JP2011156601A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドレス部の摩耗量や装置ごとの寸法の違いを正確に把握しなくても所望のドレッシングを行うことができる研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨工具２３を下降させて研磨部２３２の研磨面２３３をドレス工具３３のドレス部３３２に接触させてドレッシングする構成において、ドレス部３３２が研磨面２３３から受ける下向きの圧力を検出する圧力検出部３２と、圧力検出部３２で検出される圧力に基づいて研磨工具２３の鉛直方向の移動量を制御する制御手段４を付加し、制御手段４によってドレス部３３２に接触する研磨面２３３の圧力の程度を調整して所望のドレッシングを可能とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハ等の薄板状のワークを研磨加工する研磨装置に係り、特に摩耗や目詰まりが生じた研磨工具にドレッシングと呼ばれる表面研磨を施して再使用可能とするドレス機構が装備された研磨装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、半導体からなるウェーハの表面にＩＣやＬＳＩ等の多数の電子回路を形成し、次いでウェーハの裏面を研削して所定の厚さに加工してから、電子回路が形成された領域を分割予定ラインに沿って切断するダイシングを行って、１枚のウェーハから多数の半導体チップをデバイスとして得ている。ところで、裏面の研削工程を経たウェーハの裏面（被研削面）には研削による歪み層が形成され、この研削歪み層が残存したままであるとデバイスの抗折強度を低下させる要因となる。そこでこの研削歪み層は、研削工程後に、ウェットエッチングやドライエッチング等のエッチングや、スラリーを用いたポリッシングといった方法で除去することが行われている。

ところが、いずれの除去方法も生産性が低く、また、廃液が環境汚染の原因になるという問題があった。そこで本出願人は、フェルト等の柔軟な部材にジルコニア等からなる砥粒を含浸させてボンド材で固めた研磨部を支持部材に固着してなる研磨工具を研磨装置に装着し、研磨部をワークの被研磨面に押し付けて研磨するといった乾式研磨により研削歪み層を除去する技術を開発した。

このような研磨工具にあっては長時間の使用により研磨部の研磨面に摩耗や目詰まりが生じるが、ドレッシングを行うことによって再使用可能としている。ドレッシングは、ダイヤモンド砥粒をニッケルメッキ等によって固めた構成のドレス部を研磨部の研磨面に接触させて行われる。本出願人は、ドレス部に対する研磨工具の位置を制御して、ドレス部に対する研磨部の接触状態を常にドレッシングに適した状態に調整する技術を提案している（特許文献１）。

特開２００７−１７５８２５号公報

しかして、位置制御によってドレッシングの調整を行った場合、ドレス部の摩耗量や装置ごとの寸法の違いを正確に把握しないと精度のよいドレッシングの調整を行うことができないという不具合があることが判った。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ドレス部の摩耗量や装置ごとの寸法の違いを正確に把握しなくても所望のドレッシングを行うことができる研磨装置を提供することにある。

本発明の研磨装置は、ワークを保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段に保持されたワークに対し下方に向いた研磨面を接触させて乾式で該ワークを研磨加工する研磨工具と、該研磨工具を鉛直方向を回転軸として回転可能に支持する回転支持軸と、該研磨工具および該回転支持軸を鉛直方向に移動させる鉛直移動機構とを有する研磨機構とを備えた研磨装置であって、前記研磨工具の前記研磨面に上端が接触して該研磨面をドレッシングするドレス部と、該ドレス部の前記上端を前記保持手段の前記保持面の上側または下側に選択的に位置付ける昇降機構と、前記ドレス部が前記研磨面によって下向きに受ける圧力を検出する圧力検出部とを有するドレス機構と、前記圧力検出部による検出結果に基づいて前記鉛直移動機構による前記研磨工具の前記鉛直方向の移動量を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、研磨機構の鉛直移動機構によって研磨工具が下降し、該研磨工具の研磨面がドレス機構のドレス部における上端に接触して研磨工具の研磨面がドレッシングされる。ここで、圧力検出部で圧力が検出されることにより、研磨面がドレス部に接触していることが確認され、ドレッシングが確実になされていると判断することができる。また、圧力検出部で検出される圧力に基づいて研磨工具の移動量を制御することにより、ドレス部が研磨工具から受ける圧力の程度を調整するといったドレッシングの調整を行うことができる。その結果、ドレス部の摩耗量や装置ごとの寸法の違いを正確に把握しなくても所望のドレッシングを常に安定して行うことができる。

なお、本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えば、シリコンやガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等からなる半導体ウェーハ、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（ＴＴＶ：total thickness variation−ワークの被研削面を基準として厚さ方向に測定した高さのワークの被研削面全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料等が挙げられる。

