(57)【要約】【課題】半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、半導体ウェハがある程度の誤差を含んで装填された場合でも正確に平坦面外周部を研磨することができるようにすることを課題とする。【解決手段】平坦面外周部研磨装置１は、ピン２８１を有する位置決め体２８とこれを半導体ウェハＷのオリエンテーションフラットに向けて押圧するための押圧装置２７、及び、テーブル支持軸２２とテーブル駆動源２３との間に介在させられ、これらの動力的結合を継断可能なクラッチ２６を備えており、クラッチ２６が断状態において、位置決め体２８をオリエンテーションフラットに向けて押圧することにより、半導体ウェハＷを予め決められた方向に向け、その後、クラッチ２６を継状態にして研磨を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを支持するためのウェハテーブル、
上記ウェハテーブルを支持して回転することが可能なテーブル支持軸、
上記テーブル支持軸を回転駆動するためのテーブル駆動源、及び、
上記ウェハテーブルに支持された半導体ウェハを予め決められた角度位置に位置決めするための角度位置決め装置
を備えたウェハテーブルユニット、
研磨工具を支持してこれを回転することが可能な工具支持軸、及び、
上記工具支持軸を回転駆動するための工具駆動源
を備えた研磨工具ヘッド、
上記研磨工具と上記ウェハテーブルに支持された半導体ウェハの平坦面との間に研磨圧を付与するための加圧装置、
上記研磨工具と半導体ウェハとの接触部にスラリーを供給するためのスラリー供給装置、
上記ウェハテーブルユニットと上記研磨工具ヘッドとの間で、半導体ウェハの平坦面に沿う方向の相対送りを与えるための送り装置、及び、
上記研磨工具が上記半導体ウェハの輪郭から予め決められた距離だけ内側にオフセットした内側オフセットラインよりも外側を研磨するように、上記ウェハテーブルの回転角度に関連づけて上記送り装置を制御するための送り制御装置
を備えたことを特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、
上記テーブル駆動源は、エンコーダを有するサーボモータであり、
上記送り制御装置は、上記エンコーダから得られる出力信号に基づいて、上記ウェハテーブルユニットと上記研磨工具ヘッドとの間に与える上記相対送りを制御するものであること
を特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、
上記ウェハテーブルユニットは、
位置決め体、
上記位置決め体を半導体ウェハのオリエンテーションフラットに向けて押圧するための押圧装置、及び、
上記テーブル支持軸とテーブル駆動源との間に介在させられ、テーブル支持軸とテーブル駆動源との動力的結合を継断可能なクラッチ
を備えており、
上記クラッチが断状態において、上記位置決め体を上記オリエンテーションフラットに向けて押圧することにより、上記半導体ウェハが予め決められた方向に向けられた後、上記クラッチが継状態になること
を特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、
上記ウェハテーブルユニットは、上記半導体ウェハの輪郭端を検出するための輪郭端検出装置を備えており、
上記送り制御は、上記ウェハテーブルが回転する際に、回転に応じて検出される輪郭端信号によって、上記ウェハテーブルユニットと上記研磨工具ヘッドとの間に与える上記相対送りを制御するものであること
を特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置。
【請求項５】
請求項４に記載された半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、
上記輪郭端検出装置は、ウェハテーブルの中心に関する位相が上記研磨工具からずれた角度位置に配置されており、
上記送り制御装置は、上記位相だけずらした輪郭端信号によって、上記ウェハテーブルユニットと上記研磨工具ヘッドとの間に与える上記相対送りを制御するものであること
を特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハの平坦面の外周部を研磨するための研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハは、薄い円形状であって、結晶方位を示すために、輪郭の一部を切り欠いてオリエンテーションフラットと呼ばれる直線状切欠き、あるいは、ノッチと呼ばれるＶ（Ｕ）字状の切欠きが設けられており、更に、表裏面から輪郭に沿って傾斜面（ベベル面）が設けられている。半導体装置製造の各工程において、ウェハの外周端面（輪郭端面）、傾斜面、及びオリエンテーションフラットあるいはノッチ、更には表側（パターン形成面側）の平坦面の外周部が全周にわたって鏡面に研磨される。
【０００３】
近年、半導体装置をより低コストで製造するため、半導体チップにならない上記平坦面外周部の面積をより少なくすることが要求されるようになってきている。このため、上記平坦面外周部の研磨にはよりシビアな精度が必要となってきている。
【０００４】
