JP4384742B2 - 半導体ウェーハのラッピング装置及びラッピング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スライスされた半導体ウェーハの切断面を平坦化する半導体ウェーハのラッピング装置及びラッピング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インゴットからスライスされた半導体ウェーハは、面取りの後、ラッピングまたは平面研削によりその切断面が整えられる。前記ラッピングは、複数枚の半導体ウェーハを同時に平坦化するバッチ処理であるため効率がよい。ラッピング装置は、環状の上下定盤の中心部に設けられたサンギヤと、前記定盤の外周を取り囲むように設けられたインターナルギヤとの間に複数のキャリヤを配設したものである。キャリアに設けたウェーハ装填穴に半導体ウェーハを装填した上、一般的には互いに反対方向に回転する上定盤と下定盤との間に前記キャリアを挟み込み、サンギヤとインターナルギヤとの回転差によりキャリアを自転させると、上下定盤に対してキャリアが遊星運動をしながら半導体ウェーハをラッピングする。１個のキャリヤには、通常、６〜７個のウェーハ装填穴が設けられている。したがって、キャリヤの総数を５個とすれば、１回のラッピング加工で平坦化されるウェーハの枚数、すなわち１バッチの処理数は３０〜３５枚となる。
【０００３】
たとえば、直径８インチの半導体ウェーハをラッピング加工する場合、図１５に示すように各キャリア１０にそれぞれ６枚の半導体ウェーハ１１ａ〜１１ｆを装填する。この状態でサンギヤ２、インターナルギヤ３を駆動してラッピングを行うと、加工が終了してラッピング装置を停止した時点において、いずれかの半導体ウェーハ１１ａ〜１１ｆが局部的に定盤１のラップ面の外周部または内周部から外部へはみ出している（図１５においては１１ａ、１１ｂ、１１ｄ、１１ｅの４枚）。そして、ラッピング装置を停止した時に局部的なはみ出し部分がなかった他の半導体ウェーハ（図１５においては１１ｃ、１１ｆの２枚）と比較すると仕上げ面の形状が異なっている。この点の詳細については後述する。
【０００４】
上記ラッピング加工終了後の上定盤１ａ、下定盤１ｂのラップ面形状は、ラッピングした半導体ウェーハの形状むらが原因となって図１６に示すように凹凸の激しい断面となり、そのままラッピング加工を継続すると前記凹凸は更に悪化するため、ラッピングした半導体ウェーハの形状むらも一層大きくなる。半導体ウェーハのＴＴＶは、上下定盤１のラップ面形状によって左右されるので、従来から定盤の平坦度を所定の頻度で測定し、必要に応じて修正キャリアを使用して上下定盤の面修正が行われている。
【０００５】
また、ラッピング加工終了時に定盤の外周側で局部的にはみ出していた半導体ウェーハ１１ａ、１１ｂは、例えば図１７（ａ）に示すような断面形状となる。すなわち半導体ウェーハ１１ａの、定盤外周側からはみ出していた部分には定盤の周縁部の影響が残り、凹部１２と凸部１３とが形成されている。一方、ラッピング加工終了時に定盤の内周側で局部的にはみ出していた半導体ウェーハ１１ｄ、１１ｅは、例えば図１７（ｂ）に示すような断面形状となる。すなわち、半導体ウェーハ１１ａ、１１ｂと同様に半導体ウェーハ１１ｄの定盤内周側からはみ出していた部分に凹部１２と凸部１３とが形成されている。これに対し、ラッピング加工終了時に定盤から全くはみ出していなかった半導体ウェーハ１１ｃ、１１ｆは、図１７（ｃ）に示すように凹部１２や凸部１３の形成がなく、中心部がやや厚い断面形状になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、上下定盤の平坦度測定や修正キャリアによる上下定盤の面修正を頻繁に行っていると、ラッピング作業の能率が低下するため、実施頻度を少なくせざるを得ない。しかしながら、その一方で半導体ウェーハのＴＴＶは徐々に悪化してしまうという問題点がある。また近年、半導体デバイス生産の効率化、歩留り向上等を目的としたシリコンウェーハの大径化が進み、これに伴ってラッピング装置も大型化し、バッチ処理での装填枚数が増えている。一方、半導体ウェーハの数が１バッチに満たない場合には、その端数に相当する数の半導体ウェーハをダミーとして装填してラッピングしなければならない。この結果、上記のようにバッチ処理での装填枚数が増えた分だけ端数も大きくなり、よってダミーウェーハ使用による損失が増加している。
以上のことから、上下定盤の平坦度測定及び面修正作業を行う必要がなく、しかもダミーウェーハの使用回数の減少が可能な半導体ウェーハのラッピング装置及びラッピング方法の開発が強く要望されている。
【０００７】
また、１キャリヤ当たりのウェーハ装填枚数が３枚あるいは６枚、７枚の場合は、キャリア停止時にいずれかの半導体ウェーハの一部分が定盤の外周側または内周側からはみ出し易い状態にあり、はみ出したままでラッピングを終了した半導体ウェーハはＴＴＶが大きく、好ましくない。これに対し、ウェーハ装填枚数が１枚、２枚または４枚の場合は、全ての半導体ウェーハが定盤からはみ出さない状態が必ず存在し、しかもはみ出さないようにすることが容易であり、この状態でラッピングを終了すれば半導体ウェーハはＴＴＶが大きくなることはなくなる。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたもので、ラッピング装置の上下定盤を各部均一に磨耗させて平坦に維持し、しかも半導体ウェーハのラッピングによる平坦度を向上させるとともに、半導体ウェーハをキャリアに装填する際に発生する端数による損失を減らすことが可能な半導体ウェーハのラッピング装置及びラッピング方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ウェーハ装填枚数が１枚、２枚または４枚の場合は、キャリアに装填されている半導体ウェーハの位置を検出し、ラッピング終了時に半導体ウェーハが所定位置にあるときラッピング装置を所定のタイミングで停止させるようにキャリアを位置制御するならば、全ての半導体ウェーハが定盤からはみ出さない位置でキャリアを停止させることが容易に可能となり、しかもこれによって上下定盤の平坦度及び半導体ウェーハの平坦度も維持できることを実験的に確認した。これに基づいて、以下、各発明について説明する。
