CN115139218A - 研磨装置 - Google Patents

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CN115139218A CN202210287807.2A CN202210287807A CN115139218A CN 115139218 A CN115139218 A CN 115139218A CN 202210287807 A CN202210287807 A CN 202210287807A CN 115139218 A CN115139218 A CN 115139218A
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Abstract

本发明提供研磨装置，其在抑制保持面的高度的均匀性降低的同时去除附着于保持面的外周部的浆料。该研磨装置具有：卡盘工作台，其具有能够对晶片进行吸引保持的保持面；旋转机构，其使卡盘工作台绕规定的旋转轴线旋转；研磨单元，其具有主轴，在主轴的下端部安装有用于对保持面所吸引保持的晶片进行研磨的研磨垫；浆料提供单元，其向研磨垫和保持面所吸引保持的晶片中的至少一方提供浆料；以及清洗单元，其对保持面进行清洗，清洗单元具有：清洗磨具，其用于与保持面接触而将附着于保持面的浆料去除；以及定位单元，其将清洗磨具定位于清洗磨具与保持面接触的清洗位置和清洗磨具远离保持面的退避位置，清洗磨具的硬度比保持面的硬度低。

Description

研磨装置
技术领域
本发明涉及对晶片进行研磨的研磨装置。
背景技术
在从硅等半导体制的晶片制造半导体器件的工序中，在将晶片的一个面加工成大致平坦时，广泛采用化学机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)(例如参照专利文献1)。
晶片的化学机械研磨通常使用研磨装置来进行。研磨装置具有圆板状的卡盘工作台，该卡盘工作台包含对晶片进行吸引保持的保持面。在卡盘工作台的下部设置有电动机等旋转驱动源，当使旋转驱动源进行动作时，卡盘工作台绕规定的旋转轴旋转。
在卡盘工作台的上方配置有研磨单元。研磨单元具有主轴。在主轴的下端部借助圆板状的安装座而安装有圆板状的研磨垫。在主轴中形成有浆料提供路，在安装座和研磨垫的各中央部按照与浆料提供路重叠的方式形成有贯通孔。
在对晶片进行研磨时，首先在利用卡盘工作台吸引保持着晶片的另一个面侧的状态下，使晶片的一个面向上方露出。并且，使卡盘工作台和主轴在规定的方向上旋转，并且一边向研磨垫提供浆料一边使研磨垫与晶片的一个面接触。提供至晶片的浆料通过离心力而到达保持面的外周部。
专利文献1：日本特开2011-206881号公报
浆料会附着于保持面的外周部，从而在保持面的外周部产生高度不均。由此，存在如下的问题：在对接下来的晶片进行研磨时，晶片的外周部的平坦度降低。
难以通过利用压缩空气进行了微粒化的清洗水所进行的清洗(所谓的二流体清洗)将附着于保持面的外周部的浆料去除。因此，考虑使用由氧化铝等形成的流平石料(leveling stone)将浆料去除。
但是，流平石料通常具有保持面的硬度以上的硬度，因此当使用流平石料时，不仅浆料被去除，而且保持面也被研磨。因此，存在保持面的高度的均匀性降低的问题。
发明内容
本发明是鉴于该问题点而完成的，其目的在于在抑制保持面的高度的均匀性降低的同时去除附着于保持面的外周部的浆料。
