JP2011122230A - 研磨装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被加工物を被加工物保持手段に搬送する搬送機構を複雑にすることなく電解研磨を実施することができる研磨装置を提供する。
【解決手段】チャックテーブル81に保持された被加工物を研磨する研磨手段が回転スピンドル322、ホイールマウント4および研磨ホイール5とからなる研磨装置であって、研磨ホイールはホイールマウントの下面に上面が装着されるホイール基台51と、ホイール基台の下面に装着され複数の電解液流出穴を備えた研磨パッド52とを具備し、ホイール基台には研磨パッドに設けられた複数の電解液流出穴522と連通する複数の連通穴541を備えたプラス電極板53およびマイナス電極板54が配設されているとともに、複数の連通穴と連通する電解液導入通路512が設けられており、ホイールマウントにはホイール基台に設けられた電解液導入通路と回転スピンドルに設けられた電解液供給通路とを連通する連通路が設けられている。
【選択図】図6

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨するための研磨装置に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる切断ラインによって多数の矩形領域を区画し、該矩形領域の各々にIC,LSI等のデバイスを形成する。このように多数のデバイスが形成された半導体ウエーハをストリートに沿って分割することにより、個々のデバイスを形成する。デバイスの小型化および軽量化を図るために、通常、半導体ウエーハをストリートに沿って切断して個々のデバイスに分割する前に、半導体ウエーハの裏面を研削して所定の厚さに形成している。半導体ウエーハの裏面の研削は、通常、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドの如き適宜のボンドで固着して形成した研削砥石を備えた研削ホイールを、回転しつつ半導体ウエーハの裏面に押圧せしめることによって遂行されている。このような研削方式によって半導体ウエーハの裏面を研削すると、半導体ウエーハの裏面に所謂加工歪が生成し、これによって個々に分割されたデバイスの抗折強度が低減する。
上述したように研削された半導体ウエーハの裏面に生成される加工歪を除去する対策として、研削された半導体ウエーハの裏面に研磨液を供給しつつ研磨パッドを用いて研磨し、半導体ウエーハの裏面に生成された加工歪を除去する方法が下記特許文献1に開示されている。
しかるに、デバイスの表面に形成されたボンディングパッドが設けられた箇所に裏面に達する貫通孔(ビアホール)を形成し、この貫通孔(ビアホール)にボンディングパッドと接続する銅等の金属電極を埋め込むように構成したウエーハにおいては、ウエーハの裏面側から銅等の導電性材料を蒸着させて金属電極を埋設するため、金属膜が裏面に積層されている。このため、ウエーハの裏面から金属電極を露出するために上記特許文献1に開示された研磨方法によってウエーハの裏面を研磨すると、研磨パッドによる研磨圧力が高いためウエーハの裏面に露出した金属電極に凹みが生じてデバイス同士を積層する際に上下の電極が接触不良を起こすという問題がある。
一方、研磨圧力を低減して研磨加工を行う電解研磨装置が下記特許文献2に開示されている。この電解研磨装置は、加工電極および研磨パッドが配設された研磨テーブルと、被加工物を保持する研磨ヘッドとを具備し、回転する研磨テーブルの研磨パッド上に電解液を供給しつつ研磨ヘッドに保持された被加工物を回転しながら研磨パッドに押圧することにより、被加工物を電解研磨する。
特開平8−99265号公報 特開2009−108405号公報
而して、上記特許文献2に開示された電解研磨装置は、研磨テーブルに研磨パッドを配設し、研磨ヘッドに被加工物を保持する構成であるため、被加工物を研磨ヘッドの下面に搬送して保持させるための搬送機構が複雑となるという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、被加工物を被加工物保持手段に搬送する搬送機構を複雑にすることなく電解研磨を実施することができる研磨装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持し回転可能に構成されたチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研磨する研磨手段とを具備し、該研磨手段は回転スピンドルと、該回転スピンドルの下端に設けられたホイールマウントと、該ホイールマウントの下面に着脱可能に装着された研磨ホイールとからなっている、研磨装置において、
