JP2002001637A - ウエハ外周の直線部用研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ外周の面取り加工された直線部を効率
良く研磨することが可能な直線部専用の研磨装置を得
る。 【解決手段】 面取り加工された直線部２を有する円板
形ウエハ１をウエハ保持手段１１のチャックヘッド１６
に非回転状態に保持させ、上記直線部２にこの直線部２
の長さと少なくとも同じ幅の作業面１２ａを有する研磨
部材１２を接触させて、ウエハ１と研磨部材１２との接
触角を変えながら上記直線部２の面取りされた斜面とこ
れに隣接する端面とを研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
円板形ウエハの外周の一部に形成された直線部を鏡面研
磨するための研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、シリコンウエハのような半導体
ウエハは円板形をしていて、その外周部には、エッジの
チッピング防止やエピタキシャル成長時のクラウン防止
等のために面取り加工が施されている。このような面取
り部には汚れが残り易く、その汚れがデバイスプロセス
時にウエハ全体に拡散して特性を劣化させるため、最近
では、面取りされた外周部を専用の研磨装置を使用して
鏡面研磨することが行われている。その代表的な例とし
て、例えば特開平１−７１６５６号公報には、回転する
ウエハの外周部に回転する円筒形の研磨ドラムを押し付
けて研磨するものが記載されている。

【０００３】ところが、半導体ウエハは必ずしも全てが
完全な円形をしているとは限らず、図１２（Ａ），
（Ｂ）に示すように、外周の一部にオリエンテーション
フラットと呼ばれる割線状の直線部２を有するウエハ１
もあり、この直線部２にも円周部３と同様の面取り加工
が施されている。このような直線部２を有するウエハ１
の場合、その円周部３と直線部２とを上述したような研
磨装置を使用して同時に精度良く研磨するのは困難であ
る。そこで例えば、特開平７−１６９７２１号公報に記
載されているように、内周面と外周面の両方に研磨パッ
ドを貼着した円筒形の研磨ドラムを使用して、その内周
面でウエハの円周部を研磨し、外周面で直線部を研磨す
るといった具合に、円周部と直線部とを別工程で研磨す
る方法が提案されている。

【０００４】しかしながら上記方法は、ウエハの直線部
を研磨ドラムの外周面に点接触させて研磨するようにし
ているため、加工効率が悪く、加工に時間がかかること
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ウエ
ハ外周の面取り加工された直線部を効率良く研磨するこ
とができる、直線部専用の研磨手段を備えた研磨装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によれば、面取り加工された割線状の直線部
を有する円板形ウエハを非回転状態に保持可能なウエハ
保持手段と、上記直線部の長さと少なくとも同じ幅の作
業面を有し、研磨時にこの作業面が上記直線部に全長に
わたり接触するように配設された回転自在の一つの研磨
部材と、上記研磨部材を回転させるための駆動手段と、
上記直線部の面取りされた斜面とこれに隣接する端面と
を研磨すべくウエハと研磨部材との接触角を変更するた
めの接触角変更機構と、を有することを特徴とするウエ
ハ外周の直線部用研磨装置が提供される。

【０００７】上記構成を有する研磨装置は、研磨部材を
ウエハの直線部に全長にわたり接触させることにより、
この研磨部材を面取りされた斜面やこれに隣接する端面
などに面接触させてそれぞれの面全体を一時に研磨する
ことができるため、研磨ドラムを直線部に点接触させて
研磨する従来方式に比べ、研磨効率が非常に良い。ま
た、ウエハと研磨部材との接触角を変えながら上記斜面
や端面を順次研磨することにより、一つの研磨部材でこ
れらの各面を確実に研磨することができ、装置の簡略化
と小形化とを実現することができる。

【０００８】本発明の具体的な実施形態によれば、上記
ウエハ保持手段が、ウエハの片面を吸着により保持する
チャックヘッドを有し、このチャックヘッドが、保持し
たウエハの直線部に近接する位置において該直線部と平
行なヘッド支軸により傾動自在に支持されていて、これ
らのチャックヘッドとヘッド支軸と該チャックヘッドを
傾動させる駆動手段とによって上記接触角変更機構が構
成されている。

