JP2011093018A - 研磨ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエーハの裏面を均一の厚さに研磨できるとともに均一に磨耗する研磨パッドを有する研磨ホイールを提供することである。
【解決手段】 ウエーハを保持し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを覆うように位置づけられてウエーハを研磨する回転可能な研磨ホイールを有する研磨手段とを備えた研磨装置用研磨ホイールであって、ホイール基台と、該ホイール基台にリング状に配設され、該チャックテーブルに保持されたウエーハの直径より小さく半径より大きい研磨領域幅を有する研磨パッドとを具備し、該研磨パッドは複数のセグメントパッドから構成され、該各セグメントパッドは、回転中心側から半径方向の中央に向かって拡大し中央から外周に向かって縮小する円周方向の幅を有する桜の花びら形状に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は研磨装置用研磨ホイールに関し、特に研磨ホイールに装着される研磨パッドの形状に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、ダイシング装置等の分割装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に広く利用されている。

近年、半導体デバイスの小型化、薄型化の要請から、半導体ウエーハの薄型化が要求されている。半導体ウエーハの裏面を研削するとウエーハの裏面に研削歪が残存してデバイスの抗折強度が低下することから、研削により生じた研削歪の除去や抗折強度の向上を目的として、研削後のウエーハの裏面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって研磨加工することが提案され実用化されている。

ＣＭＰは、研磨パッドと半導体ウエーハとの間に研磨液（スラリー）を供給しつつ研磨パッドと半導体ウエーハとをそれぞれ回転させながら相対的に摺動させることで遂行される（例えば、特開平３−２４８５３２号公報参照）。

研磨パッドとしては一般に不織布が使用され、例えばシリカなどの遊離砥粒を含んだ研磨液（スラリー）を供給しながらウエーハの裏面を研磨する。しかし、遊離砥粒を含む研磨液を使用したＣＭＰでは、大部分の遊離砥粒が研磨に寄与することなく廃液中に残存してしまうので、廃液処理が困難であるという問題がある。また、研磨時の砥粒の消費量は、通常砥粒全体の３〜４％程度であることから、大部分の砥粒が研磨に寄与することなく無駄に消費されてしまうという問題もある。

これらの問題を解決するために、遊離砥粒を含有しない研磨液（例えばアルカリ溶液）と研磨パッドに砥粒を含有させた固定砥粒型研磨パッドとを使用したＣＭＰが、例えば特開平８−９９２６５号公報又は特開２０００−３４３４４０号公報で提案されている。これらの刊行物に開示された研磨方法では、ウエーハを覆うように研磨パッドを位置づけて研磨を遂行している。

特開平３−２４８５３２号公報 特開平８−９９２６５号公報 特開２０００−３４３４４０号公報

しかし、ウエーハを覆うように研磨パッドを位置づけてウエーハを研磨すると、ウエーハの外周領域が比較的多く研磨されるとともにウエーハの回転中心領域も外周領域程ではないが比較的多く研磨されてウエーハ全体が不均一に研磨されるという問題がある。その結果、研磨ホイールに装着された研磨パッドも外周領域から回転中心領域に渡り弓なりに磨耗する。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウエーハの裏面を均一に研磨可能であるとともに均一に磨耗する研磨パッドを備えた研磨ホイールを提供することである。

本発明によると、ウエーハを保持し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを覆うように位置づけられてウエーハを研磨する回転可能な研磨ホイールを有する研磨手段とを備えた研磨装置用研磨ホイールであって、ホイール基台と、該ホイール基台にリング状に配設され、該チャックテーブルに保持されたウエーハの直径より小さく半径より大きい研磨領域幅を有する研磨パッドとを具備し、該研磨パッドは複数のセグメントパッドから構成され、該各セグメントパッドは、回転中心側から半径方向の中央に向かって拡大し中央から外周に向かって縮小する円周方向の幅を有する桜の花びら形状に形成されていることを特徴とする研磨ホイールが提供される。

