JP2016081991A - 表面加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハに対してバイトによる旋削とＣＭＰ又はドライポリッシュとを施す場合において、生産性を向上させる。
【解決手段】表面加工装置１は、ウェーハＷの裏面Ｗ２を保持する保持面２１を有する保持手段２０と、保持手段２０によって保持されるウェーハＷの表面Ｗ１をバイト３５によって旋削する旋削手段３０と、旋削手段３０によって旋削されたウェーハＷの表面Ｗ１を研磨する研磨手段５０と、保持手段２０を旋削手段３０による旋削加工位置２７と研磨手段５０による研磨加工位置２８とに少なくとも位置付ける加工移動手段２０とを備えており、１つの装置においてウェーハＷの旋削加工と研磨加工とを行ってウェーハＷの表面Ｗ１を平坦化することができ、異なる装置間でウェーハＷを搬送する必要がなく、生産性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハの表面に対してバイトによる旋削加工及び研磨加工を施す機能を有する表面加工装置に関する。

ＩＣなどのデバイスは、ウェーハの表面上に作りこまれるため、ウェーハ表面に凹凸があると、ウェーハ表面に薄膜を形成する工程での被覆性が悪化し、配線の断線により歩留まりが低下したり、配線膜に段差が発生して信頼性が低下したりするといった問題が生じる。また、ウェーハ表面に凹凸があると、リソグラフィ工程において、フォトレジスト膜厚差が生じたり、露光時に焦点距離が変動したりするため、微細パターンの解像が困難となる。特に、ロジック系ＩＣでは、多層配線が必要となるため、表面の段差の平坦化精度が求められる。そこで、デバイスが作りこまれる前のウェーハは、その表面が研磨されて平坦化される。

貫通電極であるＴＳＶ（Through Silicon Via）を有するＴＳＶウェーハでは、裏面を研削及びＣＭＰ（化学機械研磨）により平坦化し、表面側に露出した貫通電極をＣＭＰにより平坦化しているが、近年は、貫通電極がアルミ配線から銅配線に切り替えられていることから、バイトによる旋削とＣＭＰとによって貫通電極を平坦化している。ＣＭＰによりウェーハの表面を研磨する技術については、例えば特許文献１に記載されている。バイトによる旋削を行う装置は、例えば特許文献２，３に記載されている。

また、抵抗、サイリスタ、インダクタのような、金属と樹脂とが含まれるものについては、研削による平坦化では研削砥石に目詰まりが生じやすいため、バイトによる旋削を行った後、ドライポリッシュ（薬剤を使用しない乾式の研磨）により鏡面仕上げをしている。

特開２０１２−２０９５６８号公報 特開２００９−５４９２０号公報 特開２００７−５９５２４号公報

しかし、バイトによる旋削とＣＭＰ又はドライポリッシュとは、別々の装置において行われているため、装置間でウェーハを搬送しなければならず、生産性が低いという問題がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、ウェーハに対してバイトによる旋削とＣＭＰ又はドライポリッシュとを施す場合において、生産性を向上させることを課題とする。

本発明は、ウェーハの裏面を保持する保持面を有する保持手段と、保持手段によって保持されるウェーハの表面をバイトによって旋削する旋削手段と、旋削手段によって旋削されたウェーハの表面を研磨する研磨手段と、保持手段を旋削手段による旋削加工位置と研磨手段による研磨加工位置とに少なくとも位置付ける加工移動手段と、を備える表面加工装置であって、旋削手段は、保持面に対して垂直方向に延在するバイト回転軸を軸としてバイトを周回させるバイト回転手段と、バイト回転手段が周回させるバイトをウェーハに対して切込み及び離間させるバイト切込み送り手段とを備え、研磨手段は、保持面に対して垂直方向に延在するパッド回転軸を軸として研磨パッドを回転させるパッド回転手段と、パッド回転手段が回転させる研磨パッドをウェーハに対して押付け及び離間させるパッド押付け手段とを備える。

本発明に係る表面加工装置は、バイトによる旋削を行う旋削手段と研磨パッドによる研磨を行う研磨手段とを備え、さらにウェーハを保持する保持手段を旋削加工位置と研磨加工位置とに位置付ける加工移動手段を備えるため、１つの装置において、ウェーハを保持手段から離脱させることなくウェーハの旋削加工と研磨加工とを行い、ウェーハの表面を平坦化することができる。したがって、旋削及び研磨を行うにあたり、異なる装置間でウェーハを搬送する必要がなく、生産性が向上する。

表面加工装置の一例を示す斜視図である。 ウェーハの表面を旋削する状態を示す側面図である。 ウェーハの表面を研磨する状態を示す側面図である。

図１に示す表面加工装置１は、加工対象のウェーハＷを保持する保持手段２０と、保持手段２０によって保持されたウェーハに旋削加工を施す旋削手段３０と、保持手段２０によって保持されたウェーハに研磨加工を施す研磨手段５０とを備えている。

