JPH05182939A - 半導体ウエハポリッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハエッジおよびエッジ側面に対し
て鏡面仕上げのポリッシングを行う。 【構成】 複数枚の半導体ウエハのエッジをポリッシュ
するための本発明のシステムと装置では、ウエハを積層
したものを１個または２個のポリッシュパッドに接触さ
せて回転させて、前記ウエハのエッジとエッジの側面と
を鏡面仕上げにポリッシュする。前記ポリッシュパッド
は一連の溝を有しており、それらの溝の中をウエハのエ
ッジが通過してウエハエッジの側面がポリッシュされ
る。あるいは、２個のパッドを用いて、一方には溝を設
け、もう一方には溝を設けない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体材料に関するもの
であり、更に詳細には半導体ウエハのエッジをポリッシ
ュするための装置と方法とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ製造中に、ウエハのエッジ
は砥石車（ａｂｒａｓｉｖｅ ｗｈｅｅｌ）によって角
を取られ、丸まったまたは面取り（ｂｅｖｅｌｅｄ）さ
れた断面形状を与えられる。丸まったエッジ形状はその
後のプロセス段階において欠けることが少ない。研磨車
（ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ）は通常、３０ないし
４０ミクロンの範囲の粒子寸法のダイヤモンド研磨剤を
含んでおり、低倍率の顕微鏡の下で見えるような可視の
うねりを有する表面を残す。集積回路製造においては、
より滑らかなエッジ表面が必要とされることが知られて
いる。より滑らかな表面が必要な理由は、荒れたエッジ
を有するウエハはより容易に欠けることがあり、エッジ
を丸められたウエハはエッジをポリッシュされたウエハ
よりもより深いミクロなクラックを含み、またエッジを
丸められたウエハは燐ガラスを用いるプロセス中で粒子
発生源となる凹みを含むからである。

【０００３】本発明のポリッシングプロセスは、より細
かい研磨剤を用いたウエハの機械的研削、酸性のポリッ
シング混合液中へのウエハのディッピング（ｄｉｐｐｉ
ｎｇ）、またはエッジへのエッチング液の吹き付けや滴
下によるウエハエッジの処理、を含んでいる。機械的な
研削はそれが鏡面仕上げできないという欠点を有してい
る。ウエハ全体を酸液中へディッピングすることはプロ
セス中に細心の注意を払わない限り、ウエハ表面の平坦
さが失われることにつながる。エッジの酸によるエッチ
ングは滑らかな表面をエッチングを得るためにかなりの
量の材料を除去しなければならず、このことはウエハに
対する最適な断面形状を保持することを困難にする。

【０００４】

【発明の概要】本発明は複数枚の半導体ウエハのエッジ
をいっぺんにポリッシュするための装置と方法とに関す
るものである。複数枚のウエハを表面に保護してスペー
サと交互に並べ保持したものを、ポリッシング面に接触
して回転させる。そのウエハ表面のポリッシングの間、
ポリッシング面に対してポリッシュスラリー（ｓｌｕｒ
ｒｙ）が供給される。このプロセスは化学的プロセスと
機械的プロセスとの組み合わせであって、その間に各ウ
エハの露出したエッジ表面が化学的に珪酸塩の皮膜に変
換され、その皮膜の最上部がポリッシングパッド上の非
常に細かいシリカゲル水和物（ｈｙｄｒａｔｅｄ ｓｉ
ｌｉｃａ ｇｅｌ）粒子によって機械的に除去される。

【０００５】本発明の１つの好適実施例は、化学的−機
械的ポリッシング面とスラリーとを適用するのに先だっ
て、研磨ポリッシュのシリンダをウエハのエッジへ接触
させることによって、エッジ研磨プロセスで得られるも
のよりも細かい仕上げをウエハに与え、それによって先
行プロセスで損傷を受けた領域をいくらか除去しようと
いうものである。

【０００６】化学的−機械的ポリッシングパッドは、円
柱状のものでよいが、ウエハのエッジに接触して回転さ
せられる。ウエハの方も回転させられる。ウエハは温度
を上げて、摂氏３５ないし６０度で処理される。