【０００９】本発明においては、上記直線部と作業面と
の接触位置を変えるべくウエハと研磨部材とを直線部に
沿う方向に相対的に揺動させるための揺動機構を有する
ことが望ましい。

【００１０】本発明の一つの具体的な実施形態によれ
ば、上記研磨部材が円筒形をした研磨ドラムであって、
外周面に研磨パッドからなる円筒状の作業面を有し、ド
ラムの回転軸線をウエハの直線部と平行に向けて配設さ
れている。この場合に上記研磨ドラムが、円筒形をした
基筒の外周面にシート状の研磨パッドを巻着することに
より形成されていて、該研磨パッド両端の継目がドラム
の母線に対して傾斜していることが望ましい。また、上
記継目の部分には、研磨液吸収時のパッドの伸長を吸収
させるための隙間を設けることができる。

【００１１】本発明の他の具体的な実施形態によれば、
上記研磨部材が円板形をした研磨定盤であって、表面に
研磨パッドからなる平らな作業面を有し、定盤の回転軸
線をウエハの直線部と直角に向けて配設されている。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１〜図３は本発明に係る研磨装
置の第１実施例を概略的に示すもので、この研磨装置１
Ａは、外周の一部に割線状の直線部２を有する円板形ウ
エハ１を非回転状態に保持するためのウエハ保持手段１
１と、上記ウエハ１の直線部２を鏡面研磨するための回
転自在の研磨部材１２とを有している。上記ウエハ１の
直線部２には、図１２に示すように、円周部３と同様の
面取り加工を施すことにより、表面側の第１斜面２ａと
裏面側の第２斜面２ｂ及びこれら両斜面２ａ，２ｂ間に
位置する端面２ｃが形成されており、上記研磨部材１２
で直線部２におけるこれらの各面２ａ，２ｂ，２ｃを、
ウエハ１と研磨部材１２との接触角を変えながら順次研
磨するものである。上記各面２ａ，２ｂ，２ｃは、湾曲
した曲面の形で相互に連なっていても良い。

【００１３】上記ウエハ保持手段１１は、図１〜図３か
ら分かるように、機体１０上に設けられた左右の支持フ
レーム１４，１４と、これらの支持フレーム１４，１４
間にヘッド支軸１５で傾動自在に取付けられたチャック
ヘッド１６とを有している。このチャックヘッド１６
は、その上面に開口する複数の吸着孔（図示せず）によ
ってウエハ１の片面をバキュームチャックするもので、
上記吸着孔がチューブ１６ａを通じて図示しない吸引ポ
ンプに接続されている。

【００１４】上記ヘッド支軸１５は、チャックヘッド１
６に保持されたウエハ１の直線部２に近接する位置に該
直線部２と平行に配設されていて、左右二つの軸部分に
分かれており、その一方の軸部分の端部にはプーリー１
７ａが取付けられ、このプーリー１７ａとモーター１８
の回転軸１８ａに取付けられたプーリー１７ｂとの間
に、タイミングベルト１９が巻き掛けられている。上記
モーター１８は、チャックヘッド１６を傾動させるため
の駆動手段であって、機体１０に取付けられている。そ
して、このモーター１８でタイミングベルト１９を介し
て上記ヘッド支軸１５を軸線回りに所要角度回転させる
ことにより、チャックヘッド１６が、図４及び図５に示
すように、研磨部材１２で直線部２の第１斜面２ａを研
磨する第１研磨位置Ａと、反対側の第２斜面２ｂを研磨
する第２研磨位置Ｂと、端面２ｃを研磨する第３研磨位
置Ｃとの間を傾動するようになっている。従って上記チ
ャックヘッド１６とヘッド支軸１５及びモーター１８と
は、上記ウエハ１と研磨部材１２との接触角を変更する
ための接触角変更機構２０を構成するものである。

【００１５】なお、上記直線部２の３つの面２ａ，２
ｂ，２ｃを研磨する順番は任意であって、第１斜面２ａ
−第２斜面２ｂ−端面２ｃの順に研磨するとは限らず、
第１斜面２ａ−端面２ｃ−第２斜面２ｂの順に研磨した
り、端面２ｃ−第１斜面２ａ−第２斜面２ｂの順に研磨
することもあり、それらの順番は自由に設定することが
できる。