根据本发明的一个方式，提供研磨装置，其中，该研磨装置具有：卡盘工作台，其具有能够对晶片进行吸引保持的保持面；旋转机构，其使该卡盘工作台绕规定的旋转轴线旋转；研磨单元，其具有主轴，在该主轴的下端部安装有用于对该保持面所吸引保持的该晶片进行研磨的研磨垫；浆料提供单元，其向该研磨垫和该保持面所吸引保持的该晶片中的至少一方提供浆料；以及清洗单元，其对该保持面进行清洗，该清洗单元具有：清洗磨具，其用于与该保持面接触而将附着于该保持面的该浆料去除；以及定位单元，其将该清洗磨具定位于该清洗磨具与该保持面接触的清洗位置和该清洗磨具远离该保持面的退避位置，该清洗磨具的硬度比该保持面的硬度低。
优选该定位单元包含用于将该清洗磨具向该保持面按压的弹性部件。另外，优选该定位单元在该保持面的清洗时将该清洗磨具定位于该清洗位置而使该清洗磨具与该保持面的外周部的一部分接触。
优选该保持面由陶瓷形成，该清洗磨具的该硬度以维氏硬度表示为680HV以下。优选该清洗磨具是具有磨粒和固定该磨粒的结合材料的PVA磨具。优选该清洗磨具包含氧化铈制的该磨粒。
本发明的一个方式的研磨装置具有清洗单元。清洗单元具有：清洗磨具，其具有比保持面的硬度低的硬度；以及定位单元，其将清洗磨具定位于清洗位置和退避位置。若在使清洗磨具与保持面的外周部接触的状态下使卡盘工作台旋转，则能够利用清洗磨具去除附着于保持面的外周部的浆料。
并且，清洗磨具的硬度比保持面的硬度低，因此清洗磨具能够在几乎不研磨保持面本身的情况下去除浆料。因此，与利用流平石料等研磨工具对保持面进行研磨的情况相比，能够抑制保持面的高度的均匀性降低。
附图说明
图1是研磨装置的主要部分的立体图。
图2是清洗磨具支托的局部剖视侧视图。
图3是示出使清洗磨具与保持面接触的状态的图。
图4的(A)是示出在清洗工序中对保持面的外周部实施二流体清洗而研磨了多个晶片的情况下的晶片的外周部的厚度的曲线图，图4的(B)是示出在清洗工序中使用清洗单元清洗保持面的外周部而研磨了多个晶片的情况下的晶片的外周部的厚度的曲线图。
标号说明
2：研磨装置；2a：移动块；2b：支承柱；4：卡盘工作台；4a：保持面；6：框体；6a：上表面；8：多孔质板；8a：上表面；10：旋转机构；10a：旋转台；10b：固定台；10c：从动齿轮；10d：电动机；10e：主动齿轮；10f：旋转轴线；11：晶片；11a：正面；11b：背面；13：保护带；12：研磨单元；14：主轴壳体；16：主轴；16a：流路；18：安装座；18a：贯通孔；20：研磨垫；20a：贯通孔；22：浆料提供单元；22a：浆料；24：保持部件；26：Z轴移动板；28：导轨；30：滚珠丝杠；32：脉冲电动机；34：Z轴移动单元；40：清洗单元；42：定位单元；44：导轨；46：Z轴移动板；48：滚珠丝杠；50：脉冲电动机；52：清洗磨具支托；54：清洗磨具；54a：下表面；56：托架；58：螺栓；60：上板；60a：贯通孔；60b：下表面；62：轴部；62a：头部；62b：支承部；62c：上表面；64：压缩螺旋弹簧；66：下板；68a：第1板部；68b：第2板部；70：螺栓；72：喷嘴。
具体实施方式
参照附图，对本发明的一个方式的实施方式进行说明。图1是研磨装置2的主要部分的立体图。另外，图1中分别示出的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直。例如Z轴方向是铅垂方向，X-Y平面是水平面。
本实施方式的研磨装置2是具有粗磨削装置和精磨削装置的一个加工装置(研磨/磨削装置)的一部分，但研磨装置2也可以是不进行磨削而进行研磨的加工装置。
研磨装置2具有圆板状的卡盘工作台4。卡盘工作台4具有由非多孔质的陶瓷形成的圆板状的框体6。本实施方式的框体6由非多孔质的氧化铝形成，具有维氏硬度(Vickershardness)1597HV。
在框体6上形成有圆板状的凹部(未图示)，在该凹部中固定有由多孔质的陶瓷形成的圆板状的多孔质板8。本实施方式的多孔质板8由多孔质的氧化铝形成，具有维氏硬度681HV。
