(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にポリッシング用パッドを貼付し回転軸を中心に回転する回転ドラムと、ウェーハを回転させながらその端面を前記回転ドラムの外周面に一定の角度をもって点接触させながら押し当てるようにしたウェーハ回転装置と、ウェーハとポリッシングパッドの接触点にポリッシング用研磨液を供給するノズルを具備したウェーハエッジポリッシング装置において、前記ポリッシング用パッドが不織布の樹脂加工品からなるシートと、圧縮弾性率が２８７〜３４６ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲のゴムシートとを組み合わせた多層構造のシートであることを特徴とするウェーハエッジポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハあるいは化合物ウェーハ等よりなる半導体基板のエッジ部分のポリッシング加工を行なう装置、およびその方法に関する。更に詳しくは、前記ポリッシング装置に貼付するポリッシングパッドの材質および構造に係る。
【０００２】
【従来技術】
シリコン単結晶等半導体素材を原材料としたＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等の電子部品は、シリコンあるいはその他の化合物半導体の単結晶のインゴットを薄い円板状にスライスしたウェーハに、繊細な電気回路を書き込み分割した小片状の半導体素子チップを基に製造されるものである。インゴットからスライスされたアズカットウェーハは、ラッピング、エッチング、更にはポリッシングという工程を経て、少なくともその片面が鏡面に仕上げられた鏡面ウェーハに加工されて行く。ウェーハは、その後のデバイス工程にてその鏡面仕上げした表面に微細な電気回路が書き込まれて行くのであるが、半導体素子チップに分割されるまではウェーハは最初の円板状の形状を保ったまま加工されるのであり、各加工工程の間には洗浄、乾燥、搬送等の操作が入る。その間ウェーハの外周側面エッジの形状が切り立ったままでかつ未加工の粗な状態の面であると、そこが各工程中に装置や他物体と接触し微小破壊が起こり微細粒子が発生したり、その粗な状態の面の中に汚染粒子を巻き込み、その後の工程でそれが散逸して精密加工を施した面を汚染し、製品の歩留まりや品質に大きな影響を与えたりすることが多い。これを防止するために、ウェーハ加工の初期の段階でエッジ部分の面取り（べべリング）を行ない更にその部分を鏡面仕上げ（エッジポリッシング）することが一般に行なわれている。
【０００３】
上述のエッジポリッシングは、一般的には回転可能なドラムの表面に、合成樹脂発泡体、不織布、不織布の樹脂加工品、合成皮革あるいはこれ等の複合品あるいは合成皮革等からなるポリッシャーを貼付した研磨加工機に、工作物であるべべリングを施したシリコンウェーハ等のエッジ部分を回転させつつ一定の角度で傾斜押圧し、コロイダルシリカを主成分とした研磨用組成物溶液を供給しつつ、エッジ部分の研磨加工を行なう方法で行われる。
【０００４】
上述のエッジ部分の面取り及びその後の加工は具体的には次のようにして従来から行なわれている。即ち、まずインゴッドをスライスしたアズカットウェーハの外周エッジ（周縁）部分をダイヤモンド砥石を用いて面取り（べべリング）を行なう。面取り後の形状は例えば、上下の面に対して各々約２２度の角度を持つようになっていたりあるいは円弧状になっていたりする。この状態でエッチング工程まで行ない、ウェーハ面のポリッシングに入る前にこのエッジ面取り部分のポリッシングを行なう。エッジポリッシングは図１に示すように、回転可能なドラムの外面にポリッシングパッドを貼付したエッジポリッシング装置を用いる。回転しつつ少しずつ上昇して位置を変えてゆくドラムに、ウェーハを回転させながら一定の角度で押しあて、ポリッシング液を加工部分に滴下しながらポリッシングを行なう。押しあてられたウェーハのエッジ部分はポリッシングパッドの持つ柔軟性と弾性によって、ポリッシングパッド内に沈み込みエッジ部分が加工される。ここで用いるポリッシングパッドは、ウェーハの一次ポリッシングに使用されるものと同じものが用いられ、具体的には、例えばポリエステルフェルトにポリウレタン樹脂を含浸させた多孔性のパッドで厚みは１〜１．５ｍｍ程度のものが多用される。一般的にはポリッシング加工前の面粗さはＲａで３５０〜４００Å程度であり、加工後は１０〜１００Å程度にまで改善される。
