JP2007088143A - エッジ研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウエハのエッジ研磨装置のスループットを向上させる。
【解決手段】 半導体ウエハ４０のエッジ部を研磨するエッジ研磨装置１００には、バフユニット１１ｂを隔てて半導体ウエハ４０と対向する位置に、バフ１８をドレッシングするドレッサ１２を配置する。半導体ウエハ４０を搭載するウエハ保持部１５及びドレッサ１２は、それぞれバフユニット１１ｂと接近する方向及び離反する方向に移動可能である。半導体ウエハ４０とバフとの接触圧、及び、バフとドレッサ１２との接触圧はそれぞれ所定値に制御され、バフによる半導体ウエハ４０のエッジ部の研磨中に、ドレッサ１２によるバフのＩｎ−Ｓｉｔｕドレッシングを可能にする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エッジ研磨装置に関し、更に詳しくは、半導体ウエハのエッジ部を研磨するエッジ研磨装置の改良に関する。

半導体デバイスは、シリコン単結晶ウエハや化合物半導体ウエハなどの半導体ウエハの表面に、スパッタリングや、ＣＶＤ、エッチングなど、半導体製造分野で既知の成膜加工技術を利用し、酸化膜、窒化膜、炭化物膜、多結晶膜体、金属膜などを積層して製造される。各膜を構成する酸化物、窒化物、多結晶、炭化物、金属などの物質は、成膜の際に、半導体ウエハのエッジ及びその近傍を含むエッジ部を被覆する。このエッジ部に形成された被膜は、半導体ウエハ上に形成される配線や積層膜としては不要のもので、且つ、エッジ部から容易に剥離するものであり、ウエハ洗浄工程や各工程間でのウエハ搬送などの際に、ウエハエッジと製造装置の各部との接触により剥離する。製造プロセス中に、皮膜がエッジ部から剥離すると、ウエハ表面に形成される半導体装置にとって重大な汚染源となるという問題がある。このため、従来から、半導体製造プロセス中では、半導体ウエハのエッジ部に形成された被膜を除去するための研磨が、必要な都度行われている。

従来、半導体ウエハのエッジ部に形成された被膜の除去は、発泡ポリウレタンや硬質ウレタン樹脂などを周囲や側面に取り付けた円筒状バフに、半導体ウエハのエッジを押し付ける研磨装置によって行われる。特許文献１は、このような研磨装置を記載している。図５に示す従来のエッジ研磨装置では、バフ３１が、軸３１ａを中心に回転可能に構成されており、バフ３１の研磨面の近傍に、研磨剤であるスラリーを供給する図示しない機構を有する。このバフ３１の研磨部に、半導体ウエハ４０のエッジを押し付けることにより、ウエハ４０のエッジ部を研磨する。バフ３１における研磨では、ウエハ４０のエッジ部全体を研磨するために、ウエハ４０をバフ３１との接触部を中心にして上下に傾動させている。

同特許文献には、図６及び図７に示す研磨装置も記載されている。図７は、図６の断面詳細図である。円筒状バフ３２は、軸３２ａを中心に回転可能に構成され、スラリー供給ノズル３４により、バフ３２の研磨部近傍に研磨剤であるスラリーを供給する。バフ３２の外周円筒面に形成される研磨溝３２ｂに、ウエハ４０のエッジ部を押し付けることによりエッジ部を研磨する。ウエハ４０は軸３３を中心に回転可能であり、軸３２ａと軸３３とは平行であり、ウエハ４０の表面は軸３３と垂直である。この円筒状バフ３２における研磨では、研磨溝３２ｂの縦断面形状が、ウエハ４０のエッジ部の縦断面形状と相補的（嵌合的）な関係を持つため、ウエハ４０を、バフ３２との接触部を中心にして上下に傾動させずとも、ウエハ４０のエッジ部全体を研磨することができる。

研磨剤であるスラリーには、一般に、シリカ（酸化珪素微粒子）を含有するアルカリ性又は酸性の液体が用いられる。バフの表面および内部には、例えば素材が発泡ポリウレタンの場合には、無数の微小な気泡が存在し、またウレタン樹脂などの場合には、無数の微小な隙間が存在する。これらの気泡や隙間は、バフ表面へのスラリーの保持力を強める作用があり、研磨効率を高める効果をもつ。
特開平７-４０２１４号公報（図８、図９）

