JP2007157789A - 半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置及び表裏エッジ同時研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の半導体ウエハーのエッジ研磨方法は、モーメントによる割れの問題、テーブルとの接触部における傷発生の問題、ビビリからくる研磨面の荒れの問題、及び、従来技術では２工程が必要とされた表裏エッジの研磨を、単一の工程でできるようにすることを課題とする。
【解決手段】
（１）部分球面を形成する複数のパッドブロック５４を設けた２つの研磨プレート５２の間に配置された半導体ウエハーＷを２つの研磨プレート５２によって挟み付けるようにして押圧し、（２）パッドブロック５４が互いに干渉しないで噛み合うような状態を保ちながら、半導体ウエハーＷをその中心軸線の周りに回転させ、（３）この軸線に対して傾斜した２つの回転軸線の周りに研磨プレート５２を回転させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体ウエハーのエッジ研磨装置であって、特にその表裏エッジを同時に研磨することができる研磨装置及び研磨方法に関するものである。

半導体ウエハーは円板状をなし、パターン形成面、その裏面、側面、エッジ、及び、ノッチ又はオリフラ（オリエンテーションフラット）を備えており、これらの箇所は普通、それぞれ異なる専用の研磨装置によって研磨される。

上記エッジは、半導体ウエハー周囲の表裏に形成された傾斜面であり、これを研磨するためにいくつかの研磨方法あるいは装置が開発されている。これらの研磨方法あるいは装置の内、球面内側に研磨パッドが貼り付けられた研磨工具に半導体ウエハーを押しつけてエッジを研磨するものが知られている。特許文献１乃至特許文献９にはこのような技術が開示されている。

特許文献７を除いてこれらに開示されるいずれの技術も、同時には一方の側のエッジのみしか研磨できない。表裏のエッジを研磨するためには、一方のエッジの研磨が終了した後、半導体ウエハーを反転させるか、反対を向いた他の研磨工具でもう一方のエッジを研磨する必要がある。このため、表裏のエッジを研磨するためにはどうしても２つの研磨工程が必要となる。また、特許文献７に開示の技術では、表裏同時の研磨ではあるが、研磨箇所は半導体ウエハーの中心を挟んでほぼ反対側である。

更に、このような従来技術のものでは、半導体ウエハーは研磨工具によって一方向のみから押圧力を受ける。このことから、以下に示すような問題が生じる。

（Ａ） 半導体ウエハーのオーバーハング部分には、図１３に示すような曲げモーメントＭがかかる。半導体ウエハーは脆弱性材料であって、非常に折れ易い（割れ易い）性質を持つ。そのため、研磨圧を発生させるために研磨工具に加えられる押圧力が制限を受けることになり、更に、広い面積で接触し、放熱が悪いので、研磨圧の大きさをそれほど自由に設定することができない。

（Ｂ） 更に、研磨工具は半導体ウエハーの全周（ただし、特許文献６のものは「全周」ではない）で接触するため、単位面積当たりの研磨圧を所定の値に維持しようとすると、どうしても押圧力を大きくしなければならない。半導体ウエハーを持ち替えないで裏側のエッジを研磨する場合にはこの押圧力が半導体ウエハーを剥離させる方向に作用するため、この押圧力によって半導体ウエハーが脱落しないで支持できるように特に大きな吸着力が必要となる。また、持ち替えを行う場合、パターン形成面に吸着痕が残る意味からもこれは好ましくない。

（Ｃ） また、上述のように曲げモーメントにより半導体ウエハーが湾曲しようとするが、上記割れの問題とは別に、やはりこのモーメントにより半導体ウエハーを支持するテーブル周囲と接触する部分において大きな面圧（接触圧）が発生することになる。

（Ｄ） 上記吸着力あるいは上記部分的な大きな面圧（接触圧）によって、半導体ウエハー裏面に傷が発生しやすくなる。

（Ｅ） 従来のものでは、エッジは片面毎に順次研磨される、つまり、エッジの表裏が同時に研磨されるわけではない。ただ、上述のように、特許文献７に開示の技術では、表裏同時の研磨ではあるが、研磨箇所は半導体ウエハーの中心を挟んでほぼ反対側である。いずれにしても、研磨時には、研磨される側のエッジの反対側には何もないため、その方向には、変位できる。そのためビビリが発生し易く、ビビリが発生したときには研磨面が荒れ、所定の表面品質を得られないおそれが生じる。