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、キャリアのウェーハ装填穴に装填した半導体ウェーハをラップ面を対向させて互いに反対方向に回転する環状の上定盤と下定盤との間に挟み込み、上下定盤の内周側に設けたサンギヤと上下定盤の外周側に設けたインターナルギヤとの間にキャリアの外周部に設けたギヤを係合させ、サンギヤ及びインターナルギヤを回転駆動してキャリアを自転ならびに公転させることにより、半導体ウェーハの切断面を平坦化する半導体ウェーハのラッピング装置において、サンギヤ及びインターナルギヤをそれぞれ回転駆動するサンギヤモータ及びインターナルギヤモータと、入力されるそれぞれの回転速度指令に基づいてサンギヤモータ及びインターナルギヤモータの回転速度をそれぞれ制御するサンギヤモータドライバ及びインターナルギヤモータドライバと、サンギヤ及びインターナルギヤのそれぞれの回転角度を検出するサンギヤ角度センサ及びインターナルギヤ角度センサと、サンギヤ角度センサからのサンギヤ回転角度、及びインターナルギヤ角度センサからのインターナルギヤ回転角度、及びキャリアが所定の動作パターンに従って自転及び公転するように予めサンギヤ及びインターナルギヤのそれぞれの回転速度及び回転角度の目標値が記憶された駆動プログラムに基づいて、サンギヤ及びインターナルギヤの回転角度を制御して、ウェーハ装填穴に装填した半導体ウェーハが全て同時に又は交互に上下定盤のラップ面から局部的にはみ出す状態と、半導体ウェーハが全て上下定盤のラップ面からはみ出さない状態とをキャリアの自転によって切り換えるコントローラとを備えた構成としている。
【００１１】
上記構成によれば、サンギヤ及びインターナルギヤの回転角度及び回転速度は駆動プログラムに基づいてサーボ制御されるので、キャリアの自転ならびに公転は予め設定した動作パターンに従って行われる。このキャリアの自転によって、定盤と半導体ウェーハとの相対的摩擦方向が変化すると共に、キャリア内での半導体ウェーハの自転が促されて定盤と半導体ウェーハとの接触位置が変化するので、定盤の平坦度を維持でき、さらに半導体ウェーハを平坦にラッピングできる。また、キャリアに装填されている半導体ウェーハが定盤の外周側に位置しているか、内周側に位置しているか、または前記両者の中間位置にあるかといった位置の制御と確認とが正確に行われる。このため、キャリアの回転角度（位置）を予め設定された所定の動作パターンで制御して、定盤の平坦度を作り込む工程、半導体ウェーハの平坦度を作り込む工程、またラッピング終了時の仕上げ工程を正確に実施できる。したがって、定盤のラップ面から局部的なはみ出しのある状態でラッピングを終了した半導体ウェーハに従来発生していた凹部、凸部や、局部的なはみ出しのない状態でラッピングを終了した半導体ウェーハに従来発生していた厚さのばらつきといった問題も同時に解決され、定盤及び半導体ウェーハの平坦度を確実に高精度に維持できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の半導体ウェーハのラッピング装置において、ウェーハ装填穴に装填した半導体ウェーハが全て同時に又は交互に上下定盤のラップ面から局部的にはみ出す状態と、半導体ウェーハが全て上下定盤のラップ面からはみ出さない状態とをキャリアの自転によって切り換え可能とする位置にウェーハ装填穴を設けたキャリアを備えた構成としている。
【００１３】
上記構成によれば、ウェーハ装填穴を所定位置に設けたので、このウェーハ装填穴に半導体ウェーハを装填したキャリアが自転することにより半導体ウェーハが定盤から局部的にはみ出したり、あるいは全くはみ出さなくなったりする。このようなキャリアを使用することにより、定盤に対する半導体ウェーハの位置を自在に制御可能となるので、定盤のラップ面の平坦化と半導体ウェーハの平坦化の双方を達成できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の半導体ウェーハのラッピング装置において、キャリアに設けるウェーハ装填穴の数を１個〜４個のいずれかとすることを特徴としている。
【００１５】
キャリアごとのウェーハ装填穴の数が１個、２個または４個の場合は、キャリアに装填した全ての半導体ウェーハを同時に又は交互に定盤のラップ面の外周側及び内周側から局部的にはみ出させた状態でラッピングすることによって定盤のラップ面を平坦化した後、キャリアを自転させて全ての半導体ウェーハが定盤のラップ面からはみ出さない位置になった状態を維持しつつ均一にラッピングし、この全ての半導体ウェーハが定盤のラップ面からはみ出さない状態でラッピングを停止させることが可能である。また、ウェーハ装填穴の数が３個の場合は、ラッピングの最終工程において、少なくとも１枚の半導体ウェーハは定盤のラップ面からはみ出すのでその品質は低下するが、残りの２枚の半導体ウェーハは定盤のラップ面から全くはみ出さない状態にされるので、少なくとも２枚の半導体ウェーハについては所望の高平坦度が得られる。したがって、キャリアに設けるウェーハ装填穴の数を１個〜４個とすることにより、半導体ウェーハを高平坦度に仕上げることができ、またラッピング装置を大型化しなくても効率的なラッピング加工ができる。
また、１個のキャリアに６〜７枚ないしそれ以上の枚数の半導体ウェーハを装填する従来の大型のラッピング装置に比べて１バッチ当たりの装填枚数が減少するため、端数が小さくなり、ダミーウェーハ（端数の装填位置にラッピングのために一時的に装填される半導体ウェーハ）の消費量も減少し、よって無駄な損失が少なくできる。
【００１６】
