| 【発明の名称】 |
半導体ウエハ端面研磨装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】大澤 和成
【住所又は居所】東京都昭島市武蔵野三丁目４番１号日本ミクロコーティング株式会社内
【氏名】森岡 出
【住所又は居所】東京都昭島市武蔵野三丁目４番１号日本ミクロコーティング株式会社内
【氏名】細谷 直利
【住所又は居所】東京都昭島市武蔵野三丁目４番１号日本ミクロコーティング株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】半導体ウエハの端面の研磨を短時間で簡単に行え、研磨用具の交換も短時間で容易に行える半導体ウエハ端面研磨装置及び研磨ヘッドを提供することを目的とする。
【解決手段】駆動ローラ３３、駆動ローラ３３を回転させるための駆動手段３６、駆動ローラ３３より前方側に、それぞれ駆動ローラ３３と平行に上下に並べて配置した上側と下側のローラ３４、３５、及びこれらローラ３３、３４、３５に掛け回した研磨用エンドレスベルトＢから構成される研磨ヘッド３０。駆動ローラ３３を回転させると、ローラ３３、３４、３５に掛け回した研磨用具としての研磨用エンドレスベルトＢが走行する。上側と下側のローラ３４、３５の間を走行する研磨用エンドレスベルトＤを緊張させるための上側及び下側の緊張ローラ４１、４２のうち少なくとも一方が上下移動可能である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半導体ウエハの端面を研磨するために用いられる研磨ヘッドであって、駆動ローラ、前記駆動ローラを回転させるための駆動手段、前記駆動ローラより前方側に、それぞれ前記駆動ローラと平行に上下に並べて配置した上側と下側のローラ、及び前記駆動ローラ、前記上側のローラ及び前記下側のローラに掛け回した研磨用エンドレスベルト、から成り、前記駆動ローラを回転させると、前記駆動ローラ、前記上側のローラ及び前記下側のローラに掛け回した前記研磨用エンドレスベルトが走行し、前記上側のローラと前記下側のローラとの間を走行する前記研磨用エンドレスベルトに半導体ウエハの端面を押し付けて、半導体ウエハの端面を研磨する、ところの研磨ヘッド。
【請求項２】 前記上側と下側のローラの間を走行する前記研磨用エンドレスベルトを緊張させるためのベルト緊張手段からさらに成る請求項１の研磨ヘッド。
【請求項３】 前記ベルト緊張手段が、前記駆動ローラと前記上側のローラとの間を走行する前記研磨用エンドレスベルトを下方向に押し下げる上側の緊張ローラ、及び前記駆動ローラと前記下側のローラとの間を走行する前記研磨用エンドレスベルトを上方向に押し上げる下側の緊張ローラ、から成る請求項２の研磨ヘッド。
【請求項４】 前記上側及び下側の緊張ローラのうち少なくとも一方が、上下移動可能である、請求項３の研磨ヘッド。
【請求項５】 前記上側と下側のローラの間に位置する前記研磨用エンドレスベルトの裏面側に配置した、着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッドからさらに成る請求項１の研磨ヘッド。
【請求項６】 半導体ウエハ端面研磨装置であって、請求項１〜４のいずれか１に記載の研磨ヘッド、半導体ウエハを保持し回転させるための半導体ウエハ保持手段、及び当該半導体ウエハ端面研磨装置に前記研磨ヘッドを装着するためのヘッド装着手段、から成る半導体ウエハ端面研磨装置。
【請求項７】 前記ヘッド装着手段が、回動軸を挿通した回転軸を有するトルクモータ、及び前記回転軸と前記研磨ヘッドとを連結する連結手段、から成るヘッド回動手段を有し、前記研磨ヘッドが、前記回動軸と、前記研磨ヘッドの上側及び下側ローラとが平行になるように前記回動軸の先端部を取り付けるための軸受けを有し、前記トルクモータを駆動すると、前記研磨ヘッドが、前記回動軸に関して上下方向に回動する、ところの請求項６の半導体ウエハ端面研磨装置。
【請求項８】 前記ヘッド装着手段が、回動軸を挿通した回転軸を有するトルクモータ、リンクを介して前記回動軸に連結したクランクシャフト機構、及び前記回転軸と前記研磨ヘッドとを連結する連結手段、から成るヘッド移動手段を有し、前記研磨ヘッドが、前記回動軸と、前記研磨ヘッドの上側及び下側ローラとが平行になるように前記回動軸の先端部を取り付けるための軸受けを有し、前記連結手段が、前記トルクモータの前記回転軸に固定した回動アーム、前記研磨ヘッドに固定した滑動アーム、及び前記滑動アームが、前記回動アームに関して前記回動軸と平行に移動できるように、前記回動アームと、前記滑動アームとの間を連結するスライド機構、から成り、前記クランクシャフト機構を駆動させると、前記研磨ヘッドが、前記回動軸の軸線方向に往復移動する、ところの請求項６の半導体ウエハ端面研磨装置。
