JP2006216895A - 半導体ウエーハの研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 乾式研磨される半導体ウエーハの被研磨面の温度を正確に把握し、これによって、不良品となる温度に達しないように乾式研磨の運転管理を行うことができ、もって歩留まりの向上を図る。
【解決手段】 研磨ユニット２０の回転軸２２および研磨ホイール２４の回転中心に、両者にわたる中空部２８を形成し、この中空部２８に、非接触式の温度センサ４０を、センサ部４２が、研磨ホイール２４側の開口付近であって、半導体ウエーハＷの被研磨面に近接する状態に挿入する。制御手段５０により、温度センサ４０が検出した温度が許容温度を超えるか否かを判別し、その判別内容に基づいて、研磨を続行したり、研磨ユニット２０を退避させるフィードバック制御を行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体ウエーハの研磨装置に係り、特に、フェルト中に砥粒が分散された研磨材を回転させながら半導体ウエーハの被研磨面に押し当てて研磨する乾式の研磨装置に関する。

ＩＣやＬＳＩ等の電子回路が表面に形成された半導体チップは、各種電気・電子機器を小型化する上で今や必須のものとなっている。半導体チップは、円盤状の半導体ウエーハの表面に、ストリートと呼ばれる切断ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら矩形領域に電子回路を形成した後、半導体ウエーハをストリートに沿って分割するといった工程で製造される。

このような製造工程において、半導体ウエーハは、半導体チップに分割されるに先だち、電子回路が形成されたデバイス面とは反対側の裏面が、グラインダ等の研削装置によって研削されている。裏面の研削は、電子機器のさらなる小型化や軽量化の他、熱放散性を向上させて性能を維持させることなどを目的としており、例えば、当初厚さの６００μｍから、２００〜１００μｍ以下、あるいは５０μｍ以下の厚さにする程度まで行われる。

ところが、半導体ウエーハの裏面を研削すると、その裏面に加工歪みが残存する場合が多く、これによって半導体チップの抗折強度が低下して折れやすくなるといった不具合が生じる。そこでこの不具合を解消するために、研削後の裏面をさらに僅かに（例えば１〜５μｍ程度）研磨して加工歪みを除去し、最終製品とすることが行われている。

このような加工歪みを除去するための研磨方法としては、従来、所定の薬品を用いた化学エッチングが主に採用されていた。しかしながらこの方法では、生産性に劣ったり、環境汚染に配慮した廃液処理が求められることから手間とコストがかかったりするといった問題があった。そこで本出願人は、フェルト中に砥粒を分散させた研磨材を回転させながら半導体ウエーハの裏面に押し当てて研磨する乾式の研磨装置を提案した（特許文献１，２）。

特開２００３−１８８１１８号公報 特開２００３−２３６７５２号公報

上記特許文献１に記載の研磨工具によれば、水やスラリー等の水分を用いない乾式研磨であることから、工程が簡素化して生産性が保たれるとともに、廃液処理といった問題から解放されるといった利点がある。ところが乾式であるが故に、研磨によって摩擦熱が発生し、例えば１００℃前後まで温度上昇すると、半導体ウエーハの被研磨面である裏面が過熱状態となって焼ける現象、いわゆる面焼けが生じて、半導体ウエーハ自体にダメージを与える場合があった。また、このような過熱は、半導体ウエーハの表面に通常貼られている塩化ビニル製等の保護テープを溶融させ、表面を汚染させたり電子回路へのワイヤボンディングが導通しなかったりする問題を招くものであった。

そこで、半導体ウエーハの裏面に空気を吹き付けて空冷することにより、摩擦熱の上昇を抑えることが検討され、これを具体化させたものが、上記特許文献２に示されている。ところが、同文献２に記載される手段を用いて半導体ウエーハの被摩擦面を空冷しても、上記不具合が生じる温度すなわち過熱温度に達してしまう場合があった。例えば、研磨材が摩耗して薄くなり、研磨材の弾力性が低下して半導体ウエーハを押圧する力が強すぎる状態になったり、研磨材が取り付けられた支持部材が半導体ウエーハの裏面に当たったりすると、過熱温度に達してしまうことになっていた。

よって本発明は、半導体ウエーハを乾式研磨するにあたり、摩擦によって発熱する被研磨面の温度を正確に把握し、これによって常に被研磨面が過熱温度に達しないように運転管理を行うことができ、もって歩留まりの向上を図ることができる半導体ウエーハの研磨装置を提供することを目的としている。

本発明は、チャックテーブルに保持した半導体ウエーハの被研磨面を乾式の研磨手段によって研磨する研磨装置であって、研磨手段は、回転軸と、この回転軸を回転駆動する駆動源と、回転軸の先端に取り付けられ、半導体ウエーハの被研磨面に接触させられる研磨面を有する研磨ホイールとを備えており、回転軸および研磨ホイールの回転中心には、両者にわたる中空部が形成され、この中空部に、非接触式の温度センサが、センサ部を研磨ホイール側の開口付近に配した状態で挿入されていることを特徴としている。