該研磨ホイールは、該ホイールマウントの下面に上面が装着されるホイール基台と、該ホイール基台の下面に装着され複数の電解液流出穴を備えた研磨パッドとを具備し、該ホイール基台には該研磨パッドに設けられた複数の電解液流出穴と連通する複数の連通穴を備えたプラス電極板およびマイナス電極板が配設されているとともに、該複数の連通穴と連通する電解液導入通路が設けられており、
該ホイールマウントは、該ホイール基台に設けられた電解液導入通路と該回転スピンドルに設けられた電解液供給通路とを連通する連通路を備えており、
該プラス電極板とマイナス電極板との間に電圧を印可する電力供給手段を具備している、
ことを特徴とする研磨装置が提供される。
上記研磨ホイールのホイール基台には、上記プラス電極板およびマイナス電極板とそれぞれ接続され上面から突出するプラス電極端子およびマイナス電極端子が配設されており、上記ホイールマウントには、上記電力供給手段と接続されプラス電極端子およびマイナス電極端子とそれぞれ嵌合するプラス電極プラグおよびマイナス電極プラグが配設されている。
本発明による研磨装置は、上記のように回転スピンドルの下端に設けられたホイールマウントに研磨ホイールを装着し、この研磨ホイールに電解液を供給しつつチャックテーブル上に保持された被加工物を電解研磨するように構成したので、チャックテーブルへの被加工物の搬入および搬出が容易であり、チャックテーブルへの被加工物の搬入・搬出機構を比較的簡単な構成とすることができる。
本発明に従って構成された研磨装置の斜視図。 図1に示す研磨装置を構成するホイールマウントを下方から見た状態を示す斜視図。 図1に示す研磨装置を構成する研磨ホイールの斜視図。 図3に示す研磨ホイールを構成するホイール基台に装着された電極の配列状態を示す説明図。 図2に示すホイールマウントに図3に示す研磨ホイールが装着された状態を示す断面図。 図1に示す研磨装置によって被加工物を研磨している状態を示す説明図。
以下、本発明に従って構成された研磨装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図1には本発明に従って構成された研磨装置の斜視図が示されている。
研磨装置は、全体を番号2で示す装置ハウジングを具備している。装置ハウジング2は、細長く延在する直方体形状の主部21と、該主部21の後端部(図1において右上端)に設けられ上方に延びる直立壁22とを有している。直立壁22の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール221、221が設けられている。この一対の案内レール221、221に研磨手段としての研磨ユニット3が上下方向に移動可能に装着されている。
研磨ユニット3は、移動基台31と該移動基台31に装着されたスピンドルユニット32を具備している。移動基台31は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部311、311が設けられており、この一対の脚部311、311に上記一対の案内レール221、221と摺動可能に係合する被案内溝312、312が形成されている。このように直立壁22に設けられた一対の案内レール221、221に摺動可能に装着された移動基台31の前面には前方に突出した支持部313が設けられている。この支持部313にスピンドルユニット32が取り付けられる。
スピンドルユニット32は、支持部313に装着されたスピンドルハウジング321と、該スピンドルハウジング321に回転自在に配設された回転スピンドル322と、該回転スピンドル322を回転駆動するための回転駆動手段としてのサーボモータ323とを具備している。回転スピンドル322の下端部はスピンドルハウジング321の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状のホイールマウント4が設けられている。このホイールマウント4の下面に研磨ホイール5が着脱可能に装着される。ホイールマウント4および研磨ホイール5について、図2乃至図5を参照して説明する。
図2はホイールマウント4を下方から見た状態を示す斜視図、図3は研磨ホイール5の斜視図、図4は図3に示す研磨ホイール5を構成するホイール基台に装着された電極の配列状態を示す説明図、図5はホイールマウント4に研磨ホイール5が装着された状態を示す断面図である。
