JPH08267358A - 半導体基板の同時鏡面研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一の単結晶シリコンインゴットより切り出
された１ロットのウェーハ数が研磨ユニットの数葉の倍
数とならない場合も１ロットの全数に鏡面研磨を施すこ
とができる半導体基板の同時鏡面研磨装置の提供。 【構成】 ４台の鏡面研磨ユニット１Ａ〜１Ｄを併設し
て半導体基板のローダー３０より各ユニットへ基板を搬
送し、かつこれをワーク定盤１０との間を脱着搬送可能
にして多数の基板を同時研磨可能にした構成となし、さ
らに、１台の鏡面研磨ユニット１Ｄのワーク定盤１０の
基板保持チャック１２数を、５枚から４枚に減じたユニ
ットとなし、３台の５枚同時研磨と１台の４枚同時研磨
の組合せとすることにより、いかなる枚数に対しても全
てのウェーハに同様の条件で高精度で研磨できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリコンウェーハな
どの半導体基板を数葉保持して鏡面研磨する研磨ユニッ
トを複数台併設して複数枚のウェーハを同時研磨する装
置に係り、効率よくかつ極めて高精度の鏡面研磨が可能
で、同一の単結晶シリコンインゴットより切り出された
１ロットのウェーハ数が研磨ユニットの数葉の倍数とな
らない場合も１ロットの全数に同時に鏡面研磨を施すこ
とができ、鏡面研磨装置における歩留りの低下を防止し
た半導体基板の同時鏡面研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンなどの半導体基板の鏡面研磨
は、現在、片面のみを研磨する所謂片面研磨が最も一般
的である。一般的な鏡面研磨装置を説明すると、複数枚
の半導体基板を貼りつけた研磨定盤を、回転テーブルに
接着したポリウレタン樹脂等の研磨クロスに所定の圧力
で押しつけ、例えば５〜３００ｎｍ程度の粒径を有する
ＳｉＯ₂砥粒を苛性ソーダ、アンモニア及びエタノール
アミン等のアルカリ溶液に懸濁させてｐＨ９〜１２程度
にした、いわゆるコロイダルシリカからなる研磨液を用
いて、相対的に回転させ、砥粒による機械的作用とアル
カリ溶液のエッチによる化学的作用の両方を利用するメ
カノケミカルポリッシング法にて研磨する構成からな
る。

【０００３】半導体基板を研磨定盤に固定する方法に種
々の方式があり、上記のワックスなどにより貼りつける
ワックスマウント方式のものとして、特開平１−２１０
２５９号、特開平１−２８９６５７号などに示される鏡
面研磨装置があり、研磨定盤に吸着するワックスレスマ
ウント方式のものとして、特開昭６４−２８５８号、特
開昭６４−４５５６７号などに示される鏡面研磨装置が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】鏡面研磨装置には、高
平坦度のみならずマイクロスクラッチやヘイズを除去
し、加工歪みのない高品質の研磨面を得ることが要求さ
れる一方、高品質化とは相反する研磨能率の向上も求め
られている。研磨能率の向上のために、ウェーハ定盤へ
のウェーハの貼りつけ作業並びに研磨後の洗浄が容易に
なるワックスレスマウントが有利であるが、ウェーハ裏
面への研磨液の回り込みによる局部的なエッチングやス
テインの発生など、品質上の問題点があるため、現在は
ワックスマウントが主流である。

【０００５】出願人は先に、加工歪みのない研磨面を得
る高品質化とは相反する研磨能率の向上を図った鏡面研
磨装置を目的に、回転作用の最適化に付いて種々検討し
た結果、下方に配置したワーク定盤に複数の吸引チャッ
クを回転可能に装着し、上方に配置した研磨布定盤と該
ワーク定盤とを回転軸を僅かに偏心させて対向配置した
構成とすることにより、吸引チャックの上面に真空吸着
した半導体基板に、ワーク定盤の公転、吸引チャックの
自転、研磨布定盤の回転、上下定盤の回転軸の偏心の４
つの回転作用を与えて研磨することができ、研磨能率の
向上を図りながら極めて高品質の研磨面が得られること
を知見し、高性能、高効率鏡面研磨装置を提案（特願平
５−２５９２８３号）した。

