JP6071611B2 - オリエンテーションフラット等切り欠き部を有する、結晶材料から成るウエハの周縁を、研磨テープを使用して研磨することにより円形ウエハを製造する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、結晶材料から成るウエハの周縁を研磨する方法に関し、特に、研磨テープを使用してウエハ周縁を研磨することにより、ウエハの周縁に高精度な表面性状を形成するとともに、ハンドリング性が向上した円形ウエハを製造する方法に関する。
半導体、ＭＥＭＳ等の製造に使用される各種ウエハは、近年、回路素子の高密度化や薄化等に伴い、ウエハ厚が１ｍｍないし数十μｍと薄くなる傾向にある。インゴットから切り出されたウエハは、ベベル部、エッジ部等の周縁を面取りされ、主面を鏡面に研磨されるが、ウエハの薄化に伴って微細なチッピング（欠け）やチッピングに起因したウエハの割れ等が発生しやすくなっている。このため、半導体等の製造における歩留まりを向上するために、ウエハの周縁の加工状態が重要になっている。
従来、半導体集積回路の高集積化に適したウエハの面取り部の加工方法等が提案された（特開平１０―１０００５０号公報：特許文献１）。該加工方法は、円筒状あるいは円柱状の砥石と、面取り部がオリエンテーションフラット（以下適宜、ＯＦ）部、外周部及び角部で構成されたウエハとを互いに回転させながら所定の押付力で押接させ、軟研削位置がＯＦ部、外周部、角部かに応じてウエハの回転速度を変えつつ、ウエハのＯＦ部、外周部及び角部をそれぞれ軟研削するようにした後に、ウエハのＯＦ部、外周部及び角部をそれぞれ研磨するようにし、面取り部全体に亘って均一な軟研削をするものであった。
また、従来、研磨テープを使用して、半導体ウエハのノッチとベベルを研磨するための装置及び方法が提案された（特開２００６―３０３１１２公報：特許文献２）。
劈開性が強い結晶材料から成るウエハの面取り加工に砥石を使用すると、機械的衝撃が大きいために割れや欠けを生じやすく面取り部の加工状態が不十分であり、ウエハの主面を鏡面研磨する際に、面取り部のチッピング等に起因して割れが発生しやすいという問題があった。
研磨テープを使用してウエハの周縁を研磨することにより、エッジ部等の視認できない微小なチッピングまで取り除くことができ、高精度な面取り加工を行うことができた。しかしながら、従来の研磨テープを使用した研磨方法では、ＯＦの一方の端部(円弧状部とＯＦとの境界)周辺にダレを生じやすく、また、ウエハの結晶方位や結晶面等により研磨レートに差異を生じ、ウエハの真円度が低下するという問題があった。特に、軟質な化合物材料等から成るウエハの周縁を研磨テープで研磨するとウエハの外径が不均一になりやすく、その後の製造工程においてウエハのセンタリングの精度が低下するなど、加工仕様を十分に満たさない恐れがあった。
上記の問題に鑑みて、本発明は、結晶方位を示すオリエンテーションフラット（ＯＦ）やノッチを有する円板状のウエハであって結晶材料からなるウエハの周縁を、ウエハの真円度を低下させることなく研磨テープを使用して高精度に研磨加工し、加工仕様を十分に満たす円形ウエハを製造する方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の一つの実施形態は、結晶材料から成る円板状のウエハであって、オリエンテーションフラットと周囲部とを有するウエハの周縁を、研磨テープを使用して研磨することにより円形ウエハを製造する方法であって、鉛直な回転軸を有する水平なウエハステージにセンタリングして配置されたウエハの周囲部と研磨体とを当接させながらウエハステージを回転させることにより周囲部を研磨する一次研磨工程と、一次研磨されたウエハの半径を周囲部に沿って測定し、該測定された半径のうちの最小半径以下の半径を設定し、該設定された半径と測定されたウエハの半径との差であるΔｒを周囲部に沿って決定する工程と、Δｒが所定の値より大きい一次研磨されたウエハの周囲部の部分を決定する工程と、一次研磨されたウエハの周囲部と研磨体とを当接させ、ウエハステージを所定の回転角度の範囲において回転軸の周りに正回転及び逆回転させることにより一次研磨されたウエハの周囲部を研磨する二次研磨工程と、を含み、研磨体が、平坦な研磨パッドに配置されることにより平坦な研磨面を画成する研磨テープを含んで成り、二次研磨工程において、オリエンテーションフラットと研磨面とが平行になることがなく、ウエハステージと研磨面とを水平な軸線に沿って相対揺動させ、ウエハステージの正回転又は逆回転の速度を、決定されたウエハの周囲部の部分に対応した回転角度の範囲で低下させる、ことを特徴とする。
上記のようにＯＦと周囲部とを有するウエハの周縁を研磨することにより、ウエハの周囲部の結晶方位等に起因する研磨レートのバラツキを十分に小さくすることができ、また、ウエハを正逆回転させながら研磨が行われるので、研磨体とウエハの周縁との間欠的な接触が防止され、均一な研磨加工を行うことができる。ウエハを正逆回転させる研磨は、少なくとも二次研磨工程において行われ、一次研磨工程、二次研磨工程を通して行われてもよい。
