JP2007208184A

JP2007208184A - ウエハ研磨装置

Info

Publication number: JP2007208184A
Application number: JP2006028411A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kumahara; 賢治熊原
Original assignee: Elpida Memory Inc
Current assignee: Micron Memory Japan Ltd
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2007-08-16
Also published as: US20070197144A1

Abstract

【課題】ノッチを含むウエハ周縁部を研磨するウエハ研磨装置であって、占有スペースを低減可能なウエハ研磨装置を提供する。
【解決手段】ウエハ研磨装置１０は、ウエハ６０を回転軸１３回りに回転可能に保持する保持手段と、回転対称形状を有しウエハ６０の回転軸１３と平行な回転軸１４回りに回転してウエハ６０の周縁部を研磨するバフ２１ａ，２１ｂと、ウエハ６０をバフ２１ａ，２１ｂと相対的に移動させる移動手段とを備える。バフ２１ａ，２１ｂは、ウエハ周囲の縁面に適合する形状を有する縁面研磨部分２４ａ，２４ｂと、ウエハ６０のノッチ部分の縁面に適合する形状を有するノッチ研磨部分２５ａ，２５ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハ研磨装置に関し、更に詳しくは、ノッチを含むウエハ周縁部を研磨するウエハ研磨装置に関する。

半導体装置の製造に際して、その基板を構成する半導体ウエハ（以下、単にウエハと呼ぶ）上に、酸化膜、窒化膜、炭化物膜、多結晶膜、又は、金属膜などの各種の膜が成膜される。これら各種の膜はウエハの周縁部にも成膜されるが、ウエハ周縁部に成膜された膜は剥離し易く、パーティクルを発生させる問題がある。半導体装置の製造工程で発生したパーティクルは、ウエハ表面に形成された半導体素子に付着することによって、配線間ショートなどを発生させ、半導体装置製造の歩留りを低下させる。このため、膜の成膜終了後に、ウエハ周縁部を研磨し、ウエハ周縁部に形成された膜を除去している。

図６（ａ）は、ウエハの平面形状を示している。ウエハ６０には、その円盤状の周囲６１から内側に向かってＶ字状又は円弧状に切り欠かれたノッチ６２が形成されており、半導体素子形成に際してウエハ６０の位置又は方向を検出する基準として用いられる。膜の剥離は、このノッチ６２でも生じ易いため、ウエハ縁部の研磨に際しては、ウエハの周囲６１及びノッチ６２の双方を研磨する必要がある。図６（ｂ）は、図６（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面を示している。ウエハ６０は、同図に示すように、厚み方向に対称な形状を有し、ウエハ周囲６１及びノッチ６２で、その厚み方向の中央部が突出する膨らみを有している。

特許文献１は、ノッチ６２を含むウエハ周縁部を研磨する従来のウエハ研磨装置を記載している。図７は、同文献に記載のウエハ研磨装置の構成を示す側面図である。ウエハ研磨装置７０は、ウエハを保持して回転させるウエハ保持部７１と、ウエハ周囲６１の縁面の研磨を行う縁面研磨部７２と、ノッチ６２の縁面の研磨を行うノッチ研磨部７３とを備える。ウエハ保持部７１は、吸着によってウエハ６０を保持するウエハ吸着盤７４と、ウエハ吸着盤７４を回転させるウエハ回転機構７５と、ウエハ回転機構７５を傾転させるウエハ傾転機構７６とを備える。

縁面研磨部７２は、ウエハ６０を含む平面に垂直な回転軸７７回りに回転する、円筒形の研磨布（バフ）７８を有し、バフ７８の表面には、ウエハ周囲６１の断面形状に適合した断面形状を有する溝７９が形成されている。ウエハ周囲６１の研磨に際して、ウエハ６０及びバフ７８をそれぞれ所定の回転数で回転させ、研磨剤（スラリ）を供給しつつ、溝７９をウエハ周囲６１に押し付ける。この状態で、ウエハ傾転機構７６等の動作によって溝７９を軸としてウエハ６０を傾転させ、ウエハ周囲６１の断面形状に沿って、その裏面側から表面側までを研磨する。

