JP4937700B2 - 乾式研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物である半導体ウェーハを乾式研磨する乾式研磨装置に係り、特に、半導体ウェーハを帯電させることなく研磨する技術に関する。

表面に複数の半導体デバイスを形成したウェーハは、バックグラインド工程などによって必要な厚みに仕上げられた後にダイシングテープに貼着され、ダイシング装置などによって個々のデバイスチップに分割されるのが一般的である。昨今の電子機器の軽薄短小化に対応するため、必要な厚みは１００μｍ以下となり、チップ化した後のチップとしての強度の維持が問題となっている。そこで、バックグラインドした後に加工面を研磨やエッチングすることで、バックグラインドによる機械的ダメージを除去する技術が用いられている。そのような技術として、たとえば特許文献１には、エッチング用の薬液やスラリーを使用することなく研磨可能な乾式研磨砥石を用いる技術が開示されている。

特開２０００−３４３４４０号公報

乾式研磨の場合は、研磨砥石と被加工物である半導体ウェーハを乾燥した状態を維持しながら擦り合わせることによって研磨加工するため、半導体ウェーハに静電気が帯電する。この帯電した静電気が何らかのタイミングで半導体ウェーハ表面に形成されたデバイスに通電すると、デバイスを破壊する恐れがある。

したがって、本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するためになされたもので、加工中のウェーハが帯電するのを防止することができる乾式研磨装置を提供することを目的としている。

本発明は、半導体ウェーハを乾式研磨するための乾式研磨装置であって、半導体ウェーハを回転可能に吸着保持する保持手段と、研磨砥石を回転可能に保持する研磨手段と、研磨手段を保持手段の保持面に対して垂直方向に接近離間可能とする送り手段と、保持手段と研磨手段を保持手段の保持面に平行な方向に相対的に接近離間させる移動手段とを具備し、研磨手段は、円盤状のフレームの片面に保持面に対向させられる研磨砥石が固着されてなり、該研磨砥石は、研磨砥粒を含み研磨面を形成する研磨部と、フレームに接触するとともに、該研磨面に表出するとともに研磨部と分けられた状態で円周方向に等間隔に配置された炭素または炭素繊維からなる導電性材料を含む除電部とを備え、半導体ウェーハに発生する静電気を、除電部を介してフレームに流して除電することを特徴としている。

本発明によれば、半導体ウェーハに発生する静電気は研磨手段の導電性材料を含む除電部からフレームを通って装置本体に流れ、そこから接地電流として放散される。したがって、本発明では、帯電した静電気がデバイスに通電することによって生じるデバイスの破壊等の発生を未然に防止することができる。

研磨砥石は、研磨砥粒および結合材からなる研磨部と、導電性材料および結合材からなる除電部とを分けて形成し、研磨部に除電部が円周方向に等間隔に配置して構成される。この場合、除電部が島状に散在したり、放射状に延在するように構成することができる。

本発明によれば、半導体ウェーハに発生する静電気は研磨手段の導電性材料を含む除電部を介して除電されるから、帯電した静電気がデバイスに通電することによって生じるデバイスの破壊等の発生を未然に防止することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る乾式研磨装置の一実施形態を説明する。
［１］半導体ウエーハ
図１の符号１は、一実施形態の乾式研磨装置によって裏面が研磨される円板状の半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称）を示している。このウエーハ１はシリコンウエーハ等であって、研削工程によって裏面が例えば６００〜７００μｍから１００μｍ以下の厚みに加工されたものである。ウエーハ１の表面には、格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ３が区画されており、これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。

ウエーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状のノッチ６が形成されている。ウエーハ１は、最終的には分割予定ライン２に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。ウエーハ１を裏面研削および乾式研磨する際には、電子回路を保護するなどの目的で、図１に示すように電子回路が形成された側の表面に保護テープ７が貼着される。保護テープ７は、例えば厚さ７０〜２００μｍ程度のポリオレフィン等の柔らかい樹脂製基材シートの片面に５〜２０μｍ程度の粘着剤を塗布した構成のものが用いられ、粘着剤をウエーハ１の裏面に合わせて貼り付けられる。

［２］研磨加工装置
図２は、一実施形態の乾式研磨装置を示している。この乾式研磨装置１０は、直方体状の基台１１を備えている。この基台１１の長手方向一端部には、基台１１の水平な上面に対して垂直に立設された壁部１２が一体に形成されている。図２では、基台１１の長手方向、幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。基台１１上は、長手方向のほぼ中間部分から壁部１２側がウェーハ１を加工する加工エリア１１Ａとされ、この反対側が、加工エリア１１Ａに加工前のウェーハ１を供給し、かつ、加工後のウェーハ１を回収する着脱エリア１１Ｂとされている。
以下、加工エリア１１Ａと着脱エリア１１Ｂについて説明する。