【０００７】ウエハエッジの適正なポリッシュと整形の
ために、ウエハはポリッシング面に対して前後に動かさ
れ、そのようにすることによってエッジの外側の部分と
同様に面取りされたエッジもポリッシュされるようにす
る。ポリッシングパッドにはそのポリッシング面の周り
に部分的に溝が刻まれており、各ウエハのエッジが一定
時間だけその溝の中に入って面取りされたエッジをポリ
ッシュされ、また一定時間だけは本来の平坦な面によっ
てエッジの外側の表面または頂部をポリッシュされるよ
うになっている。これとは別に、ウエハの頂部を１つの
パッドによってポリッシュし、面取り部を全周に溝を刻
まれた別のパッドによってポリッシュすることもでき
る。

【０００８】本発明によって得られる技術的な進展は、
本発明の目的と共に、以下の図面と本発明の特許請求の
範囲に述べられた新規な特徴とを参照することによっ
て、本発明の好適実施例に関する以下の詳細な説明から
明らかになろう。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の概略図である。複数枚の半導
体ウエハ１０が、シャフト１３と１４の周りに回転する
ようになったクランプ板１２によって一緒に保持されて
いる。ウエハの間にはスペーサ１１が挟まれている。こ
のウエハの積層構造は、例えば矢印２３の方向へ回転さ
せられる。

【００１０】これらウエハは、表面にパッド１５ａを有
するローラ１５に接触して回転させられる。ウエハエッ
ジはパッド１５ａと接触する。ローラ１５はシャフト１
７と１８によって、例えば矢印２４の方向へ回転させら
れる。ウエハとローラとが回転しているところへ、化学
的−機械的スラリー混合液が孔２０を通って分配器１９
から供給される。スラリーは矢印２２で示したように、
分配器の端部から導入される。

【００１１】ローラパッド１５ａには一連の溝１６が刻
まれ、それらはパッド表面に延びてパッド１５ａの外周
まわりに部分的に設けられている。溝の間隔は、ウエハ
とローラとが回転させられた時に１枚のウエハが１つの
溝に入るように設定される。各溝がパッド１５ａの外周
全体に刻まれていないため、ウエハのエッジは一回転す
る内で特定の期間だけ溝に入る。ローラ１５が回転し、
半導体ウエハのエッジが溝１６中へ入ったり出たりする
ことによってエッジとエッジの側面とが交互にポリッシ
ュされ、半導体ウエハはポリッシュされ、テーパを持つ
エッジを与えられる。

【００１２】図２はローラ１５の端面を示し、溝１６を
示している。溝１６はパッド１５ａ周囲の半分に亘って
延びており、ローラ１５がウエハ１０に接触して回転す
る間に、ウエハ１０のエッジは溝１６へ入ったり出たり
して、ウエハエッジのエッジと側面とを交互にポリッシ
ュされる。

【００１３】図３はポリッシングローラの別の実施例を
示している。ローラ４１は楕円形をしており、楕円形の
ポリッシングパッドを有している。溝４３は楕円パッド
の端部にあって、ローラ４１が半導体ウエハに対して回
転する時、パッド４２が一回転する間にウエハエッジの
側面が２度ポリッシュされ、またウエハのエッジも一回
転中に２度ポリッシュされる。このパッド４１の交互の
ポリッシュ作用によって、テーパを持ち丸められたエッ
ジを有するポリッシュ仕上げされたウエハが得られる。

【００１４】図４はパッド１５の本来の平坦な面１５ｂ
に当たるウエハのエッジ１０ａを示しており、また図５
はパッド１５の溝１６中にある２枚のウエハ１０を示
し、ウエハ１０の側面１０ｂのポリッシングを示してい
る。

【００１５】化学的−機械的ポリッシングスラリーは上
述のポリッシングパッドのそれぞれへ供給される。ポリ
ッシングパッドについては、ポリッシング材料の連続し
たベルトやバンド、あるいはウエハエッジに対して回転
する平坦な円盤などの別の実施例も使用できる。

【００１６】本発明の１つの好適実施例は、化学的−機
械的ポリッシング面およびスラリーを適用する前に、研
磨ポリッシュシリンダをウエハのエッジと接触させるも
のであり、それによってエッジ研磨プロセスで得られる
ものより細かい仕上げをウエハに与え、それによって先
行プロセスで生じた損傷をある程度除去しようとするも
のである。

