JP2010214496A

JP2010214496A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2010214496A
Application number: JP2009062379A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Oka; 暁明邱; Fumiteru Tashino; 文照田篠
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】研磨効率のよい研磨装置を提供する。
【解決手段】被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物に研磨液を供給しつつ研磨する研磨手段とを具備し、研磨手段が回転スピンドルと回転スピンドルの一端に設けられたマウントとマウントに取り付けられた研磨工具とからなり、研磨工具が該マウントに取り付けられる基台と基台に装着された研磨パッドとからなっている研磨装置であって、マウントと研磨工具の基台のいずれか一方に配設された超音波振動子と、超音波振動子に電力を印加する電力供給手段とを具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨するための研磨装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる切断ラインによって多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。このように多数のデバイスが形成された半導体ウエーハをストリートに沿って分割することにより、個々のデバイスを形成する。デバイスの小型化および軽量化を図るために、通常、半導体ウエーハをストリートに沿って切断して個々のデバイスに分割する前に、半導体ウエーハの裏面を研削して所定の厚さに形成している。半導体ウエーハの裏面の研削は、通常、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドの如き適宜のボンドで固着して形成した研削砥石を備えた研削ホイールを、回転しつつ半導体ウエーハの裏面に押圧せしめることによって遂行されている。このような研削方式によって半導体ウエーハの裏面を研削すると、半導体ウエーハの裏面に所謂加工歪が生成し、これによって個々に分割されたデバイスの抗折強度が低減する。

上述したように研削された半導体ウエーハの裏面に生成される加工歪を除去する対策として、研削された半導体ウエーハの裏面に研磨液を供給しつつ研磨パッドを用いて研磨し、半導体ウエーハの裏面に生成された加工歪を除去する方法が下記特許文献１に開示されている。

特開平８−９９２６５号公報

而して、上述した研磨方法においては、研磨量が１分間に１μm程度であり、被加工物を１０〜１５μm研磨するためには１０〜１５分の研磨時間を要し、生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、研磨効率のよい研磨装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に研磨液を供給しつつ研磨する研磨手段とを具備し、該研磨手段が回転スピンドルと該回転スピンドルの一端に設けられたマウントと該マウントに取り付けられた研磨工具とからなり、該研磨工具が該マウントに取り付けられる基台と該基台に装着された研磨パッドとからなっている、研磨装置において、
該マウントと該研磨工具の基台のいずれか一方に配設された超音波振動子と、該超音波振動子に電力を印加する電力供給手段と、を具備している、
ことを特徴とする研磨装置が提供される。

上記回転スピンドルには中心部に軸方向に形成され研磨液が供給される研磨液供給通路が設けられており、
上記電力供給手段は、上記研磨液供給通路を通して配設された導電線によって上記超音波振動子に接続される。

本発明による研磨装置は、マウントと研磨工具の基台いずれか一方に超音波振動子が配設されているので、基台に装着された研磨パッドに超音波振動を効果的に付与することができる。従って、研磨パッドによる研磨作用が効率よく実施され、生産性を向上することができる。

本発明に従って構成された研磨装置の斜視図。図１に示す研磨装置に装備されるスピンドルユニットの断面図。図２に示すスピンドルユニットを構成するマウントおよび研磨工具の分解斜視図。図３に示す研磨工具の分解斜視図。図１に示す研磨装置によって被加工物を研磨している状態を示す要部側面図。本発明に従って構成された研磨装置の他の実施形態を示すもので、マウントおよび研磨工具の分解斜視図。

以下、本発明に従って構成された研磨装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成された研磨装置の斜視図が示されている。図１に示す研磨装置は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研磨手段としての研磨ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研磨ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット４を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット４が取り付けられる。

スピンドルユニット４は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング４１と、該スピンドルハウジング４１に回転自在に配設された回転スピンドル４２とを具備している。このスピンドルユニット４について、図２を参照して説明する。図2に示すスピンドルユニット４を構成するスピンドルハウジング４１は略円筒状に形成され、軸方向に貫通する軸穴４１１を備えている。スピンドルハウジング４１に形成された軸穴４１１に挿通して配設される回転スピンドル４２は、その中央部には径方向に突出して形成されたスラスト軸受フランジ４２１が設けられている。このようにしてスピンドルハウジング４１に形成された軸穴４１１に挿通して配設される回転スピンドル４２は、軸穴４１１の内壁との間に供給される高圧エアーによって回転自在に支持される。スピンドルハウジング４１に回転可能に支持された回転スピンドル４２は、一端部(図２において下端部)がスピンドルハウジング４１の下端から突出して配設されており、その一端(図２において下端)にマウント４３が設けられている。そして、このマウント４３の下面に研磨工具5が取り付けられる。