平坦面外周部は、円弧状輪郭に隣接する部分だけでなく、上記オリエンテーションフラットあるいはノッチに隣接する平坦面外周部も研磨される。従来の平坦面外周部研磨装置においては、半導体ウェハがこの平坦面外周部研磨装置に装填されるときに、ウェハ搬送装置で持ち込まれたときの半導体ウェハの中心と方向（オリエンテーションフラットあるいはノッチの方向）の精度に平坦面外周部の研磨が依存するような構造であったため、上述のようなシビアな精度要求に対応することが困難になってきている。特に上記方向に関しては、オリエンテーションフラットを持つ半導体ウェハの場合、僅かな角度誤差によっても研磨される部分が異なってくるため、この問題が顕著に現れる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３０８０３９号公報
【特許文献２】
特開２００２−３２９６８７号公報
【特許文献３】
特開２００２−３６７９３９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされた発明であり、半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、半導体ウェハがある程度の誤差を含んで装填された場合でも正確に平坦面外周部を研磨することができるようにすることを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、半導体ウェハを支持するためのウェハテーブル、上記ウェハテーブルを支持して回転することが可能なテーブル支持軸、上記テーブル支持軸を回転駆動するためのテーブル駆動源、及び、上記ウェハテーブルに支持された半導体ウェハを予め決められた角度位置に位置決めするための角度位置決め装置を備えたウェハテーブルユニット、研磨工具を支持してこれを回転することが可能な工具支持軸、及び、上記工具支持軸を回転駆動するための工具駆動源を備えた研磨工具ヘッド、上記研磨工具と上記ウェハテーブルに支持された半導体ウェハの平坦面との間に研磨圧を付与するための加圧装置、上記研磨工具と半導体ウェハとの接触部にスラリーを供給するためのスラリー供給装置、上記ウェハテーブルユニットと上記研磨工具ヘッドとの間で、半導体ウェハの平坦面に沿う方向の相対送りを与えるための送り装置、及び、上記研磨工具が上記半導体ウェハの輪郭から予め決められた距離だけ内側にオフセットした内側オフセットラインよりも外側を研磨するように、上記ウェハテーブルの回転角度に関連づけて上記送り装置を制御するための送り制御装置を備えたことを特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置である。
【０００８】
第２番目の発明の解決手段は、第１番目の発明の半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、上記テーブル駆動源は、エンコーダを有するサーボモータであり、上記送り制御装置は、上記エンコーダから得られる出力信号に基づいて、上記ウェハテーブルユニットと上記研磨工具ヘッドとの間に与える上記相対送りを制御するものであることを特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置である。
【０００９】
第３番目の発明の解決手段は、第１番目又は第２番目の発明の半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、上記ウェハテーブルユニットは、位置決め体、上記位置決め体を半導体ウェハのオリエンテーションフラットに向けて押圧するための押圧装置、及び、上記テーブル支持軸とテーブル駆動源との間に介在させられ、テーブル支持軸とテーブル駆動源との動力的結合を継断可能なクラッチを備えており、上記クラッチが断状態において、上記位置決め体を上記オリエンテーションフラットに向けて押圧することにより、上記半導体ウェハが予め決められた方向に向けられた後、上記クラッチが継状態になることを特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置である。
【００１０】
なお、上記解決手段を備えた半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、上記位置決め体を、２つの互いに平行なピンからなる位置決め体とすることが可能である。
【００１１】
第４番目の発明の解決手段は、第１番目又は第２番目の発明の半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、上記ウェハテーブルユニットは、上記半導体ウェハの輪郭端を検出するための輪郭端検出装置を備えており、上記送り制御は、上記ウェハテーブルが回転する際に、回転に応じて検出される輪郭端信号によって、上記ウェハテーブルユニットと上記研磨工具ヘッドとの間に与える上記相対送りを制御するものであることを特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置である。
【００１２】
