JP2004142030A - デバイスウェハの周辺部研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】デバイスウェハの周辺部研磨装置において、デバイスウェハの上側エッジａ、下側エッジｃ、外周面ｂだけでなく、上側平面の周辺部を単一の装置で効率よく除去することを課題とする。
【解決手段】上側エッジａ、下側エッジｃ、外周面ｂを研磨した後、退避位置にあった平面用研磨ユニット７のアーム体７４３は旋回用モータ７４６を駆動することによって、平面用環状研磨部材７１がワークＷの上方にくるように旋回する。次いでピストンシリンダー機構７４７を動作させ、平面用環状研磨部材７１を下方に送るとともに、研磨軸モータ７２２を駆動して低速で回転させる。スラリー供給穴７２３からスラリーを流し出す。平面用環状研磨部材７１とワークＷが接触し、研磨圧が制御されながらワークＷの平面周辺部の研磨が進行する。
【選択図】 図５
【解決手段】上側エッジａ、下側エッジｃ、外周面ｂを研磨した後、退避位置にあった平面用研磨ユニット７のアーム体７４３は旋回用モータ７４６を駆動することによって、平面用環状研磨部材７１がワークＷの上方にくるように旋回する。次いでピストンシリンダー機構７４７を動作させ、平面用環状研磨部材７１を下方に送るとともに、研磨軸モータ７２２を駆動して低速で回転させる。スラリー供給穴７２３からスラリーを流し出す。平面用環状研磨部材７１とワークＷが接触し、研磨圧が制御されながらワークＷの平面周辺部の研磨が進行する。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハなどの円板形ワークの外周を研磨するためのデバイスウェハの周辺部研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハは円板形をしており、表裏の平面、円筒をなす外周面、この外周面を挟んで表裏には傾斜面（エッジ）が形成されている。半導体の製造にあたっては、ウェハの表面に形成されたレジスト膜あるいは金属膜等の膜を除去する工程が繰り返される。図８、図９は、このような膜が形成された半導体ウェハ（デバイスウェハ）Ｗの全体断面図及び部分拡大断面図である。上記膜Ｒは、膜形成方法に起因して配線パターン面（表の平面）だけでなく、パターンの外側になる外周面ｂ及び表裏のエッジａ、ｃも含んでウェハ全体にわたって形成される。パターン外側に形成された膜Ｒは、それ自体半導体デバイスを形成するものではないが、各工程において剥離、発塵、あるいはその他の要因から歩留まりの低下を招くことから事前に除去される。
【０００３】
発明者は、先に特願２００２−０６１０１１に示されるような上下のエッジと外周面を同時に研磨することのできる研磨装置を開発した。この研磨装置は、上側エッジを研磨するための一対の上側エッジ用研磨部材、下側エッジを研磨するための下側エッジ用研磨部材、及び、さらに、外周面を研磨するための外周面用研磨部材を備えている。このため、これら周辺部全てを持ち替えることなくワンチャックで同時に研磨することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０８０３９号公報
【特許文献２】
特開２０００−０６８２７３号公報
【特許文献３】
特許第３１１１９２８号公報
【特許文献４】
特開平０９−１８６２３４号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これまでは、周辺部つまり上側エッジａ、下側エッジｃ、外周面ｂを研磨するだけで充分であったが、更なる半導体生産の歩留まり向上を求めて、ウェハの周辺をこれらの面だけでなく、更に図１０に示されるように上側平面の周辺部ｄまでも更に研磨することが要求されるようになってきた。本発明は、従来どおりに上側エッジａ、下側エッジｃ、外周面ｂを研磨するだけでなく、上記要求に応え更に上側平面周辺部ｄをも確実に研磨することができるデバイスウェハの周辺部研磨装置を提供し、もって、半導体生産の生産性と歩留まり向上をはかることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、円板形のデバイスウェハをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記デバイスウェハの外周面を研磨するために、この外周面に接触する弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と、上記デバイスウェハの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する作業面を有する上側エッジ用研磨部材と、上記デバイスウェハの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記デバイスウェハの上側平面の周辺部を研磨するため、上記周辺部の内径よりも大きい内径を有する環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材と、上記チャック手段にチャックされたデバイスウェハの各被研磨面に向けて上記各研磨部材の作業面を押圧するため、それぞれの研磨部材に荷重を付与するための荷重手段と、研磨部にスラリーを供給するための研磨液供給手段とを備え、上記外周面用研磨部材、上記上側エッジ用研磨部材、及び上記下側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段の周囲に設けられており、上記環状研磨部材は上記チャック手段の上方に設けられていることを特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置である。
【０００７】
第２番目の発明の解決手段は、円板形のデバイスウェハをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記デバイスウェハの外周面を研磨するために、この外周面に接触する弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と、上記デバイスウェハの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する作業面を有する上側エッジ用研磨部材と、上記デバイスウェハの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記デバイスウェハの上側平面の周辺部を研磨するため、上記周辺部の内径よりも大きい内径を有する環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材と、
上記チャック手段にチャックされたデバイスウェハの各被研磨面に向けて上記各研磨部材の作業面を押圧するため、それぞれの研磨部材に荷重を付与するための荷重手段と、研磨部にスラリーを供給するための研磨液供給手段と、上記外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記外周面に沿って往復動させるための外周面用往復動機構と、上記上側エッジ用研磨部材の作業面を上記上側エッジの傾斜に沿って往復動させるための上側エッジ用往復動機構と、上記下側エッジ用研磨部材の作業面を上記下側エッジの傾斜に沿って往復動させるための下側エッジ用往復動機構と、上記平面用環状研磨部材を平面作業面が上記上側平面の周辺部に沿って回転差を生じさせるように強制的に相対移動させるためにデバイスウェハの回転中心と上記平面用環状研磨部材の回転中心を距離ｅだけ偏心させて回転させるための上側平面用回転機構と、を備え、上記外周面用研磨部材、上記上側エッジ用研磨部材、及び上記下側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段の周囲に設けられており、上記環状研磨部材は研磨位置と退避位置とに上記チャック手段の上方に旋回可能であることを特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置である。
【０００８】
第３番目の発明の解決手段は、第１番目又は第２番目のいずれかのデバイスウェハの周辺部研磨装置において、上記外周面用研磨部材、上記上側エッジ用研磨部材、及び、上記下側エッジ用研磨部材による各被研磨面の研磨が、同時に行われ、上記平面用環状研磨部材による研磨はその前又はその後に行われるものであることを特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置である。