特開平１０−０２９１４２号公報 特開平１１−０１０５００号公報 特開平１１−０７０４５０号公報 特開２０００−３１７７８８号公報 特開２００２−０３６０７９号公報 特開２００２−１３７１５５号公報 特開２００３−１４５３９８号公報 特開２００３−１４５３９９号公報 特開２００３−１７５４４６号公報

本発明は、上述したような、モーメントによる割れの問題、テーブルとの接触部における傷発生の問題、ビビリからくる研磨面の荒れの問題、を解決すること、従来技術では２工程が必要とされた表裏エッジの研磨を、単一の工程でできるようにすること、及び、半導体ウエハーを吸着する際、それほど大きな力を必要としないようにすることを課題とするものである。

本発明では、向かい合う２つの研磨工具が使用されるとともに表裏のエッジが各工具によって同時に研磨される。これによって、各研磨工具が半導体ウエハーに付与する押圧力は全体として相殺されるため、全体として半導体ウエハーを変形させる（折り曲げる）ような力は働かない。

以下、本発明の課題解決手段を説明する前に、図１に基づいて本発明の原理の概要を説明する。図１は、２つの球体が交差する様を描いた説明図である。球体ａ、ｂが交差するとき交差部分には円（円板）ｃが現れる。そして、交差部分近傍において、球体ａ、ｂ面とこの円（円板）ｃは、球体の径と相互の位置関係に応じて傾きαをもって交差することになる。なお、説明を簡単にするため、球体ａ、ｂを同じ径を有するものとして示すが、これらの径は相互に異なるものでもよい。

半導体ウエハーは、よく知られているように円板状をなし、その円周部には表裏に傾斜面つまりエッジが形成されている。そこで、この円板ｃを半導体ウエハーに、また、球体ａ、ｂの内側を研磨工具の研磨面に見立て、半導体ウエハーと研磨工具に適度な相対運動を与えることができるとすれば、傾きαを持つエッジを同時に研磨することができることになる。

先に述べた従来の技術における研磨工具は椀状をなしており、その周囲は切れ目がなく連続している。このため、全く同じ２つの椀状研磨工具の縁部分を半導体ウエハーの周囲の位置で突き合わせたような態様でしか同時に２つのエッジを研磨することができない。

しかしながら、この場合では、研磨工具がエッジと接触する場所が、常に同じ箇所になるため、その箇所のみが激しく摩耗するため、とても実用にならない。

上記従来技術では、ただ一つの研磨工具の回転軸と半導体ウェハーの回転軸とを互いに傾斜させ、研磨工具の研磨面を回転につれて接触箇所が内球面を移動させるようにすることによって、研磨工具の摩耗箇所を分散させ、工具寿命を延ばしている。しかしながら、それは、上に述べたように、一つの研磨工具だからこそ可能であって、２つの研磨工具を用いて表裏エッジを同時に研磨するようなことはできない。

なお、特許文献５の研磨装置は、２つの研磨工具を備えているが、２つの研磨工具が同時に研磨をするわけではなく、研磨工具として作用するのは、エッジ上側面、下側面の研磨工程のそれぞれにおいてただ一つだけである。

本発明では、後で説明する図２、図３に示すように、研磨工具の研磨面は複数に分割して相互に間隔があけられており、一方の研磨工具の研磨面が他方の研磨工具の研磨面の間に来るようにして向かい合わせて押圧力が加えられるとともに、２つの研磨工具の回転軸が傾斜した状態で回転駆動される。半導体ウエハーは、向かい合った研磨工具によって作られる空間内に配置され、これも回転駆動される。