次に、請求項４に記載の発明は、半導体ウェーハをラッピング装置のキャリアに装填し、キャリアを上下定盤のラップ面間に挟み込んでラッピングすることにより、半導体ウェーハの切断面を平坦化する半導体ウェーハのラッピング方法において、キャリア(4,6,8)に装填した１枚又は２枚又は４枚の半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)のうちの少なくとも１枚が上下定盤(1)のラップ面の外周側及び内周側の少なくとも一側から局部的にはみ出した状態でのラッピングをそれぞれの半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が順次局部的にはみ出すようにして行うはみ出しラッピング工程と、このはみ出しラッピング工程の次に全ての半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が上下定盤(1)のラップ面からはみ出さない状態を維持しつつラッピングを行う非はみ出しラッピング工程と、のラッピングサイクルを所定回数繰り返し、最後の非はみ出しラッピング工程を行った後、全ての半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が上下定盤(1)のラップ面からはみ出さない状態のときにラッピングを終了する仕上げ工程を実施する方法としている。
【００１７】
１個のキャリアに設けたウェーハ装填穴が１個、２個又は４個の場合は、まず定盤のラップ面の外周側及び内周側の少なくとも一側から半導体ウェーハの全て又は一部が局部的にはみ出した状態でラッピングすることにより、定盤のラップ面の外周側及び内周側が凸状になるのを防止し、重点的に定盤のラップ面が平坦化されると共に、半導体ウェーハの切断面も平坦化される。その後、全ての半導体ウェーハが定盤の外周側及び内周側からはみ出していない状態でラッピングを行うので、定盤の外周端部及び内周端部による削り込みがなくなり、全ての半導体ウェーハの切断面は均一の条件で、つまり平坦なラップ面でラッピングされ、よって凹凸の小さい平坦面となる。そして、全ての半導体ウェーハが定盤の外周側及び内周側からはみ出さない状態のときにラッピングを停止し、半導体ウェーハをラッピング荷重から解放するので、半導体ウェーハのラッピング面に従来のような凹凸やきず等は発生せず、平坦度が向上する。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、半導体ウェーハをラッピング装置のキャリアに装填し、キャリアを上下定盤のラップ面間に挟み込んでラッピングすることにより、半導体ウェーハの切断面を平坦化する半導体ウェーハのラッピング方法において、キャリアに装填した複数の半導体ウェーハの一部が上下定盤のラップ面の外周側及び内周側から局部的にはみ出した状態でのラッピングをそれぞれの半導体ウェーハが順次局部的にはみ出すようにして行うはみ出しラッピング工程と、このはみ出しラッピング工程の次に全ての半導体ウェーハの内特定の半導体ウェーハを除く残りの半導体ウェーハが上下定盤のラップ面からはみ出さない状態を維持しつつラッピングを行う非はみ出しラッピング工程と、のラッピングサイクルを所定回数繰り返し、最後の非はみ出しラッピング工程を行った後、前記特定の半導体ウェーハを除く残りの半導体ウェーハが上下定盤のラップ面からはみ出さない状態のときにラッピングを終了する仕上げ工程を実施する方法としている。
【００１９】
本発明は、特に、１個のキャリアに設けたウェーハ装填穴が３個の場合に有効なラッピング方法である。この場合は、全ての半導体ウェーハを定盤の外周側及び内周側からはみ出さない状態にすることが困難であり、少なくとも１枚の半導体ウェーハは外周側又は内周側からはみ出すため、１個のキャリアについて残りの（３枚装填の場合は、２枚の）半導体ウェーハを所定の平坦度に仕上げるものとする。各半導体ウェーハを交互に定盤のラップ面の外周側又は内周側から局部的に順次はみ出させてラッピングすることによって定盤を平坦化した後、複数枚中の所定枚（同、３枚中の２枚）の半導体ウェーハが上下定盤のラップ面からはみ出さない状態を維持しつつラッピングを行い、そのままの状態でラッピングを終了する。この結果、ラップ面からはみ出さない状態で最終のラッピングを終了した所定枚（同、２枚）の半導体ウェーハについては所定の平坦度が得られる。したがって、１個のキャリアに３枚の半導体ウェーハを装填した場合でも、定盤の平坦度を維持でき、また半導体ウェーハの平坦度を向上できる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５記載の半導体ウェーハのラッピング方法において、キャリアの自転方向を切り換えて半導体ウェーハをウェーハ装填穴内で自転させながらラッピングする方法としている。
【００２１】
請求項６に記載の発明によると、キャリアの自転方向の変換によって半導体ウェーハの自転が促されるため、定盤と半導体ウェーハとの接触面が変化し、定盤のラップ面の凸凹の影響が半導体ウェーハに分散されてラッピングされる。したがって、半導体ウェーハのラッピングされた面の凸凹の度合は従来に比してより小さくなり、よって半導体ウェーハの平坦度を向上できる。また、これにより上下定盤の平坦度維持も可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るラッピング装置及びラッピング方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
ラッピング加工を行う場合、半導体ウェーハはキャリアに装填される。キャリア径はウェーハ径と装填可能枚数とによって決まるが、キャリア径とウェーハ径との比率を装填可能枚数別に見るとその最適値は表１のようになる。
【００２３】
【表１】

【００２４】