ノッチ研磨部７３は、ウエハ６０を含む平面に直交すると共にウエハ６０の半径方向に沿った平面内で回転する円盤状のバフ８０を備える。バフ８０は、その縁部がノッチ６２の断面形状に適合した断面形状を有している。ノッチ６２の研磨に際して、スラリを供給しつつ、バフ８０を回転させ、静止させたノッチ６２に押し付ける。この状態で、ウエハ傾転機構７６等の動作によってウエハ６０を傾転させることによって、ノッチ６２の断面形状に沿って、ノッチ６２の裏面側から表面側までを研磨する。
特開２０００-３１７７９０号公報（図３，９）

ところで、半導体装置の製造に際しては、個々の半導体製造装置の占有スペースを出来るだけ小さく構成することによって、ウエハ６０の移動に必要な時間を短縮し、製造効率を高めることが出来る。しかし、特許文献１のウエハ研磨装置では、ウエハ周囲６１を研磨する縁面研磨部７２と、ノッチ６２を研磨するノッチ研磨部７３とをウエハ６０の周辺に別個に配置する必要がある。このため、装置の寸法が大きくなり、占有スペースを充分に低減できない問題があった。

本発明は、上記に鑑み、ノッチを含むウエハ周縁部を研磨するウエハ研磨装置であって、占有スペースを低減可能なウエハ研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のウエハ研磨装置は、ウエハを回転軸回りに回転可能に保持する保持手段と、回転対称形状を有しウエハの回転軸と平行な回転軸回りに回転してウエハの周縁部を研磨するバフユニットと、ウエハを前記バフユニットと相対的に移動させる移動手段とを備えるウエハ研磨装置であって、
前記バフユニットは、ウエハ周囲の縁面に適合する形状を有する縁面研磨部分と、ウエハのノッチ部分の縁面に適合する形状を有するノッチ研磨部分とを有することを特徴とする。

本発明のウエハ研磨装置では、バフユニットが、ウエハ周囲の縁面に適合する形状を有する縁面研磨部分と、ウエハのノッチ部分の縁面に適合する形状を有するノッチ研磨部分とを有し、移動手段がウエハをバフユニットと相対的に移動させることによって、ノッチを含むウエハ周縁部を縁面に沿って研磨できる。従って、特許文献１のウエハ研磨装置のように、縁面研磨用バフとノッチ研磨用バフとを別個に構成する必要がなく、これによって、装置の寸法を縮小でき、占有スペースを低減できる。

本発明の好適な態様では、前記バフユニットは、前記ウエハ面と平行な面に関して相互に対称に配置された一対のバフから構成され、該バフのそれぞれが、ウエハ周囲の縁面の１／２に適合した形状を有する縁面研磨部分と、該縁面研磨部分よりも半径方向内側に形成された突起であって、ウエハのノッチ部分の縁面の１／２に適合した形状を有するノッチ研磨部分とを有する。ノッチ研磨部分を小さな寸法で形成し、微細なノッチの縁面に接触させることが出来る。

上記態様では、前記移動手段は、ウエハの回転軸と平行な方向、及び、ウエハ面と平行な方向に、ウエハを移動させてもよい。この場合、前記移動手段は、前記ウエハを前記回転軸と平行な方向に移動させるステッピングモータを有してもよい。また、前記移動手段が、ウエハ面と平行な方向に一定の圧力でウエハを前記バフに押し付ける圧力制御手段を有することによって、安定した研磨を行うことが出来る。

上記態様では、前記バフは、発泡ウレタン又は硬質ウレタン樹脂で構成してもよい。良好な研磨特性を得ることが出来る。上記態様では、スラリを供給するノズルを、前記バフに関してウエハと反対側の位置に更に備えてもよい。

