JP4046177B2 - デバイスウェハのエッジ研磨装置及び同研磨方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハなどの円板形ワークの外周を研磨するためのデバイスウェハのエッジ研磨装置及び同研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハは円板形をしており、表裏の平面、円筒をなす外周面、外周面を挟んで表裏には通称エッジと呼ばれる傾斜面が形成されている。半導体の製造にあたっては、ウェハの表面に形成されたレジスト膜あるいは金属膜等の膜を除去する工程が繰り返される。上記膜は、配線パターン面だけでなく、パターンの外側になる外周面及び表裏のエッジ面も含んでウェハ全体にわたって形成される。パターン外側に形成された膜は、それ自体半導体デバイスを形成するものではないが、各工程において剥離、発塵し歩留まりの低下を招くことから事前に除去される。
【０００３】
発明者は、先に特願２０００−３３９３０５に示されるような表裏のエッジと外周面（以下、単にエッジ部という）を同時に研磨することのできる研磨装置を開発した。この研磨装置は、表側エッジを研磨するための表側エッジ用研磨部材と裏側エッジを研磨するための裏側エッジ用研磨部材とを対として備えており、さらに、外周面を研磨するための一対の外周面用研磨部材を備えている。
【０００４】
ベアウェハ、つまり、パターン、金属膜あるいはレジスト膜が全く形成されていない原材料としての半導体ウェハ、のエッジは表裏とも同一条件であるため、上記研磨装置は、ベアウェハのエッジ部を研磨するのに適している。ところが、図７に示すようなデバイスウェハ、つまり、これらの膜Ｒが形成されたウェハでは、膜形成方法に起因して、パターン面のみならずその外側にも膜Ｒが形成される。そして、この膜Ｒの厚さｔが、外側の領域ｎにわたって表側エッジ２ａと裏側エッジ２ｂ、及び外周面３で異なったものとなっている。図８は、この膜厚ｔの分布の様子を誇張して示すウェハ端部の拡大断面図である。なお、パターンが形成される表側は図７、図８の中及び以下の説明のための図中では上側として示す。
【０００５】
上記領域ｎの膜は、上述の理由から除去しなければならないが、上記従来の研磨装置をこの膜を研磨するために使用した場合、下側のエッジが研磨完了したときでも、上側の膜厚が厚いため上側のエッジの研磨が未だ完了していない状態である。そのためエッジ部の膜を完全に研磨・除去するように厚い表側エッジの膜厚に合わせて研磨するための時間が必要となり、結果的に効率が悪いという問題があった。更に、半導体ウェハのシリコンと金属膜あるいはレジスト膜とを比較したとき、一般的にシリコンの方がこの膜よりも研磨されやすいという傾向があることの影響も加わり、上記研磨装置を使用した場合、下側エッジは、シリコン部までが過剰に研磨されてしまうという現象が起こっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上側エッジと下側エッジ及び外周面をほぼ同時に研磨完了させることが可能であり、特にデバイスウェハのエッジを研磨するための研磨装置を提供することを課題とするものである。更に、この改善に当たり、研磨部材が相互に干渉することなく、したがってその分だけ設置面積を少なくすることができるデバイスウェハのエッジ研磨装置を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材とを備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されており、上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されており、上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されており、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置である。
【０００８】
第２番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材とを備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されているとともに、上記ワークの上側エッジの傾斜に沿って移動が可能であり、上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記ワークの下側エッジの傾斜に沿って移動が可能であり、上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記チャック手段の軸線に沿って移動が可能であり、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置である。
【０００９】
第３番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材とを備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されているとともに、上記ワークの上側エッジの傾斜に沿って往復運動可能であり、上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記ワークの下側エッジの傾斜に沿って往復運動可能であり、上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記チャック手段の軸線に沿って往復運動が可能であり、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置である。
【００１０】
第４番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材とを備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されているとともに、上記ワークの上側エッジの傾斜に沿って相互に位相がずれた往復運動が可能であり、上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記ワークの下側エッジの傾斜に沿って往復運動が可能であり、
上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記チャック手段の軸線に沿って往復運動が可能であり、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置である。
【００１１】
第５番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した上側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した下側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの外周面に接触させるとともに、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与することを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨方法である。
【００１２】
第６番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した上側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した下側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの外周面に接触させ、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するとともに、上記上側エッジ用研磨部材、上記下側エッジ用研磨部材及び上記外周面用研磨部材には、上記ワークの上側エッジの傾斜、上記ワークの下側エッジの傾斜、及び上記ワークの軸線にそれぞれ沿った往復運動をさせることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨方法である。
【００１３】