第４番目の発明の解決手段は、第１番目から第３番目までのいずれかの発明のデバイスウェハの研磨装置において、上記上側エッジ用研磨部材及び上記下側エッジ用研磨部材のそれぞれの作業面は上記上側エッジ及び上記下側エッジに接触するために弧状をなしていることを特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るデバイスウェハの周辺部研磨装置の好ましい幾つかの実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明実施形態の周辺部研磨装置１の概要を説明するためワークと研磨部材との関係を示した上面図である。以下、単にワークとあるのはデバイスウェハのことを示している。
【００１０】
周辺部研磨装置１のフレーム１１には、中央にワークスピンドルユニット２とこのワークスピンドルユニット２を取り囲むように、外周面用研磨ユニット３、上側エッジ用研磨ユニット４、下側エッジ用研磨ユニット５、及び、平面用研磨ユニット７が備えられている。この例では、上側エッジ用研磨ユニット４はワークスピンドルユニット２を挟んで一対が設けられている。平面用研磨ユニット７は、フレーム１１上に設けられた門型支柱７９の横ビーム７９１に支えられている。また、フレーム１１は、全体として箱状の外形をなしており、その略中央部から上記各ユニットの上部が突き出している。
【００１１】
ワークスピンドルユニット２には、円板形のワークＷ（デバイスウェハ）をチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段２１が設けられている。外周面用研磨ユニット３には、ワークＷの外周面を研磨するために、この外周面に接触する弧状の作業面を有する外周面用研磨部材３１が備えられている。
【００１２】
上側エッジ用研磨ユニット４及び下側エッジ用研磨ユニット５には、それぞれワークＷの傾斜した上側エッジ及び下側エッジを研磨するために、これらの各エッジに接触する弧状の作業面を有する上側エッジ用研磨部材４１及び下側エッジ用研磨部材５１が備えられている。
【００１３】
更に、平面用研磨ユニット７には、ワークＷの上側平面の周辺部を研磨するため、周辺部ｄの内径よりも大きい内径を有する環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材７１（図１では点線で示されている）が備えられている。
【００１４】
後述するように、それぞれの研磨部材３１、４１、５１、７１には、ワークＷの各被研磨面に向けてこれらの作業面を押圧するため、それぞれの研磨部材に荷重を付与するための荷重手段が設けられている。
【００１５】
更に、ワークスピンドルユニット２を除く各ユニットには、それぞれ外周面用往復動機構、上側エッジ用往復動機構、下側エッジ用往復動機構、及び上側平面用回転機構が設けられており、後述するように各研磨部材の作業面をそれぞれの受け持つ研磨面に沿って往復動又は回転をさせることができるようになっている。チャック手段２１を回転させながら、研磨部材を各被研磨面に押圧することにより外周面、上側エッジ、下側エッジの研磨が平行して同時に行われることになる。本発明では、これら３部分の研磨の前又は後に上側平面の研磨が行われる。なお、研磨箇所には不図示のノズル研磨液供給手段から研磨液（スラリー）がかけられる。以下、図２から図５までの図面を用いて各ユニットの構造について説明する。
【００１６】
＊ ワークスピンドルユニット及び外周面用研磨ユニット
図２は、ワークスピンドルユニット２及び外周面用研磨ユニット３の構造を説明するための断面である。ワークスピンドルユニット２は回転可能に支持されるワークスピンドル２２とこのワークスピンドル２２の一端に固定されたチャック手段２１を有している。チャック手段２１はフレーム上面から突き出している。更に、ワークスピンドルユニット２にはワークスピンドル２２を回転駆動するための駆動モータ２３が備えられており、ワークスピンドル２２の他端と駆動モータ２３の出力軸は任意の伝動機構、例えばプーリーとベルトからなる巻掛け伝動機構２４、によって動力的に結合されている。
【００１７】
外周面用研磨ユニット３には、往復送り装置３２、押圧送り装置３３とが備えられており、外周面用研磨部材３１に往復送りと押圧送りをさせることができるようになっている。
【００１８】
押圧送り装置３３は、上記ワークスピンドル２２の在る方向に向かってフレーム１１に固定されたガイドウェイ３３１、及び、このガイドウェイ３３１によってガイドされるスライダー３３２を備え、スライダー３３２は荷重手段３３３によってワークスピンドル２２に向かう前進方向に押圧可能になっている。この荷重手段３３３は、また、スライダー３３２を退避位置に後退させることもできる。
【００１９】
この例（図２）では、荷重手段３３３には、ピストン、ピストンロッドとシリンダーとからなる流体送りが採用されている。圧力センサー３３４は荷重手段３３３によってスライダー３３２に与えられる力を検出するものであり、検出された圧力を用いてフィードバック制御することにより外周面用研磨部材３１が必要の研磨圧で安定してワークＷに接触するようにされている。
【００２０】
荷重手段３３３には、シリンダー等に換えてウェイトとこれを吊すためのワイヤー、ワイヤーを掛け渡し、力の方向を変換するプーリからなる重力式荷重手段を用い、重力によって研磨圧を得るようにすることができる。この場合、ウェイトの重さによって研磨圧が調整されるため、上記圧力センサー３３４を設ける必要ないが、退避位置に後退させるための駆動手段が別途必要となる。
【００２１】
外周面用往復動機構をなす往復送り装置３２は、上記スライダー３３２に設けられワークスピンドル２２と平行な方向に向かうガイドウェイ３２１、及び、このガイドウェイ３２１によってガイドされるスライダー３２２を備えている。スライダー３２２は送りナット３２５を有し、これと螺合する送りねじ３２４、この送りねじ３２４を回転駆動する送りモータ３２３によって、スライダー３２２がワークスピンドル２２と平行な方向に往復動できるようになっている。この往復運動のストロークの長さ、位置及び速度は送りモータ３２３を制御することにより制御される。送りモータ３２３をステッピングモータとし、数値制御装置によってこれを制御するようにすることができる。
【００２２】
外周面用研磨部材３１はスライダー３２２に固定されているので、荷重手段３３３によって、必要な研磨圧でワークＷの外周研磨面（図６−８で示すｂ）に接触するとともに、往復送り装置３２によって外周面用研磨部材３１がワークＷと接触する位置を絶えず、あるいは定期的に、変化させることができる。これによって、ワークＷの外周面を良好に研磨することができる。図６に示すように、外周面用研磨部材３１の研磨面は、ワークＷの外周面に沿った弧状であり、内側に不織布等の研磨布が貼り付けられたものである。
【００２３】
＊ 上側エッジ用研磨ユニット
図３は、上側エッジ用研磨ユニット４の構造を説明するための断面である。この周辺部研磨装置１はワークスピンドルユニット２を挟んで一対の上側エッジ用研磨ユニット４が設けられているが、図３には一方のみを示す。上側エッジ用研磨ユニット４には、往復送り装置４２、押圧送り装置４３とが備えられており、上側エッジ用研磨部材４１に往復送りと押圧送りをさせることができるようになっている。
【００２４】
上側エッジ用往復動機構をなす往復送り装置４２は、ワークスピンドル２２に向かって傾斜したガイド方向を有しフレーム１１に固定されたガイドウェイ４２１、及び、このガイドウェイ４２１によってガイドされるスライダー４２２を備えている。なお、上記傾斜はワークＷの上側エッジに沿うような傾斜である。スライダー４２２は送りナット４２５を有し、これと螺合する送りねじ４２４、この送りねじ４２４を回転駆動する送りモータ４２３によって、スライダー４２２がワークスピンドル２２に向かう方向（及び、その反対方向）に傾斜して往復動できるようになっている。この往復運動のストロークの長さ、位置、及び速度は送りモータ４２３を制御することにより制御される。送りモータ４２３をステッピングモータとし、数値制御装置によってこれを制御するようにすることができる。
【００２５】
押圧送り装置４３は、上記スライダー４２２上にあり上記ガイドウェイ４２１と直交する上下方向に向かうガイドウェイ４３１、及び、このガイドウェイ４３１によってガイドされるスライダー４３２を備え、スライダー４３２、ワークスピンドル２２と僅かに傾斜した下方向に向かって荷重手段４３３及びスライダー４３２等の自重によって押圧力を付与することが可能になっている。この荷重手段４３３は、また、スライダー４３２を上方の退避位置に後退させることもできる。
【００２６】
この例（図）では、荷重手段４３３には、ピストン、ピストンロッドとシリンダーとからなる流体送りが採用されている。圧力センサー４３４は荷重手段４３３及び上記自重によって上側エッジ用研磨部材４１に与えられる力を検出するものであり、検出された圧力を用いてフィードバック制御することにより上側エッジ用研磨部材４１が必要な研磨圧で安定してワークＷに接触するようにされている。