第５番目の発明の解決手段は、第４番目の発明の半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、上記輪郭端検出装置は、ウェハテーブルの中心に関する位相が上記研磨工具からずれた角度位置に配置されており、上記送り制御装置は、上記位相だけずらした輪郭端信号によって、上記ウェハテーブルユニットと上記研磨工具ヘッドとの間に与える上記相対送りを制御するものであることを特徴とする半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置である。
【００１３】
なお、第１番目から第５番目までの発明の半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、上記ウェハテーブルユニットと上記研磨工具ヘッドとの間に与えられる上記相対送りをサーボモータと送りねじによって与えるようにすること、更に、この相対送りを、上記研磨工具ヘッド側に、あるいは、上記ウェハテーブルユニット側に与えることが可能である。
【００１４】
第１番目から第５番目までの発明の半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置において、上記加圧装置が、ピストンシリンダー機構とこのピストンシリンダー機構が発生する負荷を検出する負荷検出装置とからなり、上記送り制御装置によってこの負荷が制御されるようにすることが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
以下、図を用いて本発明の第１実施形態を説明する。図１は第１実施形態にかかる半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置１の要部断面図である。半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置１は、ウェハテーブルユニット２、研磨工具ヘッド３、加圧装置４、スラリー供給装置５、送り装置６、及び、送り制御装置９を備えている。
【００１６】
上記ウェハテーブルユニット２は、半導体ウェハＷを支持するためのウェハテーブル２１、ウェハテーブル２１を支持して回転することが可能なテーブル支持軸２２、テーブル支持軸２２を回転駆動するためのテーブル駆動源であるサーボモータ２３、及び、ウェハテーブル２１に支持された半導体ウェハＷを予め決められた角度位置に位置決めするための角度位置決め装置２４を備えている。
【００１７】
研磨工具ヘッド３は、研磨工具３１を支持してこれを回転することが可能な工具支持軸３２、及び、工具支持軸３２を回転駆動するための工具駆動源３３を備えている。円板状の研磨工具３１には、不織布等からできた研磨パッドが平面状に貼り付けられており、スラリーが介在することにより半導体ウェハとの接触部においてこれを研磨する。なお、この例では平板状工具を示すが円筒形外面に研磨パッドを貼着したタイプのものも使用可能である。その場合、工具支持軸３２はテーブル支持軸２２と直交するように設け、研磨パッドの円筒外面が研磨面となる。
【００１８】
加圧装置４は、ピストンシリンダー機構４１を有するものの例が示されており、研磨工具ヘッド３をテーブル支持軸２２と平行、図面で下側に向かって、加圧する。スライダ３４は研磨工具ヘッド３を支持しており、縦ガイドウェイ４２上をスライドする。ロードセル４３は、ピストンシリンダー機構４１がスライダ３４に与える力を検出するためのセンサーである。スライダ３４と研磨工具ヘッド３にかかる重力とロードセル４３の検出値とから、研磨部にかかる研磨圧を求めることができ、研磨圧はピストンシリンダー機構４１に送り込むエアー（あるいは油圧）の圧力を制御することによって調整可能である。制御は送り制御装置９において行われる。
【００１９】
スラリー供給装置５は、ノズルＮを有し、研磨工具３１と半導体ウェハＷとの接触部にスラリーを供給できるように、平坦面外周部研磨装置１本体の適宜の箇所に取り付けられる。ノズルＮには配管を通してスラリーポンプ（いずれも不図示）からスラリーが供給される。
【００２０】
送り装置６は、ウェハテーブルユニット２と研磨工具ヘッド３との間で、半導体ウェハＷの平坦面に沿う方向の相対送りを与えるための送り機構であって、この例では、研磨工具ヘッド３側を移動させることによって相対送りを実現している。この送り機構は、送りねじ６１、これに螺合する雌ねじ部６２、送りねじ６１を駆動するサーボモータ６３からなっており、雌ねじ部６２は、上記縦ガイドウェイ４２と一体的である。縦ガイドウェイ４２は機体に固定された横ガイドウェイ６４上をスライド可能に支持されている。
【００２１】
送り制御装置９は、上記サーボモータ２３、サーボモータ６３を制御する。制御は、研磨工具３１が半導体ウェハＷの輪郭から予め決められた距離だけ内側にオフセットした内側オフセットラインよりも外側を研磨するように、ウェハテーブル２１の回転角度に関連づけて送り装置６を制御するようになっている。
【００２２】
ウェハテーブルユニット２のサーボモータ２３はエンコーダ２５を有しておりエンコーダ２５から得られる出力信号に基づいて、送り装置６が制御されるようになっている。
【００２３】
不図示搬送装置が半導体ウェハＷをウェハテーブル２１に置くとき、搬送装置の角度位置決め精度が充分でないため、オリエンテーションフラットの方向についてそれほど信頼を置くことができない。この実施形態においては、オリエンテーションフラットに向けて位置決め体を押し付けることにより、以下のようにしてオリエンテーションフラットを所定の方向に強制的に向かせるようにしている。