第７番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した上側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した下側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの外周面に接触させ、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与し、上記一対の上側エッジ用研磨部材のそれぞれには、上記ワークの上側エッジの傾斜にそれぞれ沿った互いに位相のずれた往復運動をさせるとともに、上記下側エッジ用研磨部材及び上記外周面用研磨部材には、上記ワークの下側エッジの傾斜、及び上記ワークの軸線にそれぞれ沿った往復運動をさせることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るデバイスウェハのエッジ研磨装置の好ましい幾つかの実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明実施例の概要を説明するためワークと研磨部材との関係を示した上面図である。ここで、単にワークとあるのはデバイスウェハのことを示している。
【００１５】
実施例１
図２は、図１のＡ−Ａ断面であって、実施例１の研磨装置１０Ａについて示した断面図である。図３は図１のＢ−Ｂ断面であって、実施例１の研磨装置１０Ａについて示した断面図である。
【００１６】
図１に示すように、実施例の研磨装置１０Ａは、互いにワーク１を挟んで対向する一対の上側エッジ用研磨部材１３ａ、これら上側エッジ用研磨部材１３ａの間にワークに向き合うように配置された下側エッジ用研磨部材１３ｂ及び外周面用研磨部材１４ａを備えており、更に、ワーク１をチャックして軸線Ｌの回りに回転させるためのチャック手段１２を備えている。
【００１７】
上側エッジ用研磨部材１３ａはワーク１の上側エッジ２ａ上の膜Ｒを、下側エッジ用研磨部材１３ｂは下側エッジ２ｂ上の膜Ｒを、更に、外周面用研磨部材１４ａは外周面３（図７）上の膜Ｒを、それぞれ研磨するためのものである。
【００１８】
なお、本発明において「円板形のワーク」とは、完全に円形をしたものだけでなく、外周の一部にオリエンテーションフラットのような直線部やノッチ等を有する実質的に円板形をしたものがその範疇に含まれる。ただし、これらオリエンテーションフラット面やノッチ面の研磨は、本発明の研磨装置において行われるものではなく、別の工程あるいは研磨ステーションで行われる。また、上側エッジ２ａあるいは下側エッジ２ｂは断面輪郭で見たとき完全に平らでなくてもよく、凸形に湾曲した曲面であっても良い。
【００１９】
上記チャック手段１２は、図２に示すように、ワーク１よりやや小径の円盤形をなすチャックテーブル１６を有し、このチャックテーブル１６上に上記ワーク１を、真空吸着によって外周が該チャックテーブル１６から側方に突出した状態で水平に保持し得るようになっている。この保持機能のため、上記チャックテーブル１６の上面には複数の吸着孔が開口し、この吸着孔が支軸１７内の流路から接続ポート１８を経て図示しない真空ポンプに接続されている。また、上記支軸１７は、機体１１上に軸受部材１９によって鉛直な上記軸線Ｌの回りに回転自在なるように支持され、モーター２０により所要の速度で正逆所要の方向に駆動回転されるようになっている。
【００２０】
なお、上記チャックテーブル１６上へワーク１をチャックする手段は、上述したような真空吸着に限らず、静電気による付着力を利用する静電チャックや、その他の適宜方法を用いることができる。
【００２１】
上記上側エッジ用研磨部材１３ａ及び下側エッジ用研磨部材１３ｂは、金属や合成樹脂又はセラミック等からなる硬質の基材に円弧状の窪みを形成し、この窪みの内面に柔軟性のある研磨パッド２３を貼着することにより、ワーク１に線接触する凹形円弧状の作業面２２を形成したものである。この作業面２２は、研磨用の凹溝が円弧に沿って設けられワークが嵌合するような構造の表面とはしないが、複数のスラリー溝を研磨部材の軸線と平行や斜めなどの方向に設けることによって研磨材スラリーの流れを良くすることまでも排除するものではない。
【００２２】
既に述べたとおり、実質的に同じ構成を有する２つの上側エッジ用研磨部材１３ａが、上記チャック手段１２に保持されたワーク１の直径方向両側の相対向する位置に配置されるとともに、それぞれの軸線をワーク１の軸線Ｌに対して傾斜させることにより、それぞれの上側エッジ用研磨部材１３ａの作業面２２がワーク１の上側エッジ２ａに全幅にわたり接触するように配設されている。研磨時には上側エッジ用研磨部材１３ａの作業面２２が上側エッジ２ａに線接触した状態で該上側エッジ２ａを研磨する。
【００２３】
下側エッジ用研磨部材１３ｂは、２つの上側エッジ用研磨部材１３ａの間に配設され、上側エッジ用研磨部材１３ａと実質的に同様な態様で、下側エッジ２ｂを研磨する。
【００２４】
上記上側エッジ用研磨部材１３ａ及び下側エッジ用研磨部材１３ｂの各作業面２２の円弧の長さは、ワーク１の円周の長さの１／４か又はそれ以下であることが望ましく、また、上記作業面２２の円弧の曲率は、ワーク１の円周の曲率と同じか又はそれよりやや小さく形成されている。
【００２５】
上記研磨装置１０Ａは、上記上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂをそれぞれの軸線と平行に、つまり、上側エッジ２ａ、下側エッジ２ｂの傾斜にほぼ沿った方向に、移動させるためのそれぞれの移動機構２６と、上記軸線と直角方向、換言すればワークの上側エッジ２ａ、下側エッジ２ｂに接離する方向に移動自在なるように支持するためのそれぞれのリニアガイド機構２７と、各上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂを上側エッジ２ａあるいは下側エッジ２ｂに当接する方向に付勢することによって研磨荷重を加えるためのそれぞれの荷重手段２８とを有している。
【００２６】
各移動機構２６は、研磨作業の開始時や終了時等に上側エッジ用研磨部材１３ａあるいは下側エッジ用研磨部材１３ｂを移動させてワーク１に当接又は離間させたり、研磨時のワーク１に対する各研磨部材の接触位置を変更したりするためのものである。このため移動機構２６は、機体１１に設けられたブラケット３０上に上記研磨部材の軸線と平行に設けられたボールねじ３１と、このボールねじ３１をタイミングベルト３２を介して回転させるモーター３３と、上記ボールねじ３１にねじ結合されて該ボールねじ３１の回転により前後進するナット部材３４と、このナット部材３４にアーム３５ａで連結されて一緒に移動する可動テーブル３５と、この可動テーブル３５を移動自在に支持する摺動機構３６とを有している。
【００２７】
そして上記可動テーブル３５上に上記上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂが、上記リニアガイド機構２７を介して支持されている。上記摺動機構３６は、ブラケット３０上に上記ボールねじ３１と平行に設けられたレール３６ａと、上記可動テーブル３５に取り付けられて該レール３６ａ上を摺動するスライダー３６ｂとで構成されている。
【００２８】
また、上記リニアガイド機構２７は、上記上側エッジ用研磨部材１３ａあるいは下側エッジ用研磨部材１３ｂを保持するホルダー３９に設けられて各研磨部材の軸線と直角方向に延びるレール２７ａと、上記可動テーブル３５に取り付けられて上記レール２７ａ上を移動自在のスライダー２７ｂとを有している。これらのレール２７ａ及びスライダー２７ｂは、上述した場合とは逆に、レール２７ａを可動テーブル３５に設け、スライダー２７ｂをホルダー３９に設けることも可能である。
【００２９】
更に、上記荷重手段２８は、エアシリンダー４０により構成されていて、このエアシリンダー４０が上記可動テーブル３５に取り付けられ、ピストンロツド４０ａが上記上側エッジ用研磨部材１３ａあるいは下側エッジ用研磨部材１３ｂ側に連結されている。そして、このエアシリンダー４０に圧力調整された圧縮空気を供給又は排出してピストンロツド４０ａを伸長又は短縮させ、各研磨部材をワーク１に押し付けることにより、調圧された空気圧によって各研磨部材とワーク１との間に所要の研磨荷重を作用させるように構成されている。
【００３０】
上記上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂは、図２において、それぞれ移動機構２６におけるボールねじ３１を回転させてそれぞれの軸線に沿って右方向又は左方向に移動させることにより、研磨中あるいは研磨開始時に、ワーク１が接触する作業面２２上の位置を適宜変更することができる。この場合、荷重手段２８においては、各研磨部材の移動に応じてエアシリンダー４０が制御され、所要の研磨荷重が得られるようにピストンロツド４０ａの伸縮長さが調整される。
【００３１】
また、研磨作業の開始時や終了時等には、上側エッジ用研磨部材１３ａを右方向（図２において）に、下側エッジ用研磨部材１３ｂを左方向（図２において）に移動させることにより、これらの研磨部材をワーク１から離間させてチャック手段１２に対する該ワーク１の供給及び取り出しを行うことができる。この場合、下側エッジ２ｂに当接する下側エッジ用研磨部材１３ｂはそのままの位置に保持するか、あるいは荷重手段２８のピストンロツド４０ａを短縮させて下側エッジ２ｂから離間させた状態にし、上側エッジ２ａに当接する上側エッジ用研磨部材１３ａだけを上記移動機構２６を動作させてワーク１から離れる位置まで移動させてもよい。