上記マウント４３および研磨工具5について、図３および図４を参照して説明する。
マウント４３は、図３に示すように回転スピンドル４２の下端に一体に円盤状に形成されている。このマウント４３には、4個のボルト挿通穴４３aが設けられている。また、上記回転スピンドル４２およびマウント４３には、軸心に沿って形成され研磨液を流通せしめる研磨液供給通路４２bが形成されている。

図３および図４に示す研磨工具5は、円形状の基台５１と該基台５１の下面に装着された研磨パッド５２とからなっている。基台５１は、その中心部に上記研磨液供給通路４２bと連通する穴５１１が設けられている。この基台５１はアルミニウムによって形成されており、その上面に環状の超音波振動子装着溝５１２が形成されているとともに、該超音波振動子装着溝５１２の外周側に上記マウント４３に設けられた4個のボルト挿通孔４３aと対応する4個のねじ穴５１３が形成されている。また、基台５１には、穴５１１の内周面から環状の超音波振動子装着溝５１２に貫通する穴５１４が設けられている。このように形成された基台５１の下面に研磨パッド５２が適宜の接着剤によって装着される。この研磨パッド５２は、発泡ウレタンやフェルトによって形成されており、その中心部に上記基台５１に設けられた穴５１１を通して研磨液供給通路４２bと連通する穴５２１が設けられている。

図３および図４を参照して説明を続けると、上記基台５１の上面に形成された環状の超音波振動子装着溝５１２の底面には、上記研磨パッド５２に超音波振動を付与する環状の超音波振動子６が適宜の接着剤によって装着される。この超音波振動子６は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって形成されている。このようにして環状の超音波振動子装着溝５１２の底面に装着された環状の超音波振動子６には、基台５１に形成された穴５１４を挿通して配設された導電線６１の一端がそれぞれ接続されている。なお、各導電線６１の多端は、凸型コネクター６２に接続されている。この凸型コネクター６２は後述する電力供給手段に着脱可能に接続される。

以上のように構成された研磨工具5は、マウント４３に設けられた4個のボルト挿通孔４３aにそれぞれ挿通された締結ボルト５３を4個のねじ穴５１３それぞれ螺着することによって、マウンター４３に着脱可能に装着される。

図２に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は、回転スピンドル４２を回転駆動するための電動モータ７を備えている。図示の電動モータ７は、永久磁石式モータによって構成されている。永久磁石式の電動モータ７は、回転スピンドル４２の中間部に形成されたモータ装着部４２２に装着された永久磁石からなるロータ７１と、該ロータ７１の外周側においてスピンドルハウジング４１に配設されたステータコイル７２とからなっている。このように構成された電動モータ７は、ステータコイル７２に後述する電力供給手段によって交流電力を印加することによりロータ７１が回転し、該ロータ７１を装着した回転スピンドル４２を回転せしめる。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は、上記超音波振動子６に交流電力を印加するとともに上記電動モータ７に交流電力を印加する電力供給手段８を具備している。電力供給手段８は、スピンドルユニット４の後端部に配設されたロータリートランス８０を具備している。ロータリートランス８０は、回転スピンドル４２の後端に配設された受電手段８１と、該受電手段８１と対向して配設されスピンドルハウジング４１の後端部に配設された給電手段８２とを具備している。受電手段８１は、回転スピンドル４２に装着されたロータ側コア８１１と、該ロータ側コア８１１に巻回された受電コイル８１２とからなっている。このように構成された受電手段８１の受電コイル８１２には、導電線８１３が接続されている。この導電線８１３は、回転スピンドル４２の中心部に軸方向に形成された研磨液供給通路４２b内に配設され、その先端が上記凸型コネクター６２と嵌合する凹型コネクター８１４（図３参照）に接続されている。上記給電手段８２は、受電手段８１の外周側に配設されたステータ側コア８２１と、該ステータ側コア８２１に配設された給電コイル８２２とからなっている。このように構成された給電手段８２の給電コイル８２２は、電気配線８３を介して交流電力が供給される。なお、受電手段８１を構成するロータ側コア８１１の中心部には、回転スピンドル４２の中心部に軸方向に形成された研磨液供給通路４２bと連通する研磨液導入通路８１１aが軸方向に形成されている。この研磨液導入通路８１１aは、図示しないロータリージョイントおよび配管８５を介して研磨液供給手段８６に接続されている。

図示の実施形態における電力供給手段８は、上記ロータリートランス８０の給電コイル８２２に供給する交流電力の交流電源９１と、電力調整手段としての電圧調整手段９２と、上記給電手段８２に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段９３と、電圧調整手段９２および周波数調整手段９３を制御する制御手段９４と、該制御手段９４に複数の研磨砥石５２に付与する超音波振動の振幅等を入力する入力手段９５を具備している。なお、図２に示す電力供給手段８は、制御回路９６および電気配線７２１を介して上記電動モータ７のステータコイル７２に交流電力を供給する。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
研磨作業を行う際には、電力供給手段８から電動モータ７のステータコイル７２に交流電力が供給される。この結果、電動モータ７が回転して回転スピンドル４２が回転し、該回転スピンドル４２の先端に取付けられた研磨工具5が回転せしめられる。