（ａ）加工エリアの機構
図２に示すように、加工エリア１１Ａには矩形状のピット１３が形成されている。このピット１３内には、テーブルベース（移動手段）１４を介して真空チャック式の円盤状のチャックテーブル（保持手段）１５がＹ方向に移動自在に設けられている。テーブルベース１４は、ピット１３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設けられており、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。また、チャックテーブル１５は、アルミナやシリコンカーバイトなどで構成され、ウェーハ１との電気的絶縁性が確保されて半導体チップ３への通電が防止されている。

テーブルベース１４の移動方向両端部には蛇腹状のカバー１６，１７の一端がそれぞれ取り付けられており、これらカバー１６，１７の他端は、壁部１２の内面と、壁部１２に対向するピット１３の内壁面に、それぞれ取り付けられている。これら、カバー１６，１７は、テーブルベース１４の移動路を覆い、その移動路に研磨屑等が落下することを防ぐもので、テーブルベース１４の移動に伴って伸縮する。チャックテーブル１５は、テーブルベース１４上に、ウェーハ１の保持面である上面が水平な状態とされ、かつ、Ｚ方向（鉛直方向）に沿った図示せぬ回転軸を中心にして回転自在に支持されている。チャックテーブル１５は、図示せぬ回転駆動機構によって時計方向または反時計方向に回転可能となっている。

チャックテーブル１５は、図２に示すようにテーブルベース１４ごと壁部１２側に移動して所定の研磨加工位置に位置付けられる。その研磨加工位置の上方には、研磨ユニット２０が配されている。この研磨ユニット２０は、基台１１の壁部１２に、移動板３２およびガイドレール３１を介して昇降自在に取り付けられ、モータ３０によって駆動する送り機構（送り手段）３３によって昇降させられる。

研磨ユニット２０は、図２および図３に示すように、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング２１と、このスピンドルハウジング２１内に、図示せぬエアーベアリング機構によって同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドルシャフト２２と、スピンドルハウジング２１の上端部に固定されてスピンドルシャフト２２を回転駆動するモータ２３と、スピンドルシャフト２２の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ２４と、フランジ２４の下面に固定された研磨工具（研磨手段）５０とを具備している。図２に示すように、研磨ユニット２０は、スピンドルハウジング２１がブロック３４を介して移動板３２に固定されている。

研磨工具５０は、図４にも示すように、外径がフランジ２４とほぼ同径の円盤状のフレーム５１の下面に、円盤状の研磨パッド（研磨砥石）５２が固着されたものである。フレーム５１の中央部には貫通孔５１ａが形成され、研磨パッド５２の中央部にも同形同大の貫通孔５２ａが形成されており、フレーム５１および研磨パッド５２はフランジ２４に対して同心状に配されている。研磨パッド５２は、不織布等からなる研磨用布中にアルミナや酸化セリウム等の研磨砥粒を含浸させて適宜の結合材によって結合することにより、円板状に成形されている。研磨パッド５２の殆どは、研磨に供される研磨部５２Ｐであり、この研磨部５２Ｐには、複数（この実施形態では４つ）の除電部５２Ｒが円周方向に等間隔に配置されている。

除電部５２Ｒは、研磨部５２Ｐを軸線方向に円形にくり抜いて埋設されている。除電部５２Ｒは、不織布等に炭素粉末を含浸させて結合材によって結合させたり、炭素繊維を結合材で固めたりすることで形成され、図４および図７に示すように、その一端面は研磨部５２Ｐと面一となり、他端面がフレーム５１に接触している。これにより、研磨パッド５２によりウェーハ１を乾式研磨すると、ウェーハ１とフレーム５１とが導通する。

上記のように構成された研磨パッド５２は、接着手段等によってフレーム５１に固着されている。研磨工具５０は、フレーム５１がフランジ２４にねじ止め等によって取り付けられることにより、研磨ユニット２０に着脱自在にセットされる。