【００３２】
一方、上記外周面用研磨部材１４ａは、図３に示すように、上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂと実質的に同じ構成の作業面４２、すなわち、研磨用の凹溝が形成されていない表面を持った凹形円弧状の作業面４２を有するものである。外周面用研磨部材１４ａは、２つの上側エッジ用研磨部材１３ａの間でこれらとはほぼ９０度異なった位置に、軸線をワーク１の軸線Ｌと平行に向けて配設され、作業面４２がワーク１の外周面３に線接触するように直角に当接してこれを研磨する。
【００３３】
上記外周面用研磨部材１４ａにおける作業面４２の円弧の長さは、ワーク１の円周の長さの１／４か又はそれ以下であることが望ましく、また、作業面４２の円弧の曲率はワーク１の円周の曲率と同じであることが望ましいが、それよりやや小さくてもよい。
【００３４】
上記外周面用研磨部材１４ａには、各研磨部材をそれぞれの軸線と平行に移動させるための移動機構４３と、上記軸線と直角方向に移動自在なるように支持するリニアガイド機構４４と、各研磨部材をワーク１に当接する方向に付勢することによって研磨荷重を加える荷重手段４５とが付設されている。
【００３５】
このうち上記移動機構４３は、外周面用研磨部材１４ａの軸線と平行に延びるボールねじ４７と、このボールねじ４７を回転させるモーター４８と、これらのボールねじ４７及びモーター４８を支持する可動テーブル４９と、上記ボールねじ４７にねじ結合されて該ボールねじ４７の回転により前後進するナット部材５０と、このナット部材５０に連結されて一緒に移動する支持部材５１と、この支持部材５１の移動を案内する摺動機構５２とを有していて、上記支持部材５１に外周面用研磨部材１４ａがホルダー５３を介して取り付けられている。
【００３６】
上記摺動機構５２は、可動テーブル４９上にボールねじ４７と平行に設けられたレール５２ａと、支持部材５１に取り付けられてレール５２ａ上を摺動するスライダー５２ｂとで構成されている。
【００３７】
上記リニアガイド機構４４は、機体１１上に設けられて上記外周面用研磨部材１４ａの軸線と直角方向に延びるレール４４ａと、上記可動テーブル４９に取り付けられて上記レール４４ａ上を移動自在のスライダー４４ｂとを有している。
【００３８】
上記荷重手段４５は、エアシリンダー５４により構成されていて、エアシリンダー５４が上記機体１１に取り付けられると共に、ピストンロツド５４ａが上記可動テーブル４９に連結され、空気圧によって外周面用研磨部材１４ａとワーク１との間に所要の研磨荷重を作用させるようになっている。
【００３９】
研磨装置１０Ａは次のように動作する。ワーク１をチャックテーブル１６上に不図示の搬送装置が搬送するに当たり、各研磨部材（２つの上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂ及び外周面用研磨部材１４ａ）は、各移動機構２６、摺動機構５２、リニアガイド機構２７、荷重手段４５を動作させてチャックテーブル１６から離間する方向に退避している。チャックテーブル１６の回転は停止している。搬送装置が中心を合わせるようにしてワーク１をチャックテーブル１６上に置くと、チャックテーブル１６は置かれたワーク１を真空吸着して把持する。
【００４０】
不図示スラリー供給装置からワーク１の上面にスラリーを供給するとともに、モーター２０が作動しワーク１が回転を開始する。退避していた各研磨部材がワーク１に接触する位置まで移動するように、各移動機構２６、摺動機構５２、リニアガイド機構２７、荷重手段４５が動作する。各研磨部材がワーク１と接触すると、エアシリンダー４０、５４のエアー圧力を調整、変更して（あるいはそのままの圧力で）、研磨圧として加え続ける。同時に、モーター３３、４８のスピードを、ワーク１に対する各研磨部材の接触位置を刻々と変えるように変速する。モーターの回転に伴って各研磨部材に対する接触位置が移動するので、各研磨部材の端に来たとき折り返すように回転方向を逆転させる。この動作によって、各研磨部材は一定のストロークで往復運動するので、各研磨部材の偏った摩耗が防止される。
【００４１】
研磨終了後、各研磨部材をワーク１から離間させ、搬送装置によって新しいワークに交換して、上述の動作を繰り返す。基本的動作は以上の通りである。
【００４２】
上側エッジ２ａは２つの上側エッジ用研磨部材１３ａによって研磨されるため、上側エッジ２ａの膜Ｒが厚くても、外周面３及び下側エッジ２ｂとほとんど同時に研磨が終了し、その分研磨時間が短縮できて作業能率を向上させることができる。
【００４３】
２つの上側エッジ用研磨部材１３ａはともにワーク１の上側にあって、互いに対向する位置にあるため、条件によっては、大きなストロークが必要となり、２つの上側エッジ用研磨部材１３ａ同士が干渉する。この干渉の発生を避けるため、上側エッジ用研磨部材１３ａの往復運動の位相を相互にずらすことができる。
【００４４】
つまり、図６に示すように、一方の上側エッジ用研磨部材１３ａが上昇するとき、他方の上側エッジ用研磨部材１３ａが下降するようにモーター３３を制御する。これにより、２つの上側エッジ用研磨部材１３ａが同時に上昇端に存在することがないため、相互の干渉が生じない。また逆に、このような制御方法を採用することにより、同じストロークの場合には、ストローク上昇端の空間を２つの上側エッジ用研磨部材１３ａで共用することができるので、研磨装置１０Ａの全体構造（特に図２における左右の幅）を小さくすることができるというメリットがある。
【００４５】
実施例２
図４は、図１のＡ−Ａ断面であって、実施例２の研磨装置１０Ｂについて示した断面図である。図５は、図１のＢ−Ｂ断面であって、実施例２の研磨装置１０Ｂについて示した断面図である。この研磨装置１０Ｂが上記第１実施例の研磨装置１０Ａと異なる点は、それぞれの研磨系における荷重手段２８、４５がウエートで構成されている点である。
【００４６】
即ち、図４に示すエッジ用研磨系における荷重手段２８の場合は、上側エッジ用研磨部材１３ａを支持するホルダー３９に紐５７の一端が連結され、この紐５７の他端は、リニアガイド機構２７のレール２７ａと平行に斜め下方に向けて延びたあと、ブラケット３０に取り付けられたプーリー５８に巻き掛けられて鉛直に向きを変え、その下端に重量調節自在なるようにウエート５９が吊り下げられている。
【００４７】
このウエート５９の重力で上側エッジ用研磨部材１３ａが上記レール２７ａに沿って斜め下向きに付勢されることにより、研磨荷重が設定されるようになっている。
【００４８】
一方、下側エッジ用研磨部材１３ｂにおいては、ホルダー３９に一端を連結された紐５７が、リニアガイド機構２７のレール２７ａと平行に斜め上方に向けて導かれたあと、ブラケット６１で機体１１上に支持されたプーリー５８に巻き掛けられて下方に向きを変え、その下端にウエート５９が吊り下げられている。このウエート５９の重力で上記下側エッジ用研磨部材１３ｂが斜め上向きに付勢されることにより、所要の研磨荷重が付与されるようになっている。
【００４９】
また、外周面用研磨系の荷重手段４５においては、図５に示すように、可動テーブル４９の端面に紐５７の一端が連結され、該紐５７の他端は、一旦チャック手段１２側に向けて水平に延びたあと機体１１上のプーリー５８に巻き掛けられて下向きに方向を変え、その下端にウエート５９が吊り下げられている。このウエート５９の重力で可動テーブル４９がワーク１側に向けて付勢されることにより、所要の研磨荷重が付与されるようになっている。
【００５０】
なお、このように荷重手段２８、４５をウエート５９で構成する場合、非研磨時に上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂ及び外周面用研磨部材１４ａをワーク１から離間した位置に保持できるように、上記ホルダー３９及び可動テーブル４９を一定距離後退させ、停止させておくための機構を付設することが自動化する上で必要である。
【００５１】
２つの上側エッジ用研磨部材１３ａの往復運動の位相を相互にずらすことによって、相互の干渉を防止し、研磨装置１０Ｂの全体構造を小さくすることができる点は実施例１と同様である。
【００５２】
第２実施例の上記以外の構成及び作用については実質的に第１実施例と同じであるため、主要な同一構成部分に第１実施例と同じ符号を付してその説明は省略する。
【００５３】