ホイールマウント4は、図2および図5に示すように円盤状に形成され、上記回転スピンドル322の下端に設けられている。このホイールマウント4には、図2に示すように周方向に間隔をおいて4個のボルト挿通穴41が設けられている。また、ホイールマウント4には、図5に示すように回転スピンドル322に設けられた電解液供給通路322aと連通し下面(装着面)に開口する連通路42が設けられている。この連通路42は、図2に示すように下面(装着面)に4個開口している。また、ホイールマウント4には、筒状の4個のプラス電極プラグ43と筒状の2個のマイナス電極プラグ44が配設されている。
研磨ホイール5は、図3に示すように円盤状に形成されたホイール基台51と、該ホイール基台51の下面に装着された研磨パッド52とからなっている。ホイール基台51には、ホイールマウント4に設けられた4個のボルト挿通孔41と対応する位置に周方向に間隔をおいて4個の雌ねじ穴511が設けられている。また、ホイール基台51には、図3および図5に示すように上記ホイールマウント4に設けられた連通路42と連通する電解液導入通路512が設けられている。この電解液導入通路512は、ホイール基台51の上面における上記ホイールマウント4に設けられた連通路42と対応する位置に開口して設けられている。ホイール基台51の下面には、図4および図5に示すように4個のプラス電極板53と4個のマイナス電極板54が装着されている。この4個のプラス電極板53および4個のマイナス電極板54は、上記ホイール基台51に設けられた電解液導入通路512と対応する位置に配設され、それぞれ電解液導入通路512と連通する複数の連通穴531および541を備えている。また、ホイール基台51には、図3に示すように上面から突出する4個のプラス電極端子55と2個のマイナス電極端子56が配設されている。この4個のプラス電極端子55は上記ホイールマウント4に配設された筒状の4個のプラス電極プラグ43と嵌合するように構成されており、2個のマイナス電極端子56は上記ホイールマウント4に配設された筒状の2個のマイナス電極プラグ44と嵌合するように構成されている。このように構成された4個のプラス電極端子55は4個のプラス電極板53と図示しない導線によってそれぞれ接続されており、2個のマイナス電極端子56は4個のマイナス電極板54の2個づつと図示しない導線によってそれぞれ接続されている。
上述したように構成されたホイール基台51の下面に装着された研磨パッド52はウレタンによって形成されている。この研磨パッド52には、図5に示すように上面に上記プラス電極板53に設けられた連通穴531およびマイナス電極板54に設けられた連通穴541と連通する複数の連通溝521と、該連通溝521と連通し下面に開口する複数の電解液流出穴522が設けられている。
ホイールマウント4と研磨ホイール5は以上のように構成されており、ホイールマウント4の下面(装着面)に研磨ホイール5のホイール基台51を位置付け、ホイール基台51に設けられた4個のプラス電極端子55をホイールマウント4に配設された筒状の4個のプラス電極プラグ43に嵌合するとともに、ホイール基台51に設けられた2個のマイナス電極端子56をホイールマウント4に配設された筒状の2個のマイナス電極プラグ44に嵌合する。そして、ホイールマウント4に設けられたボルト挿通孔41に締結ボルト55(図5参照)を挿通し、研磨ホイール5のホイール基台51に設けられた雌ねじ穴511に螺合することにより、図5に示すようにホイールマウント4の下面(装着面)に研磨ホイール5を装着することができる。
図5を参照して説明を続けると、図示の実施形態における研磨装置は、上記4個のプラス電極板53および4個のマイナス電極板54との間に電圧を印可する電力供給手段6を具備している。電力供給手段6は、4個の直流電源61a、61b、61c、61dを備えている。一方、上記回転スピンドル322の上端部外周面には5個のスリップリング62a、62b、62c、62d、62eが配設されており、このうち4個のスリップリング62a、62b、62c、62dが上記4個の直流電源61a、61b、61c、61dのプラス(+)側に接続され、1個のスリップリング62eが4個の直流電源61a、61b、61c、61dのマイナス(−)側に接続される。なお、上記4個のスリップリング62a、62b、62c、62dは上記ホイールマウント4に配設された筒状の4個のプラス電極プラグ43に図示しない導線によってそれぞれ接続されており、1個のスリップリング62eは上記ホイールマウント4に配設された筒状の2個のマイナス電極プラグ44に図示しない導線によって接続されている。従って、電力供給手段6が作動すると、直流電源61a、61b、61c、61dからスリップリング62a、62b、62c、62d、図示しない導線および4個のプラス電極プラグ43、4個のプラス電極端子55、図示しない導線を介して4個のプラス電極板53および4個のマイナス電極板54との間に電圧が印可される。