【０００６】一方、鏡面研磨に投入される１ロットのウ
ェーハ枚数は単結晶の長さ及び研磨前工程の歩留りによ
り左右されて不定数である。同一ロット内の全枚数をほ
ぼ同一条件でかつ歩留りよく鏡面研磨するためには、同
一の研磨条件を設定でき多数枚のウェーハが同時かつ連
続的に鏡面研磨できる装置が必要である。ところが、従
来の複数枚を同時に研磨できる装置を複数台使用して研
磨するシステムにおいては、各研磨装置の収容枚数の倍
数しか研磨できず、１ロットのウェーハ枚数が該倍数と
異なった場合、その端数は研磨できず、例えば５枚装着
して研磨する装置に２枚、３枚等の端数のウェーハを研
磨してもウェーハ品質の劣化を生じ不良として処理され
るため、歩留低下を招来することになる。

【０００７】この発明は、メカノケミカルポリッシング
法にて研磨する半導体基板の鏡面研磨装置において、極
めて高精度の鏡面研磨が可能な鏡面研磨装置を用い、同
時研磨にて研磨能率の向上を図り、また、同一の単結晶
シリコンインゴットより切り出された１ロットのウェー
ハ数が研磨ユニットの収容枚数の倍数とならない場合も
１ロットの全数に鏡面研磨を施すことができる半導体基
板の同時鏡面研磨装置の提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、先に提案し
た高性能、高効率鏡面研磨装置を使用した構成におい
て、同時研磨にて研磨能率の向上を図るため、複数ユニ
ットを同時に同一の研磨条件で作動させること、並びに
同一ロット内の全数にこの高性能、高効率鏡面研磨を施
すことができる構成を目的に種々検討した結果、かかる
鏡面研磨ユニットを複数台併設して半導体基板のローダ
ーより各ユニットへ基板を搬送し、かつこれをワーク定
盤との間を脱着搬送可能にして多数の基板を同時研磨可
能にした構成となし、さらに、複数の鏡面研磨ユニット
のうち１台のワーク定盤の基板保持チャック数を、例え
ば、５枚から４枚に減じたユニットとすることにより、
複数台の５枚同時研磨と１台の４枚同時研磨の組合せと
し、１ロットのウェーハ数（１２枚以上）のいかなる枚
数に対しても全てのウェーハに同様の条件で高精度で研
磨できることを知見し、この発明を完成した。

【０００９】すなわち、この発明は、表面に研磨布が貼
着された研磨布定盤と、複数の吸引固定または収納支持
する複数（Ｎ枚）の基板保持チャックを回転可能に装着
したワーク定盤とを上下対向させて定盤の回転軸を偏心
させた構成を有し、基板保持チャック上に保持した半導
体基板表面に溶液に砥粒を懸濁させた研磨液を供給する
供給手段と、加圧手段にて研磨布を半導体基板に当接さ
せて上下定盤及び基板保持チャックを相対回転運動可能
にする回転駆動手段を有した鏡面研磨ユニットを複数台
（Ｍ台）併設し、半導体基板のローダーと各ユニットへ
基板を搬送する搬送ベルト並びに該基板を搬送ベルトと
ワーク定盤との間を搬送可能にしたハンドリング装置を
付設して多数の基板を同時研磨する構成からなり、Ｍ台
の鏡面研磨ユニットのうち１台のワーク定盤の基板保持
チャック数がＮ−１枚であることを特徴とする半導体基
板の同時鏡面研磨装置である。

【００１０】この発明において、ワーク定盤と研磨布定
盤はいずれが上定盤あるいは下定盤となってもよく、基
板保持チャックも吸引式あるいはテンプレート式のいず
れでも可能であり、チャック数も任意であるが３以上が
好ましい。ワーク定盤はその上面に複数個の吸引チャッ
クを回転自在に載置して回転するよう構成されるもの
で、実施例の如く、下定盤となるワーク定盤に吸引チャ
ックを軸支させてその駆動軸を下方に貫通配置して定盤
の回転軸に設けた太陽ギアに駆動軸端の遊星ギアと噛合
させて、ワーク定盤の回転に連動させる回転駆動手段を
採用する他、吸引チャックの回転をワーク定盤とは別個
に駆動制御するなど、公知のギア駆動等種々の駆動方式
を適宜選定できる。