【００２７】
荷重手段４３３には、シリンダー等に換えてウェイトとこれを吊すためのワイヤー、ワイヤーを掛け渡し、力の方向を変換するプーリからなる重力式荷重手段を用い、重力によって研磨圧を得るようにすることができる。この場合、ウェイトの重さによって研磨圧が調整されるため、上記圧力センサー４３４を設ける必要ないが、退避位置に後退させるための駆動手段が別途必要となる。
【００２８】
上側エッジ用研磨部材４１はスライダー４３２に固定されているので、荷重手段４３３と自重によって、必要な研磨圧でワークＷの上側エッジ（図６−８に示すａ）に接触するとともに、往復送り装置４２によって上側エッジ用研磨部材４１がワークＷと接触する位置を絶えずあるいは定期的に変化させることができる。これによって、ワークＷの上側エッジを良好に研磨することができる。図６に示すように、上側エッジ用研磨部材４１の研磨面は、ワークＷの上側エッジに沿った弧状であり、内側に不織布等の研磨布が貼り付けられたものである。
【００２９】
この例に示すようにワークスピンドルユニット２を挟んで上側エッジ用研磨部材４１を一対設けた場合、交互に（つまり、一方がワークスピンドルユニット２に向けて移動するとき、他方がこれから後退するように）往復動させるようにすると相互の干渉が防止でき、周辺部研磨装置１全体を大きくしなくて済む。
【００３０】
＊ 下側エッジ用研磨ユニット
図４は、下側エッジ用研磨ユニット５の構造を説明するための断面である。下側エッジ用研磨ユニット５には、往復送り装置５２、押圧送り装置５３とが備えられており、下側エッジ用研磨部材５１に往復送りと押圧送りをさせることができるようになっている。
【００３１】
下側エッジ用往復動機構をなす往復送り装置５２は、ワークスピンドル２２に向かって傾斜したガイド方向を有しフレーム１１に固定されたガイドウェイ５２１、及び、このガイドウェイ５２１によってガイドされるスライダー５２２を備えている。なお、上記傾斜はワークＷの下側エッジに沿うような傾斜である。スライダー５２２は送りナット５２５を有し、これと螺合する送りねじ５２４、この送りねじ５２４を回転駆動する送りモータ５２３によって、スライダー５２２がワークスピンドル２２に向かう方向（及び、その反対方向）に傾斜して往復動できるようになっている。この往復運動のストロークの長さ、位置、及び速度は送りモータ５２３を制御することにより制御される。送りモータ５２３をステッピングモータとし、数値制御装置によってこれを制御するようにすることができる。
【００３２】
押圧送り装置５３は、上記スライダー５２２上にあり上記ガイドウェイ５２１と直交する上下方向に向かうガイドウェイ５３１、及び、このガイドウェイ５３１によってガイドされるスライダー５３２を備え、スライダー５３２には荷重手段５３３及びスライダー５３２等の自重によってワークスピンドル２２と僅かに傾斜した下方向に向かって押圧力を付与することが可能になっている。この荷重手段５３３は、また、スライダー５３２を上方の退避位置に後退させることもできる。
【００３３】
この例（図）では、荷重手段５３３には、ピストン、ピストンロッドとシリンダーとからなる流体送りが採用されている。圧力センサー５３４は荷重手段４３３及び上記自重によって下側エッジ用研磨部材５１に与えられる力を検出するものであり、検出された圧力を用いてフィードバック制御することにより下側エッジ用研磨部材５１が必要な研磨圧で安定してワークＷに接触するようにされている。
【００３４】
荷重手段５３３には、シリンダー等に換えてウェイトとこれを吊すためのワイヤー、ワイヤーを掛け渡し、力の方向を変換するプーリからなる重力式荷重手段を用い、重力によって研磨圧を得るようにすることができる。この場合、ウェイトの重さによって研磨圧が調整されるため、上記圧力センサー５３４を設ける必要ないが、退避位置に後退させるための駆動手段が別途必要となる。
【００３５】
下側エッジ用研磨部材５１はスライダー５３２に固定されているので、荷重手段５３３と自重によって、必要な研磨圧でワークＷに接触するとともに、往復送り装置５２によって下側エッジ用研磨部材５１がワークＷと接触する位置を絶えずあるいは定期的に変化させることができる。これによって、ワークＷの上側エッジを良好に研磨することができる。図６に示すように、下側エッジ用研磨部材５１の研磨面は、ワークＷの下側エッジに沿った弧状であり、内側に不織布等の研磨布が貼り付けられたものである。
【００３６】
＊ 平面用研磨ユニット
図５は、平面用研磨ユニット７の構造を説明するための断面である。平面用研磨ユニット７は、最初に述べたように門型支柱７９の横ビーム７９１に設けられている。平面用研磨ユニット７には、研磨部材回転装置７２、押圧送り装置７３、研磨部材旋回装置７４とが備えられており、平面用環状研磨部材７１に回転と押圧送りをさせること、及びこれをワークスピンドルユニット２の上方とこれから退避した位置との２位置をとらせることができる。
【００３７】
研磨部材旋回装置７４は、次のように構成される。横ビーム７９１には支持部材７９２が固定されている。この支持部材７９２にはスリーブ体７４１が回動のみ許されて、つまり、スリーブ体７４１は回動できるがその軸方向には摺動できないように、支持されている。このスリーブ体７４１の中央の穴にはスライド軸７４２が摺動のみ許されて、つまり、スライド軸７４２はスリーブ体７４１に対して摺動できるが回転することはできないように、嵌合している。スライド軸７４２の下端にはアーム体７４３が固定されており、このアーム体７４３はスリーブ体７４１の回動によって旋回可能であり、スライド軸７４２の軸方向運動によって軸方向（上下方向）に移動可能となっている。
【００３８】
スリーブ体７４１にはこのスリーブ体７４１の回動中心をホィール中心とするセグメントウォームホィール７４４が固定されている。このセグメントウォームホィール７４４にはウォーム７４５が噛合し、ウォーム７４５は旋回用モータ７４６によって回転駆動可能になっている。この構造によって、旋回用モータ７４６を駆動することによりアーム体７４３を旋回させることができる。旋回によって平面用環状研磨部材７１はチャック手段２１の上方、つまり研磨位置上方に来る。
【００３９】
押圧送り装置７３は次のように構成される。スリーブ体７４１の側面にはピストンシリンダー機構７４７がスライド軸７４２と平行に固定されており、ピストンシリンダー機構７４７のピストンロッド７４８は圧力センサー７４９を介してアーム体７４３に固定されている。これにより、平面用環状研磨部材７１をワークＷ方向に前進後退させるとともに、その表面向けて押圧することができる。
【００４０】
圧力センサー７４９は平面用環状研磨部材７１がワークＷに与える研磨圧を検出するための検出素子であって、不図示の制御装置によって所定の研磨圧が得られるようにピストンシリンダー機構７４７に供給する流体圧が制御される。押圧送り装置には、ピストンシリンダー機構からなる流体送りが採用されているが、これをウェイトとこれを吊すためのワイヤー、ワイヤーを掛け渡し、力の方向を変換するプーリからなる重力式荷重手段を用い、重力によって研磨圧を得るようにすることができる。この場合、ウェイトの重さによって研磨圧が調整されるため、上記圧力センサー７４９を設ける必要ないが、退避位置（上昇端）に後退させるための駆動手段が別途必要となる。
【００４１】
研磨部材回転装置７２は、アーム体７４３上に設けられており、このアーム体７４３の先端近傍には研磨軸７２１が回転可能に支持されている。この研磨軸７２１の下端に平面用環状研磨部材７１のボス部が固定されており、また、研磨液供給手段の一部をなすスラリー供給穴７２３が貫通している。研磨軸７２１の上部他端は巻掛け伝動装置を介して研磨軸モータ７２２の主軸に結合されているので、研磨軸モータ７２２を回転させると平面用環状研磨部材７１がデバイスウェハの平面研磨面を覆うように連続的に回転する。ここで、平面用環状研磨部材７１の回転速度は比較的低速である。また、平面用環状研磨部材７１の回転は、研磨面を新しくするための相対移動であるから、正逆回転させてもよい。
【００４２】
図７（ａ）に示すように平面用環状研磨部材７１は中央にボス部を有し、研磨部はワークＷ平面の周辺部の内径よりも大きい内径を有する環状であって、内側の領域に不織布等の研磨布が貼り付けられたものである。
【００４３】
＊ 作用、動作