ウエハは、シリコン（Si、SOI、単結晶、多結晶シリコン）、化合物（GaN、SiC、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、InSb、ZnS、ZnTe等）、酸化物（LiTaO3（LT）、LiNbO3（LN）、Ga2O3、MgO、ZnO、サファイア、水晶等）、ガラス（ソーダライム、無アルカリ、ホウケイ酸、クラウンガラス、珪酸（シリカ）、石英等）の材料から成るウエハであってよい。ウエハは、半導体ウエハであってよい。
円形ウエハは、真円なウエハであってよい。または、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）等の業界団体により標準化されているウエハサイズに応じた許容範囲の誤差を有する円形であってもよく、その他規格、若しくはウエハサイズや材料等に応じた加工仕様を満たす範囲の誤差を有する円形であってもよい。
少なくとも二次研磨工程において、ウエハステージを、ウエハの円弧状の周囲部の一部が直線状に研磨される回転角度の範囲において正回転及び逆回転させることが好ましい。このような回転角度は、ＯＦの両端部とウエハの中心とによって画成される角度であり得る。または、ＯＦの両端部近傍の周囲部に各々位置する二点とウエハの中心とによって画成させる角度であり得る。この場合、直線状に研磨された周囲部を取り除くために、さらに、オリエンテーションフラットと研磨面とを当接させ水平な軸線に沿って直線的に相対揺動させることによりオリエンテーションフラットを研磨することが好ましい。このようにすることで、十分な真円度を有する円形ウエハを得ることができる。
上記のように形成される円形ウエハのＯＦ長等は、ＳＥＭＩ等の規格や加工仕様を満たすことが好ましい。
または、二次研磨工程で、ウエハステージを、ウエハの円弧状の周囲部全体が円弧状に研磨される回転角度の範囲において正回転及び逆回転させてもよい。この場合、適度な押圧力等により、研磨体とウエハ周縁との間欠的な接触が防止されることが好ましい。
本発明に係る他の実施形態は、結晶材料から成る円板状のウエハであって、オリエンテーションフラットと周囲部とを有するウエハの周縁を、研磨テープを使用して研磨することにより円形ウエハを製造する方法であって、鉛直な回転軸を有する水平なウエハステージにセンタリングして配置されたウエハの周囲部と研磨体とを当接させ、ウエハステージを所定の回転角度の範囲において回転軸の周りに正回転及び逆回転させることによりウエハの周囲部を研磨する工程、を含み、研磨体が、平坦な研磨パッドに配置されることにより平坦な研磨面を画成する研磨テープを含んで成り、研磨する工程において、オリエンテーションフラットと研磨面とが平行になることがなく、ウエハステージと研磨面とを水平な軸線に沿って相対揺動させ、ウエハステージの正回転又は逆回転の速度を、ウエハの予め決定された周囲部の部分に対応した回転角度の範囲で低下させる、ことを特徴とする。
ウエハの周囲部の部分は、例えば、一枚のウエハをテスト研磨することにより、上記のように設定された半径と測定された半径の差Δｒに基づいて、予め決定されたものであってよい。このようにすることで、周縁の研磨レートのバラツキが結晶方位に起因する同一の結晶材料から成るウエハ（例えば、同一のインゴットから切り出されたウエハ）の一次研磨工程及び周囲部の部分を決定する工程を省略して効率的に円形ウエハを製造し得る。
本発明のもう一つの実施形態は、結晶材料から成る円板状のウエハの円弧状の周縁を、研磨テープを使用して研磨することにより円形ウエハを製造する方法であって、ウエハの半径を円弧状の周縁に沿って測定し、該測定された半径のうちの最小半径以下の半径を設定し、該設定された半径と測定されたウエハの半径との差であるΔｒを円弧状の周縁に沿って決定する工程と、Δｒが所定の値より大きいウエハの周縁の部分を決定する工程と、鉛直な回転軸を有する水平なウエハステージにセンタリングして配置されたウエハの周縁の部分と研磨体とを当接させ、ウエハステージを周縁の部分に対応した回転角度の範囲において回転軸の周りに正回転及び逆回転させることにより周縁の部分を研磨する工程であって、研磨体が、平坦な研磨パッドに配置されることにより平坦な研磨面を画成する研磨テープを含んで成る、ところの研磨する工程、を含む。
上記のようにすることで、所望の真円度を有する円形ウエハを製造することができる。