本発明の研磨装置によれば、チャックテーブルに保持した半導体ウエーハの被研磨面に対して、回転する研磨ホイールの研磨面を接触させることにより、その被研磨面を研磨する。ここで、回転軸および研磨ホイールの回転中心に形成された中空部を半導体ウエーハの被研磨面上に配した状態で、稼働させるものとする。この稼働状態で、中空部に挿入された温度センサのセンサ部は半導体ウエーハの被研磨面に近接し、その被研磨面の温度が温度センサで検出される。温度センサのセンサ部が被研磨面に近接しているので、被研磨面の温度を正確に検出することができ、その検出温度を常に管理することにより、面焼け等の不具合が生じる過熱温度に達しない温度で、半導体ウエーハを乾式研磨することが可能となる。

温度センサの検出温度に基づいて研磨手段をフィードバック制御する制御手段を備えることは、本発明の運転管理を自動化するための好ましい形態である。制御手段が行うフィードバック制御の具体的な動作としては、研磨手段が、研磨ホイールを、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハの被研磨面に対して、押圧したり、逆に離間させたりする方向に加工送りする送り機構を備えており、この構成において、温度センサの検出温度が、所定の許容温度を超えたか否かを判別し、その許容温度を超えた場合には、送り機構を、研磨ホイールが半導体ウエーハから退避位置まで離間するよう作動させ、研磨を停止させる形態が挙げられる。

この場合の許容温度とは、上記過熱温度、すなわち半導体ウエーハの被研磨面が面焼けしたり、あるいは表面に貼られた保護テープが溶融したりする不具合が生じる温度よりも若干低い温度であって、その不具合が確実に生じない範囲で研磨が最大限に行われる温度を言う。上記制御によれば、半導体ウエーハの被研磨面が過熱温度に達することを未然に回避することができ、面焼け等の不具合を確実に防止することができる。

また、別の制御形態として、上記送り機構を備えた構成において、制御手段は、温度センサの検出温度が所定の許容温度範囲内であるか否かを判別するとともに、温度センサの検出温度が、許容温度範囲の上限を下回っている場合には、送り機構を、研磨ホイールがチャックテーブルに保持された半導体ウエーハに対して押圧するように作動させ、一方、許容温度範囲の上限を超えた場合には、送り機構を、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハに対する研磨ホイールの押圧力を緩めるように作動させ、これによって温度センサの検出温度を許容温度範囲内に維持させるといった形態が挙げられる。この場合の許容温度範囲とは、研磨が確実に行われる温度範囲であって、その上限は、上記前者の制御で設定される許容温度と同等であり、下限においても十分に研磨は行われる、

この形態では、温度センサの検出温度が許容温度範囲の上限を下回っている状態では、研磨ホイールが半導体ウエーハを押圧して研磨が進行し、その過程で許容温度範囲の上限を超えると、送り機構によって研磨ホイールが半導体ウエーハから離間する方向に僅かに移動し、半導体ウエーハに対する研磨ホイールの押圧力が緩められる。すると、半導体ウエーハの温度は下がり、温度センサの検出温度範囲の上限を下回ったら、送り機構によって研磨ホイールが半導体ウエーハを押圧するように作動する。すなわちこの制御は、温度センサの検出温度が許容温度範囲内では研磨し、超えると研磨ホイールの押圧力を緩めるといったもので、これら２つの状態が繰り返される場合もあり、したがって、常に許容温度範囲内で乾式研磨がなされる。

本発明によれば、半導体ウエーハを乾式研磨するにあたり、その被研磨面の温度を正確に検出することができ、これによって、常に被研磨面が過熱温度に達しないように運転管理を行うことができ、もって歩留まりの向上を図ることができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］装置の構成
図１は、一実施形態に係る乾式研磨装置の全体を示しており、図中符号１０は、各種機構が搭載される基台である。この基台１０は、横長の状態に設置されて基台１０の主体をなす直方体状のテーブル１１と、このテーブル１１の長手方向一端部（図１の奥側の端部）から鉛直上方に延びる壁部１２とを有している。

この研磨装置は、表面に電子回路が形成され、グラインダ等でほぼ製品に近い厚さに裏面を研削された円盤状の半導体ウエーハＷの裏面を、さらに研磨して、加工歪みを除去する装置である。半導体ウエーハＷの表面には、電子回路を保護する塩化ビニル製等の保護テープＴが貼られている。

基台１０のテーブル１１上は、長手方向のほぼ中間部分から壁部１２側が研磨エリア１１Ａとされ、この反対側が、研磨エリア１１Ａに研磨前の半導体ウエーハＷを供給し、かつ、研磨後の半導体ウエーハＷを回収する供給・回収エリア１１Ｂとされている。
以下、本装置が備える各種機構を、研磨エリア１１Ａに設けられるものと供給・回収エリア１１Ｂに設けられものとに分けて説明する。