上記従来の研磨装置では、複数枚のウエハを繰り返し研磨し、或いは、１枚のウエハであっても長時間研磨すると、ウエハのエッジ部から剥がれた研磨屑や、研磨屑を含んだ使用済みスラリーが、バフの微小な気泡や隙間に入りこんで、バフ表面が目詰まりする問題がある。バフの目詰まりにより、研磨時に供給される新鮮なスラリーがバフ表面に保持されにくくなり、エッジ部の研磨効率が低下する。このため、研磨工程を安定化させ、且つ、研磨の際のスループットを高く維持するためには、頻繁にバフを新しいものに交換する必要がある。しかし、この交換のために、メンテナンス頻度が増大し、研磨装置の稼働率が低下し、結果的に研磨の際のスループットが低下する。

本発明は、上記に鑑み、半導体装置のエッジ部を研磨する際に必要となるバフの取り替え回数を削減し、これによってバフの取り替えに要する時間を削減することで、エッジ部の研磨処理の際におけるスループットを高めることが出来るエッジ研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のエッジ研磨装置は、半導体ウエハを搭載するウエハ搭載部と、前記ウエハ搭載部と相対的に接近する方向及び離反する方向に移動可能に配設され、該ウエハ搭載部に搭載された半導体ウエハのエッジ部を研磨するバフを有する研磨部と、前記研磨部と相対的に接近する方向及び離反する方向に移動可能に配設され、該研磨部のバフをドレッシングするドレッサとを備えることを特徴とする。

本発明のエッジ研磨装置によると、バフの取り替えが必要になる前に、バフを装着したままで、ドレッサによるバフのドレッシングを行うことにより、バフの取り替えに要する時間を削減することができるので、半導体ウエハのエッジ部の研磨処理におけるスループットが向上する。

本発明のエッジ研磨装置の好ましい態様では、前記バフによる半導体ウエハの研磨と、前記ドレッサによる前記バフのドレッシングとを同時に進行させることができ、或いは、バフによる半導体ウエハの研磨と、前記ドレッサによる前記バフのドレッシングとを交互に進行させることも出来る。何れの場合にも、バフを装着したままで、バフのドレッシングが可能になる。

前記バフが、前記半導体ウエハ及び前記ドレッサと接触する円筒面を有し、前記ウエハ搭載部と前記ドレッサとがそれぞれ、エッジ研磨部の軸と平行方向に移動可能であり、前記ウエハ搭載部と前記ドレッサの前記移動における周期が相互に同じで且つ位相が相互に異なる構成を採用することも本発明の好ましい態様である。この場合、バフと半導体ウエハのエッジ部との間に供給するスラリーがドレッサによって掻き出されることが少ないので、スラリーが半導体ウエハとバフとの接触面に滞留し、良好な研磨が可能になる。

前記ウエハ搭載部、バフ及びドレッサがそれぞれ、独立に回転可能であることも本発明の好ましい態様である。この場合、それぞれの回転を最適な状態に維持可能である。

前記半導体ウエハ及びドレッサと、前記バフとの接触圧をそれぞれ制御する接触圧制御装置を更に備える構成も本発明の好ましい態様である。この場合、研磨によるバフや半導体ウエハの半径方向の縮小があっても、引き続き良好なエッジ部の研磨及びドレッシングが維持できる。

本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るエッジ研磨装置１００の構成示す平面図であり、図２は、そのエッジ研磨装置１００の側面図である。エッジ研磨装置１００は、半導体ウエハ４０を回転可能に保持するウエハ保持部１５と、それぞれが半導体ウエハ４０のエッジ部を研磨するバフ１８を有する一対のバフユニット１１ａ、１１ｂと、バフ１８のドレッシングを行うドレッサ１２と、バフ１８と半導体ウエハ４０のエッジ部との接触部分に研磨用スラリーを供給するスラリー供給ノズル１３ａ、１３ｂと、バフ１８とドレッサ１２との接触部分に洗浄用純水を供給する純水供給ノズル１４ａ、１４ｂとを備える。各バフ１８は、バフユニット１１ａ、１１ｂ内の対応するユニット固定部１６に回転可能に固定され、また、ドレッサ１２は、ドレッサ固定部１７に回転可能に固定される。各部の回転方向は、上から見て、例えば、ウエハ４０が反時計方向、バフ１８が時計方向、ドレッサ１２が反時計方向と、各接触部分が互いに逆方向に回転する。上記構成により、エッジ研磨装置１００は、ウエハ保持部１５に保持された半導体ウエハ４０のエッジ部を、バフ１８で研磨すると同時に、ドレッサ１２によって、バフ１８の略円筒面をドレッシングして、バフ１８の略円筒面での半導体ウエハ４０のエッジ部の研磨を補助する。

