JP2014050957A

JP2014050957A - 基板研磨手段及び基板研磨装置並びに基板研磨システム

Info

Publication number: JP2014050957A
Application number: JP2013230757A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Nakamori; 光則中森; Noriomi Uchida; 範臣内田; Takehiko Orii; 武彦折居; Takanori Miyazaki; 高典宮▲崎▼; Nobuhiko Mori; 信彦毛利
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-03-20

Abstract

【課題】基板に撓みが生じていても基板を良好に研磨することができる基板研磨手段を提供すること。
【解決手段】本発明では、基板（５）を研磨するための基板研磨手段（１６）において、回動軸（３０）に研磨部材（３２）を弾性素材からなる変形可能な緩衝部材（３５）を介して連結することにした。また、前記研磨部材（３２）は、母材に基板（５）よりも硬質の粒を含ませて形成することにした。また、前記研磨部材（３２）は、ベース（５０）に多数のブラシ毛（５１）を植設したブラシ形状とすることにした。また、前記研磨部材（３２）は、基板（５）よりも硬質の素材からなり、基板（５）に接触する端縁部に丸みを形成することにした。さらに、前記研磨部材（３２）は、球状又はドーナツ形状とすることにした。
【選択図】図１１

Description

本発明は、基板を研磨するための基板研磨手段及び同基板研磨手段を有する基板研磨装置並びに基板研磨システムに関するものである。

従来より、半導体部品やフラットディスプレイなどを製造する場合には、半導体ウエハや液晶基板などの基板の裏面を基板保持手段で保持することで基板を水平に保持した状態で、基板の搬送や、基板の表面に対するエッチング処理、成膜処理や洗浄処理などの各種の処理を繰返し行うようにしている。

そのため、基板に対して各種の処理を行う際に、基板の裏面が基板保持手段に接触することによって、基板の裏面に凸部が形成されてしまうことがある。

この基板の裏面に形成された凸部は、従来のブラシを用いたパーティクル除去用のスクラバー装置を用いて基板の裏面を洗浄しても、基板の裏面を良好に平坦化することは困難である。

そこで、たとえば特許文献１に記載されているような装置を用いて、基板の裏面全面を均一に研磨することで、基板の裏面を平坦化することが考えられる。

特開平８−７１５１１号公報

ところが、上記従来の装置を用いて基板を研磨することにした場合には、基板に撓みが生じていると、基板に研磨されない部分が発生したり、基板に傷を付けたりするおそれがある。

そこで、本発明では、基板を研磨するための基板研磨手段において、回動軸に研磨部材を弾性素材からなる変形可能な緩衝部材を介して連結することにした。

また、前記研磨部材は、母材に基板よりも硬質の粒を含ませて形成することにした。

また、前記研磨部材は、ベースに多数のブラシ毛を植設したブラシ形状とすることにした。

また、前記研磨部材は、基板よりも硬質の素材からなり、基板に接触する端縁部に丸みを形成することにした。

また、前記研磨部材は、球状又はドーナツ形状とすることにした。

また、本発明では、基板研磨装置において、上記記載の基板研磨手段と、前記基板研磨手段を制御するための制御手段とを有することにした。

また、本発明では、基板研磨システムにおいて、上記記載の基板研磨手段と、前記基板研磨手段を制御するための制御手段と、前記基板研磨手段への前記基板の搬入及び搬出を行うための基板搬送手段とを有することにした。

そして、本発明では、基板に撓みが生じていても基板の研磨時に研磨部材が追従して基板を研磨することができるので、基板に研磨されない部分が発生したり、基板に傷を付けたりすることなく、基板を良好に研磨することができる。

基板裏面研磨システムを示す平面図。基板裏面研磨装置を示す平面図。同正面図。基板研磨手段を示す正面図。基板裏面研磨装置の動作を示す説明図。基板裏面研磨装置の動作を示す説明図。基板裏面研磨装置の動作を示す説明図。基板裏面研磨装置の動作を示す説明図。基板裏面研磨装置の動作を示す説明図。基板裏面研磨装置の動作を示す説明図。基板研磨手段の変形例を示す正面断面図。

以下に、本発明の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、基板裏面研磨システム１は、筺体２の前端部に基板搬入出台３を形成するとともに、基板搬入出台３の後部に基板処理室４を形成している。

基板搬入出台３は、基板５（ここでは、半導体ウエハ。）を複数枚（たとえば、25枚。）まとめて収容した複数個（ここでは、３個。）のキャリア６を上部に左右に並べて載置している。