【請求項９】前記スライド機構が、前記回動軸と平行な断面凹状のレール、及び前記回動軸と平行な断面凸状のレール、を有し、前記断面凸状のレールが、前記断面凹状のレールに嵌め込まれる、ところの請求項８の半導体ウエハ端面研磨装置。
【請求項１０】 前記研磨ヘッドが、前記上側と下側のローラの間に位置する前記研磨用エンドレスベルトの裏面側に配置した、着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッドからさらに成り、前記回動軸が、前記着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッドの前記研磨用エンドレスベルト側の表面上の一点に整合する、ところの請求項７〜９のいずれか１の半導体ウエハ端面研磨装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの端面を研磨するための装置及び研磨ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体ウエハは、半導体基板上に絶縁膜や配線となる金属膜を成膜したものである。この半導体ウエハの製造の際、半導体基板の端面には、成膜時に、金属膜などのダレが形成され、このダレが剥離し、浮遊して、半導体基板上の配線構造に付着すると、半導体ウエハから切り出される半導体チップが設計どおりの性能を発揮し得なくなるため、半導体ウエハの端面に形成されるダレを除去する必要があり、半導体ウエハの端面の研磨が重要な工程となっている。
【０００３】従来、半導体ウエハの端面の研磨は、研磨パッドを周囲に固定した円柱状の研磨ドラムを回転させ、この研磨ドラムの周囲の研磨パッドの表面に、垂直に又は傾けて配置した半導体ウエハ保持台上の半導体ウエハを押し付けて行われる（例えば、特開平１−７１６５６号公報、特開平３−２０８５５０号公報を参照）。
【０００４】しかし、このような研磨では、半導体ウエハが、研磨ドラム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、半導体ウエハを半導体ウエ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なければならず、研磨作業に手間と時間がかかる、という問題がある。
【０００５】また、研磨パッドの交換は、研磨ドラムを装置から取り外した後、研磨ドラムから研磨パッドを剥がし、新しい研磨パッドを研磨ドラムの周囲に固定して、再び装置に取り付けて行われ、このような研磨パッドの交換作業に、手間と時間がかかる、という問題がある。
【０００６】本発明は、これら問題点に鑑みてなされたものであり、したがって、半導体ウエハの端面の研磨を短時間で簡単に行え、研磨用具の交換も短時間で容易に行える半導体ウエハ端面研磨装置及び研磨ヘッドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明は、半導体ウエハの端面を研磨するための研磨ヘッドであって、駆動ローラ、この駆動ローラを回転させるための駆動手段、駆動ローラより前方側に、それぞれ駆動ローラと平行に上下に並べて配置した上側と下側のローラ、及びこれら駆動ローラ、上側のローラ及び下側のローラに掛け回した研磨用エンドレスベルトから構成され、駆動ローラを回転させると、これら駆動ローラ、上側のローラ及び下側のローラに掛け回した研磨用エンドレスベルトが走行する。半導体ウエハの端面の研磨は、上側のローラと下側のローラとの間を走行する研磨用エンドレスベルトに半導体ウエハの端面を押し付けることによって行われる。
【０００８】上側と下側のローラの間を走行する前記研磨用エンドレスベルトを緊張させるためのベルト緊張手段からさらに構成される。
【０００９】このベルト緊張手段は、駆動ローラと上側のローラとの間を走行する研磨用エンドレスベルトを下方向に押し下げる上側の緊張ローラ、及び駆動ローラと下側のローラとの間を走行する研磨用エンドレスベルトを上方向に押し上げる下側の緊張ローラから構成され、ベルト交換を容易に行うため、これら上側及び下側の緊張ローラのうち少なくとも一方の緊張ローラが、上下移動可能である。
【００１０】本発明の研磨ヘッドは、上側と下側のローラの間に位置する研磨用エンドレスベルトの裏面側に配置した、着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッドからさらに構成される。