【００１７】図６は本発明に従うポリッシングシステム
である。複数枚の半導体ウエハ１０がそれらの間にスペ
ーサ１１を挟んでクランプ板６０と６１とで保持されて
いる。各クランプ板６０と６１は可動マウントへ回転可
能なように固定されている。板６０はマウント６３へ取
り付けられ、板６１はマウント６２へ取り付けられてい
る。マウント６２と６３は互いに遠ざかるように動くこ
とができ、それによって板６０と６１との間に保持され
たウエハの積層構造はマウント中へ回転可能なように搭
載されることになる。シャフト６４はマウント６２中の
シャフト（図示されていない）へ結合されている。シャ
フト６４はまた電動機６５へ結合されている。電動機６
５はオンされた時にはウエハ１０を回転させる。容器５
９はこのポリッシング装置を収容している。

【００１８】ポリッシングパッド１５は、それぞれディ
スコネクト・カプラ（ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ ｃｏｕｐ
ｌｅｒ）６８と６９へ結合されたシャフト１７と１８上
に回転可能なように搭載されている。ディスコネクト・
カプラ６８はシャフト７２を介してカプラ７４へつなが
れている。カプラ７４はシャフト７２を電動機７３へつ
ないでいる。シャフト７２はマウント７１によって支持
されている。シャフト１７はディスコネクト・カプラ６
９へつながれ、シャフト７６へつながれている。シャフ
ト７６はベアリング７５によって支持されている。シャ
フト７６はマウント７０によって支持されている。マウ
ント７０，７１は両方共ベアリング（図示されていな
い）を有し、それを通ってマウント７１ではシャフト７
２が、またマウント７０ではシャフト７６が貫通してい
る。電動機７３がポリッシングパッド１５を回転させ
る。

【００１９】分配器１９はポリッシングパッド１５の上
方に搭載され、化学的−機械的スラリーを分配する。ス
ラリーはポンプによって管７８の中を送られパッド１５
へ供給されて、ウエハがポリッシングパッド１５に接触
して回転させられる間にウエハのエッジがポリッシュさ
れるようにする。

【００２０】矢印８１で示されたように、熱せられた空
気が半導体ウエハを横切って循環させられる。この空気
の温度は温度計で監視される。温度計８２は熱せられた
空気の流れの温度を制御するように接続されている。

【００２１】ウエハエッジのポリッシングは、化学的−
機械的スラリーを供給しながら、ウエハをポリッシング
パッド／ローラへ接触させることによって実現される。
ウエハのエッジは溝中へ導かれ、テーパのついた形状を
得るようにエッジの側面をポリッシュされる。ウエハは
ゆっくり回転させられ、ポリッシングローラはずっと高
速で回転させられる。ポリッシングは、ウエハの一回転
中にポリッシングローラを複数回転させて、ウエハのエ
ッジがポリッシュローラの溝を通過することによってウ
エハのエッジと側面を交互にポリッシュすることで行わ
れる。ウエハの回転速度は例えば、０．０２から５０ｒ
ｐｍの間にあり、またポリッシングパッドの回転速度は
例えば、６００ｒｐｍである。

【００２２】１つの例では、ウエハは熱せられた空気に
よって摂氏３５から６０度の間の温度に加熱される。ス
ラリーは毎分約７滴の速度で、スラリー分配器の各開口
から供給される。スラリーの温度は摂氏約５０±３度に
保たれる。ポリッシング時間は約２０分間である。

【００２３】ポリッシングパッド１５は別の形状のもの
でもよい。それは円柱形で、円柱状の心棒の周りにパッ
ド材を取り付けたものでもよい。またパッドも２つのロ
ーラで駆動される連続したローラ状のパッドでもよい。
別の１つの実施例では、表面上にパッドを備えた平坦な
板が用いられる。

【００２４】パッドはウレタン、ゴム、またはシリコー
ンまたはいくつかの層状材の組み合わせのようなエラス
トマー（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）でよい。１つの例は、け
ば立てたポロメリック（ｐｏｒｏｍｉｒｉｃ）ウレタン
パッドである。

【００２５】加熱されたスラリーは化学的塩基を付加さ
れて、 pＨ値を９から１４の間に調節されている。スラ
リーは安定剤にシリカを分散させたものを含有してい
る。

【００２６】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 半導体ウエハエッジのエッジをポリッシュする
ための装置であって、複数枚の半導体ウエハを保持する
ための、回転可能なように搭載されたクランプアセンブ
リ、前記半導体ウエハエッジに隣接してまたそれに接触
するように搭載された、少なくとも１つの回転可能なポ
リッシングパッド、前記ポリッシングパッドに隣接して
搭載され、前記パッド上へスラリーを分配するためのス
ラリー分配器、前記ポリッシングパッドに対して前記半
導体ウエハエッジを回転させるための少なくとも１つの
電動機、を含む装置。

