JP2007237363A - 基板表面加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハの研削装置においても、ウェハ表面に形成される水膜を良好に除去することにより、非接触式厚みセンサを使用して精度良くウェハの厚みを測定できるようにする。
【解決手段】第１、第２エアノズル１５、１７は、ウェハ５の回転中心を中心として形成される、測定点２３が属する円周上のウェハ５の回転方向上流側に配置され、構成が同一である。ライン状の複数個の小径の円形孔を持ち、エア供給装置から所定圧力で供給されるクリーンエアを、一方向に回転するウェハ５表面の上記円周を含む領域に向けて各円形孔から噴出する。第２エアノズル１７は上記各円形孔が、上記円周の接線方向に沿うように配置される。第１エアノズル１５はライン状の複数個の小径の円形孔が、上記円周の接線に対して直角でも平行でもない状態、例えば４５°前後の角度をなすように配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板表面加工装置に関し、特に半導体ウェハ（以下、「ウェハ」と略記する）表面を研削するための研削装置に好適な技術の改良に関する。

ウェハ表面の研削を高精度で実施するには、ウェハの厚みを測定しながら研削加工を行うことが必要不可欠である。従来、ウェハの厚みを測定するための手段として、接触式の厚みセンサが採用されている。

しかし、接触式厚みセンサでウェハの厚みを測定する場合、該センサをウェハ表面に接触させる必要があるので、例えばウェハの削り屑が、接触式厚みセンサの接触子とウェハ表面との間に挟まると、ウェハ表面にダメージ（傷）を与える虞がある。特に、ウェハの表面にＩＣ回路等を形成した後、該ウェハの裏面に、例えば該ウェハの厚みを５０μｍ程度に研削する作業を行う場合、接触子による傷に沿ってウェハが割れる可能性がある。更に、最近では、研削加工工程において、ウェハを非常に薄くなるまで研削したいという技術的要求が出てきており、それによって、接触式厚みセンサがウェハに与える傷がより大きな問題になってきている。

そこで、上記に鑑みて、例えば光学式センサ等の非接触式厚みセンサを採用してウェハ表面の研削加工を実施したいとの技術的要求が高まってきている。しかし、研削加工中に、ウェハ表面にかける洗浄／冷却水によってウェハ表面に形成される水膜が、上記非接触式厚みセンサによるセンシングの障害になるので、研削加工中に、センシングポイントから上記水膜を除去する必要があり、そのための技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−２２３１９２号公報

上述した特許文献１に係るウェハの研磨装置では、細長い１本のエアノズルからウェハ表面に向けてエアを噴射することにより、ウェハ表面に形成された水膜を除去するように構成されている。しかし、この水膜除去の技術は、あくまでウェハの研磨装置に係わるものであり、ウェハの研磨装置とは動作環境や技術的な条件が異なるウェハの研削装置に対し、上記水膜除去の技術をそのまま適用することはできない。

例えば、ウェハの研削装置では、ウェハ表面を研削するためのホイール砥石の回転速度が２０００〜３０００ＲＰＭ、ウェハを真空吸着したチャックテーブルの回転速度が２００〜３００ＲＰＭと比較的高速であるのに対し、ウェハの研磨装置では、ウェハ表面を研磨するためのポリッシャは回転しないが、ウェハを保持する研磨定盤の回転速度は６０〜１００ＲＰＭと比較的低速である。また、ウェハの研削装置では、ホイール砥石上のウェハから剥離した研削粉を洗浄したりホイール砥石を冷却したりするためにホイール砥石にかける水の量が、少なくとも３〜１５ｌ／ｍｉｎ必要であるのに対し、ウェハの研磨装置では、上記水の量は多くても２ｌ／ｍｉｎ程度であり、場合によっては１ｌ／ｍｉｎ未満で済むこともある。

本発明者が、上記特許文献１に開示されている１本のエアノズルをウェハの研削装置に転用して実験を行った結果、研削装置と研磨装置とで、上述したように駆動機構部分の回転速度、及び必要とする水量が違い過ぎるために、研削工程においてウェハ表面から水膜を除去することができなかった。

