JP2003145399A - 円盤状半導体ウェーハ面取部のミラー面取加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬脆材である円盤状の半導体ウェーハの外周
欠損の可能性を低減させつつ、この面取部を極めて短時
間に鏡面加工できる方法を提供すること。 【解決手段】 研磨面に円盤状半導体ウェーハ２３を押
し当てようとする力を円盤状半導体ウェーハ２３の外周
部に位置する面取部のほぼ全域を使用して支えるように
したもので、鏡面加工の速度に最も必要な押し付け力を
高めても、円盤状半導体ウェーハ２３に局部的な荷重が
加わらず、加工時の局部欠損を防止でき、延いては円盤
状半導体ウェーハ２３の面取部の鏡面加工速度を飛躍的
に高めるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硬脆材である半導
体ウェーハをミラー面取加工する方法に関し、より詳細
には円盤状半導体ウェーハの外周面取部または必要に応
じてその外周端についてミラー面取研磨加工を行うため
の加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】円盤状半導体シリコンウェーハはそのプ
ロセスにおいて歩留まりの向上に関して、パーチクルが
直接影響を及ぼすレベルにまで達している。さらに同様
に大径化への移行が急速に進んでおり、このためのウェ
ーハ基盤の外周や上下面取部についても表面同様のミラ
ー面取化が望まれ、そのミラー面取化処理は現在以下の
ような方法で行われている。

【０００３】すなわち、図１３、図１４、図１５でその
概略を示す特開昭６４−７１６５７号、または特開昭６
４−７１６５６号公報に見られるように、表面に研磨布
０６を付した研磨ドラム０１を所定速度で回転させつ
つ、吸着チャック０２で固定した円盤状の半導体ウェー
ハ０３をこの研磨ドラム０１に加圧用ウェート０４等を
利用して押し付け、半導体ウェーハ０３の面取部０７を
ミラー面取加工している。

【０００４】この場合、半導体ウェーハ０３にはその外
周に例えば約２２゜の面取部０７が表裏両面に形成さ
れ、さらにこれら面取部０７はその先端部が軽いラウン
ドで交わるような外周端に形成されている。したがって
面取部０７をミラー面取加工するには図１３、図１５に
示されるように円盤状の半導体ウェーハ０３は、研磨ド
ラム０１に対して例えば２２゜傾けた状態で押し付けら
れ、研磨剤０５を流しつつ、加工されることになる。

【０００５】このため、図１４、図１５に示されるよう
に回転ドラム０１の研磨布０６に対して円盤状の半導体
ウェーハ０３の面取部０７が上下に線接触（厳密には研
磨布０６の弾力で所定の面積で接触）状態でミラー面取
加工が行われるため、円盤状の半導体ウェーハ０３の片
面の面取部０７をミラー面取加工するには時間がかかっ
てしまう。そこで例えば加圧用ウェイト０４を重くし半
導体ウェーハ０３を回転ドラム０１に強く押し付けるこ
とにより、加圧時間は短縮できるのであるが、半導体ウ
ェーハ０３は薄い肉厚でかつ脆性が高いため、吸着チャ
ック０２の外周に位置する半導体ウェーハ０３端部に過
度な集中荷重が加わると、一部が欠損することになるた
め、ミラー面取加工速度を高めることには限界がある。

【０００６】本発明は、上記問題点に着目してなされた
もので、硬脆材である円盤状の半導体ウェーハの外周欠
損の可能性を低減させつつ、この面取部を極めて短時間
にミラー面取加工できる方法を提供することを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の円盤状半導体ウェーハ面取部のミラー面取
加工方法は、凹形状をなす研磨面に対して、円盤状半導
体ウェーハの外周の面取部をほぼ全周において押し当て
た状態で、この研磨面と円盤状半導体ウェーハとの相対
的回転を与えることにより、円盤状半導体ウェーハの外
周の面取部のミラー面取加工を行うようにしたことを特
徴としている。この発明の特徴とするところは、研磨面
に円盤状半導体ウェーハを押し当てようとする力を円盤
状半導体ウェーハの外周部に位置する面取部のほぼ全域
を使用して支えるようにしたもので、ミラー面取加工の
速度に最も必要な押し付け力を高めても、円盤状半導体
ウェーハに局部的な荷重が加わらず、加工時の局部欠損
を防止でき、延いては円盤状半導体ウェーハの面取部の
ミラー面取加工速度を飛躍的に高めるものである。この
場合、ほぼ全周とは、円盤状半導体ウェーハや研磨面に
一部の切欠きが存在していたり、それらの一部形状の変
化により１００％全て当接しなければならないものでは
ないことを意味している。また面取部ほぼ全周とは、研
磨面に対して周線的にまたは周面的にの両方を含んでお
り、これは研磨面の弾性力によって決まる。

