JP2008098574A - ウエーハの研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハの裏面を研磨加工することによってウエーハと保護テープの間に堆積する研磨粉を効率的に除去する研磨装置を提供し、後工程での研磨粉によるウエーハの汚染や損傷などを防止する。
【解決手段】着脱位置に位置付けられた研磨加工用チャックテーブル１９の近傍に、チャックテーブル１９に保持されているウエーハ１の側端部に洗浄水を噴射する側面洗浄ノズル１５を配設し、チャックテーブル１９を回転させながら側面洗浄ノズル１５からウエーハ１の側端部に洗浄水を噴射して、堆積している研磨粉を洗い流して除去する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハを研削して薄化した後に被研削面を研磨加工する研磨装置に関する。

近年の各種電子機器の小型化・薄型化に伴う半導体ウエーハの薄化は、電子回路が形成された表面とは反対側の裏面を研削することによって行われている。ところで、研削されたウエーハの裏面には研削加工によるクラック層が残留するので、抗折強度が低下してしまうといったことが起こる。これを防止するために研削後にウエーハ裏面を研磨処理し、クラック層を除去して抗折強度を維持することが行われている。

ところが、特許文献１に記載されているように、研磨されるウエーハのエッジ（側端）部はナイフエッジ形状であり、かつ、裏面には保護テープが貼着されているので、研磨時の研磨粉が堆積しやすくなる。エッジ部に研磨粉が堆積したままであると、研磨後のダイシングテープ貼着工程や表面保護テープの剥離工程などにおいて、ウエーハが汚染したり損傷したりする問題が生じる。そこで、研磨粉の堆積を防ぐために研磨加工以前にウエーハのエッジ部を切断することでエッジ部を絶壁状に形成し、研磨粉を堆積しづらくさせるという技術が特許文献１に記載されている。

特開２００５−１６６８６１公報

上記特許文献１に記載の方法では、ウエーハを研磨する前にウエーハのエッジ部を切断する工程を追加する必要があり、このため、工程の増加に伴う生産性の低下やコストの上昇を招くことになる。

よって本発明は、ウエーハのエッジ部に堆積する研磨粉を、研磨工程に続く一連の操作で容易に、かつ円滑に除去することができ、その結果、生産性の低下やコストの上昇を招くことのないウエーハの研磨装置を提供することを目的としている。

本発明は、表面にデバイスが形成され、該表面に保護テープが貼着されたウエーハを、裏面が露出する状態で保持する研磨用保持手段と、該保持手段に保持された前記ウエーハの裏面を研磨する研磨手段とを備えた研磨装置において、研磨手段によって裏面が研磨されたウエーハを回転可能に保持する洗浄用保持手段と、該洗浄用保持手段によって保持されたウエーハの側面に洗浄水を供給する洗浄水供給ノズルとからなるウエーハ側面洗浄ユニットとを具備することを特徴としている。本発明の研磨手段は乾式のものが適用可能であり、また、ウエーハは厚さが１００μｍ以下と比較的薄く研磨されるものである。

本発明によれば、ウエーハ側面洗浄ユニットの洗浄水供給ノズルからウエーハの側端部に向けて洗浄水を噴射することにより、ウエーハと保護テープの間に堆積した研磨粉が除去される。そのような洗浄ユニットが設置されていることにより、本発明の研磨装置のみで容易に研磨粉を除去することができる。したがって、ウエーハの側端部を切断するなどの装置や工程を必要とすることがなく、コストの増大が抑えられ、生産性の向上を図ることができる。

本発明では、研磨用保持手段が洗浄用保持手段を兼用する構成であってもよい。その場合には、研磨用保持手段の近傍に洗浄水供給ノズルが配設される。また、この構成に加えて、洗浄用保持手段を前記研磨用保持手段とは別個に保有し、該洗浄用保持手段の近傍に前記洗浄用供給ノズルが配設されている構成を含む。この場合は、研磨用保持手段と洗浄用保持手段の双方に対して洗浄水供給ノズルがそれぞれ配設される。

本発明の洗浄用保持手段は、下方に向かうに従って縮径する円錐形状であることが望ましい。このような形状にすることにより、洗浄水が跳ね返りにくくなり、洗浄水を下方へ円滑に排除することができるため、洗浄水による研磨粉の散乱が防止され、研磨粉がウエーハの側端部に残留することなく除去がすることができる。