図１は、キャリア径／ウェーハ径の大小を比較する説明図、図２はラッピング加工後の定盤の径方向断面を示す模式図である。ラッピング装置は、互いに反対方向に回転する環状の上定盤（図示せず）及び下定盤（以下単に定盤という）１を有し、同軸上に設置されたサンギヤ２とインターナルギヤ３とを駆動することによって、サンギヤ２及びインターナルギヤ３と噛み合うキャリア４が自転ならびに公転する。キャリア４には、スライスされた半導体ウェーハを装填するウェーハ装填穴が設けられており、図１は各キャリア４にそれぞれ１枚の半導体ウェーハが装填されている場合を示す。キャリア４に小径の半導体ウェーハ５ａを装填した場合と、これよりも大径の半導体ウェーハ５ｂを装填した場合とを比べると、キャリア径／ウェーハ径の比率は前者の方が大きい。そして、定盤１の外周側から半導体ウェーハが局部的にはみ出した状態でラッピングを行ったとき、定盤１の外周部近傍における定盤と半導体ウェーハとの接触長さについて、定盤１の外周Ｃ0 とこれよりも内側寄りの円周Ｃ1 とで比較すると、半導体ウェーハの直径の大小にかかわらず定盤１の外周Ｃ0 上の接触長さより円周Ｃ1 上の接触長さの方が長い。したがって、定盤１は外周Ｃ0 よりもその内側のほうが磨耗量が大きくなる。定盤１の内周側についても外周側と同様であり、その結果図２に示すように、定盤１のラップ面は径方向の中程の磨耗が外側よりも激しく、内周部及び外周部の両端が高い状態で残る。したがって、定盤１の形状を平坦に保つには、定盤両端の高い部分を重点的に研磨することが重要であり、キャリア径／ウェーハ径の比率が１に近いほどその実現は困難となる。ただし、キャリア径／ウェーハ径の比率が大きくなり過ぎると、定盤の両端が過剰に研磨されるという問題が発生する。これらを総合すると、キャリア径／ウェーハ径の比率は表１に示した値が最適であることを本発明者らは確認している。
【００２５】
図３はラッピング中の半導体ウェーハの位置を制御する手段の１例を示すもので、サンギヤ、インターナルギヤを駆動するサーボモータの動作角度指令ならびに動作角度検出によって半導体ウェーハの位置を制御する場合のブロック図である。キャリアを自転あるいは公転させるサンギヤ及びインターナルギヤには、それぞれを回転駆動するサーボモータが個別に設けられており、シーケンサ又はマイクロコンピュータ等で構成されるコントローラ２０にはそれぞれのサーボモータの回転角度及び回転速度を所定の動作パターンに基づいて制御するプログラムが予め入力されている。同図において、コントローラ２０は上記プログラムに従って各モータ毎の動作角度指令及び動作速度指令をサンギヤモータドライバ及びインターナルギヤモータドライバ２６にそれぞれ出力し、サンギヤモータドライバ及びインターナルギヤモータドライバ２６はこの入力した動作角度指令及び動作速度指令に基づいてサンギヤモータ２２、インターナルギヤモータ２７を制御する。これらの各サーボモータにはそれぞれの回転角度を検出する（したがって、サンギヤ及びインターナルギヤを検出する）角度センサが装着されており、角度センサにより検出した回転角度はそれぞれサンギヤモータドライバ及びインターナルギヤモータドライバ２６を介してコントローラ２０にフィードバックされる。コントローラ２０は、プログラムに設定されている動作パターンの各モータ毎の回転角度目標値とフィードバックされた回転角度値との偏差が小さくなるように各モータ毎の動作指令値を演算し、出力している。
【００２６】
図４は、監視カメラによって半導体ウェーハの位置をモニタして制御する場合のブロック図である。この例の場合は、ラッピング加工の初期から中盤までは半導体ウェーハの位置制御を特に行わず、定盤の中程で加工する段階になったところで、例えば各キャリアの所定位置に設けた位置検出用の目印等をカメラ２９で検出し、検出した目印の位置情報データに基づいて演算した半導体ウェーハの位置データをコントローラ２０にフィードバックする。以後、コントローラ２０はこのフィードバックされた位置データに基づいて各モータの回転角度を制御し、半導体ウェーハの位置制御を行うようにしている。
なお、本発明に係わる各モータの位置検出手段は、上記のような各モータ毎に装着した角度センサ、又は監視カメラによる手段に限定されるものではなく、他の位置検出センサを用いることも可能である。
【００２７】
図５にラッピング装置の第１実施形態を示す。このラッピング装置は、サンギヤ２及びインターナルギヤ３の駆動手段にそれぞれサーボモータ（図示せず）を用い、あらかじめ設定してコントローラ２０に入力している回転角度及び回転速度に基づいて各サーボモータによりサンギヤ２とインターナルギヤ３とを駆動することによって、定盤１に設置されたキャリア４の自転及び公転のそれぞれの方向と回転速度と回転位置とを制御できるようになっている。なお、回転速度の一般的な設定値は、定盤１が約５０ｒｐｍ、キャリア（自転速度）が約５ｒｐｍである。
【００２８】
各キャリア４には、スライスされた半導体ウェーハ５を装填するウェーハ装填穴が１個ずつ、キャリア４の中心に対して変位した位置に設けられている。このラッピング装置を用いる場合のラッピング作業のシーケンスとしては、ウェーハ装填工程から始まって反時計回りに進み、半導体ウェーハ５の一部分が定盤１のラップ面の外周側から局部的にはみ出す位置でラッピングを行う外側工程と、半導体ウェーハ５の一部分が定盤１のラップ面の内周側から局部的にはみ出す位置でラッピングを行う内側工程と、半導体ウェーハ５のいかなる部分も定盤１のラップ面からはみ出さない仕上げ位置でラッピングを行う仕上げ工程とを経て、最後に平坦化した半導体ウェーハ５をキャリア４から取り出す工程がある。図１は前記工程順序を示したもので、各ウェーハがそれぞれ異なった位置に描かれているが、実際には従来のラッピング装置と同様に各ウェーハ装填穴は同一の位置（たとえば全てのウェーハ装填穴が定盤１の外周側位置）に揃うように配設するものとする。
【００２９】
このラッピング装置を用いて行う第１実施形態のラッピング作業の際に、図６に矢印で示すようにキャリア４の自転方向を急激に切り換え、キャリア４を小さい範囲で往復動させる。この往復動は、サンギヤ２及びインターナルギヤ３の回転速度を小刻みに変化させてキャリア４を正逆転させるもので、キャリア４の自転方向を急激に切り換えることにより半導体ウェーハ５にウェーハ装填穴内での自転を促す。そして、半導体ウェーハ５の自転により、定盤１のラップ面の外周側、内周側及び中程の各位置において半導体ウェーハ５が固定された状態でラッピングされることを防ぐことができる。特に、図６（ａ）に示す外側工程及び図６（ｂ）に示す内側工程で半導体ウェーハ５を自転させることにより、定盤１の周縁部が接触する位置を変えることができ、従来のラップドウェーハに発生していた凹部や凸部（図１７参照）を低減させる。なお、図６（ｃ）は定盤の中程でラッピングを行う仕上げ工程を示し、定盤１のラップ面の外周側、内周側からはみ出さない範囲内で正転、逆転を繰り返す。
