JPH10249718A - リング状定盤を用いた枚葉ラッピング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リング状定盤との摩擦力をウェーハの自転に
利用することにより、ウェーハ回転支持機構にかかる負
荷を軽減し、安定条件下で均一にウェーハを両面ラッピ
ングする。 【解決手段】 円盤状ワークＷの半径にほぼ等しい外径
のラップ面１４，２４をもつリング状定盤１３，２３を
ワークＷの両面に対向させて押圧し、ワークＷのエッジ
部に当接する駆動ローラ３１でワークを回転させると共
に、回転速度差に起因した回転トルクがワークＷに付与
されるように、異なる回転速度でリング状定盤１３，２
３を逆方向に回転させ、リング状定盤１３，２３の空洞
部１５，２５を介して砥粒懸濁スラリーＡをワークＷに
供給しながらワークＷの両面をラッピングする。リング
状定盤１３，２３は、同一又は異なる回転速度で同一方
向に回転させても良い。 【効果】 リング状定盤１３，２３でワークＷに回転ト
ルクが与えられるため、駆動ローラ３１の負荷が少なく
て済む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リング定盤との摩擦で
ウェーハに自転力を与えながら均一に枚葉ラッピングす
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インゴットをスライスして得たウェーハ
には、厚み，平坦度，平滑度等にバラツキがある。そこ
で、これらバラツキをラッピングにより除去し、ポリッ
シング，鏡面研磨，仕上げ研磨して製品ウェーハを製造
している。ウェーハの両面ラッピングには、従来から図
１に示す設備構成の装置が多用されている。このラッピ
ング装置は、下定盤１，上定盤２，サンギア３，インタ
ーナルギア４を備えており、それぞれが専用の駆動モー
タ５，５・・で回転される。ラッピングされるウェーハ
は、図２に示すように複数枚のワーク６としてキャリア
７に収容される。キャリア７は、外周に形成された歯部
をサンギア３及びインターナルギア４に噛み合わせて下
定盤１上に所定間隔で配置される。そして、昇降装置８
により上定盤２を降下させ、下定盤１と上定盤２との間
にキャリア７を挟み込む。この状態で下定盤１，上定盤
２，サンギア３，インターナルギア４を回転させると、
キャリア７は公転及び自転しながら下定盤１，上定盤２
の研磨布に摺擦し、ラッピングが施される。このように
複数枚のウェーハ７を同時にラッピングすると、定盤
１，２の平行バランスやラップ駆動行為による荷重圧力
バランスが図られ、均一なラッピングが可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体デバ
イスの普及に従って多量のチップを必要とすることか
ら、大口径のウェーハが望まれるようになってきてい
る。図１，図２の設備構成をもつ装置で大口径のウェー
ハをラッピングしようとすると、ウェーハの径に応じた
大きさのキャリアが必要となり、設備自体が大型化す
る。大型化に伴って下定盤，上定盤，サンギア，インタ
ーナルギア等に対する加工精度が苛酷になり、結果とし
て設備コストを上昇させることになる。そこで、本発明
者は、大口径ウェーハに適した枚葉ラッピング装置を特
願平８−２０５１９６号で提案した。このラッピング装
置では、大口径のウェーハを二つのリング状定盤の間に
挟み、リング状定盤の空洞部に砥粒懸濁スラリーを送り
込みながらリング状定盤を回転させることにより、ウェ
ーハの表裏両面を枚葉ラッピングしている。この方式に
よるとき、加工されるウェーハの径に応じたリング状定
盤を使用するだけで、装置自体を大型化する必要がな
い。本発明は、先に提案した枚葉ラッピング装置を更に
改良したものであり、リング状定盤との摩擦力をウェー
ハの自転に利用することにより、ウェーハ回転支持機構
にかかる負荷を軽減し、安定条件下で均一にウェーハを
両面ラッピングすることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の枚葉ラッピング
方法は、その目的を達成するため、円盤状ワークの半径
にほぼ等しい外径のラップ面をもつリング状定盤をワー
クの両面に対向させて押圧し、ワークのエッジ部に当接
する駆動ローラでワークを回転させると共に、回転速度
差に起因した回転トルクがワークに付与されるように、
異なる回転速度でリング状定盤を逆方向に回転させ、リ
ング状定盤の空洞部を介して砥粒懸濁スラリーをワーク
に供給しながらワークの両面をラッピングすることを特
徴とする。リング状定盤は、同一又は異なる回転速度で
同一方向に回転させても良い。

