JP2010247272A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨工具等を囲む筺体内の洗浄が容易である研磨装置を提供する。
【解決手段】鉛直方向を回転軸としてワークＷを回転可能に保持する保持手段７に保持されたワークＷを乾式で研磨加工する研磨手段５を有する研磨装置であって、研磨手段５は、ワークＷの被研磨面Ｗｂに接触して被研磨面Ｗｂを研磨する研磨工具５ｂと、鉛直方向を回転軸として回転可能に研磨工具５ｂを上側から支持するスピンドル５ａと、スピンドル５ａを囲むカバー部５ｃと、を含む回転支持部５２と、少なくとも保持手段７と研磨工具５ｂとを囲む筺体５１と、筺体５１の一部に設けられた開閉可能な蓋部５３と、筺体５１の内壁に配設されて、筺体５１内で水を噴出する筺体内洗浄手段５４と、研磨加工によって消耗した研磨工具５ｂを交換するために蓋部５３を開ける前に筺体内洗浄手段５４から水が噴出するように筺体内洗浄手段５４を制御する制御手段５６と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のワークを研磨加工する研磨装置に関する。

半導体ウエーハは、近年の各種電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の薄化が求められている。そのため、半導体ウエーハの厚さが薄くなった場合、チップ化した後の強度の維持が問題になっている。そこで、研削処理を行った後に加工面をポリッシュやエッチングすることで、研削処理による機械的ダメージを除去する技術が用いられており、研削と研磨の両方の加工を行える加工装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２５２８５３号公報

しかしながら、ドライポリシュと称される研磨パッドを用いた乾式研磨を行う場合、研削や研磨加工をする際に加工雰囲気を囲むチャンバ（筐体）内にコンタミや加工工具の消耗屑（飛散する研磨布）の堆積物が溜まってしまい、洗浄が煩雑であるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、研磨工具等を囲む筺体内の洗浄が容易な研磨装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる研磨装置は、鉛直方向を回転軸としてワークを回転可能に保持する保持手段と、該保持手段に保持されたワークを乾式で研磨加工する研磨手段と、を有する研磨装置であって、前記研磨手段は、ワークの被研磨面に接触して該被研磨面を研磨する研磨工具と、鉛直方向を回転軸として回転可能に前記研磨工具を上側から支持するスピンドルと、該スピンドルを囲むカバー部と、を含む回転支持部と、少なくとも前記保持手段と前記研磨工具とを囲む筺体と、該筺体の一部に設けられた開閉可能な蓋部と、前記筺体の内壁に配設されて、該筺体内で水を噴出する筺体内洗浄手段と、研磨加工によって消耗した前記研磨工具を交換するために前記蓋部を開ける前に前記筺体内洗浄手段から水が噴出するように該筺体内洗浄手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる研磨装置は、上記発明において、前記研磨手段は、前記回転支持部と前記研磨工具とを水平方向に移動させる水平移動手段を有し、前記筺体は、底面と側面とを含む本体部と、前記回転支持部に固定された天井部と、一端が前記本体部に固定され他端が前記天井部に固定された伸縮可能な蛇腹部と、を有し、前記筺体内洗浄手段は、前記天井部に配設され、前記水平移動手段によって前記回転支持部と一体に前記筺体内を水平方向に移動することを特徴とする。

また、本発明にかかる研磨装置は、上記発明において、前記筺体内洗浄手段は、水とエアとの混合体を噴出する噴出口を有するノズル部と、一方が前記ノズル部を回転可能に支持するとともに前記噴出口に連通し他方が前記水を供給する水源と前記エアを供給するエア源とに連通する連通路を含むノズル支持部と、を有し、前記噴出口は、前記ノズル支持部を中心として描かれる円の接線方向に開口し、前記ノズル部は、前記噴出口から噴出される混合体の圧力により前記ノズル支持部を回転軸として回転することを特徴とする。

