JP2009004579A - 半導体ウェーハノッチ端面の研磨装置及びこれに使用する研磨ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウェーハのノッチ端面の研磨を十分かつ短時間で簡単に行える技術の提供。
【解決手段】駆動装置により回転駆動する駆動ローラと、回転可能な少なくとも１以上のフリーローラと、前記駆動ローラと前記フリーローラとに掛架されて走行するエンドレスな研磨ベルト１８と、研磨ベルト１８を押圧して緊張させる緊張手段とを備えてなることを特徴とする研磨ヘッド１７と、研磨ベルト１８が鉛直面上を走行する状態におかれた研磨ヘッド１７を、半導体ウェーハノッチ１６と研磨ベルト１８とが当接する研磨当接部分を中心に鉛直面上を回動させる研磨ヘッド揺動アーム３３と、半導体ウェーハ１２を水平状態に保持する半導体ウェーハ保持台１３とを有してなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハの研磨技術に関し、特に半導体ウェーハノッチ端面の研磨装置及びこの装置に使用する研磨ヘッドに関するものである。

半導体ウェーハには、その結晶軸の方向を示すために、ウェーハの一部を結晶軸方向に切り欠いたオリエンテーションフラットや、又はウェーハの周縁部に小さいＶ字状の切り欠きであるノッチを設けている。特に近年の大径化したウェーハでは、上記オリエンテーションフラットを設けた場合には廃棄部分が多くなることから、小さなノッチを設ける傾向にある。このノッチは上記したように、小さなＶ字切り欠きであることから研磨が困難であり、従来ノッチの研磨を行っていなかった。

しかしながら半導体ウェーハは、微細な発塵であっても加工上の品質に与える影響は大きいことから高度な表面加工が要求され、ウェーハの外周部ばかりでなくノッチも鏡面加工が求められている。

このノッチの鏡面加工要求に対する、従来の半導体ウェーハノッチの端面の研磨装置は、研磨パッドを周囲に固定した円盤状の研磨板を回転させ、この研磨板の周囲の研磨パッドの表面に、垂直に又は傾斜して配置した半導体ウェーハ保持台上に載置された半導体ウェーハを押し付けて行われているものである（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平７−６８４６１号公報 特開平８−１６８９４７号公報

しかし、上記特許文献１、２に記載の従来の研磨装置では、半導体ウェーハが、円盤状の周囲の研磨パッドの表面に、垂直に又は傾けて配置されているので、片面側の研磨を終えた後、半導体ウェーハを半導体ウェーハ保持台に反転させて固定しなおし、同様の研磨を他方の面側でも行わねばならず、研磨作業に手間と時間を要してしまう。さらに半導体ウェーハの円弧状端面と研磨板の円盤状の研磨パッドでは接触面積が非常に小さく半導体ウェーハのノッチの研磨に時間を要してしまうという問題がある。

また、研磨パッドの交換は、研磨軸受けから研磨パッドホルダを外し、この研磨パッドホルダから研磨パッドをさらに外して新しい研磨パッドに交換し、再び装置に取り付けるという交換作業のため、上記同様手間と時間を要してしまうという問題がある。

本発明は、これら問題点を鑑みてなされたものであり、半導体ウェーハのノッチ端面の研磨を十分かつ短時間で簡単に行え、さらに研磨用具の交換も短時間で容易に行える半導体ウェーハノッチ端面の研磨装置及びこれに用いる研磨ヘッドの提供を目的とする。

前記目的を達成するために本発明が提案するものは、半導体ウェーハのノッチ端面を研磨するための研磨ヘッドであって、駆動装置により回転駆動する駆動ローラと、回転可能な少なくとも１以上のフリーローラと、前記駆動ローラと前記フリーローラとに掛架されて走行するエンドレスな研磨ベルトと、該研磨ベルトを押圧して緊張させる緊張手段と、を備えてなることを特徴とする研磨ヘッドである。

この研磨ヘッドの研磨ベルトを半導体ウェーハのノッチ端面に当接すれば、研磨ベルトを押圧により緊張させることができるので、半導体ウェーハノッチと前記研磨ベルトとが当接する研磨当接部分において研磨効果を上げ、Ｖ字形状に切り欠いた形状のノッチ端面にも研磨ベルトが進入して鏡面研磨が容易に短時間で可能となる。さらにこの研磨ヘッドは構造が簡単であり、駆動ローラとフリーローラとに掛架されて走行するエンドレスな研磨ベルトの交換も容易にできる。

