JP2017094487A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨レートを上げることができ、かつ基板のエッジ部に滑らかな垂直面を形成することができる研磨装置を提供する。
【解決手段】本研磨装置は、基板Ｗを保持して回転させる基板保持部１と、基板Ｗのエッジ部に押し当てて、該エッジ部を研磨する第１の研磨具３Ａと、第１の研磨具３Ａよりも基板Ｗの半径方向において内側に配置され、エッジ部に押し当てて、該エッジ部を研磨する第２の研磨具３Ｂと、を備える。第１の研磨具３Ａは、第２の研磨具３Ｂの研磨面よりも粗い研磨面を有しており、第１の研磨具３Ａと第２の研磨具３Ｂの配置は、基板Ｗに対して対称である。
【選択図】図５

Description

本発明は、ウェハなどの基板を研磨する研磨装置に関し、特に基板のエッジ部に研磨具を押し付けて該エッジ部を研磨する研磨装置に関する。

ウェハの周縁部を研磨するために、研磨テープまたは固定砥粒などの研磨具を備えた研磨装置が使用されている。この種の研磨装置は、ウェハを回転させながら、ウェハの周縁部に研磨具を接触させることでウェハの周縁部を研磨する。本明細書では、ウェハの周縁部を、ウェハの最外周に位置するベベル部と、このベベル部の半径方向内側に位置するトップエッジ部およびボトムエッジ部とを含む領域として定義する。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、ウェハの周縁部を示す拡大断面図である。より詳しくは、図８（ａ）はいわゆるストレート型のウェハの断面図であり、図８（ｂ）はいわゆるラウンド型のウェハの断面図である。図８（ａ）のウェハＷにおいて、ベベル部は、上側傾斜部（上側ベベル部）Ｐ、下側傾斜部（下側ベベル部）Ｑ、および側部（アペックス）Ｒから構成されるウェハＷの最外周面（符号Ｂで示す）である。図８（ｂ）のウェハＷにおいては、ベベル部は、ウェハＷの最外周面を構成する、湾曲した断面を有する部分（符号Ｂで示す）である。トップエッジ部は、ベベル部Ｂよりも半径方向内側に位置する平坦部Ｅ１である。ボトムエッジ部は、トップエッジ部とは反対側に位置し、ベベル部Ｂよりも半径方向内側に位置する平坦部Ｅ２である。以下、これらトップエッジ部Ｅ１およびボトムエッジ部Ｅ２を、総称してエッジ部と称する。エッジ部は、デバイスが形成された領域を含むこともある。

ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板などの製造工程では、図９に示すように、ウェハＷのエッジ部に垂直面および水平面を形成することが要請されている。ＳＯＩ基板は、デバイス基板とシリコン基板とを貼り合わせることで製造される。より具体的には、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、デバイス基板Ｗ１とシリコン基板Ｗ２とを貼り合わせ、図１０（ｃ）に示すように、デバイス基板Ｗ１をその裏面からグラインダーで研削することで、図１０（ｄ）に示すようなＳＯＩ基板を得る。

図９に示すようなエッジ部の断面形状は、図１１に示す研磨装置によって形成することができる。すなわち、ウェハＷを回転させながら、押圧部材１００で研磨テープ１０１の縁部をエッジ部に上から押し付けることにより、ウェハＷのエッジ部を研磨する。研磨テープ１０１の下面は、砥粒を保持した研磨面を構成しており、この研磨面はウェハＷと平行に配置される。そして、研磨テープ１０１の縁部をウェハＷのエッジ部に位置させた状態で、押圧部材１００で研磨テープ１０１の研磨面をウェハＷのエッジ部に対して押し付けることにより、図９に示すような、直角の断面形状、すなわち垂直面および水平面をウェハＷのエッジ部に形成することができる。

特開２０１１−１７１６４７号公報 特開２０１２−２１３８４９号公報

図１１に示す研磨装置のスループットを上げるためには、粗い研磨面を有する研磨テープを用いることが好ましい。ウェハＷの研磨レート（除去レートともいう）が上がるからである。しかしながら、粗い研磨面を有する研磨テープをウェハＷのエッジ部に押し当てると、エッジ部の垂直面が粗くなり、場合によっては欠けたりすることがある。細かい研磨面を有する研磨テープを用いれば、滑らかな垂直面をエッジ部に形成することは可能である。しかしながら、細かい研磨面を有する研磨テープを用いると、ウェハＷの研磨レートが低下してしまう。