本発明によれば、研磨工具等を囲む筺体内の洗浄が容易な研磨装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる研磨装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、各部の位置関係等を示すレイアウト図である。 図３は、研磨手段の構成を模式的に示す概略側面図である。 図４は、筐体内洗浄手段の構成を示す外観斜視図である。 図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。 図６は、図５のＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明を実施するための形態である研磨装置について図面を参照して説明する。本発明は、実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。図１は、本実施の形態にかかる研磨装置の構成例を示す斜視図であり、図２は、各部の位置関係等を示すレイアウト図である。

本実施の形態の研磨装置１は、半導体ウエーハ等の円盤状のワークＷの裏面を薄型化のために研削加工するとともに、研削加工されたワークＷの研削面を高精度に平坦化するために研磨加工するものである。本実施の形態の研磨装置１は、例えば、ハウジング２と、第１の研削手段３と、第２の研削手段４と、研磨手段５と、ターンテーブル６上に設置された例えば４つの保持手段７と、カセット８，９と、位置合わせ手段１０と、搬入手段１１と、搬出手段１２と、洗浄手段１３と、搬出入手段１４とを主に備えている。

第１の研削手段３は、スピンドルの下端に装着された研削砥石を有する研削ホイールを回転させながら粗研削位置Ｂの保持手段７に保持されたワークＷの裏面（上面）に押圧することによって、ワークＷの裏面を粗研削加工するためのものである。同様に、第２の研削手段４は、スピンドルの下端に装着された研削砥石を有する研削ホイールを回転させながら仕上げ研削位置Ｃに位置する保持手段７に保持された粗研削済みのワークＷの裏面に押圧することによって、ワークＷの裏面を仕上げ研削加工するためのものである。

また、研磨手段５は、スピンドル５ａの下端に装着された研磨パッド等の乾式の研磨工具５ｂ（図３参照）を回転させながら研磨位置Ｄに位置する保持手段７に保持された仕上げ研削済みのワークＷの被研磨面（裏面）Ｗｂに押圧することによって、ワークＷの被研磨面Ｗｂを研磨加工するためのものである。

ターンテーブル６は、ハウジング２の上面に設けられた円盤状のテーブルであり、水平面内で回転可能に設けられ、適宜タイミングで回転駆動される。このターンテーブル６上には、例えば４つの保持手段７が、例えば９０度の位相角で等間隔に配設されている。これら４つの保持手段７は、上面に真空チャックを備えたチャックテーブル構造のものであり、載置されたワークＷを真空吸着して保持する。これら保持手段７は、研削加工時及び研磨加工時には、鉛直方向を回転軸として回転駆動機構によって水平面内で回転駆動される。このような保持手段７は、ターンテーブル６の回転によって、搬入搬出位置Ａ、粗研削位置Ｂ、仕上げ研削位置Ｃ、研磨位置Ｄ、搬入搬出位置Ａに順次移動される。

カセット８，９は、複数のスロットを有するウエーハ用の収容器である。一方のカセット８は、研削加工前のワークＷを収容し、他方のカセット９は、研磨加工後のワークＷを収容する。また、位置合わせ手段１０は、カセット８から取り出されたワークＷが仮置きされて、その中心位置合わせを行うためのテーブルである。

また、搬入手段１１は、吸着パッドを有して水平面内で回転駆動される搬送アームからなり、位置合わせ手段１０で位置合わせされた研削加工前のワークＷを吸着保持して搬入搬出位置Ａに位置する保持手段７上に搬入する。搬出手段１２は、吸着パッドを有して水平面内で回転駆動される搬送アームからなり、搬入搬出位置Ａに位置する保持手段７上に保持された研磨加工後のワークＷを吸着保持して洗浄手段１３に搬出する。

また、搬出入手段１４は、例えばＵ字型ハンド１４ａを備えるロボットピックであり、Ｕ字型ハンド１４ａによってワークＷを吸着保持して搬送する。具体的には、搬出入手段１４は、研削加工前のワークＷをカセット８から位置合わせ手段１０へ搬出するとともに、研磨加工後のワークＷを洗浄手段１３からカセット９へ搬入する。洗浄手段１３は、研磨加工後のワークＷを洗浄し、研削及び研磨された加工面に付着している研削屑や研磨屑等のコンタミネーションを除去する。