半導体ウエハ４０は、ウエハ保持部１５によって真空吸着により固定される。ウエハ保持部１５は、エアシリンダー（図示せず）と、ステッピングモータ（図示せず）と、回転用可変速モータ（図示せず）とを用いた可動及び回転機構を有し、図２の座標軸で示されるＸ方向（水平方向）、及び、Ｚ方向（高さ方向）に可動であり、且つ、その軸芯回り（θ方向）に回転可能である。エアシリンダーには、圧力センサが設けられており、この圧力センサの検出値に基づいて、ウエハ４０とバフユニット１１ａ、１１ｂとの間の接触圧が制御される。

ドレッサ１２は、ステンレス鋼製の円板の外周面に、多数の微小な人工ダイヤモンド砥粒を電着固定しており、ドレッサ固定部１７に嵌め込み固定するための形状加工が施されている。ドレッサ固定部１７は、ウエハ保持部１５と同様に、エアシリンダー（図示せず）と、ステッピングモータ（図示せず）と、回転用可変速モータ（図示せず）とを用いた可動及び回転機構を有し、図２の座標軸で示されるＸ方向（水平方向）、及び、Ｚ方向（高さ方向）に可動であり、且つ、軸芯回りに回転可能である。エアシリンダーには、圧力センサが設けられており、この圧力センサの検出値に基づいて、ドレッサ１２とバフユニット１１ａ、１１ｂとの間の接触圧が制御される。

スラリー供給ノズル１３ａ、１３ｂは、そのノズルから供給された研磨用スラリーが、ウエハ４０とバフ１８との接触部に直接に届く位置及び角度に設置されている。純水供給ノズル１４ａ、１４ｂは、そのノズルから供給された洗浄用純水が、ドレッサ１２とバフ１８との接触部に直接に届く位置及び角度に設置されている。

バフユニット１１ａ、１１ｂについて説明する。バフユニット１１ａと１１ｂとは、同じ構造、材質及び寸法を有するものであるため、一方のバフユニット１１ｂについて、図３及び図４を参照して詳細に説明する。図３は、バフユニット１１ｂの側面図であり、バフユニット１１ｂは、バフ１８、バフ１８内を貫通する支柱１９、支柱１９の表面部分に取り付けられたすべり回転止め用ボス２０とを有する。支柱１９の下端が、バフユニット固定部１６の挿入孔２３に挿入される嵌め込み部２１を構成する。バフ１８は、略中空円筒状の発泡ポリウレタン製であり、中空円筒体の外側面が軸方向の中央部分で窪んだ形状に加工されている。側方から見たバフ１８の輪郭は中心軸に関して対称形である。バフ１８の側縁は、上部から見て順次に、上部フランジ状部分、上側カーブ１８ａ、中央の窪んだ平坦部、下側カーブ１８ｂ、及び、下部フランジ状部分から成るＵ字形状を有する。バフ１８の材質は、発泡ポリウレタン樹脂の他に硬質ウレタン樹脂でもよい。

半導体ウエハ４０の研磨によってバフ１８が磨耗するので、バフユニット１１ａ、１１ｂは、一般に、定期的に交換が必要な消耗部材である。図４は、バフユニット１１ｂをバフユニット固定部１６に取り付ける際の様子を示す斜視図である。バフユニット１１ｂの取り付け作業は、バフユニット１１ｂのすべり回転止め用ボス２０と、バフユニット固定部１６のスロット２２とを位置合わせして、嵌め込み部２１を挿入孔２３に嵌め込んだ後、固定用ネジ２４によりバフユニット１１ｂを、バフユニット固定部１６に固定することで行われる。バフユニット１１ｂの取り外しは、この取り付け作業の逆の手順で行う。

上記実施形態に係る研磨装置の動作について、図１〜図３を更に参照しつつ説明する。まず、第１のステップでは、半導体ウエハ４０が、ウエハカセットなどから、ウエハ搬送機構（図示せず）により、ウエハ保持部１５の頂部に受け渡される。半導体ウエハ４０の裏面が、ウエハ保持部１５の頂部で真空吸着されることにより、半導体ウエハ４０はウエハ保持部１５に固定される。次いで、第２のステップでは、スラリー供給ノズル１３ａ、１３ｂから、予め設定された流量で研磨用スラリーが供給され、バフユニット１１ａ、１１ｂが、バフユニット固定部１６の回転により、設定された回転数で回転する。

