JPH08241879A - ウェーハのノッチ部鏡面化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノッチ部の面取り部に施す鏡面研磨幅が変化
せず、研磨能率が高く、さらに、Ｖ字型のみならずいず
れの形状のノッチ部であっても鏡面研磨が可能なウェー
ハのノッチ部鏡面化装置。 【構成】 発泡ウレタンクロスまたは不織布クロスから
なり、回転する円盤状研磨クロス１０ａ，１０ｂ，１０
ｃと研磨されるウェーハ１をそれぞれの面が互いに交差
するように配置させ、砥液を滴下させながら研磨を行う
ことにより研磨能率の向上を図り、下面、端面、上面の
３ヶ所にわけて研磨を行うに際し、円盤状研磨クロスは
予めダイヤモンドホィール１４ａ，１４ｂ，１４ｃによ
り、端面研磨時はノッチをウェーハの垂直方向から見た
ものと同じ形状に、下面、上面研磨時はノッチをノッチ
の面取り角度θ方向から見た見た目の形に成形すること
により、ノッチ部の面取り部に施す鏡面研磨幅が変化せ
ず、また、クロス側の形状が常にリフレッシュされるた
め、研磨精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、既に面取り加工
された半導体ウェーハのノッチ部を、回転する研磨クロ
スに砥液を滴下させながら研磨を行い、ノッチ部の鏡面
化を行う装置に係り、研磨クロスの周端面形状を予め所
定形状に成形しておくことにより、ノッチ部の面取り部
に施す鏡面研磨幅が変化せず、研磨能率が高く、さら
に、Ｖ字型のみならずいずれの形状のノッチ部であって
も鏡面研磨が可能なウェーハのノッチ部鏡面化装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウェーハには、その外周部
の一部を直線上に研削してオリエンテーションフラット
（以下ＯＦという）が形成されており、これはデバイス
製造工程において、ホトリソグラフィーの適用に際して
の露光装置の方位を合わせやすくするためのものであ
る。

【０００３】また、半導体ウェーハはデバイス製造工程
などにおいて、所要のライン上を搬送される際に、その
外周が各工程に用いられる装置と接触して外周部位の欠
けや微粉が発生して、これによりデバイスの特性劣化な
どを招来する懸念から、例えば、特開平５−９０２３４
号公報に示されるようにウェーハの外周部位に面取り加
工が施されている。

【０００４】一方、上記のＯＦを設けることはそれだけ
多くの除去部分が発生し、今日の主流である直径の大き
なウェーハにとっては、この除去部分がかなりの面積と
なり、歩留を著しく低下させることになり、高価な半導
体ウェーハを効率的に利用する方法とは言い難いもので
ある。そこで、ウェーハを歩留良く活用するために、こ
のウェーハの外周部に、例えば、特開平４−３６４７２
７号公報に示される、略Ｖ字状や略円弧状などの形状を
有するノッチ部を形成することが行われている。特に、
Ｖ字状のノッチ部は位置決め精度に優れるなどの利点か
ら、現在多く採用されている。

【０００５】今日の半導体集積回路素子の集積度が著し
く向上した現状では、デバイス製造工程において前記ノ
ッチ部に硬質ピンなどを係合させてウェーハの位置決め
をする際に、該ノッチ部に欠けが発生してこれによりデ
バイスの汚染などが懸念されるため、例えば、特開平４
−３６４７２７号公報、特開平６−１０４２２８号公報
に示されるようにノッチ部に面取り加工が施されてい
る。さらに、該素子の大幅な集積度の向上要求に応える
ため、デバイス製造工程において、外周面取り部からの
発塵防止、面取り部の強度向上を目的に外周面取り部の
鏡面化が行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、前述のノッチ部
を有するウェーハでは、当該ノッチ部の寸法がウェーハ
の外周長に対して小さいため、ノッチ部の鏡面加工を必
要としなかったが、さらに、半導体集積回路素子の集積
度が向上するに及んで、デバイス製造工程におけるウェ
ーハの位置決め時に、前記ノッチ部からの発塵防止、強
度アップという外周部と同様の問題が無視できないよう
になった。