以下に、図面を参照し、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るウエハ研磨装置の構成を示す断面図である。ウエハ研磨装置１０は、ＸＹ平面内にウエハ６０を保持して回転させるウエハ保持部１１と、Ｚ軸方向に沿って相互に対向する一対の釣鐘型のバフ２１ａ，２１ｂを備え、ウエハ６０縁部の研磨を行う研磨部１２とを備える。一対のバフ２１ａ，２１ｂは、本発明におけるバフユニットを構成する。

ウエハ保持部１１は、ウエハ６０を保持するウエハ保持機構、ウエハ保持機構をＺ軸方向に平行な回転軸１３回りに回転させる回転機構、Ｚ軸方向に移動させるＺ軸移動機構、及び、ウエハ保持部１１から研磨部１２へ向かうＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構を備える。ウエハ保持機構は、吸着式の保持機構であって、ウエハ６０の裏面を吸着することによって、ウエハ６０を保持する。

回転機構、Ｚ軸移動機構、及び、Ｘ軸移動機構はそれぞれ、回転用可変速モータ、ステッピングモータ、及び、エアシリンダによって駆動される。Ｘ軸移動機構は、更に、エアシリンダ内の圧力を検知する圧力センサと、圧力センサで検知された圧力に基づいて、エアシリンダ内の圧力を制御する圧力制御機構とを備える。エアシリンダ内の圧力制御によって、ウエハ６０のＸ方向への押圧を調節できる。

研磨部１２で、一対のバフ２１ａ，２１ｂは、ウエハ６０の半径方向外側に配設されている。バフ２１ａ，２１ｂは、相互に同じ形状を有し、回転軸１４について回転対称であって、底部が略円柱状で、頂部に向かって突起する釣鐘型の形状を有する。また、ウエハ６０を含む平面を挟み、頂部を相互に対向させて配設されている。バフ２１ａ，２１ｂは、バフ本体２２ａ，２２ｂと、バフ本体２２ａ，２２ｂを支持するバフ本体保持部２３ａ，２３ｂとから構成されている。バフ本体２２ａ，２２ｂは、一体成型で形成された発泡ポリウレタンから成り、その表面が研磨面を構成する。

バフ本体２２ａ，２２ｂは、その頂部の周縁部に形成され、なだらかな段差として構成される縁面研磨部分２４ａ，２４ｂと、縁面研磨部分２４ａ，２４ｂよりも半径方向内側に形成され、なだらかな突起として構成されるノッチ研磨部分２５ａ，２５ｂとを備える。縁面研磨部分２４ａ，２４ｂは、ウエハ周囲６１の縁面の１／２に適合した形状を有し、ウエハ周囲６１の縁面を研磨する際に用いられる。ノッチ研磨部分２５ａ，２５ｂは、ノッチ６２の縁面の１／２に適合した形状を有し、ノッチ６２を研磨する際に用いられる。ノッチ研磨部分２５ａ，２５ｂは、小さな寸法で形成されることによって、微細なノッチ６２の縁面に接触させることが出来る。

バフ２１ａ，２１ｂは、それぞれの底部で、バフ２１ａ，２１ｂを保持するバフ保持部２６ａ，２６ｂに保持されている。バフ保持部２６ａ，２６ｂは、軸受２７ａ，２７ｂを介して、支持機構２８に回転可能に支持されると共に、バフ保持部２６ａ，２６ｂを回転軸１４回りに回転させる回転機構２９ａ，２９ｂに接続されている。回転機構２９ａ，２９ｂは、パルスモータとして構成され、回転方向や速度をそれぞれ独立に制御できる。

バフ２１ａ，２１ｂを挟んで、ウエハ６０の反対側には、バフ２１ａ，２１ｂにスラリや純水を供給するための４本のノズル３０が配設され、支持機構２８に支持されている。４本のノズル３０は、バフの縁面研磨部分２４ａ，２４ｂ及びノッチ研磨部分２５ａ，２５ｂに概ね対向する位置にそれぞれ配設されている。支持機構２８の内部には、各ノズル３０にスラリを供給するスラリ供給系、純水を供給する純水供給系、及び、各ノズル３０に接続される供給系を切り替える供給系切替部が配設されている。