【００２４】
上記ウェハテーブルユニット２のテーブル支持軸２２とサーボモータ２３との間には、テーブル支持軸２２とサーボモータ２３との動力的結合を継断することが可能なクラッチ２６が介在させられている。また、図２に示されるように、ピストンシリンダー機構からなる押圧装置２７がウェハテーブルユニット２本体に固定されており、２つの平行なピン２８１を有する位置決め体２８が押圧装置２７によってオリエンテーションフラットに向けて押圧可能になっている。
【００２５】
本平坦面外周部研磨装置１の動作は以下のとおりである。送り制御装置９は、送り装置６及び加圧装置４を制御して研磨工具ヘッド３を図１の右上の方向に退避させており、また、押圧装置２７を制御して位置決め体２８を図１の左方向に退避させている。ウェハテーブル２１及び研磨工具３１は回転を停止しており、ノズルＮはスラリー供給を停止している。その前に研磨が終了した半導体ウェハＷは既にウェハテーブル２１から搬出されている。また、クラッチ２６は継状態を維持しており、停止しているサーボモータ２３とは結合されたままである。ウェハテーブル２１は予め決められた角度位置に停止するよう制御されているので、外から多少の力を受けただけでは回転しない。
【００２６】
不図示搬送装置が半導体ウェハＷをウェハテーブル２１上に搬入、載置する。不図示真空ポンプから真空吸引されて半導体ウェハＷがウェハテーブル２１上に吸着把持される。
【００２７】
送り制御装置９がクラッチ２６を断状態にして、ウェハテーブル２１を自由回転可能な状態にする。次いで、位置決め体２８の２つのピン２８１を低速でオリエンテーションフラットに押し付ける（図２）。すると、搬送時の誤差により所定の角度位置からずれて置かれた半導体ウェハＷは、自由回転可能になっているウェハテーブル２１と一体的に回動し、２つのピン２８１で定められる方向を向く。この操作によって、研磨作業前の半導体ウェハＷの方向が決められたことになる。つまり、ウェハテーブル２１と半導体ウェハＷの角度関係が確定されたことになる。
【００２８】
送り制御装置９は、クラッチ２６を継状態にし、位置決め体２８を後退させたあと、サーボモータ２３を駆動させてウェハテーブル２１の回転を開始させる。また、研磨工具ヘッド３を研磨位置に移動させる。このとき、ウェハテーブル２１、すなわち、半導体ウェハＷの回転位置の情報はエンコーダ２５の出力によって常時把握されているので、ウェハテーブル２１の回転角度に対応して、予め把握されている半導体ウェハＷの輪郭形状データに基づいて、研磨工具ヘッド３の運動が制御される。
【００２９】
そして、図２に示されるように、この制御は、研磨工具３１が半導体ウェハＷの輪郭Ｃから予め決められた距離Ｄだけ内側にオフセットした内側オフセットラインＯＬよりも外側の領域Ｐ（平坦面外周部、クロスハッチングの部分）を研磨するように、研磨工具ヘッド３の運動を制御するものである。つまり、研磨工具３１が半導体ウェハＷ上で描く包絡線（内側包絡線）が上記内側オフセットラインＯＬとなるように研磨工具ヘッド３の運動を制御する。なお、図中のＢは傾斜面を示している。図３には、半導体ウェハＷの回転に対応して、すなわち、研磨工具３１が円弧の部分の研磨から、オリエンテーションフラットの部分を研磨するようになると徐々に位置が変更され、最大、距離Ｆの変動が生じていることを示している。
【００３０】
平坦面外周部の全周にわたって研磨が終了すると、送り制御装置９は、送り装置６及び加圧装置４を制御して研磨工具ヘッド３を図１の右上の方向に退避させる。退避後、ウェハテーブル２１及び研磨工具３１の回転を停止させ、ノズルＮからのスラリー供給を停止させる。このとき、クラッチ２６は継状態を維持しており、停止しているサーボモータ２３とは結合されたままであり、ウェハテーブル２１が予め決められた角度位置に停止している。研磨が終了した半導体ウェハＷは真空吸着を解かれ、ウェハテーブル２１から搬出され、次の新しい半導体ウェハＷが装填される。
【００３１】
第２実施形態
図４は、第２実施形態にかかる半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置１の要部断面図である。この例では、ウェハテーブルユニット２と研磨工具ヘッド３との間で、半導体ウェハＷの平坦面に沿う方向の相対送りを与えるための送り装置６が、ウェハテーブルユニット２側を移動させることによって相対送りを実現している。縦ガイドウェイ４２が機体に固定されている代わりに、ウェハテーブルユニット２が機体に固定された横ガイドウェイ６４上をスライドするようになっている点が第１実施形態と相違するため、動作等についてはこれを援用する。
【００３２】
第３実施形態
図５は、第３実施形態にかかる半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置１について示したウェハテーブルユニット２の要部断面図である。これまでの実施形態では、半導体ウェハＷがウェハテーブル２１に吸着把持されたとき、その中心位置の精度は充分なものであるとする前提を置いており、角度の誤差についてのみ対処するものであった。この実施形態では、中心位置、角度ともにある程度の誤差であって、無視できない誤差が見込まれる場合について対処することが可能な平坦面外周部研磨装置１を示す。