【００１６】上記研磨部材１２は、外周面に円筒状の作
業面１２ａを有する円筒形の研磨ドラムであって、基筒
の外周面に研磨パッド２３を貼着することにより形成さ
れ、その回転軸線をウエハ１の直線部２と平行かつ水平
に向けて配設され、研磨時に上記作業面１２ａが、ウエ
ハ１の直線部２に全長にわたり接触できるようになって
いる。従って上記作業面１２ａの幅Ｗは、直線部２の長
さＬと同じかそれよりやや長く形成されている。

【００１７】上記研磨パッド２３は、無端のリング状に
形成したものを基筒に嵌め付けても良いが、この実施例
では、シート状の研磨パッド２３を基筒の外周面に一重
巻きして貼り付けている。このようにシート状の研磨パ
ッド２３を巻着する場合、作業面１２ａには、パッドの
両端同士が衝合する位置に継目２３ａが形成されること
になる。そしてこの継目２３ａは、矩形シート状の研磨
パッド２３を使用する場合には円筒の母線と平行に形成
され、それはウエハ１の直線部２とも平行するため、研
磨時に回転する継目２３ａに直線部２が引っ掛かかり易
くなることが考えられる。そこで好ましくは、図３に示
すように、上記継目２３ａを円筒の母線に対して傾斜さ
せることである。のように継目２３ａを傾斜させること
により、研磨時に継目２３ａがウエハ１の直線部２と交
差した状態で遭遇するため、該継目２３ａに直線部２が
引っ掛かりにくくなる。

【００１８】このようにパッドの継目２３ａを傾斜させ
るには、図６に示すように、両端を斜めにカットした研
磨パッド２３を使用すれば良い。また、上記研磨パッド
２３は、研磨液を吸収することによって研磨ドラムの周
方向にも若干伸長し、継目２３ａの部分が盛り上がって
剥れ易くなるおそれがあるため、図７に示すように、該
継目２３ａの部分に研磨パッド２３の伸長分を吸収させ
るための僅かな隙間２３ｂを設けておくことが望まし
い。この場合に研磨パッド２３の両端部は、図７に示す
ように、厚さ方向に真っ直ぐ切断しても良いが、図８に
示すように、斜めに傾斜させて切断しても良い。

【００１９】上記研磨部材１２は、主軸台２５に水平軸
線の回りに回転自在なるように支持されたスピンドル２
６の先端に取付けられ、このスピンドル２６の基端部に
はプーリー２７ａが取付けられている。また、上記主軸
台２５の上には、上記スピンドル２６を回転させるため
の駆動手段であるモーター２８がゴム等の吸振部材２９
を介して載置され、このモーター２８の回転軸にはプー
リー２７ｂが取付けられ、このプーリー２７ｂと上記ス
ピンドル２６上のプーリー２７ａとの間にベルト３０が
巻き掛けられており、このモーター２８により研磨部材
１２が、正逆両方向に回転させられるようになってい
る。

【００２０】上記主軸台２５は、機体１０上に上下に段
積されたスライド機構３２と揺動機構３３とを介して設
置されている。このうち下段の揺動機構３３は、研磨時
に研磨部材１２とウエハ直線部２との接触位置を変える
べく該研磨部材１２を自身の軸線方向（従って直線部２
に沿う方向）に揺動させるためのもので、機体１０上に
上記スピンドル２６と平行に設置されたリニアガイド３
４と、このリニアガイド３４に沿って移動自在の揺動テ
ーブル３５と、この揺動テーブル３５を往復揺動させる
ための駆動機構３６とを有している。この駆動機構３６
は、モーター３７により正逆回転されるボールねじ３８
と、このボールねじ３８に螺合するナット部材３９とを
有していて、このナット部材３９が上記揺動テーブル３
５から延出するアーム３５ａに取付けられ、ボールねじ
３８の回転によるナット部材３９の変移によって揺動テ
ーブル３５が、スピンドル２６の軸線方向に揺動するよ
うになっている。

