JP2010034429A - 半導体ウェーハ周辺部の研磨方法及びその装置 - Google Patents

半導体ウェーハ周辺部の研磨方法及びその装置 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体ウェーハの表裏面を保持することなく半導体ウェーハの周辺部を研磨する。
【解決手段】半導体ウェーハ周辺部の研磨方法は、表裏面をフリーな状態にして所定の間隔をあけて鉛直方向に保持された複数の半導体ウェーハ14を、研磨スラリー11を保持し回転する研磨ローラ13に接触回転させてウェーハの周辺部を研磨する。研磨装置は、研磨スラリーが貯留されて上方が開放したタンク12と、ローラの一部がスラリーの液面より上部に存在してかつ水平にタンクに設けられた研磨ローラと、研磨ローラと平行に設けられウェーハ周辺部形状に相応した形状の複数の周溝16aが所定の間隔をあけて形成された周溝にウェーハ周辺部を収容することにより研磨ローラとともに複数の半導体ウェーハを鉛直状態に保持する複数の回転ローラ16と、研磨ローラを回転駆動する第1ローラ回転手段と、複数の回転ローラを回転駆動する第2ローラ回転手段とを備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体ウェーハの周辺部を研磨する方法及びその装置に関する。更に詳しくは面取り工程(PCR工程)に続く研磨工程で損傷した半導体ウェーハの周辺部を研磨する方法及びその装置に関するものである。
従来の標準的なウェーハの加工プロセスは、スライス工程、1次面取り工程、ラップ工程、仕上げ面取り工程、エッチング工程を備える。即ち、スライス工程では、ブロック切断されたインゴットからシリコンウェーハをスライスする。次に、1次面取り工程を行い、この工程では、このシリコンウェーハの外周部に粗い面取り加工を施す。続いてラップ工程を行い、このラップ工程では、ラップ盤によりそのシリコンウェーハの表裏両面をラッピング加工する。このラッピングの工程の場合、通常、片面で20〜40μm、両面で40〜80μm程度の取り代となる。その後、必要に応じて仕上げ面取り工程が施される。この仕上げ面取り工程では、1次面取りされたシリコンウェーハの外周面を仕上げ面取りする。続いて、シリコンウェーハを所定のエッチング液(混酸、アルカリ又はアルカリと混酸との混合溶液)に浸漬し、そのラップ加工での歪み、面取り工程での歪みなどを除去する。このエッチング工程では、通常、片面で10〜20μm、両面で20〜40μmをエッチングする。
また、従来の標準的なウェーハの加工プロセスでは、上記エッチング工程の後に、面取り工程であるPCR(Polishing Corner Rounding)工程、1次研磨工程及び仕上げ研磨工程が行われる。即ち、次のPCR工程では、シリコンウェーハの表裏両面がチャックに吸着された状態でウェーハ外周部にPCR加工が施される。このPCR加工では、面取り面が研磨布により鏡面仕上げされる。続いて1次研磨工程が行われる。この1次研磨工程では、両面研磨装置を用いて、シリコンウェーハの表裏両面を1次研磨する。このとき、シリコンウェーハの表裏両面が、それぞれ5〜10μm研磨される。これにより、エッチング後のシリコンウェーハの凹凸を除去し、平坦度を向上させる。その後、仕上げ研磨工程が行われ、この仕上げ研磨工程では、2μm以下の研磨量で仕上げ研磨される。そして、最終洗浄、検査が施されてデバイスメーカなどへ出荷される。
しかし、1次研磨工程では、キャリアプレート(ウェーハ保持板)に形成されたウェーハ保持孔内にシリコンウェーハを挿入・保持し、その後に研磨砥粒を含む研磨液をシリコンウェーハに供給しながら、各シリコンウェーハの表裏面を同時に研磨するので、この1次研磨にあっては、直前のPCR工程で鏡面仕上げしたシリコンウェーハの外周面取り面が、キャリアプレートのウェーハ保持孔の内周面と接触し、擦れを起こしてシリコンウェーハWの最外周部を傷つけるおそれがあった。