本発明によれば、ドレス部の摩耗量や装置ごとの寸法の違いを正確に把握しなくても所望のドレッシングを行うことができるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る研磨装置の斜視図である。 一実施形態に係る研磨装置の研磨機構およびドレス機構を模式的に示す側面図であって、ドレス機構のドレス部がチャックテーブルの保持面よりも下側の退避位置に位置付けられている状態を示している。 一実施形態に係る研磨装置のドレス機構で研磨工具の研磨面をドレッシングしている状態を模式的に示す側面図である。 一実施形態の研磨装置によりワークを研磨している状態を模式的に示す側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る研磨装置を説明する。
（１）研磨装置の構成
図１は、一実施形態に係る研磨装置を示している。この研磨装置１は、半導体ウェーハ等の薄板状のワークＷをチャックテーブル（保持手段）１３に保持してワークＷの被研磨面を上方に露出させ、その被研磨面を研磨機構２により研磨するものである。

図１で符号１１は直方体状の基台であり、この基台１１には、長方形状のテーブルベース１２がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブルベース１２には、円板状のチャックテーブル１３がＺ軸方向（鉛直方向）を回転軸として回転可能に支持されている。チャックテーブル１３は一般周知の真空チャック式のもので、水平な上面に、ワークＷとほぼ同径であり、負圧作用によってワークＷを吸引して保持する保持面１３１が形成されている。

チャックテーブル１３に保持されたワークＷは、テーブルベース１２がＸ軸方向に移動することにより、図１でＸ１側の端部の搬入出位置からＸ２側の端部の加工位置の間を往復移動させられる。基台１１にはテーブルベース１２をＸ軸方向に移動させる移動機構が設けられており、テーブルベース１２にはチャックテーブル１３を回転させる回転駆動機構が設けられている（いずれも図示略）。テーブルベース１２の移動方向の両側には、テーブルベース１２の移動路を覆って研磨屑等が基台１１内に落下することを防ぐ蛇腹状のカバー１４が伸縮自在に設けられている。

基台１１の上記加工位置の側方（Ｙ１側）にはコラム１５が立設されており、このコラム１５に、研磨機構２が設けられている。研磨機構２は、コラム１５の基台１１側（Ｙ２側）の取付け面１５１に設けられた鉛直移動機構２１と、この鉛直移動機構２１によって昇降させられるスピンドルユニット２２と、このスピンドルユニット２２に着脱自在に固定される研磨工具２３とを備えている。

コラム１５の取付け面１５１はＸ軸方向およびＺ軸方向に沿った鉛直面であり、この取付け面１５１には、Ｘ軸方向に離間した一対のＺ軸ガイド１６が固定されている。そしてこれらＺ軸ガイド１６に、スライダ１７がＺ軸方向に昇降可能に取り付けられ、このスライダ１７に、スピンドルユニット２２がホルダ１７１を介して固定されている。スライダ１７には、Ｚ軸方向に延びるボールねじ２１１が螺合した状態で連結しており、スライダ１７は、ボールねじ２１１およびボールねじ２１１を回転駆動するサーボモータ２１２からなる鉛直移動機構２１によって昇降駆動される。

スピンドルユニット２２は、軸方向がＺ軸方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング２２１内に、図２に示すスピンドルシャフト（回転支持軸）２２２が同軸的、かつ回転自在に組み込まれ、スピンドルシャフト２２２の先端に、研磨工具２３が着脱自在に固定されるフランジ状のマウント２２３が設けられた構成である。スピンドルユニット２２は、マウント２２３を下方に配して軸方向をＺ軸方向と平行にした状態で、スピンドルハウジング２２１がホルダ１７１を介してスライダ１７に固定されており、鉛直移動機構２１によってスライダ１７と一体に昇降する。スピンドルユニット２２の上端部にはモータ部２２４が設けられており、このモータ部２２４によってスピンドルシャフト２２２が回転させられる。

研磨工具２３は、図２に示すように、上記マウント２２３の下面に着脱自在、かつ同心状に固定される円板状の支持部材２３１の下面全面に研磨部２３２が固着されたもので、直径はワークＷの全面を覆う大きさを有している。研磨部２３２は、例えば、フェルト等の柔軟な部材にジルコニア等からなる砥粒を含浸させボンド材で固めて成形されたものなどが好適に使用される。研磨部２３２の下面はワークＷの被研磨面に押し付けられる研磨面であり、この研磨面２３３は、スピンドルシャフト２２２の軸方向と直交し、チャックテーブル１３の保持面１３１と平行に設定される。また、スピンドルシャフト２２２とチャックテーブル１３の各軸心のＹ軸方向の位置は、同一位置に設定される。

