【手続補正書】
【提出日】平成16年4月14日(2004.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】ウエハエッジの鏡面研磨方法及び装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】面取りした外周エッジを表裏両面に有する円板形のウエハを、鉛直に保持して水平軸線の回りに回転させると共に、研磨のための作業面を外周に備えた２つの円筒形の研磨ドラムを、ウエハの表裏面のエッジに沿う方向に傾斜させてそれぞれの軸線の回りに回転させながら、これらの研磨ドラムを上記ウエハの下半部の位置で表裏面のエッジに個別に且つ同時に接触させて鏡面研磨することを特徴とするウエハエッジの鏡面研磨方法。
【請求項２】上記作業面とエッジとの接触位置を変えるため、上記研磨ドラムをウエハに対して相対的に変位させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の鏡面研磨方法。
【請求項３】面取りした外周エッジを表裏両面に有する円板形ウエハを、鉛直に保持して水平軸線の回りに回転させるウエハ保持手段と、
上記ウエハの外周エッジを研磨するための作業面を外周面に備えていて、該ウエハの下半部の位置に上記両エッジに沿う方向に傾斜させて配設されると共に、これらのエッジに個別に且つ同時に接触し、それぞれの軸線回りで駆動回転自在の２つの円筒形研磨ドラムと、
上記外周エッジの研磨加工中に上記ウエハを研磨ドラムの作業面に常時一定の接触圧で押し付けるための接触圧設定手段と、
を有することを特徴とするウエハエッジの鏡面研磨装置。
【請求項４】上記ウエハ保持手段をウエハの軸線方向に移動自在とすることにより、ウエハ表裏面のエッジが２つの研磨ドラムの作業面に均等に接触できるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の鏡面研磨装置。
【請求項５】上記研磨ドラムが、作業面とエッジとの接触位置を変えるため該ウエハに対して相対的に変位可能であることを特徴とする請求項３又は４に記載の鏡面研磨装置。
【請求項６】上記ウエハの外周面を研磨するための第３の作業面を有することを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の鏡面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの外周の面取り加工されたエッジ部分を鏡面研磨（ポリッシュ）するための方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハのような半導体ウエハは、一般に、エッジのチッピング防止やエピタキシャル成長時のクラウン防止等のためにその周縁部に面取り加工が施される。この面取り加工は、ダイヤモンド砥石で研削することにより行われるが、研削後に加工歪層が残り易く、このような加工歪層が残っていると、ディバイスプロセスにおいて熱処理を繰り返した時に結晶欠陥が発生することがある。
このため通常は、上記加工歪層をエッチングにより除去しているが、エッチング処理した表面は波状やうろこ状の凹凸になって汚れが残り易く、この汚れがディバイスプロセスにおいてウエハ全体に拡散し、特性を劣化させる大きな原因となる。
【０００３】
そこで、近年では、ウエハの面取り加工したエッジを鏡面研磨により平滑化するための技術が、ウエハの表面の研磨とは全く別の技術として確立され、例えば特開平１−７１６５６号公報や特開平１−７１６５７号公報等に開示されているように、エッジを研磨するための幾つかの手段が提案されている。
【０００４】
しかしながら前者の方法は、円板形のウエハを水平に保持して鉛直軸線の回りに回転させながら、その表裏両面の外周エッジに回転する２つの研磨リングを接触させて研磨するものであるため、ウエハの保持に大きな平面的スペースを必要とし、これによって装置が大形化するという問題がある。特に最近では、直径が３００ｍｍや４００ｍｍというような大形のウエハの要求が出てきているため、装置の大形化が一層大きな問題となる。
