下定盤の磨耗量が抑制される。また、図５に示すように、実施例の場合は、加工ウェーハ枚数に対するラッピング後のウェーハ表面平坦度が向上する。さらに、図６に示すように、加工枚数を重ねた後の、ウェーハラッピング後のウェーハ膜厚の面内均一性も向上する。

以上、本実施例により、本発明の作用・効果が確認された。

実施の形態のウェーハラッピング装置の概略図。 実施の形態のキャリアの説明図。 実施の形態のキャリアおよびウェーハの運動の説明図。 実施例の上下定盤磨耗量測定結果を示す図。 実施例のウェーハ表面平坦度測定結果を示す図。 実施例のウェーハウェーハ厚さの面内分布を示す図。

符号の説明

１０ ウェーハラッピング装置
１２ 下定盤
１４ 上定盤
１６ サンギア
１８ インターナルギア
２２ マイクロナノバブル水生成装置
２４ キャリア
２６ 加工液供給部
３０ ウェーハ保持孔
４０ ウェーハ

Claims (4)

1. 上定盤と下定盤との間に被加工ウェーハを介在させ、加工液を供給しながらラッピング加工するウェーハラッピング方法において、
   前記加工液に砥粒とマイクロナノバブル水が含まれることを特徴とするウェーハラッピング方法。
2. 前記マイクロナノバブル水中のマイクロナノバブル密度が、１０００個／ｍｌ以上であることを特徴とする請求項１記載のウェーハラッピング方法。
3. 前記マイクロナノバブル水は、マイクロナノバブル生成後１０時間以内のマイクロナノバブル水であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のウェーハラッピング方法。
4. 前記被加工ウェーハがシリコンウェーハであることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載のウェーハラッピング方法。