（ａ）研磨エリア１１Ａの機構
研磨エリア１１Ａには矩形状の凹所１３が形成されており、この凹所１３の底面には、矩形状のステージ１４が、テーブル１１の長手方向（以下、Ｙ方向と称する）に移動自在に設けられている。このテーブル１１は、ステージ１４内に配されたＹ方向に延びるガイドレールに摺動自在に取り付けられ、適宜な駆動機構（いずれも図示略）によって同方向を往復動させられる。

ステージ１４の移動方向両端部には、蛇腹１５，１６の一端が、それぞれ取り付けられており、これら蛇腹１５，１６の他端は、壁部１２の内面と、壁部１２に対向する凹所１３の内壁面に、それぞれ取り付けられている。これら、蛇腹１５，１６は、ステージ１４を上記ガイドレールに連結させるために凹所１３の底面に形成された図示せぬスリットを覆って、ステージ１４内に研磨屑等が落下することを防ぐもので、ステージ１４の移動に伴って伸縮し、その移動を妨げない。

ステージ１４上には、鉛直方向（以下、Ｚ方向と称する）を回転中心とし、上面が水平とされた円盤状のチャックテーブル１７が、回転自在に設けられている。半導体ウエーハＷは、裏面（被研磨面）を上に向けて、このチャックテーブル１７上に水平に載置される。チャックテーブル１７は、ステージ１４内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向、または両方向に回転させられる。

チャックテーブル１７のチャック方式は、この場合、周知のバキュームチャックである。すなわち、チャックテーブル１７は多孔質セラミックスのような多孔質材料で成形されており、テーブル１１内に設けられた図示せぬバキューム装置の空気吸引口がチャックテーブル１７の裏面に接続され、バキューム装置を運転すると、半導体ウエーハＷがチャックテーブル１７上に吸着・保持される。

チャックテーブル１７の移動ラインの上方には、研磨ユニット（研磨手段）２０が配されている。この研磨ユニット２０は、基台１０の壁部１２に、送り機構３０を介してＺ方向に昇降自在に支持されている。送り機構３０は、鉛直面とされた壁部１２の内面に固定された互いに平行でＺ方向に延びる一対のガイドレール３１と、これらガイドレール３１に摺動自在に取り付けられたスライダ３２と、このスライダ３２をガイドレール３１に沿って往復動させるスライダ駆動機構３３とを備えている。

スライダ駆動機構３３は、スライダ３２と壁部１２との間の空間に、軸方向をＺ方向と平行にして配され、上端部および下端部が、それぞれ壁部１２に設けられた軸受３４，３５に回転自在に取り付けられた螺子ロッド３６と、この螺子ロッド３６を回転駆動するパルスモータ３７とを備えている。螺子ロッド３６は、スライダ３２の背面に突出形成された図示せぬブラケットに螺合して貫通している。これにより、スライダ３２は、パルスモータ３７が正転して螺子ロッド３６が一方向に回転した場合には下方（送り方向）に移動し、パルスモータ３７が逆転して螺子ロッド３６が逆方向に回転すると上方（退避方向）に移動する。

上記研磨ユニット２０は、スライダ３２のテーブル１１側に面する前面に、ブロック３２ａを介して固定されている。研磨ユニット２０は、図３および図４に示すように、軸方向がＺ方向に沿う状態にブロック３２ａに通され、かつ、このブロック３２ａに固定された円筒状のハウジング２１と、このハウジング２１の内部に回転自在に挿入された回転軸２２と、この回転軸２２を回転駆動するサーボモータ（駆動源）２３と、ハウジング２１から下方に突出する回転軸２２の下端に取り付けられた研磨ホイール２４とを備えている。

回転軸２２は、ハウジング２１の内面との間に均一な微小隙間を隔ててラジアル／スラスト方向を支持する周知のエアベアリング機構により、ハウジング２１内に回転自在に支持されている。回転軸２２のハウジング２１内における下端部の外周面にはスラストベアリング２２ａが形成されており、このスラストベアリング２２ａがハウジング２１の内周面に形成された環状溝２１ａに嵌入されることにより、回転軸２２のスラスト方向が支持されるようになっている。

この場合のサーボモータ２３は周知の永久磁石式であって、回転軸２２の上端部外周面に一体的に固着された永久磁石製の円筒状ロータ２３ａと、このロータ２３ａを包囲する状態にハウジング２１の内周面に固定された円筒状のステータ２３ｂとからなるもので、ステータ２３ｂのコイル電圧を印加するとロータ２３ａが回転し、これによって回転軸２２が軸回りに回転するようになっている。

