【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリコンウェーハなどの半導体基板を数葉保持して鏡面研磨する研磨ユニットを複数台併設して複数枚のウェーハを同時研磨する装置に係り、効率よくかつ極めて高精度の鏡面研磨が可能で、同一の単結晶シリコンインゴットより切り出された１ロットのウェーハ数が研磨ユニットの数葉の倍数とならない場合も１ロットの全数に同時に鏡面研磨を施すことができ、鏡面研磨装置における歩留りの低下を防止した半導体基板の同時鏡面研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンなどの半導体基板の鏡面研磨は、現在、片面のみを研磨する所謂片面研磨が最も一般的である。 一般的な鏡面研磨装置を説明すると、複数枚の半導体基板を貼りつけた研磨定盤を、回転テーブルに接着したポリウレタン樹脂等の研磨クロスに所定の圧力で押しつけ、例えば５〜３００ｎｍ程度の粒径を有するＳｉＯ ₂砥粒を苛性ソーダ、アンモニア及びエタノールアミン等のアルカリ溶液に懸濁させてｐＨ９〜１２程度にした、いわゆるコロイダルシリカからなる研磨液を用いて、相対的に回転させ、砥粒による機械的作用とアルカリ溶液のエッチによる化学的作用の両方を利用するメカノケミカルポリッシング法にて研磨する構成からなる。

【０００３】半導体基板を研磨定盤に固定する方法に種々の方式があり、上記のワックスなどにより貼りつけるワックスマウント方式のものとして、特開平１−２１０
２５９号、特開平１−２８９６５７号などに示される鏡面研磨装置があり、研磨定盤に吸着するワックスレスマウント方式のものとして、特開昭６４−２８５８号、特開昭６４−４５５６７号などに示される鏡面研磨装置がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】鏡面研磨装置には、高平坦度のみならずマイクロスクラッチやヘイズを除去し、加工歪みのない高品質の研磨面を得ることが要求される一方、高品質化とは相反する研磨能率の向上も求められている。 研磨能率の向上のために、ウェーハ定盤へのウェーハの貼りつけ作業並びに研磨後の洗浄が容易になるワックスレスマウントが有利であるが、ウェーハ裏面への研磨液の回り込みによる局部的なエッチングやステインの発生など、品質上の問題点があるため、現在はワックスマウントが主流である。

【０００５】出願人は先に、加工歪みのない研磨面を得る高品質化とは相反する研磨能率の向上を図った鏡面研磨装置を目的に、回転作用の最適化に付いて種々検討した結果、下方に配置したワーク定盤に複数の吸引チャックを回転可能に装着し、上方に配置した研磨布定盤と該ワーク定盤とを回転軸を僅かに偏心させて対向配置した構成とすることにより、吸引チャックの上面に真空吸着した半導体基板に、ワーク定盤の公転、吸引チャックの自転、研磨布定盤の回転、上下定盤の回転軸の偏心の４
つの回転作用を与えて研磨することができ、研磨能率の向上を図りながら極めて高品質の研磨面が得られることを知見し、高性能、高効率鏡面研磨装置を提案（特願平５−２５９２８３号）した。

【０００６】一方、鏡面研磨に投入される１ロットのウェーハ枚数は単結晶の長さ及び研磨前工程の歩留りにより左右されて不定数である。 同一ロット内の全枚数をほぼ同一条件でかつ歩留りよく鏡面研磨するためには、同一の研磨条件を設定でき多数枚のウェーハが同時かつ連続的に鏡面研磨できる装置が必要である。 ところが、従来の複数枚を同時に研磨できる装置を複数台使用して研磨するシステムにおいては、各研磨装置の収容枚数の倍数しか研磨できず、１ロットのウェーハ枚数が該倍数と異なった場合、その端数は研磨できず、例えば５枚装着して研磨する装置に２枚、３枚等の端数のウェーハを研磨してもウェーハ品質の劣化を生じ不良として処理されるため、歩留低下を招来することになる。

【０００７】この発明は、メカノケミカルポリッシング法にて研磨する半導体基板の鏡面研磨装置において、極めて高精度の鏡面研磨が可能な鏡面研磨装置を用い、同時研磨にて研磨能率の向上を図り、また、同一の単結晶シリコンインゴットより切り出された１ロットのウェーハ数が研磨ユニットの収容枚数の倍数とならない場合も１ロットの全数に鏡面研磨を施すことができる半導体基板の同時鏡面研磨装置の提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、先に提案した高性能、高効率鏡面研磨装置を使用した構成において、同時研磨にて研磨能率の向上を図るため、複数ユニットを同時に同一の研磨条件で作動させること、並びに同一ロット内の全数にこの高性能、高効率鏡面研磨を施すことができる構成を目的に種々検討した結果、かかる鏡面研磨ユニットを複数台併設して半導体基板のローダーより各ユニットへ基板を搬送し、かつこれをワーク定盤との間を脱着搬送可能にして多数の基板を同時研磨可能にした構成となし、さらに、複数の鏡面研磨ユニットのうち１台のワーク定盤の基板保持チャック数を、例えば、５枚から４枚に減じたユニットとすることにより、
複数台の５枚同時研磨と１台の４枚同時研磨の組合せとし、１ロットのウェーハ数（１２枚以上）のいかなる枚数に対しても全てのウェーハに同様の条件で高精度で研磨できることを知見し、この発明を完成した。