次いで第３のステップでは、ドレッサ１２が、ドレッサ固定部１７の動作により、設定された回転数で回転しながら、Ｘ軸方向（水平方向）に移動し、バフユニット１１ａ、１１ｂのバフ１８に接触する。このとき、ドレッサ１２のバフ１８への接触圧は、ドレッサ固定部１７のエアシリンダーによる圧力制御機構により制御される。次いで、第４のステップでは、半導体ウエハ４０が、ウエハ保持部１５の軸芯回りに回転しながらＸ軸方向に移動し、ウエハ４０のエッジ部がバフユニット１１ａ、１１ｂのバフ１８に接触する。このとき半導体ウエハ４０のエッジ部が、バフ１８に押し付けられる圧力は、ウエハ保持部１５のエアシリンダーによる圧力制御機構により制御される。このように、ウエハ４０、バフユニット１１ａ、１１ｂ、ドレッサ１２は、それぞれ独立した回転機構を持ち、ウエハ４０とドレッサ１２とはそれぞれに設定された接触圧でバフ１８を押し付ける。

次いで、第５のステップでは、ウエハ４０は、回転しながらバフ１８のＵ字型の側面に沿ってＺ方向（垂直方向）およびＸ方向に移動し、ウエハ４０のエッジ部が研磨される。このとき、ウエハ４０のエッジの上側、及び、下側のベベル部分は、それぞれ図３に示すバフ１８の上側及び下側カーブ１８ａ、１８ｂに押し付けられて、研磨される。ドレッサ１２も、回転しながら図３に示すバフ１８のＵ字型の外側面に沿って、Ｚ方向およびＸ方向に移動しながら、バフ１８の側面を削る。このように、バフ１８の表面を削り、随時新たな表面を露出させることにより、研磨屑を含んだ使用済みスラリーによるバフ１８表面の目詰まりを除去し、バフ１８表面を常に新鮮な表面状態に維持する。

半導体ウエハ４０のエッジ部の研磨中における半導体ウエハ４０のＺ方向の動きと、ドレッサ１２のＺ方向の動きとは、双方の移動周期が同じであり、且つ、双方の移動の位相が半周期ずれるように制御される。例えば、ウエハ４０がバフ１８の上側カーブ１８ａの部分に位置しているときには、ドレッサ１２はバフ１８の下側カーブ１８ｂの部分に位置する。逆に、ウエハ４０がバフ１８の下側カーブ１８ｂの部分に位置しているときには、ドレッサ１２はバフ１８の上側カーブ１８ａの部分に位置する。このような位置関係を採用することにより、ウエハ４０とドレッサ１２とがＺ軸上の同じ座標に位置し続けることにより生ずる、ノズル１３ａ、１３ｂからバフ１８上に供給される新鮮なスラリーをドレッサ１２が掻きだしてしまう不都合が回避され、ウエハ４０とバフ１８との間には、新鮮なスラリーが充分に滞留し、研磨効率の低下を防止している。

半導体ウエハ４０のエッジ部の研磨作業終了後には、第６のステップに移行し、半導体ウエハ４０はウエハ搬送機構により製造装置内のウエハ洗浄機構（図示せず）に移動し、付着スラリーなどが除去され、元のウエハカセットなどに戻る。ウエハ保持部１５には、次に処理される半導体ウエハ４０が搬送されると共に、純水供給ノズル１４ａ、１４ｂから、純水がバフ１８とドレッサ１２との間に供給され、バフの１８の表面洗浄及びドレッシングが行われる。上記ステップ１から６までが、繰り返され、多数の半導体ウエハ４０のエッジ部が研磨される。

上記実施形態のエッジ研磨装置では、半導体ウエハのエッジを研磨するバフの表面をドレッシングするドレッサを組み込み、エッジ部の研磨を行いながらバフ表面をドレッシングすることで、研磨効率低下の要因であるスラリー屑によるバフ表面の目詰まりを除去し、目詰まりのない新鮮なパッド表面を維持している。これにより、エッジ部の研磨効率の低下を防止し、研磨に際して安定したスループットが得られる。

また、バフのドレッシングにより、バフ表面の目詰まりが除去されることで、目詰まりが原因でのバフ交換が無くなり、バフの交換頻度を削減させることができる。このため、研磨装置の稼働率が改善できる。