上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂの作業面２２に貼着した研磨パッド２３として、程良い厚さと柔軟性とを持った研磨部材を使用することにより、外周面３の一部の研磨をこれらの研磨部材に分担させるようにすることも可能である。上側エッジ２ａ、下側エッジ２ｂ及び外周面３における膜の厚さｔあるいは各研磨部材の接触線長さなどの状況に応じて、使い分けることができる。
【００５４】
各研磨部材の作業面に貼着する研磨パッド２３は、それを基材に直接貼着した１層構造とするだけでなく、合成ゴムやスポンジ等からなる弾性シート層を含む２層構造とすることも可能である。また、上記各研磨部材の作業面の断面形状は円弧状に限定されるものではなく、円弧から外れた、例えば楕円の一部のような、凹曲面形状を持つ弧状の断面形状であってもよい。
【００５５】
実施例の研磨装置では、ワーク１を水平にチャックして鉛直な軸線Ｌの回りで回転させるようにしているが、回転軸線を水平とすること、あるいは更に別の方向とすることも可能である。
【００５６】
以上２つの実施例で示した研磨装置では、上側エッジと下側エッジ及び外周面をほぼ同時に研磨完了させることができ、更に、上側エッジ用研磨部材の相互干渉が防止できるので、研磨装置の設置面積を少なくコンパクトにすることが可能である。
【００５７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、弧状の作業面を有する研磨部材を使用し、この研磨部材をデバイスウェハであるワークの軸線に対して傾斜させることによりその作業面をワークの外周エッジに接触させ、その状態でこの外周エッジを研磨するようにしたので、研磨部材をエッジに所要の力で確実に押し付けることができると共に、線接触させることができ、これによってエッジ部を短時間で効率良くしかも確実に研磨することができるという効果を奏する。また、上側エッジと下側エッジ及び外周面をほぼ同時に研磨完了させることができ、更に、上側エッジ用研磨部材の相互干渉が防止できるので、研磨装置の設置面積を少なくし、コンパクト化を可能とするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の概要を説明するためワークと研磨部材との関係を示した上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面であって、実施例１の研磨装置１０Ａについて示した断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面であって、実施例１の研磨装置１０Ａについて示した断面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面であって、実施例２の研磨装置１０Ｂについて示した断面図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ断面であって、実施例２の研磨装置１０Ｂについて示した断面図である。
【図６】２つの上側エッジ用研磨部材１３ａの往復運動について示した説明図である。
【図７】ウェハとその部分断面図である。
【図８】膜厚ｔの分布の様子を誇張して示すウェハ端部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ ワーク
１０Ａ 研磨装置
１０Ｂ 研磨装置
１１ 機体
１２ チャック手段
１３ａ 上側エッジ用研磨部材
１３ｂ 下側エッジ用研磨部材
１４ａ 外周面用研磨部材
１６ チャックテーブル
１７ 支軸
１８ 接続ポート
１９ 軸受部材
２０ モーター
２２ 作業面
２３ 研磨パッド
２６ 移動機構
２７ リニアガイド機構
２７ａ レール
２７ｂ スライダー
２８ 荷重手段
２ａ 上側エッジ
２ｂ 下側エッジ
３ 外周面
３０ ブラケット
３１ ボールねじ
３２ タイミングベルト
３３ モーター
３４ ナット部材
３５ 可動テーブル
３５ａ アーム
３６ 摺動機構
３６ａ レール
３６ｂ スライダー
３９ ホルダー
４０ エアシリンダー
４０ａ ピストンロツド
４２ 作業面
４３ 移動機構
４４ リニアガイド機構
４４ａ レール
４４ｂ スライダー
４５ 荷重手段
４７ ボールねじ
４８ モーター
４９ 可動テーブル
５０ ナット部材
５１ 支持部材
５２ 摺動機構
５２ａ レール
５２ｂ スライダー
５３ ホルダー
５４ エアシリンダー
５４ａ ピストンロツド
５７ 紐
５８ プーリー
５９ ウエート
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハなどの円板形ワークの外周を研磨するためのデバイスウェハのエッジ研磨装置及び同研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハは円板形をしており、表裏の平面、円筒をなす外周面、外周面を挟んで表裏には通称エッジと呼ばれる傾斜面が形成されている。半導体の製造にあたっては、ウェハの表面に形成されたレジスト膜あるいは金属膜等の膜を除去する工程が繰り返される。上記膜は、配線パターン面だけでなく、パターンの外側になる外周面及び表裏のエッジ面も含んでウェハ全体にわたって形成される。パターン外側に形成された膜は、それ自体半導体デバイスを形成するものではないが、各工程において剥離、発塵し歩留まりの低下を招くことから事前に除去される。
【０００３】
発明者は、先に特願２０００−３３９３０５に示されるような表裏のエッジと外周面（以下、単にエッジ部という）を同時に研磨することのできる研磨装置を開発した。この研磨装置は、表側エッジを研磨するための表側エッジ用研磨部材と裏側エッジを研磨するための裏側エッジ用研磨部材とを対として備えており、さらに、外周面を研磨するための一対の外周面用研磨部材を備えている。
【０００４】
ベアウェハ、つまり、パターン、金属膜あるいはレジスト膜が全く形成されていない原材料としての半導体ウェハ、のエッジは表裏とも同一条件であるため、上記研磨装置は、ベアウェハのエッジ部を研磨するのに適している。ところが、図７に示すようなデバイスウェハ、つまり、これらの膜Ｒが形成されたウェハでは、膜形成方法に起因して、パターン面のみならずその外側にも膜Ｒが形成される。そして、この膜Ｒの厚さｔが、外側の領域ｎにわたって表側エッジ２ａと裏側エッジ２ｂ、及び外周面３で異なったものとなっている。図８は、この膜厚ｔの分布の様子を誇張して示すウェハ端部の拡大断面図である。なお、パターンが形成される表側は図７、図８の中及び以下の説明のための図中では上側として示す。
【０００５】
上記領域ｎの膜は、上述の理由から除去しなければならないが、上記従来の研磨装置をこの膜を研磨するために使用した場合、下側のエッジが研磨完了したときでも、上側の膜厚が厚いため上側のエッジの研磨が未だ完了していない状態である。そのためエッジ部の膜を完全に研磨・除去するように厚い表側エッジの膜厚に合わせて研磨するための時間が必要となり、結果的に効率が悪いという問題があった。更に、半導体ウェハのシリコンと金属膜あるいはレジスト膜とを比較したとき、一般的にシリコンの方がこの膜よりも研磨されやすいという傾向があることの影響も加わり、上記研磨装置を使用した場合、下側エッジは、シリコン部までが過剰に研磨されてしまうという現象が起こっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上側エッジと下側エッジ及び外周面をほぼ同時に研磨完了させることが可能であり、特にデバイスウェハのエッジを研磨するための研磨装置を提供することを課題とするものである。更に、この改善に当たり、研磨部材が相互に干渉することなく、したがってその分だけ設置面積を少なくすることができるデバイスウェハのエッジ研磨装置を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材とを備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されており、上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されており、上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されており、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置である。
【０００８】
第２番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材とを備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されているとともに、上記ワークの上側エッジの傾斜に沿って移動が可能であり、上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記ワークの下側エッジの傾斜に沿って移動が可能であり、上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記チャック手段の軸線に沿って移動が可能であり、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置である。
