JP2018088490A

JP2018088490A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2018088490A
Application number: JP2016231666A
Authority: JP
Inventors: 晋早川; Susumu Hayakawa
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-06-07

Abstract

【課題】研磨パッドを所定の状態に保ち、ほぼ一定な研磨を実現できる研磨装置を提供すること。【解決手段】ウエーハＷの径と同等以上の大きさを有する研磨パッド７８ｂを用いてウエーハＷを研磨する研磨装置であって、ウエーハＷを回転可能に保持するチャックテーブル２０と、少なくともウエーハＷの中心を覆い、かつチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷからはみ出すように研磨パッド７８ｂを位置させてウエーハＷを研磨する研磨ユニット３０と、ウエーハＷ及び研磨パッド７８ｂに研磨液を供給する研磨液供給源６０と、チャックテーブル２０を囲繞するように配設され、チャックテーブル２０と共に回転し、ウエーハＷの研磨中に該研磨パッド７８ｂにおけるウエーハＷからはみ出した領域９０に当接して研磨パッド７８ｂをドレッシングする環状のドレスユニット２７とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ウエーハを研磨する研磨装置に関する。

一般に、半導体デバイスの製造工程においては、略円板形状の基板（例えばシリコン基板）の表面に、格子状に配列された分割予定ラインによって複数の矩形領域を区画し、該矩形領域の各々にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。複数のデバイスが形成された半導体ウエーハ（以下、単にウエーハという）を分割予定ラインに沿って分割することにより、個々のデバイスチップが形成される。デバイスチップの小型化および軽量化への要望が高まり、ウエーハを個々の矩形領域に分割するのに先立って、ウエーハの裏面を研削して、ウエーハを所定の厚み（例えば１００μｍ）以下に形成することが求められている。

従来、ウエーハに生じた研削歪みを除去するために、研磨液を供給しながらウエーハの裏面を、研磨パッドを用いて研磨するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing；化学機械研磨）を施す技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−４６５５０号公報

ところで、研磨パッドを用いてウエーハの研磨を続ける場合、時間経過と共に研磨パッドの砥粒が消耗するため、加工レートがウエーハ毎に異なる問題が想定される。このため、定期的（例えば、ウエーハを所定枚数（一枚）処理する度）に研磨パッドをドレッシング（目立て）する必要がある。しかし、研磨パッドをドレッシングするには、ドレッシングパッドを研磨パッドに所定時間押圧して行うため、このドレッシングの間はウエーハの加工ができず、生産性が落ちるという問題がある。また、一枚のウエーハの研磨処理においても、研磨パッドの状態により研磨レートが一定でないという問題も生じ得る。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、研磨パッドを所定の状態に保ち、ほぼ一定な研磨を実現できる研磨装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ウエーハの径と同等以上の大きさを有する研磨パッドを用いてウエーハを研磨する研磨装置であって、ウエーハを回転可能に保持するチャックテーブルと、少なくともウエーハの中心を覆い、かつ該チャックテーブルに保持されたウエーハからはみ出すように該研磨パッドを位置させてウエーハを研磨する研磨手段と、ウエーハ及び該研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給源と、該チャックテーブルを囲繞するように配設され、該チャックテーブルの回転と共に回転し、ウエーハの研磨中に該研磨パッドのウエーハからはみ出した非作用部分に当接して該研磨パッドをドレッシングする環状のドレス手段と、を備えるものである。

この構成によれば、チャックテーブルを囲繞するように配設され、該チャックテーブルの回転と共に回転し、ウエーハの研磨中に該研磨パッドのウエーハからはみ出した非作用部分に当接して該研磨パッドをドレッシングする環状のドレス手段を備えるため、ウエーハの研磨と並行して、研磨パッドのドレッシングを行うことができる。このため、研磨パッドを所定の状態に保つことができ、各ウエーハに、それぞれほぼ一定な研磨を施すことができる。また、ドレス手段は、チャックテーブルを囲繞するように配設され、該チャックテーブルの回転と共に回転するため、ドレス手段を駆動するための専用の動力源が不要となり、装置構成の簡素化を実現できる。

また、この構成において、該チャックテーブルの外周には該ドレス手段を位置決めして支持する支持部が形成された構成としてもよい。

本発明によれば、ウエーハの研磨と並行して、研磨パッドのドレッシングを行うことができるため、研磨パッドを所定の状態に保つことができ、各ウエーハに、それぞれほぼ一定な研磨を施すことができる。