【０００７】図５Ｂに示すごとく、ウェーハ１に設けら
れた略Ｖ字状や略円弧状などの形状を有するノッチ部２
には、上述のごとく面取り加工が施されているため、ノ
ッチ部２に鏡面加工を施すには、外周面取り部の鏡面化
と同様に図５Ａに示すごとく面取り部３の上面４、端面
５、下面６の３ヶ所に分けて鏡面研磨を行うか、あるい
は同時に鏡面研磨する必要がある。

【０００８】すなわち、特開平４−３６４７２７号公報
には、水平なウェーハに対して垂直に保持された円板状
砥石にてノッチ部外周面を下面、端面、上面の３ヶ所に
分けて研削して面取り加工する方法が提案されている。
砥石と同様な円板状研磨材を用いてノッチ部の面取り部
を鏡面研磨することが考えられるが、この場合、研磨材
幅を変えて面取り部の下面、端面、上面の３ヶ所に分け
て鏡面研磨を行う必要がある。

【０００９】また、特開平６−１０４２２８号公報に
は、水平回転可能に保持されノッチ部の凹部寸法より小
径の円筒状砥石を用い、砥石の腹部を面取り部形状に応
じてＶ字型に凹ませ、水平なウェーハに対して水平にノ
ッチ部外周面を倣うように研削して面取り加工する方法
が提案されている。砥石と同様な円板状研磨材を用いて
ノッチ部の面取り部を鏡面研磨することが考えられる
が、この場合、研磨幅は狭いが面取り部の下面、端面、
上面の３ヶ所を同時に鏡面研磨することになる。

【００１０】発明者は上記の研磨方法を検討したとこ
ろ、円板状研磨材を用いてノッチ部の面取り部を鏡面研
磨すると、特に、上面、下面の面取り幅、すなわち、鏡
面研磨幅が変化してノッチ部の内側ほど広くなり好まし
くなく、また、小径の円筒状砥石を用いる場合は鏡面研
磨幅が変化しない利点はあるが、研磨能率が低いという
問題があることを見い出した。

【００１１】この発明は、上述のノッチ部の面取り部を
鏡面研磨する際の問題に鑑み、ノッチ部の面取り部に施
す鏡面研磨幅が変化せず、研磨能率が高く、さらに、Ｖ
字型のみならずいずれの形状のノッチ部であっても鏡面
研磨が可能なウェーハのノッチ部鏡面化装置の提供を目
的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】発明者は、ノッチ部の面
取り部に施す鏡面研磨幅が変化せず、研磨能率が高いノ
ッチ部鏡面化方法について種々検討した結果、回転する
円盤状の研磨クロスと研磨されるウェーハをそれぞれの
面が互いに交差するように配置させ、砥液を滴下させな
がら研磨を行うことにより研磨能率の向上を図り、下
面、端面、上面の３ヶ所にわけて研磨を行うに際し、円
盤状研磨クロスは予めバイトやダイヤモンド砥石（ホィ
ール）により、端面研磨時はノッチをウェーハの垂直方
向から見たものと同じ形状に、下面、上面研磨時はノッ
チをノッチの面取り角度θ方向から見た見た目の形に成
形することにより、ノッチ部の面取り部に施す鏡面研磨
幅が変化しないこと、さらに研磨クロスには発泡ウレタ
ンクロスまたは不織布クロスが最適であることを知見
し、この発明を完成した。

【００１３】すなわち、この発明は、発泡ウレタンクロ
スまたは不織布クロスからなる３枚の円盤状研磨クロス
を回転軸に同軸配置して回転駆動させる研磨クロス装置
と、前記円盤状研磨クロスと研磨されるウェーハの面が
交差するようにウェーハを保持させかつ前記ウェーハの
位置合わせを行うための水平面の直交２軸方向に移動さ
せる移動機構と前記ウェーハを下面、端面、上面と研磨
を行うために垂直軸方向に移動させる移動機構とを有し
た保持装置と、前記円盤状研磨クロスを端面研磨時はノ
ッチをウェーハの垂直方向から見たものと同じ形状に、
下面及び上面研磨時はノッチをノッチの面取り角度θ方
向から見た目の形状に成形するためのダイヤモンドホィ
ールを回転軸に同軸配置して回転駆動させるダイヤモン
ドホィール装置と、砥液を研磨面または研磨クロスに滴
下するためのノズル装置を有したウェーハのノッチ部鏡
面化装置である。