まず、周辺部が未研磨のワークＷが中心を合わせて水平に置かれ、チャック手段２１上に把持される。このとき全ての研磨部材３１、４１、５１、７１は不図示搬送装置によるワーク搬送の障害とならないように退避位置に後退している。駆動モータ２３を駆動し、ワークスピンドル２２、チャック手段２１を介してワークＷを回転させる。送りモータ３２３、４２３、５２３を駆動することにより、平面用環状研磨部材７１を除く研磨部材３１、４１、５１を作業面に沿う方向にゆっくりと往復運動させる。同時に、荷重手段３３３、４３３、５３３を駆動することにより、研磨部材３１、４１、５１を退避位置からワークＷに向かって前進させる。各研磨部材は作業位置まで進み、ワークＷに接触してそれ以上の前進を停止するが、平面用環状研磨部材７１にあるスラリー供給穴７２３を除いて、このとき既にスラリー供給用の研磨液供給手段からスラリーが吐出している。この後も引き続き各荷重手段には押圧力が付与され続け、研磨部材の往復運動、チャック手段２１の回転も継続させる。
【００４４】
各研磨部材がゆっくりと往復運動する間、ワークＷは回転を続けるので、供給されたスラリーと研磨部材（研磨布）の作用によってそれぞれの接触部で研磨が同時に進行する。膜除去に充分な時間だけ研磨を行った後、研磨部材３１、４１、５１が退避位置に後退し、スラリーの供給、研磨部材の往復運動が停止される。
【００４５】
こうして研磨部材３１、４１、５１が退避位置に後退した後、平面用研磨ユニット７が動作に入る。退避位置にあったアーム体７４３は旋回用モータ７４６を駆動することによって、平面用環状研磨部材７１がワークＷの上方にくるように旋回する。この旋回位置はワークＷ（デバイスウェハ）の上側平面の周辺部を研磨できるように、図７（ｂ）に示すように、研磨布部の環状内径がワークＷの周辺部の内径に接するような位置であって、平面用環状研磨部材７１の中心とワークＷの中心は、距離ｅだけ偏心している位置である。次いでピストンシリンダー機構７４７を動作させ、平面用環状研磨部材７１を下方に送るとともに、研磨軸モータ７２２を駆動して低速で回転させる。また、スラリー供給穴７２３からスラリーを流し出す。
【００４６】
平面用環状研磨部材７１とワークＷが接触し、研磨圧が制御されながらワークＷの平面周辺部の研磨が進行する。このとき、主としてワークＷの回転によって研磨が行われ、平面用環状研磨部材７１の低速回転によって、研磨作用部が順次新しくされる。
【００４７】
研磨が終了すると、各研磨部材は退避位置に後退し、ワークＷは不図示の搬送装置によって搬出され、新たなワークＷがチャック手段上に搬入されて、上記動作を繰り返す。
【００４８】
この例では、ワークの上側平面周辺部が他の部分の研磨の後に研磨されているが、逆の順にすることも可能である。平面用環状研磨部材７１は広い面積でワークの上側平面周辺部に接触するため、他と同時に研磨できなくても研磨効率が向上する。
【００４９】
この周辺部研磨装置によれば、ワークＷ（デバイスウェハ）のパターン形成部と上側エッジとの間に存在する平面の部分（上側平面周辺部）は、上側エッジ、下側エッジ、外周面の研磨処理の前又は後に研磨され、同時ではないが、平面用環状研磨部材７１は広い面積でワークの上側平面周辺部に接触するため、研磨効率の向上を期待することができる。また、研磨時には各研磨部材が往復運動又は回転するため、研磨作用や研磨部材の摩耗の偏りが少なくなり、均質な研磨を行うことができる。更に、これらの研磨が単一の研磨装置上で行われるため、分散して各工程を行うのに比べて設置面積が少なくて済むだけでなく、ワーク搬送の設備が少なくて済み、また、搬送にともなうワークの位置決めの問題が少なくて済む。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、弧状の作業面を有する外周面用研磨部材、上側エッジ用研磨部材、下側エッジ用研磨部材とともに環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材を用いることによって、デバイスウェハの上下のエッジ、外周面とともにパターン形成面の周縁平面部に形成された膜が除去され、この膜除去が効率よく行われるため、半導体生産の生産性向上を期待することができるという効果を奏する。更に、一回のチャックで持ち替えることなくこれらの研磨が単一の研磨装置上で行われるため、分散して各工程を行うのに比べて設置面積が少なくて済むだけでなく、ワーク搬送の設備が少なくて済み、また、搬送にともなうワークの位置決めの問題が少なくて済むという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の周辺部研磨装置の概要を説明するためワークと研磨部材との関係を示した上面図である。
【図２】本発明実施形態の周辺部研磨装置におけるワークスピンドルユニット及び外周面用研磨ユニットの構造を説明するための断面である。
【図３】本発明実施形態の周辺部研磨装置における上側エッジ用研磨ユニットの構造を説明するための断面である。
【図４】本発明実施形態の周辺部研磨装置における下側エッジ用研磨ユニットの構造を説明するための断面である。
【図５】本発明実施形態の周辺部研磨装置における平面用研磨ユニットの構造を説明するための断面である。
【図６】弧状面内側に不織布等の研磨布を貼り付けた外周面用研磨部材、上側エッジ用研磨部材、及び、下側エッジ用研磨部材の概要を示す斜視図である。
【図７】環状で平面をなす平面作業面を有する不織布等の研磨布を貼り付けた平面用環状研磨部材の概要を示す斜視図（ａ）、及びこの研磨布部分とワークの関係を示す説明図（ｂ）である。
【図８】膜が形成された半導体ウェハ（デバイスウェハ）の全体断面図である。
【図９】膜が形成された半導体ウェハ（デバイスウェハ）の部分拡大断面図である。
【図１０】上側平面の周辺部の膜が除去された半導体ウェハ（デバイスウェハ）の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 周辺部研磨装置
１１ フレーム
２ ワークスピンドルユニット
２１ チャック手段
２２ ワークスピンドル
２３ 駆動モータ
２４ 巻掛け伝動機構
３ 外周面用研磨ユニット
３１ 外周面用研磨部材
３２、４２、５２ 往復送り装置
３２３、４２３、５２３ 送りモータ
３２４、４２４、５２４ 送りねじ
３２５、４２５、５２５ 送りナット
３３、４３、５３、７３ 押圧送り装置
３３１、３２１、４２１、４３１、５２１、５３１ ガイドウェイ
３３２、３２２、４２２、４３２、５２２、５３２ スライダー
３３３、４３３、５３３ 荷重手段
３３４、４３４、５３４、７４９ 圧力センサー
４ 上側エッジ用研磨ユニット
４１ 上側エッジ用研磨部材
５ 下側エッジ用研磨ユニット
５１ 下側エッジ用研磨部材
７ 平面用研磨ユニット
７１ 平面用環状研磨部材
７２ 研磨部材回転装置
７２１ 研磨軸
７２２ 研磨軸モータ
７２３ スラリー供給穴
７４ 研磨部材旋回装置
７４１ スリーブ体
７４２ スライド軸
７４３ アーム体
７４４ セグメントウォームホィール
７４５ ウォーム
７４６ 旋回用モータ
７４７ ピストンシリンダー機構
７４８ ピストンロッド
７９ 門型支柱
７９１ 横ビーム
７９２ 支持部材
Ｒ 膜
Ｗ ワーク
ａ 上側エッジ
ｂ 外周面
ｃ 下側エッジ
ｄ 上側平面周辺部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハなどの円板形ワークの外周を研磨するためのデバイスウェハの周辺部研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハは円板形をしており、表裏の平面、円筒をなす外周面、この外周面を挟んで表裏には傾斜面（エッジ）が形成されている。半導体の製造にあたっては、ウェハの表面に形成されたレジスト膜あるいは金属膜等の膜を除去する工程が繰り返される。図８、図９は、このような膜が形成された半導体ウェハ（デバイスウェハ）Ｗの全体断面図及び部分拡大断面図である。上記膜Ｒは、膜形成方法に起因して配線パターン面（表の平面）だけでなく、パターンの外側になる外周面ｂ及び表裏のエッジａ、ｃも含んでウェハ全体にわたって形成される。パターン外側に形成された膜Ｒは、それ自体半導体デバイスを形成するものではないが、各工程において剥離、発塵、あるいはその他の要因から歩留まりの低下を招くことから事前に除去される。
【０００３】
発明者は、先に特願２００２−０６１０１１に示されるような上下のエッジと外周面を同時に研磨することのできる研磨装置を開発した。この研磨装置は、上側エッジを研磨するための一対の上側エッジ用研磨部材、下側エッジを研磨するための下側エッジ用研磨部材、及び、さらに、外周面を研磨するための外周面用研磨部材を備えている。このため、これら周辺部全てを持ち替えることなくワンチャックで同時に研磨することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０８０３９号公報
【特許文献２】
特開２０００−０６８２７３号公報
【特許文献３】
特許第３１１１９２８号公報
【特許文献４】