そして、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番目の発明の課題解決手段は、貼り付けられた研磨パッドの表面が仮想球面の内側部分球面を形成する複数のパッドブロック、上記パッドブロックのそれぞれの上記内側部分球面が上記仮想球面に接するように、かつ、上記パッドブロックが円周に沿って間隔を設けて配置された第１の研磨プレート、上記パッドブロックのそれぞれの上記内側部分球面が上記仮想球面に接するように、かつ、上記パッドブロックが円周に沿って間隔を設けて配置された第２の研磨プレート、円盤状の半導体ウエハーを支持するためのワークテーブル、上記ワークテーブルを支持し、回転可能なテーブル軸、上記テーブル軸を回転駆動するテーブル軸回転駆動装置、上記テーブル軸の回転中心線上に上記第１の研磨プレートの仮想球面の中心を置くように、かつ、上記テーブル軸の回転中心線に対して傾斜した直線を回転中心として回転可能に、上記第１の研磨プレートを支持する第１の研磨プレートヘッド、上記テーブル軸の回転中心線上に上記第２の研磨プレートの仮想球面の中心を置くように、かつ、上記テーブル軸の回転中心線に対して傾斜した直線を回転中心として回転可能に、更に、上記第１の研磨プレートに上記第２の研磨プレートを向き合わせるように、上記第２の研磨プレートを支持する第２の研磨プレートヘッド、上記第１の研磨プレートのパッドブロックと上記第２の研磨プレートのパッドブロックが相互に他のパッドブロックの間隔の間にあって互いが干渉することのない位相を保ちながら、上記２つの研磨プレートを回転駆動するプレート回転駆動装置、上記第１の研磨プレートヘッドと上記第２の研磨プレートヘッドとを相対的に接近・離反するように上記テーブル軸の回転中心線方向に沿って送るための押圧送り装置、上記ワークテーブル上の半導体ウエハーを上記２つの研磨プレートに挟まれた空間内で回転するために、上記テーブル軸が貫通することができるように上記２つの研磨プレートの内の一方に設けられた貫通穴、及び、研磨部に研磨液を供給する研磨液供給装置を備えたことを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第２番目の発明の課題解決手段は、第１番目の発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、上記第１の研磨プレートヘッドは機台に固定されており、上記押圧送り装置は上記第２の研磨プレートヘッドを送るためのものであることを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第３番目の発明の課題解決手段は、第２番目の発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、ワークを着脱位置と研磨位置との間を移動させるために、上記テーブル軸を軸方向に送るためのテーブル送り装置が備えられていることを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第４番目の発明の課題解決手段は、第１番目から第３番目までの発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、上記押圧送り装置は、機台上で、上記第１の研磨プレートヘッド及び第２の研磨プレートヘッドを送るためのものであることを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第５番目の発明の課題解決手段は、第１番目から第４番目までの発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、上記テーブル軸が実質的に水平方向を向くように配置されていることを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第６番目の発明の課題解決手段は、第１番目から第５番目までの発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、上記テーブル軸が実質的に鉛直方向を向くように配置されていることを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第７番目の発明の課題解決手段は、第１番目から第６番目までの発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、上記貫通穴は、上記２つの研磨プレートの内の他方にも設けられており、それぞれの貫通穴を貫通して上記研磨液供給装置のノズルが研磨部に研磨液を供給することを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第８番目の発明の課題解決手段は、第１番目から第７番目までの発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、少なくとも研磨中においては、上記ワークテーブルが、上記テーブル軸の回転軸心方向の位置、その半径方向の位置、及び、回転軸心に対する傾きのうちの少なくとも一つに関して、半導体ウエハーにかかる力の偏りによって自由な変位が可能であることを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第９番目の発明の課題解決手段は、第８番目の発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、上記ワークテーブルは、可撓性部材を介して上記テーブル軸に支持されていることによって、上記自由な変位が可能であることを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第１０番目の発明の課題解決手段は、第１番目から第９番目までの発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、上記第１の研磨プレートと上記第２の研磨プレートとに備えられたパッドブロックは、各研磨プレートにおいて、複数のパッドブロックが円周に沿って間隔を設けて配置されており、上記プレート回転駆動装置は、これら２つの研磨プレートを等しい速度で回転駆動することを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置である。

第１１番目の発明の課題解決手段は、研磨パッドの表面が仮想球面の内側部分球面を形成するところの複数のパッドブロックが円周に沿って間隔を設けて配置された２つの研磨プレートを、上記研磨パッド側を内側にして互いに向かい合わせ、その間に配置された半導体ウエハーを２つの研磨プレートによって挟み付けるようにして押圧しながら、かつ、上記一方の研磨プレートのパッドブロックが上記他方の研磨プレートのパッドブロックの間に位置する状態を保ちながら、上記半導体ウエハーをその中心軸線の周りに回転させるとともに、この軸線に対して互いに反対側に傾斜した２つの回転軸線のそれぞれの周りに、上記それぞれの研磨プレートを回転させることを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨方法である。

本発明半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置及び方法によれば、半導体ウエハーの表裏のエッジを同時に研磨することができるので、従来必要とされた２工程にわたる研磨工程を１工程とすることができる。

また、表裏同時の研磨によって、半導体ウエハーは表裏両方から同時に研磨圧を受けるので、半導体ウエハー全体にかかる力が相殺される。このため、半導体ウエハーには、これを折損するような曲げモーメントがかからないため、研磨圧を広い範囲で選択することができる。