本発明に係るさらに他の実施形態は、結晶材料から成る円板状のウエハであって、オリエンテーションフラットと周囲部とを有するウエハの周縁を、研磨テープを使用して研磨することにより円形ウエハを製造する方法であって、鉛直な回転軸を有する水平なウエハステージにセンタリングして配置されたウエハの周囲部と研磨体とを当接させながらウエハステージを所定の回転角度の範囲において正回転及び逆回転させることによりウエハの周囲部を研磨する工程、を含み、研磨体が、平坦な研磨パッドに配置されることにより平坦な研磨面を画成する研磨テープを含んで成り、研磨する工程において、オリエンテーションフラットと研磨面とが平行になることがない、ことを特徴とする。
上記のようにすることで、ＯＦの一方の端部周辺にダレを生じさせることなくウエハの周縁を研磨することができ、真円度の低下が抑制され、ハンドリング性に優れた円形ウエハを製造することができる。
上記の研磨する工程において、ウエハステージを、ウエハの円弧状の周囲部の一部が直線状に研磨される回転角度の範囲において正回転及び逆回転させてよい。
さらに、オリエンテーションフラットと研磨面とを当接させ水平な軸線に沿って直線的に相対揺動させることによりウエハのオリエンテーションフラットを研磨する工程を含むことが好ましい。このようにすることで、直線状に研磨された部分が取り除かれ、円形のウエハが製造される。
あるいは、研磨する工程において、ウエハステージを、ウエハの円弧状の周囲部全体が円弧状に研磨される回転角度の範囲において正回転及び逆回転させてもよい。この場合、研磨面が弾性を有する研磨パッドを介してウエハの周縁に押圧され、研磨面がウエハの周縁から離れることがないことが好ましい。このようにすることで、研磨面と周縁との間欠的な接触による真円度の低下を抑制することができる。
本発明に係る円形ウエハの製造方法によれば、ウエハのエッジ部、べベル部等の周縁を高精度に加工することができ、厚さ１ｍｍ以下の薄いウエハや化合物材料から成るウエハの割れを防止することができる。また、より真円に近い円形ウエハを得ることができるので、その後の工程の精度を向上させることができ、半導体デバイス等の製造工程における歩留まりを向上させ得る。さらに、本発明に係る円形ウエハの製造方法により、加工仕様に応じて、所望の真円度を有する円形ウエハを得ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明のさまざまな特徴が、本発明の限定を意図するものではない好適な実施例とともに説明される。図面は説明の目的で単純化され、または強調され、尺度も必ずしも一致しない。
図１（Ａ）に、オリエンテーションフラットＯＦを有するウエハＷ、及びウエハＷの周縁の少なくとも一部が研磨されて形成された円形ウエハＷ’が図示されている。ウエハＷの周縁は、直線状のＯＦ及び円弧状の周囲部Ａから成り、直線状のＯＦと円弧状の周囲部Ａとの境界が、ＯＦの両端部Ｅ１及びＥ２である。同様に、ウエハＷ’の周縁は、直線状のＯＦ及び円弧状の周囲部Ａ’から成り、直線状のＯＦと円弧状の周囲部Ａ’との境界が、ＯＦの両端部Ｅ１’及びＥ２’である。ウエハＷ’は、概して、ウエハＷよりやや小さい半径とやや小さいＯＦ長とを有する。
図１（Ｂ）に、ウエハＷ、Ｗ’の周縁の断面が模式的に示されている。インゴットから切り出されたウエハＷは、ベベル部、エッジ部等の周縁に膜や残さ等のダメージを有しているため、該ダメージを取り除くために研磨される。研磨テープを使用して研磨することにより、ウエハの周縁をチッピングのない高精度な表面性状に仕上げることができる。半導体デバイス等が形成されるのは、ウエハＷの径方向内側のｒ１部分であり、実際の製品とはならないウエハの周縁である径方向外側のｒ２部分（エッジ部、べベル部）は、研磨によって、周縁ｒ２’に形成される。径方向の長さｒ２’はｒ２より小さく、ウエハＷ’の半径（ｒ１＋ｒ２’）はウエハＷの半径（ｒ１＋ｒ２）よりもやや小さい。
ウエハＷ’の周縁の断面形状は図示されたラウンド型（Ｒ型）の例に限定されず、テーパー型（Ｔ型）等であってもよく、ベベル部を除去しウエハの主面に垂直な面に形成されてもよい。その他、加工仕様に応じて所望のエッジ形状に形成さ得る。
図２に、本発明に係る円形ウエハの製造方法に使用されるウエハ周縁研磨装置１００が模式的に示されている。
ウエハ周縁研磨装置１００は研磨テープユニット１０及びウエハユニット２０を含む。
研磨テープユニット１０は、研磨テープＴが配置される平坦な研磨パッド（コンタクトパッド）１２を先端に取り付けたバックアップ加圧のためのエアシリンダ１３と、ガイドローラ１４、１４’、研磨テープＴを送り出し、巻き取るための供給リール１６、巻取りリール１７、及び補助ローラ１８、１８’を含む。研磨パッドに配置された研磨テープＴは、平坦な研磨面Ｓを画成する。
研磨パッド１２は、図の表面から裏面に伸長する回動軸１５により、回動可能に支持部材（図示せず）に取付けられている。研磨パッド１２が回動することにより、研磨パッド１２に配置された研磨テープＴ、すなわち、研磨面ＳがウエハＷの周縁に所望の傾きで当接することができ、ウエハの周縁を所望の断面形状に研磨仕上げすることができる。