本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、研磨レートを上げることができ、かつ基板のエッジ部に滑らかな垂直面を形成することができる研磨装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持して回転させる基板保持部と、前記基板のエッジ部に押し当てて、該エッジ部を研磨する第１の研磨具と、前記第１の研磨具よりも前記基板の半径方向において内側に配置され、前記エッジ部に押し当てて、該エッジ部を研磨する第２の研磨具と、を備え、前記第１の研磨具は、前記第２の研磨具の研磨面よりも粗い研磨面を有しており、前記第１の研磨具と前記第２の研磨具の配置は、前記基板に対して対称であることを特徴とする研磨装置である。

本発明の好ましい態様は、前記エッジ部に接触しているときの、前記基板の半径方向における第１の研磨具の接触幅は、前記エッジ部に接触しているときの、前記基板の半径方向における第２の研磨具の接触幅以上であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の研磨具は、前記第２の研磨具により研磨される前記エッジ部の除去レートよりも高い前記エッジ部の除去レートを有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の研磨具は粗研磨用の研磨具であり、前記第２の研磨具は仕上げ研磨用の研磨具であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、第１の研磨具および第２の研磨具の少なくとも一方は、研磨テープであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、第１の研磨具および第２の研磨具の少なくとも一方は、砥石であることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第１の研磨具は、前記基板の表面と平行な第１の研磨面を有しており、前記第２の研磨具は、前記基板の表面と平行な第２の研磨面を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の研磨具に連結され、該第１の研磨具を垂直な方向に移動させる第１の垂直移動機構と、前記第２の研磨具に連結され、該第２の研磨具を垂直な方向に移動させる第２の垂直移動機構と、をさらに備え、前記第１の研磨具、前記第１の垂直移動機構、前記第２の研磨具、および前記第２の垂直移動機構は、前記基板の表面よりも高い位置に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の垂直移動機構は、前記第１の研磨具の上方に配置され、前記第２の垂直移動機構は、前記第２の研磨具の上方に配置されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２の研磨具は、前記第１の研磨具が前記エッジ部に押し当てられて、該エッジ部を研磨している途中で、前記エッジ部に押し当てられることを特徴とする。

本発明の一参考例は、基板を回転させ、第１の研磨具を前記基板のエッジ部に押し当てて該エッジ部を研磨し、前記第１の研磨具よりも前記基板の半径方向において内側に配置された第２の研磨具を前記エッジ部に押し当てて該エッジ部を研磨する工程を含み、前記第１の研磨具は、前記第２の研磨具よりも粗い研磨面を有しており、前記第１の研磨具を前記基板のエッジ部に押し当てて該エッジ部を研磨している途中で、前記第２の研磨具を前記基板のエッジ部に押し当てて該エッジ部の研磨を開始させることを特徴とする研磨方法である。

上記参考例の好ましい態様は、前記第１の研磨具と前記第２の研磨具との配置は、前記基板に対して対称であることを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記エッジ部に接触しているときの前記第１の研磨具の接触幅は、前記エッジ部に接触しているときの前記第２の研磨具の接触幅以上であることを特徴とする。

上記参考例の好ましい態様は、前記第１の研磨具により研磨される前記エッジ部の除去レートは、前記第２の研磨具により研磨される前記エッジ部の除去レートよりも高いことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記第１の研磨具は粗研磨用の研磨具であり、前記第２の研磨具は仕上げ研磨用の研磨具であることを特徴とする。

本発明によれば、第１の研磨具によって基板のエッジ部が先に研磨される。したがって、第２の研磨具とエッジ部との接触面積が小さくなり、結果として第２の研磨具のエッジ部に対する圧力が高くなる。よって、第１の研磨具よりも細かい研磨面を有する第２の研磨具は高い研磨レート（除去レート）で基板のエッジ部を研磨することができる。さらに、細かい研磨面を有する第２の研磨具によって滑らかな垂直面をエッジ部に形成することができる。