【０００９】
第３番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材とを備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されているとともに、上記ワークの上側エッジの傾斜に沿って往復運動可能であり、上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記ワークの下側エッジの傾斜に沿って往復運動可能であり、上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記チャック手段の軸線に沿って往復運動が可能であり、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置である。
【００１０】
第４番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材とを備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されているとともに、上記ワークの上側エッジの傾斜に沿って相互に位相がずれた往復運動が可能であり、上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記ワークの下側エッジの傾斜に沿って往復運動が可能であり、
上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記チャック手段の軸線に沿って往復運動が可能であり、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置である。
【００１１】
第５番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した上側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した下側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの外周面に接触させるとともに、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与することを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨方法である。
【００１２】
第６番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した上側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した下側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの外周面に接触させ、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するとともに、上記上側エッジ用研磨部材、上記下側エッジ用研磨部材及び上記外周面用研磨部材には、上記ワークの上側エッジの傾斜、上記ワークの下側エッジの傾斜、及び上記ワークの軸線にそれぞれ沿った往復運動をさせることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨方法である。
【００１３】
第７番目の発明の解決手段は、円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した上側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した下側エッジに接触させ、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの外周面に接触させ、上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与し、上記一対の上側エッジ用研磨部材のそれぞれには、上記ワークの上側エッジの傾斜にそれぞれ沿った互いに位相のずれた往復運動をさせるとともに、上記下側エッジ用研磨部材及び上記外周面用研磨部材には、上記ワークの下側エッジの傾斜、及び上記ワークの軸線にそれぞれ沿った往復運動をさせることを特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るデバイスウェハのエッジ研磨装置の好ましい幾つかの実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明実施例の概要を説明するためワークと研磨部材との関係を示した上面図である。ここで、単にワークとあるのはデバイスウェハのことを示している。
【００１５】
実施例１
図２は、図１のＡ−Ａ断面であって、実施例１の研磨装置１０Ａについて示した断面図である。図３は図１のＢ−Ｂ断面であって、実施例１の研磨装置１０Ａについて示した断面図である。
【００１６】
図１に示すように、実施例の研磨装置１０Ａは、互いにワーク１を挟んで対向する一対の上側エッジ用研磨部材１３ａ、これら上側エッジ用研磨部材１３ａの間にワークに向き合うように配置された下側エッジ用研磨部材１３ｂ及び外周面用研磨部材１４ａを備えており、更に、ワーク１をチャックして軸線Ｌの回りに回転させるためのチャック手段１２を備えている。
【００１７】
上側エッジ用研磨部材１３ａはワーク１の上側エッジ２ａ上の膜Ｒを、下側エッジ用研磨部材１３ｂは下側エッジ２ｂ上の膜Ｒを、更に、外周面用研磨部材１４ａは外周面３（図７）上の膜Ｒを、それぞれ研磨するためのものである。
【００１８】
なお、本発明において「円板形のワーク」とは、完全に円形をしたものだけでなく、外周の一部にオリエンテーションフラットのような直線部やノッチ等を有する実質的に円板形をしたものがその範疇に含まれる。ただし、これらオリエンテーションフラット面やノッチ面の研磨は、本発明の研磨装置において行われるものではなく、別の工程あるいは研磨ステーションで行われる。また、上側エッジ２ａあるいは下側エッジ２ｂは断面輪郭で見たとき完全に平らでなくてもよく、凸形に湾曲した曲面であっても良い。
【００１９】
上記チャック手段１２は、図２に示すように、ワーク１よりやや小径の円盤形をなすチャックテーブル１６を有し、このチャックテーブル１６上に上記ワーク１を、真空吸着によって外周が該チャックテーブル１６から側方に突出した状態で水平に保持し得るようになっている。この保持機能のため、上記チャックテーブル１６の上面には複数の吸着孔が開口し、この吸着孔が支軸１７内の流路から接続ポート１８を経て図示しない真空ポンプに接続されている。また、上記支軸１７は、機体１１上に軸受部材１９によって鉛直な上記軸線Ｌの回りに回転自在なるように支持され、モーター２０により所要の速度で正逆所要の方向に駆動回転されるようになっている。
【００２０】
なお、上記チャックテーブル１６上へワーク１をチャックする手段は、上述したような真空吸着に限らず、静電気による付着力を利用する静電チャックや、その他の適宜方法を用いることができる。
【００２１】
上記上側エッジ用研磨部材１３ａ及び下側エッジ用研磨部材１３ｂは、金属や合成樹脂又はセラミック等からなる硬質の基材に円弧状の窪みを形成し、この窪みの内面に柔軟性のある研磨パッド２３を貼着することにより、ワーク１に線接触する凹形円弧状の作業面２２を形成したものである。この作業面２２は、研磨用の凹溝が円弧に沿って設けられワークが嵌合するような構造の表面とはしないが、複数のスラリー溝を研磨部材の軸線と平行や斜めなどの方向に設けることによって研磨材スラリーの流れを良くすることまでも排除するものではない。
【００２２】
既に述べたとおり、実質的に同じ構成を有する２つの上側エッジ用研磨部材１３ａが、上記チャック手段１２に保持されたワーク１の直径方向両側の相対向する位置に配置されるとともに、それぞれの軸線をワーク１の軸線Ｌに対して傾斜させることにより、それぞれの上側エッジ用研磨部材１３ａの作業面２２がワーク１の上側エッジ２ａに全幅にわたり接触するように配設されている。研磨時には上側エッジ用研磨部材１３ａの作業面２２が上側エッジ２ａに線接触した状態で該上側エッジ２ａを研磨する。
【００２３】
下側エッジ用研磨部材１３ｂは、２つの上側エッジ用研磨部材１３ａの間に配設され、上側エッジ用研磨部材１３ａと実質的に同様な態様で、下側エッジ２ｂを研磨する。
【００２４】