図１は、本実施形態に係る研磨装置の加工対象となるデバイスウエーハを示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る研磨装置の一例を示す斜視図である。図３は、研磨装置が備える研磨ユニットとチャックテーブルの配置構成を示す模式図である。図４は、チャックテーブルとドレスユニットとを示す分解側断面図である。図５は、ドレスユニットの平面図である。図６は、研磨時におけるウエーハとドレスユニットと研磨パッドとの配置関係を示す図である。図７は、別の実施形態に係る研磨装置が備える研磨ユニットとチャックテーブルの配置構成を示す模式図である。図８は、チャックテーブルの平面図である。図９は、別の実施形態に係る研磨装置が備える研磨ユニットとチャックテーブルの配置構成を示す模式図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

図１は、本実施形態に係る研磨装置の加工対象となるデバイスウエーハを示す斜視図である。本実施形態に係る研磨装置は、デバイスウエーハ（以下、ウエーハと記す）Ｗに研磨加工を施すものである。ウエーハＷは、図１に示すように、シリコンを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハである。ウエーハＷは、表面ＷＳに格子状に形成された複数のストリート（分割予定ライン）Ｓによって区画された領域を備え、各領域にそれぞれデバイスＤが形成されている。ウエーハＷは、表面ＷＳの裏側の裏面ＷＲに研削加工が施されて、所定の厚み（例えば５０μｍ）まで薄化された後に、研削歪みを除去するために研磨加工が施される。ウエーハＷは、研磨加工がなされる板状部材であればよく、シリコン以外の材料（例えばガリウムヒ素など）の半導体基板でもよい。

図２は、本実施形態に係る研磨装置の一例を示す斜視図である。図３は、研磨装置が備える研磨ユニットとチャックテーブルの配置構成を示す模式図である。研磨装置１０は、図２に示すように、装置本体としての基台１１を備える。基台１１には、所定の厚みに研削加工されたウエーハＷを保持するチャックテーブル２０と、このチャックテーブル２０の上方に位置し、該チャックテーブル２０上のウエーハＷを研磨する研磨ユニット（研磨手段）３０とを備える。

基台１１の上面には、図２に示すように、ブロック状の支持構造５４が立設されている。支持構造５４には、研磨ユニット３０を水平方向（ここでは、Ｘ軸方向）に移動させる水平移動ユニット５６が設けられている。水平移動ユニット５６は、支持構造５４の後面に固定され水平方向（Ｘ軸方向）に平行な一対の水平ガイドレール５８を備える。水平ガイドレール５８には、水平移動テーブル５７がスライド可能に設置されている。水平移動テーブル５７の後面側には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、水平ガイドレール５８と平行な水平ボールねじ（不図示）が螺合されている。

水平ボールねじの一端部には、パルスモータ５９が連結されている。パルスモータ５９で水平ボールねじを回転させることにより、水平移動テーブル５７は水平ガイドレール５８に沿って水平方向（Ｘ軸方向）に移動する。水平移動テーブル５７には、研磨ユニット３０を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させる鉛直移動ユニット６４が設けられている。鉛直移動ユニット６４は、水平移動テーブル５７の後面に固定され鉛直方向（Ｚ軸方向）に平行な一対の鉛直ガイドレール６６を備える。鉛直ガイドレール６６には、鉛直移動テーブル６８がスライド可能に設置されている。鉛直移動テーブル６８には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、鉛直ガイドレール６６と平行な鉛直ボールねじ（不図示）が螺合されている。

鉛直ボールねじの一端部には、パルスモータ７０が連結されている。パルスモータ７０で鉛直ボールねじを回転させることにより、鉛直移動テーブル６８は鉛直ガイドレール６６に沿って鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動する。鉛直移動テーブル６８には、ウエーハＷの上面を研磨する研磨ユニット３０が固定されている。研磨ユニット３０のスピンドルハウジング７２には、回転軸を構成するスピンドル７４が収容されており、スピンドル７４の下端部（先端部）には、円盤状のホイールマウント７６が固定されている。ホイールマウント７６の下面には、ホイールマウント７６と略同径の研磨ホイール７８が装着されている。研磨ホイール７８は、ステンレス等の金属材料で形成されたホイール基台７８ａと、このホイール基台７８ａの下面に取り付けられる円盤状の研磨パッド７８ｂとを備える。