図２は、バフ２１ａ（２１ｂ）、及び、バフ保持部２６ａ（２６ｂ）の頂部を拡大して示す斜視図である。バフ保持部２６ａの頂部には、略直方体状の直方体部４１と、直方体部４１上であって、回転軸１４回りに形成された略円柱状の円柱部４２とから成る突起４３が形成されており、バフのバフ本体保持部２３ａの底部には、突起４３に嵌合する嵌合溝４４が形成されている。直方体部４１及びこれに嵌合する嵌合溝４４の部分（直方体収容部４７）は、バフ２１ａの空転を防止するために形成されている。

バフ本体保持部２３ａには、その側面から半径方向に沿って中央の嵌合溝４４まで貫通する３つのネジ穴４５が形成されている。ネジ穴４５は、回転軸１４周りに１２０°の角度間隔で形成されている。

バフ本体２２ａ，２２ｂは、研磨処理の累積時間が増加すると、その表面が研磨屑によって目詰まりを生じると共に、表面荒れが生じ研磨能力が低下する。従って、定期的な交換が必要である。本実施形態では、バフ本体２２ａ，２２ｂの交換に際して、バフ２１ａ，２１ｂの交換によって行うことが出来る。

バフ２１ａ（２１ｂ）のバフ保持部２６ａ（２６ｂ）への取付けに際しては、同図に示したように、先ず、バフの嵌合溝４４の側部がバフ保持部の円柱部４２に対向するように位置合わせし、バフ２１ａをバフ保持部２６ａ側に移動させることによって、突起４３を嵌合溝４４内に挿入する。バフ２１ａの回転軸１４が、バフ保持部２６ａの回転軸１４に一致するまで挿入した後、バフ２１ａを回転軸１４に沿ってバフ保持部２６ａ側に押し込み、突起４３を嵌合溝４４に嵌合させる。

更に、ネジ穴４５からネジ４６を挿入し、円柱部４２を押圧するようにネジ止めする。バフ２１ａ（２１ｂ）のバフ保持部２６ａ（２６ｂ）からの取外しに際しては、上記取付けと逆の手順で行うことが出来る。上記手順によれば、バフ２１ａ，２１ｂの交換に際して、バフ保持部２６ａ，２６ｂなど研磨部１２の他の部分を解体する必要が無いので、バフ２１ａ，２１ｂの交換を効率的に行うことが出来る。

図３は、図２の嵌合溝４４の延在方向に沿ったバフ２１ａ（２１ｂ）の断面を示している。嵌合溝４４は、直方体部４１を収容する直方体収容部４７と、円柱部４２を収容する円柱収容部４８とから構成されている。

バフ本体保持部２３ａの上面には、回転軸１４回りに形成された略円柱状の円柱部５１と、円柱部５１の側面から外側に突出する略直方体状の直方体部５２とから成る突起５３が形成されている。バフ本体２２ａの底部には、円柱部５１に嵌合する円柱収容部５４と、直方体部５２に嵌合する直方体収容部５５とから成る嵌合溝５６が形成されている。直方体部５２及び直方体収容部５５は、バフ本体２２ａの空転を防止するために形成されている。

図４は、図１のウエハ研磨装置１０を用いた研磨方法の手順を示すフローチャートである。先ず、ウエハカセットに収容されたウエハ６０を、ウエハ搬送機構が、ウエハ保持部１１上に搬送する。ウエハ保持部１１が、ウエハ６０裏面を吸着することによって、ウエハ保持部１１上にウエハ６０を固定する（ステップＳ１１）。

次いで、予め設定した流量でノズル３０からスラリを供給し、回転機構２９ａ，２９ｂの駆動によって、バフ２１ａ，２１ｂを所定の回転方向及び回転数で回転させる（ステップＳ１２）。引き続き、ウエハ保持部１１の動作によって、ウエハ６０を回転させつつＸ軸方向に移動し、図５（ａ）に示すように、ウエハ周囲６１を縁面研磨部分２５ｂに接触させる。この状態で、ウエハ６０を縁面研磨部分２４ｂの形状に沿ってＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させ、ウエハ周囲６１の表面側から側面側までの縁面を研磨する（ステップＳ１３）。

