JPH04129668A - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体用ウェハ等の研磨装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ ＳｉやＧａＡｓ等の半導体ウェハは、結晶からのウェハ
切断−外周加エーラツビングーエ・ンチングー洗浄−検
査といった一連の加工工程を経ることによって、高品質
の鏡面状の面性状を有するポリッシングウェハとなる。

その中でもウェハの面性状に多大な影響を与える工程は
、ポリッシング工程である。

ポリッシングの方法は、主として両面ポリッシングと片
面ポリッシングがある。両面ポリッシングは、相対する
方向に回転する上下一対の定盤の間に設けられたキャリ
アーに入れられたウェハ等の被研磨物を置き、ウェハの
両面を同時にポリッシングする方法で、両面研磨装置が
使われることが多い。

片面ポリッシングは、研磨プレートに半導体ウェハ等の
被研磨物をワックスなどで固定し、研磨布を貼った回転
する下定盤に押し付はポリッシュする。多くの種類の片
面研磨装置が知られており、これらが使用されることが
多い。国内で使用される半導体ウェハのポリッシュには
、片面ポリッシュが行われることが多い。

この片面研磨装置には、エアーシリンダーの先にピボッ
トを設けて加重が懸けられ、且つ自由に回転ができるよ
うにしたピボット方式と、研磨プレートの周囲に修正輪
を設けてその中に重しを載せ加重が懸けられるようにし
、下定盤の周囲に修正輪を支え、且つ自由回転できるよ
うローラーを設けたデッドウェイト方式がある。またピ
ボット方式も更に加重を均一にするためのプレート保持
具を設けた方式もある。

金属などのポリッシングには、研磨粉を使用した遊離砥
粒方式が多く使われているが、半導体ウェハのポリッシ
ングに使用されるポリッシング機構には、メカノケミカ
ルポリッシング方式が多く用いられている。Ｓｉウェハ
では、エツチング性のある、ＫＯＨやＮａＯＨ水溶液に
コロイダルシリカ等の研磨材を分散させたポリッシュ液
を用い、軟質なポリウレタンで覆われたスェードタイプ
の研磨布の組合せで鏡面に仕上げている。　ＧａＡｓ等
の化合物半導体では、同様にＮａ０Ｃ１等の酸化性のエ
ツチング液を用いてウェハ表面に酸化膜を生成し、Ｓｉ
と同様の研磨布で酸化膜を除去し、鏡面ウェハを製作し
ている。

［発明の解決しようとする課題］ 前述のようにメカノケミカルポリッシング方式では、エ
ツチング性のある研磨液を使用しているため、高品質の
ウェハ面性状が得られるが、ケミカル性が高いため、高
品質且つ安定した鏡面を得ようとするためには、種々の
工夫が必要である。それは、ポリッシング作業が終了後
直ちに定盤上からウェハを取り出し、付着した研磨液を
取り去り研磨液のエツチングを止める必要がある。ポリ
ッシング終了直後にウェハを装置から取り出し研磨液を
直ちに洗い流す作業をしないとウェハ鏡面にエツチング
むらや、酸化膜が生成し、表面性状を著しく損ねて品質
の低下をきたしてしまう。

そのため従来研磨装置では、研磨終了直後に大量の純水
をリンス液として研磨定盤上に供給し研磨液を洗い流す
リンス作業を行った後、更に人手によってマウウンテイ
ングプレートをひっ（り返して純水シャワーを行った後
、取り出したウェハを直ちに大量の流水中に投入してい
た。しかし、前者は大量のリンス液を流しても研磨布巾
には研磨液がかなりの量残留し、ウェハが研磨布と接触
しているためエツチングが進行し品質の低下を来す。後
者は人手に頼るため研磨プレートのひっくり返しにある
程度の時間がかかり、その間に付着した研磨液による同
様の表面の劣下を招いたり、取り出す順序により面性状
のばらつきを生じることが多かった。また、複数の研磨
プレートを使用する場合は、ひっくり返し洗浄を同時に
行うため、研磨プレートの数だけ熟練した人手を要する
という欠点があった。