特開平０９−１８６２３４号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これまでは、周辺部つまり上側エッジａ、下側エッジｃ、外周面ｂを研磨するだけで充分であったが、更なる半導体生産の歩留まり向上を求めて、ウェハの周辺をこれらの面だけでなく、更に図１０に示されるように上側平面の周辺部ｄまでも更に研磨することが要求されるようになってきた。本発明は、従来どおりに上側エッジａ、下側エッジｃ、外周面ｂを研磨するだけでなく、上記要求に応え更に上側平面周辺部ｄをも確実に研磨することができるデバイスウェハの周辺部研磨装置を提供し、もって、半導体生産の生産性と歩留まり向上をはかることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、円板形のデバイスウェハをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記デバイスウェハの外周面を研磨するために、この外周面に接触する弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と、上記デバイスウェハの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する作業面を有する上側エッジ用研磨部材と、上記デバイスウェハの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記デバイスウェハの上側平面の周辺部を研磨するため、上記周辺部の内径よりも大きい内径を有する環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材と、上記チャック手段にチャックされたデバイスウェハの各被研磨面に向けて上記各研磨部材の作業面を押圧するため、それぞれの研磨部材に荷重を付与するための荷重手段と、研磨部にスラリーを供給するための研磨液供給手段とを備え、上記外周面用研磨部材、上記上側エッジ用研磨部材、及び上記下側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段の周囲に設けられており、上記環状研磨部材は上記チャック手段の上方に設けられていることを特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置である。
【０００７】
第２番目の発明の解決手段は、円板形のデバイスウェハをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記デバイスウェハの外周面を研磨するために、この外周面に接触する弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と、上記デバイスウェハの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する作業面を有する上側エッジ用研磨部材と、上記デバイスウェハの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記デバイスウェハの上側平面の周辺部を研磨するため、上記周辺部の内径よりも大きい内径を有する環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材と、
上記チャック手段にチャックされたデバイスウェハの各被研磨面に向けて上記各研磨部材の作業面を押圧するため、それぞれの研磨部材に荷重を付与するための荷重手段と、研磨部にスラリーを供給するための研磨液供給手段と、上記外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記外周面に沿って往復動させるための外周面用往復動機構と、上記上側エッジ用研磨部材の作業面を上記上側エッジの傾斜に沿って往復動させるための上側エッジ用往復動機構と、上記下側エッジ用研磨部材の作業面を上記下側エッジの傾斜に沿って往復動させるための下側エッジ用往復動機構と、上記平面用環状研磨部材を平面作業面が上記上側平面の周辺部に沿って回転差を生じさせるように強制的に相対移動させるためにデバイスウェハの回転中心と上記平面用環状研磨部材の回転中心を距離ｅだけ偏心させて回転させるための上側平面用回転機構と、を備え、上記外周面用研磨部材、上記上側エッジ用研磨部材、及び上記下側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段の周囲に設けられており、上記環状研磨部材は研磨位置と退避位置とに上記チャック手段の上方に旋回可能であることを特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置である。
【０００８】
第３番目の発明の解決手段は、第１番目又は第２番目のいずれかのデバイスウェハの周辺部研磨装置において、上記外周面用研磨部材、上記上側エッジ用研磨部材、及び、上記下側エッジ用研磨部材による各被研磨面の研磨が、同時に行われ、上記平面用環状研磨部材による研磨はその前又はその後に行われるものであることを特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置である。
第４番目の発明の解決手段は、第１番目から第３番目までのいずれかの発明のデバイスウェハの研磨装置において、上記上側エッジ用研磨部材及び上記下側エッジ用研磨部材のそれぞれの作業面は上記上側エッジ及び上記下側エッジに接触するために弧状をなしていることを特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るデバイスウェハの周辺部研磨装置の好ましい幾つかの実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明実施形態の周辺部研磨装置１の概要を説明するためワークと研磨部材との関係を示した上面図である。以下、単にワークとあるのはデバイスウェハのことを示している。
【００１０】
周辺部研磨装置１のフレーム１１には、中央にワークスピンドルユニット２とこのワークスピンドルユニット２を取り囲むように、外周面用研磨ユニット３、上側エッジ用研磨ユニット４、下側エッジ用研磨ユニット５、及び、平面用研磨ユニット７が備えられている。この例では、上側エッジ用研磨ユニット４はワークスピンドルユニット２を挟んで一対が設けられている。平面用研磨ユニット７は、フレーム１１上に設けられた門型支柱７９の横ビーム７９１に支えられている。また、フレーム１１は、全体として箱状の外形をなしており、その略中央部から上記各ユニットの上部が突き出している。
【００１１】
ワークスピンドルユニット２には、円板形のワークＷ（デバイスウェハ）をチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段２１が設けられている。外周面用研磨ユニット３には、ワークＷの外周面を研磨するために、この外周面に接触する弧状の作業面を有する外周面用研磨部材３１が備えられている。
【００１２】
上側エッジ用研磨ユニット４及び下側エッジ用研磨ユニット５には、それぞれワークＷの傾斜した上側エッジ及び下側エッジを研磨するために、これらの各エッジに接触する弧状の作業面を有する上側エッジ用研磨部材４１及び下側エッジ用研磨部材５１が備えられている。
【００１３】
更に、平面用研磨ユニット７には、ワークＷの上側平面の周辺部を研磨するため、周辺部ｄの内径よりも大きい内径を有する環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材７１（図１では点線で示されている）が備えられている。
【００１４】
後述するように、それぞれの研磨部材３１、４１、５１、７１には、ワークＷの各被研磨面に向けてこれらの作業面を押圧するため、それぞれの研磨部材に荷重を付与するための荷重手段が設けられている。
【００１５】
更に、ワークスピンドルユニット２を除く各ユニットには、それぞれ外周面用往復動機構、上側エッジ用往復動機構、下側エッジ用往復動機構、及び上側平面用回転機構が設けられており、後述するように各研磨部材の作業面をそれぞれの受け持つ研磨面に沿って往復動又は回転をさせることができるようになっている。チャック手段２１を回転させながら、研磨部材を各被研磨面に押圧することにより外周面、上側エッジ、下側エッジの研磨が平行して同時に行われることになる。本発明では、これら３部分の研磨の前又は後に上側平面の研磨が行われる。なお、研磨箇所には不図示のノズル研磨液供給手段から研磨液（スラリー）がかけられる。以下、図２から図５までの図面を用いて各ユニットの構造について説明する。
【００１６】
＊ ワークスピンドルユニット及び外周面用研磨ユニット