研磨パッド７８ｂは、例えばポリウレタンおよび不織布からなる基材中に砥粒を分散させ適宜の液状の結合剤で固定した固定砥粒型の研磨パッドを好適に用いることができる。研磨パッドの砥粒は、例えば、ウエーハＷがシリコンウエーハの場合、モース硬度５以上の物質を主材料にした砥材が好ましく、固相反応微粒子であるシリカ（ＳｉＯ_２）粒子が用いられる。また、シリカ粒子に替えて、ダイヤモンドやアルミナ、セリア、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）などの砥粒を含有させるようにしてもよい。

また、研磨ユニット３０は、図３に示すように、スピンドル７４、ホイールマウント７６および研磨ホイール７８を貫通する流体供給路７９を備える。この流体供給路７９は、チャックテーブル２０に保持されたウエーハＷの裏面ＷＲに研磨液を供給する流路であり、この流体供給路７９には電磁弁（不図示）を介して研磨液供給源６０が接続されている。研磨液は、ウエーハＷの裏面ＷＲの研磨加工をする際に供給される液体であり、ウエーハＷと化学反応を生じてＣＭＰを実施することができる物質が含まれる。本実施形態では、ウエーハＷがシリコンウエーハであるため、例えばアルカリ性の研磨液が使用される。

次に、チャックテーブル２０について説明する。図４は、チャックテーブルとドレスユニットとを示す分解側断面図である。図５は、ドレスユニットの平面図である。図６は、研磨時におけるウエーハとドレスユニットと研磨パッドとの配置関係を示す図である。チャックテーブル２０は、モータ等の回転駆動源（不図示）と連結されており、鉛直方向に延びる回転軸の周りに回転可能に構成されている。図３及び図４に示すように、チャックテーブル２０の上面は、ウエーハＷを吸引保持する保持面２０ａとなっており、この保持面２０ａは、チャックテーブル２０の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）と接続されている。チャックテーブル２０に搬送されたウエーハＷは、保持面２０ａに作用する吸引源の負圧で表面ＷＳ側を吸引される。なお、本実施形態では、図示は省略したが、ウエーハＷの表面ＷＳには、表面ＷＳに形成されたデバイスＤ（図１）を保護するために表面保護テープが貼着される。ウエーハＷは、表面保護テープを介して保持面２０ａに保持され、裏面ＷＲが露出する形態で研磨される。

チャックテーブル２０は、図３に示すように、保持面２０ａを囲繞するように配設されるドレスユニット２７を備えて構成される。チャックテーブル２０は、保持面２０ａの周囲に、該保持面２０ａよりも高さ位置が低く形成された支持部２１を有し、この支持部２１にドレスユニット２７が着脱自在に支持される。ドレスユニット２７は、図５に示すように、中央部に開口２７ａを有する円環状に形成されており、図３に示すように、支持部２１に配置された際に、保持面２０ａが開口２７ａ内に位置する。

ドレスユニット２７は、ステンレス等の金属材料で形成された円環状のドレス基台２５と、このドレス基台２５の上面に取り付けられる円環状のドレスパッド２６とを備える。ドレス基台２５には、図３に示すように、上記した支持部２１に立設された係合ピン２２が挿入される係合孔２５ａが形成される。この係合孔２５ａは、図５に示すように、ドレスユニット２７の周方向に略等間隔に所定数（本実施形態では４つ）設けられている。支持部２１に設けた係合ピン２２が係合孔２５ａに挿入されることにより、ドレスユニット２７は、支持部２１に位置決めされた状態で固定され、チャックテーブル２０と一体的に回転する。また、ドレスユニット２７は、係合孔２５ａに係合ピン２２を挿入した状態で支持部２１に支持されるため、ドレスユニット２７を支持部２１に容易に着脱することができる。本実施形態では、支持部２１に係合ピン２２を立設し、ドレスユニット２７のドレス基台２５に係合孔２５ａを設けたが、支持部２１に係合孔を設け、ドレス基台２５に係合ピンを設けた構成としてもよい。

ドレスパッド２６は、円環状のドレス基台２５の上面にダイヤモンド等の粒子を接着させて形成されたものである。ウエーハＷの裏面ＷＲを研磨している際に、ドレスパッド２６を研磨パッド７８ｂにおけるウエーハＷから径方向にはみ出した領域９０に当接（押圧）させ、研磨パッド７８ｂの表面を削ることによってパッド表面の粗さを調節し、研磨パッド７８ｂの研磨能力を適正な値とする（ドレッシングという）。このため、ドレスユニット２７の高さ管理は重要であり、本実施形態では、ドレスユニット２７の高さＨ１は、支持部２１の底面から保持面２０ａまでの高さＨ２とウエーハＷの厚みｄとの和と同一（Ｈ１＝Ｈ２＋ｄ）となるように調整されている。