なお、上記回転スピンドル322設けられた電解液供給通路322aは、図1に示すように電解液供給手段9に連通されている。従って、電解液供給手段9が作動すると、例えばクエン酸と砥粒が含まれた電解液が電解液供給通路322a、ホイールマウント4に設けられた連通路42、ホイール基台51に設けられた電解液導入通路512、プラス電極板53に設けられた連通穴531およびマイナス電極板54に設けられた連通穴541を介して研磨パッド52に設けられた複数の連通溝521を通り複数の電解液流出穴522から流出される。
図1に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研磨装置は、上記研磨ユニット3を上記一対の案内レール221、221に沿って上下方向(後述するチャックテーブルの保持面と垂直な方向)に移動せしめる研磨送り手段7を備えている。この研磨送り手段7は、直立壁22の前側に配設され上下方向に延びる雄ねじロッド71を具備している。この雄ねじロッド71は、その上端部および下端部が直立壁22に取り付けられた軸受部材72および73によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材72には雄ねじロッド71を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ74が配設されており、このパルスモータ74の出力軸が雄ねじロッド71に伝動連結されている。移動基台31の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部(図示していない)も形成されており、この連結部には上下方向に延びる貫通雌ねじ穴が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド71が螺合せしめられている。従って、パルスモータ74が正転すると移動基台31即ち研磨ユニット3が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ74が逆転すると移動基台31即ち研磨ユニット3が上昇即ち後退せしめられる。
図1を参照して説明を続けると、ハウジング2の主部21にはチャックテーブル機構8が配設されている。チャックテーブル機構8は、被加工物保持手段としてのチャックテーブル81と、該チャックテーブル81の周囲を覆うカバー部材82と、該カバー部材82の前後に配設された蛇腹手段83および84を具備している。チャックテーブル81は、図示しない回転駆動機構によって回転せしめられるようになっており、その上面に被加工物であるウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。また、チャックテーブル81は、図示しないチャックテーブル移動手段によって図1に示す被加工物載置域24と上記研磨ユニット3を構成する研磨ホイール51と対向する研磨域25との間で移動せしめられる。蛇腹手段83および84はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段83の前端は主部21の前面壁に固定され、後端はカバー部材82の前端面に固定されている。また、蛇腹手段84の前端はカバー部材82の後端面に固定され、後端は装置ハウジング2の直立壁22の前面に固定されている。チャックテーブル81が矢印23aで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段83が伸張されて蛇腹手段84が収縮され、チャックテーブル81が矢印23bで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段83が収縮されて蛇腹手段84が伸張せしめられる。