図２は、ワークスピンドルユニット２及び外周面用研磨ユニット３の構造を説明するための断面である。ワークスピンドルユニット２は回転可能に支持されるワークスピンドル２２とこのワークスピンドル２２の一端に固定されたチャック手段２１を有している。チャック手段２１はフレーム上面から突き出している。更に、ワークスピンドルユニット２にはワークスピンドル２２を回転駆動するための駆動モータ２３が備えられており、ワークスピンドル２２の他端と駆動モータ２３の出力軸は任意の伝動機構、例えばプーリーとベルトからなる巻掛け伝動機構２４、によって動力的に結合されている。
【００１７】
外周面用研磨ユニット３には、往復送り装置３２、押圧送り装置３３とが備えられており、外周面用研磨部材３１に往復送りと押圧送りをさせることができるようになっている。
【００１８】
押圧送り装置３３は、上記ワークスピンドル２２の在る方向に向かってフレーム１１に固定されたガイドウェイ３３１、及び、このガイドウェイ３３１によってガイドされるスライダー３３２を備え、スライダー３３２は荷重手段３３３によってワークスピンドル２２に向かう前進方向に押圧可能になっている。この荷重手段３３３は、また、スライダー３３２を退避位置に後退させることもできる。
【００１９】
この例（図２）では、荷重手段３３３には、ピストン、ピストンロッドとシリンダーとからなる流体送りが採用されている。圧力センサー３３４は荷重手段３３３によってスライダー３３２に与えられる力を検出するものであり、検出された圧力を用いてフィードバック制御することにより外周面用研磨部材３１が必要の研磨圧で安定してワークＷに接触するようにされている。
【００２０】
荷重手段３３３には、シリンダー等に換えてウェイトとこれを吊すためのワイヤー、ワイヤーを掛け渡し、力の方向を変換するプーリからなる重力式荷重手段を用い、重力によって研磨圧を得るようにすることができる。この場合、ウェイトの重さによって研磨圧が調整されるため、上記圧力センサー３３４を設ける必要ないが、退避位置に後退させるための駆動手段が別途必要となる。
【００２１】
外周面用往復動機構をなす往復送り装置３２は、上記スライダー３３２に設けられワークスピンドル２２と平行な方向に向かうガイドウェイ３２１、及び、このガイドウェイ３２１によってガイドされるスライダー３２２を備えている。スライダー３２２は送りナット３２５を有し、これと螺合する送りねじ３２４、この送りねじ３２４を回転駆動する送りモータ３２３によって、スライダー３２２がワークスピンドル２２と平行な方向に往復動できるようになっている。この往復運動のストロークの長さ、位置及び速度は送りモータ３２３を制御することにより制御される。送りモータ３２３をステッピングモータとし、数値制御装置によってこれを制御するようにすることができる。
【００２２】
外周面用研磨部材３１はスライダー３２２に固定されているので、荷重手段３３３によって、必要な研磨圧でワークＷの外周研磨面（図６−８で示すｂ）に接触するとともに、往復送り装置３２によって外周面用研磨部材３１がワークＷと接触する位置を絶えず、あるいは定期的に、変化させることができる。これによって、ワークＷの外周面を良好に研磨することができる。図６に示すように、外周面用研磨部材３１の研磨面は、ワークＷの外周面に沿った弧状であり、内側に不織布等の研磨布が貼り付けられたものである。
【００２３】
＊ 上側エッジ用研磨ユニット
図３は、上側エッジ用研磨ユニット４の構造を説明するための断面である。この周辺部研磨装置１はワークスピンドルユニット２を挟んで一対の上側エッジ用研磨ユニット４が設けられているが、図３には一方のみを示す。上側エッジ用研磨ユニット４には、往復送り装置４２、押圧送り装置４３とが備えられており、上側エッジ用研磨部材４１に往復送りと押圧送りをさせることができるようになっている。
【００２４】
上側エッジ用往復動機構をなす往復送り装置４２は、ワークスピンドル２２に向かって傾斜したガイド方向を有しフレーム１１に固定されたガイドウェイ４２１、及び、このガイドウェイ４２１によってガイドされるスライダー４２２を備えている。なお、上記傾斜はワークＷの上側エッジに沿うような傾斜である。スライダー４２２は送りナット４２５を有し、これと螺合する送りねじ４２４、この送りねじ４２４を回転駆動する送りモータ４２３によって、スライダー４２２がワークスピンドル２２に向かう方向（及び、その反対方向）に傾斜して往復動できるようになっている。この往復運動のストロークの長さ、位置、及び速度は送りモータ４２３を制御することにより制御される。送りモータ４２３をステッピングモータとし、数値制御装置によってこれを制御するようにすることができる。
【００２５】
押圧送り装置４３は、上記スライダー４２２上にあり上記ガイドウェイ４２１と直交する上下方向に向かうガイドウェイ４３１、及び、このガイドウェイ４３１によってガイドされるスライダー４３２を備え、スライダー４３２、ワークスピンドル２２と僅かに傾斜した下方向に向かって荷重手段４３３及びスライダー４３２等の自重によって押圧力を付与することが可能になっている。この荷重手段４３３は、また、スライダー４３２を上方の退避位置に後退させることもできる。
【００２６】
この例（図）では、荷重手段４３３には、ピストン、ピストンロッドとシリンダーとからなる流体送りが採用されている。圧力センサー４３４は荷重手段４３３及び上記自重によって上側エッジ用研磨部材４１に与えられる力を検出するものであり、検出された圧力を用いてフィードバック制御することにより上側エッジ用研磨部材４１が必要な研磨圧で安定してワークＷに接触するようにされている。
【００２７】
荷重手段４３３には、シリンダー等に換えてウェイトとこれを吊すためのワイヤー、ワイヤーを掛け渡し、力の方向を変換するプーリからなる重力式荷重手段を用い、重力によって研磨圧を得るようにすることができる。この場合、ウェイトの重さによって研磨圧が調整されるため、上記圧力センサー４３４を設ける必要ないが、退避位置に後退させるための駆動手段が別途必要となる。
【００２８】
上側エッジ用研磨部材４１はスライダー４３２に固定されているので、荷重手段４３３と自重によって、必要な研磨圧でワークＷの上側エッジ（図６−８に示すａ）に接触するとともに、往復送り装置４２によって上側エッジ用研磨部材４１がワークＷと接触する位置を絶えずあるいは定期的に変化させることができる。これによって、ワークＷの上側エッジを良好に研磨することができる。図６に示すように、上側エッジ用研磨部材４１の研磨面は、ワークＷの上側エッジに沿った弧状であり、内側に不織布等の研磨布が貼り付けられたものである。
【００２９】
この例に示すようにワークスピンドルユニット２を挟んで上側エッジ用研磨部材４１を一対設けた場合、交互に（つまり、一方がワークスピンドルユニット２に向けて移動するとき、他方がこれから後退するように）往復動させるようにすると相互の干渉が防止でき、周辺部研磨装置１全体を大きくしなくて済む。
【００３０】
＊ 下側エッジ用研磨ユニット
図４は、下側エッジ用研磨ユニット５の構造を説明するための断面である。下側エッジ用研磨ユニット５には、往復送り装置５２、押圧送り装置５３とが備えられており、下側エッジ用研磨部材５１に往復送りと押圧送りをさせることができるようになっている。
【００３１】
下側エッジ用往復動機構をなす往復送り装置５２は、ワークスピンドル２２に向かって傾斜したガイド方向を有しフレーム１１に固定されたガイドウェイ５２１、及び、このガイドウェイ５２１によってガイドされるスライダー５２２を備えている。なお、上記傾斜はワークＷの下側エッジに沿うような傾斜である。スライダー５２２は送りナット５２５を有し、これと螺合する送りねじ５２４、この送りねじ５２４を回転駆動する送りモータ５２３によって、スライダー５２２がワークスピンドル２２に向かう方向（及び、その反対方向）に傾斜して往復動できるようになっている。この往復運動のストロークの長さ、位置、及び速度は送りモータ５２３を制御することにより制御される。送りモータ５２３をステッピングモータとし、数値制御装置によってこれを制御するようにすることができる。
【００３２】
押圧送り装置５３は、上記スライダー５２２上にあり上記ガイドウェイ５２１と直交する上下方向に向かうガイドウェイ５３１、及び、このガイドウェイ５３１によってガイドされるスライダー５３２を備え、スライダー５３２には荷重手段５３３及びスライダー５３２等の自重によってワークスピンドル２２と僅かに傾斜した下方向に向かって押圧力を付与することが可能になっている。この荷重手段５３３は、また、スライダー５３２を上方の退避位置に後退させることもできる。
【００３３】