本实施方式的多孔质板8的上表面8a具有中心部比外周部略微突出的凸形状。框体6的上表面6a与多孔质板8的上表面8a成为大致同一平面，构成保持面4a。另外，在研磨装置2是不进行磨削而进行研磨的加工装置的情况下，多孔质板8的上表面8a可以是大致平坦的。
在框体6中形成有规定的流路。在规定的流路的一端连接有喷射器等吸引源(未图示)，规定的流路的另一端在凹部中露出。利用吸引源产生的负压经由规定的流路而传递至多孔质板8的上表面8a上。
利用该负压，配置于保持面4a的晶片11被保持面4a吸引保持。晶片11例如由硅(Si)形成，但对晶片11的材料、形状、构造、大小等没有限制。
例如晶片11可以利用由氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等构成的硅以外的半导体材料等形成。在晶片11的正面11a上，为了降低对正面11a侧的损伤，粘贴有与晶片11大致相同直径的树脂制的保护带13。
在卡盘工作台4的下部固定有环状的旋转台10a。在旋转台10a的上部沿着旋转台10a的周向分别设置有气缸、丝杠式的可动轴等多个可动部件(未图示)。
多个可动部件分别支承卡盘工作台4，通过可动部件的伸缩而调整卡盘工作台4的倾斜。例如按照保持面4a的一部分与X-Y平面大致水平的方式调整卡盘工作台4的倾斜。与X-Y平面大致水平的保持面4a的一部分被后述的研磨垫20覆盖。
旋转台10a以能够旋转的方式支承于固定台10b。在旋转台10a的外周侧面上形成有从动齿轮10c，在该从动齿轮10c上啮合有与电动机10d连结的主动齿轮10e。
当使主动齿轮10e旋转时，卡盘工作台4绕规定的旋转轴线10f以10rpm至300rpm左右进行旋转。旋转台10a、固定台10b、从动齿轮10c、电动机10d、主动齿轮10e等构成使卡盘工作台4旋转的旋转机构10。
在卡盘工作台4的上方配置有研磨单元12。研磨单元12具有圆筒状的主轴壳体14。在主轴壳体14中以能够旋转的方式收纳有圆柱状的主轴16的一部分。
主轴16沿着Z轴方向配置，在主轴16的上端部设置有电动机等旋转驱动源(未图示)。主轴16的下端部突出到比主轴壳体14靠下方的位置。
在主轴16的下端部借助圆板状的安装座18而安装有圆板状的研磨垫20。研磨垫20包含圆板状的基部。在基部的一个面上固定有与晶片11接触的垫部。
本实施方式的垫部不具有固定磨粒，由规定的材料形成。规定的材料例如是发泡硬质聚氨酯等发泡硬质材料、在聚酯制的无纺布中浸渗聚氨酯而得的无纺布。
安装座18和研磨垫20为大致相同直径，按照贯通各圆的中心的方式形成有贯通孔18a、20a。在各贯通孔18a、20a上连接有形成于主轴16的浆料22a的流路16a。
浆料22a例如是包含氧化硅(silica、SiO2)制的磨粒的碱性水溶液，但磨粒的材料也可以是GC(绿碳)、金刚石、氧化铝(alumina、Al2O3)、氧化铈(ceria、CeO2)、cBN(cubicboron nitride、立方氮化硼)、碳化硅(SiC)。另外，也有时代替碱性水溶液而使用酸性水溶液。
浆料22a从浆料提供单元22经由流路16a而提供至贯通孔18a、20a。浆料提供单元22包含：贮存槽(未图示)，其贮存浆料22a；以及泵(未图示)，其用于从贮存槽向流路16a提供浆料22a。
在主轴壳体14的外周部固定有保持部件24。保持部件24固定于Z轴移动板26。Z轴移动板26以能够滑动的方式安装于与Z轴方向大致平行地配置的一对导轨28上。
在一对导轨28之间与Z轴方向大致平行地配置有滚珠丝杠30。滚珠丝杠30以能够旋转的方式与设置于Z轴移动板26的螺母部(未图示)连结。在滚珠丝杠30的上端部连结有脉冲电动机32。
若利用脉冲电动机32使滚珠丝杠30旋转，则Z轴移动板26沿着Z轴方向移动。保持部件24、Z轴移动板26、一对导轨28、滚珠丝杠30、脉冲电动机32等构成调整研磨单元12的高度位置的Z轴移动单元34。