そして、基板搬入出台３は、キャリア６と後部の基板処理室４との間で基板５の搬入及び搬出を行うようにしている。

基板処理室４は、中央部に基板搬送装置７を配置し、基板搬送装置７の左側部に基板反転装置８と２個の基板裏面研磨装置９とを前後に並べて配置するとともに、基板搬送装置７の右側部に３個の基板裏面研磨装置９を前後に並べて配置している。

そして、基板処理室４は、基板搬送装置７で基板搬入出台３の所定のキャリア６から１枚の基板５を表面を上側に向けた状態で受取り、その基板５を基板搬送装置７で基板反転装置８に受渡し、基板反転装置８で基板５の表裏を反転させ、再び基板搬送装置７で基板反転装置８から基板５を裏面を上側に向けた状態で受取り、その基板５を基板搬送装置７でいずれかの基板裏面研磨装置９に受渡し、基板裏面研磨装置９で基板５の裏面を研磨する。その後、基板処理室４は、基板搬送装置７で基板裏面研磨装置９から基板反転装置８に搬送して基板反転装置８で基板の表裏を反転させ、再び基板搬送装置７で基板反転装置８から基板５を表面を上側に向けた状態で受取り、その基板５を基板搬送装置７で基板搬入出台３の所定のキャリア６に受渡すようにしている。

基板搬送装置７は、前後に伸延する搬送室10の内部に基板５を１枚ずつ保持して搬送するための基板搬送手段11を収容している。

この基板搬送手段11は、前後に走行する走行台12に１枚の基板５を保持するアーム13を進退・昇降及び回転可能に取付けている。

そして、基板搬送装置７は、基板搬入出台３と基板反転装置８との間や基板反転装置８と基板裏面研磨装置９との間で基板搬送手段11を用いて基板５を１枚ずつ搬送するようにしている。

基板反転装置８は、基板搬送装置７から受取った基板５を表裏反転させた後に再び基板搬送装置７に受渡すように構成している。

基板裏面研磨装置９は、図２及び図３に示すように、ケーシング14の内部に、基板５を保持するための基板保持手段15と、基板５の裏面を研磨するための第１及び第２の基板研磨手段16,17と、基板５の裏面を洗浄するための基板洗浄手段18と、基板５の裏面に純水を供給するための純水供給手段19とを収容している。これらの基板保持手段15、第１及び第２の基板研磨手段16,17、基板洗浄手段18、純水供給手段19は、制御手段20に接続されており、制御手段20で駆動制御される。なお、制御手段20は、基板裏面研磨装置９だけでなく基板搬送装置７や基板反転装置８の制御も行うようにしている。

基板保持手段15は、ケーシング14の底部中央に駆動モーター21を取付け、駆動モーター21の駆動軸22に円板状のターンテーブル23を水平に取付け、ターンテーブル23の上面端縁部に基板５の外周端縁を保持可能な３個のチャッキング24を円周方向に間隔をあけて取付け、ターンテーブル23の外周外方を昇降可能なカップ25で被覆している。駆動モーター21（ターンテーブル23）の駆動やチャッキング24の駆動やカップ25の昇降は制御手段20で制御されている。

第１及び第２の基板研磨手段16,17は、ケーシング14の後部に左右に並べて配置しており、ケーシング14の底部左後方に上下に伸延する移動台26,27を左右に移動可能に取付け、各移動台26,27の上部に前後に伸延するアーム28,29を昇降可能に取付け、各アーム28,29の前端下部に上下に伸延する回動軸30,31を回動可能に取付け、各回動軸30,31の下端部に研磨部材32,33を取付けている。移動台26,27の移動やアーム28,29の昇降や回動軸30,31（研磨部材32,33）の回動は制御手段20で制御されている。

また、第１及び第２の基板研磨手段16,17は、ケーシング14の左側壁に研磨部材32,33の洗浄や保水を行うための研磨部材洗浄手段34を設けている。

ここで、第１の基板研磨手段16は、図４(a)に示すように、回動軸30の下端に円柱状のPVA素材等の弾性素材からなる変形可能な緩衝部材35を介して研磨部材32を取付けた構成としている。一方、第２の基板研磨手段17は、図４(b)に示すように、回動軸31の下端に第１の基板研磨手段16の研磨部材32と比較して軟質の円柱状のPVA素材等からなる研磨部材33を直接取付けた構成としている。

このように、第１の基板研磨手段16は、緩衝部材35を介して研磨部材32を取付けた構成とすることで、基板５に撓みが生じていても基板５の研磨時に研磨部材32が追従して基板５の上面を研磨することができるので、基板５の上面に研磨されない部分が発生したり、基板５の上面に傷を付けたりすることなく、基板５の上面を良好に研磨することができる。