また、ウェハ表面の研削工程では、ウェハ表面に研削痕として細かい凹凸が形成され、親水性が良いために、凹部に上記水が溜まってしまい、この溜まった水の除去は、上述した１本のエアノズルからエアを噴射する程度では到底不可能である。

上記のような事情から、特許文献１に開示されている方法では、ウェハ表面の研削工程において、ウェハ表面に形成される水膜の除去は、実際には殆ど不可能である。

従って本発明の目的は、基板表面加工装置、即ち、ウェハの研削装置においても、ウェハ表面に形成される水膜を良好に除去することによって、非接触式厚みセンサを使用して精度良くウェハの厚みを測定できるようにすることにある。

本発明に従う基板表面加工装置は、基板（５）を回転自在に保持すると共に、上記基板（５）の表面に所定の加工を施すもので、上記基板（５）の表面を洗浄・冷却するための洗浄・冷却液を供給する洗浄・冷却液供給機構（９、１１）と、上記基板（５）に対し非接触で、加工中の上記基板（５）の厚みを測定する厚み測定手段（１３）と、上記厚み測定手段（１３）の設置位置より上記基板（５）の回転方向上流側に設置され、上記洗浄・冷却液供給機構（９、１１）からの上記洗浄・冷却液によって上記基板（５）の表面に形成される液膜（１９）を除去するための液膜除去機構（１７）と、を備え、上記液膜除去機構（１７）が、上記基板（５）の回転中心を中心とする円周であって、上記基板表面における上記厚み測定手段（１３）の測定点（２３）が属する円周の接線方向に沿ってライン状に気体を噴出す気体噴出孔を持つノズルである。

本発明に係る好適な実施形態では、上記液膜除去機構（１７）の設置位置より上記基板（５）の回転方向上流側に設置され、上記洗浄・冷却液供給機構（９、１１）からの上記洗浄・冷却液によって上記基板（５）の表面に形成される液膜（１９）の厚みを所定の厚みにまで薄化する液膜薄化機構（１５）、を更に備え、上記液膜薄化機構（１５）が、上記基板（５）の回転中心を中心とする円周であって、上記基板（５）表面における上記厚み測定手段（１３）の測定点（２３）が属する円周の接線と直角でも平行でもない角度をなす直線に沿ってライン状に気体を噴出す気体噴出孔を持つノズルである。

上記とは別の実施形態では、上記円周の接線と上記直線とのなす角度が略４５°若しくはその近傍値である。

また、上記とは別の実施形態では、上記液膜除去機構（１７）と上記液膜薄化機構（１５）とは、構成が同一のノズルである。

また、上記とは別の実施形態では、上記気体噴出孔が、ライン状に並設される複数の小径の円形孔である。

また、上記とは別の実施形態では、上記気体噴出孔が、ライン状に並設される複数の小径の矩形状を呈する孔である。

また、上記とは別の実施形態では、上記気体噴出孔が、スリット状を呈する１個の小径
の孔である。

更に、上記とは別の実施形態では、上記気体噴出孔が、上記基板（５）表面に対し、略垂直に設定されている。

本発明によれば、基板表面加工装置、即ち、ウェハの研削装置においても、ウェハ表面に形成される水膜を良好に除去することによって、非接触式厚みセンサを使用して精度良くウェハの厚みを測定できるようにすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るウェハの研削装置の、垂直方向から見たときの要部の構成を示す説明図、図２は、本発明の一実施形態に係るウェハの研削装置の、上方から見たときの要部の構成を示す説明図である。

上記研削装置は、図１に示すように、正／逆方向に回転自在で、且つ上／下方向に移動自在なスピンドル（図示しない）の下端に取付固定されるマウンタ１と、マウンタ１の底面に装着される研削ホイールと、研削ホイールの下端に突設される研削砥石（以下、研削ホイール及び研削砥石を「ホイール砥石３」と表記する）と、を備える。上記研削装置は、また、ホイール砥石３により研削加工されるウェハ５が真空吸着される、時計方向（／反時計方向）に回転自在なチャックテーブル７と、ウェハ５表面を洗浄／冷却するための水（研削水）を生成する研削水生成装置９（図２で示す）と、研削水生成装置９からの研削水を、ウェハ５表面に供給する研削水配管１１、をも備える。