回転軸２２は、その下端に円盤状のホイールマウント２２ｂを有している。このホイールマウント２２ｂは、回転軸２２の回転中心と同心であり、図３に示すように、円周方向の等分複数箇所に、ボルト挿通孔２２ｃが貫通形成されている。そして、回転軸２２の回転中心には、軸方向に沿って延びる貫通孔２２ｄが形成されている。回転軸２２の上端はハウジング２１から突出しており、その突出部と、回転軸２２とハウジング２１との間の隙間が、ハウジング２１の上端面に螺子止め等の手段で着脱自在に装着されるキャップ２１ａで覆われている。

上記研磨ホイール２４は、ホイールマウント２２ｂと同径であり、このホイールマウント２２ｂの下面であるマウント面に、着脱自在に取り付けられる。研磨ホイール２４は、図３に示すように、円盤状の支持板２５の片面に、同じく円盤状で、実際に半導体ウエーハＷの裏面を研磨するフェルト砥石２６が固着されてなるものである。

支持板２５の片面（フェルト砥石２６が固着されていない面）には、ホイールマウントの複数のボルト挿通孔２２ｃに一致する貫通しない複数の螺子穴２５ａが形成されている。そして、研磨ホイール２４の中心には、回転軸２２の貫通孔２２ｄと同径の貫通孔２４ａが形成されている。なお、この場合の研磨ホイール２４の外径は、半導体ウエーハＷの直径とほぼ同一ないし１．５倍程度とされるが、寸法はこれに限定されるものではない。

支持板２５およびフェルト砥石２６は同径で、互いに同心状に重ねられ、例えば、エポキシ樹脂系接着剤によって相互に接着されている。フェルト砥石２６は、フェルト中に砥粒が分散状態で含浸され、全体を適宜な接着剤で固めて成形されたものである。

フェルトの材料としては、ポリエステル、ナイロン等の合成繊維や、羊毛、綿、麻等の天然繊維等が用いられ、適宜な硬さと密度を有するよう成形される。また、砥粒としては、シリカ、アルミナ、ダイヤモンド等からなるものが用いられ、その粒径は、例えば０．０１〜１００μｍ程度とされる。なお、フェルト砥石２６に関しては、本出願人の発明が記載されている特許文献：特開２００２−２８３２４３号公報や特開２００３−１８８１１８号公報等に詳述されている。

研磨ホイール２４は、支持板２５を回転軸２２のホイールマウント２２ｂのマウント面に合わせ、なおかつ螺子穴２５ａをボルト挿通孔２２ｃに一致させ、ボルト挿通孔２２ｃに通したボルト２７を螺子穴２５ａにねじ込んで締結することにより、ホイールマウント２２ｂに取り付けられる。

この取り付け状態で、研磨ホイール２４は回転軸２２と同心となり、また、研磨ホイール２４の貫通孔２４ａは回転軸２２の貫通孔２２ｄに連通する。ここで、連続する２つの貫通孔２２ｄ、２４ａを、中空部２８と総称する。研磨ホイール２４は回転軸２２と一体に回転するが、その回転中心の軸線はＺ方向に延びるとともに、ステージ１４ごとＹ方向に移動する上記チャックテーブル１７の回転中心の移動軌跡に対して直交するように、研磨ユニット２０がスライダ３２に固定されている。

後述するように、チャックテーブル１７上には、裏面を上に向けられた半導体ウエーハＷが、チャックテーブル１７上に同心の状態で載置される。したがって、チャックテーブル１７上に保持された半導体ウエーハＷと研磨ホイール２４との位置関係は、Ｚ方向に延びる両者の回転中心がＹ方向の面内で平行になる。

ここで、研磨ユニット２０によって半導体ウエーハＷの裏面を研磨する動作を簡単に説明すると、ステージ１４によって、研磨ホイール２４の下方である研磨位置にチャックテーブル１７を配し、図４に示すように、研磨ホイール２４が半導体ウエーハＷに被さるように位置付けた状態で、チャックテーブル１７を回転させるとともに、研磨ホイール２４を回転させながら、チャックテーブル１７上に保持されて回転する半導体ウエーハＷに対し、送り機構３０によって研磨ユニット２０を所定速度でゆっくり下降させる。

これにより、回転する研磨ホイール２４のフェルト砥石２６の下面が半導体ウエーハＷの裏面を所定の荷重で押圧し、その裏面が研磨される。この研磨中には、フェルト砥石２６による乾式研磨であるが故、半導体ウエーハＷの裏面には摩擦熱が発生する。

さて、研磨ユニット２０の中空部２８には、図２〜図４に示すように、半導体ウエーハＷの裏面に発生する摩擦熱を検出する温度センサ４０が挿入される。この温度センサ４０は、赤外線センサ等の非接触式であって、細管４１と、この細管４１の先端に固定されたセンサ部４２と、細管４１内に通されて保護され、センサ部４２で検出される温度信号を外部に出力するためのリード線４３とを備えている。