本発明の目的は、従来技術の有していた前述の欠点を解
消しようとするものである。ＳｉやＧａＡｓの半導体ウ
ェハ等の鏡面研磨を行うポリッシュ工程で高品質で安定
した鏡面性状のウェハを大量に、且つ少ない人数で生産
できる研磨装置に及びそれを用いた研磨方法に関するも
のである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前述の課題を解決すべ（なされたものであり、
被研磨材を下面に貼着した研磨プレートを保持する保持
部を有しているプレート保持具と、該プレート保持具を
上下方向へ移動させる移動手段と、該プレート保持具を
下方へ向かって加圧する加圧手段と、研磨プレートの下
方に設けられ研磨面に研磨布を有し回転して被研磨材を
研磨する定盤と、研磨終了後研磨面より上方へ引き離さ
れた研磨プレート下面の被研磨材を洗浄する洗浄装置と
を備えたことを特徴とする研磨装置、および、回転して
いる定盤の研磨布を有する研磨面に、上下方向の移動手
段先端部に設けられたプレート保持具に保持されかつ被
研磨材を下面に貼着した研磨プレートを押圧させ該被研
磨材を研磨し、研磨終了後直ちに該プレート保持具を上
昇させ被研磨材を研磨面より上方へ引き離し、該プレー
ト保持具下方に設けられた洗浄装置により被研磨材に洗
浄液を噴射して洗浄した後、研磨プレートをプレート保
持具より取り外すことを特徴とした研磨方法を提供する
ものである。

本発明は、大きく分けて５つの要素で構成されている。

研磨プレートと、該研磨プレートを保持するためのプレ
ート保持具と、該プレート保持具を上下動させるための
移動手段と、該プレート保持具を下方へ加圧するための
加圧手段と、被研磨材を洗浄するための洗浄装置である
。

研磨プレート１は、第１図及び第３図に示すように下面
に被研磨物である例えば半導体ウェハ４を貼り付けして
使用する構造になっている。通常は第３図に示すように
略四辺形状である。この研磨プレート１のサイド６は、
後述するプレート保持具２の係止溝５及びフック３等の
保持部に整合する形状に切込み、切り欠き加工される。

研磨プレート１の材質としては、ステンレス鋼でも良い
が、操作性の点でガラスまたはセラミックが好ましい。

プレート保持具２は、上記プレート１を保持した状態で
自由に回転をさせるためと加圧を均等に加えるためのも
ので、その側周面には研磨プレート１を保持するための
係止溝５及びフック３が設けられている。該係止溝５は
固定的に作られているものであり、フック３は可動的に
作られているものである。固定的に作られた係止溝５の
場合は、少なくとも研磨プレート１の差込み方向と平行
するプレート保持具２の両側に形成される。また、プレ
ート保持具２の１つの可動に設けられたフック３を設け
る側をのぞ（３方向に係止溝５を設けても良い。この場
合、これらフック３及び係止溝５はプレート保持具２の
辺部の主要部に連続または、所定の間隔をおいて設ける
ことができる。

フック３は、プレート保持具２の研磨プレート１を横方
向あるいは水平方向より差し込む側に上下方向に開閉可
能に設けられており、その研磨プレート１との接触面は
閉時において研磨プレート１のサイド６に密接できる鈎
形状に仕上げられているのが構成上及び取り扱い上好ま
しい。

プレート保持具２の材質は特に限定されないが、軽量化
と強度を必要とするために、アルミニウムあるいはアル
ミニウム合金のような軽金属が好ましい。また耐腐食性
を重要視する場合は、弗素コーティングを施したり、塩
化ビニル等の樹脂を使用する。

本発明において、研磨プレート１のサイド６の形状とプ
レート保持具２のフック３及び係止溝５の形状は適宜選
択できる。第４図の（ａ）　（ｂ）（ｃ）　（ｄ）は、
これらの主なものを示す。加工を容易にするという面か
らは（ａ）の様な平面が適当するが、被研磨物の貼り付
は面積確保のためには、（ｂ）（ｃ）の様な曲面あるい
は２平面加工、（ｄ）の様な溝加工が効果的である。な
お、これら研磨プレートとプレート保持具の係止溝５及
びフック３との接合面は、摩耗による微粉末の発生を防
止するために、高精度（表面粗さＲａで０．５〜０．７
μｍ）仕上げあるいは研磨仕上げを行うのが好ましい。

第５図は本発明の他の実施例を示したものであり、研磨
プレートのスライド面（係止溝５と接する面）と直行す
る側の面は、第６図に示すようにフラットに加工するこ
ともできる。もちろん、この場合にはプレート保持具２
に設けるフック３の接合面も、これに合わせてフラット
に整形される。上記実施例では、研磨プレートを係止す
る保持部が、固定された係止溝と可動のフックとにより
構成された場合について示した。