この問題点を解消するために、面取りされた半導体ウェーハを、ウェーハ保持板に形成されたウェーハ保持孔に挿入・保持して、この半導体ウェーハに粗い研磨を施す粗研磨工程と、粗研磨後、半導体ウェーハの外周部の面取り面を鏡面仕上げするPCR工程と、PCR加工後、半導体ウェーハの研磨面を仕上げ研磨する仕上げ研磨工程とを備えた半導体ウェーハの製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この製造方法によれば、粗研磨工程と仕上げ研磨工程との間にPCR工程を配置したので、仮に粗研磨中、半導体ウェーハの面取り面が、研磨装置に配備されたウェーハ保持板のウェーハ保持孔の内周面と接触し、半導体ウェーハの最外周部に擦れによる傷をつけたとしても、その後のPCR工程で、半導体ウェーハの最外周部の擦れによるダメージを除去することができるとしている。
特開2002−299290号公報(明細書[0009]、[0014]、図1)
しかし、上記従来の半導体ウェーハの製造方法では、そのPCR工程時には、半導体ウェーハの片面又は表裏両面を保持板に吸着した状態で行われる。即ち、PCR加工装置としては、例えば円筒形状のウレタンバフを回転させ、この回転しているバフの外周面又は内周面に、保持板に吸着・保持された半導体ウェーハの外周面を接触させて、この外周面を鏡面加工するものなどが採用される。従って、このPCR工程では、その吸着・保持面であるウェーハ面がその吸着保持によりダメージを受ける不具合がある。このダメージを解消するために、その後の仕上げ研磨工程が必須の工程となり、全体の作業工程を短縮することに限界があった。
本発明の目的は、半導体ウェーハの片面又は表裏両面を保持することなく半導体ウェーハの周辺部を研磨し、その後の仕上げ研磨工程を不要にし得る半導体ウェーハ周辺部の研磨方法及びその装置を提供することにある。
請求項1に係る発明は、ウェーハ表裏面をフリーな状態にして所定の間隔をあけて鉛直方向に保持された複数の半導体ウェーハを、研磨スラリーを保持し回転する研磨ローラに接触回転させてウェーハの周辺部を研磨する半導体ウェーハ周辺部の研磨方法である。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明であって、研磨ローラに接触回転した直後の半導体ウェーハの周辺部に超純水を噴射してウェーハに付着した研磨スラリーを除去することを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る発明であって、研磨ローラに接触回転して研磨される半導体ウェーハの数と少なくとも同数の周溝が研磨ローラに形成され、周溝の内面形状がウェーハの所望の面取り形状に相応することを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項3に係る発明であって、研磨ローラの周囲を研削した後、研磨ローラに接触回転して研磨される半導体ウェーハの数と少なくとも同数の周溝を研磨ローラに形成することを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項1又は2に係る発明であって、複数の半導体ウェーハをウェーハキャリアに収容した状態で研磨ローラに接触回転させることを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項1又は2に係る発明であって、ウェーハキャリアに収容していた複数の半導体ウェーハをキャリアから取り出した状態で研磨ローラに接触回転させることを特徴とする。
請求項7に係る発明は、研磨スラリーが貯留されて上方が開放したタンクと、ローラの一部がスラリーの上部に存在して、かつ水平にタンクに設けられた研磨ローラと、研磨ローラと平行に設けられウェーハ周辺部形状に相応した形状の複数の周溝が所定の間隔をあけて形成され周溝にウェーハ周辺部を収容することにより研磨ローラとともに複数の半導体ウェーハを鉛直状態に保持する複数の回転ローラと、研磨ローラを回転駆動する第1ローラ回転手段と、複数の回転ローラを回転駆動する第2ローラ回転手段とを備え、第1及び第2ローラ回転手段により研磨ローラ及び複数の回転ローラを回転駆動してウェーハを円周方向に回転させることにより研磨ローラに保持された研磨スラリーでウェーハの周辺部を研磨することを特徴とする半導体ウェーハ周辺部の研磨装置である。