温度センサ４０は、センサ部４２を、中空部２８の研磨ホイール２４側の開口付近に配した状態で中空部２８に挿入され、細管４１のセンサ部４２と反対側の端部が、キャップ２１ａに支持されている。温度センサ４０を研磨ユニット２０にセットするには、図２および図４に示すように、予め細管４１の端部をキャップ２１ａに固定するとともに、リード線４３を外部に引き出した状態として、センサ部４２および細管４１を中空部２８に挿入した後、キャップ２１ａをハウジング２１に装着する。

図４では、センサ部４２は回転軸２２の貫通孔２２ｄの下端付近に位置しているが、これより下方の研磨ホイール２４の貫通孔２４ａにセンサ部４２を配してもよい。また、細管４１およびセンサ部４２は、回転軸２２に接触しないように挿入されている。

図１に示すように、当該研磨装置は、制御手段５０を有している。この制御手段５０は、温度センサ４０による検出温度が、所定の許容温度を超えたか否かを判別する判別部５１と、この判別部５１の判別信号が供給されるとともに、判別内容に応じて送り機構３０のパルスモータ３７を正転あるいは逆転させる制御部５２とを備えている。この制御手段５０により、研磨ユニット２０は、温度センサ４０の検出温度に基づいてフィードバック制御される。

上記許容温度とは、研磨ホイール２４で研磨される半導体ウエーハＷの裏面が摩擦で発熱した際に、半導体ウエーハＷの裏面が面焼けしたり、あるいは表面に貼られた保護テープＴが溶融したりする不具合が生じる温度よりも若干低い温度であって、研磨後に製品不良とならない範囲で研磨が最大限に行われる温度を言う。具体的には、８０〜１００℃程度とされる。

制御手段５０が行うフィードバック制御の具体的な動作は、以下の通りである。
すなわち、判別部５１が、温度センサ４０の検出温度が許容温度を下回っていると判別している場合には、制御部５２は、送り機構３０のパルスモータ３７の正転状態を維持する。これによって、研磨ユニット２０は下降を続け、半導体ウエーハＷの裏面の研磨が続行される。

次に、判別部５１が、温度センサ４０の検出温度が許容温度を超えたと判別したら、制御部５２は、送り機構３０のパルスモータ３７を所定ステップ逆転させる。これによって、研磨ユニット２０は、研磨ホイール２４が半導体ウエーハＷから所定距離上方に離れた退避位置まで上昇し、そこで停止する。引き続き判別部５１に温度センサ４０の検出信号（検出温度）が供給され、許容温度を下回ったと判別したら、制御部５２はその判別信号を受け、再びパルスモータ３７を正転させる。これにより、研磨ユニット２０は下降し、研磨ホイール２４のフェルト砥石２６が半導体ウエーハＷの裏面を押圧して研磨が再開される。

（ｂ）供給・回収エリア１１Ｂの機構
図１に示すように、基台１０のテーブル１１上に設定された上記供給・回収エリア１１Ｂには、上記凹所１３よりも狭く、かつ深い矩形状の凹所１８が形成されており、この凹所１８の底部には、昇降自在とされた２節リンク式の水平旋回アーム６０ａの先端にフォーク６０ｂが装着された移送機構６０が設置されている。

そして、凹所１８の周囲のテーブル１１上には、上から見た状態で、反時計回りに、カセット６１、位置合わせ台６２、１節の水平旋回アーム６３ａの先端に吸着板６３ｂが取り付けられた供給アーム６３、供給アーム６３と同じ構造で、水平旋回アーム６４ａおよび吸着板６４ｂを有する回収アーム６４、スピンナ式の洗浄装置６５、カセット６６が、それぞれ配置されている。

カセット６１、位置合わせ台６２および供給アーム６３は、裏面を研磨すべき半導体ウエーハＷをチャックテーブル１７に供給する手段であり、回収アーム６４、洗浄装置６５およびカセット６６は、研磨後の半導体ウエーハＷをチャックテーブル１７から回収する手段である。２つのカセット６１，６６は同一の構造であるが、ここでは用途別に、供給カセット６１、回収カセット６６と称する。これらカセット６１，６６は、複数の半導体ウエーハＷを収容して持ち運びするためのもので、テーブル１１の所定位置にセットされる。

供給カセット６１には、当該研磨装置で裏面を研磨すべき複数の半導体ウエーハＷが、積層された状態で収容される。移送機構６０は、アーム６０ａの昇降・旋回と、フォーク６０ｂの把持動作によって、供給カセット６１内から１枚の半導体ウエーハＷを取り出し、さらにその半導体ウエーハＷを、裏面を上に向けた状態で、位置合わせ台６２上に載置する機能を有する。

位置合わせ台６２上に載置された半導体ウエーハＷは、一定の位置に決められた状態で載置される。供給アーム６３は、位置合わせ台６２上に載置された半導体ウエーハＷを吸着板６３ｂに吸着し、アーム６３ａを旋回させて、チャックテーブル１７上に半導体ウエーハＷを配し、この後、吸着動作を停止することにより、チャックテーブル１７上に半導体ウエーハＷを載置する機能を有する。位置合わせ台６２で位置決めされた半導体ウエーハＷを、供給・回収位置のチャックテーブル１７上に載置することにより、半導体ウエーハＷとチャックテーブル１７とは同心状となる。