Z轴移动单元34固定于能够通过滚珠丝杠式的X轴移动机构(未图示)在X轴方向上移动的移动块2a上。相对于移动块2a在X轴方向的一侧设置有固定于基台(未图示)的支承柱2b。
在支承柱2b上设置有用于清洗保持面4a的清洗单元40。清洗单元40配置于卡盘工作台4的上方。清洗单元40具有定位单元42。
定位单元42具有位置相对于支承柱2b固定的一对导轨44。在一对导轨44上以能够滑动的方式安装有Z轴移动板46。
在Z轴移动板46上设置有螺母部(未图示)。在该螺母部中以能够旋转的方式连结有在一对导轨44之间与Z轴方向大致平行地配置的滚珠丝杠48。
在滚珠丝杠48的上端部连结有脉冲电动机50。若利用脉冲电动机50使滚珠丝杠48旋转，则Z轴移动板46沿着Z轴方向移动。在Z轴移动板46的正面侧(Y轴方向的一侧)固定有清洗磨具支托52。
在清洗磨具支托52上固定有长方体状(例如纵24mm、横46mm、高28mm)的清洗磨具54，该清洗磨具54具有比保持面4a的硬度低的硬度。清洗磨具54例如具有以维氏硬度表示为680HV以下的硬度。
本实施方式的清洗磨具54是将PVA(polyvinyl alcohol：聚乙烯醇)用作结合材料并固定有氧化铈制的磨粒(表示磨粒的粒度的序号为#3000)的PVA磨具。PVA磨具由于在结合材料中连续地形成的气孔而具有弹性，例如具有34HV的维氏硬度。
不过，清洗磨具54并不仅限于PVA磨具。清洗磨具54只要维氏硬度为680HV以下，则也可以是通过硫化橡胶固定有氧化铈、氧化硅、氧化铝等磨粒而得的橡胶磨具。
若使用这样与保持面4a相比足够柔软的清洗磨具54接触保持面4a，则不会改变保持面4a的高度的均匀性而能够去除附着于保持面4a的外周部的浆料22a。
但是，虽然维氏硬度为680HV以下，家庭用的市售的聚氨酯海绵等海绵过于柔软而无法去除浆料22a。因此，清洗磨具54的维氏硬度可以为10HV以上，更优选为20HV以上，进一步优选为30HV以上。
另外，虽然维氏硬度为680HV以下，为了尽可能降低保持面4a的研磨量，清洗磨具54的维氏硬度可以为600HV以下，更优选为300HV以下，进一步优选为100HV以下。
这里，参照图2更详细地说明清洗磨具支托52的构造。图2是清洗磨具支托52的局部剖视侧视图。清洗磨具支托52具有侧视L型的托架56。
托架56具有通过螺栓58固定于Z轴移动板46的正面侧的第1直线部。在第1直线部的一端部以与第1直线部垂直的方式设置有第2直线部。在固定于Z轴移动板46的托架56中，在第2直线部的下表面上，通过螺栓(未图示)固定有上板60。
在上板60中形成有贯通孔60a，在该贯通孔60a中以能够滑动的方式插入有圆柱状的轴部62。在轴部62的上端部固定有圆板状的头部62a，该头部62a具有比贯通孔60a大的直径。
头部62a配置于比上板60靠上方的位置，因此轴部62支承于上板60。在轴部62的下端部附近固定有圆板状的支承部62b，该支承部62b具有比轴部62大的直径。
在支承部62b的上表面62c与上板60的下表面60b之间，在轴部62的外周部设置有金属制的压缩螺旋弹簧(弹性部件)64。在本实施方式中，使用压缩螺旋弹簧64，但只要能够发挥复原力，则可以使用其他方式的弹簧、橡胶等。
在支承部62b的下表面上固定有下板66。在下板66的Y轴方向的一侧固定有第1板部68a的上端部。另外，相对于第1板部68a在Y轴方向的另一侧借助多个螺栓70而固定有第2板部68b。
第1板部68a和第2板部68b在Y轴方向上夹持上述清洗磨具54。清洗磨具54以上部与下板66的下表面接触而下部突出到比第1板部68a和第2板部68b靠下方的位置的方式被下板66、第1板部68a和第2板部68b固定。