上下のガイドローラ１４、１４’の間で、研磨テープＴは鉛直方向に走行可能である。
エアシリンダ１３は、研磨パッド１２を介して、調整された所定の押圧力Ｆを矢印の方向に加え研磨面ＳをウエハＷの周縁に押し当てる。エアシリンダ１３の押圧力Ｆ（バックアップ加圧力）の調整は、例えば、特許第４４６３３２６号公報（特許文献３）に記載されている装置構成により実施され得る。
研磨テープＴは、プラスチック製の基材フィルムの表面に樹脂バインダーに砥粒を分散させた溶液を塗布し、乾燥、硬化させたシートを必要幅にスリットし、リールに巻かれたものである。
基材フィルムとして、柔軟性を有する合成樹脂製のプラスチックフィルムが使用される。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアルコール又はメタクリルアルコールを主成分とするアクリル系樹脂等から成るフィルムが基材フィルムとして使用される。
砥粒（研磨粒子）としては、アルミナ（Al2O3）、酸化セリウム（CeO2）、シリカ（SiO2）、ダイヤモンド、炭化珪素（SiC）、酸化クロム（Cr2O3）、ジルコニア（ZrO2）、立方晶窒化ホウ素（cBN）等及びその混合物が使用できる。
砥粒の平均粒径は、好適に、０．２μｍ以上（＃２００００）、３μｍ以下（＃４０００）の範囲にある。平均粒径が３μｍを超えると、ウエハＷ周縁の仕上がり面に新たに微細な傷や欠けが発生し、結晶材料から成るウエハＷに十分な強度を与えることができず好ましくない。平均粒径が０．２μｍ未満であると、研磨効率が極端に下がり生産性が悪くなるため、工業上、実用的ではない。
研磨パッド１２は、好適に、弾性を有する。研磨パッド１２として、例えば、機械的衝撃を緩和するために、ショアＡ硬度が２０ないし５０の範囲の平坦な発泡樹脂板を使用することができる。または、研磨パッド１２として、上記のような発泡樹脂板と、ショアＡ硬度が８０ないし９０の範囲にあるゴム板とを組み合わせたものを使用することもできる。砥粒径等に応じて研磨パッド１２の弾性を適宜選択することで、平均粒径が極めて微細な（例えば、１μｍ以下）砥粒の研磨テープを使用しても、研磨速度をあまり遅くすることなく、高精度な表面性状をウエハの周縁に形成することができる。
ウエハユニット２０は、ウエハＷを配置するための水平な上面を有するウエハステージ２１を含み、ウエハステージ２１は、回転軸線Ｃｓと同軸なシャフト２２を介してモータ２３に接続されている。モータ２３は、好適に、エンコーダを有するサーボモータである。モータ２３を駆動すると、ウエハステージ２１がその中心すなわち回転軸線Ｃｓに関して回転する。
ウエハステージ２１は、好適に、真空吸着用のステージであり、配管を介して真空ポンプ（図示せず）に連通した１個又は複数個の吸引孔を設けた平坦な表面を有する。ウエハＷは、弾力性のあるパッド等を介して、ステージ２１上に載置され、真空吸着により固定される。
ウエハステージ２１に固定されたウエハＷの周囲部と研磨体（研磨面Ｓ）とを当接させウエハステージ２１を回転させることにより、周囲部の研磨が行われる。
本発明の実施形態において、好適に、ウエハステージ２１は、所定の回転角度の範囲で正逆回転を繰り返し、研磨加工中に一回転（３６０度）以上回転することがない。ウエハＷが載置されるウエハステージ２１の回転角度は、ＯＦを有するウエハＷの真円度を低下させることがないように決定される。
好適に、制御装置３０が、導線３１によってモータ２３に接続され、導線３２によって光学センサ３３に接続されている。
光学センサ３３は、ウエハの周縁について、ウエハの半径方向の位置を測定するものであり、投光部３３ａ及び受光部３３ｂを有する。
投光部３３ａは、ウエハ半径方向に延び回転軸線Ｃｓに平行に進む帯状の平行光を投光する。受光部３３ｂは、ウエハＷを挟んで投光部３３ａに対向して配置される。投光部３３ａは、発光ダイオード素子または半導体レーザ素子から成ってよく、受光部３３ｂは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサから成ってよい。例えば、受光部３３ｂは、多数の微細なフォトダイオードがウエハ半径方向に並び、投光部３３ａから投光された平行光を受光可能に構成されたものである。
投光部３３ａから投光された光の一部は、ウエハＷによって遮光される。また残りの一部は、ウエハＷよりも半径方向外方を通過して受光部３３ｂに入射する。ウエハＷの周縁の位置が回転軸線Ｃｓに対して半径方向に近づくと、ウエハＷによって遮光される光が少なくなり、受光部３３ｂに入射する光の光量が大きくなる。またウエハＷの周縁の位置が回転軸線Ｃｓに対して半径方向に遠ざかると、ウエハＷによって遮光される光が多くなり、受光部３３ｂに入射する光の光量が小さくなる。受光部３３ｂは、投光部３３ａから入射する光量によって出力する電気量が変化する。受光部３３ｂから出力される電気量に基づいて、光学センサ３３に対向する部分における周縁の半径方向の位置が検出される。