この第１及び第２の基板研磨手段16,17は、図４に示す構成に限られず、他の構成としてもよい。たとえば、図１１(a)に示すように、研磨部材32(33)の中央部に連通孔36を形成するとともに、研磨部材32(33)の上昇時に連通孔36から流体（純水等の液体や不活性ガス等の気体など）を吐出するように構成してもよい。研磨部材32(33)を円柱形状とした場合、研磨後に研磨部材32(33)の下端面が基板５の上面に密着して研磨部材32(33)の上昇に伴って基板５も持ち上げられてしまうおそれがあるが、研磨部材32(33)の上昇時に連通孔36から流体（純水等の液体や不活性ガス等の気体など）を吐出することで、基板５から研磨部材32(33)を容易に引き離すことができる。

研磨部材32(33)は、被研磨部材である基板５よりも硬い素材の砥石やセラミック等で形成した場合に限られず、被研磨部材である基板５よりも硬い材質の粒を母材に含ませて形成したものを用いてもよい。たとえば基板５がシリコン素材からなる場合には、研磨部材32(33)は、母材であるナイロンにシリコンよりも硬い炭化ケイ素やアルミナやダイヤモンドなどの粒を含ませて形成することができる。粒の粒径は1mm以下程度とすることが好ましい。また、粒は母材に練り込んでもよく、接着してもよい。このように、研磨部材32(33)が基板５よりも硬質の粒を母材に含ませて形成した場合には、基板５よりも硬質な粒で基板５の上面を良好に研磨することができるとともに、基板５の上面に密着してしまうのを防止することができる。。

また、第１の基板研磨手段16は、図１１(b)に示すように、回動軸30の下端部に台座45を取付けるとともに、台座45の下面に緩衝部材35を介して研磨部材46を取付けた構成としてもよく、研磨部材46の基板５と接触する下端面の端縁部に丸みを形成してもよく、図１１(c)に示すように、研磨部材47を球状に形成したり、図１１(d)に示すように、研磨部材48をチューブ状の部材を円環状に配置したドーナツ形状に形成してもよい。また、研磨部材32は、可及的に直径を小さく形成するようにしてもよく、その場合には、複数の細い研磨部材で基板５を研磨するようにすることが好ましい。なお、これらの研磨部材47,48の中央部に流体を吐出するための連通孔を形成してもよい。

さらに、図１１(e)に示すように、研磨部材49は、ベース50に多数のブラシ毛51を植設したブラシ形状に形成してもよい。この場合、ブラシ毛51を母材に基板５よりも硬質な粒を含ませたもので形成することで可撓性を持たせ、基板５と接触するブラシ毛51の先端部が丸くなっていることが好ましい。

このように、研磨部材の下端縁に丸みを形成したり、球状としたり、ドーナツ形状としたり、直径を小さくしたり、ブラシ形状とすることで、基板５に撓みが生じていても基板５の研磨時に研磨部材が追従して基板５の上面を研磨することができるので、基板５の上面に研磨されない部分が発生したり、基板５の上面に傷を付けたりすることなく、基板５の上面を良好に研磨することができる。また、基板５の上面との接触面積が円柱状のものに比較して少なくなることから、基板５の上面に密着してしまうことも防止することができる。

また、上記基板裏面研磨装置９では、第１の基板研磨手段16の研磨部材32は、第２の基板研磨手段17の研磨部材33とは硬さや材質や構成などのいずれかが異なるものを用いているが、基板研磨手段としては、異なる２種類の第１及び第２の基板研磨手段16,17を用いた場合に限られず、３種類以上の基板研磨手段を用いた場合や１種類の基板研磨手段を１個設けた場合や１種類の基板研磨手段を複数個設けた場合であってもよい。

基板洗浄手段18は、ケーシング14の底部右後方に上下に伸延する移動台37を左右に移動可能に取付け、移動台37の上部に前後に伸延するアーム38を昇降可能に取付け、アーム38の前端下部に上下に伸延する回動軸39を回動可能に取付け、回動軸39の下端部に洗浄部材としてのブラシ40を取付けている。移動台37の移動やアーム38の昇降や回動軸39（ブラシ40）の回動は制御手段20で制御されている。なお、洗浄部材は、ブラシ40に限られず、スポンジや２流体ノズルなどであってもよい。

また、基板洗浄手段18は、ケーシング14の右側壁にブラシ40の洗浄や保水を行うためのブラシ洗浄手段41を設けている。

純水供給手段19は、ケーシング14の底部左前方に流調機構42を取付け、流調機構42にノズル43を連結しており、ノズル43の先端から基板５の上面中心部に向けて純水を供給するようにしている。