ここで、本実施の形態では、第１，第２の研削手段３，４によりワークＷに対して研削を行う粗研削位置Ｂ、仕上げ研削位置Ｃ周りの領域が研削領域Ｅ１として設定され、研磨手段５によりワークＷに対して研磨を行う研磨位置Ｄ周りの領域が研磨領域Ｅ２として設定されている。そして、研削領域Ｅ１及び研磨領域Ｅ２に対応して少しでも閉塞的となる研削雰囲気及び研磨雰囲気を形成するようにターンテーブル６上を覆う平面的に略Ｌ字状に形成された筐体５１がハウジング２上に設けられている。

ついで、図３を参照して、研磨手段５についてさらに詳細に説明する。図３は、研磨手段５の構成を模式的に示す概略側面図である。本実施の形態の研磨手段５は、上述の研磨工具５ｂ、筐体５１の他、回転支持部５２、蓋部５３、筐体内洗浄手段５４、水平移動手段５５および制御手段５６を備える。

回転支持部５２は、鉛直方向を回転軸として回転可能に研磨工具５ｂを上側から支持するスピンドル５ａとこのスピンドル５ａを囲むカバー部５ｃとからなり、スピンドル５ａを回転させるモータを内蔵している。また、筐体５１は、少なくとも研磨位置Ｄに位置する保持手段７と研磨工具５ｂとの周りを閉塞的空間を形成するように囲むものである。この筐体５１は、底面と側面とを含む本体部５１ａと、スピンドル５ａを囲むカバー部５ｃに固定された天井部５１ｂと、一端が本体部５１ａに固定され他端が天井部５１ｂに固定された伸縮自在な蛇腹部５１ｃとを有する。これにより、筐体５１は、研磨工具５ｂや回転支持部５２を上下・左右に移動可能として閉塞的な空間を維持するように構成されている。また、蓋部５３は、筐体５１の一部に設けられた開口５１ｄを閉塞するためのものであり、図示しないロック機構を備えている。この蓋部５３は、ロック機構のロックを解除することにより開閉可能に設けられている。この蓋部５３は、例えば研磨加工によって消耗した研磨工具５ｂを交換する際に開放される。

さらに、水平移動手段５５は、図１に示すように、垂直に設けられた固定板１５に搭載されて回転支持部５２と研磨工具５ｂとを一体に水平方向に往復移動させるためのものである。この水平移動手段５５は、研磨位置Ｄに位置するワークＷに対する研磨工具５ｂの接触量（オーバーラップ量）を調整したり、研磨工具５ｂを水平方向に往復運動させながらワークＷを研磨するためのものである。この水平移動手段５５は、例えばボールねじ構造により構成されており、水平に配設支持されたボールねじ５５ａと、このボールねじ５５ａを回転駆動させるモータ５５ｂと、水平に配設されたガイド５５ｃ等からなる。ボールねじ５５ａの一部は、回転支持部５２を支持する支持板５５ｄの一部に螺合している。

さらに、筐体内洗浄手段５４は、筐体５１の内壁として天井部５１ｂの下面に配設されて、筐体５１内で水を噴出して洗浄を行うためのものであり、複数個設けられている。図４は、筐体内洗浄手段５４の構成を示す外観斜視図であり、図５は、図４のＡ−Ａ線断面図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ線断面図である。筐体内洗浄手段５４は、ノズル部５４ａとノズル支持部５４ｂとを有する。ノズル部５４ａは、円柱状に形成されたもので、水とエアとの混合体を噴出する複数個、例えば２個の噴出口５４ｃを有する。ノズル支持部５４ｂは、下端側でノズル部５４ａを回転可能に支持するとともに噴出口５４ｃに連通し上端側が水を供給する水源５７とエアを供給するエア源５８とに連通する連通路５４ｄを有し噴出口５４ｃに水とエアとの混合体を供給する。

