JP2013248733A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の一方の側の外周部を研磨することができる研磨装置を提供する。
【解決手段】本発明の基板装置は、基板Ｗを保持して回転させる基板保持機構１と、研磨具１０を基板Ｗの外周部に押圧して該外周部を研磨する研磨機構２と、基板Ｗの外周部を流体で支持する外周部支持機構３と、を備える。研磨機構２と外周部支持機構３とは、基板Ｗに関して略対称に配置され、基板Ｗの外周部は、外周部支持機構３から噴射される流体により、該基板Ｗの下面側から支持されるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の平坦面を含む外周部を研磨する研磨装置に関する発明である。

半導体デバイスの製造では、基板としてウエハが使用される。半導体デバイスの製造プロセスには、ウエハに膜を積層するプロセスと、積層された膜を除去するプロセスが複数存在する。これらプロセスの過程でウエハの外周部には表面荒れを生じ、そこからパーティクルと呼ばれる微小な汚染物質が発生する。

この汚染物質をそのまま放置すると、その一部は、その後の基板の移送や処理の過程で基板の外周部からウエハの表面中央部に向かって移動することとなる。ウエハの表面には碁盤の目状にデバイスが形成されており、このデバイス上に汚染物質が付着すると、デバイスの品質は低下し、不良品の原因ともなる。このような問題を避けるためには、ウエハの外周部を処理することが必要不可欠である。

また、半導体デバイスの製造プロセスでは、先にも述べた通り、ウエハには膜が何層も積層される。この過程の中で、積層した膜の外周部のみを除去したいという要求がある。例えば、ある膜を形成して次の処理に移るとき、ウエハの外周部が搬送機構で把持された状態でウエハが移送される。このとき、ウエハの外周部上にある膜自体が搬送機構に付着し、その後の工程に汚染物質として拡散してしまうことがある。このような汚染物質の拡散を防止するために、ウエハを掴む場所（ウエハ外周部）をあらかじめ処理して、ウエハの外周部から膜を除去しておくのである。

ウエハの外周部を処理する方法の一つとして、研磨処理が挙げられる。この研磨処理は、研磨具を基板の片面から当てるものと、両面から当てるもので大きく二つに分かれる。特許文献１には、研磨帯を片面から基板に当てる研磨方法が開示されている。この特許文献１では、研磨帯をウエハの外周側から中心側に向かって移動させつつ、下向きの力を基板の外周部に加えている。特許文献２では、研磨ドラムを下向きの力で上面ベベル部に押付けている。特許文献３では、基板の上方または下方から研磨テープを基板の外周部に押し付けている。これら三つの方法では、ウエハの外周部が押圧力により撓むことが考えられ、平坦な面である外周部に平行に研磨具を接触させて研磨することが困難と思われる。

一方、基板の両側から研磨具を当てる研磨方法として、特許文献４および特許文献５に記載されている方法が知られている。これら特許文献４，５に記載された方法によれば、研磨具がウエハの両側からウエハを摘むので、ウエハの撓みについては問題がないと考えられる。しかしながら、研磨具の研磨面とウエハの面とが互いに平行にならないため、基板外周部の平坦な表面をその面の角度を維持しつつ均一に削ることは困難である。

そこで、特許文献６では、ウエハの外周部の真上と真下から研磨具を当て研磨する方法が提案されている。この研磨方法は、ウエハの撓みに関しても問題を生じなく、外周部を平坦に研磨することにも適している。しかしながら、この研磨方法では、基板の上面側の外周部と下面側の外周部のうちの一方だけを処理することはできず、必ず両側の外周部を処理することととなり、一方の外周部のみを研磨したいという要請に応えることができない。

特開２００１−２０５５４９号公報 特開２００７−２０８１６１号公報 特開２００５−３０５５８６号公報 特開２００５−２７７０５０号公報 特開２００７−１８９２０８号公報 特開２００４−２４１４３４号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、基板の一方の側の外周部を研磨することができる研磨装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板を保持して回転させる基板保持機構と、研磨具を基板の外周部に押圧して該外周部を研磨する研磨機構と、前記基板の外周部を流体で支持する外周部支持機構と、を備え、前記研磨機構と前記外周部支持機構とは、前記基板に関して略対称に配置され、前記基板の外周部は、前記外周部支持機構から噴射される流体により、該基板の下面側から支持されることを特徴とする研磨装置である。