好ましくは、隣接するセグメントパッド同士の間隔は、回転中心側から半径方向中央に向かって縮小し、中央で互いに当接するとともに中央から外周に向かって拡大する。好ましくは、各セグメントパッドには砥粒が混入されている。

本発明によると、研磨パッドを複数のセグメントパッドから形成し、各セグメントパッドの形状を回転中心側から半径方向の中央に向かって拡大し、中央から外周に向かって縮小する桜の花びら形状に形成したので、ウエーハの裏面を略均一の厚さに研磨することができる。また、セグメントパッドも略均一に磨耗するので、長時間にわたりウエーハを安定的に研磨できる。

本発明の研磨ホイールを装着した研磨装置の斜視図である。 図２（Ａ）は本発明第１実施形態の研磨ホイールの斜視図、図２（Ｂ）はその裏面側斜視図である。 本発明第２実施形態の研磨ホイールの底面図である。 ウエーハ研磨中のウエーハと研磨ホイールとの位置関係を示す側面図である。 ウエーハ研磨中のウエーハと研磨ホイールとの位置関係を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明実施形態の研磨ホイールを具備した研磨装置２の外観斜視図を示している。４は研磨装置２のハウジング（ベース）であり、ハウジング４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に延びる一対のガイドレール８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研磨ユニット（研磨手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研磨ユニット１０は、スピンドルハウジング１２と、スピンドルハウジング１２を保持する支持部１４を有しており、支持部１４が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１６に取り付けられている。

研磨ユニット１０はスピンドルハウジング１２中に回転可能に収容されたスピンドル１８と、スピンドル１８の先端に固定されたホイールマウント２０と、ホイールマウント２０にねじ締結され複数のセグメント研磨パッドを有する研磨ホイール２２と、スピンドル１８を回転駆動する電動モータ１９を含んでいる。２３は研磨液供給路であり、ウエーハの研磨中にアルカリ溶液等の研磨液が供給される。

研磨装置２は、研磨ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ２８とパルスモータ３０とから構成される研磨ユニット移動機構３２を備えている。パルスモータ３０を駆動すると、ボールねじ２８が回転し、移動基台１６が上下方向に移動される。

ハウジング４の上面には凹部４ａが形成されており、この凹部４ａにチャックテーブル機構３４が配設されている。チャックテーブル機構３４はチャックテーブル３６を有し、図示しない移動機構によりウエーハ着脱位置Ａと研磨ユニット１０に対向する研磨位置Ｂとの間でＹ軸方向に移動される。３８，４０は蛇腹である。ハウジング４の前方側には、研磨装置２のオペレータが研磨条件等を入力する操作パネル４２が配設されている。

図２（Ａ）を参照すると、本発明第１実施形態に係る研磨ホイール２２の斜視図が示されている。図２（Ｂ）は研磨ホイール２２の裏面側斜視図である。研磨ホイール２２は、金属から形成されたホイール基台２４と、ホイール基台２４に貼着された複数の（本実施形態では４個）セグメント研磨パッド２６とから構成される。

ホイール基台２４には研磨液供給用の中心穴２５と、複数のねじ穴２７が形成されており、これらのねじ穴２７中にボルトを螺合することによりホイールマウント２０に取り付けられる。

各セグメント研磨パッド２６は、例えば不織布等の研磨布中にワニス等の結合剤とともに微細な砥粒を含ませて固定し成形したものであり、砥粒は粒径が０．０１μｍ〜１０．０μｍのシリカ、酸化セリウム等から構成される。代替案として、シリカ又は酸化セリウムを発泡ウレタンで固定してセグメント研磨パッド２６を形成するようにしてもよい。

各セグメント研磨パッド２６の円周方向の幅は、回転中心側から半径方向の中央に向かって拡大し、中央から外周に向かって縮小しており、セグメント研磨パッド２６は桜の花びら形状をしている。