【０００５】
これに対して後者の方法は、ウエハを面取り角度に応じた角度に傾斜させ、そのエッジを鉛直軸線の回りに回転する研磨ドラムの側面に押し付けて研磨するものであるため、前者の方法よりはウエハが占有する平面的スペースは小さくて済む。しかしながら、ウエハが大形である場合にはその平面的スペースを無視することはできない。しかも、ウエハの表裏両面にあるエッジを流れ作業で研磨する場合には、表面側のエッジを上記研磨ドラムの一側面に押し付けて研磨した後、ウエハを表裏反転させて研磨ドラムの反対側の位置に搬送し、この位置で裏面側のエッジを該研磨ドラムに押し付けて研磨しなければならないため、結果的に、表裏両面のエッジを研磨する際にウエハが占有する総合的な平面スペースは大きくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる課題は、エッジの研磨加工時にウエハが占める平面的スペースを小さくして装置の小形化を図ることにある。
本発明の他の課題は、ウエハの表裏両面のエッジを簡単且つ確実にしかも効率良く研磨することができる小形化された研磨手段を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、面取りした外周エッジを表裏両面に有する円板形のウエハを、鉛直に保持して水平軸線の回りに回転させると共に、研磨のための作業面を外周に備えた２つの円筒形の研磨ドラムを、ウエハの表裏面のエッジに沿う方向に傾斜させてそれぞれの軸線の回りに回転させながら、これらの研磨ドラムを上記ウエハの下半部の位置で表裏面のエッジに個別に且つ同時に接触させて鏡面研磨することを特徴とするウエハエッジの鏡面研磨方法が提供される。
【０００８】
本発明においては、上記作業面とエッジとの接触位置を変えるため、上記研磨ドラムをウエハに対して相対的に変位させる工程を含むことが望ましい。
【０００９】
また、本発明によれば、面取りした外周エッジを表裏両面に有する円板形ウエハを、鉛直に保持して水平軸線の回りに回転させるウエハ保持手段と、上記ウエハの外周エッジを研磨するための作業面を外周面に備えていて、該ウエハの下半部の位置に上記両エッジに沿う方向に傾斜させて配設されると共に、これらのエッジに個別に且つ同時に接触し、それぞれの軸線回りで駆動回転自在の２つの円筒形研磨ドラムと、上記外周エッジの研磨加工中に上記ウエハを研磨ドラムの作業面に常時一定の接触圧で押し付けるための接触圧設定手段とを有することを特徴とするウエハエッジの鏡面研磨装置が提供される。
【００１０】
本発明においては、上記ウエハ保持手段をウエハの軸線方向に移動自在とすることにより、ウエハ表裏面のエッジが２つの研磨ドラムの作業面に均等に接触できるようになっている。
【００１１】
また、本発明においては、上記研磨ドラムが、作業面とエッジとの接触位置を変えるため該ウエハに対して相対的に変位可能であることが望ましい。
更に、本発明においては、上記ウエハの外周面を研磨するための第３の作業面を設けることもできる。
【００１２】
かくして本発明によれば、ウエハを縦向きに保持してエッジを研磨することにより、該ウエハを水平又は斜めに保持して研磨する従来方法に比べ、研磨加工時にウエハが占める平面的スペースを非常に小さくすることができ、これによって装置を小形化することができる。特に、直径が３００ｍｍや４００ｍｍという大形のウエハを加工する際に、該ウエハを縦向きに保持する効果は非常に大きい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明に係る研磨装置の主要部である研磨加工部の構成を概略的に示すものである。この研磨装置は、上記研磨加工部の前後に、未処理ウエハを該研磨加工部に供給するためのローディング部と、処理済ウエハを該研磨加工部から取り出すためのアンローディング部と、各部の間でウエハの受け渡しを行う搬送手段などを備え、ウエハを一枚ずつ順次送りながらそのエッジをポリッシュするように構成されている。しかしながら、上記研磨加工部以外の構成は公知であって、本発明の要旨とは無関係であるから、それらの図示及び説明は省略する。