半導体ウエハー全体にかかる力が相殺（バランス）されることによって、吸着された半導体ウエハーを剥離しようとする力が働かないので、小さな吸着力でこれを把持することができる。これによりワークテーブルと周囲との接触部における接触圧を低くすることができるので裏面に傷が発生するのを防止できる。また、半導体ウエハーの持ち替えを行わなくてよいため、パターン形成面に吸着痕を残すことがない。

研磨時には、両方から同時に研磨されるので研磨工具によりビビリの発生が抑えられ、研磨面の荒れ、表面品質の劣化を防止できる。また、複数のパッドブロックつまり研磨パッドが互いに間隔を置いて配置されており、半導体ウエハーのエッジの表又は裏の一点に着目すると、断続的に研磨されることになるため、つまり、研磨される期間と研磨されない期間が交互にくるため、特許文献にあげたような従来の技術に比べて遙かに放熱が良好になる。このことから、研磨面の悪化を招くことなく研磨圧の大きさを広い範囲で設定することができる。

研磨装置を、半導体ウエハーを立てた状態で研磨を行うように設計することが比較的容易であり、これにより設置面積を少なくすることができるため、半導体ウエハーの大径化の流れに対して容易に対応することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

＊ 研磨装置１の概要
図４、図５は、本発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置１の断面図であって、その実施例を説明するものである。図４は２つの研磨プレートヘッド４、５を接近させた研磨中の状態を示し、図５は、２つの研磨プレートヘッド４、５を離間させワークの装填・排出をする時の状態を示す。

この半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置１は、機台２、ワークヘッド３、２つの研磨プレートヘッド４、５を備えている。

ワークヘッド３は、機台２に固定されており、テーブル軸３１を回転可能に支持している。テーブル軸３１の一端にはワークテーブル３２が固定されており、このワークテーブル３２には半導体ウエハーＷ（あるいは、単にワークＷという。）が吸着、保持される。実施例の場合、テーブル軸３１は水平向きとしているので、ワークＷの表裏面は垂直面をなして支持されることになる。

テーブル軸３１の内部には吸引穴３１１が貫通しており、この吸引穴３１１の一端はワークテーブル３２の真空チャック（不図示）部に接続されており、他端からは真空源３６から吸着用の真空が供給される。

テーブル軸３１のもう一端近傍にはプーリー３３が固定されている。機台２にはモータＭ１が設けらており、このモータＭ１の出力軸にはプーリー３４が固定されている。プーリー３３とプーリー３４の間には、ベルト３５が掛け渡されている。モータＭ１の回転は、プーリー３４、ベルト３５、プーリー３３へと伝達され、テーブル軸３１に固定されたワークテーブル３２が回転する。モータＭ１、プーリー３３、３４、ベルト３５によってテーブル軸回転駆動装置が形成される。

研磨プレートヘッド４、５は、機台２に設けられた直線ガイド２１上に載置されている。この直線ガイド２１のガイド方向はテーブル軸３１と平行である。研磨プレートヘッド４、５は、ワークテーブル３２を挟んで互いに向き合わされており、機台２に設けられたピストンシリンダー機構２２、２３によって、研磨プレートヘッド４、５下部の受圧部材５６が押されて押圧送りが可能となっている。これにより、研磨プレートヘッド４、５はワークテーブル３２をほぼ中心として、互いに接近、離間する運動を行うことができる。

なお、ピストンシリンダー機構２２、２３で使用する圧力媒体は、加圧エアー、液圧のいずれでも可能であるが、本装置が設置される環境を考慮すると、加圧エアーが得やすいこと、万一の漏洩によっても周囲を汚染しないこと、及び、エアーには圧縮性があり弾力のある押圧力が与えられ、研磨圧を付与するためには適していることから、加圧エアーの方が好ましいといえる。

＊ 研磨プレートヘッド４、５の詳細構造
２つの研磨プレートヘッドは同じ構造であるため、研磨プレートヘッド５（右側）部分を取り出した図６に基づいて更に詳しくその構造を説明する。

研磨プレートヘッド５は、ヘッド本体５１、このヘッド本体５１に回転可能に支持された研磨プレート５２、及び、研磨液供給装置５３を備えている。この研磨プレート５２の回転軸は、テーブル軸３１に対して軸傾角βだけ傾斜している。

研磨プレート５２は、全体としてリング状をなし、これには同じようにリング状の駆動プレート５２１が備えられている。この駆動プレート５２１のリング内側には内歯歯車５２２が備えられている。内歯歯車５２２には、モータＭ２の出力軸に固定されたピニオン歯車５２３が噛合している。モータＭ２を回転駆動することにより、ピニオン歯車５２３、内歯歯車５２２を介して研磨プレート５２が回転駆動される。モータＭ２、ピニオン歯車５２３、内歯歯車５２２によって、プレート回転駆動装置が形成される。