【０００８】本発明の円盤状半導体ウェーハ面取部のミ
ラー面取加工方法は、凹形状をなす研磨面として、円盤
状半導体ウェーハの外周面取部をほぼ全周において押し
当て可能な曲率半径の球内面形状を用いたことが好まし
い。これは、円盤状半導体ウェーハの直径に基づき、研
磨面としての球内面形状の曲率半径を算出することによ
り、容易に球内面形状が決まり、このようにすることに
より円盤状半導体ウェーハを凹状の研磨面に当接するの
みで、理論的に常時円盤状半導体ウェーハの全周が研磨
面に当ることになり、両者の位置設定が極めて簡素化さ
れる。

【０００９】本発明の円盤状半導体ウェーハ面取部のミ
ラー面取加工方法は、凹状をなす研磨面として、円盤状
ウェーハの外周の面取部をほぼ全周において押し当て可
能な円錐内面形状の一部を用いたことが好ましい。この
ようにすることにより、円盤状半導体ウェーハの表裏に
形成された傾斜角度（例えば２２゜）の面取部に対し
て、同角度の開き角を有する円錐面を確実に当てること
が可能となり、面取部のミラー面取加工処理を高精度に
行える。

【００１０】本発明の円盤状半導体ウェーハ面取部のミ
ラー面取加工方法は、円盤状半導体ウェーハの一面を加
圧プレートに固定し、他面の面取部を加圧プレートによ
って研磨面に押し当て、前記他面の面取部のミラー面取
加工を所定時間行い、その後、円盤状半導体ウェーハの
一面から加工プレートを取外し、次に円盤状半導体ウェ
ーハの他面を加圧プレートに固定し、一面の面取部を加
圧プレートに押し当て、前記一面の面取部のミラー面取
加工を前記他面のミラー面取加工時間とほぼ同時間行う
ようにしたことが好ましい。本発明の場合は、基本的に
片面の全ての面取部がミラー面取加工中に研磨面と接し
ており、仕上り精度を確認できないが、加工時間の設定
によって表裏同精度の面取部のミラー面取加工が可能と
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明すると、図１〜図３が第１の実施態様、図４〜
図１１がそれぞれ第２〜第９の実施の態様であり、さら
に図１２は第１０の実施の態様である。

【００１２】図１〜図３において第１の実施の態様を説
明すると、１はベッド台であり、このベッド台１の下方
から延びる軸受２から軸受を介して回転軸３が上方に延
設され、この回転軸３の上端には凹状をなす研磨面を構
成するボウル状の研磨台４が固定されている。さらにこ
の研磨台４の凹部内面は所定高さの点Ｐを中心とした球
面であり、その凹部内面には例えば不織布等の研磨パッ
ド５が固定されている。詳しくは図２に示されるように
所定間隔で溝６が上方に延びており、これは後述する研
磨剤の流通通路となるが、この溝６によらずとも研磨剤
はウェーハ２３の研磨に用いられながら研磨台４の回転
による遠心力により研磨台４の縁から排出されるように
してもよい。

【００１３】また回転軸３の中心には、下方から供給さ
れる研磨剤の供給通路７が形成され、これは研磨台４及
び研磨パッド５を貫通し、研磨剤を研磨パッド５の上面
に供給できるようになっている。

【００１４】前述した回転軸３の下端にはプーリ８が固
定され、モータプーリ１０そしてベルト９を介してモー
タ１１からの回転駆動力で回転軸３そして研磨台４が回
転できるようになっている。