【００１４】また、この発明は、３枚の発泡ウレタンク
ロスからなる円盤状研磨クロスを回転軸に同軸配置して
回転駆動させる研磨クロス装置と、前記円盤状研磨クロ
スと研磨されるウェーハの面が交差するようにウェーハ
を保持させかつ前記ウェーハの位置合わせを行うための
水平面の直交２軸方向に移動させる移動機構と前記ウェ
ーハを下面、端面、上面と研磨を行うために垂直軸方向
に移動させる移動機構とを有した保持装置と、前記円盤
状研磨クロスを端面研磨時はノッチをウェーハの垂直方
向から見たものと同じ形状に、下面及び上面研磨時はノ
ッチをノッチの面取り角度θ方向から見た目の形状に成
形するための複数のバイトを移動可能に支持したバイト
装置と、砥液を研磨面または研磨クロスに滴下するため
のノズル装置を有したウェーハのノッチ部鏡面化装置で
ある。

【００１５】この発明によるウェーハのノッチ部鏡面化
装置では、回転する円盤状研磨クロスと研磨されるウェ
ーハをそれぞれの面が互いに交差するように配置させ、
砥液を滴下させながら研磨を行い、例えば、研磨される
ウェーハをウェーハの面に垂直な方向に移動させ、下
面、端面、上面の３ヶ所にわけて研磨を行うことにより
ノッチ部全域が所定幅で鏡面化される。

【００１６】また、通常、ノッチ部の形状がウェーハ面
と同一平面上で、Ｖ字形または円形及びこれらに近似し
た形状が選択され得るが、ノッチ部形状に応じて端面
用、下面及び上面用と準備し、研磨前に予めバイトやダ
イヤモンド砥石（ホィール）により円盤状研磨クロスを
順次所定形状に成形するため、研磨効率に優れ、また予
め所要形状のバイトやダイヤモンド砥石（ホィール）を
用意しておくことにより、いかなる形状のノッチ部に関
しても効率よく鏡面化することが可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明によるウェーハのノッチ
部鏡面化装置の構成、作用について、図面に基づいて詳
述する。図１はこの発明によるノッチ部鏡面化装置の正
面説明図であり、図２は上面説明図である。図３Ａはこ
の発明によるノッチ部鏡面化装置の円盤状研磨クロスと
研磨されるウェーハとの位置関係を示す正面説明図であ
り、図３Ｂは下面研磨時の円盤状研磨クロスと研磨され
るウェーハとの位置関係を示す拡大説明図である。図４
Ａは下面、上面研磨時におけるノッチをノッチの面取角
度θ方向から見た見た目の形状を示す説明図であり、図
４Ｂは上面の面取角度θを示す説明図である。

【００１８】この発明によるノッチ部鏡面化装置は、３
枚の円盤状研磨クロス１０ａ，１０ｂ，１０ｃを回転軸
１１に同軸配置して回転駆動させる研磨クロス装置１０
と、前記円盤状研磨クロス１０ａ，１０ｂ，１０ｃと研
磨されるウェーハ１の面が交差するようにウェーハを保
持させる保持装置１２と、前記円盤状研磨クロス１０
ａ，１０ｂ，１０ｃを成形するためのダイヤモンドホィ
ール１４ａ，１４ｂ，１４ｃを回転軸１５に同軸配置し
て回転駆動させるダイヤモンドホィール装置１４と、砥
液を滴下するためのノズル装置１６を有し、ウェーハ保
持装置１２は、前記ウェーハ１の位置合わせを行うため
のＸ，Ｙ軸方向に移動させる機構と、前記ウェーハ１を
下面、端面、上面と研磨を行うためにＺ軸方向に移動さ
せる機構を有している。