【００３０】
キャリア４の回転を制御するためには、サンギヤ２及びインターナルギヤ３の回転速度を同期させてキャリア４の公転を制御し、サンギヤ２及びインターナルギヤ３のいずれか一方の回転速度を同期速度に対して増減することによりキャリア４の自転を制御する。したがって、予め決められた動作パターンに従ってサンギヤ２及びインターナルギヤ３の各サーボモータの回転速度及び回転角度を設定し、例えばインターナルギヤ３のサーボモータの回転速度を同期速度に対して増減することによりキャリア４を自転させる。このとき、各サーボモータの回転速度及び回転角度はフィードバック機能によってコントローラ２０が確認できるので、半導体ウェーハ５が図６（ａ）〜（ｃ）に示す所望の位置に移動しているか否かを確認することができる。
【００３１】
次に、上記ラッピング方法におけるキャリアの制御内容について説明する。
図７は、ラッピング方法の第１実施形態において、半導体ウェーハの定盤上での位置の経時変化をハッチングで示したものであり、図では横方向が時間経過を表す。第１工程（外側工程）では、各キャリアに装填した半導体ウェーハが定盤の外周側から局部的にはみ出す状態を維持しつつキャリアを公転ならびに自転させる。次に第２工程（内側工程）では、半導体ウェーハが定盤の内周側から局部的にはみ出した状態となるようにキャリアを自転させた後、この状態を維持しつつキャリアを公転ならびに自転させる。最後に第３工程（仕上げ工程）では、半導体ウェーハが定盤の外周側及び内周側のいずれからもはみ出さない中程の位置に来るようにキャリアを自転させた後、この中程の位置を維持しつつキャリアを公転ならびに自転させる。前記第１工程及び第２工程では定盤形状の造り込みに重点が置かれ、第３工程では第１及び第２工程で平坦化された定盤によるウェーハ形状の造り込みに重点が置かれている。なお、本実施形態では、各工程の所要時間比率は、第１及び第２工程がそれぞれ約４２％、第３工程が約１３％であるが、この比率に限定されるものではない。
【００３２】
図８にキャリアの回転方向制御プログラムの一例を示す。同図において、正転とは下定盤の回転方向に対向する方向であり、逆転とは前記正転と反対の方向である。図８の場合、キャリアは逆転の状態で加工を開始し、正転と逆転とを交互に繰り返す。そして、図７に示した第１工程から第２工程への切り換えの前後に逆転をやや長い時間行い、次いで再び正転と逆転とを交互に繰り返す。その後、図７に示した第２工程から第３工程への切り換え時に逆転をやや長い時間行い、更に正転と逆転とを行って逆転で加工を終了させる。この例では、半導体ウェーハが定盤の外周側及び内周側のいずれからもはみ出さない中程の位置にある第３工程で加工を終了させるので、終了時の回転方向は正転、逆転のいずれでもよい。
【００３３】
以上、第１実施形態のラッピング方法によると、定盤のラップ面全体を使用して、特に外側工程及び内側工程でのラッピング時間を定盤中程での仕上げ工程よりも長めにしてラッピングするため、従来に比して定盤の磨耗量はほぼ均一となり、よってラップ面は平坦に保たれる。この結果、平坦化されたラップ面でのラッピングにより、半導体ウェーハを厚さの変化を生じることなく平坦化することができる。さらに、定盤のラップ面の外周側や内周側から局部的にはみ出した状態でラッピングを終了した従来の半導体ウェーハに発生していた凹部や凸部の問題は、本実施形態における最終工程のラッピング、すなわち半導体ウェーハのいかなる部分も定盤からはみ出さない仕上げ位置でのラッピングを行うことにより解決される。
【００３４】
上記第１実施形態で述べたように、サーボモータを用いてコントローラにより半導体ウェーハの位置を制御しつつラッピングを行うと、次の利点がある。
（１）従来のように半導体ウェーハが定盤のラップ面から局部的にはみ出した状態でラッピングを終了すると、定盤周縁部での半導体ウェーハへの削り込みにより半導体ウェーハの平坦度が著しく悪化する。しかし、コントローラに予め入力したサンギヤ及びインターナルギヤの駆動プログラムによって、各サーボモータの回転角度、あるいは監視カメラによるキャリアの回転角度のフィードバック値に基づいて各サーボモータの回転角度を制御することにより、ラッピング終了時に半導体ウェーハが局部的なはみ出しの起こらない位置で停止するように制御することができる。したがって、従来技術による半導体ウェーハよりもＴＴＶを大幅に向上させることができる。
（２）キャリア急反転の効果：キャリヤに装填された半導体ウェーハの一部が定盤の外周側、内周側からはみ出している位置にあるとき、及び定盤から全くはみ出さない位置にあるとき、コントローラに入力したキャリア駆動プログラムに基づいてキャリアの自転方向を急激に切り換えて装填されている半導体ウェーハの自転を促すことにより、定盤と半導体ウェーハの接触面が変化する。これにより、定盤の凸凹面が均等に半導体ウェーハに接触し、半導体ウェーハの全面が均等にラッピングされる。この結果、従来の半導体ウェーハの仕上げ面に発生していた凹部、凸部（図１７（ａ）、（ｂ）参照）は複数箇所に分散して発生し、ＴＴＶは小さい値となる。
【００３５】
図９にラッピング装置及びラッピング方法の第２実施形態を示す。このラッピング装置で使用するキャリア６には、その回転中心を挟んで対向する位置に２個のウェーハ装填穴が設けられ、１個のキャリア６に２枚の半導体ウェーハ７ａ、７ｂを装填可能となっている。サンギヤ２及びインターナルギヤ３は、前実施形態と同様にいずれも図示しない各サーボモータによってそれぞれ駆動される。また、前実施形態と同様に、コントローラ（図示せず）は記憶している動作プログラムに基づいた各サーボモータの回転角度目標値とフィードバックされた回転角度値との偏差が小さくなるように速度指令値を演算し、この速度指令値をそれぞれのモータドライバに出力して各サーボモータを制御する。
【００３６】