【００１４】
図において１は、θなる角度（図３参照）に面取りされた外周エッジ１ａ，１ａを表裏両面に有する円板形の半導体ウエハ、２は該ウエハ１を鉛直に保持して水平軸線の回りに所要の速度で回転させるウエハ保持手段、３は該ウエハ保持手段２に保持されたウエハ１のエッジ１ａ，１ａを鏡面研磨するための研磨手段を示している。
【００１５】
上記ウエハ保持手段２は、保持フレーム１０に軸受部材１２で回転自在に支持された水平な主軸１１と、この主軸１１の先端に固定された円形のチャックヘッド１３と、上記保持フレーム１０に固定されたモータ１４と、該モータ１４の回転を上記主軸１１に伝えるプーリ１５ａ，１５ｂ及びベルト１６からなる伝動手段とを有している。ウエハ１は上記チャックヘッド１３に、バキュームチャックによって鉛直に且つ主軸１１と同軸状に保持され、エッジ１ａ，１ａの研磨加工中その軸線L1の回りに、例えば４０〜６０秒に１回転程度のゆっくりした速度で回転される。
【００１６】
なお、ウエハ１をバキュームチャックするための構成として、上記チャックヘッド１３には複数の吸着穴が設けられ、これらの吸着穴が図示しない真空源に、上記主軸１１内に設けた通孔及びロータリジョイント等を介してチューブにより接続されているが、それらの図示は省略されている。
【００１７】
上記ウエハ保持手段２の保持フレーム１０は、ガイドレール１８ａとスライダ１８ｂとからなるリニアガイド機構１８を介して支持部材１９に、直線的に上下動自在なるように支持されている。そして、上記支持部材１９の上部には複数の滑車２０が取り付けられ、これらの滑車２０に、一端が保持フレーム１０に固定されたワイヤ２１が巻き掛けられ、該ワイヤ２１の他端にウエート２２が吊り下げられ、このウエート２２の重力がウエハ保持手段２に上向きに作用するようになっている。
【００１８】
上記リニアガイド機構１８とウエート２２及びワイヤ２１は、上記ウエハ１を研磨手段３の作業面に加工中常に一定の接触圧で押し付けるための接触圧設定手段４を構成するもので、上記ウエハ保持手段２の重力とウエート２２の重力との差によって所要の接触圧が得られるようになっている。なお、ウエハ保持手段２の重力が不足する場合は、保持フレーム１０に加重用の補助ウエート２３を載置することもできる。
【００１９】
上記ウエハ保持手段２の保持フレーム１０は、エアシリンダ等の昇降手段２６に連結され、この昇降手段２６によって上下動自在となっており、チャックヘッド１３に対するウエハ１の供給又は取り出しは、該ウエハ保持手段２が上昇した受け渡し位置において行われる。そして、上記昇降手段２６と保持フレーム１０とは、ウエハ保持手段２がウエハ１を受け取って下降し、該ウエハ１が研磨手段３の作業面に接触したあとは、相互にフリーになるように関係付けられており、これによって、ウエハ１と研磨手段３との間に上記接触圧設定手段４で設定された接触圧が作用するようになっている。
【００２０】
上記支持部材１９は、研磨装置の機体６にリニアガイド機構２７を介してウエハ１の軸線L1方向に直線的に移動自在なるように支持されており、これによりウエハ１が、Ｖ字形に位置する２つの作業面３１，３１の両方に、その中央の位置で常に均等に接触できるようになっている。
【００２１】
上記研磨手段３は、外周面を研磨用の作業面３１とした２つの円筒形研磨ドラム３０ａ，３０ｂで構成されている。これらの研磨ドラム３０ａ，３０ｂは、縦向きに保持されたウエハ１の下半部側の位置に、該ウエハの両面のエッジ１ａ，１ａに沿う方向に傾斜させて対称に配設することにより、それらを横から見た場合に略Ｖ字形に交差して見えるような位置関係に設置され、それぞれが軸線Ｌ３０回りで回転自在且つ軸線Ｌ３０方向に揺動自在となっている。そして、一方の研磨ドラム３０ａの作業面３１がウエハ１の一方のエッジ１ａに接触し、他方の研磨ドラム３０ｂの作業面３１がウエハ１の他方のエッジ１ａに接触した状態で、エッジ１ａの接線方向に回転すると共に該エッジ１ａの幅方向に揺動しながら、これら２つのエッジ１ａ，１ａを個別に且つ同時に研磨するようになっている。上記研磨ドラム３０ａ，３０ｂの回転方向は、エッジ１ａの回転に対して順方向であっても逆方向であっても良いが、研磨効率の点からは逆方向回転でエッジと接触する方が好ましい。