旋削手段３０は、保持手段２０の保持面２１に対して垂直方向に延在するバイト回転軸３１を有するスピンドルユニット３２と、バイト回転軸３１を軸として回転するマウント３３と、マウント３３の下部に取り付けられた旋削工具３４と、旋削工具３４の下部に固定されたバイト３５と、バイト回転軸３１を軸としてバイト３５を周回させるバイト回転手段であるモータ３６と、スピンドルユニット３２をＺ軸方向に昇降させるバイト切込み送り手段３７とを備えている。バイト切込み送り手段３７は、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ３８と、ボールネジ３８を回動させるモータ３９と、ボールネジ３８と平行に配設された一対のガイドレール４０と、ボールネジ３８に螺合するナットを内部に有するとともに下部がガイドレール４０に摺接する昇降基台４１とを備えており、モータ３９がボールネジ３８を回動させることにより昇降基台４１がガイドレール４０にガイドされてＺ軸方向に昇降する構成となっている。昇降基台４１にはホルダ４２が固定され、ホルダ４２がスピンドルユニット３２を保持しているため、昇降基台４１が昇降することにより、スピンドルユニット３２も昇降する。

研磨手段５０は、保持手段２０の保持面２１に対して垂直方向に延在するパッド回転軸５１を有するスピンドルユニット５２と、パッド回転軸５１を軸として回転する研磨工具５３と、研磨工具５３の下部に固定された研磨パッド５４と、パッド回転軸５１を軸として研磨パッド５４を回転させるパッド回転手段であるモータ５５と、スピンドルユニット５２をＺ軸方向に昇降させるパッド押付け手段５６とを備えている。パッド押付け手段５６は、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ５７と、ボールネジ５７を回動させるモータ５８と、ボールネジ５７と平行に配設された一対のガイドレール５９と、ボールネジ５７に螺合するナットを内部に有するとともに下部がガイドレール５９に摺接する昇降基台６０とを備えており、モータ５８がボールネジ５７を回動させることにより昇降基台６０がガイドレール５９にガイドされてＺ軸方向に昇降する構成となっている。昇降基台６０にはホルダ６１が固定され、ホルダ６１がスピンドルユニット５２を保持しているため、昇降基台６０が昇降することにより、スピンドルユニット５２も昇降する。スピンドルユニット５２にはスラリー供給源６２が接続されており、研磨パッド５４に向けてスラリーを噴出することができる。

保持手段２０は、ウェーハＷの裏面Ｗ２を保持する保持面２１を有している。保持手段２０は、加工移動手段２２によって駆動されて表面研磨装置１の前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能となっている。加工移動手段２２は、Ｙ軸方向の軸心を有するボールネジ２３と、ボールネジ２３を回動させるモータ２４と、ボールネジ２４と平行に配設された一対のガイドレール２５と、ボールネジ２４に螺合するナットを内部に有するとともに下部がガイドレール２５に摺接する移動基台２６とを備えており、モータ２４がボールネジ２３を回動させることにより移動基台２６がガイドレール２５にガイドされてＹ軸方向に移動する構成となっている。移動基台２６には保持手段２０が固定されており、移動基台２６がＹ軸方向に移動すると、保持手段２０も同方向に移動する。加工移動手段２２は、保持手段２０をＹ軸方向に移動させることにより、旋削手段３０による旋削加工位置２７と研磨手段３０による研磨加工位置２８とに保持手段２０を位置付けることができる。

加工移動手段２２には、保持テーブル２０の位置を検出するバイト加工位置検出センサー２９ａ及び研磨加工位置検出センサー２９ｂを備えている。図１の例におけるバイト加工位置検出センサー２９ａ及び研磨加工位置検出センサー２９ｂは、例えば光センサーであり、ガイドレール２５に沿って配設されている。バイト加工位置検出センサー２９ａ及び研磨加工位置検出センサー２９ｂは、移動基台２６の存在を検知することにより、保持手段２０が旋削加工位置２７に位置するか研磨加工位置２８に位置するかを検出することができる。

図１の例では、旋削手段３０は、保持手段２０の移動方向であるＹ軸方向の奥側に配置されている。一方、研磨手段５０は、保持手段２０の移動経路よりも、Ｙ軸方向に対して水平方向に直交する方向であるＸ軸方向にずれた位置に配置されている。旋削工具３４及び研磨工具５３は、いずれも保持手段２０の移動経路の上方に位置しているが、これらはＹ軸方向にずれた位置に配置されている。

以下では、このように構成される表面加工装置１を用いて、ウェーハＷの表面Ｗ１に対してバイト３５による旋削加工を施した後に、研磨パッド５４による研磨加工を施す場合について説明する。

図２に示すように、ウェーハＷは、裏面Ｗ２側が保持手段２０の保持面２１によって保持され、表面Ｗ１側が上方に向けて露出する。そして、加工移動手段２２が保持手段２０を旋削加工位置２７側に移動させるとともに、図１に示したモータ３６がバイト回転軸３１を軸としてバイト３５を例えば矢印Ａ方向に周回させながら、バイト切込み送り手段３７が旋削工具３４を下降させることにより、回転するバイト３５をＹ軸方向に移動するウェーハＷの表面Ｗ１に切り込ませ、表面Ｗ１を旋削する。例えばウェーハＷの表面Ｗ１から貫通電極が突出している場合は、貫通電極の頂部の高さが揃えられる。