上記研削装置は、更に、研削加工中のウェハ５の厚みを測定する非接触式厚みセンサ１３と、図２に記載するように、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転方向上流側に符号１５で示すエアノズル（以下、「第１エアノズル１５」と表記する）を、下流側、即ち、非接触式厚みセンサ１３の近傍位置に符号１７で示すエアノズル（以下、「第２エアノズル１７」と表記する）を、夫々備える。非接触式厚みセンサ１３、第１エアノズル１５、及び第２エアノズル１７は、研削装置におけるウェハ５の上方の、ホイール砥石３と衝突することがない領域に夫々配置されている（図１、及び図２参照）。

非接触式厚みセンサ１３には、例えばウェハ５表面にレーザ光を投下するレーザ光生成部と、ウェハ５表面において反射したレーザ光を受光するＣＣＤと、を備え、ＣＣＤによる上記反射したレーザ光の受光位置に応じてウェハ５の高さ寸法（厚み）を測定する方式のレーザセンサが採用される。上記レーザセンサは、パージボックス（図示しない）内に収納されている。このパージボックスにはクリーンエアが供給され、先端ノズルから該パージボックス内のエアが排出される。

また、上記レーザ光の上記パージボックスからの出口には、テーパ状に形成された孔を有するノズルが取付けられており、このノズルによって上記レーザ光のための光路を妨害しない範囲で、外部からの上記パージボックス内への研削屑の流入を防止している。そのため、パージボックスの周囲が、汚染された環境であったとしても、研削屑がパージボックス内に流入することを防止できるので、安定した計測を行える。なお、上記パージボックスは、本実施形態に係る研削装置におけるスペースの関係から、上記レーザ光の光路をミラーにより９０°曲げることで、高さ方向の寸法を小さく設定していると共に、剛性のあるアームにより研削装置本体に取付固定されている。

図２に示すように、第１エアノズル１５、及び第２エアノズル１７は、何れもウェハ５（チャックテーブル７）の回転中心を中心として形成される、測定点、即ち、非接触式厚みセンサ１３によるウェハ５の厚みのセンシングポイントが属する円周上であって、且つウェハ５（チャックテーブル７）の回転方向（本実施形態では時計方向）上流側に、ウェハ５表面から所定の間隔を置いて配置されている。本実施形態では、第１エアノズル１５、第２エアノズル１７には、構成が同一のものが用いられる。

即ち、第１エアノズル１５、第２エアノズル１７は、何れもライン状に並んでいる複数個の小径の円形孔（以下、「エア噴出し部」と表記することもある）を持ち、エアクリーナのような浄化機構（図示しない）を介してエア供給装置（図示しない）から所定圧力で供給されるクリーンエアを受ける。そして、該クリーンエアを、チャックテーブル７により一方向（時計方向）に回転するウェハ５表面上の上記円周を含む領域に向けて、上記各々の円形孔から噴出する。

第２エアノズル１７は、ライン状に並んでいる複数個の小径の円形孔が、上記円周の接線方向に沿うように配置される。一方、第１エアノズル１５は、ライン状に並んでいる複数個の小径の円形孔が、上記円周の接線に対して直角でも平行でもない状態で、即ち、上記円周の接線との間で９０°未満の角度、好ましくは４５°前後の角度をなすように配置される。なお、第１エアノズル１５、第２エアノズル１７に、上記構成のものに代えて、矩形状を呈する小さな複数個の孔がライン状に配列されたエア噴出し部を有するものや、ライン状にエアを噴出するよう、例えばスリット形状を呈する１つの孔が形成されたエア噴出し部を有するもの等を用いても差支えない。また、チャックテーブル７については、１台若しくは複数台がターンテーブル（図示しない）上に回転自在に軸支されているものとする。

図３は、研削水配管１１を通じて研削水生成装置９からウェハ５表面に供給される研削水によってウェハ５表面上に形成される水膜１９の平面形状と、第１エアノズル１５と、第２エアノズル１７と、非接触式厚みセンサ１３との配置関係を示す説明図である。

