JP2022052152A - 研磨装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】研磨装置において、研磨時間を短くし、かつ、研磨後のウェーハの面内厚みを均一にする。【解決手段】保持面502でウェーハ90を保持するチャックテーブル50と、保持されたウェーハ90を研磨可能な位置にチャックテーブル50を移動させるスライダ59と、制御手段19と、を備え、少なくともウェーハ90の上面を覆う面積の下面を有する第1研磨パッド306を第1スピンドル300の下端に配置した第1研磨手段30と、ウェーハ90の直径より小さい直径の下面を有する第2研磨パッド326を第2スピンドル320の下端に配置した第2研磨手段32と、を備え、制御手段19は、チャックテーブル50を第1研磨パッド306の下に移動させ保持面502に保持されたウェーハ90を第1研磨パッド306で研磨することと、第1研磨パッド306で研磨したウェーハ90の半径エリアの所定の箇所を第2研磨パッド326で研磨することと、を制御する研磨装置1。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物を研磨する研磨装置に関する。
例えば、特許文献1に開示されているような研磨パッドを用いてウェーハを研磨する研磨装置は、チャックテーブルに保持されたウェーハの上面を覆う面積の研磨パッドをスピンドルに装着し、スピンドルを回転させ、ウェーハを保持したチャックテーブルを回転させ、ウェーハに研磨パッドを押し付けてウェーハを研磨している。
このように研磨したウェーハに、ウェーハの中心を中心とする同心円状に波紋のような厚み斑が生じることがある。そのため、例えば特許文献2に開示されているように、チャックテーブルと研磨パッドとを保持面に平行な水平方向に相対的に往復移動させながら研磨加工をすることでウェーハに厚み斑を形成させず、研磨後のウェーハの厚み差を小さくしている。
特開2003-305643号公報 特開2007-318041号公報
しかし、研磨パッドとチャックテーブルに保持されたウェーハとを、水平面方向に相対的に往復移動させながら研磨を行っても、研磨後のウェーハに僅かな厚み差は残ってしまう。また、ウェーハに接触させた研磨パッドを水平方向に往復移動させることによって研磨時間が長くなるという問題がある。
したがって、ウェーハを研磨する研磨装置は、研磨時間を短くし、かつ、研磨後のウェーハの面内厚みを均一にするという解決すべき課題がある。
上記課題を解決するための本発明は、保持面でウェーハを保持するチャックテーブルと、ウェーハを研磨する研磨パッドをスピンドルの下端に配置し該研磨パッドの下面でウェーハを研磨する研磨手段と、該研磨手段が該保持面に保持されたウェーハを研磨可能な研磨位置に該チャックテーブルを移動させるスライダと、制御手段と、を備える研磨装置であって、該研磨手段は、少なくともウェーハの上面を覆う面積の下面を有する第1研磨パッドを第1スピンドルの下端に配置した第1研磨手段と、ウェーハの直径より小さい直径の下面を有する第2研磨パッドを第2スピンドルの下端に配置した第2研磨手段と、を備え、該制御手段は、該チャックテーブルを該第1研磨パッドの下に移動させ該保持面に保持されたウェーハを該第1研磨パッドで研磨することと、該第1研磨パッドで研磨したウェーハの半径エリアの所定の箇所を該第2研磨パッドで研磨することと、を制御する研磨装置である。
本発明に係る研磨装置は、前記第2研磨手段を水平方向に移動させる水平移動手段と、前記第1研磨パッドで研磨し前記保持面に保持されているウェーハの厚みを測定する厚み測定器と、を備え、前記所定の箇所は、該厚み測定器で測定したウェーハの複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所であり、該水平移動手段で該第2研磨手段の前記第2研磨パッドを該所定の箇所に位置付け可能であると好ましい。