前記緊張手段が、スライド移動により前記研磨ベルトを押圧する緊張加圧ローラと、該緊張加圧ローラをスライド移動させる加圧駆動部とを備えたものとすることができる。研磨ベルトの押圧による緊張は、スライド移動可能な緊張加圧ローラによるもので、さらにこの緊張加圧ローラを加圧駆動部による加圧で移動させることができるものである。

加圧駆動部は、例えば、精密レギュレータ等で微圧調整された空気圧により駆動するエアーシリンダを用いたものである。一般的に使用されているボールネジ付きモータアクチュエータが例示できる。

また前記緊張手段は、さらに圧力センサを含めてなることが好ましい。予めノッチの鏡面研磨に最適な圧力値を求め、圧力センサによりその圧力値を観測して維持するようにすれば、高品質の研磨が可能となる。

圧力センサは、例えば、圧電素子を使用した小型ロードセルである。圧力センサとして、共和電業製のＰＳ方（圧力範囲：０〜１．０ＭＰａ）を例示できる。

前記研磨ヘッドには、さらに該研磨ヘッドを揺動させる研磨ヘッド揺動手段が接続されてなり、該研磨ヘッド揺動手段により前記研磨ヘッドが前記研磨ベルトの研磨当接部分を中心に鉛直面上を回動することが好ましい。

さらに本発明が提案するものは、前記研磨ヘッドと、前記研磨ベルトが鉛直面上を走行する状態におかれた前記研磨ヘッドを、半導体ウェーハノッチと前記研磨ベルトとが当接する研磨当接部分を中心に鉛直面上を回動させる研磨ヘッド揺動手段と、前記半導体ウェーハを水平状態に保持する半導体ウェーハ保持台とを有してなることを特徴とする半導体ウェーハノッチ端面研磨装置である。

研磨ヘッド揺動手段により研磨ベルトの研磨当接部分を中心に鉛直面上を研磨ヘッドが回動すれば、ノッチの上端面、下端面にも十分鏡面研磨が可能となるものである。この結果、短時間でノッチ全体の鏡面研磨ができることになる。

前記半導体ウェーハノッチ端面研磨装置は、前記保持台を水平方向に揺動させる半導体ウェーハ揺動手段とを更に有してなり、該半導体ウェーハ揺動手段により前記半導体ウェーハ保持台が前記半導体ウェーハノッチと前記研磨ベルトとが当接する研磨当接部分を中心にして水平面上を回動することが好ましい。

上記したように半導体ウェーハ保持台が、半導体ウェーハ揺動手段により前記半導体ウェーハの前記研磨ベルトとの研磨当接部分を中心にして水平面上を回動するので、小さなＶ字状の切り欠きであるノッチの左右の端面部分も、短時間で容易に十分鏡面研磨することができることになる。

また前記半導体ウェーハ揺動手段が、前記半導体ウェーハ保持台を支持する支持脚と、該支持脚の下端部に一端が接続されて水平方向に延在する保持台揺動アームと、該保持台揺動アームの他端に接続される回動軸と、該回動軸を回動させる回動軸駆動装置とで構成すれば、装置構成を簡素化することができる。

さらにまた前記半導体ウェーハ揺動手段を載置するレールと、該レール上を前記半導体ウェーハ揺動手段が前記研磨ベルトに当接する方向に水平面上を接離移動するスライダーとを更に有してなることが好ましい。

半導体ウェーハ揺動手段が研磨ベルトに対して接離移動、すなわち接近、離反の移動ができるので、半導体ウェーハのセッティングに使用するほか、研磨ベルトに対しての半導体ウェーハの当接を調節できるので、研磨の程度を調整可能とすることができる。

なお本発明に係る半導体ウェーハノッチ端面研磨装置では、半導体ウェーハを水平面上に載置し、研磨ベルトを鉛直面上を走行するようにしてノッチ端面の研磨を行うが、このような位置関係に限定するものでなく、例えば半導体ウェーハを鉛直面に平行に載置して研磨してもよい。要はノッチ端面に研磨ベルトが十分に当接し、研磨効率を上昇させるものであればよい。

本発明によれば、走行する研磨ベルトを緊張させて当接させるので、微小な部分である、半導体ウェーハノッチの端面についても、研磨当接部分を広くとれるので、十分な鏡面研磨が可能となるものである。