上記テーブルベース１２におけるチャックテーブル１３の加工位置側（Ｘ２側）には、ドレス機構３が配設されている。ドレス機構３は、図２に示すように、テーブルベース１２に形成された凹所１２１内にセットされており、凹所１２１の底部に設置されたエアシリンダ等からなる昇降機構３１と、この昇降機構３１にロードセル等からなる圧力検出部３２を介して取り付けられたドレス工具３３とから構成されている。

ドレス工具３３は、支持部材３３１の上面に、上記研磨部２３２の研磨面２３３をドレッシングするドレス部３３２が固着されてなるものである。ドレス部３３２は、研磨工具２３の研磨部２３２に応じたものが用いられ、例えばダイヤモンド砥粒等の砥粒をボンドによって固めて所望の形状に成形されたものなどが好適に使用される。昇降機構３１は、凹所１２１の底部に固定された本体部３１１から昇降部３１２が伸縮して昇降する構成である。

ドレス工具３３は昇降機構３１が作動して昇降部３１２が昇降することにより、ドレス部３３２の上端３３３がチャックテーブル１３の保持面１３１よりも下側に位置付けられる退避位置（図２に示す位置）と、ドレス部３３２がチャックテーブル１３の保持面１３１よりも上側に突出して上端３３３が保持面１３１よりも上側に位置付けられるドレス位置（図３に示す位置）とに選択的に位置付けられるようになっている。なお、ドレス工具３３のＹ軸方向の位置は、研磨工具２３の中心（スピンドルシャフト２２２の軸心と同じである）のＹ軸方向の位置と同一とされている。

研磨部２３２の研磨面２３３をドレス部３３２でドレッシングするには、図３に示すように、ドレス部３３２の上端３３３に研磨面２３３を接触させて行われるが、その時にドレス部３３２が研磨面２３３によって下向きに受ける圧力が圧力検出部３２によって検出される。圧力検出部３２での検出結果である圧力データは制御手段４に供給される。そしてこの制御手段４は、供給された圧力データに基づいて鉛直移動機構２１の作動量、すなわち鉛直移動機構２１による研磨工具２３の鉛直方向の移動量を制御するように構成されている。

（２）研磨装置による研磨加工動作
以上が一実施形態の研磨装置１の構成であり、続いて該装置によりワークＷを研磨加工する動作例を説明する。

はじめに、搬入出位置に位置付けられたチャックテーブル１３が真空運転され、ワークＷが被研磨面を上方に露出した状態で保持面１３１に同心状に載置されるとともに吸着、保持される。次いで、テーブルベース１２が図１でＸ２方向に移動してワークＷが加工位置に送り込まれ、チャックテーブル１３が回転してワークＷが自転させられる。この時点では、ドレス機構３のドレス工具３３は上記退避位置に位置付けられている。そして、自転するワークＷの上面である被研磨面が、上方で待機していた研磨機構２のスピンドルユニット２２により次のようにして研磨加工される。

すなわち、図４の矢印Ｒに示すようにスピンドルシャフト２２２が回転することにより研磨工具２３が回転しながら、鉛直移動機構２１が作動してスピンドルユニット２２が下降し、同図に示すように研磨工具２３における研磨部２３２の研磨面２３３を所定荷重でワークＷの上面に押し付ける。ワークＷの上面は全面が研磨面２３３で覆われ、該研磨面２３３によりワークＷの被研磨面が乾式にて研磨される。

研磨時のチャックテーブル１３の回転方向および回転速度は、研磨部２３２の研磨面２３３がワークＷの上面に対して相対的に摺動して研磨作用が効果的に得られる状態に設定される。研磨時においては、ドレス機構３のドレス工具３３が退避位置に位置付けられ、ドレス部３３２の上端３３３はチャックテーブル１３の保持面１３１よりも下方に位置していることにより、研磨工具２３がドレス部３３２に接触するおそれはない。

所定の研磨加工時間が経過したらスピンドルユニット２２が上昇して研磨部２３２がワークＷから離れ、テーブルベース１２が図１でＸ１方向に移動してワークＷが搬入出位置まで戻される。この後、チャックテーブル１３の回転が停止し、研磨されたワークＷがピックアップされて研磨工程が終了する。

（３）ドレス機構によるドレッシング
上記動作が、１枚のワークＷに研磨加工を施す１サイクルである。このサイクルが多数のワークＷに施されて研磨工具２３が長時間使用されると、研磨部２３２の研磨面２３３に摩耗や目詰まりが生じる。このような状況になると、再使用のために研磨面２３３を研磨してリフレッシュさせるドレッシングが必要となる。本実施形態では、そのドレッシングが次のようにしてドレス機構３により行われる。

