JP2000198057A - 半導体ウェハの面取り加工面の鏡面研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハの表裏両面の面取り加工面の鏡
面研磨加工をする時に、真空チャックの保持力が小さく
ても短時間での加工を可能にすると供に、面取り加工面
を高精度に鏡面研磨できる半導体ウェハの面取り加工面
の鏡面研磨装置を提供する。 【解決手段】 半導体ウェハ１０の面取り加工面１１、
１２を研磨する上面研磨ドラム５及び下面研磨ドラム６
を組み込んだ研磨ユニット１、２とを設ける。外周側面
部１３を研磨する側面研磨ドラム７、８を組み込んだ研
磨ユニット３、４とを設ける。それぞれの研磨ユニット
には、研磨布を側面部に巻き付けた各研磨ドラムを軸支
して、研磨ユニットに組み込んだ可変速モーターにより
回転駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、半導体ウェハを製造す
るにあたり、その外周部に予め面取り加工された半導体
ウェハの面取り加工面を鏡面研磨する装置に関するもの
である。

【０００２】半導体ウェハを製造するにあたり、その外
周部の予め表裏両面の面取り加工を行った面を鏡面研磨
する装置としては、例えば、特許第２６５１４７９３号
特許公報に示すような装置が提案されている。

【０００３】これは、研磨布を外周面に貼り付けたドラ
ム部材を回転させ、この研磨布を貼り付けた円筒面（研
磨布を円筒面に貼り付けたドラム部材、または、研磨布
の素材を円筒状に形成したドラム部材を、以後「研磨ド
ラム」と呼ぶ）に、ウェハ保持機構を構成する真空チャ
ックに保持された該半導体ウェハの外周部を当接する。
当接部に砥粒を含んだスラリーを供給しながら、所定の
角度で当接して該半導体ウェハを軸線の周りに回転させ
ることにより、外周部の面取り加工面を鏡面研磨するも
のである。

【０００４】実際には、表裏両面の面取り加工面と外周
側面部の３つの加工面を鏡面研磨するため、異なる当接
角度に設定した３つの加工機構と、それぞれの加工機構
に該半導体ウェハを順次搬送する半導体ウェハ搬送機構
とから構成されている。半導体ウェハは、３つの加工機
構を順次通過し、それぞれの加工機構で１つずつ加工面
を鏡面研磨され、最終的には、表裏面のそれぞれの面取
り加工面と外周側面部の３つの加工面を鏡面研磨され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た３つの加工機構を持つ方式では、合計３つの加工面を
順次研磨するため、１枚の半導体ウェハの加工に長時間
がかかる。このため、最初の加工機構による加工でスラ
リーが研磨面に付着すると、長く付着したままになり、
スラリーのエッチング作用により、研磨面が凸凹になり
やすい。スラリーは強いアルカリ性水溶液にシリカなど
の微小な砥粒を分散したものであるためである。

【０００６】また、３つの加工機構と、それぞれの加工
機構の前後に搬送機構とを有するため、高価で大型な装
置となり、クリーンルームの占有面積も大きく、ランニ
ングコストも大きくなる。

【０００７】さらに、それぞれの加工面の鏡面研磨加工
においては、半導体ウェハの片面を真空チャックにより
保持して加工されるが、半導体ウェハの外周部が、この
研磨ドラムに当接して研磨される時に、半導体ウェハと
真空チャックの吸着面に加工のための反力が加わる。真
空チャックは、この反力に抗した力でウェハを保持しな
ければならない。したがって、研磨ドラムへ半導体ウェ
ハをより強く押しつけて加工速度を上げようとした場
合、反力もそれに比例して大きくなり、半導体ウェハを
保持しきれずに真空チャックから脱落したり、保持位置
からずれて加工精度が維持できなくなる。

【０００８】ちなみに、チャックの真空度を上げること
により保持力を強くすることは可能であるが、吸着面に
押しつける力が大きくなるため、半導体ウェハにキズが
つきやすくなる等の不具合も発生する。

【０００９】さらに、この方法は、チャックと研磨ドラ
ム相対的位置関係が、面取り加工面の鏡面加工精度に大
きく影響する。研磨ドラムの当接によるウェハのたわみ
や、ウェハの反り、研磨ドラムのわずかな摩耗や、研磨
ドラムの弾性のバラツキなども、この相対的位置関係を
変化させる要因である。これらの要因が変化すると、鏡
面加工幅が変動したり、加工面の表面粗さがばらつく。