本発明によれば、研磨装置の一連の作業内で研磨時にウエーハの側端部に堆積した研磨粉を容易に、かつ効果的に除去することができる。したがって、研磨粉の堆積を防止するための工程を追加する必要はなく、かつ後工程での研磨粉を原因とするトラブルを防止でき、その結果、コストを抑え、生産性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明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、裏面全面が研削されて目的厚さ（例えば５０〜２００μｍ）に薄化加工される円盤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、研削前の厚さは例えば８００μｍ程度である。ウエーハ１の表面には、格子状の分割予定ライン３によって複数の矩形状の半導体チップ（デバイス）４が区画されており、これら半導体チップ４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の外周縁は、角をなくして損傷しにくいようにするために断面半円弧状に面取り加工が施されている。

複数の半導体チップ４は、ウエーハ１と同心の概ね円形状のデバイス形成領域５に形成されている。デバイス形成領域５はウエーハ１の大部分を占めており、このデバイス形成領域５の周囲のウエーハ外周部が、半導体チップ４が形成されない環状の外周余剰領域６とされている。また、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字状の切欠き（ノッチ）７が形成されている。このノッチ７は、外周余剰領域６内に形成されている。ウエーハ１は、最終的には分割予定ライン３に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ４に個片化される。

ウエーハ１を裏面研削する際には、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２が貼着される。保護テープ２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、その粘着剤を塗布した面とウエーハ１の表面とが相対するように貼り付けられる。

上記目的厚さまで研削されたウエーハ１の裏面には、図２に示すように、多数の弧が放射状に描かれた模様を呈する研削条痕８が残留する。この研削条痕８は研削工具中の砥粒による破砕加工の軌跡であり、マイクロクラック等を含むクラック層である。研削条痕８によるクラック層は、以下に説明する本実施形態の研磨装置によって除去される。

［２］研磨装置
次に、図２に示した研削加工済みのウエーハ１の裏面を研磨加工する一実施形態の研磨装置を説明する。
図３に示す本実施形態の研磨装置９は、直方体状の基台１０を備えている。この基台１０の長手方向一端部には、基台１０の水平な上面に対して垂直に立設された壁部１１が一体に形成されている。図３では、基台１０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１０上は、長手方向のほぼ中間部分から壁部１１側がウエーハ１を研磨加工する研磨加工エリア１２とされ、この反対側が研磨加工エリア１２に加工前のウエーハ供給し、かつ、加工後のウエーハ１を回収する着脱エリア１３とされている。
以下、研磨加工エリア１２と着脱エリア１３について説明する。

（I）研磨加工エリアの機構
図３に示すように、研磨加工エリア１２には矩形状のピット１４が形成されている。このピット１４内には、テーブルベース１６を介して円盤状のチャックテーブル（研磨用保持手段、洗浄用保持手段）１９がＹ方向に移動自在に設けられている。テーブルベース１６はピット１４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（いずれも図示省略）によって同方向を往復移動させられる。

テーブルベース１６の移動方向両端部には蛇腹状のカバー１７，１８の一端がそれぞれ取り付けられており、これらカバー１７，１８の他端は、壁部１１の内面と、壁部１１に対向するピット１４の内壁面に、それぞれ取り付けられている。これら、カバー１７，１８は、テーブルベース１６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１６の移動に伴って伸縮する。

チャックテーブル１９は、テーブルベース１６上に、ウエーハ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１９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。図４に示すように、チャックテーブル１９は、円盤状の枠体２０の上面中央部に、多孔質セラミック材からなる円形の吸着エリア２１が設けられた構成である。吸着エリア２１の周囲に枠体２０の環状の上面２０ａが形成されており、この上面２０ａと、吸着エリア２１の上面２１ａは、ともに水平で、かつ互いに平坦な同一平面（チャックテーブル上面１９ａ：ウエーハの保持面）をなしている。

チャックテーブル１９は、図３に示すようにテーブルベース１６ごと壁部１１側に移動して所定の加工位置に位置付けられる。その加工位置の上方には、スピンドルユニット（研磨手段）４０が配されている。このスピンドルユニット４０は、基台１０の壁部１１に、Ｚ軸スライダ４８およびＺ軸リニアガイド４９を介して昇降自在に取り付けられ、Ｚ軸送り機構５０によって昇降させられる。

スピンドルユニット４０は、図５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４６と、このスピンドルハウジング４６内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドルシャフト４１と、スピンドルハウジング４６の上端部に固定されてスピンドルシャフト４１を回転駆動するスピンドルモータ４７と、スピンドルシャフト４１の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ４５とを具備している。