更に、ウエハ保持部１１の動作によって、ウエハ６０を回転させつつＸ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ移動し、図５（ｂ）に示すように、ウエハ周囲６１を縁面研磨部分２４ａに接触させる。この状態で、ウエハ６０を縁面研磨部分２４ａの形状に沿ってＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させ、ウエハ周囲６１の裏面側から側面側までの縁面を研磨する（ステップＳ１４）。ステップＳ１３，Ｓ１４で、縁面研磨部分２４ａ，２４ｂに対するウエハ６０の押付け圧力は、Ｘ軸移動機構の圧力制御機構によって調節できる。

次いで、ウエハ６０の回転を一旦停止し、光学式の位置検出センサ（図示せず）を用い、ノッチ６２の中央がバフ２１ａ，２１ｂの回転軸１４に対向するようにウエハ６０を回転させ、ノッチ６２の位置合わせを行う（ステップＳ１５）。

引き続き、ウエハ保持部１１の動作により、ウエハ６０をＸ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ移動し、図５（ｃ）に示すように、ノッチ６２をノッチ研磨部分２５ｂに接触させる。この状態で、ウエハ６０をＸ軸方向及びＺ軸方向に少しずつ移動させ、ノッチ６２の表面側から側面側までの縁面を研磨する（ステップＳ１６）。

更に、ウエハ保持部１１の動作により、ウエハ６０をＸ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ移動し、図５（ｄ）に示すように、ノッチ６２をノッチ研磨部分２５ａに接触させる。この状態で、ウエハ６０をＸ軸方向及びＺ軸方向に少しずつ移動させ、ノッチ６２の裏面側から側面側までの縁面を研磨する（ステップＳ１７）。ステップＳ１６，Ｓ１７で、ノッチ研磨部分２５ａ，２５ｂに対するウエハ６０の押付け圧力は、Ｘ軸移動機構の圧力制御機構によって調節できる。

次いで、ノズル３０からのスラリの供給を停止し、ウエハ６０をＸ軸方向に移動させバフ２１ａ，２１ｂから離す。引き続き、ウエハ６０の回転を停止し、ウエハ保持部１１によるウエハ６０の固定を解除する（ステップＳ１８）。引き続き、ウエハ搬送機構が、ウエハ６０を装置内のウエハ洗浄機構に移動させ、スラリを除去する洗浄を行う（ステップＳ１９）。更に、ウエハ搬送機構が、ウエハ６０をウエハカセットに収容し、一連の処理を終了する。

ウエハ６０がバフ２１ａ，２１ｂから離された後、次のウエハ６０の研磨を行うまでに、ノズル３０からバフ２１ａ，２１ｂの表面に純水が供給され、バフ２１ａ，２１ｂ表面のドレッシングが行われる。なお、図４に示した手順は一例であって、研磨等の必要に応じて種々の変更を行うことが出来る。

本実施形態のウエハ研磨装置１０では、バフ２１ａ，２１ｂが、ウエハ周囲６１の縁面に適合する形状を有する縁面研磨部分２４ａ，２４ｂと、ノッチ６２の縁面に適合する形状を有するノッチ研磨部分２５ａ，２５ｂとを備え、Ｘ軸移動機構及びＺ軸移動機構がウエハ６０をバフ２１ａ，２１ｂと相対的に移動させることによって、ノッチ６２を含むウエハ周縁部を縁面に沿って研磨できる。従って、特許文献１に記載のウエハ研磨装置７０のように、縁面研磨部７２とノッチ研磨部７３とを別個に構成する必要がなく、これによって、装置の寸法を縮小でき、占有スペースを低減できる。

ウエハ周縁部の縁面に沿った研磨に際して、特許文献１に記載のウエハ研磨装置７０のように、ウエハ６０を傾ける必要がなく、従って、大きなトルクを必要とするウエハ傾転機構が不要であり、消費電力を低減できる。縁面研磨用バフとノッチ研磨用バフとを別個に構成する必要がなく、また、一対のバフ２１ａ，２１ｂは、同一の構成を有するので、消耗品の交換に必要なコストを低減できる。