制御装置３０は、光学センサ３３及びモータ２３から、ウエハＷのオリエンテーションフラットＯＦの両端部Ｅ１、Ｅ２(図１（Ａ）)の位置のデータを得て、該データに基づいて、回転角度を決定することができる。例えば、両端部Ｅ１、Ｅ２とウエハＷの中心Ｏとによって画成される角度をウエハステージ２１の回転角度に決定することができる。あるいは、ウエハＷの半径より小さい半径を有する円形ウエハＷ’のＯＦの両端部Ｅ１’、Ｅ２’の位置を決定し(図１（Ａ）)、該両端部Ｅ１’、Ｅ２’とウエハＷの中心Ｏとによって画成される角度をウエハステージ２１の回転角度に決定することができる。
また、制御装置３０は、光学センサ３３に対向する部分における周縁の半径方向の位置によりウエハの周囲部に沿ってウエハの半径を決定し、ウエハの外形を決定することができる。
好適に、ワークユニット２０は、水平なベース３４上に図の表面から裏面方向に伸長する直線レールを有するＬＭガイド３６、及び図の表面から裏面方向に伸長する直線レールを有する単軸ロボット３５に連結された可動プレート３７上に設けられている。これにより、ワークステージ２１は、図の表面から裏面方向に伸長する水平な軸線に沿って揺動することができる。
または、研磨テープユニット１０が、揺動可能な可動プレート（図示せず）上に設けられることにより揺動可能に構成されていてもよく、他の手段によって揺動可能に構成されてもよい。
ウエハＷは、研磨加工のために、ウエハステージ２１にセンタリング（ウエハＷの中心を回転軸線Ｃｓにアライメント）して配置される。センタリングは、ウエハステージ２１に載置されたウエハＷの周縁を、回転軸線Ｃｓに向け三方向からロッド状の治具（図示せず）で同時に押圧することにより行われる。また、センタリングは、光学センサ３０により、ウエハＷの外径からウエハＷの中心Ｏを決定し、該中心Ｏと回転軸線Ｃｓとをアライメントするよう治具の押圧を制御して行われてもよく、その他の方法により行われてもよい。
上記のようなウエハ周縁研磨装置１００を使用して、本発明に係る一次研磨工程及び二次研磨工程が行われる。一次研磨工程及び二次研磨工程は、研磨テープユニット１０の研磨面ＳをウエハＷの周囲部に、研磨面ＳとウエハＷの半径方向が垂直になるように当接させ、ウエハステージ２１を回転軸線Ｃｓの周りに回転させることにより行われる。
図３に、ウエハＷ（外径の一部が破線で示されている）の周縁（円弧状の周囲部全体とＯＦの一部）を一次研磨することにより形成されたウエハＷ１（外径が実線で示されている）、及びウエハＷ１の最小半径以下の半径ｒ１を有する円弧Ｗ１’（一点鎖線で示されている）が図示されている。
一次研磨において、好適に、ウエハは所定の回転角度θの範囲で正逆回転される。該所定の回転角度θは、例えば、ウエハＷの中心Ｏと、ウエハＷのＯＦ上の二点Ｅ、Ｅ’とにより画成される角度（優角）であってよい。
あるいは、一次研磨工程において、回転は、ＣＷ又はＣＣＷの一定方向の回転であってもよい。
研磨テープを使用して一次研磨されたウエハＷ１は、ウエハ材料の結晶方位等に起因して周囲部の研磨レートにバラツキを生じ、不均一な外径を有することがある。例えば、ウエハ材料によって、ＯＦに平行な直径の両端近傍の周囲部の部分の研磨レートが低い場合等がある。このようなウエハＷ１の半径ｒが周囲部に沿って測定され、ウエハＷ１の最小半径以下の所定の半径ｒ１が設定され、該設定された半径ｒ１とウエハＷ１の半径ｒとの差であるΔｒがウエハＷ１の周囲部に沿って決定される。
ウエハＷ１の周囲部のΔｒの値は、外径が不均一であるために、幅を有する。所定の値以上のΔｒを有する周囲部の部分Ｐ、Ｐ’が、結晶方位等に起因して研磨レートが不十分になる部分に決定され、該周囲部の部分Ｐ、Ｐ’に対応する角度θｐ、θｐ’が決定される。角度θｐ、θｐ’は、例えば、ＯＦに垂直な基準線Ｒからの角度の範囲として決定されてよい。
角度θｐ、θｐ’を決定した後、本発明に係る二次研磨工程が行われる。二次研磨工程において、ウエハステージ２１は、所定の回転角度θの範囲で正逆回転するとともに、可動プレート３７の揺動により、水平な軸線に沿って研磨面Ｓに平行に揺動する(図２)。すなわち、ウエハＷ１は、ウエハステージ２１の正逆回転により、回転角度θの範囲で研磨面Ｓに当接する周縁を順次研磨され、さらに研磨面Ｓに当接した部分が研磨面Ｓに対して揺動することにより研磨される。このようにすることで、研磨される周縁全体の研磨レートを向上させることができる。
なお、一次研磨工程においても、研磨面Ｓとウエハステージ２１を相対揺動させて研磨を行うことができる。
ウエハステージ２１の正逆回転の速度は、回転角度θのうちの角度θｐ、θｐ’の範囲で低下させられる。回転速度が低下した状態で、角度θｐ、θｐ’に対応したウエハの周縁の部分と研磨面Ｓとが当接し一定のストロークで揺動するので、当該部分の結晶方位による研磨レートの低下を抑制することができ、二次研磨によって、ウエハＷ１よりも真円度が向上した円形ウエハを製造することができる。