ここで、噴出口５４ｃは、図５に示すように、ノズル支持部５４ｂを中心として描かれる円Ｓの接線方向に開口するように形成されている。２つの噴出口５４ｃは、ノズル部５４ａにおいてノズル支持部５４ｂを中心として点対称をなし、同一回転方向に見て同一方向に開口するように形成されている。また、噴出口５４ｃは、平面的には図５に示すように、連通路５４ｄの断面積に比して全体的に幅狭に形成され、垂直断面的には図６に示すように、比較的狭い基部５４ｃ１から外方に向けて上下方向に滑らかに拡開する円弧状拡開部５４ｃ２を有する形状に形成されている。

制御手段５６は、研磨加工によって消耗した研磨工具５ｂを交換するために蓋部５３を開ける前に筺体内洗浄手段５４の噴出口５４ｃから水が噴出するように筺体内洗浄手段５４を制御するためのものである。この制御手段５６は、水平移動手段５５の動作も制御する。

このような構成において、第１の研削手段３や第２の研削手段４によるワークＷの研削加工に並行して、研磨領域Ｅ２では、保持手段７に保持された研削済みのワークＷに対して研磨工具５ｂによって研磨加工が行われる。このような研磨加工時においては、研磨領域Ｅ２に対応する研磨雰囲気中には研磨工具５ｂの研磨屑（研磨布）が発生する。このような研磨屑等は、加工が進むにつれて筐体５１の内壁に付着したり堆積することとなる。

その後、研磨加工により消耗した研磨工具５ｂを交換する際には、開口５１ｄを開放させるために蓋部５３を開ける。この蓋部５３を開ける前に、制御手段５６を機能させて筐体内洗浄手段５４を動作させることで筐体５１内の洗浄を行う。蓋部５３を開ける前に筐体５１内の洗浄を行うのは、蓋部５３を開けたときに筐体５１内の研磨屑や研磨パッド屑を外のクリーンルーム内に飛散させないためである。制御手段５６は、通常時は、ロック機構により蓋部５３をロック状態として蓋部５３の開放を禁止しているが、筐体５１内の洗浄が終了すると、アラームや表示部等を利用してその旨をオペレータに報知させるとともに、ロック機構によるロックを解除して蓋部５３の開放を許可する。これにより、蓋部５３を開ける際には、筐体５１内は洗浄済みであり、筐体５１内の研磨屑や研磨パッド屑が外のクリーンルーム内に飛散することはない。また、筐体５１内の定期的な洗浄が可能となる。

ここで、制御手段５６は、筐体内洗浄手段５４による筐体５１内の洗浄時には、ノズル部５４ａに対する水源５７からの水の供給とエア源５８からのエアの供給とを開始させる。ノズル支持部５４ｂの連通路５４ｄから水とエアとの混合体が供給されるノズル部５４ａは、その噴出口５４ｃから混合体を筐体５１内に向けて噴出させる。このとき、２つの噴出口５４ｃは、同一回転方向に見て同一方向に開口し、ノズル支持部５４ｂを中心として描かれる円の接線方向に形成されているので、これらの噴出口５４ｃから噴出される混合体の圧力によりノズル部５４ａ自身がノズル支持部５４ｂを回転軸として回転する。よって、ノズル部５４ａは供給される混合体の圧力によって自動的に回転しながらその２つの噴出口５４ｃから混合体を筐体５１内に向けて噴出させるので、筐体５１の内壁に付着したり堆積している研磨屑等の洗浄が行われる。

このような洗浄に際して、水を含む混合体は、全体的に幅狭に形成された噴出口５４ｃから高圧で噴出されるため、良好に洗浄が行われる。特に、噴出口５４ｃの開口部分は外方に向けて上下方向に滑らかに拡開する円弧状拡開部５４ｃ２として形成されており、上下方向に広がるように混合体を噴射させるので、洗浄範囲を広げることもできる。さらに、後述のような水平移動手段５５による筐体内洗浄手段５４の位置の水平移動を加えることで、上下方向および水平方向に亘る広範囲の洗浄を行わせることができる。さらに、水単独の場合には、水圧を増加させることが難しいが、水とエアとの混合体を用いて噴出口５４ｃから噴出させているので、高圧エアの併用により水圧の増加が容易となり、回転速度・飛散距離が向上するとともに、水が汚れに衝突するときの衝撃力も大きくなり、洗浄効果を高めることができる。