一参考例に係る研磨方法を実施するための研磨装置の模式図である。 図１に示す研磨装置の平面図である。 第１の研磨テープを押圧パッドによりウェハのエッジ部に押圧して、ウェハのエッジ部を研磨している状態を示す側面図である。 第１の研磨テープと第２の研磨テープの配置を説明するための図である。 図５（ａ）乃至図５（ｃ）は、一参考例に係る研磨方法の一例を示す図である。 １つの研磨テープでウェハのエッジ部を研磨している様子を示す図である。 図７（ａ）乃至図７（ｃ）は、本実施形態の研磨装置によって研磨された基板を用いてＳＯＩ基板を製造する工程を説明する図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、ウェハの周縁部を示す拡大断面図である。 ウェハのエッジ部に形成された垂直面および水平面を示す図である。 図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の製造工程を説明する図である。 図９に示すエッジ部の断面形状を形成することができる研磨装置の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一参考例に係る研磨方法を実施するための研磨装置の模式図であり、図２は、図１に示す研磨装置の平面図である。研磨装置は、基板の一例であるウェハＷを保持して回転させる基板保持部１と、基板保持部１に保持されたウェハＷのエッジ部を研磨する第１研磨ユニット２Ａおよび第２研磨ユニット２Ｂと、ウェハＷの中心部に研磨液（例えば純水）を供給する研磨液供給機構４とを備えている。

２つの研磨ユニット２Ａ，２Ｂの配置は、ウェハ保持部１に保持されたウェハＷに関して対称である。第１研磨ユニット２Ａは、第１の研磨具としての第１の研磨テープ３ＡをウェハＷのエッジ部に摺接させることにより該エッジ部を研磨し、第２研磨ユニット２Ｂは、第２の研磨具としての第２の研磨テープ３ＢをウェハＷのエッジ部に摺接させることにより該エッジ部を研磨する。第１の研磨テープ３Ａは、第２の研磨テープ３Ｂよりも粗い研磨面を有している。ウェハＷの研磨中は、研磨液供給機構４から研磨液がウェハＷの中心部に供給される。使用される研磨液の例としては、純水が挙げられる。第１の研磨具および／または第２の研磨具として、研磨テープに代えて砥石を用いてもよい。

第１研磨ユニット２Ａと第２研磨ユニット２Ｂとは同一構成を有しているので、以下、第１研磨ユニット２Ａについて説明する。第１研磨ユニット２Ａは、第１の研磨テープ３Ａを支持する研磨テープ支持機構（研磨具支持機構）５と、第１の研磨テープ３ＡをウェハＷのエッジ部に上から押し付ける押圧パッド７と、押圧パッド７をウェハ表面に対して垂直な方向に移動させる垂直移動機構９と、押圧パッド７および垂直移動機構９をウェハＷの半径方向に移動させる押圧パッド移動機構（押圧部材移動機構）１０と、第１の研磨テープ３Ａおよび研磨テープ支持機構５をウェハＷの半径方向に移動させるテープ移動機構（研磨具移動機構）１１とを備えている。

押圧パッド移動機構１０およびテープ移動機構１１は、互いに独立に動作可能となっている。したがって、ウェハＷの半径方向における押圧パッド７と第１の研磨テープ３Ａとの相対位置は、押圧パッド移動機構１０およびテープ移動機構１１によって調整することができる。垂直移動機構９、押圧パッド移動機構１０、およびテープ移動機構１１としては、エアシリンダの組み合わせ、またはサーボモータとボールねじとの組み合せなどを使用することができる。

研磨テープ支持機構５は、第１の研磨テープ３Ａを押圧パッド７に繰り出す繰り出しリール１２と、第１の研磨テープ３Ａを巻き取る巻取りリール１４とを備えている。第１の研磨テープ３Ａは、繰り出しリール１２から押圧パッド７を経由して巻取りリール１４まで延びている。第１の研磨テープ３Ａは、その研磨面がウェハＷの表面と平行に、かつ研磨面がウェハＷのエッジ部に対向するように研磨テープ支持機構５によって支持されている。

第１の研磨テープ３Ａの片面（下面）は、砥粒が固定された研磨面を構成している。第１の研磨テープ３Ａは長尺の研磨具であり、ウェハＷの接線方向に沿って配置されている。押圧パッド７は、第１の研磨テープ３ＡをウェハＷのエッジ部に押し付けるための押圧部材であり、ウェハＷのエッジ部の上方に配置されている。第１の研磨テープ３Ａは、押圧パッド７とウェハＷのエッジ部との間に配置されている。押圧パッド７の底面には、第１の研磨テープ３Ａの外側への移動を制限するテープストッパー１７が固定されている。このテープストッパー１７は省略してもよい。