図1に基づいて説明を続けると、装置ハウジング2の主部21における前半部上には、第1のカセット11と、第2のカセット12と、被加工物仮載置手段13と、洗浄手段14と、被加工物搬送手段15と、被加工物搬入手段16および被加工物搬出手段17が配設されている。第1のカセット11は研磨加工前の被加工物を収納し、装置ハウジング2の主部21におけるカセット搬入域に載置される。このカセット11には、半導体ウエーハWが表面に保護テープTが貼着された状態で複数枚収容される。このとき、半導体ウエーハWは、裏面(被研削面)を上側にして収容される。上記第2のカセット12は装置ハウジング2の主部21におけるカセット搬出域に載置され、研磨加工後の半導体ウエーハWを収納する。上記被加工物仮載置手段13は第1のカセット11と被加工物搬入・搬出域24との間に配設され、研磨加工前の半導体ウエーハWを仮載置する。上記洗浄手段14は被加工物搬入・搬出域24と第2のカセット12との間に配設され、研磨加工後の半導体ウエーハWを洗浄する。上記被加工物搬送手段15は第1のカセット11と第2のカセット12との間に配設され、第1のカセット11内に収納された半導体ウエーハWを被加工物仮載置手段13に搬出するとともに洗浄手段14で洗浄された半導体ウエーハWを第2のカセット12に搬送する。上記被加工物搬入手段16は被加工物仮載置手段13と被加工物搬入・搬出域24との間に配設され、被加工物仮載置手段13上に載置された研磨加工前の半導体ウエーハWを被加工物搬入・搬出域24に位置付けられたチャックテーブル機構8のチャックテーブル81上に搬送する。上記被加工物搬出手段17は被加工物搬入・搬出域24と洗浄手段14との間に配設され、被加工物搬入・搬出域24に位置付けられたチャックテーブル81上に載置されている研磨加工後の半導体ウエーハWを洗浄手段14に搬送する。
被加工物としての半導体ウエーハWを収容した第1のカセット11は、装置ハウジング2の主部21における所定のカセット搬入域に載置される。そして、カセット搬入域に載置された第1のカセット11に収容されていた研磨加工前の半導体ウエーハWが全て搬出されると、空のカセット11に代えて複数個の半導体ウエーハWを収容した新しいカセット11が手動でカセット搬入域に載置される。一方、装置ハウジング2の主部21における所定のカセット搬出域に載置された第2のカセット12に所定数の研磨加工後の半導体ウエーハWが搬入されると、第2のカセット12が手動で搬出され、新しい空の第2のカセット12が載置される。
次に、上述した研磨装置によって実施する研磨作業について、主に図1および図6を参照して説明する。
第1のカセット11に収容された研磨加工前の被加工物としての半導体ウエーハWは被加工物搬送手段15の上下動作および進退動作により搬送され、被加工物仮載置手段13に載置される。被加工物仮載置手段13に載置された半導体ウエーハWは、ここで中心合わせが行われた後に被加工物搬入手段16の旋回動作によって被加工物搬入・搬出域24に位置せしめられているチャックテーブル機構8のチャックテーブル81上に載置される。チャックテーブル81上に載置された被加工物としての半導体ウエーハWは、図示しない吸引手段によってチャックテーブル81上に吸引保持される。
チャックテーブル81上に半導体ウエーハWを吸引保持したならば、図示しないチャックテーブル移動手段を作動してチャックテーブル81を矢印23aで示す方向に移動し、研磨域25に位置付ける。半導体ウエーハWを保持したチャックテーブル81が研磨域に位置付けたならば、研磨液供給手段9を作動するとともに、上記電力供給手段6を作動する。そして、図6に示すように半導体ウエーハWを保持したチャックテーブル81を矢印81aで示す方向に例えば70rpmで回転し、上記サーボモータ323を駆動して研磨ホイール5を矢印5aで示す方向に例えば50rpmで回転するとともに、上記研磨送り手段7のパルスモータ74を正転駆動して研磨ユニット3を下降即ち前進せしめ、研磨ホイール5の研磨パッド52をチャックテーブル81上の半導体ウエーハWの裏面(上面)に所定の荷重で押圧する。このように研磨液供給手段を作動すると上述したように電解液が電解液供給通路322a、ホイールマウント4に設けられた連通路42、ホイール基台51に設けられた電解液導入通路512、プラス電極板53に設けられた連通穴531およびマイナス電極板54に設けられた連通穴541を介して研磨パッド52に設けられた複数の連通溝521を通り複数の電解液流出穴522からチャックテーブル81に保持された半導体ウエーハWの裏面(上面)に流出される。一方、電力供給手段6が作動すると上述したように直流電源61a、61b、61c、61dからスリップリング62a、62b、62c、62d、図示しない導線および4個のプラス電極プラグ43、4個のプラス電極端子55、図示しない導線を介して4個のプラス電極板53および4個のマイナス電極板54との間に電圧が印可され、電解液を介してプラス電極板53とマイナス電極板54とが電気的に接続されて、チャックテーブル81に保持された半導体ウエーハWの裏面(上面)が電解研磨され、例えば半導体ウエーハWの裏面に積層された金属膜を除去することができる。このように半導体ウエーハWは電解研磨されるので、研磨ホイール5による押圧力を低減することができ、例えば半導体ウエーハWに金属電極が埋設されている場合に金属電極に凹みが生ずることがない。