（ｂ）着脱エリアの機構
図２に示すように、着脱エリア１１Ｂの中央には矩形状のピット１８が形成されており、このピット１８の底部には、上下移動する２節リンク式の移送ロボット６０が設置されている。そしてこの移送ロボット６０の周囲には、上から見た状態で反時計回りに、供給カセット６１、位置合わせ台６２、旋回アーム式の供給アーム６３、供給アーム６３と同じ構造の回収アーム６４、スピンナ式の洗浄装置６５、回収カセット６６が、それぞれ配置されている。

供給カセット６１、位置合わせ台６２および供給アーム６３はウェーハ１をチャックテーブル１５に供給する手段であり、回収アーム６４、洗浄装置６５および回収カセット６６は、研磨が終了したウェーハ１をチャックテーブル１５から回収する手段である。各カセット６１，６６は複数のウェーハ１を積層状態で収容するもので、基台１１上の所定位置にセットされる。

移送ロボット６０によって供給カセット６１内から１枚のウェーハ１が取り出されると、そのウェーハ１は被加工面を上に向けて位置合わせ台６２上に載置され、ここで一定の位置に決められる。次いでウェーハ１は、供給アーム６３によって位置合わせ台６２から吸着されて取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル１５上に被加工面を上に向けた状態に載置される。一方、研磨ユニット２０によって被加工面が研磨され、着脱位置に位置付けられたチャックテーブル１５上のウェーハ１は回収アーム６４によって吸着されて取り上げられ、洗浄装置６５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置６５で洗浄処理されたウェーハ１は、移送ロボット６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。

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１５に洗浄水および高圧エアーを噴射してチャックテーブル１５を洗浄するノズル６７が配されている。研磨ユニット２０によるウェーハ１の加工位置は、着脱位置よりも壁部１２側に所定距離移動した範囲とされ、チャックテーブル１５は、テーブルベース１４の移動によって、これら加工位置と着脱位置との間を行き来させられる。ノズル６７によるチャックテーブル１５の洗浄、および水の供給は、着脱位置において行われる。

［３］研磨動作
次に、乾式研磨装置１０を用いて薄板状のウェーハ１を乾式研磨する方法を説明する。まず、供給カセット６１内に、多数のウェーハ１を収容する。そのうちの１枚のウェーハ１が、移送ロボット６０によって位置合わせ台６２に移され、位置決めされる。続いて供給アーム６３によって、着脱位置で待機し、かつ真空運転されているチャックテーブル１５上に、研磨を施すべき被加工面を上に向けて露出させられたウェーハ１が載置される。ウェーハ１は、チャックテーブル１５の上面に吸着して保持される。チャックテーブル１５の吸着エリアは、ウェーハ１の形状に応じた形状に設定されることが望ましい。なお、この実施形態のチャックテーブル１５は真空チャック式であるが、被加工面を露出した状態でウェーハ１を保持できる形式であれば、チャック方式はいかなる形式であってもよい。

次に、テーブルベース１４が壁部１２方向に移動し、ウェーハ１が研磨ユニット２０の下方の研磨加工位置に送り込まれる。そして、チャックテーブル１５が回転してウェーハ１が回転させられ、このウェーハ１に、送り機構３３によって下降させた研磨ユニット２０を近付けるとともに、モータ２３のスピンドルシャフト２２を高速回転させて研磨工具５０の研磨パッド５２をウェーハ１の被加工面に押圧させ、研磨パッド５２によってウェーハ１の被加工面を乾式研磨する。

ウェーハ１すなわちチャックテーブル１５の回転数や回転方向、研磨工具５０の回転数や回転方向、ならびにウェーハ１に対する研磨パッド５２の荷重等の運転条件は、ウェーハ１の材質等によって任意に設定されるが、例えば、ウェーハ１と研磨パッド５２は互いに反対方向に回転し、ウェーハ１の回転数は１００〜３００ｒｐｍ、研磨パッド５２の回転数は１０００〜３０００ｒｐｍといった条件で研磨加工される。また、研磨パッド５２のウェーハ１に対する押圧力は５０〜５００Ｎに設定される。なお、押圧力の制御は、例えばチャックテーブル１５の下方に配した力センサ（例えば日本キスラー社製：薄型力センサ９１３５Ｂ等）によって逐一計測しながら行うことが可能である。

なお、図３では、研磨パッド５２はウェーハ１よりも大きく、ウェーハ１の全面を覆って研磨しているが、研磨パッド５２の大きさはウェーハ１より小さくてもよい。しかしながら、加工効率の観点からはできるだけ研磨パッド５２は大きいものの方が好ましい。