【０００５】
以上のような装置と方法に対しても、近年、性能の向上、生産性の向上、大口径ウェーハへの対応の要求が急である。具体的には、ポリッシング速度の向上と安定化、ポリッシングパッドの寿命の延長が求められて来ている。更に、例えばウェーハに潜在的な傷や歪みがあった場合に、まれにウェーハが加工中に破損することがあるが、その場合ウェーハの破片がささりポリッシングパッドのみならずドラムにまで損傷を与えることがあるが、それを効果的に予防することも要求されている。
【０００６】
大口径のウェーハ、例えば１２インチウェーハのエッジ全面を均等にポリッシングを行う方法としては例えば特願平９−３５３３０３公報に見られる如く、ポリッシングパッドと弾力性を持ったシートとを組み合わせて多層構造のものとして、大口径ウェーハのエッジ部分の沈み込みを吸収しエッジ全面の均質な加工ができるようにした方法をあげることができる。このような方法は、同時に前述の従来の装置に要求されている点、すなわち、ポリッシング速度の向上と安定化、およびポリッシングパッドの寿命の延長についてもある程度の効果が期待できるが完全なものではなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、従来のエッジポリッシング装置の持つ問題点に鑑み、上述の多層構造のポリッシングパッドについて更に鋭意改良研究を行ない、本発明になるエッジポリッシング装置を開発するに至ったものであり、その目的とする所は、従来よりの装置よりもポリッシング速度の向上と安定化、およびポリッシングパッドの寿命の延長を図ることのできるエッジポリッシング装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、外周面にポリッシング用パッドを貼付し回転軸を中心に回転する回転ドラムと、ウェーハを回転させながらその端面を前記回転ドラムの外周面に一定の角度をもって点接触させながら押し当てるようにしたウェーハ回転装置と、ウェーハとポリッシングパッドの接触点にポリッシング用研磨液を供給するノズルを具備したウェーハエッジポリッシング装置において、前記ポリッシング用パッドが不織布の樹脂加工品からなるシート（以下ポリッシング用シートと略記する）と、圧縮弾性率が２８７〜３４６ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲のゴムシートとを組み合わせた多層構造のシートであることを特徴とするウェーハエッジポリッシング装置により達成することができる。
【０００９】
前述の弾力性を有するシートの材質については特に良好な反発弾性を持ち、耐薬品性に優れた合成ゴム、天然ゴム等よりなるゴムシートであることが必要である。耐薬品性が重視される理由は、ポリッシングに用いられる研磨用組成物溶液中にアルカリ等の腐食性の成分が含有されるからである。
【００１０】
本発明における肝要は、ポリッシング用シートと組み合わせるシートが、圧縮弾性率が２８７〜３４６ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲にある弾力性を有するゴムシートであることである。本発明における圧縮弾性率とは圧縮に対する反発力を示す数値であり、ＪＩＳ−Ｋ６２５４に示す測定方法に準拠して測定したものである。数値が高ければ弾性の強い硬質に近いものになり、数値が低ければ弾性の低いものとなる。圧縮弾性率が２８７ｋｇ／ｃｍ2未満であると、弾性率が低過ぎて応力への反発が十分でなく、また、底つき現象が現われ本発明にいう弾力性を有するゴムシートを用いた意味がなくなる。また、圧縮弾性率が３４６ｋｇ／ｃｍ2を超えると、弾性率が高過ぎて弾性体としての応力吸収が十分でなく、適度な弾性体としての効果を発揮することができない。