【００１５】ベッド台１からはコラム１２が上方に延び
ており、このコラム１２にはモータ１４で回転する送り
ネジ１５が設けられ、この送りネジ１５には摺動レール
１３を介して左右に摺動する移動台１６が設けられてい
る。この移動台１６の上部には加圧シリンダー１７が設
けられ、加圧シリンダーからは昇降軸１８が軸受１９を
介して吊持されている。またこの昇降軸１８の先端部に
は自在継手２０、そして回転軸受２１を介してチャック
２２が設けられている。このチャック２２は広い平板状
をなし、加圧用のプレートとして機能するとともに、回
転軸受２１で支持され自在継手２０に対して回転できる
ようになっている。なおチャック２２の下面には、この
チャック２２が有する吸着、貼着等の手段で円盤状半導
体ウェーハ２３が固定されている。

【００１６】この実施の態様についての円盤状半導体ウ
ェーハのミラー面取研磨加工についてその操作、作用を
説明する。

【００１７】始めにチャック２２は２点鎖線で示される
ごとく、上方部に位置し、ここでチャック２２に円盤状
半導体ウェーハ２３が固定される。次にモータ１４を駆
動させて送りネジ１５を回転させ、移動台１６を横移動
させて停止させた後、加圧シリンダー１７を駆動させて
図１のような状態になるまで昇降軸１８を送り出し、円
盤状半導体ウェーハ２３を研磨面である研磨パッド５に
当接させ、さらに所定の加圧力で押し当てる。この押圧
力で不織布等の研磨パッド５は若干の弾性力を有してい
るため、研磨パッド５には円盤状半導体ウェーハ２３の
面取部がほぼ全周にわたって接触することになる。この
場合、面取部の面と、球内面である研磨パッド５の球の
接線方向とを一致させるように研磨パッド５の球曲面の
半径（すなわち点Ｐの位置）を選択しておくとよい。

【００１８】この状態で、供給通路７から研磨剤を研磨
パッド５の上面に供給するとともに、モーター１１を回
転させて回転軸３を介して研磨台４を回動させる。

【００１９】この研磨台４は研磨パッド５を矢印Ａ方向
に回転させ、研磨パッド５と円盤状半導体ウェーハ２３
の面取部にはそのほぼ全周にわたり接触位置によりそれ
ぞれ異なるベクトルの摩擦力が加わる。すなわち図３に
示されるように円盤状半導体ウェーハ２３の点Ｃには大
きなベクトルの回転力が、点Ｄには小さなベクトルの回
転力が発生し、中心軸Ｏと中心点Ｏ’とが一致しない以
上、円盤状半導体ウェーハ２３には連れ回り力が矢印Ｂ
方向に発生する。

【００２０】そのため、円盤状半導体ウェーハ２３の面
取部は研磨パッド５と押圧状態で相対移動を繰り返し、
面取部の均一なミラー面取研磨が行われる。このように
中心軸Ｏと中心点Ｏ’を一致させないようにすると、面
取部のミラー面取加工に供される研磨パッド５の面積は
図３の斜線部分で示されるように広がり、この研磨パッ
ド５の寿命を格段に延ばすことができる。

【００２１】また、研磨パッド５に円盤状半導体ウェー
ハ２３を押し当てようとする力が円盤状半導体ウェーハ
２３の外周部に位置する面取部のほぼ全域を使用して支
えられるため、ミラー面取加工の速度に最も必要な押し
付け力を高めても、円盤状半導体ウェーハ２３に局部的
な荷重が加わらず、加工時の局部欠損を防止できる。ま
た、延いては円盤状半導体ウェーハの面取部のミラー面
取加工速度を飛躍的に高めることになる。さらに、研磨
面の形状が球面であると、セット時もしくはミラー面取
研磨中に、円盤状半導体ウェーハ２３の位置がずれたと
しても、面取部のミラー面取加工には影響がなく、常時
面取部の傾斜角を維持した優れたミラー面取加工が可能
となる。

【００２２】なお、一面のミラー面取加工が終了した時
点で円盤状半導体ウェーハ２３をチャック２２から取外
し、その裏である他面のミラー面取加工を行い、一枚の
円盤状半導体ウェーハ２３のミラー面取加工が終了す
る。

【００２３】図４は第２の実施の態様であり、昇降軸１
８を円盤状半導体ウェーハ２３の中心点Ｏ’と研磨台４
の回転軸Ｏとを一致させ、固定され回転しない昇降軸１
８に固定されたチャック２２に円盤状半導体ウェーハ２
３が固定され、研磨台４が回転されるものであり、研磨
パッドを広範囲の面にわたって使用出来ないが昇降軸１
８の上下移動のみで加工時のセットができ、加工時間の
短縮につながる。