角度θｐ、θｐ’の範囲における回転速度の低下の程度は、研磨レートの差異（Δｒの値）に基づいて適宜（例えば、基準の速度に対して、１０パーセント、３０パーセント、５０パーセント、７０パーセント、９０パーセント等）決定されてよい。
ここで、真円度とは、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさを指し、ＭＺＣ最小領域中心法において、測定図形を挟む二円の同心円の半径差が最も小さくなるように二円の中心座標の位置を探し出し、この中心座標を測定図形の中心と考え、このときの二円の半径差が真円度とされる（ＪＩＳ Ｂ０６２１）。例えば、円弧Ｗ１’の半径ｒ１が、ウエハＷ１の最小半径に等しい場合、測定されたΔｒの最大値は、ウエハＷ１の真円度であり得る。
設定される円弧Ｗ１’の半径がウエハＷ１の最小半径に等しい場合、所定の値以上のΔｒを有する周囲部の部分Ｐ（Ｐ’）が決定され、該周囲部の部分Ｐ（Ｐ’）が研磨されることにより、所望の真円度を有する円形ウエハを製造することができる。この場合、研磨体（研磨面Ｓ）は周囲部の部分Ｐ（Ｐ’）のみに当接され、ウエハステージ２１を回転角度θｐ（θｐ’）の範囲で正逆回転させることにより研磨加工が行われる。
ウエハＷ（Ｗ１）が、ノッチを有するウエハである場合、角度θｐ（θｐ’）は、ノッチのＶ字型の切り欠きの中心とウエハの中心Ｏを通る基準線Ｒ’（図示せず）からの角度の範囲として決定されてよい。
図４Ａ(ａ)に、研磨テープを使用した研磨において、真円度を低下させることがないように決定された一つの実施形態の回転角度θ１が図示されている。
ウエハＷの周縁は、各々破線で示されたＯＦと円弧状の周囲部Ａとから成る。該ウエハＷの周縁全体を研磨することにより、円形ウエハＷ３が製造される。円形ウエハＷ３の周縁は、ＯＦ’と円弧状の周囲部Ａ’とから成り、概して、ウエハＷよりやや小さい半径とウエハＷよりやや小さいＯＦ長とを有する。
回転角度θ１は、ウエハの円弧状の周囲部の一部が、直線状に研磨される回転角度であり、このような回転角度θ１は、例えば、ウエハＷのＯＦの両端部ａ、ｂと中心Ｏとによって画成される角度（または、ウエハＷ３のＯＦ’の両端部ａ’、ｂ’と中心Ｏとによって画成される角度）である。回転角度θ１の範囲において、研磨の始点及び終点（または、終点及び始点）は、中心ＯとＯＦの一方の端部ａを通る線が研磨面Ｓに垂直になる位置、及び中心ＯとＯＦの他方の端部ｂを通る線が研磨面Ｓに垂直になる位置であり、このような始点（終点）、終点(始点)の範囲で所定の押圧力Ｆにより研磨面Ｓに当接するウエハの周縁が、ウエハステージの正逆回転に伴って順次研磨される。
研磨開始時には、円弧状の周囲部Ａ全体が研磨面Ｓに当接して円弧状に研磨される。周囲部が研磨されてウエハの半径が減少するに従って、回転角度θ１の範囲に入らないＯＦの両端部近傍の周囲部が、平坦な研磨面Ｓによって直線状に研磨される。研磨終了時には、ＯＦの両端部近傍の周囲部に、周囲部Ａ’に係る円弧に対して半径方向外方に突出した凸部（図４Ａ（ｂ）の色塗り部分）が形成される。
回転角度θ１は、図示の例に限定されるものではなく、押圧力Ｆや研磨パッド１２の弾性に応じて、ＯＦの両端部ａ、ｂから、好適に、各々等距離にある周囲部Ａ上の二点と中心Ｏとによって画成される角度であってもよい。
その後の工程で、ＯＦと研磨面Ｓとを平行に当接させ、ＯＦと研磨面Ｓとを相対揺動させることにより、ＯＦが研磨されるとともにＯＦ両端部近傍の凸部が取り除かれて、ＯＦ’を有する円形ウエハＷ３が形成される。
図４Ｂに、研磨テープを使用した研磨において、真円度を低下させることがないように決定された他の実施形態の回転角度θ２が図示されている。円形ウエハＷ４は、ウエハＷの円弧状の周囲部Ａ全体とＯＦの一部とを研磨することにより形成されたものであり、ウエハＷよりやや小さい半径及びＯＦ長を有する。回転角度θ２は、ウエハＷのＯＦ上の二点（または、円形ウエハＷ４のＯＦの両端部）ｃ、ｄと中心Ｏとによって画成される角の優角である。
回転角度θ２の範囲において、研磨の始点及び終点（または、終点及び始点）は、中心Ｏと一方の点ｃを通る線が研磨面Ｓに垂直になる位置、及び中心Ｏと他方の点ｄを通る線が研磨面Ｓに垂直になる位置であり、このような始点、終点の範囲で研磨面Ｓに当接するウエハの周縁がウエハステージの正逆回転に伴って順次研磨される。
研磨開始時には、研磨面Ｓは、点ｃ、ｄに当接せず、研磨終了時には、研磨面Ｓは、各々の点ｃ、ｄに接する。研磨面Ｓが各々の点ｃ、ｄに接するとき、正逆回転が切り替わるため、回転の速度がほぼゼロとなり、十分に研磨力が小さいため、形成されるＯＦの両端部にダレを生じることがない。また、円弧状の周囲部全体が、研磨終了時にかけて円弧状に研磨されるため、ＯＦ両端部近傍の円弧状の周囲部に凸部が形成されることもなく、円形ウエハＷ４が形成される。
