JP2007027163A - ウエハ剥離装置及び研磨ライン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性の高いバッチ式研磨装置にてナノトポグラフィの悪化を抑制するとともに、ベースプレートからウエハを剥離する際、ウエハに損傷を与えることなく剥離できるウエハ剥離装置及び研磨ライン装置を提供する。
【解決手段】ベースプレート１１と、前記ベースプレート１１上の所定の位置に設けられ、貼付されるウエハＷの裏面と側周部に面接触するテンプレート９と、前記テンプレート９及びベースプレート１１に形成された貫通する複数の貫通穴１１ａと、前記貫通穴１１ａに挿通可能に設けられ、テンプレート９上方に突出可能な複数の押し上げピン６ｃと、前記複数の押し上げピン６ｃを昇降動作させる昇降手段６ｂとを備え、前記昇降手段６ｂによって押し上げピン６ｃを上昇させて、テンプレート９上に貼付されたウエハＷの裏側を押し上げ、前記ウエハＷをベースプレート９から剥離する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ウエハ剥離装置及び研磨ライン装置に関し、研磨後にウエハをベースプレートから取り外すウエハ剥離装置及びこのウエハ剥離装置が用いられた研磨ライン装置に関する。

単結晶シリコン等の半導体ウエハ製造において、両面研磨されたウエハに対する仕上げ研磨（片面ポリッシング）は、一般に一枚ごとに処理を行う枚葉式研磨装置が用いられる。しかしながら、この枚葉式研磨装置にあっては、一枚ごとにウエハの研磨処理がなされるため、生産効率が悪く、設備コストも高いという課題があった。
この枚葉式研磨装置の課題を解決するものとして、バッチ式研磨装置がある。このバッチ式研磨装置にあっては、セラミックプレート等のベースプレート上に複数枚のウエハを貼付固定し、ベースプレート単位で研磨処理が行われる。このようにベースプレート上の複数枚のウエハに対して一度に研磨処理を行うことができ、生産効率の向上を図ることができる。

ところで、前記したバッチ式研磨装置においては、例えばワックス等の粘着剤により、ウエハはベースプレート上に貼り付けられ、強固に固定されている。そのため、研磨工程終了後に、ウエハはウエハ剥離装置を用いてベースプレートから剥離しなければならない。
このウエハ剥離装置について、特許文献１に示された装置を図７に示すと共にこれに基づいて説明する。図７に示すようにウエハ剥離装置６０は板状のスクレーパ６１を備えている。そして、研磨処理が終了した後、ベースプレート６４に固定されたウエハＷは、前記板状のスクレーパ６１によって、強制的にベースプレート６４から剥離される。尚、剥離されたウエハＷは滑り台６２上を滑って移動し、多段式キャリアであるテフロンキャリア６３内に収容される。

特開２００２−３１９６１０号公報

前記した従来のウエハ剥離装置６０では、スクレーパ６１のような治具を用いて剥離作業がなされる。しかしながら、前記したように、ウエハＷの側部に治具を押して強引にウエハをベースプレートから剥がすため、ウエハＷの裏面が損傷する虞があり、更にナノトポグラフィが悪化するという技術的な課題があった。

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、研磨処理の後、ベースプレートからウエハを取り出す際に、ウエハに損傷を与えることなく剥離でき、更にナノトポグラフィの悪化を抑制することができるウエハ剥離装置及び研磨ライン装置を提供することを目的とするものである。

前記した目的を達成するためになされた本発明にかかるウエハ剥離装置は、ベースプレートに貼付された、研磨処理されたウエハをベースプレートから取り出すウエハ剥離装置において、前記ベースプレートと、前記ベースプレート上の所定の位置に貼付される、ウエハの裏面に面接触するテンプレートと、前記テンプレート及びベースプレートを貫通する複数の貫通穴と、前記貫通穴に挿通可能に設けられ、前記テンプレート上方に異なる高さで突出可能な複数の押し上げピンと、前記複数の押し上げピンを昇降動作させる昇降手段とを備え、前記昇降手段によって前記押し上げピンを上昇させて、前記テンプレート上に貼付された前記ウエハの裏側を押し上げ、前記ウエハを前記テンプレートから剥離することを特徴としている。