【００１９】まず、ウェーハ１がウェーハ保持機装置１
２を構成する回転台１３上に配置され、真空ポンプの作
用下にて吸引穴を介してこの回転台１３に吸着される。
そして、ウェーハ１のノッチ部と、後述の成形を行った
上面用研磨クロス１０ａ、端面用研磨クロス１０ｂ、下
面用研磨クロス１０ｃとが、選択されたクロスの面を互
いに直交してそれぞれ所定の位置に位置決めされる。一
方、研磨クロス装置１０では、回転軸１１の電動モータ
ーを駆動して研磨クロス１０ａ，１０ｂ，１０ｃが回転
される。

【００２０】円盤状研磨クロス１０ａ，１０ｂ，１０ｃ
には、発泡ウレタンクロスまたは不織布クロスを用いる
ことが望ましく、直径５０〜１５０ｍｍ、ノッチの幅以
上の４〜５ｍｍ程度の厚みが必要とされる。発泡ウレタ
ンクロスの性状としては、ウレタン樹脂と硬化剤及び発
泡剤からなるものが好ましく、鏡面研磨のために必要な
硬度や表面粗度を満足する必要が有るが、ノッチ形状や
バイト、ダイヤモンドホィールによる切削性も考慮し
て、所要の硬度や表面粗度を満足するように樹脂、硬化
剤及び発泡剤量を適宜選定する必要がある。

【００２１】また、不織布クロスの性状としては、ポリ
エステル、ナイロンまたはウレタンと繊維質からなるも
のが好ましく、鏡面研磨のために、硬度はＪＩＳＡ硬度
で５０°〜９０°、並びに必要な表面粗さを満足する必
要があるが、ノッチ形状やダイヤモンドホィールによる
切削性も考慮して、所定の硬度や表面粗度を満足するよ
うに繊維、樹脂並びにダイヤモンド砥粒の番手を適宜選
定する必要がある。

【００２２】研磨されるウェーハ１をウェーハの面に垂
直な方向に移動させ、この際に図３に示すごとく、下
面、端面、上面の３ヶ所にわけて研磨を行うが、併せて
必要とする上面用研磨クロス１０ａ、端面用研磨クロス
１０ｂ、下面用研磨クロス１０ｃのいずれかへＸ軸方向
に移動する。各研磨クロス１０ａ，１０ｂ，１０ｃに対
して、ウェーハ１と反対に位置するところに各研磨クロ
スの成形用のダイヤモンドホィールである上面用ホィー
ル１４ａ、端面用ホィール１４ｂ、下面用ホィール１４
ｃが配置されている。

【００２３】ダイヤモンドホィール装置１４は回転軸１
５に同軸に各ダイヤモンドホィール１４ａ，１４ｂ，１
４ｃを配置しており、回転軸１５を研磨クロス側へ移動
させることにより、各ダイヤモンドホィール１４ａ，１
４ｂ，１４ｃが、それぞれ上面用研磨クロス１０ａ、端
面用研磨クロス１０ｂ、下面用研磨クロス１０ｃへ当接
して成形される。すなわち、不織布クロス成形時には、
端面、下面および上面用クロスを同時に成形するもの
で、同じ径のダイヤモンドホィールを使用することによ
って、常に同じ外径の端面用、下面用、上面用の各研磨
クロスが成形される。

【００２４】また、研磨クロスに発泡ウレタンクロスを
用い、ダイヤモンドホィールに代えてバイトを使用した
場合、例えば、端面研磨時であるが、個別に配置される
端面用バイトの高さは研磨クロスの水平直径方向の延長
線上に位置し、バイトの形状はノッチをウェーハ１の垂
直方向から見たものと同じ形状であり、端面用研磨クロ
ス１０ｂを回転させ前記バイトを近接させることによっ
て、端面用研磨クロス１０ｂは所定形状に成形される。

【００２５】成形終了後、各ダイヤモンドホィール１４
ａ，１４ｂ，１４ｃは各研磨クロス１０ａ，１０ｂ，１
０ｃから離反する方向に移動させ、その後保持装置１２
は回転する円盤状研磨クロス１０ｂへ近接する方向にウ
ェーハ１を移動し、一定圧力で接触させ、砥液を滴下さ
せながら研磨を行う。砥液としては、ＳｉＯ₂等の研磨
剤を含むアルカリ性研磨液が好ましい。