また研磨ヘッド揺動手段によりノッチ端面の上端面、下端面にも研磨を十分に行うことがでる。

さらに半導体ウェーハ揺動手段により、ノッチ端面の左右部分にも研磨を十分に行うことができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１は本発明に係る半導体ウェーハノッチ端面研磨装置の正面図、図２は同半導体ウェーハノッチ端面研磨装置の平面図、図３は本発明に係る研磨ヘッドの正面図、図４は同研磨ヘッドの平面図、図５は同研磨ヘッドの動作状態（水平位置）を示す正面図、図６は同研磨ヘッドの動作状態（研磨当接部分を下にした傾斜位置）を示す正面図、図７は同研磨ヘッドの動作状態（研磨当接部分を上にした傾斜位置）を示す正面図、図８は半導体ウェーハの揺動（回動）状態を示す平面図、図９は半導体ウェーハノッチ端面の模式的拡大斜視図である。

図１、図２に示すように、本発明に係る半導体ウェーハノッチ端面研磨装置は、主として、中空状の容器であるハウジング１１の内部に設けられた、半導体ウェーハ１２を水平状態に載置するウェーハ保持台１３と、このウェーハ保持台１３を揺動させるウェーハ揺動部１５（半導体ウェーハ揺動手段）と、半導体ウェーハノッチ１６の端面を研磨するための研磨ヘッド１７とを備えてなるものである。

ウェーハ保持台１３は、円盤状の半導体ウェーハを水平方向に載置して保持する皿形状もので、台上に図示しない吸引孔を有しており、ハウジング１１の外部に位置する吸引ポンプ（図示せず）に連通している。

また研磨中の半導体ウェーハに研磨液、冷却液、洗浄液の供給ノズル（図示せず）と、使用済み液の装置外部への廃出のための収液容器等（図示せず）が、ウェーハ保持台１３とその周辺に設けられている。

ウェーハ保持台１３は棒状の支持脚２１の上部端面部に同軸に載置されており、支持脚２１の下部端面部は水平方向に揺動する保持台揺動アーム２２の一端側に載置されている。

保持台揺動アーム２２の他端側には回動軸体２３が取付けられており、この回動軸体２３の回動軸の延長方向が半導体ウェーハーノッチ端面１６と研磨ベルト１８との当接部分となっている。そのため回動軸を中心に回動する揺動状態にすると、半導体ウェーハ１２は上記当接部分を中心に回動するようになっている（回動した半導体ウェーハの位置を図２上、鎖線で示す）。

また回動軸体２３は、モータ２５とベルト２６により連結されて回転するようになっており、回動軸体２３、モータ２５及びベルト２６は、保持台２９上のスライダー２７内に収容され、このスライダー２７はハウジング１１内に水平に取付けられたスライドフレーム２８上を水平に往復移動可能となっている。この往復移動によりウェーハ１２のノッチ１６が研磨ベルト１８に接近して当接したり、離反したりできるようになっている。

なお、支持脚２１、保持台揺動アーム２２、回動軸体２３、モータ２５、ベルト２６及びスライダー２７によりウェーハ揺動部１５を構成する。

一方、研磨ヘッド１７は、エンドレスな研磨用ベルト１８と、この研磨用ベルトを両側から挟み込む位置に設けられた内プレート３１ａと外プレート３１ｂとで箱体形状となっており、内プレート３１ａの外側には研磨ベルト１８を走行させる研磨ベルト走行用モータ３２が設置されている。この研磨ベルト走行用モータ３２は、研磨ベルト１８の研磨当接部分とは内プレート面３１ａの左右反対側に配置されている。

また内プレート３１ａ上の研磨ベルト走行用モータ３２隣には、水平方向に延在するＬ字上の揺動アーム３３の一端が接続されており、この揺動アーム３３の他端はハウジング１１に設置されている揺動機構フレーム３５に取り付けた研磨ヘッド揺動モータ３６の回転軸体に接続されている。

この揺動モータ３６の回動軸体の回動軸は水平面上に位置し、その延長方向に半導体ウェーハノッチと前記研磨ベルトとが当接する研磨当接部分が位置するようになっている。そのため揺動モータ３６が回動すると、結果研磨当接部分を中心に研磨ヘッドが回動する揺動運動が生じるようになっている。

