JP2018088490A - 研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】研磨パッドを所定の状態に保ち、ほぼ一定な研磨を実現できる研磨装置を提供すること。【解決手段】ウエーハWの径と同等以上の大きさを有する研磨パッド78bを用いてウエーハWを研磨する研磨装置であって、ウエーハWを回転可能に保持するチャックテーブル20と、少なくともウエーハWの中心を覆い、かつチャックテーブル20に保持されたウエーハWからはみ出すように研磨パッド78bを位置させてウエーハWを研磨する研磨ユニット30と、ウエーハW及び研磨パッド78bに研磨液を供給する研磨液供給源60と、チャックテーブル20を囲繞するように配設され、チャックテーブル20と共に回転し、ウエーハWの研磨中に該研磨パッド78bにおけるウエーハWからはみ出した領域90に当接して研磨パッド78bをドレッシングする環状のドレスユニット27とを備える。【選択図】図3
Description
本発明は、ウエーハを研磨する研磨装置に関する。
一般に、半導体デバイスの製造工程においては、略円板形状の基板(例えばシリコン基板)の表面に、格子状に配列された分割予定ラインによって複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。複数のデバイスが形成された半導体ウエーハ(以下、単にウエーハという)を分割予定ラインに沿って分割することにより、個々のデバイスチップが形成される。デバイスチップの小型化および軽量化への要望が高まり、ウエーハを個々の矩形領域に分割するのに先立って、ウエーハの裏面を研削して、ウエーハを所定の厚み(例えば100μm)以下に形成することが求められている。
従来、ウエーハに生じた研削歪みを除去するために、研磨液を供給しながらウエーハの裏面を、研磨パッドを用いて研磨するCMP(Chemical Mechanical Polishing;化学機械研磨)を施す技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、研磨パッドを用いてウエーハの研磨を続ける場合、時間経過と共に研磨パッドの砥粒が消耗するため、加工レートがウエーハ毎に異なる問題が想定される。このため、定期的(例えば、ウエーハを所定枚数(一枚)処理する度)に研磨パッドをドレッシング(目立て)する必要がある。しかし、研磨パッドをドレッシングするには、ドレッシングパッドを研磨パッドに所定時間押圧して行うため、このドレッシングの間はウエーハの加工ができず、生産性が落ちるという問題がある。また、一枚のウエーハの研磨処理においても、研磨パッドの状態により研磨レートが一定でないという問題も生じ得る。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、研磨パッドを所定の状態に保ち、ほぼ一定な研磨を実現できる研磨装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ウエーハの径と同等以上の大きさを有する研磨パッドを用いてウエーハを研磨する研磨装置であって、ウエーハを回転可能に保持するチャックテーブルと、少なくともウエーハの中心を覆い、かつ該チャックテーブルに保持されたウエーハからはみ出すように該研磨パッドを位置させてウエーハを研磨する研磨手段と、ウエーハ及び該研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給源と、該チャックテーブルを囲繞するように配設され、該チャックテーブルの回転と共に回転し、ウエーハの研磨中に該研磨パッドのウエーハからはみ出した非作用部分に当接して該研磨パッドをドレッシングする環状のドレス手段と、を備えるものである。
この構成によれば、チャックテーブルを囲繞するように配設され、該チャックテーブルの回転と共に回転し、ウエーハの研磨中に該研磨パッドのウエーハからはみ出した非作用部分に当接して該研磨パッドをドレッシングする環状のドレス手段を備えるため、ウエーハの研磨と並行して、研磨パッドのドレッシングを行うことができる。このため、研磨パッドを所定の状態に保つことができ、各ウエーハに、それぞれほぼ一定な研磨を施すことができる。また、ドレス手段は、チャックテーブルを囲繞するように配設され、該チャックテーブルの回転と共に回転するため、ドレス手段を駆動するための専用の動力源が不要となり、装置構成の簡素化を実現できる。
また、この構成において、該チャックテーブルの外周には該ドレス手段を位置決めして支持する支持部が形成された構成としてもよい。