【００１０】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、半導体ウェハの表裏両面の面取り加工面の鏡面研磨
加工をする時に、ウェハ保持機構を構成する真空チャッ
クの保持力が小さくても短時間での加工を可能にすると
供に、面取り加工面を高精度に鏡面研磨できる半導体ウ
ェハの面取り加工面の鏡面研磨装置を提供することを目
的にするものである。

【００１１】また、半導体ウェハ外周側面部の鏡面研磨
加工についても、上記と同様に短時間の加工を可能とす
るとともに、上記の面取り加工面の鏡面研磨加工と同時
に行える半導体ウェハの面取り加工面及び外周側面部の
鏡面研磨装置を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、第一の発明に
よる面取り加工面の鏡面研磨装置では、半導体ウェハの
外周部の面取り加工面を鏡面研磨するにあたって、上面
研磨ドラムおよび下面研磨ドラムで半導体ウェハの外周
部の表裏面を挟持するウェハ挟持域を形成し、該る２個
の研磨ドラムを同方向に回転させることにより、半導体
ウェハに加わる表裏の研磨加工に伴う反力を前記ウェハ
挟持域において打ち消すように構成した。

【００１３】これにより、研磨ドラムに大きな当接圧を
加えても、半導体ウェハに対しては、表裏から挟持する
力となるため、ウェハ保持機構を構成する真空チャック
に対して加わる当接圧が打ち消される。また、研磨ドラ
ムの回転方向が同方向のため、半導体ウェハの周方向に
働く研磨加工に伴う反力が表裏で逆方向となり、これも
ウェハ挟持域において打ち消される。このため、反力に
抗してウェハを回転させるための力が、非常に小さくで
きる。外周側面部に対しても、第二の発明として例えば
２個の側面研磨ドラムを、半導体ウェーハを挟持するよ
うに配置して当接し、これを逆方向に回転することによ
って、半導体ウェハ周方向に働く加工による反力を打ち
消すことが可能になる。この様に構成することによっ
て、面取り加工面の鏡面研磨の場合と同様に大きな加工
速度が得られる。以上のように、第二の発明による面取
り加工面の鏡面加工装置は、表裏の面取り加工面と側面
部の３つの面を、同時に大きな加工速度で高精度に鏡面
研磨することができる。また、ウェハ保持機構を構成す
る真空チャックに強い力で吸着されることに起因するキ
ズなども発生しない。

【００１４】また、１つの研磨ドラムにつき、１つの面
を研磨するように構成したため、それぞれの研磨ドラム
は、単純な円筒状にすることが出来、製作が容易で精度
も出しやすくなる。以上は、研磨ドラムを用いて鏡面研
磨加工を行う装置について説明したが、研磨ドラムに変
えて、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだ研削砥石を用いる
ことによって、研削により、面取り加工をすることも可
能である。このようにすれば、前述した本発明による面
取り加工面の鏡面研磨装置と同様の特徴をもった面取り
加工装置を製作できる。また、それぞれの研磨ドラムを
一組のプーリーに置き換えて研磨テープのループを装着
し、これを該プーリーで駆動して該半導体ウェハに当接
し、これを同様に研磨することも出来る。これによって
も、本発明と同様な特徴をもった面取り加工装置を製作
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の最も好ましい実施の形態
においては、半導体ウェハの表裏面の外周部の面取り加
工面と側面部をそれぞれ別個の研磨ドラムにより同時に
加工出来るように構成したものであり、各研磨ドラム
は、それぞれ別個のモーターにより高速回転され、回転
速度、回転方向、半導体ウェハへの当接角度、当接圧力
を調節可能に設けている。

【００１６】また、それぞれの研磨ドラムとそれを回転
駆動するモーターとは軸受けや軸シールを含めてユニッ
ト化され、それぞれの研磨ドラムと半導体ウェハの当接
部には砥粒を含んだスラリーが供給される。

【００１７】ウェハ保持機構を構成する真空チャック
は、半導体ウェハを保持して移動し、該ウェハの外周部
を前記研磨ドラムに当接させながら回転する。これも、
モーターや軸受け等を含みユニット化された自動位置決
め装置により半導体ウェハを研磨ドラムに当接するた
め、予め設定した位置に自動的にセットされる。