上述したように、第１エアノズル１５（のライン状に並んでいる複数個の小径の円形孔を持つエア噴出し部）の長手方向が、上記円周の接線に対して４５°前後の角度をなすように配置する理由、及び第２エアノズル１７（のエア噴出し部）の長手方向が、上記円周の接線方向に沿うように配置する理由は、以下のようである。即ち、ウェハ５がチャックテーブル７によって図３の太線矢印方向（即ち、時計方向）に回転している状態で、ホイール砥石３がウェハ５表面に接触する前などに、研削水配管１１を通じて研削水生成装置９から研削水がウェハ５表面に供給されると、その研削水がホイール砥石３に当らずにそのまま非接触式厚みセンサ１３方に流入することがある。

その結果として、ウェハ５表面に符号２１で示すような形状の水膜１９の領域（以下、単に「領域２１」と表記する）が形成される。領域２１のような形状を呈する水膜１９がウェハ５表面に形成されると、第２エアノズル１７だけで、非接触式厚みセンサ１３の測定点２３が属する上述した円周領域から、少なくとも非接触式厚みセンサ１３によるウェハ５の厚みの測定が可能になる程度にまで、水膜１９を除去し尽すことは困難な場合がある。また、研削加工工程において、例えばチャックテーブル７の回転数を変更したことにより、ウェハ５表面上に形成される水膜１９が波打つこともあるが、この波打った状態の水膜１９を、第２エアノズル１７だけで、非接触式厚みセンサ１３によるウェハ５の厚みの測定が可能になる程度にまで除去し尽すことは困難な場合がある。

そこで、本発明者等は上記に鑑みて、ウェハ５表面の上方空間における非接触式厚みセンサ１３の設置位置よりもウェハ５（チャックテーブル７）の回転方向上流側の位置に、構成が同一の２つの第１エアノズル１５、第２エアノズル１７を配置することを想到した。即ち、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転方向上流側に位置する第１エアノズル１５については、水膜１９の厚みを薄くする水膜薄化機構としての機能を持たせることとした。一方、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転方向下流側に位置する第２エアノズル１７については、水膜薄化機構としての第１エアノズル１５により薄くされた部分の水膜１９を除去する、本来の水膜除去機構としての機能を持たせることとした。

既に説明した内容から明らかなように、第１エアノズル１５については、図３に示すように、その（エア噴出し部の）長手方向が、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転中心を中心として形成される、非接触式厚みセンサ１３の測定点２３の属する円周の接線に対し、略４５°前後の角度を成すように配置されている。第１エアノズル１５（のエア噴出し部）の長手方向を、上記接線に対し角度を付けて配置した理由は、水膜除去機構としての第２エアノズル１７からのエアの噴出し幅よりも数倍の噴出し幅でエアを第１エアノズル１５から水膜１９に当てないと、第２エアノズル１７の配置位置に対応するウェハ５表面の部位における水膜１９の厚みを薄くすることができないからである。

上記水膜１９の厚みが一定値以上であると、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転によって生じる遠心力により、ウェハ５表面の中心側の水膜１９が測定点２３側へ移動することがある。そのため、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転に起因する遠心力によって、上記水膜１９の移動が生じない程度の厚みにまで、水膜１９の厚みを薄くする必要がある。本発明者等が実験を行った結果、第１エアノズル１５を、その（エア噴出し部の）長手方向が、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転中心を中心として形成される、非接触式厚みセンサ１３の測定点２３の属する円周の接線に対し、略４５°の角度、若しくは４５°前後の角度を成すように配置するのが水膜１９の薄化に最も効果的であることが確認された。

第１エアノズル１５を上記態様で配置することにより、第２エアノズル１７による水膜１９の除去が行われる前に、上記所定領域の水膜１９の厚みを所定値以下にまで薄化することが可能になる。そのため、第２エアノズル１７による、その後の水膜１９の除去が容易になるから、非接触式厚みセンサ１３によるウェハ５の厚みの測定が安定化する。

