JP2017077612A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨屑が研磨パッドの開口に侵入するのを抑制可能な研磨装置を提供することである。【解決手段】 研磨パッドの研磨面で該チャックテーブルに保持されたウェーハを研磨する研磨手段と、を備えた研磨装置であって、該研磨手段は、該スピンドルと該研磨パッドとを貫通して回転中心に形成された中空部内に収容され、研削中のウェーハの温度を測定する温度センサと、該温度センサより下方の該中空部の内周に配設されたフィンと、を含み、該フィンが該スピンドルの回転によりダウンフローを生成することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、ウェーハの研磨装置に関し、特に、フェルトや不繊布等の研磨パッド中に砥粒が分散された研磨パッドを回転させながらウェーハの被研磨面に押し当てて研磨する乾式の研磨装置に関する。

半導体ウェーハは、チップに分割されるのに先立ち、デバイスが形成された表面とは反対側の裏面が研削装置によって研削されて所定の厚みに加工される。ところが、ウェーハの裏面を研削すると、その裏面に破砕層等の加工歪みが残存する場合が多く、これによって半導体チップの抗折強度が低下して折れやすくなるといった不具合が生じる。

この不具合を解消するために、研削後の裏面を僅かに研磨して破砕層等の加工歪みを除去して半導体チップを仕上げ厚みへと薄化する。これにより、半導体チップの非常に高い抗折強度を実現できる。

研磨方法として、フェルト中に砥粒を分散させて適度なボンド材で固定した研磨パッド（フェルト砥石）を、回転させながらウェーハの裏面に押し当てて研磨する乾式の研磨方法がある。

乾式の研磨方法では、加工中に発生する熱を監視し、適当な研磨が行われているかをチェックするため、研磨パッドの開口の近傍に温度センサが配設されており、温度センサに接続されたリード線がスピンドルと研磨パッドを貫通する貫通穴を介して上方に取り出されている（例えば、特開２００６−２１６８９５号公報参照）。

しかし、ウェーハの乾式研磨を継続して実施すると、研磨加工により発生した研磨屑が研磨パッドに徐々に詰まってしまうため、適宜高圧エアを噴射する洗浄手段によって研磨パッドの詰まりを除去する必要がある（例えば、特開２００３−２４３３４５号公報参照）。

特開２００６−２１６８９５号公報 特開２００３−２４３３４５号公報

しかしながら、研磨パッドに向かって高圧エアを噴射して研磨パッドの洗浄を実施すると、洗浄中に噴射する高圧エアにより巻き上がる研削屑が研磨パッドの中心部の開口に侵入して内部に堆積し、研磨中に研磨屑が落下するとウェーハの表面にスクラッチ等が形成されてウェーハの表面を傷つける恐れがある。

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、研磨屑が研磨パッドの開口に侵入するのを抑制可能な研磨装置を提供することである。

本発明によると、ウェーハを保持するチャックテーブルと、スピンドルの先端に固定した研磨パッドの研磨面で該チャックテーブルに保持されたウェーハを研磨する研磨手段と、を備えた研磨装置であって、該研磨手段は、該スピンドルと該研磨パッドとを貫通して回転中心に形成された中空部内に収容され、研削中のウェーハの温度を測定する温度センサと、該温度センサより下方の該中空部の内周に配設されたフィンと、を含み、該フィンが該スピンドルの回転によりダウンフローを生成することを特徴とする研磨装置が提供される。

好ましくは、研磨装置は、該研磨パッドの該研磨面に高圧流体を噴射して該研磨パッドから研磨屑を除去する洗浄手段を更に備えている。

本発明の研磨装置によると、スピンドルと研磨パッドを貫通する中空部内に配設された温度センサより下方にフィンを設け、スピンドルの回転につれてフィンが回転することで発生するダウンブローにより中空部内に研磨屑が侵入することを抑制することができる。

本発明実施形態に係る研磨装置の斜視図である。 研磨装置の要部側面図である。 第１実施形態のフィンを備えた研磨ユニットの縦断面図である。 図３に示した研磨ユニットを研磨パッドの底面側から見た図である。 第２実施形態のフィンを備えた研磨ユニットの部分断面図である。 図６（Ａ）はフィンユニットを備えた研磨ユニットの部分断面図、図６（Ｂ）はフィンユニットの斜視図である。

