JP4691667B2 - ウェハ用のチャックと、それを使用するウェハの研磨加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体用のウェハの外周部のオリエンテーション用のノッチなどを研磨加工するときに特に好適に使用することができるウェハ用のチャックと、それを使用するウェハの研磨加工方法に関する。

半導体用のウェハ（以下、単にウェハという）は、Ｖ字状または円弧状のオリエンテーション用のノッチを外周に形成する。なお、このようなノッチは、直線状のオリエンテーションフラットとすることもある。

ウェハにオリエンテーション用のノッチを形成するときは、研磨パッドを所定の軌跡に沿って所定の角度になるようにウェハの外周に接触させるが、このときのウェハは、真空を利用する吸着チャック上に吸着して固定するのが普通である（たとえば特許文献１、２）。すなわち、吸着チャックの上面には、真空源に連通する同心円状、放射状の溝が形成されており、真空源を作動させることにより、ウェハを吸着チャックの上面に吸着させて保持することができる。

一方、オリエンテーション用のノッチは、研削加工後、内部を研磨加工し、ウェハの精密な位置決めを実現する。そこで、研磨加工においても、同様の吸着チャックを使用するのが普通である。
特開平２−１８０５５４号公報 特開２００２−２８８４０号公報

かかる従来技術によるときは、吸着チャックは、真空を利用してウェハを吸着しているから、研磨加工中に発生するスラリ（砥粒を含む液状の研磨剤と、ウェハの粉末状の研磨屑との混合物をいう、以下同じ）がウェハの下面側（吸着面側）に進入すると、ウェハに微細な欠陥を生じるおそれが避けられないという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ウェハの外周部を機械的に保持する保持部材を設けることによって、外周部のオリエンテーション用のノッチなどの研磨加工中に発生するスラリの影響を最少に抑えることができるウェハ用のチャックと、それを使用するウェハの研磨加工方法を提供することにある。

かかる目的を達成するための請求項１の発明の構成は、ウェハの外周を径方向に押圧してウェハを保持する一対の保持部材と、保持部材を駆動する駆動機構とを備えてなり、一方の保持部材は、ウェハの外周部に適合するＶ溝付きのクッション材をそれぞれ装着する左右一対のフィンガの間に隙間を形成し、他方の保持部材は、各Ｖ溝に対向するＶ溝付きのクッション材を有し、隙間内には、ウェハの外周部のオリエンテーション用のノッチの内部を研磨加工する研磨パッドを進入させることをその要旨とする。

なお、各Ｖ溝は、ウェハの外周部の上下の面取部を弾発的に挟持することができる。

また、各Ｖ溝の開口方向には、Ｖ溝より大きな頂角のガイド溝を形成してもよい。

請求項４の発明の構成は、請求項１ないし請求項３のいずれか記載のウェハ用のチャックによってウェハを保持し、チャックの一方の保持部材の隙間内に研磨パッドを進入させ、チャックを介して研磨パッドの軸心に対するウェハの所定の相対運動を実行することにより、隙間内に位置するノッチの内部を研磨加工することをその要旨とする。

かかる発明の構成によるときは、保持部材は、駆動機構を介してウェハの中心に向けて閉じ方向に駆動され、ウェハの外周を径方向に押圧してウェハを機械的に保持することができる。ただし、「閉じ方向」とは、保持部材がウェハの中心に向けて前進する方向をいう。すなわち、このときのウェハは、両面を空中に浮かせるようにして保持されているため、外周部のオリエンテーション用のノッチやオリエンテーションフラットの研磨加工中に発生するスラリが付着しても、水洗などの後工程によって簡単に除去することができ、ウェハに有害な欠陥を生じるおそれがない。なお、保持部材は、駆動機構を介し、ウェハの中心に向けてウェハと平行に駆動することにより、それぞれウェハの両面に平行な同一の押圧力をウェハの厚さ方向の中央に加え、ウェハの局部的な歪みや湾曲を防止することができる。

各保持部材は、クッション材を介してウェハを保持することにより、押圧力を適切に分散してウェハの外周に加え、ウェハに生じる局部的な歪みを最少にすることができる。また、クッション材に形成するＶ溝は、ウェハの外周部を弾発的に挟持し、ウェハを一層安定に保持することができ、Ｖ溝の開口方向に形成するガイド溝は、保持部材をウェハの中心に向けて駆動する際に、ウェハの外周部をＶ溝に正しくガイドして進入させることができる。

なお、この発明に係るチャックは、ウェハを吸着するための吸着盤を必要としないから、全体として軽量に作ることができ、Ｖ字状のオリエンテーション用のノッチを研磨加工する用途に特に適している。Ｖ字状のノッチの内部を研磨加工するとき、ウェハは、チャックを介して複雑な精密運動をさせることが少なくなく、チャックが軽量であれば、チャックを運動させる駆動機構を簡素化することができるからである。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

