| 【発明の名称】 |
ラッピング装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】植木 修三
【住所又は居所】鹿児島県国分市山下町１番１号 京セラ株式会社鹿児島国分工場内
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| 【要約】 |
【課題】ラップ定盤に複数枚のウェハを貼り付けて研磨する際、各ウェハの研磨量が不均一となり、高精度なラッピング加工ができない。
【解決手段】ラップ盤２上に、下面に複数のラップ定盤３を支持するキャリア１を配して成り、各ラップ定盤３の下面にウェハ６を取着し、ウェハ６表面を上記ラップ盤２に押圧してウェハ６表面を研磨するラッピング装置であって、上記キャリア１はその中心軸１ａで回転し、かつ各ラップ定盤３はその中心軸３ａで回転する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】ラップ盤上に、下面に複数のラップ定盤を支持するキャリアを配して成り、各ラップ定盤の下面にウェハを取着し、ウェハ表面を上記ラップ盤に押圧してウェハ表面を研磨するラッピング装置であって、上記キャリアはその中心軸で回転し、かつ各ラップ定盤はその中心軸で回転することを特徴とするラッピング装置。
【請求項２】上記キャリアの上面にその中心軸を駆動軸として回転する駆動用歯車を備えるとともに、該駆動用歯車の回転に従動して回転し、上記各ラップ定盤の中心軸で回転させる複数の従動用歯車を備えたことを特徴とする請求項１に記載のラッピング装置。
【請求項３】上記各ラップ定盤は、その直径がウェハの直径より１〜５ｍｍ大きく、且つ各ラップ定盤に上記従動用歯車の従動軸を嵌合し、少なくとも１つのストレート部を有する円形状の従動軸用孔を備えたことを特徴とする請求項２に記載のラッピング装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高い寸法精度及び平坦度を有する半導体ウェハを得るためのラッピング加工を行うラッピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハの平行度、平坦度及び表面粗さ等の良否は、半導体の製品品質に直接影響を及ぼす重要な要素であり、ウェハの表面をラッピング装置によってラッピング加工して高品質のウェハが作製されている。
【０００３】かかるラッピング装置は、図３に示すように、上部ラップ盤１１、下部ラップ盤１２及びこれら上部ラップ盤１１と下部ラップ盤１２との間に備えられた複数のラップ定盤１３と、これら複数のラップ定盤１３を保持するキャリア１７とからなり、上記各ラップ定盤１３の下面にはパラフィン系ワックス等を介してウェハが取着されている。
【０００４】このようなラッピング装置では、ラップ定盤１３に取着されたウェハを、上部ラップ盤１１によってウェハが下部ラップ盤１２に圧接するように加圧され、上部ラップ盤１１及び下部ラップ盤１２をそれぞれ回転させながら、供給される研磨材によってラッピング加工する仕組みである（特開平６−７７１８７号公報参照）。
【０００５】また、図４の平面図に示すように、上部ラップ盤２１と下部ラップ盤の間に配置されるラップ定盤２３にウェハ２６を偏心させて取着し、その外周に設けられた歯車２４によって自転させ、上部ラップ盤２１及び下部ラップ盤をそれぞれ回転させることによって、ウェハ２６を全面に渡って均一にラッピング加工するラッピング装置が提案されている（特開２０００−２３７９５３号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に示すようなラッピング装置は、複数のラップ定盤１３がキャリア１７に保持され、上部ラップ盤１１とともに回転するため、上部ラップ定盤１１及び下部ラップ定盤１２が回転するだけであることから、ウェハの研磨量にバラツキが生じやすく、下部ラップ盤１２の外周部では周速が大きくなり、各ラップ定盤１３に取着されたウェハ１６の平坦度、平行度、表面粗さを均一にできないという欠点を有していた。
【０００７】また、各ラップ定盤１３の周速が異なることから、各ウェハの研磨量の違いが生じ、寸法精度が低下するという欠点を有していた。