本発明に係る研磨装置は、前記保持面にウェーハを搬入、又は該保持面からウェーハを搬出する搬送手段を備え、前記スライダは、前記第1研磨パッドで該保持面に保持されたウェーハを研磨する第1研磨位置、若しくは前記第2研磨パッドで該保持面に保持されたウェーハを研磨する第2研磨位置、又は該搬送手段によってウェーハを該保持面に搬入、若しくは該保持面から搬出する搬入出位置に該チャックテーブルを位置づけ可能であり、前記制御手段は、該保持面に保持されたウェーハを該第1研磨パッドで研磨することと、該第1研磨パッドで研磨されたウェーハを該搬入出位置に移動させ前記厚み測定器で厚みを測定することと、該厚み測定器で測定したウェーハの複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所を前記所定の箇所として該第2研磨パッドで研磨することとを制御可能であると好ましい。
本発明に係る研磨装置は、ウェーハの半径より小さく、かつ前記第2研磨パッドを囲繞できる大きさの直径からなる第3研磨パッドを第3スピンドルの下端に配置した第3研磨手段を備えると好ましい。
本発明に係る研磨装置は、前記第2研磨手段を、2つ以上備えると好ましい。
本発明に係る研磨装置は、少なくともウェーハの上面を覆う面積の下面を有する第1研磨パッドを第1スピンドルの下端に配置した第1研磨手段と、ウェーハの直径より小さい直径の下面を有する第2研磨パッドを第2スピンドルの下端に配置した第2研磨手段と、を備えることで、制御手段によって、チャックテーブルを第1研磨パッドの下に移動させ保持面に保持されたウェーハを第1研磨パッドで研磨することと、第1研磨パッドで研磨したウェーハの半径エリアの所定の箇所、即ち、第1研磨パッドでウェーハを研磨することで生じたウェーハの他の箇所よりも厚み差がある箇所を第2研磨パッドで研磨することと、を制御して、研磨パッドをウェーハに接触させた1軸の研磨手段を水平方向に移動させつつウェーハの研磨を行う場合に比べて総研磨時間を短くし、かつ、第2研磨パッドで研磨後のウェーハの面内厚みを均一にすることが可能となる。
本発明に係る研磨装置は、第2研磨手段を水平方向に移動させる水平移動手段と、第1研磨パッドで研磨しチャックテーブルの保持面に保持されているウェーハの厚みを測定する厚み測定器と、を備え、所定の箇所は、厚み測定器で測定したウェーハの複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所であり、水平移動手段で第2研磨手段の第2研磨パッドを所定の箇所に位置付け可能であることで、研磨パッドをウェーハに接触させた1軸の研磨手段を水平方向に移動させつつウェーハの研磨を行う場合に比べて総研磨時間を短くし、かつ、第2研磨パッドで研磨後のウェーハの面内厚みを均一にすることが可能となる。
本発明に係る研磨装置は、保持面にウェーハを搬入、又は保持面からウェーハを搬出する搬送手段を備え、スライダは、第1研磨パッドで保持面に保持されたウェーハを研磨する第1研磨位置、若しくは第2研磨パッドで保持面に保持されたウェーハを研磨する第2研磨位置、又は搬送手段によってウェーハを保持面に搬入、若しくは保持面から搬出する搬入出位置にチャックテーブルを位置づけ可能であり、制御手段は、保持面に保持されたウェーハを第1研磨パッドで研磨することと、第1研磨パッドで研磨されたウェーハを搬入出位置に移動させ厚み測定器で厚みを測定することと、厚み測定器で測定したウェーハの複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所を所定の箇所として第2研磨パッドで研磨することと、を制御可能であることで、1軸の研磨手段を水平方向に移動させつつウェーハの研磨を行う場合に比べて研磨時間を短くし、かつ、第2研磨パッドで研磨後のウェーハの面内厚みを均一にすることが可能となる。
本発明に係る研磨装置は、ウェーハの半径より小さく、かつ第2研磨パッドを囲繞できる大きさの直径からなる第3研磨パッドを第3スピンドルの下端に配置した第3研磨手段を備えることで、第1研磨パッドで研磨したウェーハの面内厚み差のある所定の箇所を第3研磨パッドでなぞるように短時間研磨して、次いで、ウェーハの面内厚み差のある所定の箇所を第2研磨パッドで仕上げ研磨して、研磨後のウェーハの面内厚みをさらに均一にすることが可能となる。