上記のようにして、研磨作業が終了したら、研磨液供給手段9および電力供給手段6の作動を停止し、研磨送り手段7のパルスモータ74を逆転駆動してスピンドルユニット32を所定位置まで上昇させるとともに、研磨ホイール5の回転を停止し、更に、チャックテーブル81の回転を停止する。そして、チャックテーブル81を被加工物搬入・搬出域24(図1参照)に位置付ける。チャックテーブル81が被加工物搬入・搬出域24に位置付けられたならば、チャックテーブル81上の研磨加工された半導体ウエーハWの吸引保持が解除され、吸引保持が解除された半導体ウエーハWは被加工物搬出手段17により搬出されて洗浄手段14に搬送される。洗浄手段14に搬送された半導体ウエーハWは、ここで洗浄された後に被加工物搬送手段15よって第2のカセット12の所定位置に収納される。
以上のように図示の実施形態における研磨装置は、回転スピンドル322の下端に設けられたホイールマウント4に研磨ホイール5を装着し、この研磨ホイール5に電解液を供給しつつチャックテーブル81上に保持された被加工物を電解研磨するように構成したので、チャックテーブル81への被加工物の搬入および搬出が容易である。従って、上述した従来の電解研磨装置のように回転スピンドル側に装着された研磨ヘッドに被加工物を保持する構成のものと比較して、被加工物搬入手段16および被加工物搬出手段17を比較的簡単な構成とすることができる。
また、実施形態における研磨装置は、電力供給手段6の直流電源を4つに分割しているので、小型の直流電源を適宜調整して大型の電源に代えることができる。
2:装置ハウジング
3:研磨ユニット
31:移動基台
32:スピンドルユニット
321:スピンドルハウジング
322:回転スピンドル
323:サーボモータ
4:ホイールマウント
43:プラス電極プラグ
44:マイナス電極プラグ
5:研磨ホイール
51:ホイール基台
52:研磨パッド
53:プラス電極板
54:マイナス電極板
55:プラス電極端子
56:マイナス電極端子
6:電力供給手段
7:研磨ユニット送り機構
8:チャックテーブル機構
81:チャックテーブル
11:第1のカセット
12:第2のカセット
13:被加工物仮載置手段
14:洗浄手段
15:被加工物搬送手段
16:被加工物搬入手段
17:被加工物搬出手段

Claims (2)

  1. 被加工物を保持し回転可能に構成されたチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研磨する研磨手段とを具備し、該研磨手段は回転スピンドルと、該回転スピンドルの下端に設けられたホイールマウントと、該ホイールマウントの下面に着脱可能に装着された研磨ホイールとからなっている、研磨装置において、
    該研磨ホイールは、該ホイールマウントの下面に上面が装着されるホイール基台と、該ホイール基台の下面に装着され複数の電解液流出穴を備えた研磨パッドとを具備し、該ホイール基台には該研磨パッドに設けられた複数の電解液流出穴と連通する複数の連通穴を備えたプラス電極板およびマイナス電極板が配設されているとともに、該複数の連通穴と連通する電解液導入通路が設けられており、
    該ホイールマウントは、該ホイール基台に設けられた電解液導入通路と該回転スピンドルに設けられた電解液供給通路とを連通する連通路を備えており、
    該プラス電極板とマイナス電極板との間に電圧を印可する電力供給手段を具備している、
    ことを特徴とする研磨装置。
  2. 該研磨ホイールの該ホイール基台には、該プラス電極板および該マイナス電極板とそれぞれ接続され上面から突出するプラス電極端子およびマイナス電極端子が配設されており、該ホイールマウントには、該電力供給手段と接続され該プラス電極端子および該マイナス電極端子とそれぞれ嵌合するプラス電極プラグおよびマイナス電極プラグが配設されている、請求項1記載の研磨装置。
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