本発明の好ましい態様は、前記基板の外周部は、該基板の最端部から内側に向かった平坦部であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨機構は、前記基板保持機構に保持された基板の上面側に配置されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記流体は、圧力調整されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記流体は、純水であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨具は研磨テープであり、前記研磨装置は、前記研磨機構に研磨テープを供給する研磨テープ供給機構をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、基板の撓みを防ぐことにより、基板の外周部の平坦面をその元の面の角度を維持したまま研磨することができる。

本発明の第１の実施形態に係る研磨装置を示す概略正面図である。 研磨機構を傾動させるチルト機構を示す側面図である。 図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、基板と外周部支持機構との位置関係を示す図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、基板と外周部支持機構との位置関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る研磨装置の要部を基板の径方向から見た側面図である。 本発明の第３の実施形態に係る研磨装置の要部を示す正面図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、研磨機構の基板の径方向の位置によって基板の撓み具合が変化する様子を示す図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す位置で基板を押圧したときの押圧力を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る研磨装置の他の構成例を示す正面図である。 図９に示す研磨装置の部分拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る研磨装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置を示す概略正面図である。図１に示すように、この研磨装置は、ウエハなどの基板Ｗを水平に保持して回転させる基板保持機構１と、この基板保持機構１によって保持された基板Ｗの外周部を研磨する研磨機構２と、基板保持機構１によって保持された基板Ｗの外周部を支持する外周部支持機構３とを備えている。なお、本明細書では、基板の外周部とは、基板の最端部から内側に向かった平坦部をいう。

基板保持機構１は、基板Ｗを真空吸着力などにより保持する基板ステージ１１と、基板ステージ１１を回転させる基板回転機構１２とを有している。基板ステージ１１は、基板Ｗよりも小さい直径を有し、基板Ｗの被研磨部である外周部が基板ステージ１１の外側に位置した状態で基板が保持される。基板回転機構１２は、図には示さないモータを有しており、このモータは基板ステージ１１に連結されている。このような構成により、基板回転機構１２のモータを回転させると、基板ステージ１１に保持された基板Ｗが水平面内で回転する。

研磨機構２は、研磨テープ（研磨具）１０を基板Ｗの上面側の外周部に押圧して該外周部を研磨する機構である。本実施形態では、研磨具として研磨テープ１０が用いられている。研磨テープ１０は、ベースフィルムの片面に、例えば、ダイヤモンド粒子やＳｉＣ粒子などの砥粒をベースフィルムに接着した研磨テープを用いることができる。これら砥粒が固定された研磨テープ１０の面が研磨面となる。研磨テープ１０に用いられる砥粒は、基板Ｗの種類や要求される研磨性能に応じて適宜選択される。例えば、平均粒径０．１μｍ〜５．０μｍの範囲にあるダイヤモンド粒子やＳｉＣ粒子を砥粒として用いることができる。また、砥粒を接着させていない帯状の研磨布でもよい。また、ベースフィルムとしては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレートなどの可撓性を有する材料からなるフィルムが使用できる。

基板保持機構１、研磨機構２、外周部支持機構３は、図示しないハウジング内に収容されており、ハウジングの内部空間が研磨室となっている。研磨テープ１０は、研磨テープ供給機構１５から研磨機構２に送られるようになっており、研磨テープ供給機構１５は研磨室の外に配置されている。研磨テープ供給機構１５は、ハウジングまたは図示しないフレームに固定されており、その位置は固定されている。研磨テープ供給機構１５は、テープ送り機構１６とテープ巻取り機構１７とを有している。研磨テープ１０は、テープ送り機構１６から研磨機構２に送られ、さらにテープ巻取り機構１７によって研磨機構２から回収される。このように、研磨テープ１０は、研磨テープ供給機構１５から研磨機構２に少しずつ送り込まれるので、常に新しい研磨面で基板Ｗの研磨が行われる。

研磨機構２は、研磨テープ１０の裏側（研磨面とは反対側）に配置された加圧パッド２０と、加圧パッド２０に押圧力を与える押圧機構としてのスプリング２１を有している。加圧パッド２０はロッド２２の先端に固定され、このロッド２２はその長手方向にスライド自在に図示しない軸受により支持されている。加圧パッド２０には、ロッド２２を介してスプリング２１により押圧力が付与され、これにより、研磨テープ１０の研磨面を基板Ｗの表面に対して押圧する。研磨テープ１０に与えられる押圧力はスプリング２１によって調整され、常に一定の押圧力が得られるようになっている。加圧パッド２０を構成する材料の例としては、シリコンゴム、シリコンスポンジ、フッ素ゴムなどの弾性材、またはポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、フッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの硬質材が挙げられる。

