JP3933376B2 - 基板エッジ研磨装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板エッジ研磨装置に係り、特に表面に膜が形成された半導体ウェハ等の基板のエッジ（外周部）に成膜乃至付着した不要な銅（Ｃｕ）等の金属膜やレジスト残り等を削り取って除去するようにした基板エッジ研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に換えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。このため、基板のベベルにシード層である銅スパッタ膜が存在し、また基板のエッジに銅が成膜されることがある。
【０００３】
銅は、例えばアニール等の半導体製造工程において酸化膜中に容易に拡散し、その絶縁性を劣化させたり、次に成膜する膜との接着性が損なわれ、そこから剥離する原因ともなり得るので、少なくとも成膜前に、基板上から完全に除去することが要求されている。しかも、回路形成部以外の基板のエッジに成膜乃至付着した銅は不要であるばかりでなく、その後の基板の搬送、保管・処理等の工程において、クロスコンタミの原因ともなり得るので、銅の成膜工程やＣＭＰ工程直後に完全に除去する必要がある。
【０００４】
また、基板のエッジにレジスト残りが存在すると、その後の各種処理工程を経る間に、基板のエッジがカセット内の収納溝や搬送機構のチャック部等に接触して、ここに付着したレジストが剥離して発塵源となることが知られている。
更に、ベアシリコンのベベル部の表面粗さや、デバイス形成の過程でダメージを受けたベベル部を滑らかにしたり、メタル膜で、例えばルテニウム等の電極材を除去するためにも、基板のエッジを研磨することが求められている。
【０００５】
このため、従来、図９に示すように、例えば上下方向に延び下端に吸着部１００を有する上下動及び水平移動自在なロボットハンド１０２からなり、この吸着部１００で基板Ｗを該基板Ｗのエッジを露出させた状態で水平方向に対して傾斜させて吸着保持する基板保持部１０４と、円柱状の支持体１０６の側面に、例えば研磨布１０８を貼着して該研磨布１０８の表面を研磨面１１０とした研磨部１１２とを備え、基板Ｗのエッジを研磨面１１０に当接させながら、基板保持部１０４と支持体１０６の少なくとも一方を回転させ、同時に基板保持部１０４を介して基板Ｗを研磨面１１０に沿って上下動させることで、基板Ｗのエッジを研磨するようにした基板エッジ研磨装置が一般に知られている。
【０００６】
なお、この種の基板エッジ研磨装置で基板のエッジ全面を研磨する場合には、先ずエッジの片面を研磨した後、基板Ｗを反転させ、基板保持部１０４で基板Ｗを再度保持してエッジのもう一方の片面を研磨するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の基板エッジ研磨装置にあっては、基板のエッジをその円周方向に沿った１点で研磨面に点接触させながら研磨するようにしているため、広い研磨面を有しているにも拘わらず、この研磨面の全面を有効に使用できずに加工速度が一般に遅く、研磨に時間が掛かるばかりでなく、円柱状の研磨部を有しているため、装置として大型化してしまうといった問題があった。
【０００８】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、研磨面をその全面に亘ってより有効に使用して基板のエッジを効率良く研磨することができ、しかも装置としてコンパクト化を図ることができるようにした基板エッジ研磨装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板を該基板のエッジを露出させて保持する回転自在な基板保持部と、前記基板保持部で保持した基板のエッジの片面に対向する円周方向に沿った位置に互いに離間して配置され該基板のエッジとの対向面を研磨面とした自転自在な円板状の複数の研磨盤を有し、基板のエッジの片面を研磨する研磨部と、前記基板保持部と前記研磨部とを相対的に接離させる接離機構とを有し、前記研磨盤の研磨面は、前記基板保持部で保持した基板のなす面に対して外方に向け徐々に近づくように傾斜し、その中心が基板の外周に対応する位置に位置し該基板の外周に沿うように凹に形成されて、基板のエッジの片面が各研磨盤の研磨面に円弧状に接触することを特徴とする基板エッジ研磨装置である。