【００１８】加工時の真空チャック位置は、半導体ウェ
ハの直径や厚さなどの加工状況の変化に応じて設定され
る。加工中、半導体ウェハは２回転／分から１０回転／
分のスピードで回転する。研磨ドラムは、周速が１００
ｍ／ｍｉｎから５００ｍ／ｍｉｎに相当する回転数を与
えられる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
するが、便宜上、図４乃至図６については、上面研磨ド
ラムおよび下面研磨ドラムは省略してある。図１は実施
例の面取り加工面の鏡面研磨装置を示す模式図である。
図１に示すように、本実施例の装置は、半導体ウェハを
保持して回転力を与えるウェハ保持機構１００、半導体
ウェハ１０の面取り加工面１１、１２を研磨する上面研
磨ドラム５及び下面研磨ドラム６を組み込んだ研磨ユニ
ット１、２、ウェハの外周側面部１３を研磨する側面研
磨ドラム７、８を組み込んだ研磨ユニット３、４の計４
台の研磨ユニットとを有し、半導体ウェハ１０にそれぞ
れの研磨ドラムが同時に当接するように配置した。上面
研磨ドラム５と下面研磨ドラム６は同方向に、また、側
面研磨ドラム７、８同士は互いに反対方向に回転する。
それぞれの研磨ユニットには、研磨布を側面部に巻き付
けた各研磨ドラムを軸支して、研磨ユニットに組み込ん
だ可変速モーターにより回転駆動する。研磨ドラムの直
径は、大きいほど側面部に巻き付けた研磨布の寿命が長
くなり、研磨面の均一性を長期間維持することが可能で
あるが、モーターに必要とされるトルクが増大し、モー
ターが大型化する。本実施例では、上面研磨ドラム５及
び下面研磨ドラム６の直径は１００ｍｍとし、側面研磨
ドラム７、８の直径は５０ｍｍとして、約６４０回転／
分の回転速度で研磨した。半導体ウェハ１０の回転速度
は５回転／分であった。

【００２０】表裏面を挟持する研磨ユニット１、２にお
いては、図２に示すようにそれぞれの研磨ドラムの回転
軸の中心線５ｃ、６ｃはお互いに１０度の角度で交差
し、それぞれの研磨ドラムは半導体ウェハ１０の面取り
加工面を挟持した状態で半導体ウェハ１０に当接する。
この当接角度は面取り加工面の角度に倣ったものであ
る。

【００２１】また、図３に示すようにウェハ表面を含む
仮想的な平面上に、これと垂直な方向から上面研磨ドラ
ム５及び下面研磨ドラム６の回転軸の中心線５ｃ、６ｃ
を投影したとき、それぞれの研磨ドラムの回転軸の中心
線５ｃ、６ｃは、半導体ウェハ１０の回転中心を通らず
に、前記平面上でお互いに１０度の角度で交差する。

【００２２】これにより、各研磨ドラムに巻き付けた研
磨布と半導体ウェハ１０の面取り加工面１１、１２との
接触する面積が大きくなり、研磨布の部分的な消耗が少
なくなる。また、ウェハ平坦面などの必要以上の部分ま
でスラリーに濡れることも少なくなる。この角度は５度
以下では効果なく、１５度以上では研磨ドラムに当接す
る範囲が半導体ウェハ平坦面にかなり深く進入してしま
い、スラリーに濡れる範囲が逆に広くなる。

【００２３】スラリーに濡れたまま長時間放置すると、
前述したように半導体ウェハ１０がエッチングされて研
磨面が凸凹になる。このため、特に高精度が要求される
平坦面には、スラリーが接触しないように１５度以下に
する必要がある。

【００２４】半導体ウェハ１０の外周側面部１３を径方
向から挟持する研磨ユニット３、４の側面研磨ドラム
７、８の回転中心軸は、図４に示すように、ウェハ回転
中心から１２０度の開き角をもつ直線上に位置して、お
互いに反対方向に回転する。これにより半導体ウェハ１
０の周方向に働く加工による反力を打ち消すことが出来
る。また、１２０度という大きな開き角をもって半導体
ウェハ１０を挟持しているため、側面研磨ドラム７、８
の当接力により径方向に半導体ウェハ１０を押す力も、
ほとんど打ち消すことが出来る。