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を参照すると、本発明実施形態に係る研磨装置２の斜視図が示されている。４は研磨装置２の基台であり、水平基台６の後方にコラム８が立設されている。

コラム８には上下方向に伸びる一対のガイドレール１２，１４が固定されている。この一対のガイドレール１２，１４に沿って研磨ユニット１６が上下方向に移動可能に装着されている。研磨ユニット１６は、支持部２０を介して一対のガイドレール１２，１４に沿って上下方向に移動する移動基台１８に取り付けられている。

研磨ユニット１６は、支持部２０に取り付けられたハウジング２２と、ハウジング２２中に回転可能に収容されたスピンドル２４と、スピンドル２４を回転駆動するモータ２６を含んでいる。

図２及び図３に示されるように、スピンドル２４の先端部にはホイールマウント２８が固定されており、このホイールマウント２８には研磨ホイール３０が複数のねじ２９により着脱可能に装着されている。

研磨ホイール３０は、支持プレート３１と、支持プレート３１の下面に接着された研磨パッド３２とから構成される。本実施形態では、研磨パッド３２は、フェルトに砥粒を分散させ適宜のボンド材で固定したフェルト砥石から構成される。

研磨ユニット１６は、研磨ユニット１６を一対の案内レール１２，１４に沿って上下方向に移動する研磨ユニット送り機構３４を備えている。研磨ユニット送り機構３４は、ボールねじ３６と、ボールねじ３６の一端部に固定されたパルスモータ３８と、移動基台１８に配設されたボールねじ３６に螺合するナットとから構成される。パルスモータ３８を駆動すると、ボールねじ３６が回転し、移動基台１８、即ち研磨ユニット１６が上下方向に移動される。

水平基台部分６の凹部１０には、チャックテーブルユニット４０が配設されている。チャックテーブルユニット４０はチャックテーブル４２を含んでおり、チャックテーブル４２は図示しないチャックテーブル移動機構により装置の前後方向、即ちＹ軸方向に移動される。

チャックテーブル４２の周囲には支持プレート４４が配設されており、支持プレート４４と研磨装置２のハウジング４の固定部にわたり蛇腹４６，４８が連結されている。蛇腹４６，４８によりチャックテーブル移動機構の軸部を覆って保護している。

ハウジング４の水平基台部分６には、研磨前のウェーハを収容するカセット５２と、研磨加工後のウェーハを収容するカセット５４と、ウェーハ搬送ロボット５６と、複数の位置決めピン５８を有する位置決め機構６０と、ウェーハ搬入機構（ローディングアーム）６２と、ウェーハ搬出機構（アンローディングアーム）６４と、スピンナーテーブル６６を有するスピンナー洗浄ユニット６８と、オペレータが研磨条件等を入力する操作パネル７０が設けられている。

図２に最も良く示されるように、チャックテーブル４２に隣接して、研摩ホイール３０の研磨パッド３２に向けて高圧エア等の高圧流体を噴射するノズル５０が支持プレート４４に取り付けられている。本実施形態では、高圧流体として高圧エアを採用した。ノズル５０は高圧エア供給手段に接続されており、チャックテーブル４２が研磨領域に位置づけられた状態で研磨パッド３２の研磨面３２ａに向けて高圧エアを噴出する。

本実施形態においては、ノズル５０の噴出口の直径は２〜５ｍｍに設定されている。高圧エアの圧力は０．３メガパスカル（ＭＰａ）が望ましく、ノズル５０から噴射する高圧エアの流量は１５０〜２５０リットル／分が適当である。

図３を参照すると、本発明実施形態に係る研磨ユニット１６の縦断面図が示されている。研磨ユニット１６のハウジング２２中に収容されたスピンドル２４は、ハウジング２２とスピンドル２４との間の空間に充填された高圧エア（ラジアルエアベアリング）により回転可能に支持され、スピンドル２４と一体的に形成された、環状スラスト部材２４ａとハウジングとの間に充填された高圧エアによりスラストエアベアリングが形成される。