第８図と第９図に保持部が全て可動的に設けられている
例について示す。この場合、すべての可動のフック８を
開状態にして、研磨プレート１を人手により下方へ取り
外したり、また下方から支えながら取りつける必要が生
じるため、操作に時間がかかり、また落下して破損する
ことがあるという問題点がある。

プレート保持具を上下動させる移動手段及び下方へ加圧
させる加圧手段としては、空気圧により上下動する加圧
シリンダー１３が用いられ、前述の研磨プレートエとプ
レート保持具２ニポシシヨンロツド１７を介して接続さ
れている。空気圧を制御信号によって開閉する電磁弁１
８も付属している。加圧シリンダー１３は、研磨時の適
切な加圧が可能であり、また研磨プレート１とプレート
保持具２を迅速に引き上げる容量が必要である。また、
研磨中の研磨抵抗に十分耐えられる強度を持っている必
要もある。第１０図の加圧シリンダー１３には、８０φ
、ストローク２４５ミリ、空気圧４ｋｇ／ｃｍ”程度の
ものが適している。材質はステンレス製のものが好まし
い。移動手段及び加圧手段は上記のものに限られず、ギ
ア、バネ、チェーン。

ロッド等を使用しバネの弾性力により加圧する手段とし
てもよい。

洗浄装置１４は、噴射ノズル１９と噴射方向を可変でき
るボールジヨイント２０、組み付は用の台座２１及び純
水の流れを制御信号によって開閉する電磁弁２２からな
っている。噴射ノズル１９の噴射角は、研磨プレートに
貼付けられた被研磨物が均一に洗浄できるように噴射で
きることが好ましく、水圧０．５〜１．５ｋｇ／ｃｍ”
での噴射のひろがり角度５２°〜６５°がよい。取り付
ける位置は、研磨装置の外周部でも良いし中心部でもよ
い。１６は回転してウェハを研磨するための下定盤であ
る。

コントローラ１５は、シーケンサ−とタイマーで構成さ
れており、空気圧を制御するための電磁弁１８と純水の
流れを制御する電磁弁２２に接続している。タイマーは
、研磨時間、加圧シリンダーの稼動時間、純水噴射時間
等を制御するのに用いられる。−例を上げると、研磨時
間１０分、加圧シリンダー稼動時間５秒、純水噴射時間
３０秒である。

［作用］ 研磨が終了すると直ちにシリンダーで研磨プレートごと
被研磨物ごと持ち上がり、付着した研磨液を下方より洗
浄用純水を噴射して、洗い流してエツチングを止め研磨
直後の高品質な研磨面を維持する。

［実施例］ 本発明の実施例を以下に示す。

研磨装置は第１０図に示したものを使用し、プレート保
持具２としてはアルミニウムのものを使用し、３方向が
固定式の係止溝５であり残り１方向が可動式のフック３
であるものを使用した。ガラス製の研磨プレート１は、
フック３を上方へ動かし開状態にして、水平方向よりス
ライドさせ挿入することによりプレート保持具２に固定
した。係止溝５及びフック３の形状は第４図（ａ）のタ
イプである。また、研磨プレート１とプレート保持具２
の係止溝５及びフック３との接合面は高精度（Ｒａ＝０
．５μｍ）に仕上げられている。

加圧シリンダー１３はステンレス製であり、８０φ、ス
トローク２４５ミリ、空気圧４ｋｇ／ｃｍ２である。

洗浄装置１４は第１１図に示したものを使用しており、
下定盤１６の外周部の台座２１に設けられている。先端
部の噴射ノズル１９がボールジヨイント２０により可動
的に取りつけられており、洗浄液である純水の水圧が１
．５ｋｇ／ｃｍ”で、噴射のひろがり角度は６０°であ
る。

被研磨材としてはＧａＡｓ化合物半導体単結晶ウェハを
用い、研磨プレート１の下面に４枚貼着した。

コントローラ１５により電磁弁１８を制御し、ポジショ
ンロッド１７先端部のプレート保持具２を加圧シリンダ
ー１３により４０〜４５ｒｐｍで回転している下定盤１
６に押圧して研磨を開始した。１０分間の研磨を終了後
、プレート保持具２を電磁弁８を制御して上昇させ、次
に電磁弁２２を制御して洗浄装置］４から純水を３０秒
噴射して洗浄を終了した。