本発明に係る研磨装置は、第2研磨手段を、2つ以上備えることで、ウェーハの研磨加工のスループットを向上させることが可能となる。
実施形態1の研磨装置を示す斜視図である。 図2(A)は、第1研磨手段で研磨されたウェーハの上面を示す平面図である。図2(B)は、第1研磨手段で研磨されたウェーハの断面図である。 実施形態2の研磨装置を示す斜視図である。 実施形態3の研磨装置を示す斜視図である。
(実施形態1)
図1に示す研磨装置1(以下、実施形態1の研磨装置1とする)は、例えば、第1研磨手段30、及び第2研磨手段32を備え、いずれかのチャックテーブル50上に保持されたウェーハ90を第1研磨手段30及び第2研磨手段32により研磨する装置である。
研磨装置1は、例えば、第1の装置ベース10の後方(+Y方向側)に第2の装置ベース11を連結して構成されている。第1の装置ベース10上は、ウェーハ90のカセットからの搬入出、センタリング、及び洗浄等が行われるウェーハ準備領域102となっており、第2の装置ベース11上は、第1研磨手段30、又は第2研磨手段32によってチャックテーブル50で保持されたウェーハ90が加工される加工領域115となっており、その一部に、搬送手段4によってウェーハ90をチャックテーブル50の保持面502に搬入、若しくは保持面502から搬出するための搬入出位置114が設けられている。
図1に示すウェーハ90は、例えば、シリコン母材等からなる円形板状の半導体ウェーハであり、図1においては下方を向いているウェーハ90の下面901は、複数のデバイスが形成されており、図示しない保護テープが貼着されて保護されている。ウェーハ90の上側を向いている上面902は、研磨加工が施される被加工面となる。
第1の装置ベース10の正面側(-Y方向側)には、第1のカセット載置部150及び第2のカセット載置部151が設けられており、第1のカセット載置部150には加工前のウェーハ90が収容される第1のカセット1500が載置され、第2のカセット載置部151には加工後のウェーハ90が収容される第2のカセット1510が載置される。
第1のカセット1500の開口の後方には、第1のカセット1500から加工前のウェーハ90を搬出するとともに加工後のウェーハ90を第2のカセット1510に搬入するロボット155が配設されている。図1に示すロボット155は、多関節アームによりロボットハンドを水平面内(X軸Y軸平面内)において旋回移動させることができる。
ロボット155に隣接する位置には、仮置き領域152が設けられており、仮置き領域152には位置合わせ手段153が配設されている。位置合わせ手段153は、第1のカセット1500から搬出され仮置き領域152に載置されたウェーハ90を、縮径する位置合わせピンで所定の位置に位置合わせ(センタリング)して、ウェーハ90の中心位置を決定する。
図1に示す例において、位置合わせ手段153と隣接する位置には、ウェーハ90を保持した状態で旋回するローディングアーム40が配置されている。ローディングアーム40は、位置合わせ手段153において位置合わせされたウェーハ90を保持し、搬入出位置114に位置づけされたチャックテーブル50へ搬送する。ローディングアーム40の隣には、加工後のウェーハ90を保持した状態で旋回するアンローディングアーム41が設けられている。そして、本実施形態においては、ローディングアーム40とアンローディングアーム41とによって、チャックテーブル50の保持面502にウェーハ90を搬入、又は保持面502からウェーハ90を搬出する搬送手段4が構成される。
アンローディングアーム41の可動範囲内には、アンローディングアーム41により搬送された加工後のウェーハ90を洗浄する枚葉式の洗浄手段156が配置されている。洗浄手段156で洗浄されたウェーハ90は、ロボット155によって第2のカセット1510に搬入される。
図1に示すように、第2の装置ベース11上には、第1研磨手段30又は第2研磨手段32がチャックテーブル50の保持面502に保持されたウェーハ90を研磨可能なそれぞれの研磨位置にチャックテーブル50を移動させるスライダ59が配設されている。スライダ59は、本実施形態1においては平面視円形のターンテーブルであり、スライダ59の上面には、スライダ59の中心を中心としてスライダ59の周方向に等間隔(例えば、120度間隔)で配置されウェーハ90を保持する保持面502を有する複数(例えば、3つ)のチャックテーブル50が配設されている。