【００２１】また、上段のスライド機構３２は、研磨部
材１２をウエハ１の直線部２に接離する方向に変移させ
るためのもので、上記主軸台２５が載置されたスライド
テーブル４１と、このスライドテーブル４１を上記リニ
アガイド３４と直行する方向に小さい摩擦抵抗で移動自
在なるように支持、案内するガイド手段４２と、上記ス
ライドテーブル４１を研磨部材１２がウエハ１の直線部
２に接触する方向に向けて常時付勢する付勢手段４３と
を備えている。上記ガイド手段４２は、例えばリニアモ
ーションベアリング等からなっていて、上記揺動テーブ
ル３５上に設置されている。また、上記付勢手段４３は
ウエートからなっていて、ワイヤー４４の先端に吊り下
げられ、このワイヤー４４の基端部がスライドテーブル
４１の側面に取付られ、ワイヤー４４の中間部はプーリ
ー４５に巻き掛けられており、この付勢手段４３により
上記研磨部材１２が、ウエハ１の直線部２に常に一定の
接触圧で接触させられるようになっている。上記プーリ
ー４５は、揺動テーブル３５に取付けられた支持部材４
６に支持されている。

【００２２】上記構成を有する研磨装置１Ａでウエハ１
の直線部２を鏡面研磨するときは、スライド機構３２に
より研磨部材１２をウエハ保持手段１１から離間させた
状態で、適宜のローディング手段によりウエハ１をチャ
ックヘッド１６上に供給して吸着、保持させたあと、回
転する研磨部材１２の作業面１２ａを該ウエハ１の直線
部２に当接させ、図４及び図５に示すように、接触角変
更機構２０で互いの接触角を変えながら２つの斜面２
ａ，２ｂと端面２ｃとを順次研磨する。このとき各面を
研磨する順番は任意であるが、例えば第１斜面２ａ−端
面２ｃ−第２斜面２ｂの順に研磨する場合は、チャック
ヘッド１６を先ず第１研磨位置Ａに傾動させることによ
り第１斜面２ａを作業面１２ａに接触させ、図の反時計
回りに回転する研磨部材１２でこの第１斜面２ａを研磨
する。このとき、上記作業面１２ａの幅Ｗが直線部２の
長さＬと同じかそれよりやや長く形成されていること
と、研磨パッド２３の圧縮性とによって第１斜面２ａ全
体が作業面１２ａに面接触し、その全面が一度に研磨さ
れることになる。また、研磨時に上記研磨部材１２は、
揺動機構３３によって軸線方向に往復揺動され、この揺
動により作業面１２ａがその全幅で直線部２と接触し、
特定の位置にウエハ１が接触することによる偏摩耗が防
止される。

【００２３】上記第１斜面２ａの研磨が終わると、接触
角変更機構２０によりチャックヘッド１６を第３研磨位
置Ｃに傾動させ、第１斜面２ａの場合と同様にして端面
２ｃを研磨する。

【００２４】そして、上記端面２ｃの研磨が終わると、
接触角変更機構２０によりチャックヘッド１６を第２研
磨位置Ｂに変移させ、第１斜面２ａの場合と同様にして
第２斜面２ｂを研磨する。このとき研磨部材１２の回転
方向は、反時計回りであっても良いが、第２斜面２ｂの
両側にある２つの角部のうち鈍角をなす角部を初めに作
業面１２ａと遭遇させるようにするため、時計回りに回
転させることが望ましい。