清洗磨具54的X-Y平面方向的位置与保持面4a的外周部的一个部位对应。利用定位单元42使清洗磨具54沿着Z轴方向移动，由此将清洗磨具54定位于与保持面4a接触的清洗位置(参照图3)和远离保持面4a的退避位置(参照图1)。
另外，如图1所示，在清洗磨具支托52的下部设置有向清洗磨具54与保持面4a的接触区域提供纯水等清洗水的喷嘴72。在喷嘴72上经由规定的流路而连接有具有容器、泵等的清洗水提供单元(未图示)。
包含喷嘴72的清洗单元40的动作通过控制单元(未图示)进行控制。控制单元还控制旋转机构10、设置于主轴壳体14的旋转驱动源、浆料提供单元22、Z轴移动单元34等的动作。
控制单元例如由计算机构成，该控制单元包含：以CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)为代表的处理器(处理装置)；DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器)等主存储装置；以及闪存等辅助存储装置。
在辅助存储装置中存储有包含规定的程序的软件。按照该软件使处理装置等进行动作，由此实现控制单元的功能。接着，参照图2和图3，对晶片11的研磨、附着于保持面4a的外周部的浆料22a的去除等进行说明。
首先，在利用移动块2a使研磨单元12从保持面4a的正上方退避并且使清洗磨具54移动至退避位置的状态下，通过未图示的搬送单元，按照晶片11的背面11b向上方露出的方式将晶片11搬入至保持面4a(搬入工序)。
在搬送工序之后，利用保持面4a对晶片11的正面11a侧进行吸引保持(保持工序)。在保持工序之后，按照研磨单元12的一部分覆盖保持面4a的方式利用移动块2a使研磨单元12移动。
然后，一边使卡盘工作台4和研磨垫20在规定的方向上旋转并且使研磨单元12以规定的研磨进给速度下降，一边从浆料提供单元22向晶片11和研磨垫20中的至少一方提供浆料22a。
这样，一边利用规定的按压力按压晶片11一边利用研磨垫20对背面11b进行研磨(研磨工序)。通过研磨工序而薄化至规定的厚度的晶片11通过未图示的搬送单元从保持面4a搬出(搬出工序)。
在搬出工序之后，在研磨工序中提供的浆料22a因离心力等而移动，由此在保持面4a的外周部附着浆料22a(参照图3)。浆料22a主要附着于未被晶片11覆盖的框体6的上表面6a上，但有时由于在多孔质板8的上表面8a上产生的负压等也附着于上表面8a的外周部。
在本实施方式中，使用清洗单元40将附着于保持面4a的外周部的浆料22a去除(清洗工序)。在清洗时，一边从喷嘴72向保持面4a的外周部以规定的流量(例如2(l/min))提供清洗水一边使卡盘工作台4以规定的速度旋转。
接着，利用定位单元42使清洗磨具54下降，使清洗磨具54移动至清洗位置。这样，清洗磨具54的下表面54a与框体6的上表面6a的一部分和多孔质板8的上表面8a的一部分接触(参照图3)。图3是示出使清洗磨具54与保持面4a接触的状态的图。
此时，按照清洗磨具54的下表面54a(参照图2)比保持面4a低例如6mm的方式调整清洗磨具支托52的Z轴方向的位置。这样，通过来自压缩螺旋弹簧64的复原力，将清洗磨具54以一定的压力向保持面4a按压。
在清洗工序中，利用清洗磨具54刮掉浆料22a，并且利用通过离心力而流向保持面4a的径向外侧的清洗水使刮掉的浆料22a向保持面4a外落下。这样，能够将附着于保持面4a的外周部的浆料22a大致全部去除。
在本实施方式中，清洗磨具54的硬度比保持面4a的硬度低，因此清洗磨具54不会改变保持面4a的高度的均匀性但能够去除浆料22a。因此，与利用流平石料等研磨工具对保持面4a进行研磨的情况相比，能够抑制保持面4a的高度的均匀性降低。