【００１１】吸引式の基板保持チャック（以下吸引チャ
ックという）は半導体基板を真空吸着して固定するもの
で、チャック上面に設ける吸着板の形状や材質は特に限
定しないが、公知のアクリル材、セラミックス材などを
用い溝や孔加工を適宜施した構成を適用することができ
る。また、吸引手段には、減圧ポンプなどを利用できる
が、吸引チャック及びワーク定盤が回転するため、ポン
プに接続する配管などにロータリージョイントなどを配
置する必要がある。溝や孔加工を施した吸引チャックの
吸引力は、−２５０〜−６５０ｍｍＨｇの真空圧に制御
することにより高精度な加工ができる。すなわち、吸引
力が−２５０ｍｍＨｇ未満では半導体基板の飛びや割れ
が発生しやすく、−６５０ｍｍＨｇを超えると基板に微
小なうねりが等が発生して高精度の鏡面が得られない。

【００１２】この発明において、研磨布定盤は、下面に
所定の研磨布を接着して吸引チャック上の半導体基板に
当接させたりあるいは基板の脱着時に所定位置まで昇降
可能に支持される構成であれば、昇降機構には実施例の
てこ式のほか、公知のいずれの構成も採用できる。回転
駆動手段は実施例のベルト駆動の他、公知のギア駆動が
採用できる。この発明の鏡面研磨ユニットは、上下定盤
の回転軸を偏心させて対向させることを特徴とし、偏心
量を一定に固定軸配置とする他、実施例に示すような上
定盤となる研磨布定盤を水平方向に移動可能に保持する
ことにより、研磨布定盤をワーク定盤に対して偏心配置
でき、さらに研磨布定盤をワーク定盤の半径分移動させ
ることにより、例えば吸引チャックの引き抜き点検等が
容易になる構成を採用することができる。研磨布定盤を
基板保持チャック上の半導体基板に当接させて研磨を行
う際、所定の加圧力となるように設定するが、かかる加
圧手段は実施例のてこ式支持に加圧用シリンダを用いる
如く、採用した研磨布定盤の支持、昇降機構に応じて適
宜選定され、研磨布や研磨液種類に応じて加圧力が選定
される。

【００１３】この発明において、研磨液にはコロイダル
シリカなど公知のいずれの研磨用懸濁液も適用でき、研
磨液ノズルの形状や位置、研磨液の濃度や供給量等に応
じて吐出ポンプの能力を選定する。また、研磨布定盤中
心部に設けたノズルより供給される研磨液を受けて液落
下を防止するため、ワーク定盤の各吸引チャック間に研
磨液受け板を配置することにより、研磨液は研磨布と研
磨液受け板との間を定盤中心から外周側へと流れ、研磨
液が下方へ落下することなく、研磨布全面に供給でき
る。

【００１４】

【作用】この発明による半導体基板の同時鏡面研磨装置
の作用について、図面に基づいて詳述する。図１はこの
発明による鏡面研磨ユニットの構成を示す正面説明図で
ある。図２はこの発明によるハンドリング装置の構成を
示す上面説明図である。図３は鏡面研磨ユニットを３台
併設した構成を示す上面説明図である。図４はこの発明
による鏡面研磨ユニットを４台併設した構成を示す上面
説明図である。鏡面研磨ユニット１の図示しない基台内
に回転軸１１を立設軸支したワーク定盤１０は、その定
盤面が基台上に露出しており、その周囲に研磨液の飛散
防止カバー２が配置され、ワーク定盤１０の外周部と飛
散防止カバー２との間には研磨液回収皿３が設けてあ
る。

【００１５】ワーク定盤１０の回転軸１１の下部には図
示しない駆動用ギアが設けられており、モーターの減速
機のギアと噛合し、さらに回転軸１１の上部には太陽ギ
アが周設されている。また、ワーク定盤１０上には５つ
の吸引チャック１２が等間隔で配置されて回転自在に軸
支され、その回転軸はワーク定盤１０を貫通して先端に
設けた遊星ギアが上記の太陽ギアに噛合している。ワー
ク定盤１０内には吸引チャック１２に接続する吸引配管
が設けられ、回転軸１１内のロータリージョイントを介
して外部の減圧ポンプに接続されている。吸引チャック
１２の吸着板にはここでは円周溝を多数設けたアクリル
板を採用している。