なお、上記実施形態では、バフユニットが一対のバフ２１ａ，２１ｂから構成されるものとしたが、ウエハ周囲６１の縁面に適合する形状を有する縁面研磨部分と、ノッチ６２の縁面に適合する形状を有するノッチ研磨部分とを備えれば、一つのバフとして構成されてもよい。また、バフ本体２２ａ，２２ｂは、硬質ウレタン樹脂等で構成されてもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係るウエハ研磨装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したウエハ研磨装置も、本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施形態に係るウエハ研磨装置の構成を示す断面図である。図１のバフ及びバフ保持部の構成を展開して示す斜視図である。図２の嵌合溝の延在方向に沿った断面を示す断面図である。図１のウエハ研磨装置を用いたウエハ研磨方法の手順を示すフローチャートである。図５（ａ）〜（ｄ）は、ウエハ周囲の表面側、裏面側、及び、ノッチの表面側、裏面側をそれぞれ研磨する際の、ウエハとバフとの位置関係を示す側面図である。図６（ａ）は、ウエハの平面形状を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面を示す断面図である。特許文献１に記載の従来のウエハ研磨装置の構成を示す側面図である。

符号の説明

１０：ウエハ研磨装置
１１：ウエハ保持部
１２：研磨部
１３，１４：回転軸
２１ａ，２１ｂ：バフ
２２ａ，２２ｂ：バフ本体
２３ａ，２３ｂ：バフ本体保持部
２４ａ，２４ｂ：縁面研磨部分
２５ａ，２５ｂ：ノッチ研磨部分
２６ａ，２６ｂ：バフ保持部
２７ａ，２７ｂ：軸受
２８：支持機構
２９ａ，２９ｂ：回転機構
３０：ノズル
４１：直方体部
４２：円柱部
４３：突起
４４：嵌合溝
４５：ネジ穴
４６：ネジ
４７：直方体収容部
４８：円柱収容部
５１：円柱部
５２：直方体部
５３：突起
５４：円柱収容部
５５：直方体収容部
５６：嵌合溝
６０：ウエハ
６１：周囲
６２：ノッチ

Claims

ウエハを回転軸回りに回転可能に保持する保持手段と、回転対称形状を有しウエハの回転軸と平行な回転軸回りに回転してウエハの周縁部を研磨するバフユニットと、ウエハを前記バフユニットと相対的に移動させる移動手段とを備えるウエハ研磨装置であって、
前記バフユニットは、ウエハ周囲の縁面に適合する形状を有する縁面研磨部分と、ウエハのノッチ部分の縁面に適合する形状を有するノッチ研磨部分とを有することを特徴とするウエハ研磨装置。
前記バフユニットは、前記ウエハ面と平行な面に関して相互に対称に配置された一対のバフから構成され、該バフのそれぞれが、ウエハ周囲の縁面の１／２に適合した形状を有する縁面研磨部分と、該縁面研磨部分よりも半径方向内側に形成された突起であって、ウエハのノッチ部分の縁面の１／２に適合した形状を有するノッチ研磨部分とを有する、請求項１に記載のウエハ研磨装置。
前記移動手段は、ウエハの回転軸と平行な方向、及び、ウエハ面と平行な方向に、ウエハを移動させる、請求項２に記載のウエハ研磨装置。
前記移動手段は、前記ウエハを前記回転軸と平行な方向に移動させるステッピングモータを有する、請求項３に記載のウエハ研磨装置。
前記移動手段は、ウエハ面と平行な方向に一定の圧力でウエハを前記バフに押し付ける圧力制御手段を有する、請求項３又は４に記載のウエハ研磨装置。
前記バフは、発泡ウレタン又は硬質ウレタン樹脂から成る、請求項２〜５の何れか一に記載のウエハ研磨装置。
スラリを供給するノズルを、前記バフユニットに関してウエハと反対側の位置に更に備える、請求項２〜６の何れか一に記載のウエハ研磨装置。