なお、スライダは、チャックテーブル50を上面に配設可能でY軸方向に直動する直動スライダであってもよい。
スライダ59の中心には、スライダ59を自転させるための図示しない回転軸が連結されており、軸方向がZ軸方向である該回転軸は図示しないモータによって回転可能となっている。そして、スライダ59の中心を軸にスライダ59を自転させることによってウェーハ90を保持した複数のチャックテーブル50を公転させ、仮置き領域152の近傍から、第1研磨手段30の下方、第2研磨手段32の下方、搬入出位置114へとチャックテーブル50を順次位置付けることができる。例えば、スライダ59は、第2の装置ベース11上において下面にエアが噴き付けられ浮上しており上記のように回転可能な状態になっている。
図1に示すように、チャックテーブル50は、例えば、その外形が平面視円形でありウェーハ90を保持する保持面502を有するポーラス板500と、保持面502を露出させポーラス板500を収容する凹部を有する枠体501とを備えている。そして、保持面502には、図示しない吸引源が連通しており、吸引源が生み出す吸引力が伝達される。
実施形態1の研磨装置1は、ウェーハ90を研磨する研磨パッドをスピンドルの下端に配置し研磨パッドの下面でウェーハ90を研磨する研磨手段として、少なくともウェーハ90の上面902を覆う面積の下面を有する第1研磨パッド306を第1スピンドル300の下端に配置した第1研磨手段30と、ウェーハ90の直径より小さい直径の下面を有する第2研磨パッド326を第2スピンドル320の下端に配置した第2研磨手段32と、を備えている。
図1に示すように、第2の装置ベース11上の後方には第1のコラム12が立設されており、第1のコラム12の前面には第1研磨送り手段20が配設されている。第1研磨送り手段20は、鉛直方向(Z軸方向)の軸心を有するボールネジ200と、ボールネジ200と平行に配設された一対のガイドレール201と、ボールネジ200に連結しボールネジ200を回動させるモータ202と、内部のナットがボールネジ200に螺合し側部がガイドレール201に摺接する昇降板203とから構成され、モータ202がボールネジ200を回動させると、これに伴い昇降板203がガイドレール201にガイドされてZ軸方向に往復移動し、昇降板203に取り付けられた第1研磨手段30もZ軸方向に往復移動する。
第1研磨手段30は、例えば、軸方向がZ軸方向である第1スピンドル300と、第1スピンドル300を回転可能に支持するハウジング301と、第1スピンドル300を回転駆動するモータ302と、第1スピンドル300の下端に固定された円形板状のマウント303と、マウント303の下面に図示しないプラテンを介して着脱可能に取り付けられた円形の第1研磨パッド306とから構成されている。第1研磨パッド306は、例えば、フェルト等の不織布からなる。第1研磨パッド306の直径は、マウント303の直径と同程度の大きさとなっており、また、ウェーハ90の直径よりも大径となっている。
なお、第1研磨パッド306は、接着剤で砥粒を接着させていてもよいし、乾式研磨加工を行うためのものであってもよいし、研磨液を用いるCMP(化学的機械研磨)用のものであってもよい。CMP研磨を行う場合は、第1研磨パッド306の下面に、スラリーを全面に広げるための格子状の溝が形成されていてもよい。
第1研磨手段30は、第1スピンドル300を通してスラリーをウェーハ90と第1研磨パッド306との接触部位に供給する、又は、図示しない外部ノズルから噴射させたスラリーをウェーハ90と第1研磨パッド306との接触部位に直に供給するCMP研磨を行う構成となっていてもよいし、スラリーを供給しない乾式研磨加工をウェーハ90に施す構成となっていてもよい。