【００１０】
これにより、基板のエッジをその円周方向に沿ったほぼ全長に亘って研磨盤の研磨面に接触させながら、基板を回転させつつ研磨盤を自転させてエッジを研磨することで、研磨盤の研磨面をその全面に亘ってより有効に利用しつつ、低い面圧で基板のエッジを効率良く研磨することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記研磨部は、前記基板保持部で保持した基板を挟んだ上下両側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板エッジ研磨装置である。これにより、基板を基板保持部で保持したまま、基板のエッジの片面を一方の研磨部で、エッジのもう一方の片面を他方の研磨部でそれぞれ研磨することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、円筒状で内周面を研磨面とした端面研磨部を前記基板の端面に接離自在に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の基板エッジ研磨装置である。基板の種類によっては、このエッジに基板の表面と垂直で平坦な端面を有するものもあるが、このような場合に、基板を基板保持部で保持したまま、エッジの片面或いは両面の他に、この端面を端面研磨部で研磨することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、基板のノッチ部端面を研磨する機構を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板エッジ研磨装置である。これにより、基板を基板保持部で保持したまま、基板のノッチ部端面も研磨することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態の基板エッジ研磨装置を示すもので、これは、上下方向に延び上端に半導体ウエハ等の基板Ｗを水平な状態で該基板Ｗの下面中央部を真空吸着して保持する吸着部１０を有し、モータ１２及び上下動機構（図示せず）を介して回転及び上下動自在な基板保持部１４と、この基板保持部１４で保持した基板Ｗを挟んで上下に配置された２つの研磨部１６，１８とを備えている。
【００１６】
なお、この例では、２つの研磨部１６，１８を備え、この一方の研磨部１６で基板Ｗのエッジの片面（下面）を、他方の研磨部１８でエッジのもう一方の片面（上面）をそれぞれ研磨するようにしており、この両研磨部１６，１８は、基本的に同じ構成をしているので、以下、下方に位置する一方の研磨部１６のみを説明し、上方に位置する他方の研磨部１８は相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。なお、エッジの片面のみを研磨する場合には、一方の研磨部を省略しても良いことは勿論である。
【００１７】
研磨部１６は、略円筒状で回転自在に支承された回転体２０と、基板保持部１４で保持した基板Ｗのエッジに対向する円周方向に沿った位置に配置された自転自在な複数（図示では８個）の研磨盤２２とを有し、この研磨盤２２の基板Ｗとの対向面（上面）が研磨面２２ａとなっている。ここで、図２に示すように、研磨盤２２の研磨面２２ａの中心は、基板Ｗの外周にほぼ対応する位置に位置している。研磨盤２２の研磨面２２ａは、基板の外周に沿うように凹に形成されている。これによって、基板Ｗのエッジは、研磨面２２ａの円弧上に接触するようになっている。
【００１８】
この研磨面２２ａは、例えば円板状の支持体の表面に貼着した研磨布の表面で構成されている。この研磨布としては、例えばＳＵＢＡ４００，６００（Ｒｏｄｅｌ社製）等の不織布、ＩＣ１０００（Ｒｏｄｅｌ社製）等の独立気泡パッド（発泡ポリウレタン）またはポリテックス（Ｒｏｄｅｌ社製）等のスエードタイプ等が、加工の仕上がり具合と加工速度に合わせて適当なものが使用される。