【００２５】さらに、図５に示すように側面研磨ドラム
７については、半導体ウェハ１０の接触域における半導
体ウェハ１０の外周の接線を含み、半導体ウェハ１０を
真空チャックで保持するウェハ保持機構１００の回転軸
中心線Ｃに平行な仮想的な平面（図４のＸ−Ｘ’線を含
む垂直な面）上に、これに垂直な方向から前記側面研磨
ドラム７の回転軸の中心線７ｃと前記ウェハ保持機構１
００の回転軸の中心線Ｃを投影｛図４Ｘ−Ｘ’矢視｝し
たとき、２つの中心線は５度の角度で交差するように設
けた。同様に側面研磨ドラム８についても、半導体ウェ
ハ１０の外周の接線を含み、半導体ウェハ１０を真空チ
ャックで保持するウェハ保持機構１００の回転軸中心線
Ｃに平行な仮想的な平面（図４のY−Y’線を含む垂直な
面）上に、これに垂直な方向から前記側面研磨ドラム8
の回転軸の中心線８ｃと前記ウェハ保持機構１００の回
転軸の中心線Ｃを投影｛図４Y−Y’矢視｝したとき、２
つの中心線は５度の角度で交差するように設けてある。
これにより、面取り加工面１１、１２を挟持して研磨す
る上面研磨ドラム５及び下面研磨ドラム６の場合と同様
に、研磨布と半導体ウェハ１０の外周側面部１３との当
接面積を拡大することができる。

【００２６】これにより研磨布の消耗を均一化でき、鏡
面状態も均一化する。この角度は、２度以下では効果が
無く、１５度以上では半導体ウェハ１０をその表面に垂
直な方向にたわませる力が大きくなるため、外周側面部
１３部と側面研磨ドラム７、８との当接が安定せず、鏡
面状態が不均一化する。

【００２７】また、半導体ウェハ１０の外周側面部１３
に当接する側面研磨ドラムを３個備える他の実施例を図
６に示す。この様にすることで、側面研磨ドラム７、
８、９の作用で半導体ウェハ１０を補助的に保持するこ
とにより真空チャックの保持力は下げることができるに
もかかわらず、保持された半導体ウェハ１０には、側面
研磨ドラム３個のうち、同一方向に回転する２個の側面
研磨ドラム７、８による回転駆動作用と、逆方向に回転
する１個の研磨ドラム９の研磨作用とが相俟って働くこ
とになり、真空チャックからの大きな吸着作用なくスピ
ーディーな研磨が施されることになる。

【００２８】尚、外周側面部１３を挟持する側面研磨ド
ラム７、８の直径が、表裏面の面取り加工部を挟持する
上面研磨ドラム５及び下面研磨ドラム６の１／２である
理由は、面取り加工面１１、１２の面積に比較して外周
側面部１３の面積が１／２から１／５程度であるため加
工速度が小さくて済むからである。メンテナンスや部品
の共通性などを考慮して、すべて同一直径の研磨ドラム
を使用することも可能である。

【００２９】本発明の装置を使用して、直径２００ｍｍ
のシリコン製半導体ウェハの面取り加工面と、外周側面
部を鏡面研磨した。従来の装置では、１枚の半導体ウェ
ハの面取り加工面と外周側面部を完全に鏡面状態にする
のに約８分必要であったが、本発明の装置による場合に
は、２分で完全な鏡面状態にすることが出来た。この
為、スラリーが付着している時間が短縮され、既に鏡面
化した部分の腐食や、砥粒のこびりつきが著しく少なく
なった。また、鏡面状態も安定していて、表面粗さの均
一性も従来に比較して優れていた。さらに、本発明の装
置は、従来の装置に比較して占有面積が１／３であり、
装置の構成が従来の装置に比較して単純であるため、装
置価格も１／２程度であった。

【００３０】

【発明の効果】第一の発明では、以上のように構成した
ので、半導体ウェハの面取り加工面の鏡面研磨に際し
て、従来に比較して短時間で加工を終えることが出来
る。この為、鏡面状態が均一化して、品質の向上がはか
れる。また、上面研磨ドラムと下面研磨ドラム間で形成
される領域をウェハ挟持域として挟持作用を持たせたこ
とから、ウェハを研磨力に抗して保持するに当たり従来
のようにウェハ保持機構の真空吸着力のみに頼る必要が
なくなる。このため、ウェハ面に大きな真空吸着力が加
わることがなく、傷の発生やウェハの反り等による研磨
精度の悪化を防止することができる。

