JPH1080861A - ウェーハの両面ラップ方法及び装置 - Google Patents
ウェーハの両面ラップ方法及び装置Info
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- JPH1080861A JPH1080861A JP18088197A JP18088197A JPH1080861A JP H1080861 A JPH1080861 A JP H1080861A JP 18088197 A JP18088197 A JP 18088197A JP 18088197 A JP18088197 A JP 18088197A JP H1080861 A JPH1080861 A JP H1080861A
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Abstract
転させ、両面同時にウェーハをラッピングする。 【解決手段】 ウェーハ1の表裏両面に摺擦するラップ
面14,24をもち、ウェーハ1の半径にほぼ等しい外
径をもつ一対のリング状定盤13,23を対向させる。
リング状定盤13,23の空洞部15,25に砥粒懸濁
スラリーを送り込みながらリング状定盤13,23を互
いに逆方向に回転させ、ラップ面14,24に形成され
た溝を介して砥粒及び研削屑を排出する。一方のリング
状定盤13を基準側とし、他方のリング状定盤23を移
動側とし、ラップ面14,24の摩耗に応じてリング状
定盤23を基準側に移動させる。ラッピング中のウェー
ハ1は、ガイドローラ32で周縁を支持されながら駆動
ローラ31で回転力が付与される。
Description
に適し、ウェーハ形状,加工歪み層等のバラツキを矯正
するラップ方法及び装置に関する。
は、所定のブロックに切断された後、外周を研削し、ス
ライサーにセットされる。スライサーでは、高速回転す
るブレードを結晶と相対的に移動させ、結晶を所定厚み
にスライスしてウェーハとする。ブレードとしては、た
とえばドーナツ状に加工したステンレス鋼薄板の内周部
にダイヤモンド砥粒をニッケルめっきで埋め込んだもの
が使用される。結晶棒をスライスするとき、ブレードの
張力,ダイヤモンド砥粒の状態,スライサー回転軸の精
度等によって、得られたウェーハの厚みや平坦度にバラ
ツキが生じる。また、スライス条件によっては、ウェー
ハの表面から内部に入る加工歪み層が大きくなることも
ある。スライス起因のバラツキは、スライスされたウェ
ーハをラッピングすることによって除去される。従来の
スライス法では、図1の平面図(a)及び断面図(b)
にみられるように、複数のウェーハ1をキャリア2でラ
ップ盤3上に偏在しないように配置する。上方からラッ
プ盤4をウェーハ1に接触させ、砥粒を上下のラップ盤
3,4の間に送り込みながら、ウェーハ1を自転及び公
転させてラッピングする。砥粒には、適量の水に分散さ
せた粒径10μm程度のAl2 O3 ,SiC等が使用さ
れている。また、ウェーハ1のセッティングを容易にす
るため、上部ラップ盤4でウェーハ1を吸着し、所定の
位置に配置することが特公昭56−189号公報で紹介
されている。
で大口径のウェーハをラッピングしようとすると、ウェ
ーハの直径より大きな半径をもつラップ盤が必要とされ
るため、設備の大型化が避けられない。そのため、装置
の重量,サイズ,操作性等の問題が顕在化し、自動運転
及び自動制御し難いものとなる。また、ラップ盤3,4
としても大径のものが必要とされるが、大径化に伴って
ラップ盤3,4の内側及び外側の周速差が大きくなり、
ラップ面の摩耗が不均一化し、ウェーハ面が不均一にラ
ッピングされる欠陥も生じる。また、大口径のウェーハ
をラッピングする装置として、円盤状又はリング状の定
盤をウェーハの両面に押し当て回転させ、上部から加工
液を供給しながらウェーハをラッピングする方式が特公
昭52−12956号公報に紹介されている。
等の加工液を定盤の外側から供給しているので、定盤と
ウェーハとの間に十分な加工液が供給されず、ラッピン
グに有効に消費される加工液の割合が少ない。そのた
め、更に定盤の中心内部へのスラリーの供給が希薄にな
る可能性がある。具体的には、中心部がないリング状の
定盤では、スラリーを供給する側の反対側では定盤の圧