モータ２６は周知の永久磁石式であって、スピンドル２４の上端部外周面に一体的に固着された永久磁石製の円筒状ロータ７２と、この円筒状ロータ７２を包囲するようにハウジング２２の内周面に固定された円筒状のステータ７４とから構成される。ステータ７４のコイルに電圧を印加すると、ロータ７２が回転し、その結果スピンドル２４が軸回りに回転する。

スピンドル２４の中心部には貫通孔２５が形成されており、スピンドル２４と一体的に形成されたホイールマウント２８には大径の貫通孔３３が形成され、研摩ホイール３０の中心部には貫通孔３３に連通する貫通孔３５が形成されている。

研磨パッド３２の中心部には貫通孔３５に連通する大径の開口３７が形成されている。本明細書においては、貫通孔２５、貫通孔３３、貫通孔３５及び開口３７を総称して中空部と称することにする。

ホイールマウント２８の貫通孔３３内には、ホイールマウント２８の内周に固定された複数のフィン８６が円周方向に離間して貫通孔３３内に突出している。ホイールマウント２８の貫通孔３３内には、ウェーハ１１の裏面に発生する研磨熱を検出する温度センサ７８が配設されており、この温度センサ７８に接続されたリード線８０はスピンドル２４の貫通孔２５内に挿入された細管７６内に挿入されて、温度センサ７８で検出した温度信号は温度センサ制御手段８２に入力される。

本実施形態の研磨ユニット１６では、ハウジング２２の上部はキャップ２３が被せられ、スピンドル２４の上端は細管を支持する部材８４が被されている。

以下、上述のように構成された研磨装置２の作用について説明する。チャックテーブル４２上にウェーハ１１を吸引保持した後、図示しないチャックテーブル移動機構を駆動してチャックテーブル４２を図１で矢印Ｙ方向に移動し、図２において実線で示す研磨開始位置Ａに位置づける。

研磨開始位置Ａにおいては、ウェーハ１１を保持したチャックテーブル４２を例えば３００ｒｐｍ程度で回転し、モータ２６を駆動して研磨ホイール３０を１５００〜１８００ｒｐｍで回転すると共に、研磨ユニット送り機構３４のパルスモータ３８を正転駆動して、研磨ユニット１６を下降させる。そして、研磨ユニット１６の研磨パッド３２をチャックテーブル４２に保持されたウェーハ１１の裏面に所定の荷重で押圧する。

チャックテーブル４２をＹ軸方向に例えば１００〜２００ｍｍ／分の送り速度で加工送りしながら、ウェーハ１１の裏面の研磨を実施する。チャックテーブル４２が二点斜線で示す研磨終了位置Ｂ、即ちウェーハ１１の右端が研磨パッド３２の中心を超えてノズル５０が研磨パッド３２の右端を僅かに超える位置に移動すると、チャックテーブル４２を研磨開始位置Ａに戻し、上記動作を繰り返し実行する。

この研磨動作を予め設定された時間、又はチャックテーブル４２の往復動を設定された回数実行することにより、研磨パッド３２によってウェーハ１１の裏面が所定量乾式研磨され、残留加工歪みが除去される。

ウェーハ１１の乾式研磨時においては、高圧エアがノズル５０から研磨パッド３２の研磨面３２ａに向けて噴出される。従って、研磨時に研磨パッド３２の研磨面３２ａに付着した研磨屑は吹き付けられる高圧エアによって除去され、研磨面３２ａの目詰まりを防止することができる。

ウェーハ１１の乾式研磨を続行すると、研磨によって摩擦熱が発生し、ウェーハ１１の裏面が過熱状態となって焼ける現象、所謂面焼けが生じて、ウェーハ自体にダメージを与える場合がある。

従って、本実施形態では、ウェーハ１１に近接して貫通孔３３内に配設された温度センサ７８により温度を検出しながら研磨を実行する。温度センサ７８がウェーハ１１の裏面に近接して配設されているため、検出温度はウェーハ１１の裏面の温度とみなすことができる。