【００２５】３つの面の研磨が終了すると、研磨部材１
２をウエハ１から離間させてチャックヘッド１６を第３
研磨位置Ｃに復帰させ、該ウエハ１を取り出す。

【００２６】図９は本発明の研磨装置の第２実施例を示
すもので、この第２実施例の研磨装置１Ｂが上記第１実
施例の研磨装置１Ａと異なる点は、第１実施例の研磨装
置１Ａの場合は揺動機構３３で研磨部材１２を揺動させ
るようにしているのに対し、この第２実施例の研磨装置
１Ｂでは、揺動機構３３でウエハ保持手段１１を揺動さ
せるようにしている点である。即ち、リニアガイド３４
に沿って移動自在の揺動テーブル３５上には、ウエハ保
持手段１１における左右の支持フレーム１４，１４が取
付けられていて、このウエハ保持手段１１がウエハ１の
直線部２に沿う方向に揺動できるようになっている。ま
た、上記揺動テーブル３５には、連結アーム５０によっ
て補助テーブル５１が一緒に移動するように取付けら
れ、この補助テーブル５１にチャックヘッド１６を傾動
させるためのモーター１８が取付けられると共に、上記
揺動テーブル３５を揺動させるための駆動機構３６が連
結されている。一方、研磨部材１２のスピンドル２６を
支持する主軸台２５は、スライド機構３２を介して機体
１０上に設置されている。

【００２７】上記以外の構成及び作用については実質的
に第１実施例と同じであるから、主要な同一構成部分に
第１実施例と同一符号を付してそれらの説明は省略す
る。

【００２８】なお、上記揺動テーブル３５上に上記スラ
イド機構３２を載置し、そのスライドテーブル４１上に
ウエハ保持手段１１を搭載することにより、ウエハ１を
揺動させると共に研磨部材１２に対して接離させるよう
に構成することもできる。この場合に付勢手段４３は、
ウエハ保持手段１１を研磨部材１２に近付く方向に付勢
するように取付けられることは当然である。

【００２９】あるいは、図９の研磨装置とは逆に、主軸
台２５を揺動機構３３で揺動自在なるように支持させ、
ウエハ保持手段１１をスライド機構３２で研磨部材１２
に対して接離自在なるように支持させても良い。

【００３０】図１０及び図１１は本発明に係る研磨装置
の第３実施例の要部を示すもので、この研磨装置１Ｃ
は、研磨部材として円板形の研磨定盤１２Ａを使用して
いる。この研磨定盤１２Ａは、基板の表面に研磨パッド
２３を貼着することにより円環状の平らな作業面１２ａ
を形成したもので、その回転軸線をウエハ保持手段１１
のチャックヘッド１６に保持されたウエハ１の直線部２
と直角に向けて配設され、該定盤１２Ｃの半径に沿う位
置で上記作業面１２ａにウエハ１の直線部２を当接さ
せ、それらの接触角を変えながら該直線部２の各面を研
磨するものである。従って、上記作業面１２ａの幅Ｗが
ウエハ１の直線部２の長さＬと少なくとも同じ寸法に形
成されている。

【００３１】そしてこの第３実施例においても、研磨定
盤１２Ａとウエハ１とが前述したような揺動機構によっ
て相対的に揺動自在なるように構成されると共に、スラ
イド機構によって相互に接離自在なるように構成されて
いる。この場合、上記第１、第２実施例やそれらの変形
例と同様に、研磨定盤１２Ａ又はウエハ１の何れか一方
を揺動自在かつ接離方向に移動自在なるように構成して
も、何れか一方を揺動自在か又は接離自在とし、他方を
接離自在か又は揺動自在なるように構成しても良い。

【００３２】また、図１０に示す例では、上記第１、第
２実施例と同様に接触角変更機構でチャックヘッド１６
を傾動させることにより研磨定盤１２Ａとウエハ１との
接触角を変えるようにしているが、研磨定盤１２Ａの方
を傾動させるようにしても良い。

【００３３】更に、上記各実施例の研磨装置は、チャッ
クヘッド１６でウエハ１を横向き（水平）にチャックし
てその直線部２を研磨するように構成されているが、該
ウエハ１を縦向き（鉛直）にチャックしてその直線部２
を研磨するように構成することもできる。あるいは、上
記各実施例の研磨装置において、チャックヘッド１６を
回転できるように構成すると共に、上記直線部２用の研
磨部材１２，１２Ａの他にウエハ１の円周部３を研磨す
るためのドラム形または円形定盤形の研磨部材も設置
し、これらの研磨部材で直線部２と円周部３の両方を別
工程で研磨するように構成することもできる。