力から開放されるウェーハの出口に当り、スラリーが不
足する状態が予想される。スラリー不足は被加工物を高
速回転させることにより解消されるが、そのためには被
加工物が高い機械的強度をもつことが要求され、シリコ
ン等の半導体ウェーハには不向きである。本発明は、こ
のような問題を解消すべく案出されたものであり、リン
グ状定盤でウェーハの表裏を同時に加圧してラッピング
する際、リング状定盤の内部空洞からウェーハの表裏両
面に砥粒懸濁スラリーを供給しながらラッピングするこ
とによって生じたシリコン屑を幅の狭いリング状定盤を
用いて短期に排出させることにより、ラッピングに有効
消費される砥粒懸濁スラリーの割合を増加させ、装置の
大規模化を招くことなく、良好なラッピング効率で大口
径のウェーハであっても容易に且つ健全な状態に全面ラ
ッピングすることを目的とする。
は、その目的を達成するため、ウェーハの表裏両面に摺
擦するラップ面をもち、ウェーハの半径にほぼ等しい外
径をもつ一対のリング状定盤を対向させてウェーハの中
心から周辺に至る部分に押圧し、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互
いに逆方向に回転させ、ラップ面に形成された溝を介し
て砥粒を供給し、溝及び定盤を介して砥粒及び研削屑を
排出することを特徴とする。一対のリング状定盤をそれ
ぞれ基準側及び移動側とし、移動側定盤はラップ面の摩
耗に応じて他方の基準側に対し全面均等に配分された加
圧状態で移動できることが好ましい。ラッピング中のウ
ェーハは、ガイドローラで周縁を支持されながら駆動ロ
ーラで回転力が付与される。
濁スラリーを供給する貫通孔が形成された基準軸の先端
にリング状ラップ定盤を回転可能に設けた基準側ラップ
機構と、砥粒懸濁スラリーを供給する貫通孔が形成され
た移動軸の先端にリング状ラップ定盤を回転可能に設け
た移動側ラップ機構と、ウェーハの表面に接触してウェ
ーハを回転させる駆動ローラ及びウェーハの周縁に接触
して回転中のウェーハを位置制御するガイドローラを備
えたウェーハ回転支持機構からなり、リング状定盤のウ
ェーハ表面に対向する側に内部から外部に至る放射状の
溝をもつラップ面が形成されていることを特徴とする。
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
るウェーハ1を両ラップ機構10と20との間に位置さ
せる。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21に伝達さ
れる動力で矢印b方向に回転する。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13,2
3に加わる力を等しくし、ウェーハ1の両面に同一の摩
擦力を発生させる。また、ウェーハ1に加わる回転トル
クは、ウェーハ1の表裏で相殺され、結果として定盤1
3,23のラップ面14,24でウェーハ1が加圧保持
される。
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ウェーハ
1に加わる加圧力が一定に保たれる。ウェーハ1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方向の回転がウェーハ1に与
えられる。回転しているウェーハ1の姿勢は、ウェーハ
1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ウ
ェーハ1がリング状定盤13,23に圧接し、設定条件
下でウェーハ1がラッピングされる。ウェーハ1の表裏
両面に接触して駆動ローラ31,31が双方で回転する
ため、ウェーハ1に自転トルクが与えられ姿勢が安定す
る。駆動ローラ31は、加工進行に伴ってウェーハ1側
に移動し、一定圧でウェーハ1の表面に押し付けられる
ようにすることが好ましい。
4,24の全域に渡って圧力を均一にするため、ウェー
ハ1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。ラップ面14,24には、
たとえば図3に示すパターンで溝16,26が刻設され