図３は、第１の研磨テープ３Ａを押圧パッド７によりウェハＷのエッジ部に押圧して、ウェハＷのエッジ部を研磨している状態を示す図である。第１研磨ユニット２Ａは、第１の研磨テープ３Ａを用いてウェハＷのエッジ部を研磨する。同様に第２研磨ユニット２Ｂは、第１の研磨テープ３Ａとは異なる第２の研磨テープ３Ｂを用いてウェハＷのエッジ部を研磨する。第１の研磨テープ３Ａは、第２の研磨テープ３Ｂよりも粗い研磨面を有している。例えば、第１の研磨テープ３Ａは粗研磨用の粗い研磨面を有する研磨テープであり、第２の研磨テープ３Ｂは、仕上げ研磨用の細かい研磨面を有する研磨テープである。

図４に示すように、第２の研磨テープ３Ｂおよび第２研磨ユニット２Ｂの押圧パッド７は、ウェハＷの半径方向において第１の研磨テープ３Ａおよび第１研磨ユニット２Ａの押圧パッド７よりも内側に配置されている。すなわち、図４に示すように、第１の研磨テープ３Ａの内側縁部とウェハＷの最外周端との距離Ｌ１は、第２の研磨テープ３Ｂの内側縁部とウェハＷの最外周端との距離Ｌ２よりも短い。したがって、第２の研磨テープ３Ｂは、第１の研磨テープ３Ａの半径方向内側にあるエッジ部の箇所を研磨する。

図５（ａ）乃至図５（ｃ）は、一参考例に係る研磨方法の一例を示す図である。ウェハＷはその軸心まわりに基板保持部１（図１および図２参照）によって回転される。この状態で、図５（ａ）に示すように、第１の研磨テープ３ＡがまずウェハＷのエッジ部に接触し、エッジ部の研磨を開始する。このとき、第２の研磨テープ３ＢはウェハＷから離れている。第１の研磨テープ３ＡがウェハＷのエッジ部に接触した時点（すなわち、第１の研磨テープ３Ａがエッジ部の研磨を開始した時点）から所定の時間が経過した後、図５（ｂ）に示すように、第２の研磨テープ３ＢがウェハＷのエッジ部に接触し、エッジ部の研磨を開始する。さらに、図５（ｃ）に示すように、研磨ユニット２Ａ，２Ｂの押圧パッド７，７を押し下げることにより、第１の研磨テープ３Ａおよび第２の研磨テープ３ＢによってウェハＷのエッジ部に垂直面および水平面を形成する。図５（ａ）乃至図５（ｃ）には図示しないが、ウェハＷのエッジ部の研磨中は、研磨液供給機構４から研磨液がウェハＷの上面に供給される。

押圧パッド７のウェハ押圧面（基板押圧面）はウェハ表面と平行な水平面である。研磨ユニット２Ａ，２Ｂは、この水平な押圧面で研磨テープ３Ａ，３ＢをウェハＷのエッジ部に押し付けることにより、それぞれ別々にウェハＷのエッジ部に垂直面および水平面を形成する。ウェハＷに接触している研磨テープ３Ａ，３Ｂの研磨面は、ウェハＷの表面と平行である。

図５（ｃ）から分かるように、第１の研磨テープ３Ａが先にエッジ部の外側領域を研磨し、続いて第２の研磨テープ３Ｂがエッジ部の内側領域を研磨する。エッジ部に接触しているときの第１の研磨テープ３Ａの接触幅Ｐ１は、エッジ部に接触しているときの第２の研磨テープ３Ｂの接触幅Ｐ２以上であることが好ましい。これは、第２の研磨テープ３Ｂとエッジ部との接触面積を小さくして、第２の研磨テープ３Ｂのエッジ部に対する研磨圧力を上げるためである。ここで、上記接触幅は、ウェハＷの半径方向における研磨テープ３Ａ，３Ｂの接触幅である。