【００１１】
弾性力を有するゴムシートの厚みについては、特に限定するものではないが、好ましくは４ｍｍ以下である。それ以上であるとポリッシングパッド全体としての厚みが厚くなり過ぎて、回転ドラムへの均質な貼付が困難となる。そのため、接合線部分の間隙を無視できる程狭くすることができなくなるし、また十分な寸法精度が得にくくなり、ポリッシング後のウェーハ面粗さにもバラツキが出やすくなる。
【００１２】
また、ポリッシングパッドを構成するポリッシング用シートと、弾力性を有するゴムシートとを組み合わせて多層構造のポリッシングパッドとするにあたってはその手法は特に限定されるものではないが、実使用にあたっては高い機械的な力がかかることから、接着剤や両面テープを用いたりあるいは熱融着等の手段で積層することが好ましい。
【００１３】
以下図面により本発明の具体例を説明するが、これにより特に限定を受けるものではない。図１は本発明になるウェーハエッジポリッシング装置の側面図である。回転ドラム２は回転軸４を中心に毎分１０００〜３０００回程度の高速で回転する構造となっており、ポリッシング用シート１１と弾力性を有するゴムシート１２とから構成されるポリッシングパッド１はその外周面に密接して全面をカバーするように貼付されている。ウェーハ３はウェーハ回転装置５に把持された状態で、回転ドラムに対して約４５度の角度で傾斜した状態で回転軸６を中心に高速で回転するとともに上下にトラバースする構造となっている。ウェーハ３とポリッシングパッド１の接触点の上にノズル７を配置し、加工液を定量的に供給するようになっている。
【００１４】
ポリッシング加工に際しては、回転ドラム２とウェーハ３の双方を回転しつつウェーハ３を４５度傾斜させて回転ドラム２に接触させる。ウェーハ３のエッジ部の先端はポリッシングパッド１の中に沈み込んだ状態でポリッシング加工される。本発明のポリッシング装置即ち、ポリッシング用シートと弾力性を有するゴムシートとの複合体を組み合わせたポリッシングパッドを具備した装置であれば、図１に示す通り、ウェーハ３のエッジが十分に沈み込み、ウェーハ上面の傾斜面の全面及び端面の上端よりの３分の２程度の位置まで加工されることは明らかである。ウェーハを反転させて加工を行えば、エッジ面の加工は十分に行うことができる。
【００１５】
ポリッシング加工時にはウェーハエッジ面が回転しながら押圧接触されることによりポリッシング用シート１１には高い接圧がかかるが、この応力は内側に存在する弾力性を有するゴムシート１２によって吸収緩和され、大きく圧縮変形することはなく、従って、通常のポリッシングパッド、すなわち弾力性ゴムシートのないものに比較すると、その表面の損傷は極めて軽微であり、形状、物性上の変化も少ない。さらに、生産性向上のためにポリッシング加工速度を上げる等の厳しい条件変化へも比較的容易に対応できる。
【００１６】
また、ウェーハに潜在的な傷や歪みが存在して、そのためポリッシング加工中にウェーハの破損等予期できない事態が発生し、ウェーハの破片が突き刺さったような場合でもウェーハの破片は弾力性を有するゴムシートの中に留まり、装置本体である回転ドラムを損傷するようなことはない。
【００１７】
【実施例及び比較例】
本発明の他の目的であるウェーハ等のエッジポリッシング方法は以下に述べる実施例において明らかにされる。以下、実施例及び比較例をあげて本発明になるウェーハエッジポリッシング装置およびポリッシング方法を具体的に説明するがこれにより特に限定を行なうものではない。また、本実施例及び比較例において使用した装置は、スピードファム株式会社製エッジポリッシング装置Ｖ型である。ポリッシング用シートとしては、ロデール・ニッタ社製のシートＳＵＢＡ４００の１．２７ｍｍ厚みのものを用いた。このシートと、弾力性を有するゴムシートとを貼り合わせたものをポリッシングパッドとして、２００ｍｍ径のアズカットシリコンウェーハのエッジポリッシングを行なった。ポリッシング加工用液としてはｐＨ１０．２、平均粒子径５０ｎｍのコロイダルシリカで５％濃度のものを使用し３００ｍＬ／分の流量で供給した。