【００２４】図５は第３の実施の態様であり、固定され
回転しない昇降軸１８をやはりチャック２２に対して回
転不能にしたものである。この場合は第１の実施の態様
同様、研磨パッド５の寿命を延ばすことができる。

【００２５】図６は第４の実施の態様であり、第２と第
３の実施の態様を組合わせたものであり、駆動部２５を
利用し回転しない揺動軸１８１によって所定のタイミン
グで円盤状半導体ウェーハ２３を研磨パッド５に対して
位置変化させるものである。この場合はセットが楽なば
かりか、研磨パッド５の寿命も延ばすことができる。

【００２６】図７は第５の実施の態様であり、チャック
２２自体を研磨パッド５に対して回転させるものであ
り、モータ２６によって回転軸１８２とともにチャック
２２を回転させ、研磨台４を支持体３１で固定するもの
である。この場合、支持体３１と回転軸１８２との軸が
一致している。

【００２７】図８は第６の実施の態様であり、第５の実
施の態様のものの両軸を不一致としたものであり、この
効果は図５のものと同じである。

【００２８】図９は第７の実施の態様であり、第５と第
６の実施の態様を組合わせたものであり、駆動部２５を
利用し回転している回転軸１８２を所定のタイミングで
揺動させ、円盤状半導体ウェーハ２３を研磨パッド５に
対して位置変化させるものであり、研磨パッド５の寿命
も延ばせることになる。

【００２９】図１０は第８の実施の態様であり、チャッ
ク２２と研磨台２３をともに強制回転させたものであ
り、両者の相対回転速度を高めることが可能である。

【００３０】図１１は第９の実施の態様であり、研磨面
としての研磨パッド５及び研磨台４１を円錐面の一部形
状としたものであり、円盤状半導体ウェーハ２３の表裏
に形成された傾斜角度を有する面取部に対して、同角度
になっており、面取部のミラー面取加工処理を高精度に
行えることになる。ここで面取部の傾斜角度は２２゜、
１１゜等種類が複数あるため、この角度に合致させる研
磨台４１及び研磨パッド５１を用意すればよい。

【００３１】図１２は第１０の実施の態様であり、第１
の実施の態様と相違する点は、研磨パッド５の上方周縁
部に最外周端部をミラー面取研磨するための環状凸部２
４が形成されていることである。このような環状凸部２
４を設けておけば、面取部とともに最外周端部をも同時
にミラー面取加工できることになる。

【００３２】以上、本発明の実施例を図面により説明し
てきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更
や追加があっても本発明に含まれる。例えば、実施例で
は面取部を傾斜角度２２゜、１１゜等の平面部として表
現しているが、曲面のものも有り、例えば最外周端部と
面取部とが全てアール面になっているものも含まれる。

【００３３】特に、本発明の円盤状半導体ウェーハ面取
部のミラー面取加工方法は、研磨面である球内面の中心
点に円盤状半導体ウェーハの回転軸を一致させ、かつ研
磨面と回転軸と前記円盤状半導体ウェーハの回転軸とを
不一致とさせ、少なくとも前記研磨面をその回転軸で強
制的に回転させるようにしたことが好ましい。このよう
にすることにより、円盤状半導体ウェーハの面取部が球
内面形状の研磨面に広い面積で平均化して当接するた
め、研磨面の寿命が延びる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。

【００３５】（ａ）請求項１の発明によると、研磨面に
円盤状半導体ウェーハを押し当てようとする力を円盤状
半導体ウェーハの外周部に位置する面取部のほぼ全域を
使用して支えるようにしたもので、ミラー面取加工の速
度に最も必要な押し付け力を高めても、円盤状半導体ウ
ェーハに局部的な荷重が加わらず、加工時の局部欠損を
防止でき、延いては円盤状半導体ウェーハの面取部のミ
ラー面取加工速度を飛躍的に高めるものである。

【００３６】（ｂ）請求項２の発明によると、円盤状半
導体ウェーハの直径に基づき、研磨面としての球内面形
状の曲率半径を算出することにより、容易に球内面形状
が決まり、このようにすることにより円盤状半導体ウェ
ーハを凹状の研磨面に当接するのみで、理論的に常時円
盤状半導体ウェーハの全周が研磨面に当ることになり、
両者の位置設定が極めて簡素化される。