バイト３５による旋削加工中は、図１に示したバイト加工位置検出センサー２９ａが移動基台２６を検知し、保持手段２０が旋削加工位置２７に位置することを認識する。そうすると、図示しない制御手段は、パッド押付け手段５６を制御し、研磨工具５３を上方に退避させる。このような制御を行うことで、バイト３５による旋削加工中に研磨パッド５４が保持手段２０に接触するのを防止することができる。

こうしてウェーハＷの表面Ｗ１の旋削加工が終了すると、図１に示したバイト切込み送り手段３７がバイト３５をウェーハＷから離間させ、バイト３５とウェーハＷとが接触しないようにする。そして、図３に示すように、保持手段２０を研磨加工位置２８側に移動させ、ウェーハＷを研磨パッド５４の下方に位置付ける。

そして、図１に示したモータ５５がパッド回転軸５１を軸として研磨工具５３を例えば矢印Ｂ方向に回転させながら、パッド押付け手段５６が研磨工具５３を下降させることにより、回転する研磨パッド５４をＹ軸方向に移動するウェーハＷの表面Ｗ１に押し付ける。このとき、図１に示したスラリー供給手段６２から供給されるスラリーが研磨パッド５４とウェーハＷの表面Ｗ１との間に流れ込み、表面Ｗ１がＣＭＰ（化学機械研磨）により鏡面研磨される。研磨終了後は、パッド押付け手段５６が研磨パッド５４を上昇させてウェーハＷから離間させる。

研磨パッド５４による研磨加工中は、図１に示した研磨加工位置検出センサー２９ｂが移動基台２６を検知し、保持手段２０が研磨加工位置２８に位置することを認識する。そうすると、図示しない制御手段は、バイト切込み送り手段３７を制御し、旋削工具３４を上方に退避させる。このような制御を行うことで、研磨パッド５４による研磨加工中にバイト３５が保持手段２０に接触するのを防止することができる。

このように、表面加工装置１は、保持手段２０によって保持されるウェーハＷの表面Ｗ１をバイト３５によって旋削する旋削手段３０と、旋削手段３０によって旋削されたウェーハＷの表面Ｗ１を研磨する研磨手段５０とを備えており、加工移動手段２２は、保持手段２０を旋削手段３０による旋削加工位置２７と研磨手段３０による研磨加工位置２８とに位置付けることができるため、１つの装置内で旋削加工と研磨加工とを行うことができる。したがって、旋削加工用の装置と研磨加工用の装置との間でウェーハを搬送する必要がなく、１つの装置のみでウェーハ表面の平坦化を行うことができ、生産性が向上する。

なお、上記実施形態では、研磨手段５０がウェーハを化学機械研磨する構成としたが、研磨手段は、スラリーを用いないドライポリッシュによりウェーハを研磨する構成としてもよい。

また、保持手段２０は、回転可能な構成であってもよいが、旋削加工時に回転軸ががたついて加工精度が悪化するのを防止するために、回転しない構成とすることが好ましい。

１：表面加工装置
２０：保持手段
２１：保持面
２２：加工移動手段 ２３：ボールネジ ２４：モータ ２５：ガイドレール
２６：移動基台 ２７：旋削加工位置 ２８：研磨加工位置
２９ａ：バイト加工位置検出センサー ２９ｂ：研磨加工位置検出センサー
３０：旋削手段
３１：バイト回転軸 ３２：スピンドルユニット ３３：マウント ３４：旋削工具
３５：バイト ３６：モータ（バイト回転手段）
３７：バイト切込み送り手段 ３８：ボールネジ ３９：モータ ４０：ガイドレール
４１：昇降基台 ４２：ホルダ
５０：研磨手段
５１：パッド回転軸 ５２：スピンドルユニット ５３：研磨工具 ５４：研磨パッド
５５：モータ（パッド回転手段）
５６：パッド押付け手段 ５７：ボールネジ ５８：モータ ５９：ガイドレール
６０：昇降基台 ６１：ホルダ ６２：スラリー供給源

Claims (1)

1. ウェーハの裏面を保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段によって保持されるウェーハの表面をバイトによって旋削する旋削手段と、該旋削手段によって旋削されたウェーハの表面を研磨する研磨手段と、該保持手段を該旋削手段による旋削加工位置と該研磨手段による研磨加工位置とに少なくとも位置付ける加工移動手段と、を備える表面加工装置であって、
   該旋削手段は、該保持面に対して垂直方向に延在するバイト回転軸を軸として該バイトを周回させるバイト回転手段と、該バイト回転手段が周回させる該バイトをウェーハに対して切込み及び離間させるバイト切込み送り手段とを備え、
   該研磨手段は、該保持面に対して垂直方向に延在するパッド回転軸を軸として研磨パッドを回転させるパッド回転手段と、該パッド回転手段が回転させる研磨パッドをウェーハに対して押付け及び離間させるパッド押付け手段と、
   を備える表面加工装置。

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