さらに、このような洗浄に際して、制御手段５６は、水平移動手段５５を往復駆動させる。この水平移動手段５５の往復駆動により、回転支持部５２と研磨工具５ｂとが一体に水平方向に往復移動する。すると、回転支持部５２に固定された天井部５１ｂも蛇腹部５１ｃを利用して水平方向に往復移動する。これにより、天井部５１ｂの下面に配設された筐体内洗浄手段５４も水平方向に往復移動することとなり、筐体内洗浄手段５４は、場所を変えながら筐体５１内の洗浄を行う。よって、筐体５１内を広範囲に亘って良好に洗浄することができる。また、このような水平移動手段５５は、元々適正な研磨加工を行うために設けられている機構を流用することもできる。このような既存の機構を流用した場合は、新たに水平移動手段を設けることなく、洗浄効果を向上させることができる。

このようにして、筐体内洗浄手段５４によって筐体５１内の洗浄が行われた後に、研磨加工により消耗した研磨工具５ｂの交換作業が支障なく行われる。

１ 研磨装置
５ 研磨手段
５ａ スピンドル
５ｂ 研磨工具
５ｃ カバー部
７ 保持手段
５１ 筐体
５１ａ 本体部
５１ｂ 天井部
５１ｃ 蛇腹部
５２ 回転支持部
５３ 蓋部
５４ 筐体内洗浄手段
５４ａ ノズル部
５４ｂ ノズル支持部
５４ｃ 噴出口
５４ｄ 連通路
５５ 水平移動手段
５６ 制御手段
５７ 水源
５８ エア源
Ｗ ワーク
Ｓ 円

Claims (3)

1. 鉛直方向を回転軸としてワークを回転可能に保持する保持手段と、該保持手段に保持されたワークを乾式で研磨加工する研磨手段と、を有する研磨装置であって、
   前記研磨手段は、
   ワークの被研磨面に接触して該被研磨面を研磨する研磨工具と、
   鉛直方向を回転軸として回転可能に前記研磨工具を上側から支持するスピンドルと、該スピンドルを囲むカバー部と、を含む回転支持部と、
   少なくとも前記保持手段と前記研磨工具とを囲む筺体と、
   該筺体の一部に設けられた開閉可能な蓋部と、
   前記筺体の内壁に配設されて、該筺体内で水を噴出する筺体内洗浄手段と、
   研磨加工によって消耗した前記研磨工具を交換するために前記蓋部を開ける前に前記筺体内洗浄手段から水が噴出するように該筺体内洗浄手段を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする研磨装置。
2. 前記研磨手段は、前記回転支持部と前記研磨工具とを水平方向に移動させる水平移動手段を有し、
   前記筺体は、
   底面と側面とを含む本体部と、
   前記回転支持部に固定された天井部と、
   一端が前記本体部に固定され他端が前記天井部に固定された伸縮可能な蛇腹部と、を有し、
   前記筺体内洗浄手段は、前記天井部に配設され、前記水平移動手段によって前記回転支持部と一体に前記筺体内を水平方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記筺体内洗浄手段は、
   水とエアとの混合体を噴出する噴出口を有するノズル部と、
   一方が前記ノズル部を回転可能に支持するとともに前記噴出口に連通し他方が前記水を供給する水源と前記エアを供給するエア源とに連通する連通路を含むノズル支持部と、を有し、
   前記噴出口は、前記ノズル支持部を中心として描かれる円の接線方向に開口し、
   前記ノズル部は、前記噴出口から噴出される混合体の圧力により前記ノズル支持部を回転軸として回転することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。

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