本発明にかかるウエハ剥離装置によれば、ウエハの裏面に面接触するテンプレートによってウエハを固定し、ウエハ裏面を最初に裏面に接触する押し上げピンにより押し上げ、このウエハ裏面とテンプレートの間に空気を入れて吸着力を開放する開放工程の後、順次他の押し上げピンをウエハ裏面に接触させながら複数の押し上げピンでウエハを持ち上げて剥離する剥離工程を行うため、ウエハを歪ませることなくテンプレートから容易に剥離することができる。この開放工程はウエハとテンプレートが純水などの液体を介してより強く吸着される場合は、それを弱める顕著な作用を奏する。また、ウエハを歪ませたことに起因する欠陥あるいは損傷を与えず、ナノトポグラフィの悪化を抑制することができる。

ここで、前記テンプレート及び前記ベースプレートに形成された貫通穴の直径は、０．５ｍｍ〜２ｍｍであって、前記貫通穴は三角形の頂点に対応する位置に配置されていることが望ましい。このような直径を有する貫通穴の場合には、ウエハ裏面への孔形状の転写やウエハの損傷を抑制することができる。また貫通穴が三角形の頂点に対応する位置に配置されているため、かかる貫通穴を挿通する押し上げピンによって、ウエハを安定して保持することができる。

また、前記昇降手段が夫々の前記押し上げピンの昇動作を制御することによって、押し上げられる前記ウエハ裏面の傾斜角が、前記テンプレートの貼着面に対し５°〜１５°とすることが望ましい。
このように押し上げピンの昇動作を制御することにより、ウエハとテンプレートとの間隙が僅かに楔形に拡開する。これにより、ゆっくりとウエハをテンプレートから引き離すことができる。そのため、押し上げピンによる押し上げ力は微力でよく、押し上げピンによるウエハ裏面へのピン跡、擦れ傷等の発生を抑制することができる。また、ウエハの歪等の発生も抑制することができる。

更に、前記したウエハ剥離装置と、前記テンプレート上に前記ウエハを純水によって吸着する貼付装置と、前記貼付装置により前記テンプレート上に貼付された前記ウエハを研磨処理する研磨装置とを組み合わせ、研磨ライン装置とすることは、大幅に生産効率の向上を図ることができ、好ましい。即ち、ベースプレート単位で研磨処理を行う研磨ライン装置に使用した場合には、枚葉式に比べ、大幅に生産効率の向上を図ることができる。
また、前記した貼付装置のように純水によりウエハをテンプレート上に吸着することが好ましい。このようにテンプレートを介してウエハが固定されるため、従来のようにワックス等の強力な接着剤を使用する必要がなく、純水を介すことで充分にウエハを固定することができる。また、テンプレートに純水を介してウエハを吸着させることにより、ウエハ貼着面におけるゴミ等による窪み発生を防止することができ、平坦度歩留まりを向上することができる。更に、ワックスを接着剤として使用しないため、ワックス、ワックスのスピンコート機構、ベーキング機構、冷却機構等を必要とせず、原材料費、設備コスト、及びランニングコストを大幅に低減することができる。

本発明によれば、研磨処理の後、ベースプレートからウエハを取り出す際に、ウエハに損傷を与えることなく剥離でき、更にナノトポグラフィの悪化を抑制することができるウエハ剥離装置及び研磨ライン装置を得ることができる。

以下、本発明に係わる研磨ライン装置及びウエハ剥離装置の実施形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る研磨ライン装置１００の全体構成を模式的に示す平面図である。
図１に示すように、この研磨ライン装置１００は、複数枚のウエハＷが固定されるベースプレート１１を洗浄するプレート洗浄装置１と、ベースプレート１１に複数のウエハＷを貼付する貼付装置２とを備えている。また、複数枚（図では４枚）のベースプレート１１が載置され、それらを順次研磨する１次〜３次の研磨装置３、４、５と、ベースプレート１１からウエハＷを剥離するウエハ剥離装置６とを備えている。