【００１９】
なお、この例では、研磨面２２ａを研磨布の表面で構成した例を示しているが、このように、研磨布を使用し、かつ柔らかい素材を選択する方がスクラッチの発生を防止する上で好ましいが、砥粒を含浸若しくは固定した砥石の表面で研磨面を構成するようにしても良い。この場合、砥石は変形しないので、砥石表面の研磨面を基板のエッジ形状に合わせた、例えば円弧状の形状にすることで、基板のエッジ形状に対処することができる。また、シリカ粒子、若しくはセリア粒子等の砥粒を固めた砥石を用いることで、エッジ形状をより加工することができる。
【００２０】
回転体２０の外周面の下端には、この側方に配置したモータ２４の駆動軸に固着した駆動平歯車２６と噛合う従動平歯車２８が固着され、上端には、駆動ベベル歯車３０が固着されている。一方、研磨盤２２は、自転自在に支承された軸３２の上端に固着され、この軸３２の下端には、前記駆動ベベル歯車３０と噛合う従動ベベル歯車３４が固着されている。これによって、モータ２４の駆動に伴って回転体２０が回転し、この回転体２０の回転で各研磨盤２２が自転するようになっている。
【００２１】
ここで、前記軸３２は、鉛直面に対して角度αで交わり、これによって、研磨盤２２の研磨面（上面）２２ａが水平面に対して角度αだけ傾斜するようになっている。この角度αは、研磨の際に基板Ｗの研磨するエッジの下側半分が研磨面２２ａに当接するよう、例えば３０゜に設定されているが、例えば研磨面２２ａを構成する素材の硬さ、基板Ｗのエッジ形状、エッジカット幅等によって、研磨の際に基板Ｗの研磨するエッジの下側半分が研磨面２２ａに当接するように任意に決められる。
【００２２】
そして、研磨面２２ａの上方の外方周辺部に位置して、研磨面２２ａに砥粒を加えたスラリーや化学反応を促進させる薬液等を供給する砥液供給部としての砥液供給ノズル３６が配置されている。なお、図１に仮想線で示すように、従動ベベル歯車３４、軸３２及び研磨盤２２の中心に互いに連通する砥液流通孔３８を設け、砥液タンク４０から延びる砥液配管４２に接続したロータリージョイント４４から前記砥液流通孔３８を通じて研磨面２２ａに砥液を供給するようにしても良く、また、この砥液供給ノズル３６や砥液流通孔３８から、例えば純水や脱イオン水等の洗浄液を流すようにしても良い。
【００２３】
更に、図３及び図２に仮想線で示すように、研磨盤２２の周辺部の基板Ｗと干渉しない位置に、例えばブラシやダイヤモンドツール等のドレッサ４６を有するドレッシング装置４８を上下動自在に配置し、このドレッサ４６を研磨盤２２の研磨面２２ａに当接させて、研磨面２２ａの再生を行うようにしても良い。
【００２４】
次に、この実施の形態の基板エッジ研磨装置の使用例を説明する。なお、この例では、基板のエッジの下面を先に研磨し、次に上面を研磨するようにしているが、この反対を行っても良いことは勿論である。
【００２５】
先ず、上下の研磨部１６，１８の間に位置させた基板保持部１４の吸着部１０と基板を搬送したロボットハンド等との間で基板の受渡しを行って、吸着部１０で基板Ｗを吸着保持する。次に、下側に位置する研磨部１６の研磨盤２２を、例えば１０rpm 以下の研磨する仕上がり状態で決められる回転速度で回転させ、同時に砥液供給ノズル３６から研磨面２２ａに砥液を供給する。
【００２６】
この状態で、基板保持部１４を、例えば１００ rpm 程度の研磨する仕上がり状態で決められる回転速度で回転させつつ下降させ、基板Ｗのエッジを研磨面２２ａに当接させ、所定の押圧力で押圧することで、基板Ｗのずれや暴れを防止しつつ、基板Ｗのエッジの下面を研磨する。
【００２７】
この時、基板Ｗのエッジは、その円周方向に沿ったほぼ全長に亘って研磨盤２２の研磨面２２ａに接触し、かつ各研磨盤２２の研磨面２２ａは、自転することで、そのほぼ全面に亘って基板Wに接触し、これによって、研磨面２２ａのより有効利用を図りつつ、基板Ｗのエッジを効率良く研磨することができる。
【００２８】