在清洗工序之后，返回搬入工序，对第二张晶片11进行研磨。这样，交替地进行晶片11的研磨和保持面4a的清洗。接着，对利用研磨装置2一张一张地研磨了多个晶片11的情况的实验结果进行说明。
图4的(A)是示出在清洗工序中对保持面4a的外周部实施二流体清洗(即，通过利用压缩空气进行了微粒化的清洗水而清洗保持面4a)而研磨了多个晶片11的情况下的晶片11的外周部的厚度的曲线图。
与此相对，图4的(B)是示出在清洗工序中使用上述清洗单元40来清洗保持面4a的外周部而研磨多个晶片11的情况下的晶片11的外周部的厚度的曲线图。
在图4的(A)和图4的(B)中，横轴示出晶片11的半径方向的位置(mm)，纵轴示出晶片11的厚度(μm)。另外，白圈示出第1张晶片11，带点的圈示出第50张晶片11，黑圈示出第100张晶片11。
在图4的(A)所示的实验中，在研磨了第1张晶片11之后，对保持面4a的外周部施以二流体，接着研磨第2张晶片11。然后，对保持面4a的外周部实施二流体清洗，研磨第3张晶片11。这样，研磨100张晶片11。
另外，在图4的(B)所示的实验中，在研磨了第1张晶片11之后，利用清洗磨具54清洗保持面4a的外周部，接着在研磨了第2张晶片11之后，利用清洗磨具54清洗保持面4a的外周部。这样，研磨100张晶片11。
如图4的(A)所示，在对保持面4a的外周部施以二流体的情况下，附着于保持面4a的外周部的浆料22a未被充分去除。因此，由于残留的浆料22a，晶片11的外周部被顶起，由此晶片11的外周部的研磨量比中央部的研磨量多。
因此，晶片11的外周部比晶片11的中央部薄。特别是根据第100张晶片11可知，在晶片11的外周部，晶片11的平坦度劣化。
与此相对，如图4的(B)所示，在进行清洗工序的情况下，即使是第100张晶片11，晶片11的平坦度也未劣化。这样可知，通过使用清洗磨具54将附着于保持面4a的外周部的浆料22a去除，能够抑制保持面4a的高度的均匀性降低。
除此以外，上述实施方式的构造、方法等只要不脱离本发明的目的的范围，则可以适当地变更并实施。

Claims (6)

1.一种研磨装置，其特征在于，
该研磨装置具有：
卡盘工作台，其具有能够对晶片进行吸引保持的保持面；
旋转机构，其使该卡盘工作台绕规定的旋转轴线旋转；
研磨单元，其具有主轴，在该主轴的下端部安装有用于对该保持面所吸引保持的该晶片进行研磨的研磨垫；
浆料提供单元，其向该研磨垫和该保持面所吸引保持的该晶片中的至少一方提供浆料；以及
清洗单元，其对该保持面进行清洗，
该清洗单元具有：
清洗磨具，其用于与该保持面接触而将附着于该保持面的该浆料去除；以及
定位单元，其将该清洗磨具定位于该清洗磨具与该保持面接触的清洗位置和该清洗磨具远离该保持面的退避位置，
该清洗磨具的硬度比该保持面的硬度低。
2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
该定位单元包含用于将该清洗磨具向该保持面按压的弹性部件。
3.根据权利要求1或2所述的研磨装置，其特征在于，
该定位单元在该保持面的清洗时将该清洗磨具定位于该清洗位置而使该清洗磨具与该保持面的外周部的一部分接触。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的研磨装置，其特征在于，
该保持面由陶瓷形成，
该清洗磨具的该硬度以维氏硬度表示为680HV以下。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的研磨装置，其特征在于，
该清洗磨具是具有磨粒和固定该磨粒的结合材料的PVA磨具。
6.根据权利要求5所述的研磨装置，其特征在于，
该清洗磨具包含氧化铈制的该磨粒。
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