【００３４】

【発明の効果】このように本発明によれば、ウエハ外周
の面取り加工された直線部を効率良く研磨することが可
能な直線部専用の研磨装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直線部用研磨装置の第１実施例を
示す正面図である。

【図２】図１の要部拡大側面図である。

【図３】図２の平面図である。

【図４】ウエハ１直線部の研磨過程を概略的に示す側面
図である。

【図５】図４の要部拡大図である。

【図６】研磨パッドの展開図である。

【図７】図６の研磨パッドを貼着した研磨ドラムの一例
を示す要部断面図である。

【図８】図６の研磨パッドを貼着した研磨ドラムの他例
を示す要部断面図である。

【図９】本発明に係る直線部用研磨装置の第２実施例を
示す正面図である。

【図１０】本発明に係る直線部用研磨装置の第３実施例
を示す要部側面図である。

【図１１】図１０の平面図である。

【図１２】Ａはウエハの平面図、ＢはＡにおけるｂ−ｂ
線での拡大断面図である。

【符号の説明】

１ ウエハ ２ 直線部 ２ａ，２ｂ 斜面 ２ｃ 端面 １１ ウエハ保持手段 １２ 研磨部材 １２ａ 作業面 １２Ａ 研磨定盤 １５ ヘッド支軸 １６ チャックヘッド １８ モーター ２０ 接触角変更機構 ２３ 研磨パッド ２３ａ 継目 ２３ｂ 隙間 ３３ 揺動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅 井 徹 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファ ム・アイペック株式会社内 (72)発明者 水 野 憲 明 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファ ム・アイペック株式会社内 Ｆターム(参考） 3C049 AA03 AA04 AB04 AB06 CA01 CA05 CB03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】面取り加工された割線状の直線部を有する
   円板形ウエハを非回転状態に保持可能なウエハ保持手段
   と、 上記直線部の長さと少なくとも同じ幅の作業面を有し、
   研磨時にこの作業面が上記直線部に全長にわたり接触す
   るように配設された回転自在の一つの研磨部材と、 上記研磨部材を回転させるための駆動手段と、 上記直線部の面取りされた斜面とこれに隣接する端面と
   を研磨すべくウエハと研磨部材との接触角を変更するた
   めの接触角変更機構と、を有することを特徴とするウエ
   ハ外周の直線部用研磨装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の研磨装置において、上記
   ウエハ保持手段が、ウエハの片面を吸着により保持する
   チャックヘッドを有し、このチャックヘッドが、保持し
   たウエハの直線部に近接する位置において該直線部と平
   行なヘッド支軸により傾動自在に支持されていて、これ
   らのチャックヘッドとヘッド支軸と該チャックヘッドを
   傾動させる駆動手段とによって上記接触角変更機構が構
   成されていることを特徴とするもの。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の研磨装置におい
   て、この研磨装置が、上記直線部と作業面との接触位置
   を変えるべくウエハと研磨部材とを直線部に沿う方向に
   相対的に揺動させるための揺動機構を有することを特徴
   とするもの。
4. 【請求項４】請求項１から３までの何れかに記載の研磨
   装置において、上記研磨部材が円筒形をした研磨ドラム
   であって、外周面に研磨パッドからなる円筒状の作業面
   を有し、ドラムの回転軸線をウエハの直線部と平行に向
   けて配設されていることを特徴とするもの。
5. 【請求項５】請求項４に記載の研磨装置において、上記
   研磨ドラムが、円筒形をした基筒の外周面にシート状の
   研磨パッドを巻着することにより形成されていて、該研
   磨パッド両端の継目が円筒の母線に対して傾斜している
   ことを特徴とするもの。
6. 【請求項６】請求項５に記載の研磨装置において、上記
   継目の部分に、研磨液吸収時のパッドの伸長を吸収させ
   るための隙間が設けられていることを特徴とするもの。
7. 【請求項７】請求項１から３までの何れかに記載の研磨
   装置において、上記研磨部材が円板形をした研磨定盤で
   あって、表面に研磨パッドからなる平らな作業面を有
   し、定盤の回転軸線をウエハの直線部と直角に向けて配
   設されていることを特徴とするもの。