モータＭ２は、もう一つの研磨プレートヘッド４に備えられる他のモータＭ３と同期して回転駆動される。これにより、２つの研磨プレートヘッド４、５の各研磨プレートは同期して回転する。ただし、後述するようにそれ自体の回転方向は互いに逆である。つまり、向かい合った状態では２つの研磨プレート５２の周速およびその方向は同じである。

そして、一方側の研磨プレート５２のパッドブロック５４が他方側の研磨プレート５２の隣り合う２つのパッドブロック５４の間に位置するように、２つのモータＭ２、Ｍ３の位相が制御される。モータＭ２、Ｍ３には、位相と同期との制御を簡単に行うことができるモータ、例えばステッピングモータ、が使用できるが、それさえできれば他の形式のモータでも可能である。

研磨プレート５２の前面には、図２に拡大図として示すように、複数のパッドブロック５４が円周に沿って間隔を設けて配置される。各パッドブロック５４には研磨パッド５４１が貼り付けられ、貼り付けられた研磨パッド５４１の表面が、丁度、仮想球面Ｓの内側部分球面Ｓｐを形成するようになっている。なお、仮想球面Ｓは先に述べた球体ａ、ｂに相当する。

研磨液供給装置５３は、リングノズル５３１、このリングノズル５３１の管体内部に研磨液を導くとともにリングノズル５３１を支持する管路５３２、および、管路５３２を支持する支持箱５３３を備えており、支持箱５３３には不図示の外部供給源から研磨液が供給される。

リングノズル５３１は、ドーナツ状の管体であり、管の側面に多数のノズル穴５３１１が開口しており、研磨部に向かって研磨液を噴射する。

研磨プレートヘッド５の適宜の箇所には滑り面５５が形成されており、これにより研磨プレートヘッド５が直線ガイド２１上をスライドできるようになっている。

図４、図５に帰って、本装置の動作について説明を続ける。既に述べたように上記研磨プレートヘッド５と実質的に同じものが研磨プレートヘッド４として互いに向き合うように配置されている。

ピストンシリンダー機構２２、２３により送られて、研磨プレートヘッド４、５がそれぞれ左右の送り端（図５）に在るとき、両者は大きく離れ、その間には空間が形成されている。今エッジの研磨が終了したとすると、ワークテーブル３２に吸着されている半導体ウエハーＷは、この空間内に挿入された不図示のハンドリング装置によって、把持され、装置外へ搬出される。その後、新しい半導体ウエハーがハンドリング装置によって装置外から運び込まれ、ワークテーブル３２に吸着される。

ついで、モータＭ１が駆動され、半導体ウエハーＷは回転を始め、ピストンシリンダー機構２２、２３により、研磨プレートヘッド４、５が互いに接近する方向に送られ、モータＭ２、Ｍ３によりそれぞれの研磨プレート５２が回転を始める。適宜の時期に、研磨液供給装置５３から研磨液の供給も開始される。

研磨プレートヘッド４、５が半導体ウエハーを間にして接近方向に引き続き送られるとき、一方側の研磨プレート５２のパッドブロック５４が他方側の研磨プレート５２の隣り合う２つのパッドブロック５４の間に位置するような角度の関係を保って送られるので、パッドブロック５４同士が衝突することはない。

やがて、図３（ａ）及びその部分拡大図（ｂ）に示すように、それぞれの研磨パッド５４１が半導体ウエハーＷのそれぞれのエッジに接触するようになり、研磨が開始する。ピストンシリンダー機構２２、２３は向きが反対であって互いに等しい押圧力を出すように設定されているので、表裏エッジに加わる力がバランスしている。このため、半導体ウエハーＷを折り曲げようとする力は働かない。そして、研磨中にも、２つの研磨プレート５２は、それらの回転の位相と速度が保たれているので、相手方のパッドブロック５４が互いに干渉することなく回転させられる。

研磨プレート５２の回転軸は、既述のようにテーブル軸３１に対して軸傾角βだけ傾斜している。このため、図３（ａ）に示すように、この図の下方では、研磨パッド５４１は、研磨プレート５２の中心に近い側で半導体ウエハーＷと接触し、上方では、研磨パッド５４１が研磨プレート５２の中心から離れた側が半導体ウエハーＷと接触している。

このことから分かるように、研磨パッド５４１が研磨作用する箇所は、研磨プレート５２の回転につれて変化する。これにより研磨パッド５４１の摩耗箇所が分散され、長寿命化が達成される。なお、図２、３には上記摩耗箇所（研磨箇所）が符号Ｐによって示されている。