上記上側エッジ用研磨部材１３ａ及び下側エッジ用研磨部材１３ｂの各作業面２２の円弧の長さは、ワーク１の円周の長さの１／４か又はそれ以下であることが望ましく、また、上記作業面２２の円弧の曲率は、ワーク１の円周の曲率と同じか又はそれよりやや小さく形成されている。
【００２５】
上記研磨装置１０Ａは、上記上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂをそれぞれの軸線と平行に、つまり、上側エッジ２ａ、下側エッジ２ｂの傾斜にほぼ沿った方向に、移動させるためのそれぞれの移動機構２６と、上記軸線と直角方向、換言すればワークの上側エッジ２ａ、下側エッジ２ｂに接離する方向に移動自在なるように支持するためのそれぞれのリニアガイド機構２７と、各上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂを上側エッジ２ａあるいは下側エッジ２ｂに当接する方向に付勢することによって研磨荷重を加えるためのそれぞれの荷重手段２８とを有している。
【００２６】
各移動機構２６は、研磨作業の開始時や終了時等に上側エッジ用研磨部材１３ａあるいは下側エッジ用研磨部材１３ｂを移動させてワーク１に当接又は離間させたり、研磨時のワーク１に対する各研磨部材の接触位置を変更したりするためのものである。このため移動機構２６は、機体１１に設けられたブラケット３０上に上記研磨部材の軸線と平行に設けられたボールねじ３１と、このボールねじ３１をタイミングベルト３２を介して回転させるモーター３３と、上記ボールねじ３１にねじ結合されて該ボールねじ３１の回転により前後進するナット部材３４と、このナット部材３４にアーム３５ａで連結されて一緒に移動する可動テーブル３５と、この可動テーブル３５を移動自在に支持する摺動機構３６とを有している。
【００２７】
そして上記可動テーブル３５上に上記上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂが、上記リニアガイド機構２７を介して支持されている。上記摺動機構３６は、ブラケット３０上に上記ボールねじ３１と平行に設けられたレール３６ａと、上記可動テーブル３５に取り付けられて該レール３６ａ上を摺動するスライダー３６ｂとで構成されている。
【００２８】
また、上記リニアガイド機構２７は、上記上側エッジ用研磨部材１３ａあるいは下側エッジ用研磨部材１３ｂを保持するホルダー３９に設けられて各研磨部材の軸線と直角方向に延びるレール２７ａと、上記可動テーブル３５に取り付けられて上記レール２７ａ上を移動自在のスライダー２７ｂとを有している。これらのレール２７ａ及びスライダー２７ｂは、上述した場合とは逆に、レール２７ａを可動テーブル３５に設け、スライダー２７ｂをホルダー３９に設けることも可能である。
【００２９】
更に、上記荷重手段２８は、エアシリンダー４０により構成されていて、このエアシリンダー４０が上記可動テーブル３５に取り付けられ、ピストンロツド４０ａが上記上側エッジ用研磨部材１３ａあるいは下側エッジ用研磨部材１３ｂ側に連結されている。そして、このエアシリンダー４０に圧力調整された圧縮空気を供給又は排出してピストンロツド４０ａを伸長又は短縮させ、各研磨部材をワーク１に押し付けることにより、調圧された空気圧によって各研磨部材とワーク１との間に所要の研磨荷重を作用させるように構成されている。
【００３０】
上記上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂは、図２において、それぞれ移動機構２６におけるボールねじ３１を回転させてそれぞれの軸線に沿って右方向又は左方向に移動させることにより、研磨中あるいは研磨開始時に、ワーク１が接触する作業面２２上の位置を適宜変更することができる。この場合、荷重手段２８においては、各研磨部材の移動に応じてエアシリンダー４０が制御され、所要の研磨荷重が得られるようにピストンロツド４０ａの伸縮長さが調整される。
【００３１】
また、研磨作業の開始時や終了時等には、上側エッジ用研磨部材１３ａを右方向（図２において）に、下側エッジ用研磨部材１３ｂを左方向（図２において）に移動させることにより、これらの研磨部材をワーク１から離間させてチャック手段１２に対する該ワーク１の供給及び取り出しを行うことができる。この場合、下側エッジ２ｂに当接する下側エッジ用研磨部材１３ｂはそのままの位置に保持するか、あるいは荷重手段２８のピストンロツド４０ａを短縮させて下側エッジ２ｂから離間させた状態にし、上側エッジ２ａに当接する上側エッジ用研磨部材１３ａだけを上記移動機構２６を動作させてワーク１から離れる位置まで移動させてもよい。
【００３２】
一方、上記外周面用研磨部材１４ａは、図３に示すように、上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂと実質的に同じ構成の作業面４２、すなわち、研磨用の凹溝が形成されていない表面を持った凹形円弧状の作業面４２を有するものである。外周面用研磨部材１４ａは、２つの上側エッジ用研磨部材１３ａの間でこれらとはほぼ９０度異なった位置に、軸線をワーク１の軸線Ｌと平行に向けて配設され、作業面４２がワーク１の外周面３に線接触するように直角に当接してこれを研磨する。
【００３３】
上記外周面用研磨部材１４ａにおける作業面４２の円弧の長さは、ワーク１の円周の長さの１／４か又はそれ以下であることが望ましく、また、作業面４２の円弧の曲率はワーク１の円周の曲率と同じであることが望ましいが、それよりやや小さくてもよい。
【００３４】
上記外周面用研磨部材１４ａには、各研磨部材をそれぞれの軸線と平行に移動させるための移動機構４３と、上記軸線と直角方向に移動自在なるように支持するリニアガイド機構４４と、各研磨部材をワーク１に当接する方向に付勢することによって研磨荷重を加える荷重手段４５とが付設されている。
【００３５】
このうち上記移動機構４３は、外周面用研磨部材１４ａの軸線と平行に延びるボールねじ４７と、このボールねじ４７を回転させるモーター４８と、これらのボールねじ４７及びモーター４８を支持する可動テーブル４９と、上記ボールねじ４７にねじ結合されて該ボールねじ４７の回転により前後進するナット部材５０と、このナット部材５０に連結されて一緒に移動する支持部材５１と、この支持部材５１の移動を案内する摺動機構５２とを有していて、上記支持部材５１に外周面用研磨部材１４ａがホルダー５３を介して取り付けられている。
【００３６】
上記摺動機構５２は、可動テーブル４９上にボールねじ４７と平行に設けられたレール５２ａと、支持部材５１に取り付けられてレール５２ａ上を摺動するスライダー５２ｂとで構成されている。
【００３７】
上記リニアガイド機構４４は、機体１１上に設けられて上記外周面用研磨部材１４ａの軸線と直角方向に延びるレール４４ａと、上記可動テーブル４９に取り付けられて上記レール４４ａ上を移動自在のスライダー４４ｂとを有している。
【００３８】
上記荷重手段４５は、エアシリンダー５４により構成されていて、エアシリンダー５４が上記機体１１に取り付けられると共に、ピストンロツド５４ａが上記可動テーブル４９に連結され、空気圧によって外周面用研磨部材１４ａとワーク１との間に所要の研磨荷重を作用させるようになっている。
【００３９】
研磨装置１０Ａは次のように動作する。ワーク１をチャックテーブル１６上に不図示の搬送装置が搬送するに当たり、各研磨部材（２つの上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂ及び外周面用研磨部材１４ａ）は、各移動機構２６、摺動機構５２、リニアガイド機構２７、荷重手段４５を動作させてチャックテーブル１６から離間する方向に退避している。チャックテーブル１６の回転は停止している。搬送装置が中心を合わせるようにしてワーク１をチャックテーブル１６上に置くと、チャックテーブル１６は置かれたワーク１を真空吸着して把持する。
【００４０】
不図示スラリー供給装置からワーク１の上面にスラリーを供給するとともに、モーター２０が作動しワーク１が回転を開始する。退避していた各研磨部材がワーク１に接触する位置まで移動するように、各移動機構２６、摺動機構５２、リニアガイド機構２７、荷重手段４５が動作する。各研磨部材がワーク１と接触すると、エアシリンダー４０、５４のエアー圧力を調整、変更して（あるいはそのままの圧力で）、研磨圧として加え続ける。同時に、モーター３３、４８のスピードを、ワーク１に対する各研磨部材の接触位置を刻々と変えるように変速する。モーターの回転に伴って各研磨部材に対する接触位置が移動するので、各研磨部材の端に来たとき折り返すように回転方向を逆転させる。この動作によって、各研磨部材は一定のストロークで往復運動するので、各研磨部材の偏った摩耗が防止される。
【００４１】
研磨終了後、各研磨部材をワーク１から離間させ、搬送装置によって新しいワークに交換して、上述の動作を繰り返す。基本的動作は以上の通りである。