【００３１】加えて第二の発明では、半導体ウェハの面
取り加工面と外周側面部を同時に鏡面研磨して、従来に
比較して短時間で加工を終えることが出来る。この為、
上記同様、鏡面状態が均一化して、品質の向上がはかれ
る。また、装置が小型に構成されるため、クリーンルー
ムにおける占有面積が小さく、ランニングコストが低減
出来る。また装置構成が単純なため、装置コストを低減
できる。以上により、優れた品質の半導体ウェハを高い
生産性と低いコストを両立して生産することが可能とな
る。

【００３２】第三、第四の発明においては、半導体ウェ
ハとそれぞれの研磨ドラムとの接触面積を増大させる構
成から、単位時間当たりの研磨速度が向上し、研磨布の
部分的な摩耗は低減する。設定された角度は、研磨用ス
ラリーがウェハ表面上に進行しない範囲に定められてい
るため、ウェハ表面へ悪影響が及ぶことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の面取り加工面の鏡面研磨装置を示す模
式図である。

【図２】半導体ウェハと上面研磨ドラム及び下面研磨ド
ラムとの当接を示す部分側面図である。

【図３】半導体ウェハと上面研磨ドラム及び下面研磨ド
ラムとの当接を示す部分平面図である。

【図４】半導体ウェハと２個の側面研磨ドラムとの当接
を示す平面図である。

【図５】半導体ウェハと２個の側面研磨ドラムとの当接
を示す側面図である。

【図６】他の実施例において、半導体ウェハと３個の側
面研磨ドラムとの当接を示す平面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・研磨ユニット ２・・・・・・研磨ユニット ３・・・・・・研磨ユニット ４・・・・・・研磨ユニット ５・・・・・・上面研磨ドラム ５ｃ・・・・中心線 ６・・・・・・下面研磨ドラム ６ｃ・・・・中心線 ７・・・・・・側面研磨ドラム ７ｃ・・・・中心線 ８・・・・・・側面研磨ドラム ８ｃ・・・・中心線 ９・・・・・・側面研磨ドラム １０・・・・半導体ウェハ １１・・・・面取り加工面 １２・・・・面取り加工面 １３・・・・外周側面部 １００・・ウェハ保持機構 Ｃ・・・・・・中心線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め面取り加工された半導体ウェハの外
   周部を研磨することにより、その外周部を鏡面研磨する
   面取り加工面の鏡面研磨装置であって、それぞれ同方向
   に回転する略円筒形状の上面研磨ドラム及び下面研磨ド
   ラムと、研磨されるべき半導体ウェハを保持し回転駆動
   するウェハ保持機構とを有し、前記上面研磨ドラム及び
   下面研磨ドラムをその回転中心軸に直交する面を互いに
   交差して配置させ、上面研磨ドラムの側面と下面研磨ド
   ラムの側面とで形成される領域をウェハ挟持域としたこ
   とを特徴とする半導体ウェハの面取り加工面の鏡面研磨
   装置。
2. 【請求項２】 上面研磨ドラムおよび下面研磨ドラムに
   加え、研磨されるべき半導体ウェハの外周側面部を研磨
   する複数の側面研磨ドラムを設け、少なくとも一つの側
   面研磨ドラムが、他の側面研磨ドラムとは逆方向に回転
   する構造としたことを特徴とする請求項１記載の半導体
   ウェハの面取り加工面の鏡面研磨装置。
3. 【請求項３】 前記ウェハ保持機構に保持された研磨さ
   れるべき半導体ウェハ表面を含む仮想的な平面上に、こ
   れに垂直な方向から上面研磨ドラムおよび下面研磨ドラ
   ムの回転軸の中心線を投影したとき、前記平面上に投影
   された２つの中心線が、５度から１５度の角度で交わる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体
   ウェハの面取り加工面の鏡面研磨装置。
4. 【請求項４】 少なくとも一つの側面研磨ドラムと研磨
   されるべき半導体ウェハとの接触域における、研磨され
   るべき半導体ウェハの外周の接線を含み前記ウェハ保持
   機構の回転軸に平行な仮想的な平面上に、これに垂直な
   方向から側面研磨ドラムの回転軸の中心線と前記ウェハ
   保持機構の回転軸の中心線を投影したとき、前記ウェハ
   保持機構の回転軸と前記側面研磨ドラムの回転軸の中心
   線が２度乃至１５度の角度で交差することを特徴とする
   請求項２記載の半導体ウェハの面取り加工面の鏡面研磨
   装置。