半導体ウエハーＷがワークテーブル３２に剛に取り付けられる場合、搬送装置の位置決め誤差等を原因として半導体ウエハーＷが吸着される位置にわずかな誤差があった場合、半導体ウエハーＷには、研磨中、研磨プレート５２から局所的に大きな力が周期的に加わる。また、研磨プレート５２の回転軸心がわずかながらずれているような場合にも同様である。これは半導体ウエハーの破損、表面品質の低下等の原因となり、これを避けるため、ワークテーブル３２を、テーブル軸３１に対して変位可能とすることが好ましい。

図７には、そのような変位を許容するワークテーブル３２の支持構造の例を示す。ワークテーブル３２のワーク支持面と反対側の中央には、ゴムあるいは合成樹脂からなる弾性材料の可撓性ブロック３２１がその周囲でワークテーブル３２に設けた穴の壁面に、また、リング穴内面がテーブル軸３１に接着剤等により固定されている。

この構造により、ワークテーブル３２が、テーブル軸３１方向の偏荷重、ワークテーブル３２を傾けるようなモーメント、あるいはワークテーブル３２の半径方向の偏荷重を受けたとき、それぞれ図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような変位が許容されるようになる。

図９には、変位を許容するワークテーブル３２の支持構造の別の例が示されている。テーブル軸３１は、２分割されており、これらがコイルバネ３２２で結ばれている。また、各吸引穴３１１はゴム、合成樹脂製のチューブ、あるいは、べーローズ等の、伸縮性と可撓性のあるパイプ３２３によって結合されており、図８と同様の変位が許容される。なお、この場合、半導体ウエハーＷは自らの中心周りに回転できるので支障は生じない。

これにより、半導体ウエハーに何らかの原因で偏った力がかかった場合にも、力はこれらの変位によって吸収されるので、半導体ウエハーの破損や偏った研磨が防止される。

研磨液供給装置５３について、先にリングノズル５３１を使用する例を示したが、図１０にこれとは別の例を示す。この研磨液供給装置５３では、パッドブロック５４あるいは研磨プレート５２にノズル５３４が設けられている。研磨液は、外部から不図示の流体継ぎ手を介して研磨プレート５２に導かれ、その内部、あるいは、更にパッドブロック５４の内部を通してノズル５３４へと導かれる。噴射された研磨液は、一旦半導体ウエハーＷに衝突し、あるいは直接、研磨部へ供給される。

研磨プレート５２は、別体のパッドブロック５４が組み付けられたものとすることも、パッドブロック５４とともに一体で成形されたものとすることも任意である。

また、パッドブロック５４のサイズ、形、及び数は、研磨中、パッドブロック５４が相手の研磨プレート５２のパッドブロック５４と干渉しなければどのようなものでもよい。例えば、図１２（ａ）に示されるように、一つの研磨プレート５２に２個のパッドブロック５４を設けること、（ｂ）のように４個とする、あるいは、更にそれ以上の数とすることができる。形も、この図のような扇形としないで、矩形あるいは他の形とすることもできる。いずれにしても、一つの研磨プレート５２が半導体ウエハーのエッジに当たる領域は全周の２分の１、つまり、１８０度の範囲を超えることはできない。

なお、研磨プレートヘッド４、５に設けられている一対のカバー５９は、研磨液が研磨中に機外へ飛散しないようにするためのものであり、各研磨プレートヘッド４、５に固定することも、これに対して任意の駆動手段によって可動とすることも可能である。

以上の実施例１では、２つの研磨プレートヘッド４、５がともに移動可能とされ、ワークテーブル３２に関しては送り装置を持たない場合の例を示したが、これらは相対的なものである。したがって、一方の研磨プレートヘッド４又は５を機台に対して固定（あるいは機台と一体）するとともに、半導体ウエハーＷの排出・装填時に研磨プレート５２と半導体ウエハーＷとが干渉しないようにするため、ワークテーブル３２を支持するテーブル軸３１にテーブル送り装置６を設けるようにすることも可能である。図１１には、このような表裏エッジ同時研磨装置１の例を示す。

この例では、テーブル送り装置６は、機台２に固定されたスライド面６１、テーブル軸３１を支持してこの上をスライドする摺動体６２、及びスライドする摺動体６２を送るためのピストンシリンダー機構６３を備えている。