【００１８】
実施例１
弾力性を有するゴムシートとして、厚さ２ｍｍで圧縮弾性率２８７ｋｇｆ／ｃｍ2の天然ゴムシートと上述のポリッシング用シートを組み合わせて積層し２層構造のポリッシングパッドとし、ドラムに貼付して使用した。加工後のシリコンウェーハのエッジ面取り部分は全域において均質に鏡面状態になっており、未加工で残った部分は見られなかった。このポリッシングを連続的に行ない、経過時間毎の研磨速度の推移を測定した。その結果を図２のグラフに示す。
【００１９】
実施例２
弾力性を有するゴムシートとして、厚さ２ｍｍで圧縮弾性率３４６ｋｇｆ／ｃｍ2の天然ゴムシートと上述のポリッシング用シートを組み合わせて積層し２層構造のポリッシングパッドとし、ドラムに貼付して使用した。加工後のシリコンウェーハのエッジ面取り部分は全域において均質に鏡面状態になっており、未加工で残った部分は見られなかった。このポリッシングを連続的に行ない、経過時間毎の研磨速度の推移を測定した。その結果を図２のグラフに示す。
【００２０】
比較例１
弾力性を有するゴムシートとして、厚さ２ｍｍで圧縮弾性率０．５ｋｇｆ／ｃｍ2のウレタンスポンジシートを天然ゴムシートの代わりに使用する以外は、実施例１と同様にして行なった。初期のポリッシング加工におけるシリコンウェーハのエッジ面取り部分は全域において均質に鏡面状態になっており、未加工で残った部分は見られなかった。このポリッシングを連続的に行ない、経過時間毎の研磨速度の推移を測定した。その結果を図２のグラフに示す。６００分経過後の段階でポリッシング加工後のシリコンウェーハのエッジ面取り部分はやや面粗さが劣るとともにウェーハの周縁エッジ部の厚み方向の中央部はポリッシングが行なわれていなかった。
【００２１】
図２のグラフから明らかな如く、実施例１、２のポリッシングパッドを用いたものは長期の連続使用においても研磨速度の低下は見られず、また、ポリッシングパッド表面の損傷も極めて軽微であり、ポリッシング結果も最初の頃に比較しても全く劣らず、加工力の継続性も十分であった。一方、比較例１のポリッシングパッドを用いた場合は、グラフのに示す結果から明らかな通り、３００分を超えるあたりから加工速度の低下は明らかであり、ポリッシングパッドの損傷も顕著となって均質なエッジ加工もできなくなった。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明になる装置によれば、シリコンウェーハ等半導体素材の加工の中で、対応がおくれていたエッジポリッシングにおいて、エッジポリッシング装置自体の構造を大きく変えることなく、ポリッシングパッドの構成に工夫を加えるのみで生産性の向上、即ち、ポリッシング速度の向上と安定化、ウェーハ口径の大型化への対応、およびポリッシングパッドの寿命の延長が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になるウェーハエッジポリッシング装置の側面図である。
【図２】  実施例１、２および比較例１のポリッシングパッドを用いたエッジポリッシング装置による長期連続使用のポリッシング加工結果の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ポリッシングパッド      ２  回転ドラム      ３  シリコンウェーハ
４  回転ドラム回転軸      ５  ウェーハ回転装置
６  ウェーハ回転軸      ７  ノズル      １１  ポリッシング用シート
１２  弾力性を有するシート
【図１】
0004778130.tif 000002
【図２】
0004778130.tif 000003