【００４２】
上側エッジ２ａは２つの上側エッジ用研磨部材１３ａによって研磨されるため、上側エッジ２ａの膜Ｒが厚くても、外周面３及び下側エッジ２ｂとほとんど同時に研磨が終了し、その分研磨時間が短縮できて作業能率を向上させることができる。
【００４３】
２つの上側エッジ用研磨部材１３ａはともにワーク１の上側にあって、互いに対向する位置にあるため、条件によっては、大きなストロークが必要となり、２つの上側エッジ用研磨部材１３ａ同士が干渉する。この干渉の発生を避けるため、上側エッジ用研磨部材１３ａの往復運動の位相を相互にずらすことができる。
【００４４】
つまり、図６に示すように、一方の上側エッジ用研磨部材１３ａが上昇するとき、他方の上側エッジ用研磨部材１３ａが下降するようにモーター３３を制御する。これにより、２つの上側エッジ用研磨部材１３ａが同時に上昇端に存在することがないため、相互の干渉が生じない。また逆に、このような制御方法を採用することにより、同じストロークの場合には、ストローク上昇端の空間を２つの上側エッジ用研磨部材１３ａで共用することができるので、研磨装置１０Ａの全体構造（特に図２における左右の幅）を小さくすることができるというメリットがある。
【００４５】
実施例２
図４は、図１のＡ−Ａ断面であって、実施例２の研磨装置１０Ｂについて示した断面図である。図５は、図１のＢ−Ｂ断面であって、実施例２の研磨装置１０Ｂについて示した断面図である。この研磨装置１０Ｂが上記第１実施例の研磨装置１０Ａと異なる点は、それぞれの研磨系における荷重手段２８、４５がウエートで構成されている点である。
【００４６】
即ち、図４に示すエッジ用研磨系における荷重手段２８の場合は、上側エッジ用研磨部材１３ａを支持するホルダー３９に紐５７の一端が連結され、この紐５７の他端は、リニアガイド機構２７のレール２７ａと平行に斜め下方に向けて延びたあと、ブラケット３０に取り付けられたプーリー５８に巻き掛けられて鉛直に向きを変え、その下端に重量調節自在なるようにウエート５９が吊り下げられている。
【００４７】
このウエート５９の重力で上側エッジ用研磨部材１３ａが上記レール２７ａに沿って斜め下向きに付勢されることにより、研磨荷重が設定されるようになっている。
【００４８】
一方、下側エッジ用研磨部材１３ｂにおいては、ホルダー３９に一端を連結された紐５７が、リニアガイド機構２７のレール２７ａと平行に斜め上方に向けて導かれたあと、ブラケット６１で機体１１上に支持されたプーリー５８に巻き掛けられて下方に向きを変え、その下端にウエート５９が吊り下げられている。このウエート５９の重力で上記下側エッジ用研磨部材１３ｂが斜め上向きに付勢されることにより、所要の研磨荷重が付与されるようになっている。
【００４９】
また、外周面用研磨系の荷重手段４５においては、図５に示すように、可動テーブル４９の端面に紐５７の一端が連結され、該紐５７の他端は、一旦チャック手段１２側に向けて水平に延びたあと機体１１上のプーリー５８に巻き掛けられて下向きに方向を変え、その下端にウエート５９が吊り下げられている。このウエート５９の重力で可動テーブル４９がワーク１側に向けて付勢されることにより、所要の研磨荷重が付与されるようになっている。
【００５０】
なお、このように荷重手段２８、４５をウエート５９で構成する場合、非研磨時に上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂ及び外周面用研磨部材１４ａをワーク１から離間した位置に保持できるように、上記ホルダー３９及び可動テーブル４９を一定距離後退させ、停止させておくための機構を付設することが自動化する上で必要である。
【００５１】
２つの上側エッジ用研磨部材１３ａの往復運動の位相を相互にずらすことによって、相互の干渉を防止し、研磨装置１０Ｂの全体構造を小さくすることができる点は実施例１と同様である。
【００５２】
第２実施例の上記以外の構成及び作用については実質的に第１実施例と同じであるため、主要な同一構成部分に第１実施例と同じ符号を付してその説明は省略する。
【００５３】
上側エッジ用研磨部材１３ａ、下側エッジ用研磨部材１３ｂの作業面２２に貼着した研磨パッド２３として、程良い厚さと柔軟性とを持った研磨部材を使用することにより、外周面３の一部の研磨をこれらの研磨部材に分担させるようにすることも可能である。上側エッジ２ａ、下側エッジ２ｂ及び外周面３における膜の厚さｔあるいは各研磨部材の接触線長さなどの状況に応じて、使い分けることができる。
【００５４】
各研磨部材の作業面に貼着する研磨パッド２３は、それを基材に直接貼着した１層構造とするだけでなく、合成ゴムやスポンジ等からなる弾性シート層を含む２層構造とすることも可能である。また、上記各研磨部材の作業面の断面形状は円弧状に限定されるものではなく、円弧から外れた、例えば楕円の一部のような、凹曲面形状を持つ弧状の断面形状であってもよい。
【００５５】
実施例の研磨装置では、ワーク１を水平にチャックして鉛直な軸線Ｌの回りで回転させるようにしているが、回転軸線を水平とすること、あるいは更に別の方向とすることも可能である。
【００５６】
以上２つの実施例で示した研磨装置では、上側エッジと下側エッジ及び外周面をほぼ同時に研磨完了させることができ、更に、上側エッジ用研磨部材の相互干渉が防止できるので、研磨装置の設置面積を少なくコンパクトにすることが可能である。
【００５７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、弧状の作業面を有する研磨部材を使用し、この研磨部材をデバイスウェハであるワークの軸線に対して傾斜させることによりその作業面をワークの外周エッジに接触させ、その状態でこの外周エッジを研磨するようにしたので、研磨部材をエッジに所要の力で確実に押し付けることができると共に、線接触させることができ、これによってエッジ部を短時間で効率良くしかも確実に研磨することができるという効果を奏する。また、上側エッジと下側エッジ及び外周面をほぼ同時に研磨完了させることができ、更に、上側エッジ用研磨部材の相互干渉が防止できるので、研磨装置の設置面積を少なくし、コンパクト化を可能とするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の概要を説明するためワークと研磨部材との関係を示した上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面であって、実施例１の研磨装置１０Ａについて示した断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面であって、実施例１の研磨装置１０Ａについて示した断面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面であって、実施例２の研磨装置１０Ｂについて示した断面図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ断面であって、実施例２の研磨装置１０Ｂについて示した断面図である。
【図６】２つの上側エッジ用研磨部材１３ａの往復運動について示した説明図である。
【図７】ウェハとその部分断面図である。
【図８】膜厚ｔの分布の様子を誇張して示すウェハ端部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ ワーク
１０Ａ 研磨装置
１０Ｂ 研磨装置
１１ 機体
１２ チャック手段
１３ａ 上側エッジ用研磨部材
１３ｂ 下側エッジ用研磨部材
１４ａ 外周面用研磨部材
１６ チャックテーブル
１７ 支軸
１８ 接続ポート
１９ 軸受部材
２０ モーター
２２ 作業面
２３ 研磨パッド
２６ 移動機構
２７ リニアガイド機構
２７ａ レール
２７ｂ スライダー
２８ 荷重手段
２ａ 上側エッジ
２ｂ 下側エッジ
３ 外周面
３０ ブラケット
３１ ボールねじ
３２ タイミングベルト
３３ モーター
３４ ナット部材
３５ 可動テーブル
３５ａ アーム
３６ 摺動機構
３６ａ レール
３６ｂ スライダー
３９ ホルダー
４０ エアシリンダー
４０ａ ピストンロツド
４２ 作業面
４３ 移動機構
４４ リニアガイド機構
４４ａ レール
４４ｂ スライダー
４５ 荷重手段
４７ ボールねじ
４８ モーター
４９ 可動テーブル
５０ ナット部材
５１ 支持部材
５２ 摺動機構
５２ａ レール
５２ｂ スライダー
５３ ホルダー
５４ エアシリンダー
５４ａ ピストンロツド
５７ 紐
５８ プーリー
５９ ウエート
Claims (7)
- 円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、
上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、