ている。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、ウェーハ1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16,26及びリング状定盤13,23の外
周部を経て外部に排出される。すなわち、砥粒懸濁スラ
リー及び加工屑は、リング状定盤13,23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16,26及び外周辺を経由して外部に排出さ
れる。
定盤13,23の空洞部15,25に送り込んだ後、ウ
ェーハ1の表裏両面に供給される。供給された砥粒を介
して表裏両側のリング状定盤13,23から同等の圧力
が与えられることにより、ウェーハ1は表裏同様に加工
される。このように、スラリーは溝16,26及び定盤
13,23とウェーハ1の間隙を経由して系外に排出さ
れるので、無駄を少なくしてスラリーの効率的な使用が
可能になる。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。ウェーハ1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。
よる影響も抑制される。すなわち、通常の平面定盤では
熱変形が定盤直径の二乗に比例し且つ表裏の温度差にも
比例して大きくなる。そのため、ラッピングしようとす
るウェーハの直径が大きくなるほど、僅かな加工熱で定
盤が歪み、高精度の加工が困難になる。これに対し、定
盤をリング状にするとき、熱により平坦度が損なわれる
ことがなく、また高速回転した場合の発熱による影響も
少なくなる。更に、平面定盤では加わる圧力変化(圧力
加減)に定盤が変形する欠点があったが、リング状の定
盤では、応力変形がラップ面に現れない。この点でも、
高精度のラップ加工が可能になり、特に大型化したウェ
ーハに適したものとなる。
l2 O3 ,SiC,ダイヤモンド粒子等が使用される。
極限まで微粒化したSiO2 等の砥粒を使用すると、鏡
面加工することができる。また、微粒砥粒を懸濁させる
液としてアルカリ等を使用すると、ウェーハ1のエッチ
ングも同時に行うことが可能となる。ラッピングに際し
ては、ウェーハ1をリング状定盤13,23のラップ面
14と24との間に配置し、砥粒懸濁スラリーAを貫通
孔17,27からリング状定盤13,23の空洞部1
5,25に送り込む。リング状定盤13,23は、15
0g/cm2 程度の押圧力でウェーハ1に押し付けられ
る。この状態で、リング状定盤13をa方向に、リング
状定盤23をb方向に、ウェーハ1をd方向に回転させ
ながら、ウェーハ1の両面を同時にラップ面14,24
でラッピングする。
24が摩耗するが、この摩耗量に応じて基準側ラップ機
構20及びウェーハ回転支持機構30は圧力機構(図示
せず)で自動的にc方向に移動する。そのため、ウェー
ハ1の表面に対するラップ面14,24の押圧状態に変
動がなく、一定した条件下でウェーハ1が両面ラッピン
グされる。圧力制御機構40としては、たとえば図4に
示す機構をもったものが使用される。この圧力制御機構
40は、加圧室41にヘッド42が収容されたピストン
43の脚部44を回転動力軸受け45に当接させてい
る。ウェーハ1をラッピングするとき、ラップ面が14
→14’,24→24’(図5,図6)へと摩耗する量
は毎回極微量である。そのため、ラップ面14,24に
対するウェーハ1の接触面が移動する距離も極微量であ
る。したがって、ガイドローラ32を予め手動で移動さ
せておくと、ガイドローラ32の移動制御を必要とする
ことなく、リング状定盤13,23でウェーハ1を挟む
ことによりウェーハ1が所定位置に保持される。なお、
移動側のリング状定盤23は、ラッピングによるウェー
ハ1の厚み変化分(1R〜1R’,1L〜1L’:図
5)+αと60〜100μm移動するが、この移動はピ
ストン43で押される回転動力軸受け45の移動で保証
される。
しい外径をもつリング状定盤13,14を使用して、ウ
ェーハ1の両面を同時にラッピングしている。そのた
め、図1に示す従来のラップ法に比較して、大口径のウ
ェーハ1をラッピングする場合であっても大きな定盤を
必要とせず、装置の大型化を招くことがない。しかも、
従来の定盤では摩耗による修正を行う必要があるが、本
発明ではリング状定盤13,23で構成される平面が摩