【００１６】ワーク定盤１０に対向する研磨布定盤２０
はその回転軸２１が定盤支持台に軸受で回転自在に保持
され、定盤支持台は基台両側に配置した水平台上のスラ
イドレールにスライダーを介して水平移動自在に載置さ
れており、ワーク定盤１０の回転中心に対する研磨布定
盤２０の回転中心の偏心量は、かかる定盤支持台の水平
保持機構により任意に設定できるが、予め設定した偏心
量となるように図示しないロック機構により位置決めさ
れる構成からなる。また、水平保持機構にて研磨布定盤
２０をワーク定盤１０の半径分程度移動可能にすること
により、吸引チャック１２の引き抜き点検等が可能にな
る。

【００１７】研磨布定盤２０を垂下して所定の加圧力を
設定するバランサー機構は、図示しないが、回転軸２１
上端を定盤支持台内に配置したてこを構成するバランサ
ーアームの一端にスライド可能に設けた軸受で軸支し、
てこの他端側に昇降用の高圧シリンダ、加圧用の低圧シ
リンダのピストンロッドを接続した構成からなる。ま
た、研磨剤は図示しないタンクからポンプで圧送されて
研磨布定盤２０の回転軸２１内に貫通配置された配管の
上端より入り、研磨布定盤２０の中央部からワーク定盤
１０に対向配置したノズルより外周方向に噴射される
か、あるいは図示のごとくワーク定盤１０外周側に配置
したノズル４より内周方向に噴射される。

【００１８】鏡面研磨ユニット１は、図４に示す如くユ
ニット１基台上幅方向に配置されたベルトコンベア１３
の搬送方向に並列配置するもので、ユニット群の一方
端、図の左端にシリコンウェーハのローダー３０が配設
され、これよりベルトコンベア１３ａに載せられたシリ
コンウェーハ５は該ユニット１基台上に配置されたベル
トコンベア１３ｂ等で搬送されて所定位置で停止し、図
示しない載置台で昇降されて一対のセンタリングアーム
１４，１４にてセンタリングされ、さらにハンドラーア
ーム１５先端の吸着板でシリコンウェーハ５を吸着して
アーム１５を旋回させてワーク定盤１０の吸引チャック
１２上に移送される。この際、鏡面研磨ユニット１の研
磨布定盤２０は高圧シリンダにて上昇しており、ワーク
定盤１０は吸引チャック１２が旋回したハンドラーアー
ム１５先端下方の所定位置で停止するよう回転割り出し
制御されている。

【００１９】図４に示す如く、４台の鏡面研磨ユニット
１Ａ〜１Ｄが並列配置された場合、ローダー３０から送
り出されるシリコンウェーハは、次々と割り振られベル
トコンベア１３ｂ〜１３ｅを用いて所要の鏡面研磨ユニ
ット１Ａ〜１Ｄへ送られ、図２のごとく吸引チャック１
２へ次々と載置される。ワーク定盤１０の各吸引チャッ
ク１２にシリコンウェーハ５を載置して吸着を完了する
と、研磨布定盤２０が高圧シリンダにて下降してシリコ
ンウェーハ５に当接し、低圧シリンダで所定の加圧力に
設定された後、ノズルより研磨剤が噴射され、また研磨
布定盤２０、ワーク定盤１０が回転駆動されて吸引チャ
ック１２も連動し、例えば全て同一回転方向に、それぞ
れ予め設定した回転数で回転してこれらの相対的回転運
動とともに研磨が開始される。

【００２０】ワーク定盤１０に複数の吸引チャック１２
を回転可能に装着し、研磨布定盤２０と該ワーク定盤１
０とを回転軸を僅かに偏心させて対向配置したことによ
り、吸引チャック１２の上面に真空吸着したシリコンウ
ェーハ５に、ワーク定盤１０の公転、吸引チャックの自
転、研磨布定盤２０の回転、上下定盤の回転軸の偏心の
４つの回転作用を与えてメカノケミカル研磨することが
でき、加工歪みのない研磨面を得るとともに、研磨能率
の向上を図りながら極めて高品質の研磨面が得られる。

【００２１】所定の研磨が完了すると、研磨液の供給、
ワーク定盤１０及び研磨布定盤２０の回転が停止して研
磨布定盤２０は高圧シリンダにて上昇し、先とは逆に所
定位置に回転割り出しされた吸引チャック１２上にハン
ドラーアーム１５が旋回移動し、シリコンウェーハ５を
吸着した後に載置台上に移送され、その後、ベルトコン
ベア１３ｂ〜１３ｅで搬送されて所要の次工程へと移送
される。