隣接するセグメント研磨パッド２６同士の間隔は、回転中心側から半径方向の中央に向かって縮小し、中央で互いに当接してから外周に向かって拡大するようにセグメント研磨パッド２６が配置されている。

図３を参照すると、本発明第２実施形態の研磨ホイール２２Ａの底面図が示されている。本実施形態の研磨ホイール２２Ａは、ホイール基台２４に５個のセグメント研磨パッド２６Ａを貼着して構成されている。各セグメント研磨パッド２６Ａの形状及び隣接するセグメント研磨パッド２６Ａ同士の間隔は第１実施形態の研磨ホイール２２と概略同様である。

図４及び図５に示すように、研磨ホイール２２のホイール基台２４に配設された複数のセグメント研磨パッド２６は、チャックテーブル３６に保持されたウエーハＷの直径より小さく半径より大きい研磨領域幅を有するようにリング状に配設される。

ウエーハＷの裏面研磨時には、ウエーハＷの表面に保護テープ４４を貼着し、保護テープ４４側を研磨装置２のチャックテーブル３６で吸引保持して、ウエーハＷの研削された裏面を露出させる。

そして、研磨ホイール２２を図５で矢印Ａ方向に例えば１６００ｒｐｍで回転し、チャックテーブル３６に保持されたウエーハＷを矢印Ｂ方向に例えば１００ｒｐｍで回転しながら、研磨ユニット移動機構３２を駆動してセグメント研磨パッド２６でウエーハＷに約３００Ｎの荷重を印加してウエーハＷの裏面の研磨を遂行する。約１００秒程度の研磨時間でウエーハＷの裏面に残存する研削歪を除去することができ、ウエーハＷの裏面を鏡面に仕上げることができる。

本実施形態の研磨ホイール２２，２２Ａでは、ホイール基台２４に貼着する研磨パッドを複数のセグメント研磨パッド２６，２６Ａから構成し、各セグメント研磨パッド２６，２６Ａの形状を桜の花びら形状にするとともに、隣接するセグメント研磨パッド２６，２６Ａの間隔を回転中心側から半径方向中央に向かって縮小し、中央で互いに当接してから中央から外周に向かって拡大するように設定したので、外周部分と回転中心部分で研磨量が減少し、半径方向中央部分で研磨量を稼ぐことができる。

よって、ウエーハＷの裏面を均一の厚さに研磨することができるとともに、セグメント研磨パッド２６，２６Ａは概略均一に磨耗するので、長時間に渡りウエーハＷを安定的に研磨することができる。

尚、上述した実施形態では研磨液を供給しながらウエーハＷの裏面を研磨するＣＭＰについて説明したが、本発明の研磨ホイール２２，２２ＡはＣＭＰに限定されるものではなく、研磨液を供給しないで研磨する乾式研磨にも適用可能である。

２ 研磨装置
１０ 研磨ユニット
２２，２２Ａ 研磨ホイール
２６，２６Ａ セグメント研磨パッド
３６ チャックテーブル
４４ 保護テープ
Ｗ ウエーハ

Claims (3)

1. ウエーハを保持し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを覆うように位置づけられてウエーハを研磨する回転可能な研磨ホイールを有する研磨手段とを備えた研磨装置用研磨ホイールであって、
   ホイール基台と、
   該ホイール基台にリング状に配設され、該チャックテーブルに保持されたウエーハの直径より小さく半径より大きい研磨領域幅を有する研磨パッドとを具備し、
   該研磨パッドは複数のセグメントパッドから構成され、
   該各セグメントパッドは、回転中心側から半径方向の中央に向かって拡大し中央から外周に向かって縮小する円周方向の幅を有する桜の花びら形状に形成されていることを特徴とする研磨ホイール。
2. 互いに隣接する該セグメントパッド同士の間隔は、回転中心側から半径方向の中央に向かって縮小し、中央で互いに当接するとともに中央から外周に向かって拡大する請求項１記載の研磨ホイール。
3. 該各セグメントパッドには砥粒が混入されている請求項１又は２記載の研磨ホイール。

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