また、本実施形態では、研磨パッド７８ｂは、図３に示すように、ウエーハＷと同等以上の大径（例えば、ウエーハＷ；３００ｍｍ、研磨パッド；４００ｍｍ）に形成され、研磨ユニット３０は、チャックテーブル２０に対して偏心して配置される。具体的には、図３及び図６に示すように、研磨パッド７８ｂは、少なくともウエーハＷの中心を覆い、かつウエーハＷから径方向にはみ出す領域（非作用部分）９０を有するように配置される。さらに、研磨パッド７８ｂは、該研磨パッド７８ｂの中心を挟んで上記した領域９０とは反対側の外縁部７８ｂ１がドレスパッド２６上に位置するように配置される。

このような配置構成において、流体供給路７９を通じて、研磨パッド７８ｂとウエーハＷに研磨液を供給する。さらには、チャックテーブル２０を矢印α方向に、例えば５０５ｒｐｍで回転させるとともに、研磨パッド７８ｂを矢印α方向に、例えば５００ｒｐｍで回転させながら、ウエーハＷの裏面ＷＲに研磨パッド７８ｂを所定荷重（例えば２５ｋＰａ）で押し付ける。すると、研磨パッド７８ｂにより、ウエーハＷの裏面ＷＲが研磨されるとともに、この研磨処理と並行して、ドレスパッド２６が研磨パッド７８ｂの全域に順次当接する。これにより、研磨パッド７８ｂの表面がドレスパッド２６によって削られ、研磨パッド７８ｂの表面の粗さが調整され、研磨パッド７８ｂの研磨能力が適正な値となる。

従って、本実施形態によれば、ウエーハＷの裏面ＷＲの研磨処理と並行して、研磨パッド７８ｂのドレッシングを行うことができる。このため、研磨レート（単位時間あたりの研磨量）をほぼ均一に保つことができ、複数のウエーハＷに対して、ほぼ一定な研磨処理を施すことができる。また、１枚のウエーハＷを研磨する際の研磨レートがウエーハＷ面内で部分的に偏ることを抑制することができる。また、定期的（例えば、所定枚数加工後）に、研磨パッド７８ｂをドレッシングする頻度を低減できるため、ウエーハＷの研磨効率を向上し、ひいては、ウエーハ加工の生産性を向上させることができる。また、ドレスユニット２７は、チャックテーブル２０の保持面２０ａを囲繞するように配設され、チャックテーブル２０と共に回転するため、ドレスユニット２７を駆動するための専用の動力源が不要となり、装置構成の簡素化を実現できる。

次に、別の実施形態について説明する。図７は、別の実施形態に係る研磨装置が備える研磨ユニットとチャックテーブルの配置構成を示す模式図であり、図８は、チャックテーブルの平面図である。上述のように、チャックテーブル２０の保持面２０ａを囲繞するようにドレスユニット２７を配設した構成では、ドレスユニット２７の高さ管理は重要である。上記した実施形態では、ドレスユニット２７の高さＨ１を、支持部２１の底面から保持面２０ａまでの高さＨ２とウエーハＷの厚みｄとの和と同一（Ｈ１＝Ｈ２＋ｄ）としている。一方で、ドレスユニット２７のドレスパッド２６は、研磨パッド７８ｂのドレッシングによって摩耗するおそれがある。このため、この別の実地形態では、ドレスユニット２７の高さ位置を調整可能とする構成を更に備えている。

図７に示すように、研磨装置１０Ａは、研磨ユニット３０とチャックテーブル１２０とを備える。研磨ユニット３０については、上記した実施形態と同一の構成であるため、同一の符号を付して説明を省略する。チャックテーブル１２０は、図７に示すように、ウエーハＷを吸引保持する保持面１２０ａと、この保持面１２０ａを囲繞するように配設されるドレスユニット２７を支持する支持部１２１とを備える。また、チャックテーブル１２０は、支持部１２１の下方に、部分的に縮径した縮径部１２３を有し、この縮径部１２３には、エアシリンダ１２４（付勢手段、高さ位置調整手段）が配置されている。このエアシリンダ１２４は、鉛直方向（Ｚ方向）に伸縮するロッド１２５を有し、このロッド１２５は、貫通孔１２６を通じて、支持部１２１内に延びている。本実施形態では、チャックテーブル１２０は、図８に示すように、支持部１２１の周方向に略等間隔に所定数（本実施形態では４つ）の貫通孔１２６を備え、これら各貫通孔１２６に対応してエアシリンダ１２４が配置されている。また、各貫通孔１２６の間には、支持部１２１に立設し、ドレス基台２５の係合孔（不図示）が挿入される係合ピン１２２が配置されている。ロッド１２５の先端部は、ドレスユニット２７のドレス基台２５の下面に当接しており、該ロッド１２５の伸縮に応じて、ドレスユニット２７を上下動させる。