【０００８】さらに、上記図４に示すようなラッピング装置では、ウェハ２６を取着したラップ定盤２３がその外周に設けられた歯車２４によって自転するが、１つのラップ定盤２３に１つのウェハ２６しか取着できないため、ラッピング加工の効率が悪いという欠点を有していた。
【０００９】またさらに、ウェハ２６をラップ定盤２３に偏心させて取着する必要があることから、位置ずれが生じやすく、研磨量を均一にしにくいという欠点を有していた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のラッピング装置は、ラップ盤上に、下面に複数のラップ定盤を支持するキャリアを配して成り、各ラップ定盤の下面にウェハを取着し、ウェハ表面を上記ラップ盤に押圧してウェハ表面を研磨するラッピング装置であって、上記キャリアはその中心軸で回転し、かつ各ラップ定盤はその中心軸で回転することを特徴とするものである。
【００１１】また、本発明のラッピング装置は、上記キャリアの上面にその中心軸を駆動軸として回転する駆動用歯車を備えるとともに、該駆動用歯車の回転に従動して回転し、上記各ラップ定盤をその中心軸で回転させる従動用歯車を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】さらに、上記各ラップ定盤は、その直径がウェハの直径より１〜５ｍｍ大きく、且つ各ラップ定盤に上記従動用歯車の従動軸を嵌合し、少なくとも１つのストレート部を有する円形状の従動軸用孔を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】本発明のラッピング装置によれば、上記キャリアはその中心軸で回転し、かつ各ラップ定盤はその中心軸で回転することから、ラップ盤上にウェハ全面を一様に接触させることが可能となり、各ウェハの研磨量を均一にして、平坦度、表面粗さの優れたラッピング精度の高いラッピング装置を提供することができる。
【００１４】また、本発明のラッピング装置によれば、上記キャリアの上面にその中心軸を駆動軸として回転する駆動用歯車を備えるとともに、該駆動用歯車の回転に従動して回転し、上記各ラップ定盤をその中心軸で回転させる従動用歯車を備えたことから、容易な機構で各ラップ定盤に取着されたウェハ全面を均一にラップ盤に接触させることができ、より平坦度、表面粗さの優れたラッピング精度の高いラッピング装置を提供することができる。
【００１５】さらに、本発明のラッピング装置によれば、上記各ラップ定盤の直径がウェハの直径より１〜５ｍｍ大きく、上記従動用歯車の従動軸を嵌合する少なくとも１つのストレート部を有する円形状の従動軸用孔を有することから、ラップ定盤とウェハの中心位置を高精度に合わせて取着でき、ウェハを均一に研磨することができる。さらに、上記従動軸用孔をストレート部を有する円形状としておくことで、セラミックス等の高剛性の材料からなるラップ定盤に従動軸用孔を加工する際に、クラック等が生じることを防止し、ラップ定盤の従動軸用孔に従動軸を差し込めば、回転トルクを従動軸からラップ定盤へ効率よく伝達することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次いで、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】図１（ａ）は、本発明のラッピング装置の一実施形態を示す分解斜視図であり、同図（ｂ）はラッピング装置の研磨機構を示す部分断面図である。
【００１８】本発明のラッピング装置は、ラップ盤２上に、下面に複数のラップ定盤３を支持するキャリア１を配して成り、各ラップ定盤３の下面にウェハ６を取着し、ウェハ６の表面を上記ラップ盤２に押圧してウェハ６を研磨するものであり、上記キャリア１の上面にその中心軸１ａを駆動軸４ａとして回転する駆動用歯車４を備えるとともに、該駆動用歯車４の回転に従動して回転する従動用歯車４を備えてなる。
【００１９】上記キャリア１は、ラップ定盤３を複数個保持できるホールを有し、１つのキャリア１に６個程度、また、１つのラップ盤２上にはキャリア１が３〜４個程度設けられており、ラップ盤２、ウェハ６の大きさによって適切な大きさのものを選択する。
【００２０】また、上記キャリア１は、その中心軸１ａを中心に回転し、中心軸１ａにはラップ定盤３を回転させるための駆動用歯車４が設けられるとともに、該駆動用歯車４と噛み合う複数の従動用歯車５が設けられている。