研磨中、常に第１の研磨テープ３Ａが第２の研磨テープ３Ｂよりも先行してエッジ部を研磨するように、第１の研磨テープ３Ａにより研磨されるエッジ部の除去レートは、第２の研磨テープ３Ｂにより研磨されるエッジ部の除去レートよりも高いことが好ましい。

図６は、１つの研磨テープ２０を用いてウェハＷのエッジ部を研磨する様子を示す図である。図６と図５（ｃ）との対比から分かるように、第１の研磨テープ３ＡとウェハＷとの接触面積、および第２の研磨テープ３ＢとウェハＷとの接触面積は、図６の研磨テープ２０とウェハＷとの接触面積よりも小さい。このことは、第１の研磨テープ３Ａおよび第２の研磨テープ３ＢのウェハＷに対する圧力が、図６に示す研磨テープ２０のウェハＷに対する圧力よりも高いことを意味する。したがって、第１の研磨テープ３Ａおよび第２の研磨テープ３Ｂは、いずれもウェハＷのエッジ部を高い研磨レートで研磨することができる。

ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の製造工程では、第１の研磨テープ３Ａによって形成された水平面および垂直面はグラインダーにより除去される。すなわち、図７（ａ）乃至図７（ｄ）に示すように、本実施形態の研磨装置によって研磨されたデバイス基板Ｗ１をシリコン基板Ｗ２に貼り合わせ、デバイス基板Ｗ１をその裏面からグラインダーで研削することで、図７（ｃ）に示すようなＳＯＩ基板を得る。デバイス基板Ｗ１には、細かい研磨面を有する第２の研磨テープ３Ｂによって形成された滑らかな垂直面のみが残る。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 基板保持部
２Ａ，２Ｂ 研磨ユニット
３Ａ，３Ｂ 研磨テープ
４ 研磨液供給機構
５ 研磨テープ支持機構（研磨具支持機構）
７ 押圧パッド（押圧部材）
９ 垂直移動機構
１０ 押圧パッド移動機構（押圧部材移動機構）
１１ テープ移動機構（研磨具移動機構）
１２ 繰り出しリール
１４ 巻取りリール
１７ テープストッパー

Claims (10)

1. 基板を保持して回転させる基板保持部と、
   前記基板のエッジ部に押し当てて、該エッジ部を研磨する第１の研磨具と、
   前記第１の研磨具よりも前記基板の半径方向において内側に配置され、前記エッジ部に押し当てて、該エッジ部を研磨する第２の研磨具と、を備え、
   前記第１の研磨具は、前記第２の研磨具の研磨面よりも粗い研磨面を有しており、
   前記第１の研磨具と前記第２の研磨具の配置は、前記基板に対して対称であることを特徴とする研磨装置。
2. 前記エッジ部に接触しているときの、前記基板の半径方向における第１の研磨具の接触幅は、前記エッジ部に接触しているときの、前記基板の半径方向における第２の研磨具の接触幅以上であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記第１の研磨具は、前記第２の研磨具により研磨される前記エッジ部の除去レートよりも高い前記エッジ部の除去レートを有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
4. 前記第１の研磨具は粗研磨用の研磨具であり、前記第２の研磨具は仕上げ研磨用の研磨具であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
5. 第１の研磨具および第２の研磨具の少なくとも一方は、研磨テープであることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
6. 第１の研磨具および第２の研磨具の少なくとも一方は、砥石であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
7. 前記第１の研磨具は、前記基板の表面と平行な第１の研磨面を有しており、
   前記第２の研磨具は、前記基板の表面と平行な第２の研磨面を有していることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
8. 前記第１の研磨具に連結され、該第１の研磨具を垂直な方向に移動させる第１の垂直移動機構と、
   前記第２の研磨具に連結され、該第２の研磨具を垂直な方向に移動させる第２の垂直移動機構と、をさらに備え、
   前記第１の研磨具、前記第１の垂直移動機構、前記第２の研磨具、および前記第２の垂直移動機構は、前記基板の表面よりも高い位置に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
9. 前記第１の垂直移動機構は、前記第１の研磨具の上方に配置され、
   前記第２の垂直移動機構は、前記第２の研磨具の上方に配置されることを特徴とする請求項８に記載の研磨装置。
10. 前記第２の研磨具は、前記第１の研磨具が前記エッジ部に押し当てられて、該エッジ部を研磨している途中で、前記エッジ部に押し当てられることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。

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