図４Ｃに、研磨テープを使用した研磨において、真円度を低下させることがないように決定されたもう一つの他の実施形態の回転角度θ３が図示されている。円形ウエハＷ５は、ウエハＷの円弧状の周囲部Ａ全体とＯＦの一部とを研磨することにより形成されたものであり、ウエハＷよりやや小さい半径及びＯＦ長を有する。回転角度θ３は、ウエハＷ（または、円形ウエハＷ５）のＯＦ上の二点ｅ、ｆと中心Ｏとによって画成される角の優角であり、好適に、点ｅとＯＦの一方の端部からの距離と、点ｆとＯＦの他方の端部からの距離とが等しい。
回転角度θ３の範囲において、研磨の始点及び終点（または、終点及び始点）は、中心ＯとＯＦ上の一方の点ｅを通る線が研磨面Ｓに垂直になる位置、及び中心ＯとＯＦ上の他方の点ｆを通る線が研磨面Ｓに垂直になる位置であり、このような始点、終点の範囲で研磨面Ｓに当接するウエハの周縁がウエハステージの正逆回転に伴って順次研磨される。回転角度θ３の範囲において正逆回転による研磨を行うことにより、円形ウエハＷ５のＯＦの両端部が研磨され得るが、選択された押圧力Ｆと研磨パッド１２の弾性により、研磨面ＳとウエハＷないしＷ５の周縁とが当接した状態が維持される（研磨面Ｓが間欠的にウエハＷないしＷ５の周縁に当接することがない）ため、真円度を低下させることがなく、円形ウエハＷ５を形成することができる。
本発明に係る円形ウエハの製造方法及び比較例に係る方法により、ＯＦを有する４インチ単結晶Ｓｉウエハの周縁が研磨され、形成されたウエハの真円度が確認された。
図５Ａに、真円度測定機Ｒｏｎｄｃｏｍ ４３Ｃ（東京精密社製）により測定された、円筒研削されたインゴットから切り出されたＳｉウエハの外径の形状及び真円度が示されている。真円度は、低域フィルタ（２ＲＣ）を使用したＭＺＣ中心法により、矢印の範囲で測定された（ＯＦは計算から除外）。周縁を研磨テープを使用して研磨加工する前のＳｉウエハの真円度は、３．７９８μｍであった。
比較例
ウエハステージに配置されたＳｉウエハの周縁と研磨体（研磨パッドに配置された研磨テープ）とを当接させ、ウエハステージを一定方向（ＣＷ）に回転（１０００ｒｐｍ、３分間）させることにより、ウエハ周縁の研磨が行われた。図５Ｂに示されているとおり、この研磨方法では、ウエハの外径の形状が大きく変化し、特に、ＯＦの一方の端部（肩部）の摩耗が著しかった。ステージが一定方向に回転したことによって、ＳｉウエハのＯＦが研磨体に対向する位置においてウエハと研磨体との当接が解除された後、ＯＦの一方の端部に強く当接し、その後、研磨パッドの弾性等により、円弧状の周縁において当接が弱まるなど、当たりムラが大きくなった。このように研磨体がウエハの周縁に追従せず間欠的に当接した結果、真円度は５１．５６３μｍと著しく悪化した。
ウエハステージに配置されたＳｉウエハの周縁と研磨体（研磨パッドに配置された研磨テープ）とを当接させ、ウエハステージを一定方向（ＣＷ）に回転（１０００ｒｐｍ、３分間）させることにより、ウエハ周縁の研磨が行われた。図５Ｂに示されているとおり、この研磨方法では、ウエハの外径の形状が大きく変化し、特に、ＯＦの一方の端部（肩部）の摩耗が著しかった。ステージが一定方向に回転したことによって、ＳｉウエハのＯＦが研磨体に対向する位置においてウエハと研磨体との当接が解除された後、ＯＦの一方の端部に強く当接し、その後、研磨パッドの弾性等により、円弧状の周縁において当接が弱まるなど、当たりムラが大きくなった。このように研磨体がウエハの周縁に追従せず間欠的に当接した結果、真円度は５１．５６３μｍと著しく悪化した。
実施例
ウエハステージに配置されたＳｉウエハの周縁と研磨体（研磨パッドに配置された研磨テープ）とを当接させ、ウエハの円弧状の周囲部の一部が直線状に形成されるようウエハステージの回転角度を決定し（図４Ａ参照）、該回転角度においてウエハステージを連続して正回転、逆回転（３０００ｒｐｍ）させることにより、ウエハ周縁の研磨が行われた。図５Ｃに示されているとおり、外径の形状の変化は小さく、真円度は２１．３１８μｍであり、加工仕様を十分に満たすものであった。この後、ＯＦがさらに研磨されてＯＦ両端部近傍の凸部が除去され、円形ウエハが製造された。
ウエハステージに配置されたＳｉウエハの周縁と研磨体（研磨パッドに配置された研磨テープ）とを当接させ、ウエハの円弧状の周囲部の一部が直線状に形成されるようウエハステージの回転角度を決定し（図４Ａ参照）、該回転角度においてウエハステージを連続して正回転、逆回転（３０００ｒｐｍ）させることにより、ウエハ周縁の研磨が行われた。図５Ｃに示されているとおり、外径の形状の変化は小さく、真円度は２１．３１８μｍであり、加工仕様を十分に満たすものであった。この後、ＯＦがさらに研磨されてＯＦ両端部近傍の凸部が除去され、円形ウエハが製造された。