【００１１】本発明に従った半導体ウエハ端面研磨装置は、上記本発明の研磨ヘッド、半導体ウエハを保持し回転させるための半導体ウエハ保持手段、及び当該半導体ウエハ端面研磨装置に研磨ヘッドを装着するためのヘッド装着手段から構成される。
【００１２】ヘッド装着手段は、好適に、回動軸を挿通した回転軸を有するトルクモータ、及びこの回転軸と研磨ヘッドとを連結する連結手段から構成されるヘッド回動手段を有し、研磨ヘッドは、回動軸と、研磨ヘッドの上側及び下側ローラとが平行になるようにこの回動軸の先端部を取り付けるための軸受けを有し、トルクモータを駆動すると、研磨ヘッドが、回動軸に関して上下方向に回動する。
【００１３】また、ヘッド装着手段は、回動軸を挿通した回転軸を有するトルクモータ、リンクを介して回動軸に連結したクランクシャフト機構、及びこのモータの回転軸と研磨ヘッドとを連結する連結手段から構成されるヘッド移動手段を有し、研磨ヘッドは、回動軸と、研磨ヘッドの上側及び下側ローラとが平行になるようにこの回動軸の先端部を取り付けるための軸受けを有する。
【００１４】連結手段は、トルクモータの回転軸に固定した回動アーム、研磨ヘッドに固定した滑動アーム、及びこの滑動アームが、回動アームに関して回動軸と平行に移動できるように、回動アームと、滑動アームとの間を連結するスライド機構から構成され、クランクシャフト機構を駆動させることにより、研磨ヘッドが、回動軸の軸線方向に往復移動する。
【００１５】ここで、スライド機構は、好適に、回動軸と平行な断面凹状のレール、及び回動軸と平行な断面凸状のレールを有し、断面凸状のレールが、断面凹状のレールに嵌め込まれる。
【００１６】当該半導体ウエハ端面研磨装置に装着される研磨ヘッドは、上側と下側のローラの間に位置する研磨用エンドレスベルトの裏面側に配置した、着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッドからさらに構成され、回動軸が、この着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッドの研磨用エンドレスベルト側の表面上の一点に整合する。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の研磨ヘッドを装備する半導体ウエハ端面研磨装置について図説する。
【００１８】＜半導体ウエハ端面研磨装置＞ 図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体ウエハ端面研磨装置は、半導体ウエハＷを保持し回転させるための半導体ウエハ保持手段１０、半導体ウエハＷの端面を研磨するための研磨ヘッド３０、及び当該装置に研磨ヘッド３０を装着するためのヘッド装着手段５０から構成される。
【００１９】図示の例では、半導体ウエハ保持手段１０は、外部の吸引ポンプ（図示せず）に連通する吸引孔を有するテーブル１２、ベルト１３を介してテーブル１２を回転させるためのモータ１４、及び研磨中にノズル（図示せず）を通じて半導体ウエハＷに供給された研磨液、冷却液、洗浄液などを収液し、外部へ排液する収液容器１５から構成され、これら構成成分は、それぞれ、保持台１１に取り付けられ、この保持台１１は、ハウジング５２内の水平な棚５３上に取り付けたレール２３上に水平方向に往復移動可能に配置される。
【００２０】保持台１１は、ボールネジ２１、及びボールネジ２１を駆動するためのモータ２２から構成される保持台移動手段２０によりレール２３上を水平方向に往復移動できるようになっている。
【００２１】半導体ウエハ保持手段１０に保持された半導体ウエハＷは、保持台移動手段２０により、研磨ヘッド３０へと移動され、研磨を終えると、元の位置へ戻され、吸引ポンプを停止し、テーブル１２から取り外される。
【００２２】ここで、本発明の半導体ウエハ端面研磨装置は、半導体ウエハＷをテーブル１２上へ正確に位置決めするために、半導体ウエハＷと同形の開口を有する型枠を有する既知の半導体ウエハ位置決め装置（図示せず）を備えており、半導体ウエハＷをテーブル１２上に保持する際、テーブル１２上に保持されるべき半導体ウエハＷの位置に半導体ウエハ位置決め装置の型枠が移動され、この型枠内に半導体ウエハを嵌め込み、吸引ポンプを駆動して、半導体ウエハＷをテーブル１２上の所定の位置に吸着した後、型枠を移動して半導体ウエハＷから外し、これにより、半導体ウエハＷがテーブル１２上の所定の位置に正確に保持される。
【００２３】研磨ヘッド３０を装着するためのヘッド装着手段５０は、研磨ヘッド３０を所定の位置で姿勢を適宜に変えることができるものであればよく、このようなヘッド装着手段５０として、例えば、図示の衝立５１に、自由に回転できるように軸を取り付け、この軸の回転をモータなどで制御できるようにしたもの（図示せず）を用いることができ、この軸の先端部に研磨ヘッド３０を装着することで、研磨ヘッド３０を、所定の位置で、この軸に関して上下方向に回動させることができる。