図２は、研磨機構２を傾動させるチルト機構を示す側面図である。研磨機構２は、アーム２６、ベルト２７、およびプーリ２８Ａ，２８Ｂを介してモータ２９に連結されており、モータ２９により研磨機構２が、基板保持機構１上の基板Ｗの最端部を中心に回転するようになっている。これらアーム２６、ベルト２７、プーリ２８Ａ，２８Ｂ、およびモータ２９は、研磨機構２を傾動させるチルト機構を構成する。

研磨機構２は、チルト機構を介してプレート３０に支持されており、プレート３０はスライド機構３１上に設置されている。スライド機構３１は、その長手方向に沿ってプレート３０が移動することを許容する。プレート３０はリニアアクチュエータ３３に連結されており、このリニアアクチュエータ３３を駆動させることにより、基板保持機構１に保持された基板Ｗの径方向に沿って研磨機構２が移動する。したがって、このリニアアクチュエータ３３は、研磨機構２を基板Ｗの径方向に沿って移動させる移動機構を構成する。

研磨機構２は、基板保持機構１に保持された基板Ｗの上面側に配置され、外周部支持機構３は基板Ｗの下面側に配置されている。すなわち、研磨機構２と外周部支持機構３とは、基板Ｗに関して略対称に配置されている。外周部支持機構３は、研磨機構２により押圧されている基板Ｗの外周部を、以下に説明するように、流体の圧力を利用して基板Ｗの外周部の反対側から支持するものである。

外周部支持機構３は、研磨機構２を支持するプレート３０にスライド機構３４を介して連結されている。スライド機構３４は、プレート３０に取り付けられた図には示さないリニアアクチュエータに連結されている。このような構成により、外周部支持機構３は、研磨機構２とは独立して基板Ｗの径方向に移動が可能となっている。外周部支持機構３は、減圧弁３５を経由して液体供給源３６に連結されている。液体は、減圧弁３５により圧力調整され、外周部支持機構３に供給される。外周部支持機構３は、基板Ｗの下面側の外周部に近接したノズル３７を有している。減圧弁３５により圧力調整された液体は、このノズル３７より基板Ｗの下面側の外周部に向けて噴射される。なお、使用される液体の好ましい例としては、純水が挙げられる。

次に、本実施形態に係る研磨装置の動作について説明する。
基板Ｗは、図示しない搬送ロボットにより研磨装置の研磨室に搬送され、基板保持機構１の基板ステージ１１上に載置される。基板保持機構１は、基板Ｗを真空吸着などにより保持し、水平面内で基板Ｗを回転させる。研磨テープ供給機構１５を動作させると、研磨テープ１０はテープ送り機構１６から研磨機構２を経由してテープ巻取り機構１７に巻き取られる。研磨テープ１０は、その長手方向に進行しながら、研磨機構２によって基板Ｗの上面側の外周部に押圧される。同時に、外周部支持機構３のノズル３７から液体が基板Ｗの下面側の外周部に向けて噴射される。

回転する基板Ｗと研磨テープ１０とは相対移動し、これにより研磨テープ１０の研磨面が基板Ｗに摺接される。研磨中、研磨機構２および外周部支持機構３は、リニアアクチュエータ３３により基板Ｗの径方向に沿って移動される。必要に応じて、チルト機構により研磨機構２の基板Ｗに対する角度を変更してもよい。なお、研磨によって発生するパーティクルの飛散を防止するために、研磨中は基板Ｗの被研磨部（上面側の外周部）に向けて純水を供給することが好ましい。

図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、基板Ｗと外周部支持機構３との位置関係を示す図である。基板Ｗとノズル３７との隙間が小さいほど液体の流量が小さくなり、液体の圧力が大きくなる。そのため、図３（ａ）に示すように、ノズル３７は可能な限り基板Ｗに近接させて配置される。図３（ａ）は基板Ｗの初期位置を示している。この初期位置では、研磨機構２の押圧力とノズル３７からの液体の押圧力とは釣り合っている。