【００２２】
また、上記各研磨ドラム３０ａ，３０ｂは、図２に示すように、それぞれの軸線Ｌ３０をウエハ１の中心軸線Ｌ１と交わる方向に向けることによってエッジ１ａと直交する向きに配設されており、これにより作業面３１を、エッジ１ａの全幅に確実に接触させることができるようになっている。
【００２３】
具体的構成として上記各研磨ドラム３０ａ，３０ｂは、図２に一方の研磨ドラム３０ａについて代表的に示すように、ドラムフレーム３２に軸受部材３８により回転自在に支持されたドラム軸３３の先端に取り付けられ、このドラム軸３３に連結されたモータ３４によって、例えば５００〜１０００ｒ．ｐ．ｍ．程度の速度で駆動されるようになっている。また、上記ドラムフレーム３２は、機体６に取り付けられた支持部材３５に、リニアガイド機構３６を介して研磨ドラム３０ａの軸線Ｌ３０方向に直線的に移動自在に支持され、研磨加工時に揺動機構３７によってゆっくりした速度で往復揺動されるようになっている。
【００２４】
上記リニアガイド機構３６は、支持部材３５に設けられたガイド３６ａと、ドラムフレーム３２に取り付けられたスライダ３６ｂとからなっており、また上記揺動機構３７は、支持部材３５に取り付けられたボール螺子３７ａと、ドラムフレーム３２に取り付けられてこのボール螺子３７ａと噛み合うナット部材３７ｂと、上記ボール螺子３７ａを回転させるモータ３７ｃとからなっている。
上記支持部材３５は、機体６に、研磨ドラム３０ａ，３０ｂの傾斜角度を調整できる方向に傾動自在に支持されていることが望ましい。
【００２５】
上記研磨ドラム３０ａ，３０ｂの作業面３１は、圧縮性のある柔軟なパッドで形成することにより、図３に示すように、研磨作業時にウエハ１のエッジ１ａをこの作業面３１に若干食い込んだ状態に接触させることができる。そしてこの結果、ウエハ１の外周面１ｂをこれらの研磨ドラム３０ａ，３０ｂで同時に研磨することができる。しかし、研磨パッドの材質や接触圧等の条件によっては、同図の右半部に示すように、研磨ドラムのウエハ１に対する傾斜角αをエッジ１ａの面取角θと同じにした場合、作業面３１へのウエハ１の食い込みが浅くなって外周面１ｂを少ししか研磨することができず、２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂを合わせても外周面１ｂを全幅にわたり研磨することができない場合がある。
【００２６】
そこでこのような場合には、図３の左半部に示すように、２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂの傾斜角αをエッジ１ａの面取角θより若干大きく設定することにより、該ウエハ１の外周部分を作業面３１へ深く食い込ませて、１つの研磨ドラムで外周面１ｂを全幅のほぼ１／２〜２／３程度ずつ研磨できるようにすれば良く、この結果、２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂによってウエハ１の外周面１ｂを全幅にわたり研磨することが可能となる。
【００２７】
上記２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂは、図１及び図２から明らかなように、ウエハ１の下半部においてエッジ１ａ，１ａと接触するような位置に配設されており、これによってウエハが、各研磨ドラム３０ａ，３０ｂに実質的に上方から接触するようになっている。