一方、電力供給手段８は、制御手段９４によって電圧調整手段９２および周波数変換手段９３を制御し、交流電力の電圧を所定の電圧（例えば、７５V）に制御するとともに、交流電力の周波数を所定周波数（例えば、１９kHz）に変換して、ロータリートランス８０を構成する給電手段８２の給電コイル８２２に供給する。このように所定周波数の交流電力が給電コイル８２２に印加されると、回転する受電手段８１の受電コイル８１２、導電線８１３、凹型コネクター８１４、凸型コネクター６２、導電線６１、を介して環状の超音波振動子６に所定周波数の交流電力が印加される。この結果、超音波振動子６は径方向および軸方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、基台５１を介して研磨パッド５２に伝達され、研磨パッド５２が径方向および軸方向に超音波振動する。なお、本発明者の実験によると、上記環状の超音波振動子６に電圧が７５Vで所定周波数が１９kHzの交流電力を印加した場合、研磨パッド５２が径方向に６μm程度の振幅で振動し、軸方向に３μm程度の振幅で振動した。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研磨装置は、上記研磨ユニット４を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研磨ユニット送り機構１０を備えている。この研磨ユニット送り機構１０は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド１０１を具備している。この雄ねじロッド１０１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材１０２および１０３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材１０２には雄ねじロッド１０１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ１０４が配設されており、このパルスモータ１０４の出力軸が雄ねじロッド１０１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド１０１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ１０４が正転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ１０４が逆転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

図１を参照して説明を続けると、ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構１１が配設されている。チャックテーブル機構１１は、チャックテーブル１２と、該チャックテーブル１２の周囲を覆うカバー部材１３と、該カバー部材１３の前後に配設された蛇腹手段１４および１５を具備している。チャックテーブル１２は、図示しない回転駆動手段によって回転せしめられるようになっており、その上面に被加工物であるウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。また、チャックテーブル１２は、図示しないチャックテーブル移動手段によって図１に示す被加工物載置域２４と上記スピンドルユニット４を構成する研磨ホイール5と対向する研磨域２５との間で移動せしめられる。蛇腹手段１４および１５はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段１４の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材１３の前端面に固定されている。蛇腹手段１５の前端はカバー部材１３の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル１２が矢印２３ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段１４が伸張されて蛇腹手段１５が収縮され、チャックテーブル１２が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段１４が収縮されて蛇腹手段１５が伸張せしめられる。

図示の実施形態における研磨装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図１に示すように研磨装置の被加工物載置域２４に位置付けられているチャックテーブル１２上に被加工物としての半導体ウエーハWを載置する。なお、半導体ウエーハWのデバイスが形成された表面には保護テープTが貼着されており、この保護テープT側をチャックテーブル１２に載置する。このようにしてチャックテーブル１２上に載置された半導体ウエーハWは、図示しない吸引手段によってチャックテーブル１２上に吸引保持される。チャックテーブル１２上に半導体ウエーハWを吸引保持したならば、図示しないチャックテーブル移動手段を作動してチャックテーブル１２を矢印２３ａで示す方向に移動し研磨域２５に位置付ける。このようにしてチャックテーブル１２が研削域２５に位置付けられると、図５に示すように研磨工具５の研磨パッド５２がチャックテーブル１２に保持された半導体ウエーハWの全面を覆う状態となる。そして、図５に示すようにチャックテーブル１２を矢印１２０で示す方向に例えば５００rpmの回転速度で回転するとともに、研磨工具５を矢印４５０aで示す方向に例えば５００ｒｐｍの回転速度で回転する。そして、研磨工具５を下降して研磨パッド５２の下面である研磨面を半導体ウエーハWの上面である裏面（被研磨面）に所定の圧力で押圧する。このとき、上記研磨液供給手段８６が作動し、配管８５および図示しないロータリージョイントを通して研磨液導入通路８１１aに研磨液が導入され、回転スピンドル４２およびマウント４３に形成された研磨液供給通路４２bと研磨工具５の基台５１設けられた穴５１１および研磨パッド５２に設けられた穴５２１を通して研磨液が半導体ウエーハWの被研磨面に供給される。この結果、半導体ウエーハWの被研磨面と研磨パッド５２の研磨面との間に研磨液が供給され、半導体ウエーハWの被研磨面は全面に渡って研磨される（研磨工程）。