請求項8に係る発明は、請求項7に係る発明であって、研磨ローラに接触回転した直後の半導体ウェーハの周辺部に超純水を噴射するためのシャワーノズルを更に備えたことを特徴とする。
請求項9に係る発明は、請求項7又は8に係る発明であって、研磨ローラに接触回転して研磨される半導体ウェーハの数と少なくとも同数の周溝が研磨ローラに形成され、周溝の内面形状がウェーハの所望の面取り形状に相応することを特徴とする。
請求項10に係る発明は、請求項7に係る発明であって、研磨ローラが高硬度材料からなる軸芯とこの軸芯の周囲に設けられたエンジニアリングプラスチックとこのエンジニアリングプラスチックの周囲に設けられた研磨クロスとにより構成されたことを特徴とする。
本発明の半導体ウェーハ周辺部の研磨方法及びその装置では、ウェーハ表裏面をフリーな状態にして所定の間隔をあけて鉛直方向に保持された複数の半導体ウェーハを、研磨スラリーを保持し回転する研磨ローラに接触回転させてウェーハの周辺部を研磨するので、その研摩に際して半導体ウェーハの片面又は表裏両面を保持板に吸着させるようなことをしない。このため、その吸着・保持面であるウェーハの片面又は表裏面がその吸着保持によりダメージを受けるようなことはなく、このダメージを解消するために従来必要とされた仕上げ研磨工程を不要とすることができ、全体の作業工程を著しく短縮することができる。
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図1及び図2に示すように、本発明の半導体ウェーハ周辺部の研磨装置10は、研磨スラリー11が貯留されて上方が開放したタンク12と、スラリー11の液面より上部が存在して、かつ水平にタンク12に設けられた研磨ローラ13と、研磨ローラ13とともに複数の半導体ウェーハ14をその表裏面をフリーな状態にして鉛直状態に保持する複数の回転ローラ16とを備える。研磨スラリー11は半導体ウェーハ14の周辺部を研磨するためのものであり、コロイダルシリカ(シリカゾル)などの遊離低粒を含むものが挙げられる。このスラリー11を貯留するタンク12は、細長の金属製もしくは樹脂製容器であって、研磨ローラ13はその長手方向の全長にわたってローラ13の一部がスラリー11の上部に存在して、かつ水平に設けられる。
回転ローラ16は、半導体ウェーハ14を鉛直状態に保持するものであり、この実施の形態では、5本の回転ローラ16が研磨ローラ13と平行に設けられる場合を示す。そして、この5本の回転ローラ16は、半導体ウェーハ14を下から支えるためのものとして2本用いられ、半導体ウェーハ14を上から押さえるものとして3本用いられる。このようにして5本の回転ローラ16は、半導体ウェーハ14を上下から挟むように半導体ウェーハ14の上下にそれぞれ設けられる。そして、これらの複数の回転ローラ16には、ウェーハ14周辺部形状に相応した形状の複数の周溝16aが所定の間隔をあけてそれぞれ形成され(図2)、その周溝16aにウェーハ14の周辺部を収容することにより、研磨ローラ13とともに複数の半導体ウェーハ14の全てを所定の間隔をあけた状態で鉛直状態に保持するように構成される。
図3に示すように、タンク12に設けられたこの実施の形態における研磨ローラ13は、ステンレス鋼などの高硬度材料からなる軸芯13aと、この軸芯13aの周囲に設けられたエンジニアリングプラスチック13bと、このエンジニアリングプラスチック13bの周囲に設けられた研磨クロス13cとにより構成される。そして、図4に詳しく示すように、研磨ローラ13に研磨される半導体ウェーハ14の数と少なくとも同数の周溝13dがこの研磨ローラ13の研磨クロス13cに形成され、その周溝13dの内面形状がウェーハ14の所望の面取り形状に形成される。ここで、図4ではその断面形状が半円形のものを示し、その半円形状に相応して面取り形状が形成されるものを示す。