【０００５】

【実施の形態】本発明に従った枚葉ラッピング装置は、
図３に示すように基準側ラップ機構１０と移動側ラップ
機構２０とを水平方向又は垂直方向に対向させ、ラッピ
ングされるワークＷを両ラップ機構１０と２０との間に
位置させている。基準側ラップ機構１０は、基準軸１１
の端部に柔軟性のある円盤１２を取り付け、円盤１２に
リング状の定盤１３を固定している。リング状定盤１３
は、基準軸１１に伝達される動力で矢印ａ方向に回転す
る。移動側ラップ機構２０は、移動軸２１の端部に柔軟
性のある円盤２２を取り付け、円盤２２にリング状の定
盤２３を固定している。リング状定盤２３は、移動側の
リング状定盤１３と同一の面積をもっており、移動軸２
１に伝達される動力で矢印ｂ方向に回転する。

【０００６】リング状定盤１３と２３との回転方向を逆
にすることにより、定盤１３，２３に加わる力がほぼ等
しくなり、ワークＷの両面にほぼ同じ摩擦力を発生させ
る。このとき、リング状定盤１３と２３との回転速度に
若干の差を付けると、速度差に応じた摩擦力でワークＷ
に回転トルクが付与される。回転トルクの方向は、回転
速度が大きいリング状定盤１３又は２３の回転方向に一
致する。或いは、リング状定盤１３，２３の回転方向を
一致させるとき、強制的な自転トルクがリング状定盤１
３，２３からワークＷに与えられる。何れの場合も、ワ
ークＷは、リング状定盤１３，２３のラップ面１４，２
４で加圧保持される。移動側ラップ機構２０のリング状
定盤２３は、圧力機構（図示せず）により矢印ｃ方向に
移動自在となっている。これにより、ラップ面は、摩耗
に応じて矢印ｃ方向に移動され、移動量の調節によって
ワークＷに加わる加圧力が一定に保たれる。

【０００７】ワークＷの表裏両面に配置したウェーハ回
転支持機構３０の駆動ローラ３１，３１・・で、矢印ｄ
方向の回転がワークＷに与えられる。回転しているワー
クＷの姿勢は、ワークＷの周縁に接触して回転するガイ
ドローラ３２により安定化される。これにより、予め設
定された位置関係でワークＷがリング状定盤１３，２３
に圧接し、一定した条件下でワークＷがラッピングされ
る。先願・特願平８−２０５１９６号では、専ら駆動ロ
ーラ３１，３１・・によりワークＷを回転させている。
駆動ローラ３１は、両側３１_l ，３１_r からワークＷの
両面に当接する。両側の駆動ローラ３１_l ，３１_r は、
ワークＷの面内に回転トルクのみを付与し、他の力が相
殺される位置関係で配置・回転する構成になっている。
この方式では、定盤面の回転条件を調整することにより
ワークＷのスムーズな確保される。しかし、ワークＷの
表面を摺擦する駆動ローラ３１，３１・・で回転させる
ため、負荷が大きい場合に滑りが生じ、ワークＷの表面
に摩擦痕が発生する虞れがある。また、ワークＷのエッ
ジ近傍にトルクを与えていることからワークＷに変形等
の欠陥を持ち込む虞れもあり、大きなトルクを得るため
に回転支持機構３０の構造も複雑になり易い。

【０００８】そこで、本発明においては、互いに逆方向
に回転するリング状定盤１３，２３の回転速度に差を付
けて回転トルクをワークＷに与え、或いはリング状定盤
１３，２３を同一方向に回転させることにより強制的に
ワークＷを回転させるトルクを得ている。そのため、ワ
ークＷを回転させるため回転支持機構３０にかかる負荷
が軽減され、簡単な構造をもつ回転支持機構３０を採用
できる。しかも、ワークＷの中央部表面に接触するリン
グ状定盤１３，２３で回転トルクを与えているので、ワ
ークＷは安定姿勢で回転する。リング状定盤１３，２３
は、ラップ面１４，２４の全域に渡って圧力を均一にす
るため、ワークＷの半径にほぼ対応する外径をもつこと
が好ましい。ラップ面１４，２４は幅を狭くした形状に
なっており、ラップ面１４，２４の内側に空洞部１５，
２５が形成されている。通常、回転周速は半径に比例し
て外周側ほど大きくなり、ラッピングによる表面欠陥層
の除去加工は圧力と周速度に比例する。そのため、周速
度が遅い部分では摩耗も小さく、平面性が損なわれる。
この点、本発明では、幅の狭いラップ面１４，２４を形
成しているので、回転周速が近似され、内側及び外側共
に均一化されたラッピング作用を呈する。