一方、第２エアノズル１７については、既に説明した内容から明らかなように、その（エア噴出し部の）長手方向が、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転中心を中心として形成される、非接触式厚みセンサ１３の測定点２３の属する円周の接線方向に沿うように配置されている。これは、第２エアノズル１７を上記のように配置することで、第２エアノズル１７のエア噴出し部（のライン状に並んでいる複数個の小径の円形孔）がウェハ５（チャックテーブル７）の回転方向に沿うようになるので、少量のエア噴出し量で、水膜１９の無い帯状の領域を形成することが可能になるからである。換言すれば、第２エアノズル１７のエア噴出し部が、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転方向に沿うように第２エアノズル７を配置することで、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転中心を中心として形成される、非接触式厚みセンサ１３の測定点２３の属する円周部分及びその近傍領域の水膜１９のみを、効率的に除去することが可能になるからである。

図４は、上述した第１エアノズル１５、第２エアノズル１７として用いられるエアノズルの正面若しくは背面から見た説明図、図５は、図４で示したエアノズルの側面から見た説明図である。

図４に示すように、第１エアノズル１５、第２エアノズル１７として用いられるエアノズルは、上述したように、ライン状に並んでいる複数個の小径の円形孔（若しくは、矩形状を呈する小さな複数個の孔）からウェハ５表面（上の上記円周を含む領域）に向けてエアを噴出するよう、構成されている。上記エアノズルは、また、図５に示すように、ウェハ５表面に対し、略垂直にエアが噴出されるよう、エア噴出角度が設定されている。第１、第２エアノズル（１５、１７）からのエア噴出角度を、ウェハ５表面に対して所謂寝かした角度に設定すると、噴出されたエアの、ウェハ表面５に形成される水膜１９に対する打撃力が低下し、それによって水膜１９の除去力も低下する。

しかし、第１、第２エアノズル（１５、１７）からのエア噴出角度を、ウェハ５表面に対して略垂直に設定すれば、ウェハ５表面における噴出されたエアが当る部分の水膜１９は、図５に示すように、効果的に除去することが可能である。なお、第１エアノズル１５、第２エアノズル１７に、小径の円形孔、若しくは矩形状の孔が１個だけのエア噴出し部を有するものを用いた場合には、本実施形態におけるように、ライン状に並んでいる複数個の小径の円形孔（若しくは、矩形状を呈する小さな複数個の孔）を有するエア噴出し部を備えるものを用いる場合と比較して、大量のエアを必要とし、非効率である。

図６は、ウェハ５表面における、非接触式厚みセンサ１３の測定点２３と、水膜除去機構として機能する第２エアノズル１７のエア噴出部と、水膜除去領域との間の位置関係を示す説明図である。

図６に示すように、ウェハ５がチャックテーブル７によって太線矢印方向に回転することで、ウェハ５表面には、第２エアノズル１７のエア噴出部から噴出されるエアにより、白抜きで示す形状を呈する水膜除去領域２５が形成される。この水膜除去領域２５中には、既に説明したように、非接触式厚みセンサ１３の測定点２３が含まれている。

上記構成において、ホイール砥石３は、スピンドル（図示しない）により正／逆方向に回転しながら下方に移動することで、ウェハ５表面に接触してウェハ５表面に研削加工を施す（この研削加工を、「インフィード加工」という）。この研削加工においてウェハ５表面に貯まった研削屑は、該研削屑の洗浄（除去）、及びウェハ５表面に生じる加工熱を冷却するために研削水配管９から供給される研削水によって除去される。研削水がウェハ５表面に供給されることにより、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転に起因する遠心力の作用により、ウェハ５表面には図２、及び図３に示した態様で水膜１９が形成される。

領域２１に亘って形成される水膜１９中の、ウェハ５（チャックテーブル７）の回転中心を中心として形成される、非接触式厚みセンサ１３の測定点２３の属する円周部分及びその近傍領域の水膜１９については、まず、第１エアノズル１５から噴出されるエアにより、所定の厚みにまで薄化される。次いで、この薄化された領域の水膜１９が、第２エアノズル１７から噴出されるエアにより、略完全に除去される。