この構成によれば、エアシリンダ１２４の動作により、ドレスユニット２７を上下動できるため、ドレスユニット２７のドレスパッド２６を、ウエーハＷの裏面ＷＲと同一の高さ位置に調整することができる。このため、ドレスパッド２６の摩耗の有無に関わらず、ドレスユニット２７の高さ管理を容易に行うことができる。また、エアシリンダ１２４により、ドレスパッド２６を研磨パッド７８ｂに所定の押圧力で付勢することができるため、一定のドレッシングを実現することができる。

次に、また、別の実施形態について説明する。図９は、別の実施形態に係る研磨装置が備える研磨ユニットとチャックテーブルの配置構成を示す模式図である。図７の構成では、ドレスユニット２７のドレスパッド２６の高さ管理のために、エアシリンダ１２４を設けた構成としたが、本構成では、ドレスパッド２６の高さ管理を簡易な構成で行っている。研磨装置１０Ｂは、研磨ユニット３０とチャックテーブル２０とを備える。研磨ユニット３０、チャックテーブル２０については、上記した実施形態と同一の構成であるため、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、支持部２１とドレスユニット２７との間に、ドレスユニット２７の高さ調整を行うための環状スペーサ２８（高さ位置調整手段）が配置されている。この環状スペーサ２８は、異なる厚みの複数のスペーサからなる。このため、一または複数のスペーサを組み合わせることで、適正な高さの環状スペーサ２８を配置することができ、ドレスユニット２７のドレスパッド２６の高さ管理を容易に行うことができる。この環状スペーサ２８には、係合ピン２２の位置に対応する貫通孔２８ａが形成され、支持部２１に容易に配置することができる。また、環状スペーサ２８に、鉛直方向（Ｚ方向）に伸縮する部材（例えば、ばね）を組み付けることにより、ドレスユニット２７を研磨パッド７８ｂに押圧するように付勢することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態では、研磨装置として、チャックテーブルと研磨ユニットとを備えた構成としたが、研磨処理の前に、ウエーハの研削を行う研削ユニットを設けても良い。

また、本実施形態では、研磨パッド７８ｂとして、ウレタンおよび不織布中に砥粒を固定させた固定砥粒研磨パッドを例示したが、研磨液に砥粒を分散させた状態で供給し、砥粒を固定させていない研磨パッドを用いてＣＭＰを行ってもよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ研磨装置
２０、１２０チャックテーブル
２０ａ、１２０ａ保持面
２１、１２１支持部
２２、１２２係合ピン
２５ドレス基台
２５ａ係合孔
２６ドレスパッド
２７ドレスユニット（ドレス手段）
２８環状スペーサ
３０研磨ユニット（研磨手段）
６０研磨液供給源
７８研磨ホイール
７８ａホイール基台
７８ｂ研磨パッド
７８ｂ１外縁部
７９流体供給路
９０ウエーハから径方向にはみ出す領域（非作用部分）
１２３縮径部
１２４エアシリンダ
Ｗウエーハ
ＷＲ裏面

Claims

ウエーハの径と同等以上の大きさを有する研磨パッドを用いてウエーハを研磨する研磨装置であって、
ウエーハを回転可能に保持するチャックテーブルと、
少なくともウエーハの中心を覆い、かつ該チャックテーブルに保持されたウエーハからはみ出すように該研磨パッドを位置させてウエーハを研磨する研磨手段と、
ウエーハ及び該研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給源と、
該チャックテーブルを囲繞するように配設され、該チャックテーブルの回転と共に回転し、ウエーハの研磨中に該研磨パッドのウエーハからはみ出した非作用部分に当接して該研磨パッドをドレッシングする環状のドレス手段と、
を備える研磨装置。
該チャックテーブルの外周には該ドレス手段を位置決めして支持する支持部が形成されている請求項１に記載の研磨装置。