なお、図示した実施例では、２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂがウエハ１の中央から両側にほぼ４５度ずつ離れた位置に配設されているが、それらはもう少しウエハ１の中央寄りの位置、即ち、ウエハの真下に近い位置に相互に近接させて配置しても良い。そしてこの場合には、両研磨ドラムの軸線Ｌ３０を、図２のようにウエハ１の中心軸線Ｌ１と交差する方向に向けることなく、相互に平行な面内に位置させても良い。
【００２８】
上記構成を有する研磨装置において、被処理ウエハ１は、ウエハ保持手段２のチャックヘッド１３に鉛直に向けてチャックされ、水平軸線Ｌ１の回りに例えば４０〜６０秒に１回転程度のゆっくりした速度で回転されながら、５００〜１０００ｒ．ｐ．ｍ．程度の速度で回転する２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂの作業面３１に押し付けられることにより、表裏両面の外周エッジ１ａ，１ａが同時に研磨される。この場合、図示しないノズルから作業面３１に向けて研磨材スラリーが供給される。
【００２９】
上記ウエハ１を各研磨ドラム３０ａ，３０ｂの作業面３１に押し付ける接触圧は、ウエハ保持手段２の重力と、該ウエハ保持手段２に上向きに作用するウエート２２の重力との差によって得られるものであり、それらは加工中常に一定に保たれる。
【００３０】
かくしてウエハ１を鉛直に保持した状態エッジ１ａ，１ａを研磨することにより、該ウエハを水平又は斜めに保持して研磨する従来品に比べ、研磨加工時にウエハが占める平面的スペースは非常に小さくなり、装置の小形化が実現する。
【００３１】
しかも、２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂを使用することにより、一回の作業でウエハ１の両面の外周エッジ１ａ，１ａを同時に効率良く研磨することができるため、生産性にも勝れる。
また、ウエハ１を縦向きにしてその下半部に２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂを接触させて研磨するようにしているため、研磨材スラリーの供給が簡単であると共に、供給した研磨材スラリーがすぐ下方に排出されてウエハの他の部分に付着することが少ないため、該ウエハの汚れや傷等を生じるおそれもない。
【００３２】
更に、上記研磨ドラム３０ａ，３０ｂをそれぞれエッジ１ａと直交する向きに配設することによって、それらの作業面３１をエッジ１ａに接線方向回転で接触させるようにしたので、例えば特開平１−７１６５７号の研磨装置のように、２つの研磨リングをエッジに幅方向回転で接触させた場合に生じ易い、ウエハと両研磨リングとの間にウエハの引き込み方向又は押し出し方向の力が作用して、研磨状態や接触圧等が変化するといった不都合がなく、常に一定の接触圧のもとで安定的なエッジ研磨を行うことができる。
【００３３】
なお、上記実施例では、接触圧設定手段４においてウエハ保持手段２を上向きに付勢する付勢手段として、ウエート２２を使用しているが、このウエートに代えて、圧力制御手段を備えたエアシリンダのような、他の適宜手段を用いることもできる。例えば、図１に示されているような滑車２０とワイヤ２１及びウエート２２を省略し、昇降用のシリンダ２６に圧力制御手段を接続して上記付勢手段として兼用することもできる。
【００３４】
また上記実施例では、２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂの作業面３１にウエハ１を食い込ませることによって、該ウエハの外周面１ｂも同時に研磨できるようにしているが、これとは別に、ウエハ１の外周面１ｂを第３の作業面で研磨するように構成することもできる。
【００３５】
この場合には、第３の作業面を備えた図４及び図５に示すような外周研磨手段４０が付設される。この外周研磨手段４０は、ウエハの軸線Ｌ１と平行に配設された水平なドラム軸４１の先端に第３の水平研磨ドラム４２を有し、この水平研磨ドラム４２の外周面に上記第３の作業面４３が形成され、この第３作業面４３がウエハ１の外周に上方から接触するようになっている。このとき水平研磨ドラム４２は、その軸線方向に往復揺動することが望ましい。