図1及び図2に戻って、研磨ローラ13に接触回転した直後の半導体ウェーハ14の周辺部に超純水18(図1)を噴射するためのシャワーノスル17が備えられる。そして、図示しないが、本発明の研磨装置10は、研磨ローラ13を回転駆動する第1ローラ回転手段と、複数の回転ローラ16を回転駆動する第2ローラ回転手段が設けられる。この実施の形態におけるこれらの回転手段は電動モータが用いられるが、これらの回転手段はブラシレスモータ、サーボモータや超音波モータであっても良い。そして、この図示しない第2ローラ回転手段により複数の回転ローラ16を図の実線矢印で示すように回転駆動させると、ウェーハ14が円周方向に図1の実線矢印で示すように回転するように構成される。この状態で、図示しない第1ローラ回転手段により研磨ローラ13を同様に図1の実線矢印で示すように回転駆動させると、研磨ローラ13に保持された研磨スラリー11でウェーハ14の周辺部を研磨するように構成される。
次に、このような装置を用いた本発明の半導体ウェーハ周辺部の研磨方法を説明する。
図1に示すように、先ず、表裏面をフリーな状態にして複数の半導体ウェーハ14を所定の間隔をあけて鉛直方向に保持する。一般的に、複数の半導体ウェーハ14はウェーハキャリアに収容されているが、この周辺部の研磨はそのキャリアから取り出した状態で研磨される場合を示す。即ち、図示しないキャリアから取り出された複数の半導体ウェーハ14の保持は、5本の回転ローラ16により行われ、そのうちの2本が半導体ウェーハ14を下から支え、残りの3本がその半導体ウェーハ14を上から押さえる。その際、回転ローラ16の周溝16aにウェーハ14の周辺部を収容し、複数の回転ローラ16により上下から挟むことにより、複数の半導体ウェーハ14の全てを所定の間隔をあけた状態で鉛直状態に保持する。
次に、図示しない第2ローラ回転手段により複数の回転ローラ16を図1の実線矢印で示すように回転駆動させ、複数の半導体ウェーハ14の全てを円周方向に矢印で示すように回転させる。それとともに、複数の半導体ウェーハ14の周辺部に研磨ローラ13の周囲を接触させ、図示しない第1ローラ回転手段により研磨ローラ13を同様に図1の実線矢印で示すように回転駆動させる。すると、研磨ローラ13は、研磨スラリー11を保持して回転することになり、このようにして複数の半導体ウェーハ14の周辺部を研磨する。
従って、本発明の半導体ウェーハ周辺部の研磨方法及びその装置にあっては、その研摩に際して半導体ウェーハ14の片面又は表裏両面を保持板に吸着させるようなことをしない。このため、その吸着・保持面であるウェーハの片面又は表裏両面がその吸着保持によりダメージを受けるようなことはなく、このダメージを解消するために従来必要とされた仕上げ研磨工程を不要とすることができ、全体の作業工程を著しく短縮することができる。
ここで、図4に示すように、研磨ローラ13には、研磨される半導体ウェーハ14の数と少なくとも同数の周溝13dを研磨ローラ13におけるクロス13cに形成したので、半導体ウェーハ14の周辺部を研磨すると、その周溝13dの内面形状をウェーハ14の所望の面取り形状に相応して研磨することができる。一方、使用によりクロス13cには摩耗や目詰まりが生じるが、この実施の形態における研磨ローラ13は、図3に示すように、ステンレス鋼などの高硬度材料からなる軸芯13aと、この軸芯13aの周囲に設けられたエンジニアリングプラスチック13bと、このエンジニアリングプラスチック13bの周囲に設けられた研磨クロス13cとにより構成したので、このクロス13cの周囲を研削することによりその目詰まりなどを解消させることができ、図6に示すように、クロス13cを平坦に研削した後、図4に示すような周溝13dを再び形成することも可能となる。
そして、図1に示すように、シャワーノズル17からは、研磨ローラ13に接触回転した直後の半導体ウェーハ14の周辺部に超純水18が噴射される。このため、半導体ウェーハ14に付着した研磨スラリー11はその噴射された超純水により半導体ウェーハ14から除去され、ウェーハ14の表面にスラリー11が残存することによる不具合を回避することができる。
なお、上述した実施の形態では、断面形状が半円形の周溝13dを有する研磨ローラ13を例示したが、図5に示すように、その断面形状は台形状であっても良く、その研磨クロスを研削して、図6に示すように、その断面形状が平坦なものであっても良い。