【０００９】すなわち、この発明は、表面に研磨布が貼着された研磨布定盤と、複数の吸引固定または収納支持する複数（Ｎ枚）の基板保持チャックを回転可能に装着したワーク定盤とを上下対向させて定盤の回転軸を偏心させた構成を有し、基板保持チャック上に保持した半導体基板表面に溶液に砥粒を懸濁させた研磨液を供給する供給手段と、加圧手段にて研磨布を半導体基板に当接させて上下定盤及び基板保持チャックを相対回転運動可能にする回転駆動手段を有した鏡面研磨ユニットを複数台（Ｍ台）併設し、半導体基板のローダーと各ユニットへ基板を搬送する搬送ベルト並びに該基板を搬送ベルトとワーク定盤との間を搬送可能にしたハンドリング装置を付設して多数の基板を同時研磨する構成からなり、Ｍ台の鏡面研磨ユニットのうち１台のワーク定盤の基板保持チャック数がＮ−１枚であることを特徴とする半導体基板の同時鏡面研磨装置である。

【００１０】この発明において、ワーク定盤と研磨布定盤はいずれが上定盤あるいは下定盤となってもよく、基板保持チャックも吸引式あるいはテンプレート式のいずれでも可能であり、チャック数も任意であるが３以上が好ましい。 ワーク定盤はその上面に複数個の吸引チャックを回転自在に載置して回転するよう構成されるもので、実施例の如く、下定盤となるワーク定盤に吸引チャックを軸支させてその駆動軸を下方に貫通配置して定盤の回転軸に設けた太陽ギアに駆動軸端の遊星ギアと噛合させて、ワーク定盤の回転に連動させる回転駆動手段を採用する他、吸引チャックの回転をワーク定盤とは別個に駆動制御するなど、公知のギア駆動等種々の駆動方式を適宜選定できる。

【００１１】吸引式の基板保持チャック（以下吸引チャックという）は半導体基板を真空吸着して固定するもので、チャック上面に設ける吸着板の形状や材質は特に限定しないが、公知のアクリル材、セラミックス材などを用い溝や孔加工を適宜施した構成を適用することができる。 また、吸引手段には、減圧ポンプなどを利用できるが、吸引チャック及びワーク定盤が回転するため、ポンプに接続する配管などにロータリージョイントなどを配置する必要がある。 溝や孔加工を施した吸引チャックの吸引力は、−２５０〜−６５０ｍｍＨｇの真空圧に制御することにより高精度な加工ができる。 すなわち、吸引力が−２５０ｍｍＨｇ未満では半導体基板の飛びや割れが発生しやすく、−６５０ｍｍＨｇを超えると基板に微小なうねりが等が発生して高精度の鏡面が得られない。

【００１２】この発明において、研磨布定盤は、下面に所定の研磨布を接着して吸引チャック上の半導体基板に当接させたりあるいは基板の脱着時に所定位置まで昇降可能に支持される構成であれば、昇降機構には実施例のてこ式のほか、公知のいずれの構成も採用できる。 回転駆動手段は実施例のベルト駆動の他、公知のギア駆動が採用できる。 この発明の鏡面研磨ユニットは、上下定盤の回転軸を偏心させて対向させることを特徴とし、偏心量を一定に固定軸配置とする他、実施例に示すような上定盤となる研磨布定盤を水平方向に移動可能に保持することにより、研磨布定盤をワーク定盤に対して偏心配置でき、さらに研磨布定盤をワーク定盤の半径分移動させることにより、例えば吸引チャックの引き抜き点検等が容易になる構成を採用することができる。 研磨布定盤を基板保持チャック上の半導体基板に当接させて研磨を行う際、所定の加圧力となるように設定するが、かかる加圧手段は実施例のてこ式支持に加圧用シリンダを用いる如く、採用した研磨布定盤の支持、昇降機構に応じて適宜選定され、研磨布や研磨液種類に応じて加圧力が選定される。