【００２７】（２） 第１項記載の装置であって、少な
くとも２つのポリッシングパッドを含み、それらのうち
１つのパッドが前記半導体ウエハのエッジがそのなかを
通過するようになった溝をその中に有し、またもう一方
のパッドが平坦な円柱形表面を有している装置。

【００２８】（３） 第２項記載の装置であって、前記
ポリッシングパッドが円柱形の表面を有し、前記溝が前
記表面の周囲の一部に延びているようになった装置。

【００２９】（４） 第１項記載の装置であって、前記
半導体ウエハがポリッシングパッドの回転する軸と平行
な軸上で回転するようになった装置。

【００３０】（５） 第１項記載の装置であって、前記
半導体ウエハがポリッシングパッドの回転する軸と垂直
な軸上で回転するようになった装置。

【００３１】（６） 第１項記載の装置であって、ポリ
ッシングの間に前記半導体ウエハを加熱するための手段
を含む装置。

【００３２】（７） 第１項記載の装置であって、前記
ポリッシングパッドがウレタン、ゴム、シリコーン、お
よびウレタン、ゴム、シリコーンの層の組み合わせを含
むエラストマーパッドであるような装置。

【００３３】（８） 第１項記載の装置であって、前記
スラリーを加熱する手段を含む装置。

【００３４】（９） 第１項記載の装置であって、９か
ら１４の間のｐＨ値を有する化学的塩基を付加したスラ
リーを含む装置。

【００３５】（１０） 第１項記載の装置であって、ポ
リッシングの間に前記半導体ウエハを横切って熱せられ
た空気を移動させるための空気送風機を含む装置。

【００３６】（１１） 半導体ウエハエッジのエッジを
ポリッシュするための装置であって、複数枚の半導体ウ
エハを保持するための、回転可能なように搭載されたク
ランプアセンブリ、前記半導体ウエハエッジに隣接して
またそれに接触するように搭載され、そのなかに溝を有
する第１の回転可能なポリッシングパッド、平坦な表面
を有する第２の回転可能なポリッシングパッド、前記ポ
リッシングパッドの上方に搭載され、前記パッド上へス
ラリーを分配するためのスラリー分配器、前記ポリッシ
ングパッドに接触して前記半導体ウエハエッジを回転さ
せるための少なくとも１つの電動機、を含む装置。

【００３７】（１２） 第１１項記載の装置であって、
前記第１および前記第２のポリッシングパッドが円柱形
の表面を有し、前記溝が前記表面の一部に延びているよ
うになった装置。

【００３８】（１３） 第１１項記載の装置であって、
前記半導体ウエハがポリッシングパッドの回転する軸と
平行な軸上で回転するようになった装置。

【００３９】（１４） 第１１項記載の装置であって、
前記半導体ウエハがポリッシングパッドの回転する軸と
垂直な軸上で回転するようになった装置。

【００４０】（１５） 第１１項記載の装置であって、
ポリッシングの間に前記半導体ウエハを加熱するための
手段を含む装置。

【００４１】（１６） 第１１項記載の装置であって、
前記ポリッシングパッドがウレタン、ゴム、シリコー
ン、およびウレタン、ゴム、シリコーンの層の組み合わ
せを含むエラストマーパッドであるような装置。

【００４２】（１７） 第１１項記載の装置であって、
前記スラリーを加熱する手段を含む装置。

【００４３】（１８） 第１１項記載の装置であって、
９から１４の間のｐＨ値を有する化学的塩基を付加した
スラリーを含む装置。

【００４４】（１９） 第１１項記載の装置であって、
ポリッシングの間に前記半導体ウエハを横切って熱せら
れた空気を移動させるための空気送風機を含む装置。

【００４５】（２０） 複数枚の半導体ウエハのエッジ
をポリッシュして、テーパのついたポリッシュされたエ
ッジを供給するための方法であって、複数枚の半導体ウ
エハをそれら隣接するウエハ間にスペーサを挟んで一緒
に固定すること、前記ウエハを回転させること、前記回
転しているウエハをポリッシングパッドと接触させるこ
と、前記ポリッシングパッドへポリッシングスラリーを
供給すること、の工程を含む方法。