基板裏面研磨システム１は、以上に説明したように構成しており、制御手段20に設けた記録媒体44に記録された各種のプログラムに従って制御手段20で駆動制御され、基板５の処理を行うようにしている。ここで、記録媒体44は、各種の設定データや後述する基板裏面研磨プログラム等の各種のプログラムを格納しており、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリーや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスクなどのディスク状記憶媒体などの公知のもので構成され得る。

そして、基板裏面研磨装置９では、制御手段20に設けられた記録媒体44に記録された基板裏面研磨プログラムに従って以下に説明するように基板５の裏面を研磨するようにしている。

基板裏面研磨プログラムでは、まず、制御手段20で基板５の裏面研磨工程よりも前工程（上流側の工程）での処理に関する情報を入手する。

ここで、基板５の裏面研磨工程よりも前工程での処理に関する情報としては、基板５の裏面が保持された位置（すなわち、基板５の裏面に凸部が形成されると予測される位置）の情報や、実際に基板５の裏面を測定することで凸部が検出された位置や凸部のサイズ（高さや面積）の情報などがある。

また、基板５の前工程での処理に関する情報は、制御手段20に接続した入力装置45'で制御手段20に入力するようにしてもよく、基板５の前工程で使用した洗浄等の基板処理装置からオンラインで制御手段20に入力するようにしてもよい。

そして、基板裏面研磨プログラムは、制御手段20で入手した基板５の前工程での処理に関する情報に基づいて、実際に基板５の裏面を研磨する研磨範囲や研磨状態（基板５への基板研磨手段16,17の押圧力や移動速度や研磨部材32,33の回転速度や基板５の回転速度など）を決定し、決定した研磨範囲を研磨状態で基板５の裏面を研磨する。

このときに、基板裏面研磨プログラムは、基板５の前工程での情報に基づいて第１又は第２の基板研磨手段16,17のいずれか一方を選択して基板５の裏面を研磨するようにしてもよく、また、全ての基板研磨手段16,17を用いて基板５の裏面を研磨するようにしてもよく、さらには、第１の基板研磨手段16と第２の基板研磨手段17で研磨範囲や研磨状態を異ならせてもよい。なお、以下の説明では、第１及び第２の基板研磨手段16,17の両方を用いて基板５の裏面を研磨する場合について説明する。

基板裏面研磨プログラムでは、基板反転装置８で基板５の裏面（回路形成面とは反対面）を上側にした状態で基板搬送装置７によって基板保持手段15のターンテーブル23の上部に搬入された基板５をチャッキング24で水平に保持する。

次に、基板裏面研磨プログラムでは、図５に示すように、第２の基板研磨手段17を基板５の右側方の退避位置まで移動させるとともに、第１の基板研磨手段16を前工程での処理に関する情報に基づいて決定した研磨範囲の研磨開始位置まで移動させる。

次に、基板裏面研磨プログラムでは、図６に示すように、基板保持手段15のターンテーブル23を回転させて基板５を水平に保持したまま回転させ、純水供給手段19のノズル43から基板５の裏面に向けて純水を供給し、第１の基板研磨手段16の研磨部材32を回転させながら基板５の裏面に純水を介して密着させた状態で基板５の裏面の中心側から外周端縁側へ向けて必要な研磨範囲だけ移動させる。このときに、基板裏面研磨プログラムでは、前工程での処理に関する情報に基づいて決定した回転数及び押圧力で第１の基板研磨手段16を駆動させる。

このように、基板裏面研磨プログラムは、第１の基板研磨手段16で基板５の裏面全面を研磨するのではなく、基板５の前工程での情報に基づいて決定した基板５の裏面の所定の研磨範囲だけを所定の回転数及び押圧力で研磨するようにしている。

次に、基板裏面研磨プログラムでは、図７に示すように、第１の基板研磨手段16を基板５の左側方の初期位置まで移動させるとともに、第２の基板研磨手段17を前工程での処理に関する情報に基づいて決定した研磨範囲の研磨開始位置まで移動させる。

次に、基板裏面研磨プログラムでは、図８に示すように、基板保持手段15のターンテーブル23を回転させて基板５を水平に保持したまま回転させ、純水供給手段19のノズル43から基板５の裏面に向けて純水を供給し、第２の基板研磨手段17の研磨部材33を回転させながら基板５の裏面に純水を介して密着させた状態で基板５の裏面の中心側から外周端縁側へ向けて必要な研磨範囲だけ移動させる。このときに、基板裏面研磨プログラムでは、前工程での処理に関する情報に基づいて決定した回転数及び押圧力で第２の基板研磨手段17を駆動させる。