本発明によれば、ウエーハの研磨と並行して、研磨パッドのドレッシングを行うことができるため、研磨パッドを所定の状態に保つことができ、各ウエーハに、それぞれほぼ一定な研磨を施すことができる。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
図1は、本実施形態に係る研磨装置の加工対象となるデバイスウエーハを示す斜視図である。本実施形態に係る研磨装置は、デバイスウエーハ(以下、ウエーハと記す)Wに研磨加工を施すものである。ウエーハWは、図1に示すように、シリコンを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハである。ウエーハWは、表面WSに格子状に形成された複数のストリート(分割予定ライン)Sによって区画された領域を備え、各領域にそれぞれデバイスDが形成されている。ウエーハWは、表面WSの裏側の裏面WRに研削加工が施されて、所定の厚み(例えば50μm)まで薄化された後に、研削歪みを除去するために研磨加工が施される。ウエーハWは、研磨加工がなされる板状部材であればよく、シリコン以外の材料(例えばガリウムヒ素など)の半導体基板でもよい。
図2は、本実施形態に係る研磨装置の一例を示す斜視図である。図3は、研磨装置が備える研磨ユニットとチャックテーブルの配置構成を示す模式図である。研磨装置10は、図2に示すように、装置本体としての基台11を備える。基台11には、所定の厚みに研削加工されたウエーハWを保持するチャックテーブル20と、このチャックテーブル20の上方に位置し、該チャックテーブル20上のウエーハWを研磨する研磨ユニット(研磨手段)30とを備える。
基台11の上面には、図2に示すように、ブロック状の支持構造54が立設されている。支持構造54には、研磨ユニット30を水平方向(ここでは、X軸方向)に移動させる水平移動ユニット56が設けられている。水平移動ユニット56は、支持構造54の後面に固定され水平方向(X軸方向)に平行な一対の水平ガイドレール58を備える。水平ガイドレール58には、水平移動テーブル57がスライド可能に設置されている。水平移動テーブル57の後面側には、ナット部(不図示)が設けられており、このナット部には、水平ガイドレール58と平行な水平ボールねじ(不図示)が螺合されている。
水平ボールねじの一端部には、パルスモータ59が連結されている。パルスモータ59で水平ボールねじを回転させることにより、水平移動テーブル57は水平ガイドレール58に沿って水平方向(X軸方向)に移動する。水平移動テーブル57には、研磨ユニット30を鉛直方向(Z軸方向)に移動させる鉛直移動ユニット64が設けられている。鉛直移動ユニット64は、水平移動テーブル57の後面に固定され鉛直方向(Z軸方向)に平行な一対の鉛直ガイドレール66を備える。鉛直ガイドレール66には、鉛直移動テーブル68がスライド可能に設置されている。鉛直移動テーブル68には、ナット部(不図示)が設けられており、このナット部には、鉛直ガイドレール66と平行な鉛直ボールねじ(不図示)が螺合されている。
鉛直ボールねじの一端部には、パルスモータ70が連結されている。パルスモータ70で鉛直ボールねじを回転させることにより、鉛直移動テーブル68は鉛直ガイドレール66に沿って鉛直方向(Z軸方向)に移動する。鉛直移動テーブル68には、ウエーハWの上面を研磨する研磨ユニット30が固定されている。研磨ユニット30のスピンドルハウジング72には、回転軸を構成するスピンドル74が収容されており、スピンドル74の下端部(先端部)には、円盤状のホイールマウント76が固定されている。ホイールマウント76の下面には、ホイールマウント76と略同径の研磨ホイール78が装着されている。研磨ホイール78は、ステンレス等の金属材料で形成されたホイール基台78aと、このホイール基台78aの下面に取り付けられる円盤状の研磨パッド78bとを備える。
研磨パッド78bは、例えばポリウレタンおよび不織布からなる基材中に砥粒を分散させ適宜の液状の結合剤で固定した固定砥粒型の研磨パッドを好適に用いることができる。研磨パッドの砥粒は、例えば、ウエーハWがシリコンウエーハの場合、モース硬度5以上の物質を主材料にした砥材が好ましく、固相反応微粒子であるシリカ(SiO2)粒子が用いられる。また、シリカ粒子に替えて、ダイヤモンドやアルミナ、セリア、CBN(立方晶窒化ホウ素)などの砥粒を含有させるようにしてもよい。