図３に示すように、スピンドルユニット４０は、スピンドルハウジング４６がＺ軸スライダ４８に固定されている。このスピンドルユニット４０のフランジ４５には、研磨工具４２が取り付けられる。研磨工具４２は、円環状のフレーム４３の下面にシリカなどの酸化金属砥粒を含浸した研磨布４４が固着されてなるもので、フレーム４３がフランジ４５にねじ止め等の手段によって着脱自在に取り付けられる。

上記チャックテーブル１９は、テーブルベース１６が着脱エリア１３側に最も移動した位置において、ウエーハ１がその上面に供給されたり上面から回収されたりするが、その着脱位置の近傍に、ウエーハ１の側面を洗浄する洗浄水を噴射する側面洗浄ノズル（洗浄水供給ノズル）１５が配設されている。この側面洗浄ノズル１５はピット１４に固定されており、洗浄水を噴射する角度は、研磨粉を円滑に洗い流す洗浄効果が発揮される観点から、チャックテーブル上面１９ａに対して平行な０°から下向き７０°程度が好ましく、４０°〜６０°程度がより好ましい。本実施形態では、側面洗浄ノズル１５とチャックテーブル１９とで、本発明に係る側面洗浄ユニットが構成されている。

（II）着脱エリアの機構
図３に示すように、着脱エリア１３の中央には多角形状のピット２０が形成されており、このピット２０の底部には、上下移動する２節リンク式の搬送ロボット２３が設置されている。そしてこの搬送ロボット２３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２４ａ、位置決めテーブル２５、旋回アーム式の供給アーム２６、供給アーム２６と同じ構造の回収アーム２７、スピンナ式洗浄装置２８、回収カセット２４ｂが、それぞれ配置されている。

供給カセット２４ａ、位置決めテーブル２５および供給アーム２６はウエーハ１をチャックテーブル１９に供給する手段であり、回収アーム２７、スピンナ式洗浄装置２８および回収カセット２４ｂは、裏面の研磨が終了したウエーハ１をチャックテーブル１９から回収する手段である。各カセット２４ａ，２４ｂは複数のウエーハ１を積層状態で収容するもので、基台１０上の所定位置にセットされる。

［３］研磨装置の一連の動作
次に、上記研磨装置９の一連の動作を説明する。
搬送ロボット２３によって供給カセット２４ａから１枚のウエーハ１が引き出され、そのウエーハ１は、裏面側を上に向けた状態で位置決めテーブル２５上に載置され、ここで一定の位置に決められる。

位置決めテーブル２５上で位置決めがなされたウエーハ１は、供給アーム２６によって位置決めテーブル２５から真空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１９上に載置される。チャックテーブル１９に吸着固定されたウエーハ１はチャックテーブルごとＹ方向奥に移動し、スピンドルユニット４０下方の所定の加工位置に位置付けられる。次に、チャックテーブル１９を回転させるとともに、研磨工具４２を回転させ、スピンドルユニット４０を下降させることにより、研磨布４４をウエーハ１の裏面に押圧させる。これによって、ウエーハ１の裏面全体が研磨される。本実施形態では乾式研磨であり、このため、研磨工具４２やウエーハ１の磨耗した成分、研磨粉としてウエーハ１の側端部と保護テープ２とで形成される隙間に堆積しやすい。

スピンドルユニット４０によって裏面の研磨が終了したら、ウエーハ１をチャックテーブル１９ごとＹ方向手前に移動させ、着脱位置に位置付ける。そして、ウエーハ１をチャックテーブル１９に固定した状態で自転させながら、図４に示すように側面洗浄ノズル１５からウエーハ１の側端部に洗浄水Ｗを噴射し、ウエーハ１と保護テープ２の間に堆積した研磨粉を除去する。

側面洗浄ノズル１５から所定時間洗浄水Ｗを噴射して研磨粉除去を終えたら、チャックテーブル１９上のウエーハ１は回収アーム２７によってスピンナ式洗浄装置２８に移送され、ここで裏面が洗浄、乾燥された後、搬送ロボット２３によって回収カセット２４ｂ内に移送、収容される。