このように、基板裏面研磨プログラムは、第２の基板研磨手段17で基板５の裏面全面を研磨するのではなく、基板５の前工程での情報に基づいて決定した基板５の裏面の所定の研磨範囲だけを所定の回転数及び押圧力で研磨するようにしている。

次に、基板裏面研磨プログラムでは、図９に示すように、第２の基板研磨手段17を基板５の左側方の初期位置まで移動させるとともに、基板洗浄手段18を基板５の中心位置まで移動させる。

次に、基板裏面研磨プログラムでは、図10に示すように、基板保持手段15のターンテーブル23を回転させて基板５を水平に保持したまま回転させ、純水供給手段19のノズル43から基板５の裏面に向けて純水を供給し、基板洗浄手段18のブラシ40を回転させながら基板５の裏面に純水を介して密着させた状態で基板５の裏面の中心から外周端縁へ向けて移動させ、これにより、基板洗浄手段18で基板５の裏面全面を洗浄する。

その後、基板裏面研磨プログラムでは、基板搬送装置７によってターンテーブル23の上部から基板5を基板反転装置８へ搬出する。

以上に説明したようにして、基板裏面研磨プログラムでは、基板５の裏面を研磨している。

このように、上記基板裏面研磨装置９（基板裏面研磨システム１）では、基板５の前工程での処理に関する情報に応じて基板研磨手段16,17の駆動を制御して基板５の裏面を研磨することにしている。そのため、基板５の裏面を必要十分に研磨することができるので、基板５の裏面を研磨することによるスループットの低減を防止することができる。また、研磨部材32,33の寿命を長くすることができるので、研磨部材32,33の交換に要する労力や時間やコストを低減することができる。

特に、複数種類の基板研磨手段16,17を用いて、又は、複数種類の基板研磨手段16,17を選択的に用いて基板５の裏面を研磨するようにした場合には、基板５の裏面の凸部のサイズなどの基板５の状態に応じて基板５の裏面を良好に研磨することができる。

また、基板５の裏面の研磨範囲を裏面全面ではなく特定の範囲に限定した場合には、基板５の裏面の研磨に要する処理時間を短縮することができる。

さらに、基板５の裏面を研磨した後に基板５の裏面を基板洗浄手段18で洗浄するようにした場合には、基板５の裏面の研磨によって生じたパーティクル等を排除することができて基板５の表面に再付着してしまうのを防止することができる。

１基板裏面研磨システム２筺体
３基板搬入出台４基板処理室
５基板６キャリア
７基板搬送装置８基板反転装置
９基板裏面研磨装置 10 搬送室
11 基板搬送手段 12 走行台
13 アーム 14 ケーシング
15 基板保持手段 16 第１の基板研磨手段
17 第２の基板研磨手段 18 基板洗浄手段
19 純水供給手段 20 制御手段
21 駆動モーター 22 駆動軸
23 ターンテーブル 24 チャッキング
25 カップ 26,27 移動台
28,29 アーム 30,31 回動軸
32,33 研磨部材 34 研磨部材洗浄手段
35 緩衝部材 36 連通孔
37 移動台 38 アーム
39 回動軸 40 ブラシ
41 ブラシ洗浄手段 42 流調機構
43 ノズル 44 記録媒体
45 台座 46,47,48,49 研磨部材
50 ベース 51 ブラシ毛

Claims

基板を研磨するための基板研磨手段において、
回動軸に研磨部材を弾性素材からなる変形可能な緩衝部材を介して連結したことを特徴とする基板研磨手段。
前記研磨部材は、母材に基板よりも硬質の粒を含ませて形成したことを特徴とする請求項１に記載の基板研磨手段。
前記研磨部材は、ベースに多数のブラシ毛を植設したブラシ形状としたことを特徴とする請求項１に記載の基板研磨手段。
前記研磨部材は、基板よりも硬質の素材からなり、基板に接触する端縁部に丸みを形成したことを特徴とする請求項１に記載の基板研磨手段。
前記研磨部材は、球状又はドーナツ形状としたことを特徴とする請求項４に記載の基板研磨手段。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の基板研磨手段と、前記基板研磨手段を制御するための制御手段とを有する基板研磨装置。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の基板研磨手段と、前記基板研磨手段を制御するための制御手段と、前記基板研磨手段への前記基板の搬入及び搬出を行うための基板搬送手段とを有する基板研磨システム。