研磨時にテーブル軸３１を軸方向の動きに関して自由にするため、テーブル軸３１とテーブル送り装置６と間の拘束を解除する拘束解除手段を設けるのが好ましい。拘束解除手段による解除は、ピストンシリンダー機構６３の２つのポートを切り換えて開放するようにすることであり、これにより拘束解除手段は簡単に実現できる。

このようにテーブル軸３１を軸方向の動きに関して自由にすることにより、半導体ウエハーＷの装填時の誤差等により、研磨時に、一方の研磨プレート５２から偏った荷重がかった場合でも、ワークテーブル３２がフロートしてバランス点まで逃げるので、すぐに半導体ウエハーＷには偏った荷重がかからなくなる。その結果、２つの研磨プレート５２から半導体ウエハーＷが受ける力は相殺されることになる。この研磨装置１の他の構造あるいは動作に関しては先の例の説明を援用し、更なる説明は省略する。

これまでは、テーブル軸３１が水平（つまり、半導体ウエハーの面が垂直）である例について示したが、当然のこととしてテーブル軸３１を鉛直方向にすることも可能である。

以上に示した実施例から明らかであるが、まとめると、本発明において半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨は次のようにして行われる。すなわち、
（１）研磨パッド５４１の表面が仮想球面Ｓの内側部分球面Ｓｐを形成する複数のパッドブロック５４が円周に沿って間隔を設けて配置された２つの研磨プレート５２を、研磨パッド５４１側を内側にして互いに向かい合わせ、その間に配置された半導体ウエハーＷを２つの研磨プレート５２によって挟み付けるようにして押圧する。
（２）一方の研磨プレート５２のパッドブロック５４が他方の研磨プレート５２のパッドブロック５４の間に位置する状態を保ちながら、半導体ウエハーＷをその中心軸線の周りに回転させる。
（３）この軸線に対して互いに反対側に傾斜した２つの回転軸線のそれぞれの周りに、それぞれの研磨プレート５２を回転させる。
（４）上記（１）、（２）、（３）を同時に行う。

本発明の同時エッジ研磨装置の原理の概要を説明するための説明図である。 研磨プレート前面の拡大図である。 （ａ）は、研磨パッド５４１が半導体ウエハーＷのそれぞれのエッジに接触している状態を示す説明図、（ｂ）は、その部分拡大図である。 本発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置１の断面図であって、研磨中のものを示す。 本発明の半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置１の断面図であって、半導体ウエハーＷの排出・装填時を示す。 研磨プレートヘッド５の断面図である。 変位を許容するワークテーブル３２の支持構造を説明する断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ワークテーブル３２が変位した状態を示す断面図である。 変位を許容するワークテーブル３２の別の支持構造を説明する断面図である。 研磨液ノズルをパッドブロック５４あるいは研磨プレート５２に設けた例を説明するための説明図である。 表裏エッジ同時研磨装置１の別の例を示す断面図である。 研磨プレートに取り付けられるパッドブロックの形、数、サイズを説明するための説明図である。 従来のエッジ研磨装置では半導体ウエハーのオーバーハング部分に曲げモーメントＭがかかる様を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 表裏エッジ同時研磨装置
２ 機台
２１ 直線ガイド
２２、２３ ピストンシリンダー機構
３ ワークヘッド
３１ テーブル軸
３１１ 吸引穴
３２ ワークテーブル
３２１ 可撓性ブロック
３２２ コイルバネ
３２３ パイプ
３３、３４ プーリー
３５ ベルト
３６ 真空源
４、５ 研磨プレートヘッド
５１ ヘッド本体
５２ 研磨プレート
５２１ 駆動プレート
５２２ 内歯歯車
５２３ ピニオン歯車
５３ 研磨液供給装置
５３１ リングノズル
５３１１ ノズル穴
５３２ 管路
５３３ 支持箱
５３４ ノズル
５４ パッドブロック
５４１ 研磨パッド
５５ 滑り面
５６ 受圧部材
５９ カバー
６ 送り装置
６１ スライド面
６２ 摺動体
６３ ピストンシリンダー機構
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ モータ
Ｍ モーメント
ａ、ｂ 球体
ｃ 円板
Ｓ 仮想球面
Ｓｐ 内側部分球面
Ｗ 半導体ウエハー（ワーク）

Claims (11)