この研磨ライン装置１００においては、先ず複数枚のベースプレート１１を収納したプレートカセット１２から搬送ロボット１３によりベースプレート１１が取り出され、プレート洗浄装置１に搬送される。
プレート洗浄装置１に順次、搬送されたベースプレート１１は、アルカリ洗浄液により洗浄され、洗浄後は搬送ロボット１４により貼付装置２に搬送される。
この貼付装置２において、ベースプレート１１上に複数（図では５枚）のウエハＷが貼付される。尚、貼付装置２については詳細に後述する。

そして、ウエハＷが貼付されたベースプレート１１は、搬送ロボット１５によりベルトコンベア１６に搬送され、さらにベルトコンベア１６と搬送ロボット１７を介して、１次研磨装置３に載置される。
１次研磨装置３においては、ウエハＷの表面に対し、先ず目が粗い１次研磨が行われる。そして、１次研磨されたベースプレート１１は、搬送ロボット１８を介して２次研磨装置４に搬送され、そこで、１次研磨よりも目の細かい２次研磨が行われる。
さらに、２次研磨されたベースプレート１１は、搬送ロボット１９を介して３次研磨装置５に搬送され、そこで、最終的な鏡面仕上げ研磨がなされる。

研磨工程を終えたベースプレート１１は、搬送ロボット２０によりバッファ２１に載置され、バッファ２１に蓄積された複数のベースプレート１１は、順次、剥離装置６において、ウエハＷの剥離作業が行われる。尚、剥離されたウエハＷはテフロンキャリア１０に収容される。また、ウエハＷが剥離された後のベースプレート１１は、ベルトコンベア２２を介してプレートカセット１２に搬送され、再びそこに収容される。
尚、このウエハ剥離装置６については、詳細に後述する。

次に、前記貼付装置２について図２に基づいて詳細に説明する。
この貼付装置２は、図１に示すウエハカセットＣから取り出されたウエハＷを吸着して支持する支持チャック２ａと、支持チャック２ａを保持する保持部材２ｂとを備えている。前記保持部材２ｂは、その一端２ｃを軸に反転可能に設けられ、他端に支持チャック２ａを保持している。また保持部材２ｂの反転駆動は、反転手段２ｄによってなされる。

尚、ベースプレート１１にウエハＷを貼付する前においては、支持チャック２ａは準備位置Ｐ１の位置になされる。この準備位置Ｐ１においては、支持チャック２ａ上にウエハＷが支持され、そのウエハＷの表面に貼着水としての純水Ｌが塗布される。即ち、図示するように、純水供給源２ｈ内の純水Ｌがポンプ２ｇの駆動によりノズル２ｆからウエハＷ上に供給され、塗布される。

また、保持部材２ｂが一端２ｃを軸に反転したときのウエハＷの貼付位置Ｐ２においては、保持部材２ｂの反転前に、載置台２ｅ上にベースプレート１１が搬送され載置されている。前記載置台２ｅは、回転手段２ｉにより垂直軸周りに回動可能になされ、図示しない制御手段によって、ベースプレート１１上のウエハ貼付位置が貼付位置Ｐ２に位置合わせされる。

また、図３に示すように、ベースプレート１１は円形に形成され、その上に５枚のウエハが内周に沿って並べて貼付可能に形成されている。そして、プレート上のウエハ貼付位置には、ウエハＷの位置ずれを防止するための皿状のテンプレート９が設けられている。尚、このテンプレート９は、貼付されるウエハＷの裏面と側周部に面接触するように形成されている。