すなわち、テーブルベース１２を図１のＸ２方向に移動させてドレス機構３を加工位置付近に位置付ける。次いで、図３に示すように、昇降機構３１によってドレス工具３３を上昇させてドレス位置に位置付ける。そして、上方に退避していたスピンドルユニット２２のスピンドルシャフト２２２を矢印Ｒに示すように回転させて研磨工具２３を回転させながらスピンドルユニット２２を下降させ、研磨工具２３の研磨面２３３をドレス部３３２の上端３３３に接触させる。研磨面２３３がドレス部３３２の上端３３３に接触するとドレス部３３２は研磨面２３３によって下向きの荷重を受け、その荷重による圧力は圧力検出部３２によって検出され、圧力データとして制御手段４に供給される。

圧力検出部３２によって検出される圧力が所定値に達したことが制御手段４で判断されたら、制御手段４により鉛直移動機構２１が停止し、スピンドルユニット２２の下降が停止する。次いで、テーブルベース１２とともにドレス機構３がＸ軸方向に移動し、これにより、回転する研磨部２３２の研磨面２３３がドレス部３３２に所定荷重で接触し、研磨面２３３がドレス部３３２によってドレッシングされる。ドレス機構３は、ドレス部３３２が研磨面２３３の中心を通って研磨面２３３の直径全域を通過するようにＸ軸方向に移動する。これにより、回転する研磨面２３３の全面がドレス部３３２でドレッシングされる。

ドレッシング時においては、ドレス機構３のドレス工具３３がドレス位置に位置付けられ、ドレス部３３２の上端３３３はチャックテーブル１３の保持面１３１よりも上方に位置していることにより、研磨工具２３がチャックテーブル１３に接触するおそれはない。研磨工具２３の研磨面２３３のドレッシングが完了したら、スピンドルユニット２２が上昇して研磨面２３３がドレス部３３２から離れ、ドレッシング工程が終了する。

（４）ドレス機構による作用効果
上記実施形態のドレス機構３によれば、まず、圧力検出部３２で圧力が検出されることにより、研磨工具２３の研磨部２３２がドレス工具３３のドレス部３３２に接触していることが確認される。したがってドレッシングが確実になされていると判断することができ、ドレッシングが不十分のまま終了するといった不具合を防ぐことができる。

また、圧力検出部３２で検出される圧力に基づいて研磨工具２３の鉛直方向の移動量を制御することにより、ドレス部３３２に接触する研磨工具２３の圧力の程度を調整するといったドレッシングの調整を行うことができる。このため、ドレス部３３２の摩耗量や装置ごとの寸法の違いを正確に把握しなくても、過小、あるいは過剰にならない所望のドレッシングを常に安定して行うことができる。

なお、上記のように圧力検出部３２によって検出される圧力が所定値に達したら研磨工具２３の下降を停止させてドレッシングを開始するといった制御手段４による研磨工具２３の鉛直方向の移動制御は一例である。例えばこの実施形態の制御形態の他には、ドレッシング中においても検出される圧力が常に一定値となるように研磨工具２３の鉛直方向の位置を連続的に調整するフィードバック制御といった制御形態が挙げられる。

１…研磨装置
１３…チャックテーブル（保持手段）
１３１…保持面
２…研磨機構
２１…鉛直移動機構
２２…スピンドルユニット
２２２…スピンドルシャフト（回転支持軸）
２３…研磨工具
２３２…研磨部
２３３…研磨面
３…ドレス機構
３１…昇降機構
３２…圧力検出部
３３…ドレス工具
３３２…ドレス部
３３３…ドレス部の上端
４…制御手段
Ｗ…ワーク

Claims (1)

1. ワークを保持する保持面を有する保持手段と、
   該保持手段に保持されたワークに対し下方に向いた研磨面を接触させて乾式で該ワークを研磨加工する研磨工具と、該研磨工具を鉛直方向を回転軸として回転可能に支持する回転支持軸と、該研磨工具および該回転支持軸を鉛直方向に移動させる鉛直移動機構とを有する研磨機構とを備えた研磨装置であって、
   前記研磨工具の前記研磨面に上端が接触して該研磨面をドレッシングするドレス部と、該ドレス部の前記上端を前記保持手段の前記保持面の上側または下側に選択的に位置付ける昇降機構と、前記ドレス部が前記研磨面によって下向きに受ける圧力を検出する圧力検出部とを有するドレス機構と、
   前記圧力検出部による検出結果に基づいて前記鉛直移動機構による前記研磨工具の前記鉛直方向の移動量を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする研磨装置。

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