基板Ｗが回転中に振れまわりなどで下方に変位して基板Ｗとノズル３７との隙間が初期の隙間より小さくなると、その分基板Ｗとノズル３７との間の液体の圧力が上がる（図３（ｂ）参照）。このとき、スプリング２１は伸びるので研磨機構２が基板Ｗに加える押圧力は小さくなる。この状態では、上下の力が不釣合いとなり、基板Ｗは液体により上に押し返される。その結果、基板Ｗは初期の位置に戻ることとなる（図３（ｃ）参照）。

基板Ｗが上方に変位したときも、同じ原理で基板Ｗは初期位置に戻る。すなわち、図４（ａ）に示すように、基板Ｗが上方に変位すると、基板Ｗとノズル３７との間の隙間が大きくなってノズル３７からの液体の押圧力が下がり、同時にスプリング２１が縮んで研磨機構２が基板Ｗに与える押圧力が大きくなる。その結果、基板Ｗに作用する上下の力が不釣合いとなり、基板Ｗは押し下げられて初期位置に戻る（図４（ｂ）参照）。

このように、基板Ｗが上下に変位した場合でも、基板Ｗはその初期位置に戻るため、基板Ｗが撓むこともなく常に一定の力で研磨テープ（研磨具）１０により押されることとなる。したがって、本実施形態によれば、基板Ｗの平坦な面をそのまま平坦に維持したまま研磨することが可能である。特に、積層膜が基板上に形成されている場合に、最上の膜（または所望の層数の膜）のみを除去することが可能である。

次に、本発明の第２の実施形態に係る研磨装置について説明する。図５は本発明の第２の実施形態に係る研磨装置の要部を基板の径方向から見た側面図である。本実施形態に係る研磨装置は、外周部支持機構４０が、研磨される外周部と同じ側に配置されている点で、第１の実施形態に係る研磨装置と異なっている。その他の構成および動作は、第１の実施形態と同様である。

図５に示すように、外周部支持機構４０は、研磨機構２の下部に取り付けられており、研磨機構２と一体に移動可能となっている。外周部支持機構４０は、基板Ｗの上面側の外周面に対向する平坦な支持面（下面）４１ａを有する２つの基板支持体４１，４１を有している。各基板支持体４１は、支持面４１ａで開口する細孔４１ｂを有し、細孔４１ｂの他端は液体供給源４３に連結されている。これら基板支持体４１，４１は加圧パッド２０を挟むように基板Ｗの周方向に沿って配置されている。なお、基板支持体４１の数は２つに限られず、１つ、または３つ以上であってもよい。

液体は、液体供給源４３から細孔４１ｂに供給され、支持面４１ａに形成されている開口から高速で流出する。液体は、支持面４１ａと基板Ｗの上面との間の隙間を高速で流れる。このとき、液体の流速が高いと、ベルヌーイの定理から支持面４１ａと基板Ｗとの間に負圧が生じ、これにより基板Ｗが基板支持体４１によって支持される。このような構成によれば、基板Ｗの研磨側の面から基板Ｗを保持することが可能である。

次に、本発明の第３の実施形態に係る研磨装置について説明する。図６は本発明の第３の実施形態に係る研磨装置の要部を示す正面図である。本実施形態に係る研磨装置は、外周部支持機構を備えていない点、および研磨機構２の押圧力を調整する押圧力調整機構を備えている点で、上述した第１の実施形態に係る研磨装置と異なっている。なお、特に説明しないその他の構成および動作は、第１の実施形態と同様である。

図６に示すように、加圧パッド２０が取り付けられているロッド２２の端部はシリンダ４５に収容されている。シリンダ４５は、その長手方向に配列された第１ポート４６Ａおよび第２ポート４６Ｂを有しており、これら第１ポート４６Ａおよび第２ポート４６Ｂは、それぞれ第１電空レギュレータ４８Ａおよび第２電空レギュレータ４８Ｂを経由して気体供給源５０に連結されている。本実施形態では、第１電空レギュレータ４８Ａ、第２電空レギュレータ４８Ｂ、シリンダ４５、および気体供給源５０により押圧力調整機構が構成されている。

これら第１電空レギュレータ４８Ａおよび第２電空レギュレータ４８Ｂによりシリンダ４５に送る気体の圧力を調整することにより、加圧パッド２０が研磨テープ１０を介して基板Ｗを押圧する押圧力（研磨圧力）を調整することができる。すなわち、第２ポート４６Ｂを介してシリンダ４５に供給される気体の圧力を一定に維持しつつ、第１ポート４６Ａを介してシリンダ４５に供給される気体の圧力を、第２ポート４６Ｂを介して供給される気体の圧力よりも大きくする。これにより、研磨圧力を基板Ｗに与えることができる。そして、この圧力の大きさの関係を維持しつつ、第１ポート４６Ａを介してシリンダ４５に供給される気体の圧力を調整すれば、研磨圧力を調整することができる。