【００１３】この発明において、研磨液にはコロイダルシリカなど公知のいずれの研磨用懸濁液も適用でき、研磨液ノズルの形状や位置、研磨液の濃度や供給量等に応じて吐出ポンプの能力を選定する。 また、研磨布定盤中心部に設けたノズルより供給される研磨液を受けて液落下を防止するため、ワーク定盤の各吸引チャック間に研磨液受け板を配置することにより、研磨液は研磨布と研磨液受け板との間を定盤中心から外周側へと流れ、研磨液が下方へ落下することなく、研磨布全面に供給できる。

【００１４】

【作用】この発明による半導体基板の同時鏡面研磨装置の作用について、図面に基づいて詳述する。 図１はこの発明による鏡面研磨ユニットの構成を示す正面説明図である。 図２はこの発明によるハンドリング装置の構成を示す上面説明図である。 図３は鏡面研磨ユニットを３台併設した構成を示す上面説明図である。 図４はこの発明による鏡面研磨ユニットを４台併設した構成を示す上面説明図である。 鏡面研磨ユニット１の図示しない基台内に回転軸１１を立設軸支したワーク定盤１０は、その定盤面が基台上に露出しており、その周囲に研磨液の飛散防止カバー２が配置され、ワーク定盤１０の外周部と飛散防止カバー２との間には研磨液回収皿３が設けてある。

【００１５】ワーク定盤１０の回転軸１１の下部には図示しない駆動用ギアが設けられており、モーターの減速機のギアと噛合し、さらに回転軸１１の上部には太陽ギアが周設されている。 また、ワーク定盤１０上には５つの吸引チャック１２が等間隔で配置されて回転自在に軸支され、その回転軸はワーク定盤１０を貫通して先端に設けた遊星ギアが上記の太陽ギアに噛合している。 ワーク定盤１０内には吸引チャック１２に接続する吸引配管が設けられ、回転軸１１内のロータリージョイントを介して外部の減圧ポンプに接続されている。 吸引チャック１２の吸着板にはここでは円周溝を多数設けたアクリル板を採用している。

【００１６】ワーク定盤１０に対向する研磨布定盤２０
はその回転軸２１が定盤支持台に軸受で回転自在に保持され、定盤支持台は基台両側に配置した水平台上のスライドレールにスライダーを介して水平移動自在に載置されており、ワーク定盤１０の回転中心に対する研磨布定盤２０の回転中心の偏心量は、かかる定盤支持台の水平保持機構により任意に設定できるが、予め設定した偏心量となるように図示しないロック機構により位置決めされる構成からなる。 また、水平保持機構にて研磨布定盤２０をワーク定盤１０の半径分程度移動可能にすることにより、吸引チャック１２の引き抜き点検等が可能になる。

【００１７】研磨布定盤２０を垂下して所定の加圧力を設定するバランサー機構は、図示しないが、回転軸２１
上端を定盤支持台内に配置したてこを構成するバランサーアームの一端にスライド可能に設けた軸受で軸支し、
てこの他端側に昇降用の高圧シリンダ、加圧用の低圧シリンダのピストンロッドを接続した構成からなる。 また、研磨剤は図示しないタンクからポンプで圧送されて研磨布定盤２０の回転軸２１内に貫通配置された配管の上端より入り、研磨布定盤２０の中央部からワーク定盤１０に対向配置したノズルより外周方向に噴射されるか、あるいは図示のごとくワーク定盤１０外周側に配置したノズル４より内周方向に噴射される。

【００１８】鏡面研磨ユニット１は、図４に示す如くユニット１基台上幅方向に配置されたベルトコンベア１３
の搬送方向に並列配置するもので、ユニット群の一方端、図の左端にシリコンウェーハのローダー３０が配設され、これよりベルトコンベア１３ａに載せられたシリコンウェーハ５は該ユニット１基台上に配置されたベルトコンベア１３ｂ等で搬送されて所定位置で停止し、図示しない載置台で昇降されて一対のセンタリングアーム１４，１４にてセンタリングされ、さらにハンドラーアーム１５先端の吸着板でシリコンウェーハ５を吸着してアーム１５を旋回させてワーク定盤１０の吸引チャック１２上に移送される。 この際、鏡面研磨ユニット１の研磨布定盤２０は高圧シリンダにて上昇しており、ワーク定盤１０は吸引チャック１２が旋回したハンドラーアーム１５先端下方の所定位置で停止するよう回転割り出し制御されている。