【００２２】ここで、図３に示すごとく３台の鏡面研磨
ユニット１Ａ〜１Ｃが並列配置された場合、ローダー３
０より搬出されたシリコンウェーハは５枚１組となり各
ユニットへ搬入されて研磨された後、次工程へ自動搬送
されるが、ローダー３０内の１ロットのウェーハ枚数が
５の倍数とならなかった時、その端数分は研磨できず不
良品として処理され歩留低下となる。ところが、図４に
示す如く、４台の鏡面研磨ユニット１Ａ〜１Ｄが並列配
置され、そのなかの１台の鏡面研磨ユニット１Ｄのワー
ク定盤１０の吸引チャック１２数が４となると、３台の
５枚同時研磨可能な鏡面研磨ユニット１Ａ〜１Ｃと１台
の４枚同時研磨可能な鏡面研磨ユニット１Ｄの組合せと
なり、１ロットのウェーハ数が１２枚以上のいかなる枚
数に対しても全てのウェーハに同様の条件で高精度で研
磨できることになる。

【００２３】

【実施例】図４に示す３台の５枚同時研磨可能な鏡面研
磨ユニット１Ａ〜１Ｃと１台の４枚同時研磨可能な鏡面
研磨ユニット１Ｄの組合せからなるこの発明による同時
鏡面研磨装置を用いて、１ロットが１００枚程度のウェ
ーハ枚数に対する同時鏡面研磨を行ったところ、５枚同
時研磨枚数と４枚同時研磨枚数を表１に示すごとく、い
ずれの場合も全数同等の条件で研磨することができた。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】この発明による半導体基板の同時鏡面研
磨装置は、高性能、高効率鏡面研磨ユニットを複数台併
設して半導体基板のローダーより各ユニットへ基板を搬
送し、かつこれをワーク定盤との間を脱着搬送可能にし
て多数の基板を同時研磨可能にした構成となし、さら
に、複数の鏡面研磨ユニットのうち１台のワーク定盤の
基板保持チャック数を、実施例に示すごとく、５枚から
４枚に減じたユニットとすることにより、複数台の５枚
同時研磨と１台の４枚同時研磨の組合せとし、１ロット
のウェーハ数（１２枚以上）のいかなる枚数に対しても
全てのウェーハに同様の条件で高精度で研磨できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による鏡面研磨ユニットの構成を示す
正面説明図である。

【図２】この発明によるハンドリング装置の構成を示す
上面説明図である。

【図３】鏡面研磨ユニットを３台併設した構成を示す上
面説明図である。

【図４】この発明による鏡面研磨ユニットを４台併設し
た構成を示す上面説明図である。

【符号の説明】

１，１Ａ〜１Ｄ 鏡面研磨ユニット ２ 飛散防止カバー ３ 研磨液回収皿 ４ ノズル ５ シリコンウェーハ １０ ワーク定盤 １１ 回転軸 １２ 吸引チャック １３ ベルトコンベア １４ センタリングアーム １５ ハンドラーアーム ２０ 研磨布定盤 ２１ 回転軸 ３０ ローダー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に研磨布が貼着された研磨布定盤
   と、複数の吸引固定または収納支持する複数（Ｎ枚）の
   基板保持チャックを回転可能に装着したワーク定盤とを
   上下対向させて定盤の回転軸を偏心させた構成を有し、
   基板保持チャック上に保持した半導体基板表面に溶液に
   砥粒を懸濁させた研磨液を供給する供給手段と、加圧手
   段にて研磨布を半導体基板に当接させて上下定盤及び基
   板保持チャックを相対回転運動可能にする回転駆動手段
   を有した鏡面研磨ユニットを複数台（Ｍ台）併設し、半
   導体基板のローダーと各ユニットへ基板を搬送する搬送
   ベルト並びに該基板を搬送ベルトとワーク定盤との間を
   搬送可能にしたハンドリング装置を付設して多数の基板
   を同時研磨する構成からなり、Ｍ台の鏡面研磨ユニット
   のうち１台のワーク定盤の基板保持チャック数がＮ−１
   枚であることを特徴とする半導体基板の同時鏡面研磨装
   置。