第２実施形態のラッピング装置を使用する場合、図９（ａ）及び（ｂ）に示すようにラッピング中に定盤１のラップ面の外周側または内周側から半導体ウェーハ７ａ、７ｂがそれぞれ局部的にはみ出す位置と、図９（ｃ）に示すように半導体ウェーハ７ａ、７ｂが定盤１のラップ面から全くはみ出さない位置とでラッピングを行う。
【００３７】
上記第２実施形態におけるサンギヤ、インターナルギヤの駆動プログラムの一例を図１０に示す。同図において、ラッピング加工の第１工程では、加工開始時に定盤の外周側に配置された半導体ウェーハ７ａ、７ｂのいずれか一方（ここでは、半導体ウェーハ７ａとする）が定盤の外周側から局部的にはみ出した状態を維持すると共に、定盤の内周側に配置された他方の半導体ウェーハ（ここでは、半導体ウェーハ７ｂ）が定盤の内周側から局部的にはみ出した状態を維持しつつ（図９（ａ）に対応する。）、所定時間キャリアを公転ならびに自転させる。次に第２工程では、前記２枚の半導体ウェーハの位置が逆になるようにキャリアを自転させ、この状態（図９（ｂ）に対応する。）を維持しつつ、所定時間キャリアを公転ならびに自転させる。最後に第３工程では、前記２枚の半導体ウェーハ７ａ、７ｂが定盤１のラップ面から全くはみ出さない中程の位置に来るようにキャリアを自転させ、この状態（図９（ｃ）に対応する。）を維持しつつ所定時間キャリアを自転及び公転させた後、ラッピングを終了する。
【００３８】
前記第１工程及び第２工程では定盤形状の造り込みに重点が置かれ、第１工程及び第２工程の時間を第３工程より長めに設定している。これにより、定盤１の外周側と内周側のラップ面の摩耗量と中程のラップ面の摩耗量が略等しくなるので、定盤１のラップ面が平坦化される。また、第３工程では第１及び第２工程で平坦化された定盤によるウェーハ形状の造り込みに重点が置かれており、半導体ウェーハ７ａ、７ｂが定盤１のラップ面から全くはみ出さない中程の位置でラッピング終了する。
【００３９】
図１１にキャリアの回転方向制御プログラムの一例を示す。キャリアは逆転の状態で加工を開始し、正転と逆転とを交互に繰り返す。そして、図１０に示した第１工程から第２工程への切り換えの前後に、逆転をやや長い時間行い、次いで再び正転と逆転とを交互に繰り返す。その後、図１０に示した第２工程から第３工程への切り換え時に逆転をやや長い時間行い、更に正転と逆転とを行って逆転で加工を終了させる。第３工程では、半導体ウェーハが定盤の外周側及び内周側のいずれからもはみ出さない中程の位置にあるため、終了時の回転方向は正転、逆転のいずれでもよい。
このように、上記各工程においては各キャリア６を所定時間毎に急激に自転方向を反転させて、半導体ウェーハの自転を促すようにする。これにより、上記第１実施形態と同様に、定盤１のラップ面が平坦化されるとともに、キャリア６に装填された半導体ウェーハが定盤１の様々な箇所のラップ面により均等にラッピングされるので、半導体ウェーハのラッピング面が平坦化される。
【００４０】
つぎに、図１２にラッピング装置及びラッピング方法の第３実施形態を示す。同図に示すように、第３実施形態で使用するキャリア８は１個につき４枚の半導体ウェーハ９ａ〜９ｄを装填するもので、４個のウェーハ装填穴はキャリア８の回転中心から等距離の位置に、かつ回転中心に対して互いに９０度ずつ位相をずらして設けられている。
【００４１】
第３実施形態のラッピング方法においては、図１２に示すように、５個のキャリア８にそれぞれ４枚の半導体ウェーハ９ａ〜９ｄが装填され、１バッチで処理可能な枚数は２０枚である。例えば半導体ウェーハ９ａについて説明すると、ラッピング開始後、まず定盤１の外周側から局部的にはみ出した位置でキャリア８が正逆両方向に所定角度ずつ自転を繰り返しながら公転して所定時間ラッピングされ、次に半導体ウェーハ９ｃとともに定盤１の外周側、内周側のいずれからもはみ出さない位置に移動し、同じくキャリア８が正逆両方向に所定角度ずつ自転を繰り返しながら公転して所定時間ラッピングされる。この後、定盤１の内周側から局部的にはみ出した位置で同じく所定角度の正逆転を繰り返す自転と、公転とをして所定時間ラッピングされ、つぎに半導体ウェーハ９ｃとともに定盤１の外周側、内周側のいずれからもはみ出さない位置に移動して同じく自転及び公転をして所定時間ラッピングされる。以上のラッピングサイクルを所定回数繰り返した後、最後の工程で４枚の半導体ウェーハ９ａ〜９ｄがすべて定盤１からはみ出さない位置にキャリア８を移動させて所定時間ラッピングを行い、その位置においてラッピングを終了する。これにより上記各実施形態と同様に定盤１のラップ面が平坦化され、かつ、キャリア８に装填された全ての半導体ウェーハが均等の条件で平坦化される。
【００４２】
次に、第３実施形態におけるサンギヤ及びインターナルギヤの駆動プログラムについて、図１３を参照して説明する。キャリア当たりの半導体ウェーハ装填枚数が４枚の場合は、第１工程で半導体ウェーハ９ａが定盤の外周側、半導体９ｃが定盤の内周側にあってそれぞれ定盤から局部的にはみ出し、半導体ウェーハ９ｂ、９ｄは定盤の中程に位置する。つぎに第２工程で半導体ウェーハ９ｄが定盤の外周側、半導体９ｂが定盤の内周側に移動し、第３工程で半導体ウェーハ９ｃが定盤の外周側、半導体９ａが定盤の内周側に移動する。更に第４工程で半導体ウェーハ９ｂが定盤の外周側、半導体９ｄが定盤の内周側に移動することにより、４枚の半導体ウェーハは均一の条件でラッピングされる。そして、以上の第１工程から第４工程までのサイクル加工を所定回数繰り返した後、最終工程に移行し、全ての半導体ウェーハ９ａ〜９ｄは定盤からはみ出さない中程の位置でラッピングされる。
【００４３】
以上、本実施形態においても、各キャリアは装填されている半導体ウェーハがそれぞれ定盤の外周側又は内周側からはみ出した位置と、中程の位置とで均等にラッピングされるので、定盤のラップ面の平坦度が維持されると共に、半導体ウェーハが均一に平坦にラッピングされる。
【００４４】
図１４にラッピング装置の第４実施形態を示す。このラッピング装置で使用するキャリア８には３個のウェーハ装填穴が設けられ、キャリア８毎に３枚の半導体ウェーハ９ａ、９ｂ、９ｃを装填することが可能となっている。前述までの実施形態と同様に、サンギヤ２及びインターナルギヤ３はいずれもサーボモータ（図示せず）によって駆動され、コントローラ（図３及び図４参照）が所定の駆動プログラムに従って各サーボモータの回転角度及び回転速度をそれぞれに対応するモータドライバを介して制御する。