よって、非接触式厚みセンサ１３による研削加工中のウェハ５の厚みの測定が、ウェハ５表面に形成される水膜１９により妨害されることはなく、非接触式厚みセンサ１３を使用して精度良くウェハ５の厚みを測定することが可能である。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。

本発明の一実施形態に係るウェハの研削装置の、垂直方向から見たときの全体構成を示す説明図。 本発明の一実施形態に係るウェハの研削装置の、上方から見たときの全体構成を示す説明図。 研削水生成装置からウェハ表面に供給される研削水によってウェハ表面上に形成される水膜の平面形状と、各エアノズルと、非接触式厚みセンサとの配置関係を示す説明図。 第１、第２エアノズル（１５、１７）として用いられるエアノズルの正面若しくは背面から見た説明図。 図４で示したエアノズルの側面から見た説明図。 ウェハ表面における、非接触式厚みセンサの測定点と、水膜除去機構として機能する第２エアノズルのエア噴出部と、水膜除去領域との間の位置関係を示す説明図。

符号の説明

１ マウンタ
３ ホイール砥石
５ ウェハ
７ チャックテーブル
９ 研削水生成装置
１１ 研削水配管
１３ 非接触式厚みセンサ
１５ 第１エアノズル
１７ 第２エアノズル
１９ 水膜
２１ ウェハ表面に形成される水膜の領域
２３ 非接触式厚みセンサの測定点
２５ 水膜除去領域

Claims (8)

1. 基板（５）を回転自在に保持すると共に、前記基板（５）の表面に所定の加工を施す基板表面加工装置において、
   前記基板（５）の表面を洗浄・冷却するための洗浄・冷却液を供給する洗浄・冷却液供給機構（９、１１）と、
   前記基板（５）に対し非接触で、加工中の前記基板（５）の厚みを測定する厚み測定手段（１３）と、
   前記厚み測定手段（１３）の設置位置より前記基板（５）の回転方向上流側に設置され、前記洗浄・冷却液供給機構（９、１１）からの前記洗浄・冷却液によって前記基板（５）の表面に形成される液膜（１９）を除去するための液膜除去機構（１７）と、
   を備え、
   前記液膜除去機構（１７）が、前記基板（５）の回転中心を中心とする円周であって、前記基板表面における前記厚み測定手段（１３）の測定点（２３）が属する円周の接線方向に沿ってライン状に気体を噴出す気体噴出孔を持つノズルである基板表面加工装置。
2. 請求項１記載の基板表面加工装置において、
   前記液膜除去機構（１７）の設置位置より前記基板（５）の回転方向上流側に設置され、前記洗浄・冷却液供給機構（９、１１）からの前記洗浄・冷却液によって前記基板（５）の表面に形成される液膜（１９）の厚みを所定の厚みにまで薄化する液膜薄化機構（１５）、
   を更に備え、
   前記液膜薄化機構（１５）が、前記基板（５）の回転中心を中心とする円周であって、前記基板（５）表面における前記厚み測定手段（１３）の測定点（２３）が属する円周の接線と直角でも平行でもない角度をなす直線に沿ってライン状に気体を噴出す気体噴出孔を持つノズルである基板表面加工装置。
3. 請求項２記載の基板表面加工装置において、
   前記円周の接線と前記直線とのなす角度が略４５°若しくはその近傍値である基板表面加工装置。
4. 請求項１記載の基板表面加工装置において、
   前記液膜除去機構（１７）と前記液膜薄化機構（１５）とは、構成が同一のノズルである基板表面加工装置。
5. 請求項１記載の基板表面加工装置において、
   前記気体噴出孔が、ライン状に並設される複数の小径の円形孔である基板表面加工装置。
6. 請求項１記載の基板表面加工装置において、
   前記気体噴出孔が、ライン状に並設される複数の小径の矩形状を呈する孔である基板表面加工装置。
7. 請求項１記載の基板表面加工装置において、
   前記気体噴出孔が、スリット状を呈する１個の小径の孔である基板表面加工装置。
8. 請求項１記載の基板表面加工装置において、
   前記気体噴出孔が、前記基板（５）表面に対し、略垂直に設定されている基板表面加工装置。

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