また、図３に示すように、夫々のウエハ貼付位置には、テンプレート９とベースプレート１１の表裏面を貫通する貫通穴１１ａが正三角形の頂点の３点に夫々形成されている。この貫通穴１１ａは、後工程であるウエハＷの剥離工程において、押し上げピンをベースプレート１１裏側から挿通させ、ウエハＷの裏面を押し上げるための穴である。
尚、貫通穴径は、０．５〜２ｍｍであることが好ましい。これは、２ｍｍ以上の貫通穴では、穴形状がウエハ表面に転写され、ナノトポグラフィが悪化する虞があり、０．５ｍｍ以下では、押し上げピンとウエハＷ裏面との接触面積が小さくなり接触圧が大きくなってウエハ裏面を損傷させる虞があるためである。

この構成において、ベースプレート１１上にウエハＷを貼付する際には、先ずポジションＰ１の位置において、支持チャック２ａに支持されたウエハＷ上にノズル２ｆから純水Ｌを吐出する。これによりウエハＷ上には、純水Ｌが広がり塗布された状態となる。

そして、貼付位置Ｐ２に位置合わせがなされたベースプレート１１上のテンプレート９に対し、反転手段２ｄにより保持部材２ｂを反転させることによってウエハＷがテンプレート９上に圧着され水吸着により吸着貼付される。
更に、回転手段２ｉによってベースプレート１１を回転させ、次のテンプレート９の位置を貼付位置Ｐ２に合わせる。そして、再び、反転手段２ｄにより保持部材２ｂを反転させることによってウエハＷがテンプレート９上に吸着貼付される。

このように、一枚のウエハの貼付けが終了すると、回転手段２ｉはベースプレート１１を所定の回転角度ずつ回転させ、次のテンプレート９の位置を貼付位置Ｐ２に合わせるよう回転制御される。
そして、１枚のベースプレート１１につき、５枚のウエハＷを順次貼付する作業が行われる。

次に、前記剥離装置６について、図４に基づいて詳細に説明する。
この剥離装置６は、研磨工程後、図１に示したバッファ２１から供給されたベースプレート１１を回転可能に支持するための支持台６ａと、支持台６ａを垂直軸周りに回転させるための回転手段６ｇとを備えている。
前記ベースプレート１１に対するウエハＷの剥離作業においては、テンプレート９の位置を剥離位置Ｐ３に合わせるよう回転手段６ｇによってベースプレート１１の回転動作がなされる。即ち、回転手段６ｇは、一枚のウエハＷの剥離ごとに、ベースプレート１１を所定の回転角度ずつ回転させ、次のテンプレート９の位置を剥離位置Ｐ３に合わせるよう回転制御される。

また、剥離位置Ｐ３の下方には、テンプレート９とベースプレート１１に形成された３つの貫通穴１１ａを挿通する複数の（この例では３本の）押し上げピン６ｃが設けられている。この押し上げピン６ｃは、水吸着により貼付されたウエハＷに対し、ウエハ裏面を押し上げてベースプレート１１から剥離するよう機能する。尚、夫々の押し上げピン６ｃの昇降動作は、ピン駆動手段６ｂ（昇降手段）により行われる。

また、この剥離装置６は、剥離したウエハＷをテフロンキャリア１０に移載するための移載ロボット２３を備えている。
この移載ロボット２３は、回転手段６ｆによって垂直軸周りに回転する軸部材６ｉと、軸部材６ｉの上端から水平方向に延設された第一のアーム部材６ｈと、第一のアーム部材６ｈに沿って水平方向に移動可能に設けられ、垂直方向に延設された第二のアーム部材６ｄと、第二のアーム部材６ｄに沿って上下移動可能に設けられた板状の第三のアーム部材６ｅとを有している。この移載ロボット２３の構成により、第三のアーム部材６ｅは、上下左右方向の動作及び垂直軸周りの回転動作が自在になされ、ウエハＷの受け取り、引渡しができるよう構成されている。

また、前記したように、ベースプレート１１上のテンプレート９に貼付されたウエハＷは、押し上げピン６ｃの押し上げによって剥離されるが、各ピン６ｃの押し上げ速度が異なるように制御がなされる。
好ましくは、ウエハＷが完全に剥離された際のウエハＷの傾斜角度が、ベースプレート１１表面に対し５°〜１５°の間となるよう各ピン６ｃの押し上げ角度が制御される。