【００４５】
第４実施形態のラッピング装置を使用する場合、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すようにラッピング中に半導体ウェーハ９ａ〜９ｃの内の２枚が交互に定盤１のラップ面の外周側及び内周側から局部的にはみ出した状態と、図１４（ｄ）に示すように半導体ウェーハ９ａ〜９ｃの内の１枚のみ（同図では、半導体ウェーハ９ｃ）が定盤１のラップ面の外周側及び内周側から局部的にはみ出し、かつ２枚（同図では、半導体ウェーハ９ａ、９ｂ）が定盤１のラップ面から全くはみ出さない状態とにおいてラッピングを行うようにする。半導体ウェーハ９ｃは、他の２枚の半導体ウェーハ９ａ、９ｂが仕上げ工程に入ったとき定盤１からはみ出してしまうため、平坦度が所望のレベルに到達せず、廃却することになる。また、本実施形態におけるキャリアの回転方向制御プログラムは、図１３に示した第３実施形態の駆動プログラムに準じたものとなるので、ここでの説明は省略する。
【００４６】
なお、上記の各実施形態では、作動状態の確認が正確で、容易なサーボモータを用いてキャリアの回転角度を制御しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、サーボモータに代わる他の手段によってキャリアの回転を制御することも可能である。たとえば、前述のように（図４での説明参照）キャリアの所定位置に位置検知用の目印（例えば穴やマーク）を設け、この目印の位置を位置監視用のＣＣＤカメラ等で検知することによって半導体ウェーハの位置を特定し、この位置情報によりサンギヤとインターナルギヤの回転角度を制御するようにすれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。あるいは、パルスモータを用いて、回転角度指令をパルス数として出力することにより、サンギヤとインターナルギヤの回転角度を演算により求めるようにしてもよい。
【００４７】
以上説明したように、本発明によれば、ラッピング装置のキャリアに装填した半導体ウェーハに対して、あらかじめ設定して入力したプログラムに基づいてキャリアを上下定盤の外周側、内周側及び中程の各位置に所定の工程順に制御してラッピング作業を行うこととし、特に、このラッピング作業の前半では上下定盤の平坦度維持、後半では半導体ウェーハの平坦度向上に重点を置いたラッピング方法を取り入れたので、スライスされた半導体ウェーハの全面にわたってラッピング後の平坦度を高くできる。同時に、キャリアを駆動プログラムに基づいて所定の工程順に所定時間ずつ公転及び自転をさせることにより、定盤の外周側及び内周側での実質的なラッピング時間と、中程の位置での実質的なラッピング時間とが略等しくなるようにしている。これにより、上下定盤のラップ面は均等に磨耗し、その形状が平坦に維持される。したがって、上下定盤の平坦度測定や修正キャリアを用いる修正ラッピング等の定盤の平坦度維持に要する作業の頻度を著しく低減させることができ、ラッピング装置の稼働率が向上し、ラッピング能率を向上できる。
【００４８】
さらに、本発明のラッピング方法を適用し、既設のラッピング装置を用いて１キャリア当たりの半導体ウェーハ装填枚数を１〜２枚とするならば、半導体ウェーハの大径化に対応したラッピング装置の大型化や枚葉式の平面研削盤の使用は必ずしも必要でなく、既設のラッピング装置の活用を図ることができるとともに、１バッチ当たりの半導体ウェーハ装填枚数の減少に伴って端数による損失が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】定盤の周縁部及びその内側において、定盤と半導体ウェーハとの接触長さを比較する説明図である。
【図２】ラッピング加工後の定盤の径方向断面を示す模式図である。
【図３】ラッピング加工時の半導体ウェーハ位置制御ブロック図の一例である。
【図４】ラッピング加工時の半導体ウェーハ位置制御ブロック図の他例である。
【図５】本発明の第１実施形態で用いられるラッピング装置の平面模式図で、ウェーハ装填からラッピング完了後のウェーハ取り出しに至る各工程を時系列的に示す。
【図６】第１実施形態のラッピング方法を工程順に説明する部分平面図である。
【図７】第１実施形態のラッピング方法において、半導体ウェーハの定盤上での位置の経時変化を表す図である。
【図８】第１実施形態のラッピング方法におけるキャリアの回転方向制御内容の説明図である。
【図９】第２実施形態のラッピング方法を工程順に説明する部分平面図である。
【図１０】第２実施形態のラッピング方法において、半導体ウェーハの定盤上での位置の経時変化を示す図である。
【図１１】第２実施形態のラッピング方法におけるキャリアの回転方向制御内容の説明図である。
【図１２】第３実施形態で用いられるラッピング装置の平面図で、装填された各半導体ウェーハのラッピング工程を時系列的に示す。
【図１３】第３実施形態のラッピング方法において、半導体ウェーハの定盤上での位置の経時変化を示す図である。
【図１４】第４実施形態のラッピング方法を工程順に説明する部分平面図である。
【図１５】従来技術によるラッピング方法の一例を示す部分平面図である。
【図１６】従来技術によるラッピング後の上下定盤のラップ面形状を示す模式的断面図である。
【図１７】従来技術によるラッピング方法で得られた半導体ウェーハの形状を示す断面図で、（ａ）は定盤のラップ面の外周側から局部的にはみ出した状態でラッピングを終了した場合、（ｂ）は前記ラップ面の内周側から局部的にはみ出した状態でラッピングを終了した場合、（ｃ）は全くはみ出しのない状態でラッピングを終了した場合を示す。
【符号の説明】
１…定盤、２…サンギヤ、３…インターナルギヤ、４，６，８，１０…キャリア、５，５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ…半導体ウェーハ、２１…サンギヤモータドライバ、２２…サンギヤモータ、２３…サンギヤ角度センサ、２６…インターナルギヤモータドライバ２６、２７…インターナルギヤモータ、２８…インターナルギヤ角度センサ、２９…カメラ。