【００３７】（ｄ）請求項３の発明によると、円盤状半
導体ウェーハの表裏に形成された傾斜角度（例えば２２
゜）の面取部に対して、同角度の開き角を有する円錐面
を確実に当てることが可能となり、面取部のミラー面取
加工処理を高精度に行える。

【００３８】（ｅ）請求項４の発明によると、基本的に
片面の全ての面取部がミラー面取加工中に研磨面と接し
ており、仕上り精度を確認できないが、加工時間の設定
によって表裏同精度の面取部のミラー面取加工が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の態様を示す装置の一部断面図であ
る。

【図２】図１の一部斜視図である。

【図３】図２の研磨面の平面図である。

【図４】第２の実施の態様を示す概略図である。

【図５】第３の実施の態様を示す概略図である。

【図６】第４の実施の態様を示す概略図である。

【図７】第５の実施の態様を示す概略図である。

【図８】第６の実施の態様を示す概略図である。

【図９】第７の実施の態様を示す概略図である。

【図１０】第８の実施の態様を示す概略図である。

【図１１】第９の実施の態様を示す概略図である。

【図１２】第１０の実施の態様を示す概略図である。

【図１３】従来の装置を示す概略図である。

【図１４】図１３の平面図である。

【図１５】図１３の面取部及び研磨ドラムを示す局部図
である。

【符号の説明】

１ ベッド台 ２ 軸受 ３ 回転軸 ４ 研磨台 ５ 研磨パッド ６ 溝 ７ 供給通路 ８ プーリ ９ ベルト １０ モータプーリ １１ モータ １２ コラム １３ 摺動レール １４ モータ １５ 送りネジ １６ 移動台 １７ 加圧シリンダー １８ 昇降軸 １９ 軸受 ２０ 自在継手 ２１ 回転軸受 ２２ チャック ２３ 半導体ウェーハ ２４ 環状凸部 ３１ 支持体 ４１ 研磨台 ５１ 研磨パッド １８１ 揺動軸 １８２ 回転軸

フロントページの続き (72)発明者 青野 有元 東京都小平市回田町242番地の５ ニトマ ック・イーアール株式会社内 (72)発明者 平林 安雄 東京都東久留米市八幡町３丁目６番22号 旭栄研磨加工株式会社内 (72)発明者 本多 恵治 東京都東久留米市八幡町３丁目６番22号 旭栄研磨加工株式会社内 Ｆターム(参考） 3C049 AA07 AB06 AC04 CA01 CB01 CB03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹形状をなす研磨面に対して、円盤状半
   導体ウェーハの外周の面取部をほぼ全周において押し当
   てた状態で、この研磨面と円盤状半導体ウェーハとの相
   対的回転を与えることにより、円盤状半導体ウェーハの
   外周の面取部のミラー面取加工を行うようにしたことを
   特徴とする円盤状半導体ウェーハ面取部のミラー面取加
   工方法。
2. 【請求項２】 凹形状をなす研磨面として、円盤状半導
   体ウェーハの外周面取部をほぼ全周において押し当て可
   能な曲率半径の球内面形状を用いた請求項１に記載の円
   盤状半導体ウェーハ面取部のミラー面取加工方法。
3. 【請求項３】 凹状をなす研磨面として、円盤状ウェー
   ハの外周の面取部をほぼ全周において押し当て可能な円
   錐内面形状の一部を用いた請求項１に記載の円盤状半導
   体ウェーハ面取部のミラー面取加工方法。
4. 【請求項４】 円盤状半導体ウェーハの一面を加圧プレ
   ートに固定し、他面の面取部を加圧プレートによって研
   磨面に押し当て、前記他面の面取部のミラー面取加工を
   所定時間行い、その後、円盤状半導体ウェーハの一面か
   ら加工プレートを取外し、次に円盤状半導体ウェーハの
   他面を加圧プレートに固定し、一面の面取部を加圧プレ
   ートに押し当て、前記一面の面取部のミラー面取加工を
   前記他面のミラー面取加工時間とほぼ同時間行うように
   した請求項１ないし４のいずれかに記載の円盤状半導体
   ウェーハ面取部のミラー面取加工方法。