回収アーム６４は、上記研磨ユニット２０によって裏面が研磨されたチャックテーブル１７上の半導体ウエーハＷを吸着板６４ｂに吸着し、アーム６４ａを旋回させて、半導体ウエーハＷを洗浄装置６５内に移送する機能を有する。洗浄装置６５は、半導体ウエーハＷを水洗した後、半導体ウエーハＷを回転させて水分を振り飛ばし除去する機能を有する。そして、洗浄装置６５によって洗浄された半導体ウエーハＷは、移送機構６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。

なお、供給アーム６３と回収アーム６４の間には、チャックテーブル１７に洗浄水を噴射してチャックテーブル１７を洗浄するチャックテーブル洗浄ノズル６７が配されている。上記のように、供給アーム６３によってチャックテーブル１７上に半導体ウエーハＷを載置し、また、回収アーム６４によってチャックテーブル１７上の半導体ウエーハＷを回収する際には、ステージ１４を供給・回収エリア１１Ｂ側に移動させて供給・回収位置で停止させる。その供給・回収位置は、各アーム６３，６４の吸着板６３ａ，６４ａに吸着された半導体ウエーハＷの中心と、チャックテーブル１７の回転中心と結ぶ線が、Ｚ方向に沿う位置である。

研磨ユニット２０による半導体ウエーハＷの研磨位置は、供給・回収位置よりも壁部１２側に所定距離移動した位置とされ、チャックテーブル１７上の半導体ウエーハＷは、ステージ１４の移動によって、これら研磨位置と供給・回収位置との間を行き来させられる。チャックテーブル洗浄ノズル６７によるチャックテーブル１７の洗浄は、供給・回収位置において行われる。

［２］装置の動作
続いて、以上の構成からなる一実施形態の研磨装置の使用方法ならびに動作を、以下に説明する。
まず、オペレータは、裏面を研磨すべき複数の半導体ウエーハＷを収容した供給カセット６１と、空の回収カセット６６を、供給・回収エリア１１Ｂの所定位置に、それぞれセットする。

以上の準備を終えたら、半導体ウエーハＷは、次の順で研磨される。
移送機構６０によって、供給カセット６１内から１枚の半導体ウエーハＷが取り出され、さらにその半導体ウエーハＷは、移送機構６０によって裏面を上に向けた状態で位置合わせ台６２上に載置される。

次に、位置合わせ台６２に載置された半導体ウエーハＷは、供給アーム６３により、予め供給・回収位置に停止しているチャックテーブル１７上に、裏面を上に向けて同心状に載置される。そして、半導体ウエーハＷは、バキューム装置によってチャックテーブル１７上に吸着、保持される。

次に、ステージ１４が壁部１２側に移動してチャックテーブル１７が研磨位置で停止し、ここで、チャックテーブル１７を回転させて半導体ウエーハＷを回転させる。これと同時に、予め上方で待機させていた研磨ユニット２０の研磨ホイール２４を、サーボモータ２３によって回転させるとともに、パルスモータ３７を正転させて、送り機構３０により研磨ユニット２０を所定速度でゆっくり下降させる。なお、チャックテーブル１７の回転方向は、研磨ホイール２４と同方向でもよく、また、逆方向であってもよい。

研磨ユニット２０が下降すると、回転する研磨ホイール２４のフェルト砥石２６が、回転している半導体ウエーハＷの裏面を所定の荷重で押圧し、その裏面が徐々に研磨される。研磨時の半導体ウエーハＷと研磨ホイール２４との位置関係は、半導体ウエーハＷの裏面全面が均一に研磨される状態とされる。例えば、図４に示すように、半導体ウエーハＷの回転中心Ｏ１に対して、研磨ホイール２４の回転中心Ｏ２がＹ方向に沿って壁部１２側（図４で右側）に、半導体ウエーハＷの半径よりもやや短い距離ずれた状態であり、なおかつ、研磨ユニット２０の上記中空部２８の下側の開口が、半導体ウエーハＷの裏面に対向する状態が採用される。

研磨ホイール２４のフェルト砥石２６が半導体ウエーハＷの裏面を押圧する研磨状態が、予め決められた所定時間（実質研磨時間）経過したら、パルスモータ３７を逆転させ、送り機構３０によって研磨ユニット２０を待機位置まで上昇させる。次いで、サーボモータ２３を停止させて研磨ホイール２４の回転を停止させるとともに、チャックテーブル１７の回転も停止させ、研磨を終了する。ちなみに半導体ウエーハＷの裏面の研磨量としては、例えば１〜５μｍである。