また、研磨ユニット30は、図3に示すように、スピンドル74、ホイールマウント76および研磨ホイール78を貫通する流体供給路79を備える。この流体供給路79は、チャックテーブル20に保持されたウエーハWの裏面WRに研磨液を供給する流路であり、この流体供給路79には電磁弁(不図示)を介して研磨液供給源60が接続されている。研磨液は、ウエーハWの裏面WRの研磨加工をする際に供給される液体であり、ウエーハWと化学反応を生じてCMPを実施することができる物質が含まれる。本実施形態では、ウエーハWがシリコンウエーハであるため、例えばアルカリ性の研磨液が使用される。
次に、チャックテーブル20について説明する。図4は、チャックテーブルとドレスユニットとを示す分解側断面図である。図5は、ドレスユニットの平面図である。図6は、研磨時におけるウエーハとドレスユニットと研磨パッドとの配置関係を示す図である。チャックテーブル20は、モータ等の回転駆動源(不図示)と連結されており、鉛直方向に延びる回転軸の周りに回転可能に構成されている。図3及び図4に示すように、チャックテーブル20の上面は、ウエーハWを吸引保持する保持面20aとなっており、この保持面20aは、チャックテーブル20の内部に形成された流路(不図示)を通じて吸引源(不図示)と接続されている。チャックテーブル20に搬送されたウエーハWは、保持面20aに作用する吸引源の負圧で表面WS側を吸引される。なお、本実施形態では、図示は省略したが、ウエーハWの表面WSには、表面WSに形成されたデバイスD(図1)を保護するために表面保護テープが貼着される。ウエーハWは、表面保護テープを介して保持面20aに保持され、裏面WRが露出する形態で研磨される。
チャックテーブル20は、図3に示すように、保持面20aを囲繞するように配設されるドレスユニット27を備えて構成される。チャックテーブル20は、保持面20aの周囲に、該保持面20aよりも高さ位置が低く形成された支持部21を有し、この支持部21にドレスユニット27が着脱自在に支持される。ドレスユニット27は、図5に示すように、中央部に開口27aを有する円環状に形成されており、図3に示すように、支持部21に配置された際に、保持面20aが開口27a内に位置する。
ドレスユニット27は、ステンレス等の金属材料で形成された円環状のドレス基台25と、このドレス基台25の上面に取り付けられる円環状のドレスパッド26とを備える。ドレス基台25には、図3に示すように、上記した支持部21に立設された係合ピン22が挿入される係合孔25aが形成される。この係合孔25aは、図5に示すように、ドレスユニット27の周方向に略等間隔に所定数(本実施形態では4つ)設けられている。支持部21に設けた係合ピン22が係合孔25aに挿入されることにより、ドレスユニット27は、支持部21に位置決めされた状態で固定され、チャックテーブル20と一体的に回転する。また、ドレスユニット27は、係合孔25aに係合ピン22を挿入した状態で支持部21に支持されるため、ドレスユニット27を支持部21に容易に着脱することができる。本実施形態では、支持部21に係合ピン22を立設し、ドレスユニット27のドレス基台25に係合孔25aを設けたが、支持部21に係合孔を設け、ドレス基台25に係合ピンを設けた構成としてもよい。
ドレスパッド26は、円環状のドレス基台25の上面にダイヤモンド等の粒子を接着させて形成されたものである。ウエーハWの裏面WRを研磨している際に、ドレスパッド26を研磨パッド78bにおけるウエーハWから径方向にはみ出した領域90に当接(押圧)させ、研磨パッド78bの表面を削ることによってパッド表面の粗さを調節し、研磨パッド78bの研磨能力を適正な値とする(ドレッシングという)。このため、ドレスユニット27の高さ管理は重要であり、本実施形態では、ドレスユニット27の高さH1は、支持部21の底面から保持面20aまでの高さH2とウエーハWの厚みdとの和と同一(H1=H2+d)となるように調整されている。
また、本実施形態では、研磨パッド78bは、図3に示すように、ウエーハWと同等以上の大径(例えば、ウエーハW;300mm、研磨パッド;400mm)に形成され、研磨ユニット30は、チャックテーブル20に対して偏心して配置される。具体的には、図3及び図6に示すように、研磨パッド78bは、少なくともウエーハWの中心を覆い、かつウエーハWから径方向にはみ出す領域(非作用部分)90を有するように配置される。さらに、研磨パッド78bは、該研磨パッド78bの中心を挟んで上記した領域90とは反対側の外縁部78b1がドレスパッド26上に位置するように配置される。