次に、図３および図４を参照して研磨ヘッド１７の概要を説明する。

研磨ヘッド１７は、内プレート３１ａと外プレート３１ｂとを所定間隔を設けて形成された薄板状の箱体である。内プレート３１ａと外プレート３１ｂとの間には、内プレート３１ａに回転可能に取り付けた研磨ベルト駆動用ローラ５１と、一対のフリーローラである、上部ローラ５２ａと、下部ローラ５２ｂとが同様に内プレート３１ａに回転可能に取り付けられている。

この研磨ベルト駆動用ローラ５１と、上部ローラ５２ａおよび下部ローラ５２ｂとにエンドレスな研磨ベルト１８が掛架されている。そして研磨ベルト駆動用ローラ５１は内側プレート３１ａの外側に突出している同軸の駆動プーリ５３に接続され、この駆動プーリ５３はベルト５５で研磨ベルト走行用モータ３２と連動するようになっている。

なお本実施形態では、ベルト５５により駆動プーリ５３と研磨ベルト走行用モータ３２とが連動するようになっているが、ベルト５５にかえて歯車機構により連動させてもよい。

研磨ベルト走行用モータ３２を作動させると、ベルト５５、駆動プーリ５３を通じて研磨ベルト駆動用ローラ５１が回転し、研磨ベルト１８が走行するようになっている。研磨ベルト１８は、上部ローラ５２ａと下部ローラ５２ｂの間の部分が研磨ヘッド１７から外部に露出しており、この露出した部分で研磨対象物、例えば半導体ウェーハノッチ端面に当接して研磨するようになっている。

上記した研磨ベルトの外部露出部分の内側、すなわち研磨ヘッド１７の内部側には、研磨ベルトを押圧して緊張させる上下に位置する２個のローラ、すなわち上部緊張加圧ローラ５６ａと下部緊張加圧ローラ５６ｂとが回転可能に取付部材５７に設置されている。

取付部材５７は、間に圧力センサ５８を挟んで緊張加圧駆動部５９に接続されており、この緊張加圧駆動部５９によって、取付部材５７が研磨ベルト１８の側に押されるようになっている。そのため取付部材５７が研磨ベルト１８側に押されることで、上部緊張加圧ローラ５６ａと下部緊張加圧ローラ５６ｂとが研磨ベルト１８側に移動して、研磨ヘッド１７の内部から研磨ベルト１８を押圧して緊張させるようになっている。この押圧状態においても、上部緊張加圧ローラ５６ａと下部緊張加圧ローラ５６ｂとは、フリーローラであるため、研磨ベルトの走行により回転するようになっている。

加圧センサ５８は上部緊張加圧ローラ５６ａ及び下部緊張加圧ローラ５６ｂと、緊張加圧駆動部５９との間に位置し、緊張加圧駆動部５９がウェーハ１２の方向に移動することにより、常に一定の圧力がウェーハ１２のノッチ部に加わるようになっている。

研磨ベルト１８には、固定砥粒研磨又は遊離砥粒研磨に用いられる既知のエンドレス研磨用ベルトを使用することができる。固定砥粒研磨の場合、プラスチック、織布シート、不織布シート、発泡体シート、植毛シート等の表面に、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、シリカ、酸化セリュウム等の微粒子から選択される１種又は２種以上の砥粒を固定した研磨層を形成した単粒子又は複合粒子付エンドレス研磨ベルトが使用される。また遊離砥粒研磨の場合は、プラスチック、織布シート、不織布シート、発泡体シート、植毛シート等がエンドレス研磨ベルトとして使用される。

また固定砥粒研磨の場合には、半導体ウェーハ１２に冷却液を上記したノズル（図示せず）により供給するようになっており、遊離砥粒研磨の場合には、研磨用ベルトの走行による研磨時に、水又は水ベースの分散液に砥粒を懸濁した研磨液を半導体ウェーハ１２に供給しながら行うようになっている。

次に本発明に係る半導体ウェーハノッチ端面研磨装置の動作について、図５から図９を参照して説明する。

図５に示すように、水平状態におかれた研磨ヘッド１７対し、スライダー２７をスライドフレーム２８上で研磨ヘッド側に移動させ、ウェーハ保持台１３上に載置されている半導体ウェーハ１２のノッチ１６を研磨ベルト１８に当接させる。

そして研磨ベルト走行用モータ３２を作動させて研磨テープ１８を走行させる。このとき、研磨ヘッド１７内の緊張加圧駆動部５９により取付部材５７が研磨ベルト側に加圧され、上部緊張加圧ローラ５６ａと下部緊張加圧ローラ５６ｂとが研磨ヘッド１７内部から研磨ベルト１８を押圧して緊張させる。