また、上述した実施の形態では、ウェーハキャリアに収容していた複数の半導体ウェーハ14をそのキャリアから取り出した状態で研磨ローラ13に接触回転させる場合を説明したが、図7に示すように、複数の半導体ウェーハ14をウェーハキャリア21に収容した状態で研磨ローラ13に接触回転させるようにしても良い。この場合に使用されるウェーハキャリア21を図8に示す。このウェーハキャリア21は、平行し対向する両側面に収納側壁21a、21bを有している。対向する両収納側壁21a、21bは、一方の収納側壁21aの端部と、これに対向する他方の収納側壁21bの端部とを連結するように側壁21c、21dによって支持されている。この側壁21c、21dの略中央には開口部が設けられている。
収納側壁21a、21bの内側面には、ウェーハを垂直に収納可能な凹溝21e,21fが一定の間隔を保ち多数配列し設けられている。凹溝21e,21fは、ウェーハキャリア21の対向する収納側壁21a、21bの内側面から中心に向かい、お互いに対向して設けられており、この凹溝21e,21fは、約2〜5mmほどの深さを有している。この凹溝21e,21fは左側面に配設した凹溝21eと、右側面に配設した凹溝21fとを左右一対に具備している。また、ウェーハキャリア21の底部には、収納側壁21a、21bと、凹溝21e,21fとが垂直内側へ略J形状に屈曲し延長され底部が形成される。この底部には長手方向に連続する下部開口21gが形成され、図7に示すように、この下部開口21gを介してキャリア21に収容されたウェーハ14を回転させる回転ローラ16とウェーハ14の周辺部を研磨する研磨ローラ13をそれぞれの周囲にウェーハ14の周辺部が接触可能に構成される。
このような構成により形成されたウェーハキャリア21を使用する場合、収納側壁21a、21bの内側面に複数整列された凹溝21e,21fに、ウェーハ14を挿入し複数配列させる。するとウェーハ14は、その凹溝21e,21fにより平行に複数枚が鉛直に支持された状態で配列され、互いのウェーハ14はその凹溝21e,21fにより一枚ずつ独立して収納されて接触することがない。その状態で、図7に示すように、そのキャリア21の下部開口21gを介して回転ローラ16と研磨ローラ13をそれぞれウェーハ14の周辺部に接触させる。
ここで、ウェーハ14がウェーハキャリア21内に完全に収容されると、ウェーハ14の外周面と凹溝21e,21fとが互いに接触する面積が大きくなるため、ウェーハ14の外周面と凹溝21e,21fとの接触による摩擦力が大きくなる。このような状態で回転ローラ16と研磨ローラ13によってウェーハ14を回転させると、摩擦力が大きいため、ウェーハ14をスムーズに回転させることができなくなる。そこで、ウェーハ14をウェーハキャリア21内に完全に収容しない状態でウェーハ14を回転させる。具体的には、下部開口21gにおいて、回転ローラ16及び研磨ローラ13の高さ方向での位置を、ウェーハ14がウェーハキャリア21内に完全に収容されるような高さ方向での位置に対して上方へ10〜20mmの位置に設定する。これにより、ウェーハ14の外周面と凹溝21e,21fとが互いに接触する面積が小さくなるため、ウェーハ14の外周面と凹溝21e,21fとの接触による摩擦力が小さくなり、結果として、ウェーハキャリア21内に収容したウェーハ14をスムーズに回転させることができる。
その後、図示しない第2ローラ回転手段により複数の回転ローラ16を回転駆動させ、複数の半導体ウェーハ14の全てを円周方向に矢印で示すように回転させる。それとともに、図示しない第1ローラ回転手段により研磨ローラ13を回転駆動させ、キャリア21の下部開口21gを介して複数の半導体ウェーハ14の周辺部を研磨する。
このように、複数の半導体ウェーハ14をウェーハキャリア21に収容した状態で研磨ローラ13に接触回転させるようにすれば、半導体ウェーハ14をウェーハキャリア21から取り出す手間を省くことができ、研摩後の半導体ウェーハ14をウェーハキャリア21内に収容した状態で次の工程の作業場に運搬することができ。