【００３３】
この平坦面外周部研磨装置１の基本的構成は、以下の点を除き、第１、第２実施形態のいずれでもかまわないので、異なる点のみを説明する。このウェハテーブルユニット２は、半導体ウェハＷを支持するためのウェハテーブル２１、ウェハテーブル２１を支持して回転することが可能なテーブル支持軸２２、テーブル支持軸２２を回転駆動するためのテーブル駆動源であるサーボモータ２３、及び、ウェハテーブル２１に支持された半導体ウェハＷの輪郭端を検出する輪郭端検出装置２９を備えている。
【００３４】
輪郭端検出装置２９は、ラインセンサ２９１、レンズ２９２からなる。そして、ウェハテーブルユニット２に設けられており、図６に示されるように、半導体ウェハの輪郭Ｃがその視野に入る位置に設置される。レンズ２９２によって半導体ウェハの輪郭ＣはＣＣＤからなるラインセンサ２９１上に結像する。結像した像はラインセンサ２９１に沿って直線状（テーブル支持軸２２の中心を通る直線）に読みとられるので、その角度位置での輪郭端位置がその出力（輪郭端信号）として得られる。
【００３５】
したがって、サーボモータ２３を駆動してウェハテーブル２１を回転させながら、エンコーダ２５から得られる回転角毎にこの輪郭端信号を取り込み、これを送り制御装置９の記憶装置に記憶させることができる。
【００３６】
この例では、輪郭端検出装置２９が、ウェハテーブル２１の中心に関して研磨工具３１の位置よりも位相ψ＝１８０°だけ前に配置されている。そのため、輪郭端検出装置２９で読まれた輪郭端は、ウェハテーブル２１が１８０°回転すると研磨工具３１の位置に到達することになる。つまり、研磨工具３１の位置における輪郭Ｃは、輪郭端信号を位相ψだけずらすことによって得られる。
【００３７】
したがって、図７に示されるように、輪郭端信号の位相ψを１８０°だけずらして、研磨工具３１の相対送りを制御すればよく、その制御は、既に第１実施形態で説明したように、輪郭端から所定の距離Ｄだけオフセットした内側のオフセットラインＯＬに一致するように、研磨工具３１が包絡線を描くような制御である。
【００３８】
以上に示した第１乃至第３実施形態の半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置によれば、半導体ウェハがある程度の誤差を含んで装填された場合でも正確に平坦面外周部を研磨することができる。更に、これにより半導体チップにならない平坦面外周部の面積をより少なくすることができ、半導体製造上の歩留まりを向上させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置は、半導体ウェハがある程度の誤差を含んで装填された場合でも正確に平坦面外周部を研磨することができるという効果を奏する。更に、これにより半導体チップにならない平坦面外周部の面積をより少なくすることができ、本装置が組み込まれることによって半導体製造上の歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態にかかる半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置１の要部断面図である。
【図２】オリエンテーションフラットの向きを決める原理を説明する説明図である。
【図３】半導体ウェハＷの回転に対応して研磨工具３１の位置が変更される様子を示した説明図である。
【図４】第２実施形態にかかる半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置１の要部断面図である。
【図５】第３実施形態にかかる半導体ウェハの平坦面外周部研磨装置１について示したウェハテーブルユニット２の要部断面図である。
【図６】輪郭端検出装置２９と半導体ウェハの輪郭Ｃの位置関係を示す説明図である。
【図７】輪郭端信号と研磨工具３１の相対送りとの間の位相ψのずれを説明するための説明図である。
【符号の説明】
１  平坦面外周部研磨装置
２  ウェハテーブルユニット
２１  ウェハテーブル
２２  テーブル支持軸
２３  サーボモータ
２４  角度位置決め装置
２５  エンコーダ
２６  クラッチ
２７  押圧装置
２８  位置決め体
２８１  ピン
２９  輪郭端検出装置
２９１  ラインセンサ
２９２  レンズ
３  研磨工具ヘッド
３１  研磨工具
３２  工具支持軸
３３  工具駆動源
３４  スライダ
４  加圧装置
４１  ピストンシリンダー機構
４２  縦ガイドウェイ
４３  ロードセル
５  スラリー供給装置
６  送り装置
６１  送りねじ
６２  雌ねじ部
６３  サーボモータ
６４  横ガイドウェイ
９  送り制御装置
Ｂ  傾斜面
Ｃ  輪郭
Ｄ  距離
Ｎ  ノズル
ＯＬ  内側オフセットライン
Ｐ  領域（平坦面外周部の領域）
Ｗ  半導体ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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