【００２１】なお、上記駆動用歯車４及び従動用歯車５の歯数比率はラップ盤２の周速に対して、適切な設定値が採用される。歯車形状としては平歯車、ハス歯歯車を用いることが好ましい。
【００２２】上記キャリア１の下面には、従動用歯車５の位置に対応する複数のラップ定盤３が回転自在に取り付けられている。
【００２３】上記ラップ定盤３は、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素等のセラミックスからなることから、高剛性を有し、ラップ定盤３の歪み量を小さく抑えることができる。特に、炭化珪素質セラミックスはビッカース硬度が１５〜２５ＧＰａ、熱伝導率が６０Ｗ/ｍ・Ｋ以上、破壊靭性値が４〜６ＭＰａ√ｍとなり、研磨時に発生する熱を逃がし易いことから、熱歪の少ないラッピング加工を行うことができる。また、耐薬品性が高いことから、使用中の化学的な腐食が少なく、高精度なラッピング加工が可能となる。
【００２４】また、上記ラップ定盤３は、通常８インチ(直径２０３．２mm)のウェハ６を研磨する際、外径６００mmのキャリア１に最大６個セットし、生産効率を上げることができる。
【００２５】さらに、上記ラップ定盤３は、その下面にパラフィン系ワックスを介してウェハ６が取着されており、ラップ定盤３の直径は、上記ウェハ６の直径より１〜５ｍｍ大きくすることが好ましい。ラップ定盤３の直径とウェハ６の直径の差が１ｍｍ未満となると、ラップ定盤３にウェハ６を取着する作業において、ウェハ６がラップ定盤３からはみ出す危険性を有しており、ウェハ６を均一に研磨することが困難となる。一方、ラップ定盤３の直径がウェハ６の直径より５ｍｍを超えて大きくなると、１つのキャリア１に配置できるウェハ６の数が減少し、ウェハ６を効率よく研磨できなくなる。
【００２６】またさらに、上記ラップ定盤３は、図２に示す平面図のように、その上面、即ちウェハ６の取着面と反対側の面に、上記キャリア１上に備えられた複数の従動用歯車５の従動軸５ａを嵌合するための従動軸用孔３ｂを有している。
【００２７】上記従動軸用孔３ｂは、少なくとも１つのストレート部を有する円形状とすることが好ましく、セラミックス等の高剛性の材料からなるラップ定盤３に従動軸用孔３ａを加工する際、クラック等が生じることを防止し、従動軸５ａが空回りすることは無く、従動用歯車５の駆動トルクをラップ定盤３に効率よく伝達することができる。
【００２８】なお、ラップ定盤３に従動用歯車５からの回転を伝達する方法としては、色々な方法が考えられる。例えば、ラップ定盤３と従動用歯車５を一体的に形成する方法や、ラップ定盤３の中心に凸部を設けるとともに、従動用歯車５の従動軸５ａに位置する部分に凹部を設け、上記凸部を凹部に嵌合する方法、また、ラップ定盤３と駆動用歯車４の駆動軸４ａをフランジボルト止めする方法等によっても上述と同様に、従動用歯車５の回転をラップ定盤３に伝達することができる。
【００２９】また、上記ラップ定盤３及びその下面に取着されたウェハ６の下面には、鋳鉄製のラップ盤２が備えられ、中心軸２ａを中心に回転してウェハ６をラッピング加工する。
【００３０】ここで、上述のような部材からなるラッピング装置を用いてウェハ６をラッピング加工するには、先ず、ラップ定盤３にウェハ６をパラフィンワックス等で取着し、上記キャリア１に備えられた従動用歯車５の従動軸５ａを、ラップ定盤３の従動軸用孔３ｂに嵌合する。
【００３１】次いで、ラップ定盤３に取着されたウェハ６をキャリア１によってラップ盤２に圧接させる。
【００３２】しかる後、ラップ盤２上に研磨剤（不図示）を供給しながら、キャリア１を中心軸１ａを中心に回転させるとともに、この回転力を駆動用歯車４に用いて駆動軸４ａを中心に回転させる。ここでラップ盤２の外周部分周速とラップ定盤３の外周部の周速がほぼ一致するように、キャリア１の公転速度とラップ定盤３の自転速度が決定される。
【００３３】そして、上記駆動用歯車４に噛み合うように備えられた複数の従動用歯車５が従動軸５ａを中心に回転するとともに、従動軸５ａに嵌合された複数のラップ定盤３が中心軸３ａを中心に回転し、ウェハ６をラッピング加工する仕組みである。
【００３４】このような研磨機構を有するラッピング装置を用いてウェハ６をラッピング加工することによって、キャリア１及びラップ盤２の回転に加え、各ラップ定盤３が機械的に回転するため、ラップ定盤３に取着されたウェハ６は、公転及び自転してウェハ６を全面に渡って均一に研磨することができ、平坦度、平行度、表面粗さの優れたものとなる。