ウェハ用のチャックは、一対の保持部材１０、２０と、駆動機構３０とを一体に組み立ててなる（図１、図２）。ただし、保持部材１０、２０は、駆動機構３０を介して閉じ方向（図２の矢印Ｋ1 、Ｋ1 方向）に駆動することにより、ウェハＷの中心Ｗo に向けてウェハＷの外周を径方向に押圧し、ウェハＷを保持することができる。

一方の保持部材１０は、共通のベース部１１の先端から、左右一対の平行なフィンガ１２、１２を水平に突設して形成されている。各フィンガ１２の先端部は、上向きに屈曲しており、各フィンガ１２の上面には、押え板１３を介してクッション材１４が交換可能に装着されている。また、クッション材１４、１４には、それぞれウェハＷの外周部に適合するＶ溝１４ａが形成されており、水平方向に開口するＶ溝１４ａ、１４ａは、ウェハＷの外周に沿うようにして円弧状に連続している。

他方の保持部材２０は、ブロック状のベース部２１の上面にクッション材２２を交換可能に装着して構成されている。クッション材２２は、ベース部２１の先端面にねじ止めする押え板２３を介して固定されており、クッション材２２の上面には、保持部材１０側のＶ溝１４ａ、１４ａと対向するようにして、左右一対のＶ溝２２ａ、２２ａが形成されている。

各クッション材１４のＶ溝１４ａは、上下対称の断面形状に形成されており（図３）、Ｖ溝１４ａの開口方向には、上下対称のガイド溝１４ｂが付加して形成されている。なお、クッション材２２の各Ｖ溝２２ａも同形であるから、以下、Ｖ溝１４ａについて説明する。Ｖ溝１４ａ、ガイド溝１４ｂの頂角θ1 、θ2 とし、ウェハＷの外周部のベベル角θとすると、θ1 ≦θ、θ2 ＞θ1 となっており、したがって、Ｖ溝１４ａは、ウェハＷの外周部を進入させると、ウェハＷの上下の面取部Ｗ1 、Ｗ1 を弾発的に挟持することができる。なお、このとき、ウェハＷの外周面Ｗ2 も、Ｖ溝１４ａの底面１４ａ1 に当接することが好ましく、ウェハＷの両面は、完全に空中に浮いており、何も接触するものがない。クッション材１４、１４、２２は、それぞれたとえばふっ素樹脂またはふっ素ゴムなどのように、適当な弾性を有し、耐薬品性があり、金属イオンを含まない材料を使用して作るものとする。

保持部材１０、２０は、それぞれ駆動機構３０の両端から突出するロッド３１、ガイドロッド３２の先端に連結されている（図２、図４）。ただし、各ロッド３１、ガイドロッド３２は、駆動機構３０内に並設するエアシリンダ３３、３３の一方と組み合わされている。ロッド３１、３１は、エアシリンダ３３、３３の相反する片端から突出しており、ガイドロッド３２、３２は、エアシリンダ３３、３３の他方の片端から突出している。また、エアシリンダ３３、３３は、それぞれの両端のポートに対し、切換弁Ｖ、レギュレータＲ1 、Ｒ2 を介してエア源ＡＣからのエア圧が逆方向に導入されている。そこで、切換弁Ｖを操作すると、保持部材１０、２０は、エアシリンダ３３、３３を介し、一斉に互いの間隔が開く開き方向、または互いの間隔が狭くなる閉じ方向に駆動することができる。ただし、切換弁Ｖは、エアシリンダ３３、３３からの戻りエアを外部に排出する排出ポートを有するものとする。

駆動機構３０には、保持部材１０、２０のストロークを同一に揃えるために、保持部材１０、２０に連結するラック３４、３４と、ラック３４、３４に共通に噛み合うピニオン３５とが組み込まれている。ただし、各ラック３４は、図４に拘らず、保持部材１０または保持部材２０に直接連結するに代えて、駆動機構３０内において、保持部材１０、２０の一方に連結するロッド３１またはガイドロッド３２に連結されているものとする。

駆動機構３０の左右には、それぞれスペーサブラケット４１を介し、取付用のブラケット４２がねじ止めされている（図１、図２）。なお、各スペーサブラケット４１は、駆動機構３０の下面に付設するベースブラケット４３にねじ止めされている。各ブラケット４２の先端部には、位置決め用の凹部４２ａを介して１〜２個の取付用のねじ穴４２ｂが形成されている。

ウェハ用のチャックは、駆動機構３０を介して保持部材１０、２０をウェハＷの中心Ｗo に向けて閉じ方向（図２、図４の各矢印Ｋ1 、Ｋ1 方向）に駆動することにより、クッション材１４、１４、２２を介してウェハＷを機械的に保持することができる。なお、このとき、保持部材１０、２０は、ウェハＷの外周部をＶ溝１４ａ、１４ａ、２２ａ、２２ａに進入させ、ウェハＷの外周を径方向に押圧する。また、ウェハＷに対する押圧力は、レギュレータＲ1 により、保持部材１０、２０の閉じ方向のエア圧を調節して最適に設定することができる（図４）。なお、レギュレータＲ2 は、ウェハＷを解放するために、保持部材１０、２０を開き方向に駆動するときのエア圧を設定する。