【０００９】ラップ面１４，２４には、所定パターンの
溝（図示せず）が刻設されており、基準軸１１及び移動
軸２１に形成されている貫通孔１７，２７から砥粒懸濁
スラリーＡが空洞部１５，２５に送り込まれ、ワークＷ
のラッピングに使用される。砥粒懸濁スラリーＡは、ラ
ッピングで発生した加工屑と共に溝を経て外部に排出さ
れる。砥粒懸濁スラリー及び加工屑は、リング状定盤１
３，２３の回転による遠心力でリング状定盤１３，２３
に形成されている放射状の溝（図示せず）を経由して外
部に排出される。ラップ面１４，２４には、必要に応じ
て適宜のコーティングを施すことができる。たとえば、
クロスを貼り付けたラップ面１４，２４は、鏡面研磨に
使用することも可能である。ワークＷのラップ仕上げ
は、使用する砥粒の種類や粒径に応じて調整される。

【００１０】

【実施例】

実施例１：直径２００ｍｍのワークＷの両面に外径１０
３ｍｍ，内径８３ｍｍのリング状定盤１３，２３を対向
させ、押圧力２００ｇ／ｃｍ² で押し付けた。砥粒とし
ては、平均粒径１３μｍのＡｌ₂ Ｏ₃ を４００ｇ／ｌの
割合で水に懸濁させたものを使用した。砥粒懸濁スラリ
ーＡを０．００５ｍ³ ／分の流量で貫通孔１７，２７か
らリング状定盤１３，２３の空洞部１５，２５に送り込
みながら、リング状定盤１３をａ方向に５００ｒｐｍ，
他方のリング状定盤２３をｂ方向に４５０ｒｐｍの速度
で回転させた。ワークＷは、リング状定盤１３，２３の
回転速度差に起因する回転トルクが回転支持機構３０に
よる回転力に加算され、２０ｒｐｍでｄ方向に回転し
た。また、ラッピング中、ワークＷに対するリング状定
盤１３，２３の押圧力を検出し、その押圧力を所定のプ
ログラムシーケンスに従って調節した。回転支持機構３
０によりワークＷに与える駆動力は、リング状定盤１
３，２３の回転速度に差を付けない場合に比較して５０
％低減することができた。ラッピングを３分間継続した
後、ワークＷをラップ装置から取り出し、ワークＷの両
面を調査した。その結果、材料ＴＴＶ３０μｍをＴＴＶ
１μｍに改善できた。また、材料ウェーハ面に存在する
ソーマークも完全に除去された。

【００１１】実施例２：リング状定盤１３，２３を同一
方向に２００ｒｐｍの速度，押圧力５０ｇ／ｃｍ² で回
転させる外は、実施例１と同じ条件下でワークＷを両面
ラッピングした。この場合、同一方向に回転するリング
状定盤１３，２３によりワークＷに大きな回転トルクが
与えられるので、回転支持機構３０によりワークＷに与
える駆動力を大幅に低減できた。しかも、ラッピングさ
れたワークＷは、実施例１と同様に良好な表面をもって
いた。

【００１２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、ワークに対向させたリング状定盤の回転速度又は回
転方向を調整することにより、リング状定盤の回転でワ
ークに回転トルクを与えている。そのため、ワークを回
転させる回転支持機構の負荷が軽減され、安定姿勢でワ
ークが回転するため、高精度のラッピングが可能とな
り、高品質のウェーハが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の両面ラッピング装置の概略

【図２】 従来の両面ラッピング装置の下定盤に配置さ
れたキャリア

【図３】 本発明で使用する枚葉ラッピング装置

【符号の説明】

１０：基準側ラップ機構 ２０：移動側ラップ機構
１１：基準軸 ２１：移動軸 １２，２２：柔軟
性のある円盤 １３，２３：リング状定盤 １４，２４：ラップ面 １５，２５：空洞部 １
７，２７：貫通孔 ３０：ウェーハ回転支持機構 ３１：駆動ローラ
３２：ガイドローラ Ｗ：ワーク Ａ：砥粒懸濁スラリー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円盤状ワークの半径にほぼ等しい外径の
   ラップ面をもつリング状定盤をワークの両面に対向させ
   て押圧し、ワークのエッジ部に当接する駆動ローラでワ
   ークを回転させると共に、回転速度差に起因した回転ト
   ルクがワークに付与されるように、異なる回転速度でリ
   ング状定盤を逆方向に回転させ、リング状定盤の空洞部
   を介して砥粒懸濁スラリーをワークに供給しながらワー
   クの両面をラッピングすることを特徴とするリング状定
   盤を用いた枚葉ラッピング方法。
2. 【請求項２】 円盤状ワークの半径にほぼ等しい外径の
   ラップ面をもつリング状定盤をワークの両面に対向させ
   て押圧し、ワークのエッジ部に当接する駆動ローラでワ
   ークを回転させると共に、回転速度差に起因した回転ト
   ルクがワークに付与されるように、同一又は異なる回転
   速度でリング状定盤を同一方向に回転させ、リング状定
   盤の空洞部を介して砥粒懸濁スラリーをワークに供給し
   ながらワークの両面をラッピングすることを特徴とする
   リング状定盤を用いた枚葉ラッピング方法。