1. 貼り付けられた研磨パッドの表面が仮想球面の内側部分球面を形成する複数のパッドブロック、
   上記パッドブロックのそれぞれの上記内側部分球面が上記仮想球面に接するように、かつ、上記パッドブロックが円周に沿って間隔を設けて配置された第１の研磨プレート、
   上記パッドブロックのそれぞれの上記内側部分球面が上記仮想球面に接するように、かつ、上記パッドブロックが円周に沿って間隔を設けて配置された第２の研磨プレート、
   円盤状の半導体ウエハーを支持するためのワークテーブル、
   上記ワークテーブルを支持し、回転可能なテーブル軸、
   上記テーブル軸を回転駆動するテーブル軸回転駆動装置、
   上記テーブル軸の回転中心線上に上記第１の研磨プレートの仮想球面の中心を置くように、かつ、上記テーブル軸の回転中心線に対して傾斜した直線を回転中心として回転可能に、上記第１の研磨プレートを支持する第１の研磨プレートヘッド、
   上記テーブル軸の回転中心線上に上記第２の研磨プレートの仮想球面の中心を置くように、かつ、上記テーブル軸の回転中心線に対して傾斜した直線を回転中心として回転可能に、更に、上記第１の研磨プレートに上記第２の研磨プレートを向き合わせるように、上記第２の研磨プレートを支持する第２の研磨プレートヘッド、
   上記第１の研磨プレートのパッドブロックと上記第２の研磨プレートのパッドブロックが相互に他のパッドブロックの間隔の間にあって互いが干渉することのない位相を保ちながら、上記２つの研磨プレートを回転駆動するプレート回転駆動装置、
   上記第１の研磨プレートヘッドと上記第２の研磨プレートヘッドとを相対的に接近・離反するように上記テーブル軸の回転中心線方向に沿って送るための押圧送り装置、
   上記ワークテーブル上の半導体ウエハーを上記２つの研磨プレートに挟まれた空間内で回転するために、上記テーブル軸が貫通することができるように上記２つの研磨プレートの内の一方に設けられた貫通穴、及び、
   研磨部に研磨液を供給する研磨液供給装置
   を備えたことを特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
2. 請求項１に記載された半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、
   上記第１の研磨プレートヘッドは機台に固定されており、上記押圧送り装置は上記第２の研磨プレートヘッドを送るためのものであること
   を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
3. 請求項２に記載された半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、
   ワークを着脱位置と研磨位置との間を移動させるために、上記テーブル軸を軸方向に送るためのテーブル送り装置が備えられていること
   を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載された半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、
   上記押圧送り装置は、機台上で、上記第１の研磨プレートヘッド及び第２の研磨プレートヘッドを送るためのものであること
   を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載された半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、
   上記テーブル軸が実質的に水平方向を向くように配置されていること
   を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
6. 請求項１から請求項５までに記載された半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、
   上記テーブル軸が実質的に鉛直方向を向くように配置されていること
   を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
7. 請求項１から請求項６までに記載された半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、
   上記貫通穴は、上記２つの研磨プレートの内の他方にも設けられており、それぞれの貫通穴を貫通して上記研磨液供給装置のノズルが研磨部に研磨液を供給すること
   を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれかに記載された半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、
   少なくとも研磨中においては、上記ワークテーブルが、上記テーブル軸の回転軸心方向の位置、その半径方向の位置、及び、回転軸心に対する傾きのうちの少なくとも一つに関して、半導体ウエハーにかかる力の偏りによって自由な変位が可能であること
   を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
9. 請求項８に記載された半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、
   上記ワークテーブルは、可撓性部材を介して上記テーブル軸に支持されていることによって、上記自由な変位が可能であること
   を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
10. 請求項１から請求項９までのいずれかに記載された半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置において、
    上記第１の研磨プレートと上記第２の研磨プレートとに備えられたパッドブロックは、各研磨プレートにおいて、複数のパッドブロックが円周に沿って間隔を設けて配置されており、
    上記プレート回転駆動装置は、これら２つの研磨プレートを等しい速度で回転駆動すること
    を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨装置。
11. 研磨パッドの表面が仮想球面の内側部分球面を形成するところの複数のパッドブロックが円周に沿って間隔を設けて配置された２つの研磨プレートを、上記研磨パッド側を内側にして互いに向かい合わせ、その間に配置された半導体ウエハーを２つの研磨プレートによって挟み付けるようにして押圧しながら、かつ、
    上記一方の研磨プレートのパッドブロックが上記他方の研磨プレートのパッドブロックの間に位置する状態を保ちながら、
    上記半導体ウエハーをその中心軸線の周りに回転させるとともに、
    この軸線に対して互いに反対側に傾斜した２つの回転軸線のそれぞれの周りに、上記それぞれの研磨プレートを回転させること
    を特徴とする半導体ウエハーの表裏エッジ同時研磨方法。

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