その結果、ＧａＡＳウェハ４枚を研磨、洗浄するのに、
従来２０分程度要していたものが１０分３５秒と大幅に
短縮され、エツチングむらのため低下していた歩留が５
０％から９０％へと向上した。

［発明の効果］ 本発明は、以下に示すような優れた効果を有する。

■保持部の付いたプレート保持具で研磨プレートを保持
し加圧シリンダーで持ち上げることにより、希望の時間
に短時間で複数の研磨プレートを同時に研磨布から離す
ことができる。従来は、同じ操作を行おうとすると、人
手により研磨プレートを研磨布上でひっくり返す必要が
あり、複数の研磨プレートで同時に行うためには、研磨
プレート数に相当する人数が必要であったが、本発明で
は無人で可能である。

■同時にかつ短時間で研磨布から離せるため、同一の品
質のものができる。

■研磨プレートを自動で引き上げ下部より洗浄できるた
め、エツチング性のある研磨液が直ちに洗い流すことが
でき、エツチングによる研磨面のエツチングむら等の品
質低下の無い高品質のウェハがばらつきな（作成でき、
且つ無人で作成可能である。

■同一品質のウェハが、人手が入らないため、低価格で
作成可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１１図は本発明の実施例を示し、第１図は研
磨プレートをプレート保持具に装着する際の状態をしめ
す側面図で、第２図は研磨プレートを装置したプレート
保持具の側断面図で、第３図は研磨プレートの平面図で
、第４図（ａ）〜（ｄ）は研磨プレートとプレート保持
具の係止溝及びフックでの接合面形状を示す側断面図で
、第５図は他の実施例における研磨プレートの平面図で
、第６図及び第７図は各々第５図のＢ−Ｂ′線及びｃ−
ｃ′線における断面図で、第８図は他の実施例において
研磨プレートにプレート保持具を装着した時の側断面図
で、第９図は第８図において研磨プレートをプレート保
持具から取り外す時の側断面図で、第１０図は研磨装置
全体のブロック図であり、第１１図は洗浄装置の側面図
である。 １：研磨プレート　２ニブレート保持具３：フック　　
　　４：半導体ウェハ ５：係止溝　　　１３：加圧シリンダー１４：洗浄装置
　　１５：コントローラ佑 図 絹？ 閃 措 図 ｔａ） （ど【） （Ｃ） 第 図 す８図 第ｑｍ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被研磨材を下面に貼着した研磨プレートを保持する
   保持部を有しているプレート保持具 と、該プレート保持具を上下方向へ移動させる移動手段
   と、該プレート保持具を下方へ向かって加圧する加圧手
   段と、研磨プレートの下方に設けられ研磨面に研磨布を
   有し回転して被研磨材を研磨する定盤と、研磨終了後研
   磨面より上方へ引き離された研磨プレート下面の被研磨
   材を洗浄する洗浄装置とを備えたことを特徴とする研磨
   装置。 ２、回転している定盤の研磨布を有する研磨面に、上下
   方向の移動手段先端部に設けられたプレート保持具に保
   持されかつ被研磨材を下面に貼着した研磨プレートを押
   圧させ該被研磨材を研磨し、研磨終了後直ちに該プレー
   ト保持具を上昇させ被研磨材を研磨面より上方へ引き離
   し、該プレート保持具下方に設けられた洗浄装置により
   被研磨材に洗浄液を噴射して洗浄した後、研磨プレート
   をプレート保持具より取り外すことを特徴とした研磨方 法。 ３、回転している定盤の研磨布を有する研磨面に、上下
   方向の移動手段先端部に設けられたプレート保持具に保
   持されかつ半導体ウェハを下面に貼着した研磨プレート
   を押圧させ該半導体ウェハをエッチング液に浸しつつ研
   磨し、研磨終了後直ちに該プレート保持具を上昇させ被
   研磨材を研磨面より上方へ引き離 し、該プレート保持具下方に設けられた洗浄装置により
   半導体ウェハに純水を噴射して洗浄した後、研磨プレー
   トをプレート保持具より取り外すことを特徴とした研磨
   方法。 ４、プレート保持具の保持部の形状が鈎形であり、少な
   くとも該保持部の１つが研磨プレートを取りはずし可能
   なように可動的に設けられている請求項１記載の研磨装
   置。