このような配置構成において、流体供給路79を通じて、研磨パッド78bとウエーハWに研磨液を供給する。さらには、チャックテーブル20を矢印α方向に、例えば505rpmで回転させるとともに、研磨パッド78bを矢印α方向に、例えば500rpmで回転させながら、ウエーハWの裏面WRに研磨パッド78bを所定荷重(例えば25kPa)で押し付ける。すると、研磨パッド78bにより、ウエーハWの裏面WRが研磨されるとともに、この研磨処理と並行して、ドレスパッド26が研磨パッド78bの全域に順次当接する。これにより、研磨パッド78bの表面がドレスパッド26によって削られ、研磨パッド78bの表面の粗さが調整され、研磨パッド78bの研磨能力が適正な値となる。
従って、本実施形態によれば、ウエーハWの裏面WRの研磨処理と並行して、研磨パッド78bのドレッシングを行うことができる。このため、研磨レート(単位時間あたりの研磨量)をほぼ均一に保つことができ、複数のウエーハWに対して、ほぼ一定な研磨処理を施すことができる。また、1枚のウエーハWを研磨する際の研磨レートがウエーハW面内で部分的に偏ることを抑制することができる。また、定期的(例えば、所定枚数加工後)に、研磨パッド78bをドレッシングする頻度を低減できるため、ウエーハWの研磨効率を向上し、ひいては、ウエーハ加工の生産性を向上させることができる。また、ドレスユニット27は、チャックテーブル20の保持面20aを囲繞するように配設され、チャックテーブル20と共に回転するため、ドレスユニット27を駆動するための専用の動力源が不要となり、装置構成の簡素化を実現できる。
次に、別の実施形態について説明する。図7は、別の実施形態に係る研磨装置が備える研磨ユニットとチャックテーブルの配置構成を示す模式図であり、図8は、チャックテーブルの平面図である。上述のように、チャックテーブル20の保持面20aを囲繞するようにドレスユニット27を配設した構成では、ドレスユニット27の高さ管理は重要である。上記した実施形態では、ドレスユニット27の高さH1を、支持部21の底面から保持面20aまでの高さH2とウエーハWの厚みdとの和と同一(H1=H2+d)としている。一方で、ドレスユニット27のドレスパッド26は、研磨パッド78bのドレッシングによって摩耗するおそれがある。このため、この別の実地形態では、ドレスユニット27の高さ位置を調整可能とする構成を更に備えている。
図7に示すように、研磨装置10Aは、研磨ユニット30とチャックテーブル120とを備える。研磨ユニット30については、上記した実施形態と同一の構成であるため、同一の符号を付して説明を省略する。チャックテーブル120は、図7に示すように、ウエーハWを吸引保持する保持面120aと、この保持面120aを囲繞するように配設されるドレスユニット27を支持する支持部121とを備える。また、チャックテーブル120は、支持部121の下方に、部分的に縮径した縮径部123を有し、この縮径部123には、エアシリンダ124(付勢手段、高さ位置調整手段)が配置されている。このエアシリンダ124は、鉛直方向(Z方向)に伸縮するロッド125を有し、このロッド125は、貫通孔126を通じて、支持部121内に延びている。本実施形態では、チャックテーブル120は、図8に示すように、支持部121の周方向に略等間隔に所定数(本実施形態では4つ)の貫通孔126を備え、これら各貫通孔126に対応してエアシリンダ124が配置されている。また、各貫通孔126の間には、支持部121に立設し、ドレス基台25の係合孔(不図示)が挿入される係合ピン122が配置されている。ロッド125の先端部は、ドレスユニット27のドレス基台25の下面に当接しており、該ロッド125の伸縮に応じて、ドレスユニット27を上下動させる。
この構成によれば、エアシリンダ124の動作により、ドレスユニット27を上下動できるため、ドレスユニット27のドレスパッド26を、ウエーハWの裏面WRと同一の高さ位置に調整することができる。このため、ドレスパッド26の摩耗の有無に関わらず、ドレスユニット27の高さ管理を容易に行うことができる。また、エアシリンダ124により、ドレスパッド26を研磨パッド78bに所定の押圧力で付勢することができるため、一定のドレッシングを実現することができる。