【００２６】端面の鏡面研磨終了後、研磨されるウェー
ハをウェーハの面に垂直な方向に移動させ、続いて同様
方法で下面、上面の研磨を行う。なお、垂直方向の移動
量Ｈは図４に示すごとく、研磨クロス１とノッチの上
面、下面を垂直に当接させるために、研磨クロスの直径
をｒ、ノッチの面取り角度をθとすると、Ｈ＝ｒ ・
ｃｏｓθ で表される。

【００２７】下面、上面研磨時は、円盤状研磨クロス１
０ａ，１０ｃの周端面形状を、ノッチをノッチの面取角
度θ方向から見た見た目の形状に成形する。かかる形状
は図４に示すように、下記式で求められる。下記式で求
められた形状を有する前述のダイヤモンドホィールを用
いて、上述の端面の場合と同様にして円盤状研磨クロス
を成形したのち、鏡面研磨を行う。

【００２８】

【数１】

【００２９】

【実施例】 実施例１ 前述した図１、図２に示すノッチ部鏡面化装置を用い
て、ノッチ形状をＶ型に設定し、端面、下面及び上面用
の３種類のダイヤモンドホィールを装着し、不織布クロ
スの成形、ノッチ部の鏡面研磨を行ったところ、端面、
下面及び上面用の不織布クロスを同時に５〜１０秒で成
形でき、各研磨時間を５〜１０秒で行うと、ノッチ部の
面取り部に施す鏡面研磨幅を外周部と同様の一定幅に保
持したまま、効率よく研磨することができ、非常に良好
な鏡面研磨面が得られた。円盤型不織布クロスは、外径
１００ｍｍから研磨を開始し、１００枚加工後、上記ダ
イヤモンドホィールにて外径を９９ｍｍに再成形し研磨
を行う。この工程を繰り返し、外径５０ｍｍまで加工す
ることができ、不織布クロス１枚で５０００枚の加工が
可能であった。

【００３０】また、図２のダイヤモンドホィールは、端
面、下面及び上面 研磨時に不織布クロスがウエーハと
接触しないように一定間隔で同軸設置され、さらにその
間隔は管理されており、不織布クロス交換時に研磨クロ
スの弾性などにより不織布クロスの厚み中心位置が微妙
にずれたとしても、上記ダイヤモンドホィールにて成形
することにより、成形された形状の中心位置は常に一定
に保持され、常に一定のノッチ位置に対しての研磨が可
能であった。

【００３１】実施例２ 前述した図１、図２に示すノッチ部鏡面化装置を用い
て、ノッチ形状をＶ型に設定し、ダイヤモンドホィール
装置に代えて、端面、下面及び上面用の３種のバイトを
バイト支持装置に装着し、ウェーハ一枚ごとにノッチ部
の端面、下面及び上面をそれぞれ、バイトによる成形時
間を５〜１０秒、研磨時間を５〜１０秒で行ったとこ
ろ、ノッチ部の面取り部に施す鏡面研磨幅を外周部と同
様の一定幅に保持したまま、効率よく研磨することがで
き、また、発泡ウレタンクロス側の形状が常にリフレッ
シュされるため、常に適正な発泡ウレタンクロスで研磨
でき、研磨精度が向上することを確認した。

【００３２】また、ノッチ形状をＶ型、Ｕ型の２種に設
定し、６種のバイトをロータリー式のバイト支持装置に
装着し、上述の条件で鏡面研磨したところ、Ｖ型、Ｕ型
の選定を交互、任意のいずれに設定しても、単位時間当
たりの研磨枚数に変化なく、極めて効率的であった。

【００３３】

【発明の効果】この発明のウェーハのノッチ部鏡面化装
置によれば、回転する円盤状研磨クロスと研磨されるウ
ェーハをそれぞれの面が互いに交差するように配置さ
せ、砥液を滴下させながら研磨を行うことにより研磨能
率の向上を図り、下面、端面、上面の３ヶ所にわけて研
磨を行うに際し、発泡ウレタンクロスまたは不織布クロ
スからなる円盤状研磨クロスは予めバイトまたはダイヤ
モンド砥石により、端面研磨時はノッチをウェーハの垂
直方向から見たものと同じ形状に、下面、上面研磨時は
ノッチをノッチの面取り角度θ方向から見た目の形に成
形することにより、ノッチ部の面取り部に施す鏡面研磨
幅が変化せず、また、クロス側の形状が常にリフレッシ
ュされるため、研磨精度が向上する。