耗によって損なわれないため、修正が不要になる。そし
て、常に安定した面状態でウェーハ1がラッピングされ
るため、スライス時に発生した形状不良,加工歪み層等
の欠陥が効率よく除去され、表面状態が良好な高品質の
ウェーハが得られる。しかも、定盤を高速回転させてウ
ェーハ面との相対速度を大きくする加圧状態では、ウェ
ーハ上の定盤がスラリーの流体粘性によって浮上し、化
学的作用を働かせることもできる。そのため、条件によ
っては、化学反応を伴った機械研磨も可能となる。勿
論、低速回転,低圧状態での化学反応を抑えた機械研磨
も可能である。
03mm,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13,23を500rpmで
それぞれa方向及びb方向に回転させ、ウェーハ1を2
0rpmでd方向に回転させた。また、ラッピング中、
ウェーハ1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。ラッピングを3分間継続した後、ウェー
ハ1をラップ装置から取り出し、ウェーハ1の両面を調
査した。その結果、材料TTV30μmをTTV1μm
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。
は、ウェーハ半径にほぼ等しいリング状定盤をウェーハ
の両面に押し付け、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ウェーハの両面を同時にラッピ
ングしている。そのため、ウェーハが大口径化してもラ
ップ装置がそれほど大規模化することがない。しかも、
移動側ラップ機構やウェーハ回転支持機構の移動量及び
リング状定盤の回転速度を容易に制御でき、自動化が容
易な装置となる。また、ラップ処理されたウェーハは、
形状及び加工歪み層の均一性共に高品質の製品となる。
面図(b)
動力軸受け
面
ドローラ
5:砥粒 1R:ラッピング前のウェーハ片面
1R’:ラッピング後のウェーハ片面 1L:ラッピング前のウェーハ他面 1L’:ラッピ
ング後のウェーハ他面 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
6,26:溝 17,27: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 40:圧力制御機構 41:加圧室 42:ヘッド
43:ピストン 44:脚部 45:回転動力軸受け A:砥粒懸濁スラリー
Claims (5)
- 【請求項1】 ウェーハの表裏両面に摺擦するラップ面
をもち、ウェーハの半径にほぼ等しい外径をもつ一対の
リング状定盤を対向させてウェーハの中心から周辺に至
る部分に押圧し、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互いに逆方向に回
転させ、ラップ面に形成された溝を介して砥粒を供給
し、溝及び定盤を介して砥粒及び研削屑を排出すること
を特徴とするウェーハの両面ラップ方法。 - 【請求項2】 片方のリング状定盤を基準側とし、ラッ
プ面の摩耗に応じて他方のリング状定盤を基準側に移動
させる請求項1記載の両面ラップ方法。 - 【請求項3】 ガイドローラで周縁を支持しながら駆動
ローラでウェーハを回転させる請求項1又は2記載の両
面ラップ方法。 - 【請求項4】 砥粒懸濁スラリーを供給する貫通孔が形
成された基準軸の先端にリング状ラップ定盤を回転可能
に設けた基準側ラップ機構と、砥粒懸濁スラリーを供給
する貫通孔が形成された移動軸の先端にリング状ラップ
定盤を回転可能に設けた移動側ラップ機構と、ウェーハ
の表面に接触してウェーハを回転させる駆動ローラ及び
ウェーハの周縁に接触して回転中のウェーハを位置制御
するガイドローラを備えたウェーハ回転支持機構からな
り、リング状定盤のウェーハ表面に対向する側に内部か
ら外部に至る放射状の溝をもつラップ面が形成されてい
ることを特徴とするウェーハの両面ラップ装置。 - 【請求項5】 ラップ面の摩耗に応じて基準側ラップ機
構に向けて移動側ラップ機構及びウェーハ回転支持機構
を移動させる移動機構を備えている請求項4記載の両面
ラップ装置。
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