この例（図）では、荷重手段５３３には、ピストン、ピストンロッドとシリンダーとからなる流体送りが採用されている。圧力センサー５３４は荷重手段４３３及び上記自重によって下側エッジ用研磨部材５１に与えられる力を検出するものであり、検出された圧力を用いてフィードバック制御することにより下側エッジ用研磨部材５１が必要な研磨圧で安定してワークＷに接触するようにされている。
【００３４】
荷重手段５３３には、シリンダー等に換えてウェイトとこれを吊すためのワイヤー、ワイヤーを掛け渡し、力の方向を変換するプーリからなる重力式荷重手段を用い、重力によって研磨圧を得るようにすることができる。この場合、ウェイトの重さによって研磨圧が調整されるため、上記圧力センサー５３４を設ける必要ないが、退避位置に後退させるための駆動手段が別途必要となる。
【００３５】
下側エッジ用研磨部材５１はスライダー５３２に固定されているので、荷重手段５３３と自重によって、必要な研磨圧でワークＷに接触するとともに、往復送り装置５２によって下側エッジ用研磨部材５１がワークＷと接触する位置を絶えずあるいは定期的に変化させることができる。これによって、ワークＷの上側エッジを良好に研磨することができる。図６に示すように、下側エッジ用研磨部材５１の研磨面は、ワークＷの下側エッジに沿った弧状であり、内側に不織布等の研磨布が貼り付けられたものである。
【００３６】
＊ 平面用研磨ユニット
図５は、平面用研磨ユニット７の構造を説明するための断面である。平面用研磨ユニット７は、最初に述べたように門型支柱７９の横ビーム７９１に設けられている。平面用研磨ユニット７には、研磨部材回転装置７２、押圧送り装置７３、研磨部材旋回装置７４とが備えられており、平面用環状研磨部材７１に回転と押圧送りをさせること、及びこれをワークスピンドルユニット２の上方とこれから退避した位置との２位置をとらせることができる。
【００３７】
研磨部材旋回装置７４は、次のように構成される。横ビーム７９１には支持部材７９２が固定されている。この支持部材７９２にはスリーブ体７４１が回動のみ許されて、つまり、スリーブ体７４１は回動できるがその軸方向には摺動できないように、支持されている。このスリーブ体７４１の中央の穴にはスライド軸７４２が摺動のみ許されて、つまり、スライド軸７４２はスリーブ体７４１に対して摺動できるが回転することはできないように、嵌合している。スライド軸７４２の下端にはアーム体７４３が固定されており、このアーム体７４３はスリーブ体７４１の回動によって旋回可能であり、スライド軸７４２の軸方向運動によって軸方向（上下方向）に移動可能となっている。
【００３８】
スリーブ体７４１にはこのスリーブ体７４１の回動中心をホィール中心とするセグメントウォームホィール７４４が固定されている。このセグメントウォームホィール７４４にはウォーム７４５が噛合し、ウォーム７４５は旋回用モータ７４６によって回転駆動可能になっている。この構造によって、旋回用モータ７４６を駆動することによりアーム体７４３を旋回させることができる。旋回によって平面用環状研磨部材７１はチャック手段２１の上方、つまり研磨位置上方に来る。
【００３９】
押圧送り装置７３は次のように構成される。スリーブ体７４１の側面にはピストンシリンダー機構７４７がスライド軸７４２と平行に固定されており、ピストンシリンダー機構７４７のピストンロッド７４８は圧力センサー７４９を介してアーム体７４３に固定されている。これにより、平面用環状研磨部材７１をワークＷ方向に前進後退させるとともに、その表面向けて押圧することができる。
【００４０】
圧力センサー７４９は平面用環状研磨部材７１がワークＷに与える研磨圧を検出するための検出素子であって、不図示の制御装置によって所定の研磨圧が得られるようにピストンシリンダー機構７４７に供給する流体圧が制御される。押圧送り装置には、ピストンシリンダー機構からなる流体送りが採用されているが、これをウェイトとこれを吊すためのワイヤー、ワイヤーを掛け渡し、力の方向を変換するプーリからなる重力式荷重手段を用い、重力によって研磨圧を得るようにすることができる。この場合、ウェイトの重さによって研磨圧が調整されるため、上記圧力センサー７４９を設ける必要ないが、退避位置（上昇端）に後退させるための駆動手段が別途必要となる。
【００４１】
研磨部材回転装置７２は、アーム体７４３上に設けられており、このアーム体７４３の先端近傍には研磨軸７２１が回転可能に支持されている。この研磨軸７２１の下端に平面用環状研磨部材７１のボス部が固定されており、また、研磨液供給手段の一部をなすスラリー供給穴７２３が貫通している。研磨軸７２１の上部他端は巻掛け伝動装置を介して研磨軸モータ７２２の主軸に結合されているので、研磨軸モータ７２２を回転させると平面用環状研磨部材７１がデバイスウェハの平面研磨面を覆うように連続的に回転する。ここで、平面用環状研磨部材７１の回転速度は比較的低速である。また、平面用環状研磨部材７１の回転は、研磨面を新しくするための相対移動であるから、正逆回転させてもよい。
【００４２】
図７（ａ）に示すように平面用環状研磨部材７１は中央にボス部を有し、研磨部はワークＷ平面の周辺部の内径よりも大きい内径を有する環状であって、内側の領域に不織布等の研磨布が貼り付けられたものである。
【００４３】
＊ 作用、動作
まず、周辺部が未研磨のワークＷが中心を合わせて水平に置かれ、チャック手段２１上に把持される。このとき全ての研磨部材３１、４１、５１、７１は不図示搬送装置によるワーク搬送の障害とならないように退避位置に後退している。駆動モータ２３を駆動し、ワークスピンドル２２、チャック手段２１を介してワークＷを回転させる。送りモータ３２３、４２３、５２３を駆動することにより、平面用環状研磨部材７１を除く研磨部材３１、４１、５１を作業面に沿う方向にゆっくりと往復運動させる。同時に、荷重手段３３３、４３３、５３３を駆動することにより、研磨部材３１、４１、５１を退避位置からワークＷに向かって前進させる。各研磨部材は作業位置まで進み、ワークＷに接触してそれ以上の前進を停止するが、平面用環状研磨部材７１にあるスラリー供給穴７２３を除いて、このとき既にスラリー供給用の研磨液供給手段からスラリーが吐出している。この後も引き続き各荷重手段には押圧力が付与され続け、研磨部材の往復運動、チャック手段２１の回転も継続させる。
【００４４】
各研磨部材がゆっくりと往復運動する間、ワークＷは回転を続けるので、供給されたスラリーと研磨部材（研磨布）の作用によってそれぞれの接触部で研磨が同時に進行する。膜除去に充分な時間だけ研磨を行った後、研磨部材３１、４１、５１が退避位置に後退し、スラリーの供給、研磨部材の往復運動が停止される。
【００４５】
こうして研磨部材３１、４１、５１が退避位置に後退した後、平面用研磨ユニット７が動作に入る。退避位置にあったアーム体７４３は旋回用モータ７４６を駆動することによって、平面用環状研磨部材７１がワークＷの上方にくるように旋回する。この旋回位置はワークＷ（デバイスウェハ）の上側平面の周辺部を研磨できるように、図７（ｂ）に示すように、研磨布部の環状内径がワークＷの周辺部の内径に接するような位置であって、平面用環状研磨部材７１の中心とワークＷの中心は、距離ｅだけ偏心している位置である。次いでピストンシリンダー機構７４７を動作させ、平面用環状研磨部材７１を下方に送るとともに、研磨軸モータ７２２を駆動して低速で回転させる。また、スラリー供給穴７２３からスラリーを流し出す。
【００４６】
平面用環状研磨部材７１とワークＷが接触し、研磨圧が制御されながらワークＷの平面周辺部の研磨が進行する。このとき、主としてワークＷの回転によって研磨が行われ、平面用環状研磨部材７１の低速回転によって、研磨作用部が順次新しくされる。
【００４７】
研磨が終了すると、各研磨部材は退避位置に後退し、ワークＷは不図示の搬送装置によって搬出され、新たなワークＷがチャック手段上に搬入されて、上記動作を繰り返す。
【００４８】
この例では、ワークの上側平面周辺部が他の部分の研磨の後に研磨されているが、逆の順にすることも可能である。平面用環状研磨部材７１は広い面積でワークの上側平面周辺部に接触するため、他と同時に研磨できなくても研磨効率が向上する。
【００４９】