なお、上記の研磨動作の好適な条件例を挙げると、研磨ホイール２４のサーボモータ２３による回転速度は４０００〜７０００ＲＰＭ、チャックテーブル１７の回転速度は１００〜３００ＲＰＭ、送り機構３０による研磨ユニット２０の下降速度は１〜２μｍ／分、研磨ホイール２４のフェルト砥石２６が半導体ウエーハＷの裏面を押圧する荷重は１００〜３００ｇ／ｃｍ^２である。また、研磨中にステージ１４をＹ方向に往復動させて半導体ウエーハＷを径方向に移動させる動作を組み合わせてもよい。

続いて、研磨後の半導体ウエーハＷを回収する動作を説明すると、まず、ステージ１４を供給・回収位置まで移動させるとともに、バキューム装置の動作を停止させ、チャックテーブル１７上での半導体ウエーハＷの保持状態を解除する。次に、その半導体ウエーハＷは、回収アーム６４によって洗浄装置６５内に移送される。ここで半導体ウエーハＷは水洗され、その後、回転させられて水分が除去される。

次いで、半導体ウエーハＷは、移送機構６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。また、回収アーム６４によってチャックテーブル１７から半導体ウエーハＷが取り去られた後は、チャックテーブル洗浄ノズル６７から、供給・回収位置で停止しているステージ１４上のチャックテーブル１７に向けて洗浄水が噴射され、チャックテーブル１７が洗浄される。

以上が１枚の半導体ウエーハＷを研磨して洗浄し、回収するサイクルであり、このサイクルを繰り返して、供給カセット６１内の半導体ウエーハＷが全て研磨処理され、回収カセット６６内に収容されると、オペレータは回収カセット６６を回収して、研磨後の複数の半導体ウエーハＷを次の製品化工程に運搬する。そして、裏面を研磨すべき新たな複数の半導体ウエーハＷを収容した供給カセット６１と、空の回収カセット６６を、供給・回収エリア１１Ｂの所定位置にそれぞれセットし、引き続き上記サイクルで研磨作業を行う。なお、回収カセット６６としては、空になった供給カセット６１を流用してもよい。

次に、温度センサ４０および制御手段５０による作用を説明する。
上記研磨中においては、温度センサ４０で検出された温度が、制御手段５０の判別部５１に供給されるが、センサ部４２が半導体ウエーハＷの裏面に近接するため、検出温度は、その裏面の温度とみなすことができる。つまり、温度センサ４０によって半導体ウエーハＷの裏面の温度が正確に検出される。

制御手段５０の判別部５１は、温度センサ４０の検出温度が上記許容温度を超えたか否かを判別しており、下回っていると判別している場合には、制御部５２は、送り機構３０のパルスモータ３７の正転状態を維持する。これによって、研磨ユニット２０は下降を続け、半導体ウエーハＷの裏面は研磨が続行される。

判別部５１が、温度センサ４０の検出温度が許容温度を超えたと判別したら、その信号を受けた制御部５２は、送り機構３０のパルスモータ３７を所定ステップ逆転させる。これによって、研磨ユニット２０は退避位置まで上昇し、オペレータにその旨を了知させる信号を発するとともに、そこで停止する。退避位置は、上記待機位置と同じ位置でもよい。

引き続き判別部５１に温度センサ４０の検出信号（検出温度）が供給され、許容温度を下回ったと判別したら、制御部５２はその信号を受け、再びパルスモータ３７を正転させる。これにより、研磨ユニット２０は下降し、研磨ホイール２４のフェルト砥石２６が半導体ウエーハＷの裏面を押圧して研磨が再開される。なお、研磨は、上記実質研磨時間が経過したら研磨ユニット２０を上昇させて終了となる。

［３］装置の効果
本実施形態の研磨装置によれば、上記制御手段５０の作用により、温度センサ４０の検出温度、すなわち半導体ウエーハＷの裏面の温度が許容温度を超えたら、送り機構３０によって研磨ホイール２４が半導体ウエーハＷから退避位置まで離間する。このため、許容温度を超えた状態での研磨は行われず、半導体ウエーハＷの裏面に発生する摩擦熱の過度な上昇を未然に回避することができる。また、温度センサ４０の検出温度が許容温度を下回っている場合には、送り機構３０によって研磨ホイール２４が半導体ウエーハＷに対して押圧させられ、研磨状態が保持される。

このような制御の組み合わせにより、半導体ウエーハＷの裏面の温度が面焼けなどの不具合が生じる過熱温度に達することを常に防止しつつ、乾式研磨を行うことができる。その結果、半導体ウエーハＷの裏面が面焼けしたり、あるいは表面に貼られた保護テープＴが溶融したりする不具合の発生を防止することができ、もって歩留まりの向上を図ることができる。