本発明の思想及び態様から離れることなく多くのさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、言うまでもなく、本発明の態様は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
Ｗ ウエハ１
Ｗ１ ウエハ２
Ｗ１’ 設定された円弧
Ｏ ウエハの中心
ＯＦ オリエンテーションフラット
Ｅ、Ｅ’ ウエハＷのＯＦ上の二点
Ｒ 基準線
Ｐ、Ｐ’ 周囲部の部分
ｒ１ 設定された半径
Δｒ 半径差
θ 正逆回転の回転角度
θｐ、θｐ’ 周囲部の部分に対応した角度
Ｗ１ ウエハ２
Ｗ１’ 設定された円弧
Ｏ ウエハの中心
ＯＦ オリエンテーションフラット
Ｅ、Ｅ’ ウエハＷのＯＦ上の二点
Ｒ 基準線
Ｐ、Ｐ’ 周囲部の部分
ｒ１ 設定された半径
Δｒ 半径差
θ 正逆回転の回転角度
θｐ、θｐ’ 周囲部の部分に対応した角度
Claims (10)
- 結晶材料から成る円板状のウエハの周縁であって、オリエンテーションフラットと周囲部とを有する周縁を、研磨テープを使用して研磨することにより円形ウエハを製造する方法であって、
鉛直な回転軸を有する水平なウエハステージにセンタリングして配置されたウエハの周囲部と研磨体とを当接させながら前記ウエハステージを所定の回転角度の範囲で前記回転軸の周りに交互に正回転及び逆回転させることによりウエハの周囲部を研磨する工程を含み、
前記研磨体が、平坦な研磨パッドに配置されることにより平坦な研磨面を画成する研磨テープを含んで成り、
前記周囲部を研磨する工程において、前記研磨面がウエハの半径方向に垂直に前記周囲部に当接し、
前記所定の回転角度が、前記オリエンテーションフラットと前記研磨面とが対向して平行になることがないように、１８０度より大きく３６０度より小さい角度θに決定される、円形ウエハの製造方法。円形ウエハの製造方法。 - 前記所定の回転角度が、前記円板状のウエハのオリエンテーションフラットの両端部、又はその近傍の周囲部にそれぞれ位置する二点と、前記円板状のウエハの中心とによって画成される角度θに決定されることを特徴とする請求項１に記載された円形ウエハの製造方法。
- 前記周囲部を研磨する工程により形成されたウエハのオリエンテーションフラット近傍の周囲部の一部が直線状となるとき、さらに、前記形成されたウエハのオリエンテーションフラットと前記研磨面とを当接させ水平な軸線に沿って直線的に相対揺動させることにより前記オリエンテーションフラットを研磨する工程を含む、請求項１に記載された円形ウエハの製造方法。
- 前記周囲部を研磨する工程で、前記ウエハステージを、形成されるウエハの周囲部全体が円弧状となる回転角度の範囲において正回転及び逆回転させることを特徴とする請求項１に記載された円形ウエハの製造方法。
- 前記ウエハが半導体ウエハであることを特徴とする請求項１に記載された円形ウエハの製造方法。
- 前記周囲部を研磨する工程において、前記研磨面が弾性を有する研磨パッドを介して前記ウエハの周囲部に押圧され、前記研磨面が前記ウエハの周縁から離れることがないことを特徴とする請求項１に記載された円形ウエハの製造方法。
- 前記周囲部を研磨する工程において、前記ウエハステージと前記研磨面とを水平な軸線に沿って相対揺動させることを特徴とする請求項１に記載された円形ウエハの製造方法。
- さらに、前記周囲部を研磨する工程により形成されたウエハの半径を該ウエハの周囲部に沿って測定し、該測定された半径のうちの最小半径以下の半径を設定し、該設定された半径と前記測定された半径との差であるΔｒを前記形成されたウエハの周囲部に沿って決定する工程と、
前記Δｒが所定の値より大きい周囲部の部分に対応する角度θｐであって、前記所定の回転角度の範囲内の角度θｐを決定する工程と、を含む請求項１に記載された円形ウエハの製造方法。 - 前記ウエハステージにセンタリングして配置された結晶材料から成るウエハの周囲部と前記研磨体とを当接させながら、前記ウエハステージを、前記所定の回転角度の範囲において、基準の回転速度で、前記回転軸の周りに正回転及び逆回転させることにより前記ウエハの周囲部を研磨する工程を含み、
該研磨する工程において、前記ウエハステージと前記研磨面とを水平な軸線に沿って相対揺動させ、
前記決定された周囲部の部分に対応する角度θｐで、前記ウエハステージの回転速度が前記基準の回転速度より低減される、請求項８に記載された円形ウエハの製造方法。 - 前記ウエハステージにセンタリングして配置された結晶材料から成るウエハの前記決定された角度θｐに対応する周囲部の部分と前記研磨体とを当接させ、前記ウエハステージを、前記決定された角度θｐの範囲で前記回転軸の周りに正回転及び逆回転させて前記周囲部の部分を研磨する工程を含む、請求項８に記載された円形ウエハの製造方法。
Priority Applications (7)
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