温度センサ７８の検出信号は温度センサ制御手段８２に入力され、予め設定された許容温度に達したか否かを判別部で判別する。判別部で判別した温度が許容温度を下回っていると判別している場合には、図示しない研磨装置２のコントローラは、研磨ユニット送り機構３４のパルスモータ３８の正転状態を維持する。これによって、研磨ユニット１６は下降を続け、ウェーハ１１の裏面の研磨が続行される。

一方、温度センサ制御手段８２の判別部が温度センサ７８で検出した温度が許容温度を超えたと判別した場合には、研磨装置２のコントローラは研磨ユニット送り機構３４のパルスモータ３８を逆転させる。これによって、研磨ユニット１８は退避位置まで上昇し、オペレータにその旨を通知する信号を発すると共に、ここで停止する。

本実施形態では、図４に最も良く示されるように、複数のフィン８６が円周方向に離間して貫通孔３３内に突出するように配設されているため、スピンドル２４が高速で回転されるとダウンフロー（下方向に向かう気流）が発生し、このダウンフローが研磨パッド３２の開口３７からウェーハ１１に向かって噴出される。

これにより、スピンドル２４の貫通孔２５、ホイールマウント２８の貫通孔３３、研磨ホイール３０の貫通孔３５及び研磨パッド３２の開口３７からなる中空部に研磨屑が侵入することを抑制することができる。

図５を参照すると、第２実施形態のフィン８６Ａを具備した研磨ユニット１６Ａの部分断面図が示されている。ホイールマウント２８の貫通孔３３ａはテーパー形状に形成され、研摩ホイール３０の支持プレート３１に形成された貫通孔３５ａもテーパー形状に形成されている。そして、複数のフィン８６Ａが円周方向に離間して研磨ホイール３０の支持プレート３１に固定されて貫通孔３５ａ内に突出している。

本実施形態の研磨ユニット１６Ａでも、スピンドル２４が高速で回転されると、研摩ホイール３０の支持プレート３１に固定されたフィン８６Ａが高速で回転してダウンフローが発生する。このダウンフローは研磨パッド３２の開口３７からウェーハ１１に向かって噴出されるため、中空部に研磨屑が侵入することを抑制することができる。

図６（Ａ）を参照すると、取り外し可能なフィンユニット８８を備えた第３実施形態の研磨ユニット１６Ｂの部分断面図が示されている。フィンユニット８８は、円筒状の本体９０と、円周方向に等間隔離間して内側方向に突出するように本体９０に固定された複数のフィン９２と、本体９０の外周に形成された雄ねじ９４とを有している。

ホイールマウント２８の中心部にはフィンユニット８８の雄ねじ９４が螺合されるねじ穴３９が形成されている。本実施形態では、フィンユニット８８はホイールマウント２８のねじ穴３９に着脱自在に装着される。

本実施形態でも、スピンドル２４が高速で回転されると、フィンユニット８８の複数のフィン９２も高速で回転されてダウンフローが発生し、このダウンフローは研磨パッド３２の開口３７からウェーハ１１に向かって噴出される。よって、中空部に研磨屑が侵入することを抑制することができる。

２ 研磨装置
１６ 研磨ユニット
２２ ハウジング
２４ スピンドル
２５ 貫通孔
３０ 研磨ホイール
３２ 研磨パッド
３３，３５，３７ 貫通孔
３４ 研磨ユニット送り機構
３５ 開口
４２ チャックテーブル
４４ 支持プレート
５０ ノズル
７６ 細管
７８ 温度センサ
８２ 温度センサ制御手段
８６，８６Ａ フィン
８８ フィンユニット
９２ フィン

Claims (2)

1. ウェーハを保持するチャックテーブルと、スピンドルの先端に固定した研磨パッドの研磨面で該チャックテーブルに保持されたウェーハを研磨する研磨手段と、を備えた研磨装置であって、
   該研磨手段は、該スピンドルと該研磨パッドとを貫通して回転中心に形成された中空部内に収容され、研削中のウェーハの温度を測定する温度センサと、
   該温度センサより下方の該中空部の内周に配設されたフィンと、を含み、
   該フィンが該スピンドルの回転によりダウンフローを生成することを特徴とする研磨装置。
2. 該研磨パッドの該研磨面に高圧流体を噴射して該研磨パッドから研磨屑を除去する洗浄手段を更に備えた請求項１記載の研磨装置。

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