Claims (6)

1. キャリアのウェーハ装填穴に装填した半導体ウェーハをラップ面を対向させて互いに反対方向に回転する環状の上定盤と下定盤との間に挟み込み、上下定盤の内周側に設けたサンギヤと上下定盤の外周側に設けたインターナルギヤとの間にキャリアの外周部に設けたギヤを係合させ、サンギヤ及びインターナルギヤを回転駆動してキャリアを自転ならびに公転させることにより、半導体ウェーハの切断面を平坦化する半導体ウェーハのラッピング装置において、
   サンギヤ(2)及びインターナルギヤ(3)をそれぞれ回転駆動するサンギヤモータ(22)及びインターナルギヤモータ(27)と、
   入力されるそれぞれの回転速度指令に基づいてサンギヤモータ(22)及びインターナルギヤモータ(27)の回転速度をそれぞれ制御するサンギヤモータドライバ(21)及びインターナルギヤモータドライバ(26)と、
   サンギヤ(2)及びインターナルギヤ(3)のそれぞれの回転角度を検出するサンギヤ角度センサ(23)及びインターナルギヤ角度センサ(28)と、
   サンギヤ角度センサ(23)からのサンギヤ回転角度、及びインターナルギヤ角度センサ(28)からのインターナルギヤ回転角度、及びキャリア(4,6,8)が所定の動作パターンに従って自転及び公転するように予めサンギヤ(2)及びインターナルギヤ(3)のそれぞれの回転速度及び回転角度の目標値が記憶された駆動プログラムに基づいて、サンギヤ(2)及びインターナルギヤ(3)の回転角度を制御して、ウェーハ装填穴に装填した半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が全て同時に又は交互に上下定盤(1)のラップ面から局部的にはみ出す状態と、半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が全て上下定盤(1)のラップ面からはみ出さない状態とをキャリア(4,6,8)の自転によって切り換えるコントローラ(20)とを備えたことを特徴とする半導体ウェーハのラッピング装置。
2. ウェーハ装填穴に装填した半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が全て同時に又は交互に上下定盤(1)のラップ面から局部的にはみ出す状態と、半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が全て上下定盤(1)のラップ面からはみ出さない状態とをキャリア(4,6,8)の自転によって切り換え可能とする位置にウェーハ装填穴を設けたキャリア(4,6,8)を備えていることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハのラッピング装置。
3. キャリア(4,6,8)に設けるウェーハ装填穴の数を１個〜４個のいずれかとすることを特徴とする請求項２記載の半導体ウェーハのラッピング装置。
4. 半導体ウェーハをラッピング装置のキャリアに装填し、キャリアを上下定盤のラップ面間に挟み込んでラッピングすることにより、半導体ウェーハの切断面を平坦化する半導体ウェーハのラッピング方法において、
   キャリア(4,6,8)に装填した１枚又は２枚又は４枚の半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)のうちの少なくとも１枚が上下定盤(1)のラップ面の外周側及び内周側の少なくとも一側から局部的にはみ出した状態でのラッピングをそれぞれの半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が順次局部的にはみ出すようにして行うはみ出しラッピング工程と、
   このはみ出しラッピング工程の次に全ての半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が上下定盤(1)のラップ面からはみ出さない状態を維持しつつラッピングを行う非はみ出しラッピング工程と、のラッピングサイクルを所定回数繰り返し、
   最後の非はみ出しラッピング工程を行った後、全ての半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)が上下定盤(1)のラップ面からはみ出さない状態のときにラッピングを終了する仕上げ工程を実施することを特徴とする半導体ウェーハのラッピング方法。
5. 半導体ウェーハをラッピング装置のキャリアに装填し、キャリアを上下定盤のラップ面間に挟み込んでラッピングすることにより、半導体ウェーハの切断面を平坦化する半導体ウェーハのラッピング方法において、
   キャリア(8)に装填した複数の半導体ウェーハ(9a,9b,9c)の一部が上下定盤(1)のラップ面の外周側及び内周側から局部的にはみ出した状態でのラッピングをそれぞれの半導体ウェーハ(9a,9b,9c)が順次局部的にはみ出すようにして行うはみ出しラッピング工程と、
   このはみ出しラッピング工程の次に全ての半導体ウェーハ(9a,9b,9c)の内特定の半導体ウェーハ(9c)を除く残りの半導体ウェーハ(9a,9b)が上下定盤(1)のラップ面からはみ出さない状態を維持しつつラッピングを行う非はみ出しラッピング工程と、のラッピングサイクルを所定回数繰り返し、
   最後の非はみ出しラッピング工程を行った後、前記特定の半導体ウェーハ(9c)を除く残りの半導体ウェーハ(9a,9b)が上下定盤(1)のラップ面からはみ出さない状態のときにラッピングを終了する仕上げ工程を実施することを特徴とする半導体ウェーハのラッピング方法。
6. キャリア(4,6,8)の自転方向を切り換えて半導体ウェーハ(5,7a,7b,9a,9b,9c,9d)をウェーハ装填穴内で自転させながらラッピングすることを特徴とする請求項４又は５記載の半導体ウェーハのラッピング方法。

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