以上が本実施形態の研磨装置９の動作であり、該装置９によれば、ウエーハ側面洗浄ユニットのチャックテーブル１９を回転させながら側面洗浄ノズル１５からウエーハ１の側端部に向けて洗浄水を噴射することにより、ウエーハ１と保護テープ２の間に堆積した研磨粉が除去される。そのようなウエーハ側面洗浄ユニットが設置されていることにより、当該研磨装置９を用いて容易に研磨粉を除去することができる。したがって、ウエーハ１の側端部を切断するなどの装置や工程を必要とすることがなく、コストの増大が抑えられ、生産性の向上を図ることができる。

［４］他の実施形態
上記実施形態は、研磨加工用のチャックテーブル１９と、このチャックテーブル１９に近接する側面洗浄ノズル１５との組み合わせによってウエーハ側面洗浄ユニットを構成した例であるが、本発明では、上記スピンナ式洗浄装置２８を利用してもう１つのウエーハ洗浄ユニットを付加し、該ユニットによってウエーハ１の側端部を再度洗浄するように構成することができる。以下は、その構成例である。

図６（ａ）に示すように、スピンナ式洗浄装置２８は、基台１０に回転自在に支持され、図示せぬ回転駆動機構によって一方向に回転させられる真空チャック式のスピンナテーブル（洗浄用保持手段）３０と、このスピンナテーブル３０を覆って洗浄水の飛散を防止するカバー２８ａと、ウエーハ１の側端部を洗浄するための側面洗浄ノズル（洗浄水供給ノズル）２９とを備えている。上記回収アーム２７によってチャックテーブル１９上から回収される裏面研磨されたウエーハ１は、スピンナテーブル３０上に吸着、保持され、スピンナテーブル３０とともに回転させられてその裏面が上記のように水洗された後、乾燥処理される。スピンナ式洗浄装置２８は図示せぬ裏面洗浄用の洗浄水供給ノズルを備えており、そのノズルからは、乾燥用の空気も噴射される。

スピンナテーブル３０は、上記チャックテーブル１９と同様のもので、枠体３１および吸着エリア３２を有し、これらの上面３１ａ，３２ａが互いに水平な同一平面であるスピンナテーブル上面（ウエーハの保持面）３０ａを構成している。側面洗浄ノズル２９は、スピンナテーブル上面３０ａに保持されたウエーハ１の側端部に向けて洗浄水を噴射するように基台１０に設置されている。側面洗浄ノズル２９からウエーハ１の側端部への洗浄水の噴射角度は、水平な０°から下向きの３０°程度の範囲になるように設定されている。また、スピンナテーブル３０の枠体３１は、外周面が下方に向かうにしたがって縮径する円錐状に形成されており、枠体３１の周縁角部は断面鋭角に形成されている。

この場合のスピンナテーブル上面３０ａの直径はウエーハ１と略同径であり、同心状に保持されるウエーハ１の外周縁はスピンナテーブル上面３０ａの外周縁に対応して一致もしくはそれに近い状態になる。したがって吸着エリア３２はウエーハ１よりも小径であり、ウエーハ１の外周部分は吸着エリア３２の外側にはみ出る。このはみ出た外周部分は吸着エリア３２に吸着されないため、側面洗浄ノズル２９から噴射される洗浄水Ｗの水圧によってウエーハ１がばたつくおそれがあり、ばたつきが起こると、ウェーハの当該部分がめくれ上がって割れたり破損し、さらにはテーブルから剥離して飛散するなどの問題が生じ、好ましくない。そこで図６（ｂ）に示すように、枠体３１の上面３１ａに、吸着エリア３２の上面３２ａに連通する複数の吸着溝３３を放射状に形成し、これら吸着溝３３から吸い込まれる空気を利用してウエーハ１の外周部を枠体３１の上面３１ａに吸着し得るように構成するとよい。

なお、ウエーハ１の外周部分もスピンナテーブル上面３０ａに吸着させる手段として、吸着溝３３を形成する他に、図７に示すように、スピンナテーブル３０の上面全面を吸着エリア３２で構成することで対処できる。この場合には、吸着エリア３２の側面３２ｂからの空気漏れを防いで吸着力にロスが生じないようにするために、その側面３２ｂに、気孔を塞ぐ接着剤を含浸させたり粘着テープを貼着させたりするとよい。

この実施形態によれば、スピンナテーブル３０と側面洗浄ノズル２９とによってウエーハ側面洗浄ユニットが構成され、該ユニットによれば、スピンナテーブル３０を回転させながら、スピンナテーブル３０に保持されているウエーハ１の裏面に洗浄水を噴射する裏面洗浄と同時に、側面洗浄ノズル２９からウエーハ１の側端部に洗浄水を噴射して側端部を洗浄することができる。