【００４６】（２１） 第２０項記載の方法であって、
前記ウエハエッジをポリッシングパッド中の溝を通って
回転させることを含む方法。

【００４７】（２２） 第２０項記載の方法であって、
前記スラリーのｐＨ値を９と１４との間に保持すること
を含む方法。

【００４８】（２３） 第２０項記載の方法であって、
前記ウエハの回転方向と逆の方向へ前記ポリッシングパ
ッドを回転させる工程を含む方法。

【００４９】（２４） 第２０項記載の方法であって、
ポリッシングの間に前記ウエハを加熱する工程を含む方
法。

【００５０】（２５） 第２０項記載の方法であって、
前記スラリーがシリカゲルの水和物粒子である方法。

【００５１】（２６） 第２０項記載の方法であって、
前記スラリーが摂氏約５０度に加熱され、またポリッシ
ングが約２０分間行われるような方法。

【００５２】（２７） 複数枚の半導体ウエハのエッジ
をポリッシュするための本発明のシステムと装置では、
ウエハを積層したものを１個または２個のポリッシュパ
ッドに接触させて回転させて、前記ウエハのエッジとエ
ッジの側面とを鏡面仕上げにポリッシュする。前記ポリ
ッシュパッドは一連の溝を有しており、それらの溝の中
をウエハのエッジが通過してウエハエッジの側面がポリ
ッシュされる。あるいは、２個のパッドを用いて、一方
には溝を設け、もう一方には溝を設けない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施例の概略図。

【図２】本発明の用いられるポリッシングローラを示す
図。

【図３】ポリッシングローラの第２の実施例を示す図。

【図４】未ポリッシングの半導体ウエハのエッジを示す
図。

【図５】ポリッシング溝中にある２枚の半導体を示す
図。

【図６】本発明に従うポリッシングシステムを示す図。

【符号の説明】

１０ 半導体ウエハ １１ スペーサ １２ クランプ板 １３，１４ シャフト １５ ローラ １５ａ パッド １６ 溝 １７，１８ シャフト １９ 分配器 ２０ 孔 ４１ ローラ ４２ パッド ４３ 溝 ５９ 容器 ６０，６１ クランプ板 ６３ マウント ６４ シャフト ６５ 電動機 ６８，６９ ディスコネクト・カプラ ７０，７１ マウント ７２ シャフト ７３ 電動機 ７４ カプラ ７５ ベアリング ７６ シャフト ７８ 管 ８２ 温度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランク アレン アメリカ合衆国テキサス州シャーマン，ブ ーネ ドライブ 903 (72)発明者 ケイス エム．イーストン アメリカ合衆国テキサス州プラノ，カスタ ー ロード 6909，アパートメント ナン バー 2302 (72)発明者 ジェームス エイ．ケノン アメリカ合衆国テキサス州デニソン，ボッ クス 510，ルート２ (72)発明者 ジェリィ ビー．メダーズ アメリカ合衆国テキサス州バン アルスタ イン，サウス ワコ 1007 (72)発明者 フレデリック オウ．メイヤー，ザ サー ド アメリカ合衆国テキサス州シャーマン，ダ ブリュ．カレッジ 1817

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハエッジのエッジをポリッシ
   ュするための装置であって、 複数枚の半導体ウエハを保持するための、回転可能なよ
   うに搭載されたクランプアセンブリ、 前記半導体ウエハエッジに隣接してまたそれに接触する
   ように搭載された、少なくとも１つの回転可能なポリッ
   シングパッド、 前記ポリッシングパッドに隣接して搭載され、前記パッ
   ド上へスラリーを分配するためのスラリー分配器、 前記ポリッシングパッドに接触して前記半導体ウエハエ
   ッジを回転させるための少なくとも１つの電動機、 を含む装置。
2. 【請求項２】 複数枚の半導体ウエハのエッジをポリッ
   シュして、テーパのついたポリッシュされたエッジを供
   給するための方法であって、 複数枚の半導体ウエハをそれら隣接するウエハ間にスペ
   ーサを挟んで一緒に固定すること、 前記ウエハを回転させること、 前記回転しているウエハをポリッシングパッドと接触さ
   せること、 前記ポリッシングパッドへポリッシングスラリーを供給
   すること、 の工程を含む方法。