図1に示すように、第2の装置ベース11上の後方には第1のコラム12にX軸方向に並べて第2のコラム13が立設されており、第2のコラム13の前面には第2研磨送り手段22が配設されている。第2研磨送り手段22は、鉛直方向(Z軸方向)の軸心を有するボールネジ220と、ボールネジ220と平行に配設された一対のガイドレール221と、ボールネジ220に連結しボールネジ220を回動させるモータ222と、内部のナットがボールネジ220に螺合し側部がガイドレール221に摺接する昇降板223とから構成され、モータ222がボールネジ220を回動させると、これに伴い昇降板223がガイドレール221にガイドされてZ軸方向に往復移動し、昇降板223に取り付けられた第2研磨手段32もZ軸方向に往復移動する。
第2研磨手段32は、例えば、軸方向がZ軸方向である第2スピンドル320と、第2スピンドル320を回転可能に支持するハウジング321と、第2スピンドル320を回転駆動するモータ322と、第2スピンドル320の下端に固定された円形板状のマウント323と、マウント323の下面に図示しないプラテンを介して着脱可能に取り付けられた円形の第2研磨パッド326とから構成されている。第2研磨パッド326は、例えば、フェルト等の不織布からなる。第2研磨パッド326の直径は、ウェーハ90の半径よりも小さく、例えばウェーハ90の直径の1/3~1/4程度に設定されているがこれに限定されるものではない。
なお、第2研磨パッド326は、接着剤で砥粒を接着させていてもよいし、乾式研磨加工を行うためのものであってもよいし、研磨液を用いるCMP(化学的機械研磨)用のものであってもよい。CMP研磨を行う場合は、第2研磨パッド326の下面に、例えばスラリーを広げるための格子状の溝が形成されていてもよい。
例えば、実施形態1の研磨装置1は、第2研磨手段32を、2つ以上備えていてもよい。この場合には、例えば、第2の装置ベース11上の側方(+X方向側)にコラムが立設され、該コラムの側面に2つ目の第2研磨送り手段を介して2つ目の第2研磨手段32が配設される。この場合には、ウェーハ90の研磨加工のスループットを向上させることが可能となる。
第2研磨手段32は、第2スピンドル320を通してスラリーをウェーハ90と第2研磨パッド326との接触部位に供給する、又は、図示しない外部ノズルから噴射させたスラリーをウェーハ90と第2研磨パッド326との接触部位に直に供給するCMP研磨を行う構成となっていてもよいし、スラリーを供給しない乾式研磨加工をウェーハ90に施す構成となっていてもよい。
本実施形態における研磨装置1は、例えば、第2研磨手段32を水平方向(X軸方向)に移動させる水平移動手段23を備えている。第2のコラム13の前面に配設された水平移動手段23は、X軸方向の軸心を有するボールネジ230と、ボールネジ230と平行に配設された一対のガイドレール231と、ボールネジ230に連結しボールネジ230を回動させるモータ232と、内部のナットがボールネジ230に螺合し側部がガイドレール231に摺接する可動板233とから構成され、モータ232がボールネジ230を回動させると可動板233がガイドレール231にガイドされてX軸方向に移動し、可動板233に第2研磨送り手段22を介して配設された第2研磨手段32もX軸方向に移動する。
例えば、スライダ59の上面の中心には、ロッド591をZ軸方向に昇降させる昇降シリンダ590が配設されている。そしてロッド591の上端側には水平方向に延在するアーム部材592が配設されており、アーム部材592の先端にはチャックテーブル50の上方に位置付け可能でありウェーハ90の厚みを測定する厚み測定器57が配設されている。例えば、昇降シリンダ590はZ軸を軸に回転可能となっており、これによって、アーム部材592の先端に配設された厚み測定器57も水平面内を旋回移動可能となっている。
厚み測定器57は、例えば、投光部と受光部とを備え非接触でウェーハ90の厚みを測定できる反射型の光電センサである。厚み測定器57は、その下方に位置付けられたウェーハ90に対して測定光(赤外光)を照射する。そして、ウェーハ90の上面902で反射した反射光とウェーハ90を透過した後にウェーハ90の下面901で反射した反射光の干渉光を解析する分光干渉によりそれぞれの反射光の光路差からウェーハ90の厚みが測定される。