この実施形態によれば、研磨加工用のチャックテーブル１９に保持されているウエーハ１の側端部をノズル１５から噴射する洗浄水で洗浄した後、次の工程のスピンナ式洗浄装置２８での裏面洗浄時に、側面洗浄ノズル２９から洗浄水を噴射してウエーハ１の側端部を再度洗浄するので、側端部に堆積していた研磨粉の除去を徹底させることができる。また、スピンナテーブル３０の外周面（枠体３１の外周面）が、下方に向かうにしたがって縮径する円錐状に形成されているため、側面洗浄ノズル２９から噴射された洗浄水は、ウエーハ１の側端部に当たってから跳ね返って散乱するといった現象が起こりにくく、その円錐状の外周面を伝って円滑に下方に排水されていく。このため、洗浄水によってウエーハ１の側端部から除去される研磨粉もその排水とともに円滑に流れ落ち、ウエーハ１の側端部から研磨粉が短時間で完全に除去することができる。

なお、本発明は、先の実施形態のように、研磨加工側のウエーハ側面洗浄ユニット（チャックテーブル１９と側面洗浄ノズル１５）のみを備えている構成、および、この研磨加工側のウエーハ側面洗浄ユニットに加えて、図６で示したスピンナ式洗浄装置２８側のウエーハ側面洗浄ユニット（スピンナテーブル３０と側面洗浄ノズル２９）をも備えている構成を含み、また、いずれか一方のウエーハ側面洗浄ユニットを備えている場合も含むものである。また、各ノズル１５，２９から噴射される洗浄水は、高圧エアに水を混入してなる二流体混合物であってもよく、このように高圧エアを混入すると、洗浄効果が高くなって好ましい。

本発明の一実施形態の研磨装置で研磨加工が施されるウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 図１に示したウエーハの裏面が研削加工された状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る研磨装置の斜視図である。 一実施形態の研磨装置のウエーハ側面洗浄ユニットを示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 一実施形態の研磨装置が備えるスピンドルユニットによりウエーハ裏面を研磨している状態を示す側面図である。 スピンナ式洗浄装置の（ａ）断面図、（ｂ）スピンナ式洗浄装置が備えるチャックテーブルの上面図である。 スピンナ式洗浄装置が備えるスピンナテーブルの他の実施形態を示す（ａ）側面図、（ｂ）上面図である。

符号の説明

１…半導体ウエーハ
２…保護テープ
４…半導体チップ（デバイス）
９…研磨装置
１５，２９…側面洗浄ノズル（洗浄水供給ノズル）
１９…チャックテーブル（研磨用保持手段、洗浄用保持手段）
１９ａ…チャックテーブル上面（保持面）
２８…スピンナ式洗浄装置
３０…スピンナテーブル（洗浄用保持手段）
３０ａ…スピンナテーブル上面（保持面）
４０…スピンドルユニット（研磨手段）
Ｗ…洗浄水

Claims (6)

1. 表面にデバイスが形成され、該表面に保護テープが貼着されたウエーハを、裏面が露出する状態で保持する保持面を有する研磨用保持手段と、
   該保持手段に保持された前記ウエーハの裏面を研磨する研磨手段とを備えた研磨装置において、
   前記研磨手段によって裏面が研磨されたウエーハを回転可能に保持する洗浄用保持手段と、該洗浄用保持手段によって保持されたウエーハの側面に洗浄水を供給する洗浄水供給ノズルとからなるウエーハ側面洗浄ユニットを具備することを特徴とするウエーハの研磨装置。
2. 前記研磨用保持手段が前記洗浄用保持手段を兼用し、該研磨用保持手段の近傍に前記洗浄水供給ノズルが配設されていることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの研磨装置。
3. 前記洗浄用保持手段を前記研磨用保持手段と別個に保有し、該洗浄用保持手段の近傍に前記洗浄水供給ノズルが配設されていることを特徴とする請求項２に記載のウエーハの研磨装置。
4. 前記洗浄用保持手段は、下方に向かうに従って縮径する円錐状部材の上面に前記保持面が略水平に形成されてなるものであることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載のウエーハの研磨装置。
5. 前記研磨手段が乾式であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のウエーハの研磨装置
6. 裏面研磨後のウエーハの厚さが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のウエーハの研磨装置。

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