この下面の研磨を終了した後、基板保持部１４を回転させつつ上昇させ、下側の研磨部１６の研磨盤２２の自転を停止させ、今度は、上側に位置する研磨部１８の研磨盤２２を、例えば１０rpm 以下の回転速度で回転させ、同時に砥液供給ノズル３６から研磨面２２ａに砥液を供給する。そして、基板Ｗのエッジを研磨面２２ａに当接させ、所定の押圧力で押圧することで、基板Ｗのずれや暴れを防止しつつ、基板Ｗのエッジの上面を研磨する。
【００２９】
そして、上下両面の研磨が終了後、基板保持部１４を下降させ、ロボットハンド等で研磨後の基板を受け取って次工程に搬送し、同時に、上側の研磨部１８の研磨盤２２の自転を停止させる。
【００３０】
なお、基板保持部１４と研磨部１６，１８とを相対的に接離させるための接離機構として、基板保持部１４の上下動機構を採用しているが、研磨部１６，１８を上下動させるようにしても良い。
【００３１】
図４は、図１及び図２に示す基板エッジ研磨装置を備えた基板処理装置を示す平面図である。
図４に示すように、排気ダクト（図示せず）を取付けたハウジング５０の端部に位置して、ロード・アンロード装置５２が配置され、ハウジング５０の一方の側壁側にペン洗浄兼スピンドライ装置５４、ロール洗浄装置５６及び２基の基板エッジ研磨装置５８が直列に配置され、更に他方の側壁側に該側壁に沿って走行自在なロボット６０が配置されている。
【００３２】
この基板処理装置にあっては、先ずロボット６０のロボットハンドでロード・アンロード装置５２から研磨前の１枚の基板Ｗを受取り、これを一方の基板エッジ研磨装置５８に搬送して、前述と同様にして基板のエッジの両面の研磨を行う。そして、このエッジの両面を研磨した基板をロボット６０を介してロール洗浄装置５６に搬送し、これでロール洗浄する。ロール洗浄とは、水平に支持された基板の表裏面に、平行な自転軸を有する円筒状のロールブラシを用い、該ロールブラシを自転させることによってロールブラシの外周面を基板にこすりつけて、基板の両面をスクラブ洗浄することである。そして、このロール洗浄後の基板をロボット６０を介してペン洗浄兼スピンドライ装置５４に搬送し、これでペン洗浄を行った後、スピンドライにより乾燥させ、しかる後、ロボット６０を介してロード・アンロード装置５２に戻す。ペン洗浄とは、基板表面に対して垂直な自転軸を持つスポンジブラシにより、ブラシの端面を基板にこすりつけることにより、基板表面をスクラブ洗浄することである。
この例では、２基の基板エッジ研磨装置を設けてスループットを向上させた例を示しているが、１基でも良く、また洗浄は、薬液によるものであっても良い。
【００３３】
図５及び図６は、本発明の第２の実施の形態の基板エッジ研磨装置を示すもので、これは、第１の実施の形態に以下の構成を付加したものである。すなわち、上下の研磨部１６，１８の間に、基板Ｗの外径とほぼ等しい内径を有する円筒状で、これを円周方向に沿って複数に分割した開閉自在な端面研磨部６２を配置し、この端面研磨部６２の内周面を研磨面６２ａとしたものである。
【００３４】
この実施の形態によれば、端面研磨部６２の内部に基板Ｗを位置させ、これを閉じた状態で、基板保持部１４を介して基板Ｗを回転させつつ上下方向に移動させることで、図５に示す表面と直交する端面Ｆを有する基板Ｗであっても、基板保持部１４で基板Ｗを保持したままこのエッジの片面或いは両面を研磨し、更に、この端面Ｆを端面研磨部６２で研磨することができる。
【００３５】
なお、この例では、端面研磨部として、円筒状で円周方向に沿って複数に分割した開閉自在なものを使用しているが、例えば、研磨面を弾性体で構成して、この研磨面の弾性変形によって、この内面を基板が摺動できる場合には、円筒状のものをそのまま使用しても良い。
【００３６】
図７及び図８は、本発明の第３の実施の形態の基板エッジ研磨装置を示すもので、これは、研磨部１６，１８の互いに隣接する研磨盤２２，２２間に位置して、基板Ｗの外周に沿った円弧状の研磨面（内周面）６２ａを有する端面研磨部６２を基板Ｗの端面に接離自在に配置し、互いに隣接する研磨盤２２，２２間の一カ所に基板Ｗのノッチ部Ｎの端面を研磨する円板状のノッチ部端面研磨部６４を基板の方向に移動自在に配置し、更に、このノッチ部Ｎを検出するノッチ部検出センサ６６を設けたものである。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００３７】