緊張された研磨ベルト１８は、図９に示すように、当接する半導体ウェーハ１２のノッチ１６の部分のノッチ端面６１、ノッチ上端面６２、ノッチ下端面６３にも十分に当接するので、これら端面を鏡面加工することができる。

また図６に示すように、揺動アーム３３を回動させて研磨当接部分を下側にした状態に研磨ヘッド１７を傾斜させることにより、図９に示すノッチ上端面６２にさらに良く当接するので、この部分の研磨がより向上する。

さらにまた図７に示すように、揺動アーム３３を回動させて研磨当接部分を上側にした状態に研磨ヘッド１７を傾斜させることにより、図９に示すノッチ下端面６３にさらに良く当接するので、この部分の研磨がより向上する。

そして図８に示すように、ウェーハ揺動部２２を作動させて、半導体ウェーハ１２を水平面上、研磨当接部分を中心にして回動させることにより、図９に示すノッチ端面の左右にさらに十分当接させることができるので、ノッチ端面の研磨がより向上する。

このように本発明に係る半導体ウェーハノッチ端面研磨装置によれば、従来の研磨パッドを周囲に固定した円盤状の研磨板を回転させる研磨装置と異なり、ノッチ端面部に研磨ベルトを当接させて研磨するので、端面の研磨効果が向上し、鏡面加工の精度も向上する。

本発明に係る半導体ウェーハノッチ端面研磨装置の正面図。 同半導体ウェーハノッチ端面研磨装置の平面図。 本発明に係る研磨ヘッドの正面図。 同研磨ヘッドの平面図。 同研磨ヘッドの動作状態（水平位置）を示す正面図。 同研磨ヘッドの動作状態（研磨当接部分を下にした傾斜位置）を示す正面図。 同研磨ヘッドの動作状態（研磨当接部分を上にした傾斜位置）を示す正面図。 半導体ウェーハの揺動（回動）状態を示す平面図。 半導体ウェーハノッチ端面の模式的拡大斜視図。

符号の説明

１２ 半導体ウェーハ
１３ 半導体ウェーハ保持台
１５ ウェーハ揺動部
１７ 研磨ヘッド
１８ 研磨ベルト
３３ 揺動アーム

Claims (7)

1. 半導体ウェーハのノッチ端面を研磨するための研磨ヘッドであって、駆動装置により回転駆動する駆動ローラと、回転可能な少なくとも１以上のフリーローラと、前記駆動ローラと前記フリーローラとに掛架されて走行するエンドレスな研磨ベルトと、該研磨ベルトを押圧して緊張させる緊張手段とを備えてなることを特徴とする研磨ヘッド。
2. 前記緊張手段が、スライド移動により前記研磨ベルトを押圧する緊張加圧ローラと、該緊張加圧ローラをスライド移動させる加圧駆動部とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッド。
3. 前記緊張手段は、さらに圧力センサを備えてなることを特徴とする請求項２に記載の研磨ヘッド。
4. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の研磨ヘッドと、前記研磨ベルトが鉛直面上を走行する状態におかれた前記研磨ヘッドを、半導体ウェーハノッチと前記研磨ベルトとが当接する研磨当接部分を中心に鉛直面上を回動させる研磨ヘッド揺動手段と、前記半導体ウェーハを水平状態に保持する半導体ウェーハ保持台とを有してなることを特徴とする半導体ウェーハノッチ端面研磨装置。
5. 更に、前記保持台を水平方向に揺動させる半導体ウェーハ揺動手段とを有してなり、該半導体ウェーハ揺動手段により前記半導体ウェーハ保持台が前記半導体ウェーハノッチと前記研磨ベルトとが当接する研磨当接部分を中心にして水平面上を回動することを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェーハノッチ端面研磨装置。
6. 前記半導体ウェーハ揺動手段が、前記半導体ウェーハ保持台を支持する支持脚と、該支持脚の下端部に一端が接続されて水平方向に延在する保持台揺動アームと、該保持台揺動アームの他端に接続される回動軸と、該回動軸を回動させる回動軸駆動装置とを含めてなることを特徴とする請求項５に記載の半導体ウェーハノッチ端面研磨装置。
7. 前記半導体ウェーハ揺動手段を載置するレールと、該レール上を前記半導体ウェーハ揺動手段が前記研磨ベルトに当接する方向に水平面上を接離移動するスライダーとを更に有してなることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体ウェーハノッチ端面研磨装置。

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