本発明の実施形態の半導体ウェーハ周辺部の研磨装置の断面構成図である。 本発明の実施形態の半導体ウェーハ周辺部の研磨装置の側面図である。 研摩ローラの断面図である。 図3のA−A線断面図である。 断面が台形状の周溝を有する研摩ローラを示す、図4に対応する断面図である。 平坦な表面を有する研摩ローラを示す、図4に対応する断面図である。 ウェーハキャリアに収容したウェーハの周辺部を研磨する、図1に対応する断面構成図である。 ウェーハキャリアの斜視図である。
符号の説明
10 研磨装置
11 研磨スラリー
12 タンク
13 研磨ローラ
13a 軸芯
13b エンジニアリングプラスチック
13c 研磨クロス
13d 周溝
14 半導体ウェーハ
16 回転ローラ
16a 周溝
17 シャワーノズル
18 超純水
21 ウェーハキャリア
21a,21b 収納側壁
21e,21f 凹溝
21g 下部開口

Claims (10)

  1. ウェーハ表裏面をフリーな状態にして所定の間隔をあけて鉛直方向に保持された複数の半導体ウェーハを、研磨スラリーを保持して回転する研磨ローラに接触回転させて前記ウェーハの周辺部を研磨することを特徴とする半導体ウェーハ周辺部の研磨方法。
  2. 研磨ローラに接触回転した直後の半導体ウェーハの周辺部に超純水を噴射して前記ウェーハに付着した研磨スラリーを除去することを特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ周辺部の研磨方法。
  3. 研磨ローラに接触回転して研磨される半導体ウェーハの数と少なくとも同数の周溝が前記研磨ローラに形成され、前記周溝の内面形状が前記ウェーハの所望の面取り形状に相応する請求項1又は2記載の半導体ウェーハ周辺部の研磨方法。
  4. 研磨ローラの周囲を研削した後、前記研磨ローラに接触回転して研磨される半導体ウェーハの数と少なくとも同数の周溝を前記研磨ローラに形成することを特徴とする請求項3記載の半導体ウェーハ周辺部の研磨方法。
  5. 複数の半導体ウェーハをウェーハキャリアに収容した状態で研磨ローラに接触回転させることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体ウェーハ周辺部の研磨方法。
  6. ウェーハキャリアに収容していた複数の半導体ウェーハを前記キャリアから取り出した状態で研磨ローラに接触回転させることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体ウェーハ周辺部の研磨方法。
  7. 研磨スラリーが貯留されて上方が開放したタンクと、
    ローラの一部が前記スラリーの液面より上部に存在して、かつ水平に前記タンクに設けられた研磨ローラと、
    前記研磨ローラと平行に設けられウェーハ周辺部形状に相応した形状の複数の周溝が所定の間隔をあけて形成され前記周溝にウェーハ周辺部を収容することにより前記研磨ローラとともに複数の半導体ウェーハを鉛直状態に保持する複数の回転ローラと、
    前記研磨ローラを回転駆動する第1ローラ回転手段と、
    前記複数の回転ローラを回転駆動する第2ローラ回転手段と
    を備え、
    前記第1及び第2ローラ回転手段により前記研磨ローラ及び前記複数の回転ローラを回転駆動して前記ウェーハを円周方向に回転させることにより前記研磨ローラに保持された研磨スラリーで前記ウェーハの周辺部を研磨する
    ことを特徴とする半導体ウェーハ周辺部の研磨装置。
  8. 研磨ローラに接触回転した直後の半導体ウェーハの周辺部に超純水を噴射するためのシャワーノズルを更に備えたことを特徴とする請求項7記載の半導体ウェーハ周辺部の研磨装置。
  9. 研磨ローラに接触回転して研磨される半導体ウェーハの数と少なくとも同数の周溝が前記研磨ローラに形成され、前記周溝の内面形状が前記ウェーハの所望の面取り形状に相応することを特徴とする請求項7又は8記載の半導体ウェーハ周辺部の研磨装置。
  10. 研磨ローラが高硬度材料からなる軸芯とこの軸芯の周囲に設けられたエンジニアリングプラスチックと前記エンジニアリングプラスチックの周囲に設けられた研磨クロスとにより構成されたことを特徴とする請求項7記載の半導体ウェーハ周辺部の研磨装置。
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