【００３５】なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、上述の実施形態ではキャリア１の上面に駆動用歯車４及び従動用歯車５を備えて各ラップ定盤３が中心軸で回転する仕組みを説明したが、上記キャリア１がその中心軸１ａで回転し、かつ各ラップ定盤３がその中心軸３ａで回転するものであれば歯車以外の回転機構を備えるラッピング装置においても同様の効果を奏することができる。
【００３６】
【実施例】次いで、本発明の実施例を説明する。
【００３７】図1に示すようなラッピング装置を得るため、1個のキャリアに６個の炭化珪素からなるラップ定盤を備え、合計4つのキャリアを有するラッピング装置を作製した。
【００３８】また、比較例として図３に示すようなラップ装置を上述と同様の大きさ、材質で作製した。
【００３９】そして、直径８インチ（２０３．２ｍｍ）のウェハを各ラップ定盤に取着し、ラッピング加工した後、各ウェハの平行度をマイクロメーターで、平坦度を精密測定装置ナノメトロ(黒田精工製)で測定した。
【００４０】この結果を表１に示す。
【００４１】なお、上記平行度、平坦度は、各キャリアに備えられた６個のラップ定盤に取着されたウェハの平均値を示している。【００４２】【表１】
【００４３】表１より明らかなように、本発明の試料は平行度の平均値が０．４μｍ、平坦度が０．４μｍと非常に高精度なラッピング加工が可能であることがわかった。
【００４４】これに対し、比較例試料は、平行度の平均値が２．５μｍ、平坦度が１．５μｍとなっており、本発明試料に比し、平行度では６倍程度、平坦度は３．５倍程度と非常に大きなものとなることが判った。
【００４５】
【発明の効果】本発明のラッピング装置によれば、上記キャリアはその中心軸で回転し、かつ各ラップ定盤はその中心軸で回転することから、ラップ盤上にウェハ全面を一様に接触させることが可能となり、各ウェハの研磨量を均一にして、平坦度、表面粗さの優れたラッピング精度の高いラッピング装置を提供することができる。
【００４６】また、本発明のラッピング装置によれば、上記キャリアの上面にその中心軸を駆動軸として回転する駆動用歯車を備えるとともに、該駆動用歯車の回転に従動して回転し、上記各ラップ定盤をその中心軸で回転させる従動用歯車を備えたことから、容易な機構で各ラップ定盤に取着されたウェハ全面を均一にラップ盤に接触させることができ、より平坦度、表面粗さの優れたラッピング精度の高いラッピング装置を提供することができる。
【００４７】さらに、本発明のラッピング装置によれば、上記各ラップ定盤の直径がウェハの直径より１〜５ｍｍ大きく、上記従動用歯車の従動軸を嵌合する少なくとも１つのストレート部を有する円形状の従動軸用孔を有することから、ラップ定盤とウェハの中心位置を高精度に合わせて取着でき、ウェハを均一に研磨することができる。さらに、上記従動軸用孔をストレート部を有する円形状としておくことで、セラミックス等の高剛性の材料からなるラップ定盤に従動軸用孔を加工する際に、クラック等が生じることを防止し、ラップ定盤の従動軸用孔に従動軸を差し込めば、回転トルクを従動軸からラップ定盤へ効率よく伝達することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６３３
【氏名又は名称】京セラ株式会社
【住所又は居所】京都府京都市伏見区竹田鳥羽殿町６番地
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| 【出願日】 |
平成１３年８月３０日（２００１．８．３０） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００３−７１７０６（Ｐ２００３−７１７０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年３月１２日（２００３．３．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２６１５１４（Ｐ２００１−２６１５１４） |
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