この実施の形態にあっては、端面研磨部６２の研磨面６２ａに基板Ｗの端面を当接させ、基板保持部１４を介して基板Ｗを回転させつつ上下方向に移動させることで、図５に示す表面と直交する端面Ｆを研磨する。そして、ノッチ部検出センサ６６で基板Ｗのノッチ部Ｎを検出して、このノッチ部Ｎがノッチ部端面研磨部６４に対向する位置に位置するように基板Ｗの回転を停止させ、しかる後、ノッチ部端面研磨部６４を前進させてこの外周端部をノッチ部Ｎ内に位置させ、この状態でノッチ部端面研磨部６４を回転させつつ基板Ｗを上下動させることで、基板Ｗのノッチ部Ｎを研磨することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板のエッジをその円周方向に沿ったほぼ全長に亘って研磨盤の研磨面に接触させながら、基板を回転させつつ研磨盤を自転させてエッジを研磨することで、研磨盤の研磨面をその全面に亘ってより有効に利用しつつ、低い面圧で基板のエッジを効率良く研磨することができる。しかも、複数の研磨盤で研磨面を構成することで、装置としてのコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の基板エッジ研磨装置を示す縦断正面図である。
【図２】図１に示す基板エッジ研磨装置の下方に位置する研磨部の平面図である。
【図３】ドレッシング装置を備えた変形例を示す要部拡大図である。
【図４】図１及び図２に示す基板エッジ研磨装置を備えた基板処理装置の概略平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の基板エッジ研磨装置の要部を示す図である。
【図６】図５の端面研磨部の平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の基板エッジ研磨装置の概略を示す平面図である。
【図８】図７におけるノッチ部端面研磨部とノッチ部検出センサとの位置関係を示す図である。
【図９】従来の基板エッジ研磨装置の概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 吸着部
１４ 基板保持部
１６，１８ 研磨部
２０ 回転体
２２ 研磨盤
２２ａ 研磨面
２６ 駆動平歯車
２８ 従動平歯車
３０ 駆動ベベル歯車
３２ 軸
３４ 従動ベベル歯車
３６ 砥液供給ノズル
３８ 砥液流通孔
４６ ドレッサ
４８ ドレッシング装置
５８ 基板エッジ研磨装置
６２ 端面研磨部
６２ａ 研磨面
６４ ノッチ部端面研磨部
６６ ノッチ部検出センサ

Claims (4)

1. 基板を該基板のエッジを露出させて保持する回転自在な基板保持部と、
   前記基板保持部で保持した基板のエッジの片面に対向する円周方向に沿った位置に互いに離間して配置され該基板のエッジとの対向面を研磨面とした自転自在な円板状の複数の研磨盤を有し、基板のエッジの片面を研磨する研磨部と、
   前記基板保持部と前記研磨部とを相対的に接離させる接離機構とを有し、
   前記研磨盤の研磨面は、前記基板保持部で保持した基板のなす面に対して外方に向け徐々に近づくように傾斜し、その中心が基板の外周に対応する位置に位置し該基板の外周に沿うように凹に形成されて、基板のエッジの片面が各研磨盤の研磨面に円弧状に接触することを特徴とする基板エッジ研磨装置。
2. 前記研磨部は、前記基板保持部で保持した基板を挟んだ上下両側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板エッジ研磨装置。
3. 円筒状で、内周面を研磨面とした端面研磨部を前記基板の端面に接離自在に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の基板エッジ研磨装置。
4. 基板のノッチ部端面を研磨する機構を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板エッジ研磨装置。

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