【００３６】
上記ドラム軸４１は、保持フレーム４５上の軸受部材４６に回転自在に支持され、該保持フレーム４５に固定されたモータ４７によりプーリ及びベルトからなる伝動手段４８を介して駆動されるようになっており、該保持フレーム４５は、ガイドレール５０ａとスライダ５０ｂとからなるリニアガイド機構５０を介して支持部材５１に、直線的に上下動自在なるように支持されている。そして、上記水平研磨ドラム４２をウエハ１に押し付ける際の接触圧は、上記リニアガイド機構５０とウエート５３及びワイヤ５４からなる、上述した接触圧設定手段４と同様の構成を有する接触圧設定手段５２によって得られるようになっている。
【００３７】
５６は、保持フレーム４５を上下動させる昇降手段で、上記ウエハ保持手段２の昇降手段２６と同様に、水平研磨ドラム４２の下降時に該研磨ドラム４２がウエハ１に接触したあとは、上記保持フレーム４５とは相互にフリーになるように設定され、これによって、上記接触圧設定手段５２で設定された接触圧が水平研磨ドラム４２とウエハ１との間に作用するようになっている。
【００３８】
また、上記支持部材５１は、リニアガイド機構５７とシリンダ５８とによって機体６に、ウエハ１と平行する方向に移動自在に支持されており、これによりウエハの非加工時には、該ウエハ１の受け渡しの邪魔にならない待機位置に移動するようになっている。
【００３９】
なお、上記ウエハ保持手段２と研磨手段３及び外周研磨手段４２は、実際に研磨装置を製造する際には互いに競合しないように設計、配置されることは当然のことである。
【００４０】
また、上記実施例では、２つの作業面３１を２つの研磨ドラム３０ａ，３０ｂ上に個別に形成しているが、例えば、ウエハ１と平行な水平軸線の回りに回転自在に配設された１つの研磨ドラムの外周に台形状の研磨溝を切り、この研磨溝内にウエハの外周を嵌合させることにより、溝の両側壁を作業面としてウエハ表裏面のエッジを同時に研磨することもできる。
【００４１】
あるいは、外周に作業面を備えた１つの研磨ドラムだけを設け、この研磨ドラムを、縦向きに保持されたウエハの表面側のエッジを研磨する第１研磨位置と、裏面側のエッジを研磨する第２研磨位置とに角度変更しながらエッジを研磨するようにしても良い。この場合、必要に応じてそれらの中間に、ウエハの外周面を研磨する第３研磨位置を設けることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
このように本発明によれば、ウエハを縦向きに保持してエッジを研磨することにより、該ウエハを水平又は斜めに保持して研磨する従来方法に比べ、研磨加工時にウエハが占める平面的スペースを非常に小さくすることができ、装置の小形化を実現することができる。特に、直径が３００ｍｍや４００ｍｍという大形のウエハを加工する際に、該ウエハを縦向きに保持する効果は大きいものとなる。
また、ウエハの表裏面のエッジを２つの作業面に個別に且つ同時に接触させて研磨することにより、一回の作業でウエハの両面の外周エッジを同時に効率良く研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨装置における要部の構成を概略的に示す側面図である。
【図２】図１の正面図で、異なる要部の構成を概略的に示すものである。
【図３】ウエハの外周エッジの研磨原理を説明するための要部拡大図である。
【図４】本発明の研磨装置に用いられる外周研磨手段の概略的構成を示す要部側面図である。
【図５】図４の正面図である。
【符号の説明】
１  ウエハ                        １ａ  エッジ
１ｂ  外周面                      ２  ウエハ保持手段
４，５２  接触圧設定手段        １８  リニアガイド機構
２１  ワイヤ                      ２２  ウエート
３０ａ，３０ｂ  研磨ドラム        ３１  作業面
４３  第３の作業面