これは、ウエハ剥離の際、ウエハＷを無理なく容易にテンプレート９から引き離すための制御である。即ち、前記のようにピン６ｃの押し上げ制御がなされると、純水で占められたウエハＷとテンプレート９との間隙が僅かに楔形に拡開する。
これにより、間隙内の純水膜が後退し、ゆっくりとウエハＷがプレート１１から引き離される。したがって、押し上げピン６ｃによる押し上げ力は微力でよく、ピン６ｃによるウエハＷ裏面へのピン跡、擦れ傷等の発生を抑制することができる。更にウエハＷの歪等の発生も抑制することができる。

このように構成された剥離装置６によりベースプレート１１（テンプレート９）からウエハＷを剥離する際には、剥離位置Ｐ３に位置合わせがなされたベースプレート１１上のウエハＷを押し上げピン６ｃによりゆっくりと押し上げることにより、ベースプレート１１からウエハＷが引き離される。
次いで、移載ロボット２３の第三のアーム部材６ｅをウエハＷの裏側に挿入し、押し上げピン６ｃを降下させることにより、第三のアーム部材６ｅ上にウエハＷが載置される。
そして、回転手段６ｆの駆動によりウエハＷをテフロンキャリア１０側に移動し、キャリア１０内にウエハＷが収容される。このようにして、１枚のベースプレート１１につき、５枚のウエハＷを順次剥離する作業が行われる。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、テンプレート９によりウエハＷを固定できるため、従来のようにスクレーパを用いて横方向から強引にウエハ側部を押してウエハを剥離する必要がない。即ち、剥離工程においては、ウエハＷ裏面を押し上げピンにより押し上げて剥離するため、テンプレート９から容易に剥離することができ、また、ウエハＷに損傷を与えることなく、ナノトポグラフィの悪化を抑制することができる。
また、複数のウエハＷが貼付されたベースプレート単位でウエハＷの研磨処理を行う研磨ライン装置に用いられた場合には、枚葉式に比べ、大幅に生産効率を向上することができる。

また、テンプレート９を介してウエハＷを固定するため、従来のようにワックス等の強力な接着剤を使用する必要がなく、純水Ｌを介すことで充分にウエハＷを固定することができる。また、テンプレート９に純水Ｌを介してウエハＷを吸着させることにより、ウエハ接着面におけるゴミ等による窪み発生を防止することができ、平坦度歩留まりを向上することができる。
また、ワックスを接着剤として使用しないため、ワックス、ワックスのスピンコート機構、ベーキング機構、冷却機構等を必要とせず、原材料費、設備コスト、及びランニングコストを大幅に低減することができる。

続いて、本発明に係るウエハ剥離装置について、実施例に基づいて更に説明する。本実施例では、前記実施の形態に示した構成のウエハ剥離装置を用い、実際に実験を行うことにより、その効果を検証した。

［実施例１］
実施例１では、本発明に係るウエハ剥離装置において、押し上げピンによって剥離され押し上げられたウエハのベースプレートに対する傾斜角度（剥離角度とも称する）が異なるよう、複数種のピン上昇制御を行い、夫々の場合のウエハ剥離面（裏面）の傷、ピットの発生状況を比較検討した。
表１に実験結果を示す。

Ａ：剥離面（裏面）の傷・ピット発生率が５％以下
Ｂ：剥離面（裏面）の傷・ピット発生率が５％より大きく１０％以下
Ｃ：剥離面（裏面）の傷・ピット発生率が１０％より大きい

この結果、剥離角度が５°以下では、無理に吸着破壊をするため、剥離面にピンとの擦れ傷が発生し、ウエハの外観歩留まりが低下した。また、剥離角度が１５°以上では、ウエハがピン上で滑り、これによる擦れ傷、またはチャックミスによる傷が発生し、外観歩留まりが低下することがわかった。
よって、最適な剥離角度は、５°〜１５°の間のいずれかの値になるよう押し上げピンの上昇制御を行うことが好ましいという結果が得られた。