［４］制御の別形態
上記実施形態における制御手段５０によれば、判別部５１は温度センサ４０の検出温度が所定の許容温度（例えば９０℃）を超えたか否かを判別し、その許容温度を超えた場合、送り機構３０によって研磨ユニット２０を上昇させて研磨ホイール２４を半導体ウエーハＷから退避位置まで離間させているが、これとは異なる次のような制御を行ってもよい。

すなわち、制御手段５０の判別部５０は、温度センサ４０の検出温度が所定の許容温度範囲内であるか否かを判別するとともに、その検出温度が常に許容温度範囲内に維持されるように、送り機構３０を制御して半導体ウエーハＷに対する研磨ホイール２４の押圧力を調整する。この場合の許容温度範囲とは、研磨が確実に行われる温度範囲であって、その上限は、上記実施形態の制御で設定される許容温度と同等であり、下限においても十分に研磨は行われる。例えば、７０〜８０℃が許容温度範囲とされる。

この制御によれば、温度センサ４０の検出温度が、許容温度範囲の上限を下回っている場合には、送り機構３０によって研磨ユニット２０が下降し、半導体ウエーハＷの裏面が研磨ホイール２４によって押圧され、研磨が行われる。研磨中において、判別部５１により許容温度範囲の上限を超えたと判断されたら、パルスモータ３７を若干逆転させ、研磨ユニット２０を僅かに上昇させる。これによって、半導体ウエーハＷに対する研磨ホイール２４の押圧力が緩む。

すると、半導体ウエーハＷの温度は下がり、次いで、判別部５１により温度センサ４０の検出温度が許容温度範囲の上限を下回ったら、パルスモータ３７を正転させ、送り機構３０によって研磨ユニット２０を僅かに下降させる。これにより、半導体ウエーハＷの裏面に対する研磨ホイール２４の押圧力は強くなる。このように、半導体ウエーハＷに対する研磨ホイール２４の押圧力を強くしたり緩めたりする動作を繰り返す。このような制御によれば、常に許容温度範囲内で半導体ウエーハＷの研磨を行うことができる。なお、万一許容温度（例えば９０℃）を超えた場合には、上記実施形態と同様に研磨ホイール２４を半導体ウエーハＷから退避させる。

本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体斜視図である。 一実施形態の研磨装置の一部であって、研磨ユニットから温度センサを取り出した状態の斜視図である。 （ａ）は研磨ユニットを構成する回転軸および研磨ホイールと、温度センサを分解した状態の斜視図、（ｂ）は研磨ホイールの下面を示す斜視図である。 半導体ウエーハを研磨する状態の研磨ユニットの縦断面図である。

符号の説明

１７…チャックテーブル
２０…研磨ユニット（研磨手段）
２２…回転軸
２３…サーボモータ（駆動源）
２４…研磨ホイール
２８…中空部
３０…送り機構
４０…温度センサ
４２…センサ部
５０…制御手段

Claims (4)

1. チャックテーブルに保持した半導体ウエーハの被研磨面を乾式の研磨手段によって研磨する研磨装置であって、
   前記研磨手段は、回転軸と、この回転軸を回転駆動する駆動源と、前記回転軸の先端に取り付けられ、前記半導体ウエーハの被研磨面に接触させられる研磨面を有する研磨ホイールとを備えており、
   前記回転軸および前記研磨ホイールの回転中心には、両者にわたる中空部が形成され、この中空部に、非接触式の温度センサが、センサ部を、研磨ホイール側の開口付近に配した状態で挿入されていることを特徴とする半導体ウエーハの研磨装置。
2. 前記温度センサの検出温度に基づいて前記研磨手段をフィードバック制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハの研磨装置。
3. 前記研磨手段は、前記研磨ホイールを、前記チャックテーブルに保持された前記半導体ウエーハの被研磨面に対して、押圧したり、逆に離間させたりする方向に加工送りする送り機構を備えており、
   前記制御手段は、前記温度センサの検出温度が所定の許容温度を超えたか否かを判別し、その許容温度を超えた場合には、前記送り機構を、前記研磨ホイールが前記チャックテーブルに保持された前記半導体ウエーハから退避位置まで離間するよう作動させることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウエーハの研磨装置。
4. 前記研磨手段は、前記研磨ホイールを、前記チャックテーブルに保持された前記半導体ウエーハの被研磨面に対して、押圧したり、逆に離間させたりする方向に加工送りする送り機構を備えており、
   前記制御手段は、前記温度センサの検出温度が所定の許容温度範囲内であるか否かを判別するとともに、
   前記温度センサの検出温度が、前記許容温度範囲の上限を下回っている場合には、前記送り機構を、前記研磨ホイールが前記チャックテーブルに保持された前記半導体ウエーハに対して押圧するように作動させ、
   一方、前記許容温度範囲の上限を超えた場合には、前記送り機構を、前記チャックテーブルに保持された前記半導体ウエーハに対する研磨ホイールの押圧力を緩めるように作動させ、
   これによって前記温度センサの検出温度を前記許容温度範囲内に維持させることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウエーハの研磨装置。

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