チャック上のウェハＷは、研磨パッドＧの外周に接触させることにより、ウェハＷのオリエンテーション用のノッチＮの内部を研磨加工することができる（図２、図５）。研磨パッドＧは、軸心Ｇo のまわりに回転させ、保持部材１０のフィンガ１２、１２の間の隙間１０ａに進入させることにより、隙間１０ａ内に位置するウェハＷの外周のノッチＮの内部に接触させる。また、研磨パッドＧの外周形状は、ノッチＮの形状に適合させ、研磨加工中のウェハＷは、チャックと一体に研磨パッドＧの軸心Ｇo のまわりに往復揺動させ（図５の矢印Ｋ、Ｋ方向）、ノッチＮの内面を所定の形状に仕上げるものとする。ただし、ノッチＮは、図示の円弧状に限らず、Ｖ字状であってもよい。また、ウェハＷは、チャックを介して、研磨パッドＧの軸心Ｇo のまわりの揺動運動に加えて、たとえば軸心Ｇo との相対距離を変動させたり、軸心Ｇo との相対角度を傾けたりするなどの所定の運動を併せて実行してもよい。

他の実施の形態

駆動機構３０は、モータＭによって正逆に回転駆動するボールねじ軸３６、３６を主要部材としてもよい（図６）。各ボールねじ軸３６は、互いに逆方向の同一ピッチのねじ部を有し、それぞれ保持部材１０側、保持部材２０側のナット部材１５、２５に螺合している。そこで、モータＭを介してボールねじ軸３６、３６を回転すると、保持部材１０、２０を一斉に同一ストロークだけ閉じ方向に駆動してウェハＷを保持することができる（図６の矢印Ｋ1 、Ｋ1 方向）。

以上の説明において、ウェハ用のチャックは、研磨パッドＧに対して適切に相対移動させることにより、ウェハＷのオリエンテーションフラットＷ3 を研磨することができる（図７、図８）。ただし、図７の保持部材１０、２０は、ウェハＷの外周方向に各３個のクッション材１４、２２を配設することにより、ウェハＷを一層安定に保持することができる。また、図８において、ウェハＷは、外周に等間隔に配設する３組の保持部材１０、１０…を介して保持されている。ただし、図８の保持部材１０、１０…も、図示しない駆動機構を介し、ウェハＷの中心Ｗo に向けて一斉に閉じ方向に駆動するものとする（図８の矢印Ｋ1 、Ｋ1 …方向）。

全体構成斜視図 全体平面説明図 図２の要部拡大断面図 駆動機構の模式構成図 図２のＸ−Ｘ線矢視相当説明図 他の実施の形態を示す図４相当図 他の実施の形態を示す要部平面図（１） 他の実施の形態を示す要部平面図（２）

符号の説明

Ｗ…ウェハ
Ｗo …中心
Ｎ…ノッチ
θ1 、θ2 …頂角
１０、２０…保持部材
１４、２２…クッション材
１４ａ、２２ａ…Ｖ溝
１４ｂ…ガイド溝
３０…駆動機構

特許出願人 三益半導体工業株式会社
株式会社 ビービーエス金明
代理人 弁理士 松 田 忠 秋

Claims (4)

1. ウェハの外周を径方向に押圧してウェハを保持する一対の保持部材と、該保持部材を駆動する駆動機構とを備えてなり、一方の前記保持部材は、ウェハの外周部に適合するＶ溝付きのクッション材をそれぞれ装着する左右一対のフィンガの間に隙間を形成し、他方の前記保持部材は、前記各Ｖ溝に対向するＶ溝付きのクッション材を有し、前記隙間内には、ウェハの外周部のオリエンテーション用のノッチの内部を研磨加工する研磨パッドを進入させることを特徴とするウェハ用のチャック。
2. 前記各Ｖ溝は、ウェハの外周部の上下の面取部を弾発的に挟持することを特徴とする請求項１記載のウェハ用のチャック。
3. 前記各Ｖ溝の開口方向には、前記Ｖ溝より大きな頂角のガイド溝を形成することを特徴とする請求項２記載のウェハ用のチャック。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか記載のウェハ用のチャックによってウェハを保持し、チャックの一方の保持部材の隙間内に研磨パッドを進入させ、チャックを介して研磨パッドの軸心に対するウェハの所定の相対運動を実行することにより、隙間内に位置するノッチの内部を研磨加工することを特徴とするウェハのオリエンテーション用のノッチの研磨加工方法。

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