次に、また、別の実施形態について説明する。図9は、別の実施形態に係る研磨装置が備える研磨ユニットとチャックテーブルの配置構成を示す模式図である。図7の構成では、ドレスユニット27のドレスパッド26の高さ管理のために、エアシリンダ124を設けた構成としたが、本構成では、ドレスパッド26の高さ管理を簡易な構成で行っている。研磨装置10Bは、研磨ユニット30とチャックテーブル20とを備える。研磨ユニット30、チャックテーブル20については、上記した実施形態と同一の構成であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、支持部21とドレスユニット27との間に、ドレスユニット27の高さ調整を行うための環状スペーサ28(高さ位置調整手段)が配置されている。この環状スペーサ28は、異なる厚みの複数のスペーサからなる。このため、一または複数のスペーサを組み合わせることで、適正な高さの環状スペーサ28を配置することができ、ドレスユニット27のドレスパッド26の高さ管理を容易に行うことができる。この環状スペーサ28には、係合ピン22の位置に対応する貫通孔28aが形成され、支持部21に容易に配置することができる。また、環状スペーサ28に、鉛直方向(Z方向)に伸縮する部材(例えば、ばね)を組み付けることにより、ドレスユニット27を研磨パッド78bに押圧するように付勢することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態では、研磨装置として、チャックテーブルと研磨ユニットとを備えた構成としたが、研磨処理の前に、ウエーハの研削を行う研削ユニットを設けても良い。
また、本実施形態では、研磨パッド78bとして、ウレタンおよび不織布中に砥粒を固定させた固定砥粒研磨パッドを例示したが、研磨液に砥粒を分散させた状態で供給し、砥粒を固定させていない研磨パッドを用いてCMPを行ってもよい。
10、10A、10B 研磨装置
20、120 チャックテーブル
20a、120a 保持面
21、121 支持部
22、122 係合ピン
25 ドレス基台
25a 係合孔
26 ドレスパッド
27 ドレスユニット(ドレス手段)
28 環状スペーサ
30 研磨ユニット(研磨手段)
60 研磨液供給源
78 研磨ホイール
78a ホイール基台
78b 研磨パッド
78b1 外縁部
79 流体供給路
90 ウエーハから径方向にはみ出す領域(非作用部分)
123 縮径部
124 エアシリンダ
W ウエーハ
WR 裏面
20、120 チャックテーブル
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26 ドレスパッド
27 ドレスユニット(ドレス手段)
28 環状スペーサ
30 研磨ユニット(研磨手段)
60 研磨液供給源
78 研磨ホイール
78a ホイール基台
78b 研磨パッド
78b1 外縁部
79 流体供給路
90 ウエーハから径方向にはみ出す領域(非作用部分)
123 縮径部
124 エアシリンダ
W ウエーハ
WR 裏面
Claims (2)
- ウエーハの径と同等以上の大きさを有する研磨パッドを用いてウエーハを研磨する研磨装置であって、
ウエーハを回転可能に保持するチャックテーブルと、
少なくともウエーハの中心を覆い、かつ該チャックテーブルに保持されたウエーハからはみ出すように該研磨パッドを位置させてウエーハを研磨する研磨手段と、
ウエーハ及び該研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給源と、
該チャックテーブルを囲繞するように配設され、該チャックテーブルの回転と共に回転し、ウエーハの研磨中に該研磨パッドのウエーハからはみ出した非作用部分に当接して該研磨パッドをドレッシングする環状のドレス手段と、
を備える研磨装置。 - 該チャックテーブルの外周には該ドレス手段を位置決めして支持する支持部が形成されている請求項1に記載の研磨装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016231666A JP2018088490A (ja) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | 研磨装置 |
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CN115847276A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-03-28 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 一种用于双面抛光设备的销环和双面抛光机 |
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