【００３４】しかも、ノッチ部の形状が変更される際に
は、そのノッチ形状に合わせたバイトあるいはダイヤモ
ンド砥石に変更し研磨クロスを成形し直すだけで容易に
対応することができ、種々の形状の異なるノッチ部を効
率的に鏡面化できる利点もある。不織布クロスは、砥液
の保持能力が高く、また、柔らかくウェーハに傷を付け
ることが少なく、研磨方向にスジ状の研磨痕がない完全
な鏡面が得られる。実施例にも明らかなように、不織布
クロスはダイヤモンド砥石にて容易に再成形を行うこと
ができ、これによりクロスライフの大幅な向上が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるノッチ部鏡面化装置の正面説明
図である。

【図２】この発明によるノッチ部鏡面化装置の上面説明
図である。

【図３】Ａはこの発明によるノッチ部鏡面化装置の円盤
状研磨クロスと研磨されるウェーハとの位置関係を示す
正面説明図であり、Ｂは下面研磨時の円盤状研磨クロス
と研磨されるウェーハとの位置関係を示す拡大説明図で
ある。

【図４】Ａは下面、上面研磨時におけるノッチをノッチ
の面取角度θ方向から見た目の形状を示す説明図であ
り、Ｂは上面の面取角度θを示す説明図である。

【図５】Ａはウェーハ端面の研磨形状を示す説明図であ
り、Ｂはノッチ部を示すウェーハ上面説明図である。

【符号の説明】

１ ウェーハ ２ ノッチ部 ３ 面取り部 ４ 上面 ５ 端面 ６ 下面 １０ 研磨クロス装置 １０ａ 上面用研磨クロス １０ｂ 端面用研磨クロス １０ｃ 下面用研磨クロス １１，１５ 回転軸 １２ 保持装置 １３ 回転台 １４ ダイヤモンドホィール装置 １４ａ 上面用ホィール １４ｂ 端面用ホィール １４ｃ 下面用ホィール １６ ノズル装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発泡ウレタンクロスまたは不織布クロス
   からなる３枚の円盤状研磨クロスを回転軸に同軸配置し
   て回転駆動させる研磨クロス装置と、前記円盤状研磨ク
   ロスと研磨されるウェーハの面が交差するようにウェー
   ハを保持させかつ前記ウェーハの位置合わせを行うため
   の水平面の直交２軸方向に移動させる移動機構と前記ウ
   ェーハを下面、端面、上面と研磨を行うために垂直軸方
   向に移動させる移動機構とを有した保持装置と、前記円
   盤状研磨クロスを端面研磨時はノッチをウェーハの垂直
   方向から見たものと同じ形状に、下面及び上面研磨時は
   ノッチをノッチの面取り角度θ方向から見た目の形状に
   成形するためのダイヤモンドホィールを回転軸に同軸配
   置して回転駆動させるダイヤモンドホィール装置と、砥
   液を研磨面または研磨クロスに滴下するためのノズル装
   置を有したウェーハのノッチ部鏡面化装置。
2. 【請求項２】 ３枚の発泡ウレタンクロスからなる円盤
   状研磨クロスを回転軸に同軸配置して回転駆動させる研
   磨クロス装置と、前記円盤状研磨クロスと研磨されるウ
   ェーハの面が交差するようにウェーハを保持させかつ前
   記ウェーハの位置合わせを行うための水平面の直交２軸
   方向に移動させる移動機構と前記ウェーハを下面、端
   面、上面と研磨を行うために垂直軸方向に移動させる移
   動機構とを有した保持装置と、前記円盤状研磨クロスを
   端面研磨時はノッチをウェーハの垂直方向から見たもの
   と同じ形状に、下面及び上面研磨時はノッチをノッチの
   面取り角度θ方向から見た目の形状に成形するための複
   数のバイトを移動可能に支持したバイト装置と、砥液を
   研磨面または研磨クロスに滴下するためのノズル装置を
   有したウェーハのノッチ部鏡面化装置。