【００２４】図示の例では、ヘッド装着手段５０は、研磨ヘッド３０を回動軸９０に関して上下方向に回動させるためのヘッド回動手段６０、及び研磨ヘッド３０を回動軸９０の軸線方向に往復移動させるためのヘッド移動手段７０を有する。
【００２５】図示のヘッド回動手段６０は、図１及び２に示すように、回動軸９０を挿通した回転軸６２を有するトルクモータ６１、及び回転軸６２と研磨ヘッド３０とを連結する連結手段８０から構成され、研磨ヘッド３０は、回動軸９０に関して上下方向に自由に回動できるように、プレート３１に固定した軸受け３２を介して回動軸９０の先端部に取り付けられ、トルクモータ６１を駆動することにより、研磨ヘッド３０を、回動軸９０に関して、一定の角度だけ回動させ、また、所定の角度の範囲だけ、上下方向に連続的に回動させることができる。好適に、この回動角は、半導体ウエハＷを基準として、下方に８０°から上方に８０°（−８０°〜＋８０°）の範囲にある。
【００２６】図示のヘッド移動手段７０は、図１及び２に示すように、リンク７３を介してモータ７２に回動軸９０の後端部を連結した既知のクランクシャフト機構７１、及び回転軸６１と研磨ヘッド３０とを連結する連結手段８０に設けたスライド機構７６から構成される。スライド機構７６は、図６に示すように、トルクモータ６１の回転軸６２に固定した回動アーム７４と、研磨ヘッド３０に固定した滑動アーム７５とを、滑動アーム７５が、回動アーム７４に関して回動軸９０の軸線方向に移動できるように、断面凹状のレール７７と断面凸状のレール７８とを介して連結するものであり、クランクシャフト機構７１のモータ７２を駆動すると、研磨ヘッド３０が、回動軸９０の軸線方向に往復移動する。
【００２７】ここで、図示の例では、これらトルクモータ６１とモータ７２を同時に駆動することにより、研磨ヘッド３０を、回動軸９０に関して上下方向に回動させながら、回動軸９０の軸線方向に往復移動させることができるようになっている。
【００２８】＜研磨ヘッド＞ 図２〜５に示すように、研磨ヘッド３０は、プレート３１に自由に回転できるように取り付けた駆動ローラ３３、この駆動ローラ３３を回転させるためのモータ３６、駆動ローラ３３より前方側のプレート３１に、それぞれ駆動ローラ３３と平行に上下に並べて取り付けた上側と下側のローラ３４、３５、及びこれらローラ３４、３５に掛け回したリング状の研磨用エンドレスベルトＢから構成され、モータ３６を駆動すると、駆動ローラ３３が回転し、これらローラ３３、３４、３５に掛け回した研磨用エンドレスベルトＢが走行する。半導体ウエハＷの端面の研磨は、上側と下側のローラ３４、３５の間を走行する研磨用エンドレスベルトＢに、上記したウエハ保持手段に保持した半導体ウエハＷの端面を押し付けることによって行われる。
【００２９】研磨用エンドレスベルトＢとして、固定砥粒研磨又は遊離砥粒研磨に用いられる既知の研磨用エンドレスベルトが使用され、固定砥粒研磨の場合、プラスチックシート、織布シート、不織布シート、発泡体シート、植毛シートの表面に、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、シリカ、酸化セリウムなどの微粒子から選択される一種又は二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きエンドレスベルトが使用され、遊離砥粒研磨の場合、織布シート、不織布シート、発泡体シート、植毛シートが使用される。
【００３０】図示の例では、駆動ローラ３３は、プレート３１に固定したモータ３６にベルト３７を介して連結されているが、ベルト３７に代えて、歯車を介してモータ３６を駆動ローラ３３へ連結して、モータ３６の動力を駆動ローラ３３へ伝えるような構成にしてもよい。
【００３１】本発明の研磨ヘッド３０は、上側と下側のローラ３４、３５の間を走行する研磨用エンドレスベルトＢを緊張させるための上側及び下側の緊張ローラ４１、４２からさらに構成される。ベルト交換を容易に行うため、これら上側及び下側の緊張ローラ４１、４２のうち少なくとも一方の緊張ローラが上下方向に移動できるか又は取り外せることが望ましい。好適に、上側の緊張ローラ４１は、上下方向に移動できるようになっている。この上側の緊張ローラ４１の上下方向の移動は、図３に示すように、上側の緊張ローラ４１を回転可能に取り付けたブロック４３、及びこのブロック４３を上下方向に移動するボールネジ４４から構成される調節手段４０により行われ、ボールネジ４４の先端のツマミを回転させることにより、ブロック４３とともに上側の緊張ローラ４１を上下方向に適宜に移動させることができる。研磨用エンドレスベルトＢの交換は、ボールネジ４４を回転させ、ブロック４３とともに上側の緊張ローラ４１を上方へ移動させ、研磨用エンドレスベルトＢを緩め、この研磨用エンドレスベルトＢをローラ３３、３４、３５から外し、新しい研磨用エンドレスベルトＢをこれらローラ３３、３４、３５に掛け回し、ボールネジ４４を回転させ、ブロック４３とともに上側の緊張ローラ４１を下方へ移動させ、研磨用エンドレスベルトＢを緊張させるだけの簡単な作業で行える。