［実施例２］
実施例２では、本発明に係るウエハ剥離装置を用いた場合のナノトポグラフィと、従来の（スクレーパを使用して剥離する）ウエハ剥離装置を用いた場合のナノトポグラフィについて、比較し検証した。
図６（ａ）に２ｍｍ四方のナノトポグラフィ、図６（ｂ）に１０ｍｍ四方のナノトポグラフィの結果をグラフで示す。尚、このグラフの縦軸は測定ウエハの累積頻度、横軸はナノトポグラフィの状態を示す。また、図６のグラフにおいて、Ｘは両面研磨加工直後のナノトポグラフィ、ＹはＸに対し本発明のウエハ剥離装置を具備した研磨ラインで加工したウエハのナノトポグラフィを示し、ＺはＸに対し従来のウエハ剥離装置を具備した研磨ラインで加工したウエハのナノトポグラフィを示す。
この結果によれば、従来のウエハ剥離装置を具備した研磨ラインで加工したウエハではナノトポグラフィが悪化するが、本発明のウエハ剥離装置を具備した研磨ラインで加工したウエハではナノトポグラフィが両面研磨加工直後のナノトポグラフィと殆ど変化無く、悪化しないことが分かった。

以上の実施例１、２の結果から、本発明に係るウエハ剥離装置及び研磨ライン装置によれば、ナノトポグラフィを悪化させずに、また、ウエハを傷付けずに剥離できることを確認した。

本発明にかかるウエハ剥離装置及び研磨ライン装置は、半導体製造業界等において好適に用いられる。

図１は本発明に係る研磨ライン装置の全体構成を模式的に示す平面図である。 図２は、図１の研磨ライン装置が有する貼付装置の構成を模式的に示す図である。 図３は、複数のテンプレートが設けられたベースプレートの平面図である。 図４は、本発明の実施形態にかかるウエハ剥離装置の構成を模式的に示す図である。 図５は、図４の剥離装置による剥離角度を示す図である。 図６は、実施例２の結果を示すグラフである。 図７は、従来のバッチ式研磨装置においてウエハをベースプレートから剥離する剥離装置での処理を示す模式図である。

符号の説明

１ プレート洗浄装置
２ 貼付装置
３ １次研磨装置
４ ２次研磨装置
５ ３次研磨装置
６ ウエハ剥離装置
６ｃ 押し上げピン
６ｄ 昇降手段
９ テンプレート
１１ ベースプレート
１１ａ 貫通穴
１００ 研磨ライン装置
Ｌ 純水
Ｗ ウエハ

Claims (4)

1. ベースプレートに貼付された、研磨処理されたウエハをベースプレートから取り出すウエハ剥離装置において、
   前記ベースプレートと、前記ベースプレート上の所定の位置に貼付される、ウエハの裏面に面接触するテンプレートと、前記テンプレート及びベースプレートを貫通する複数の貫通穴と、前記貫通穴に挿通可能に設けられ、前記テンプレート上方に異なる高さで突出可能な複数の押し上げピンと、前記複数の押し上げピンを昇降動作させる昇降手段とを備え、
   前記昇降手段によって前記押し上げピンを上昇させて、前記テンプレート上に貼付された前記ウエハの裏側を押し上げ、前記ウエハを前記テンプレートから剥離することを特徴とするウエハ剥離装置。
2. 前記テンプレート及び前記ベースプレートに形成された貫通穴の直径は、０．５ｍｍ〜２ｍｍであって、前記貫通穴は三角形の頂点に対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載されたウエハ剥離装置。
3. 前記昇降手段が夫々の前記押し上げピンの昇動作を制御することによって、押し上げられる前記ウエハ裏面の傾斜角が、前記テンプレートの貼着面に対し５°〜１５°としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたウエハ剥離装置。
4. 前記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたウエハ剥離装置と、前記テンプレート上に前記ウエハを純水によって吸着する貼付装置と、前記貼付装置により前記テンプレート上に貼付された前記ウエハを研磨処理する研磨装置とを含むことを特徴とする研磨ライン装置。

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