上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、
上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と
を備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、
上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されており、
上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されており、
上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されており、
上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていること
を特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置。 - 円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、
上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、
上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、
上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と
を備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、
上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されているとともに、上記ワークの上側エッジの傾斜に沿って移動が可能であり、
上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記ワークの下側エッジの傾斜に沿って移動が可能であり、
上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記チャック手段の軸線に沿って移動が可能であり、
上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていること
を特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置。 - 円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、
上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、
上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、
上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と
を備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、
上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されているとともに、上記ワークの上側エッジの傾斜に沿って往復運動可能であり、
上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記ワークの下側エッジの傾斜に沿って往復運動可能であり、
上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記チャック手段の軸線に沿って往復運動が可能であり、
上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていること
を特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置。 - 円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させるためのチャック手段と、
上記ワークの傾斜した上側エッジを研磨するために、この上側エッジに接触する弧状の作業面を有する一対の上側エッジ用研磨部材と、
上記ワークの傾斜した下側エッジを研磨するために、この下側エッジに接触する弧状の作業面を有する下側エッジ用研磨部材と、
上記ワークの外周面を研磨するための弧状の作業面を有する外周面用研磨部材と
を備えたデバイスウェハのエッジ研磨装置において、
上記一対の上側エッジ用研磨部材は、上記チャック手段を挟んで対向位置に配置されているとともに、上記ワークの上側エッジの傾斜に沿って相互に位相がずれた往復運動が可能であり、
上記下側エッジ用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記ワークの下側エッジの傾斜に沿って往復運動が可能であり、
上記外周面用研磨部材は、上記一対の上側エッジ用研磨部材の間であって、上記チャック手段に向かうように配置されているとともに、上記チャック手段の軸線に沿って往復運動が可能であり、
上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するための荷重手段が備えられていること
を特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨装置。 - 円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、
ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した上側エッジに接触させ、
上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した下側エッジに接触させ、
上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの外周面に接触させるとともに、
上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与すること
を特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨方法。 - 円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、
ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した上側エッジに接触させ、
上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した下側エッジに接触させ、
上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの外周面に接触させ、
上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与するとともに、
上記上側エッジ用研磨部材、上記下側エッジ用研磨部材及び上記外周面用研磨部材には、上記ワークの上側エッジの傾斜、上記ワークの下側エッジの傾斜、及び上記ワークの軸線にそれぞれ沿った往復運動をさせること
を特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨方法。 - 円板形ワークをチャックして軸線の回りに回転させながら、
ワークを挟んで互いに対向する一対の上側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した上側エッジに接触させ、
上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、下側エッジ用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの傾斜した下側エッジに接触させ、
上記一対の上側エッジ用研磨部材の間で、外周面用研磨部材の弧状の作業面を上記ワークの外周面に接触させ、
上記ワークの上側エッジ、下側エッジ及び円周面に向かう研磨圧を上記それぞれの研磨部材に対して付与し、
上記一対の上側エッジ用研磨部材のそれぞれには、上記ワークの上側エッジの傾斜にそれぞれ沿った互いに位相のずれた往復運動をさせるとともに、
上記下側エッジ用研磨部材及び上記外周面用研磨部材には、上記ワークの下側エッジの傾斜、及び上記ワークの軸線にそれぞれ沿った往復運動をさせること
を特徴とするデバイスウェハのエッジ研磨方法。
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