【００３２】本発明の研磨ヘッドは、図３に示すように、上側と下側のローラ３４、３５の間に位置する研磨用エンドレスベルトＢの裏面側に配置した、着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッド３８からさらに構成される。
【００３３】この着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッド３８は、研磨中に、半導体ウエハＷの端面に押し付けられる研磨用エンドレスベルトＢの押圧力を感知するものであり、この押圧力は、上記した保持台移動手段２０により制御できる。
【００３４】回動軸９０を受けるための軸受け３２は、回動軸９０が、この着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッド３８の研磨用エンドレスベルトＢ側の表面上の一点に整合するように、プレート３１上に設けられ、研磨ヘッド３０は、着脱可能の圧力センサを有するコンタクトパッド３８の研磨用エンドレスベルトＢ側の表面上の一点すなわち半導体ウエハＷの端面が押し付けられる点に整合した回動軸９０に関して上下方向に回動する。
【００３５】＜半導体ウエハ端面研磨＞ 本発明に従った半導体ウエハの端面の研磨は、既知の固定砥粒研磨法又は遊離砥粒研磨法を利用して行える。
【００３６】固定砥粒研磨法による場合は、半導体ウエハＷの端面の研磨は、砥粒を固定した研磨層を表面に形成した研磨用エンドレスベルトＢを用い、半導体ウエハＷに冷却液を供給しながら行われる。また、遊離砥粒研磨法による場合は、植毛シート、織布シート、不織布シート又は発泡体シートからなる研磨用エンドレスベルトＢを用い、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エハＷに供給しながら行われる。また、研磨液として、既知の化学的機械的研磨法に使用する研磨液を使用することもできる。
【００３７】本発明に従った半導体ウエハＷの端面の研磨は、研磨ヘッド３０の研磨用エンドレスベルトＢを走行させ、この研磨用エンドレスベルトＢに、半導体ウエハＷの端面を押し付け、研磨ヘッド３０を回動軸９０に関して適宜傾け、回動軸９０の軸線方向に往復移動させながら、半導体ウエハＷを回転させることによって行われる。半導体ウエハＷのオリエンテーションフラットの端面の研磨は、半導体ウエハＷを研磨ヘッド３０へ近づけて、オリエンテーションフラットの端面を研磨用エンドレスベルトＢに押し付けて行われる。
【００３８】
【発明の効果】本発明が以上のように構成されるので、半導体ウエハの研磨を片面づつ行う必要がなく、半導体ウエハの端面の研磨を短時間で簡単に行え、研磨用具としての研磨用エンドレスベルトの交換も短時間で容易に行える、という効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００３７１６５
【氏名又は名称】日本ミクロコーティング株式会社
【住所又は居所】東京都昭島市武蔵野３丁目４番１号
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| 【出願日】 |
平成１３年９月２５日（２００１．９．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６９８９９
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 澄夫 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−９４３０６（Ｐ２００３−９４３０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年４月３日（２００３．４．３） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２９０６６２（Ｐ２００１−２９０６６２） |
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