上述した研磨加工時には、上記電力供給手段８によってロータリートランス８０を構成する給電手段８２の給電コイル８２２に所定周波数の交流電力を供給する。この結果、回転する受電手段８１の受電コイル８１２、導電線８１３、凹型コネクター８１４、凸型コネクター６２、導電線６１、を介して環状の超音波振動子６に所定周波数の交流電力が印加され、環状の超音波振動子６は径方向および軸方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、基台５１を介して研磨パッド５２に伝達され、研磨パッド５２が径方向および軸方向に超音波振動する。このように研磨パッド５２が径方向および軸方向に超音波振動することにより研磨作用が促進され、効率よく研磨することができる。

本発明者等は、直径が３００mmの研磨パッドを用いて直径が２００mmのシリコンウエーハを以下に示す条件によって研磨した。粒径がφ１μm以下のシリコン粒子と水酸化ナトリウムからなる研磨液を１分間に０．５リットルの割合で供給しつつ、シリコンウエーハを保持したチャックテーブルを５００rpmの回転速度で回転するとともに、研磨パッドが装着された研磨工具を５００ｒｐｍの回転速度で回転してシリコンウエーハを研磨した。この結果、厚みが１１５μmのシリコンウエーハを７分間研磨して１００μmの厚みに仕上げることができた。この研磨速度は２μm／分以上であり、研磨パッドに超音波振動を付与しない従来の研磨方法と比較して２倍以上となる。

次に、本発明による研磨装置の他の実施形態について、図６を参照して説明する。
図６に示す実施形態においては、円弧状に４分割された超音波振動子６aがマウント４３に装着される。回転スピンドル４２の一端に設けられたマウント４３の上面には、回転スピンドル４２とボルト挿通孔４３aとの間に環状の超音波振動子装着溝４３１が形成されている。この環状の超音波振動子装着溝４３１の底面に4個の円弧状の超音波振動子６aが適宜の接着剤によって装着される。この4個の円弧状の超音波振動子６aは、それぞれ回転スピンドル４２の中心部に軸方向に形成された穴４２bおよびマウント４３に形成された図示しない穴を通して配設された導電線８１３によって上記図２に示す電力供給手段８のロータリートランス８０を構成する受電手段８１の受電コイル８１２に接続される。

一方、研磨工具5は、基台５１と、該基台５１の下面に装着される研磨パッド５２とからなっている。そして、基台５１には、上記マウント４３に設けられた4個のボルト挿通孔４３aと対応する4個のねじ穴５１３が形成されている。

以上のように構成された研磨工具5は、マウント４３に設けられた4個のボルト挿通孔４３aにそれぞれ挿通された締結ボルト５３を基台５１に形成された4個のねじ穴５１３それぞれ螺着することによって、マウント４３に着脱可能に装着される。

以上のように構成されたマウント４３と研磨工具5においては、上記図２に示す電力供給手段８によってマウント４３の上面に形成された環状の超音波振動子装着溝４３１の上面に装着された4個の円弧状の超音波振動子６aに所定周波数の交流電力が印加されると、超音波振動子６aが径方向および軸方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、マウント４３および基台５１を介して研磨パッド５２に伝達され、研磨パッド５２を径方向および軸方向に超音波振動せしめる。

以上のように、図６に示す実施形態においては、4個の円弧状の超音波振動子６をマウント４３に装着したので、研磨工具５の研磨パッド石５２が寿命となり研磨工具5を交換しても、超音波振動子６aを交換する必要がないため経済的である。

２：装置ハウジング
３：研磨ユニット
３１：移動基台
４：スピンドルユニット
４１：スピンドルハウジング
４２：回転スピンドル
４３：ホイールマウント
４３１：超音波振動子装着溝
５：研磨工具
５１：基台
６：超音波振動子
６２：コネクター
７：電動モータ
７１：ロータ
７２：ステータコイル
８：電力供給手段
８０：ロータリートランス
８１：受電手段
８２：受電手段
８６：研磨液供給手段
９１：交流電源
９２：電圧調整手段
９３：周波数調整手段
９４：制御手段
９５：入力手段
１０：研磨ユニット送り機構
１１：チャックテーブル機構
１２：チャックテーブル

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に研磨液を供給しつつ研磨する研磨手段とを具備し、該研磨手段が回転スピンドルと該回転スピンドルの一端に設けられたマウントと該マウントに取り付けられた研磨工具とからなり、該研磨工具が該マウントに取り付けられる基台と該基台に装着された研磨パッドとからなっている、研磨装置において、
該マウントと該研磨工具の基台のいずれか一方に配設された超音波振動子と、該超音波振動子に電力を印加する電力供給手段と、を具備している、
ことを特徴とする研削装置。
該回転スピンドルには中心部に軸方向に形成され研磨液が供給される研磨液供給通路が設けられており、
該電力供給手段は、該研磨液供給通路を通して配設された導電線によって該超音波振動子に接続される、請求項１記載の研磨装置。