ウェーハ１の被加工面が所望の度合いに研磨加工されたら、研磨ユニット２０を上昇させて研磨パッド５２をウェーハ１から離すとともに、チャックテーブル１５の回転を停止させる。そして、テーブルベース１４を着脱位置に移動させるとともに、チャックテーブル１５の真空運転を停止させる。この後、ウェーハ１は、回収アーム６４によって洗浄装置６５内に移送されて水洗されてから水分が除去され、次いで、移送ロボット６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。また、ノズル６７から、供給・回収位置で停止しているチャックテーブル１５に向けて洗浄水と高圧エアーが噴射され、チャックテーブル１５が洗浄される。

［４］一実施形態の作用効果
上記のようにして、研磨パッド５２によってウェーハ１の被加工面を乾式研磨すると、両者の摩擦によって静電気が発生する。この場合において、図３に示すように、研磨パッドの除電部５２Ｒは、ウェーハ１に常に接触しているから、発生した静電気は除電部５２Ｒを介してフレーム５１に流れ、フレーム５１からスピンドルシャフト２２等を伝わって接地電流として放散される。ここで、スピンドルシャフト２２はスピンドルハウジング２１内にエアーベアリング機構によって浮上した状態で支持されているが、静電気は導通することができる。すなわち、エアーベアリング機構のスラストベアリングの表面には、焼付きを防止するためにカーボン板などが埋め込まれ、しかも、スラストベアリングのクリアランスは極めて僅かである。そして、導電性が良く隙間が極小であるため、静電気は容易に導通することができ、乾式研磨装置１０の各部を導通して放散される。したがって、帯電した静電気がウェーハ１の半導体チップ３に通電することによって生じる半導体チップ３の破壊等の発生を未然に防止することができる。

［５］変更例
除電部５２Ｒは、上記実施形態のものに限らず種々の変更が可能である。たとえば、図５に示すように、除電部５２Ｒを研磨パッド５２の中央部から放射状に延在するように構成することができる。また、除電部５２Ｒは、図４および図５に示すような塊状のものに限らず、図６に示すような面状体（平面視で線状）で構成することができる。図６に示す例では、円筒状の除電部５２Ｒと、これを横切って内周縁から外周縁まで延在する板状の除電部５２Ｒを備えている。また、除電部５２Ｒは、乾式研磨中にウェーハ１に必ずしも常時接触している必要はなく、間欠的にウェーハ１に接触するように配置されていても良い。

上記実施形態は、本発明の研磨砥石として研磨用布中にアルミナや酸化セリウム等の研磨砥粒を含浸させた研磨パッド５２が採用されているが、研磨砥石はこの例に限られない。例えば、ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）、ポリウレタン−ポリウレアゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム系の結合材中に、同様の砥粒を分散させた研磨砥石を用いることができる。

本発明の一実施形態に係る乾式研磨装置によって乾式研磨されるウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 本発明の一実施形態を好適に実施し得る乾式研磨装置の斜視図である。 乾式研磨装置が具備する研磨ユニットの一部断面側面図である。 研磨パッドを具備した研磨工具の斜視図である。 研磨工具の他の例を示す斜視図である。 研磨工具のさらに他の例を示す斜視図である。 研磨パッドを具備した研磨工具の側断面図である。

符号の説明

１…ウェーハ
１０…乾式研磨装置
１４…テーブルベース（移動手段）
１５…チャックテーブル（保持手段）
３３…送り機構（送り手段）
５０…研磨工具（研磨手段）
５２…研磨パッド（研磨砥石）
５２Ｐ…研磨部
５２Ｒ…除電部

Claims (1)

1. 半導体ウェーハを乾式研磨するための乾式研磨装置であって、
   前記半導体ウェーハを回転可能に吸着保持する保持手段と、
   研磨砥石を回転可能に保持する研磨手段と、
   前記研磨手段を前記保持手段の保持面に対して垂直方向に接近離間可能とする送り手段と、
   前記保持手段と前記研磨手段を前記保持手段の保持面に平行な方向に相対的に接近離間させる移動手段とを具備し、
   前記研磨手段は、円盤状のフレームの片面に前記保持面に対向させられる前記研磨砥石が固着されてなり、該研磨砥石は、研磨砥粒を含み研磨面を形成する研磨部と、前記フレームに接触するとともに、該研磨面に表出するとともに前記研磨部と分けられた状態で円周方向に等間隔に配置された炭素または炭素繊維からなる導電性材料を含む除電部とを備え、
   前記半導体ウェーハに発生する静電気を、前記除電部を介して前記フレームに流して除電することを特徴とする乾式研磨装置。

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