研磨テープ１０の基板Ｗとの接触箇所が基板Ｗの端部に近づくに従って、基板Ｗの撓みが大きくなり、研磨圧力が低下する。そこで、本実施形態では、研磨テープ１０の接触箇所によらず、研磨圧力を一定に保つために、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、研磨圧力が一定となるように、シリンダ４５に供給される気体の圧力を第１電空レギュレータ４８Ａおよび第２電空レギュレータ４８Ｂにより調整する。これにより、常に一定の研磨圧力で基板Ｗの外周部を研磨することができる。

具体的には、次のようにして研磨圧力が一定に調整される。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、それぞれ図７（ａ）および図７（ｂ）に示す位置で基板を押圧したときの押圧力を示す模式図である。図８（ａ）に示すように、基板Ｗが撓むと、真上から基板Ｗに加えた力Ｆは、基板Ｗに垂直な成分Ｆｃｏｓθと基板に平行な成分Ｆｓｉｎθとに分解される。これらの成分のうち、基板Ｗの研磨には、基板に垂直な成分Ｆｃｏｓθが作用する。したがって、研磨機構２を基板Ｗの半径方向に移動する際に、成分Ｆｃｏｓθを常に一定にすることが必要となる。撓み角θは、押圧力Ｆと基板Ｗの中心からの半径方向の距離との関数として表すことができ、この関数は計測により求めることができる。ここで、撓み角θは押圧力Ｆに依存して変わってくるが、上記関数を用いて繰り返し演算を行うことにより、Ｆｃｏｓθが基板Ｗの半径方向のどの位置においても一定となるように押圧力Ｆを求めることができる。このように、予め得られた押圧力Ｆを基板Ｗの半径位置に応じて基板Ｗに加えることにより、押圧力Ｆｃｏｓθを一定に保つことができる。

図９は、本実施形態に係る研磨装置の他の構成例を示す正面図である。この例では、内部に液体が封入された変形自在な加圧パッド５２が使用されている。このような加圧パッド５２によれば、図１０に示すように、パスカルの原理により、基板Ｗに対して均一な押圧力を与えることができる。すなわち、基板Ｗが撓んだ場合でも、基板Ｗの表面に対して垂直な力を均一に加えることができるので、結果として、基板Ｗの外周部の平坦面をそのまま平坦に維持しつつ研磨することができる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その特許請求の範囲によって定められる技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ 基板保持機構
２ 研磨機構
３ 外周部支持機構
１０ 研磨テープ（研磨具）
１１ 基板ステージ
１２ 基板回転機構
１５ 研磨テープ供給機構
１６ テープ送り機構
１７ テープ巻取り機構
２０ 加圧パッド
２１ スプリング
２２ ロッド
２６ アーム
２７ ベルト
２８Ａ，２８Ｂ プーリ
２９ モータ
３０ プレート
３１ スライド機構
３３ リニアアクチュエータ
３４ スライド機構
３５ 減圧弁
３６ 液体供給源
３７ ノズル
４０ 外周部支持機構
４１ 基板支持体
４３ 液体供給源
４５ シリンダ
４６Ａ 第１ポート
４６Ｂ 第２ポート
４８Ａ 第１電空レギュレータ
４８Ｂ 第２電空レギュレータ
５０ 気体供給源
５２ 加圧パッド

Claims (6)

1. 基板を保持して回転させる基板保持機構と、
   研磨具を基板の外周部に押圧して該外周部を研磨する研磨機構と、
   前記基板の外周部を流体で支持する外周部支持機構と、を備え、
   前記研磨機構と前記外周部支持機構とは、前記基板に関して略対称に配置され、
   前記基板の外周部は、前記外周部支持機構から噴射される流体により、該基板の下面側から支持されることを特徴とする研磨装置。
2. 前記基板の外周部は、該基板の最端部から内側に向かった平坦部であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記研磨機構は、前記基板保持機構に保持された基板の上面側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記流体は、圧力調整されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
5. 前記流体は、純水であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
6. 前記研磨具は研磨テープであり、
   前記研磨装置は、前記研磨機構に研磨テープを供給する研磨テープ供給機構をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨装置。