【００１９】図４に示す如く、４台の鏡面研磨ユニット１Ａ〜１Ｄが並列配置された場合、ローダー３０から送り出されるシリコンウェーハは、次々と割り振られベルトコンベア１３ｂ〜１３ｅを用いて所要の鏡面研磨ユニット１Ａ〜１Ｄへ送られ、図２のごとく吸引チャック１
２へ次々と載置される。 ワーク定盤１０の各吸引チャック１２にシリコンウェーハ５を載置して吸着を完了すると、研磨布定盤２０が高圧シリンダにて下降してシリコンウェーハ５に当接し、低圧シリンダで所定の加圧力に設定された後、ノズルより研磨剤が噴射され、また研磨布定盤２０、ワーク定盤１０が回転駆動されて吸引チャック１２も連動し、例えば全て同一回転方向に、それぞれ予め設定した回転数で回転してこれらの相対的回転運動とともに研磨が開始される。

【００２０】ワーク定盤１０に複数の吸引チャック１２
を回転可能に装着し、研磨布定盤２０と該ワーク定盤１
０とを回転軸を僅かに偏心させて対向配置したことにより、吸引チャック１２の上面に真空吸着したシリコンウェーハ５に、ワーク定盤１０の公転、吸引チャックの自転、研磨布定盤２０の回転、上下定盤の回転軸の偏心の４つの回転作用を与えてメカノケミカル研磨することができ、加工歪みのない研磨面を得るとともに、研磨能率の向上を図りながら極めて高品質の研磨面が得られる。

【００２１】所定の研磨が完了すると、研磨液の供給、
ワーク定盤１０及び研磨布定盤２０の回転が停止して研磨布定盤２０は高圧シリンダにて上昇し、先とは逆に所定位置に回転割り出しされた吸引チャック１２上にハンドラーアーム１５が旋回移動し、シリコンウェーハ５を吸着した後に載置台上に移送され、その後、ベルトコンベア１３ｂ〜１３ｅで搬送されて所要の次工程へと移送される。

【００２２】ここで、図３に示すごとく３台の鏡面研磨ユニット１Ａ〜１Ｃが並列配置された場合、ローダー３
０より搬出されたシリコンウェーハは５枚１組となり各ユニットへ搬入されて研磨された後、次工程へ自動搬送されるが、ローダー３０内の１ロットのウェーハ枚数が５の倍数とならなかった時、その端数分は研磨できず不良品として処理され歩留低下となる。 ところが、図４に示す如く、４台の鏡面研磨ユニット１Ａ〜１Ｄが並列配置され、そのなかの１台の鏡面研磨ユニット１Ｄのワーク定盤１０の吸引チャック１２数が４となると、３台の５枚同時研磨可能な鏡面研磨ユニット１Ａ〜１Ｃと１台の４枚同時研磨可能な鏡面研磨ユニット１Ｄの組合せとなり、１ロットのウェーハ数が１２枚以上のいかなる枚数に対しても全てのウェーハに同様の条件で高精度で研磨できることになる。

【００２３】

【実施例】図４に示す３台の５枚同時研磨可能な鏡面研磨ユニット１Ａ〜１Ｃと１台の４枚同時研磨可能な鏡面研磨ユニット１Ｄの組合せからなるこの発明による同時鏡面研磨装置を用いて、１ロットが１００枚程度のウェーハ枚数に対する同時鏡面研磨を行ったところ、５枚同時研磨枚数と４枚同時研磨枚数を表１に示すごとく、いずれの場合も全数同等の条件で研磨することができた。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】この発明による半導体基板の同時鏡面研磨装置は、高性能、高効率鏡面研磨ユニットを複数台併設して半導体基板のローダーより各ユニットへ基板を搬送し、かつこれをワーク定盤との間を脱着搬送可能にして多数の基板を同時研磨可能にした構成となし、さらに、複数の鏡面研磨ユニットのうち１台のワーク定盤の基板保持チャック数を、実施例に示すごとく、５枚から４枚に減じたユニットとすることにより、複数台の５枚同時研磨と１台の４枚同時研磨の組合せとし、１ロットのウェーハ数（１２枚以上）のいかなる枚数に対しても全てのウェーハに同様の条件で高精度で研磨できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による鏡面研磨ユニットの構成を示す正面説明図である。

【図２】この発明によるハンドリング装置の構成を示す上面説明図である。

【図３】鏡面研磨ユニットを３台併設した構成を示す上面説明図である。

【図４】この発明による鏡面研磨ユニットを４台併設した構成を示す上面説明図である。

【符号の説明】

１，１Ａ〜１Ｄ 鏡面研磨ユニット ２ 飛散防止カバー ３ 研磨液回収皿 ４ ノズル ５ シリコンウェーハ １０ ワーク定盤 １１ 回転軸 １２ 吸引チャック １３ ベルトコンベア １４ センタリングアーム １５ ハンドラーアーム ２０ 研磨布定盤 ２１ 回転軸 ３０ ローダー