この周辺部研磨装置によれば、ワークＷ（デバイスウェハ）のパターン形成部と上側エッジとの間に存在する平面の部分（上側平面周辺部）は、上側エッジ、下側エッジ、外周面の研磨処理の前又は後に研磨され、同時ではないが、平面用環状研磨部材７１は広い面積でワークの上側平面周辺部に接触するため、研磨効率の向上を期待することができる。また、研磨時には各研磨部材が往復運動又は回転するため、研磨作用や研磨部材の摩耗の偏りが少なくなり、均質な研磨を行うことができる。更に、これらの研磨が単一の研磨装置上で行われるため、分散して各工程を行うのに比べて設置面積が少なくて済むだけでなく、ワーク搬送の設備が少なくて済み、また、搬送にともなうワークの位置決めの問題が少なくて済む。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、弧状の作業面を有する外周面用研磨部材、上側エッジ用研磨部材、下側エッジ用研磨部材とともに環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材を用いることによって、デバイスウェハの上下のエッジ、外周面とともにパターン形成面の周縁平面部に形成された膜が除去され、この膜除去が効率よく行われるため、半導体生産の生産性向上を期待することができるという効果を奏する。更に、一回のチャックで持ち替えることなくこれらの研磨が単一の研磨装置上で行われるため、分散して各工程を行うのに比べて設置面積が少なくて済むだけでなく、ワーク搬送の設備が少なくて済み、また、搬送にともなうワークの位置決めの問題が少なくて済むという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の周辺部研磨装置の概要を説明するためワークと研磨部材との関係を示した上面図である。
【図２】本発明実施形態の周辺部研磨装置におけるワークスピンドルユニット及び外周面用研磨ユニットの構造を説明するための断面である。
【図３】本発明実施形態の周辺部研磨装置における上側エッジ用研磨ユニットの構造を説明するための断面である。
【図４】本発明実施形態の周辺部研磨装置における下側エッジ用研磨ユニットの構造を説明するための断面である。
【図５】本発明実施形態の周辺部研磨装置における平面用研磨ユニットの構造を説明するための断面である。
【図６】弧状面内側に不織布等の研磨布を貼り付けた外周面用研磨部材、上側エッジ用研磨部材、及び、下側エッジ用研磨部材の概要を示す斜視図である。
【図７】環状で平面をなす平面作業面を有する不織布等の研磨布を貼り付けた平面用環状研磨部材の概要を示す斜視図（ａ）、及びこの研磨布部分とワークの関係を示す説明図（ｂ）である。
【図８】膜が形成された半導体ウェハ（デバイスウェハ）の全体断面図である。
【図９】膜が形成された半導体ウェハ（デバイスウェハ）の部分拡大断面図である。
【図１０】上側平面の周辺部の膜が除去された半導体ウェハ（デバイスウェハ）の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 周辺部研磨装置
１１ フレーム
２ ワークスピンドルユニット
２１ チャック手段
２２ ワークスピンドル
２３ 駆動モータ
２４ 巻掛け伝動機構
３ 外周面用研磨ユニット
３１ 外周面用研磨部材
３２、４２、５２ 往復送り装置
３２３、４２３、５２３ 送りモータ
３２４、４２４、５２４ 送りねじ
３２５、４２５、５２５ 送りナット
３３、４３、５３、７３ 押圧送り装置
３３１、３２１、４２１、４３１、５２１、５３１ ガイドウェイ
３３２、３２２、４２２、４３２、５２２、５３２ スライダー
３３３、４３３、５３３ 荷重手段
３３４、４３４、５３４、７４９ 圧力センサー
４ 上側エッジ用研磨ユニット
４１ 上側エッジ用研磨部材
５ 下側エッジ用研磨ユニット
５１ 下側エッジ用研磨部材
７ 平面用研磨ユニット
７１ 平面用環状研磨部材
７２ 研磨部材回転装置
７２１ 研磨軸
７２２ 研磨軸モータ
７２３ スラリー供給穴
７４ 研磨部材旋回装置
７４１ スリーブ体
７４２ スライド軸
７４３ アーム体
７４４ セグメントウォームホィール
７４５ ウォーム
７４６ 旋回用モータ
７４７ ピストンシリンダー機構
７４８ ピストンロッド
７９ 門型支柱
７９１ 横ビーム
７９２ 支持部材
Ｒ 膜
Ｗ ワーク
ａ 上側エッジ
ｂ 外周面
ｃ 下側エッジ
ｄ 上側平面周辺部
Claims (3)
- 円板形のデバイスウェハをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、
上記デバイスウェハの外周面を研磨するために、この外周面に接触する弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と、
上記デバイスウェハの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する作業面を有する上側エッジ用研磨部材と、
上記デバイスウェハの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、
上記デバイスウェハの上側平面の周辺部を研磨するため、上記周辺部の内径よりも大きい内径を有する環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材と、
上記チャック手段にチャックされたデバイスウェハの各被研磨面に向けて上記各研磨部材の作業面を押圧するため、それぞれの研磨部材に荷重を付与するための荷重手段と、
研磨部にスラリーを供給するための研磨液供給手段と
を備え、
上記外周面用研磨部材、上記上側エッジ用研磨部材、及び上記下側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段の周囲に設けられており、上記環状研磨部材は上記チャック手段の上方に設けられていること
を特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置。 - 円板形のデバイスウェハをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、
上記デバイスウェハの外周面を研磨するために、この外周面に接触する弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と、
上記デバイスウェハの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する作業面を有する上側エッジ用研磨部材と、
上記デバイスウェハの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、
上記デバイスウェハの上側平面の周辺部を研磨するため、上記周辺部の内径よりも大きい内径を有する環状で平面をなす平面作業面を有する平面用環状研磨部材と、
上記チャック手段にチャックされたデバイスウェハの各被研磨面に向けて上記各研磨部材の作業面を押圧するため、それぞれの研磨部材に荷重を付与するための荷重手段と、
研磨部にスラリーを供給するための研磨液供給手段と、
上記外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記外周面に沿って垂直方向に往復動させるための外周面用往復動機構と、
上記上側エッジ用研磨部材の作業面を上記上側エッジの傾斜に沿って上下方向に往復動させるための上側エッジ用往復動機構と、
上記下側エッジ用研磨部材の作業面を上記下側エッジの傾斜に沿って上下方向に往復動させるための下側エッジ用往復動機構と、
上記平面用環状研磨部材を平面作業面が上記上側平面の周辺部に沿って回転差を生じさせるように強制的に相対移動させるためにデバイスウェハの回転中心と上記平面用環状研磨部材の回転中心を距離ｅだけ偏心させて回転させるための上側平面用回転機構と、
を備え、
上記外周面用研磨部材、上記上側エッジ用研磨部材、及び上記下側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段の周囲に設けられており、上記環状研磨部材は研磨位置と退避位置とに上記チャック手段の上方に旋回可能であること
を特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置。 - 請求項１又は請求項２のいずれかに記載されたデバイスウェハの周辺部研磨装置において、
上記外周面用研磨部材、上記上側エッジ用研磨部材、及び、上記下側エッジ用研磨部材による各被研磨面の研磨が、同時に行われ、上記平面用環状研磨部材による研磨はその前又はその後に行われるものであること
を特徴とするデバイスウェハの周辺部研磨装置。
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| JP2002310234A JP4078183B2 (ja) | 2002-10-24 | 2002-10-24 | デバイスウェハの周辺部研磨装置 |
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-
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- 2002-10-24 JP JP2002310234A patent/JP4078183B2/ja not_active Expired - Fee Related
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