上記実施形態では、ドレッシングにより、バフ１８の表面は徐々に磨耗していき、バフ１８は半径方向に寸法が縮小するが、半導体ウエハ４０とドレッサ１２とは、それぞれＸ方向にバフ１８と定接触圧で接触するように移動可能であるため、磨耗によるバフ１８の半径方向の寸法の縮小にも拘わらず、連続的なエッジ研磨が可能である。

上記実施形態では、エッジの研磨とドレッシングとを同時に行うＩｎ−ｓｉｔｕドレッシングを採用している。Ｉｎ−ｓｉｔｕドレッシング処理により、バフのドレッシングをウエハエッジの研磨処理と同時に進行させることで、バフを取り外すことなく複数枚のウエハの連続研磨がが可能となり、高い作業効率を維持することができる。しかし、本発明のエッジ研磨機構では、上記制御シーケンスを変更し、１枚のウエハ研磨処理と次のウエハの研磨処理との間に、或いは、場合によっては複数枚のウエハの研磨処理と、複数枚のウエハの研磨処理との間に、１回のバフのドレッシング工程を挿入するＥｘ−ｓｉｔｕドレッシング処理を採用することも可能である。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明のエッジ研磨装置は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。また、本発明の好適な態様として記載した各構成や実施形態で記載した各構成については、本発明の必須の構成と共に用いることが好ましいが、単独であっても有益な効果を奏する構成については、必ずしも本発明の必須の構成として説明した全ての構成と共に用いる必要はない。

本発明の一実施形態に係るエッジ研磨装置の平面図である。 図１のエッジ研磨装置の側面図である。 図１のエッジ研磨装置におけるバフユニットの側面図である。 図３のバフユニットをユニット固定部へ取り付ける様子を示す斜視図である。 従来のエッジ研磨装置の斜視図である。 他の従来のエッジ研磨装置の斜視図である。 図６のエッジ研磨装置の研磨部分の拡大断面図である。

符号の説明

１００：エッジ研磨装置
１１ａ、１１ｂ：バフユニット
１２：ドレッサ
１３ａ、１３ｂ：スラリー供給ノズル
１４ａ、１４ｂ：純水供給ノズル
１５：ウエハ保持部
１６：バフユニット固定部
１７：ドレッサ固定部
１８：バフ
１８ａ：バフ側面の上側カーブ
１８ｂ：バフ側面の下側カーブ
１９：支柱
２０：すべり回転止め
２１：嵌め込み部
２２：スロット
２３：挿入孔
２４：固定用ネジ
３１、３２：バフ
３１ａ、３２ａ：バフ回転軸
３２ｂ：研磨溝
３３：ウエハ回転軸
３４：スラリー供給ノズル
４０：ウエハ

Claims (6)

1. 半導体ウエハを搭載するウエハ搭載部と、
   前記ウエハ搭載部と相対的に接近する方向及び離反する方向に移動可能に配設され、該ウエハ搭載部に搭載された半導体ウエハのエッジ部を研磨するバフを有する研磨部と、
   前記研磨部と相対的に接近する方向及び離反する方向に移動可能に配設され、該研磨部のバフをドレッシングするドレッサとを備えることを特徴とするエッジ研磨装置。
2. 前記バフによる半導体ウエハの研磨と、前記ドレッサによる前記バフのドレッシングとを同時に進行させる、請求項１に記載のエッジ研磨装置。
3. 前記バフによる半導体ウエハの研磨と、前記ドレッサによる前記バフのドレッシングとを交互に進行させる、請求項１に記載のエッジ研磨装置。
4. 前記バフは、前記半導体ウエハ及び前記ドレッサと接触する円筒面を有し、前記ウエハ搭載部と前記ドレッサとがそれぞれ、少なくとも前記円筒面に接触する範囲で前記研磨部の軸と平行方向に移動可能であり、前記ウエハ搭載部と前記ドレッサの前記移動における周期が相互に同じで且つ位相が相互に異なる、請求項１〜３の何れか一に記載のエッジ研磨装置。
5. 前記ウエハ搭載部、バフ及びドレッサがそれぞれ、独立に回転可能である、請求項１〜４の何れか一に記載のエッジ研磨装置。
6. 前記半導体ウエハ及びドレッサと、前記バフとの接触圧をそれぞれ制御する接触圧制御装置を更に備える、請求項１〜５の何れか一に記載のエッジ研磨装置。

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