例えば、株式会社キーエンスが提供する分光干渉式ウェーハ厚み計「SI―F80Rシリーズ」を使用することができる。
厚み測定器57は、例えばウェーハ90の上面902の高さを測定する接触式の測定ゲージであってもよい。この場合には、厚み測定器57は、予め、チャックテーブル50の保持面502の高さ位置を接触式の測定ゲージで測定し把握しており、それ故、保持面502で保持された研磨前のウェーハ90の上面902の高さ位置からチャックテーブル50の保持面502の高さを差し引いてウェーハ90の厚みを算出する算出部を備える。したがって、厚み測定器57は、保持面502で保持された研磨前のウェーハ90の上面902の高さ位置と研磨加工後に測定したウェーハ90の上面902の高さ位置との差からウェーハ90の研磨により除去された量(除去量)を測定して、予め測定したチャックテーブル50の保持面502の高さ位置との差からウェーハ90の厚みを測定できる。
なお、測定ゲージは、非接触式タイプでもよい。例えば、投光部と受光部とを備え三角測量の原理からウェーハ90の上面902の高さ位置またはチャックテーブル50の保持面502の高さ位置を測定することができる。超音波を発振する発振部と反射した超音波振動を受振する受振部とを備えるタイプでもよい。このような、非接触式タイプのものである場合には、厚み測定器57は昇降可能となっていなくてもよい。
研磨装置1は、上記のように説明した研磨装置1の各構成要素を制御可能な制御手段19を備えている。CPU及びメモリ等の記憶素子等で構成される制御手段19は、例えば、第1研磨送り手段20、第1研磨手段30、スライダ59、及び厚み測定器57等に電気的に接続されており、制御手段19の制御の下で、第1研磨送り手段20による第1研磨手段30の研磨送り動作、第1研磨手段30における第1研磨パッド306の回転動作、及びスライダ59によるチャックテーブル50の第2研磨手段32に対する位置付け動作等が制御される。また、制御手段19には、厚み測定器57が測定した例えば第1研磨後のウェーハ90の面内厚みについての情報が、厚み測定器57から送られる。
例えば、制御手段19による第1研磨送り手段20の制御の一例としては、図1に示すモータ202は、例えば、サーボモータであり、モータ202の図示しないロータリーエンコーダは、サーボアンプとしての機能も有する制御手段19に接続されており、制御手段19の出力インターフェイスからモータ202に対して動作信号が供給されることによってボールネジ200が回転し、図示しないロータリーエンコーダが検知した回転速度をエンコーダ信号として制御手段19の入力インターフェイスに対して出力する。そして、エンコーダ信号を受け取った制御手段19は、第1研磨送り手段20により研磨送りされる第1研磨手段30の高さを遂次認識できるとともに、第1研磨手段30の研磨送り速度をフィードバック制御できる。
例えば、制御手段19によるスライダ59の回転動作制御等も、スライダ59に接続された回転軸を回転させるモータの制御等によってなされる。
以下に、図1に示す研磨装置1を用いて、ウェーハ90を研磨する場合について説明する。
まず、制御手段19によるスライダ59の制御によって、図1に示すスライダ59が回転して、ウェーハ90が載置されていない状態のチャックテーブル50が+Z方向側から見て例えば時計回り方向に回転し、チャックテーブル50がローディングアーム40の近傍まで移動する。即ち、搬入出位置114に、該チャックテーブル50が位置づけされる。そして、ロボット155が第1のカセット1500からウェーハ90を一枚引き出し、ウェーハ90を仮置き領域152に移動させる。
位置合わせ手段153により仮置き領域152上でウェーハ90の中心位置が検出された後、ローディングアーム40が、ウェーハ90をチャックテーブル50上に搬送して、チャックテーブル50の保持面502とウェーハ90の中心とが略合致するように、保持面502にウェーハ90を載置する。そして、図示しない吸引源が作動して、チャックテーブル50が保持面502上でウェーハ90を上面902が露出した状態で吸引保持する。
チャックテーブル50がウェーハ90を吸引保持した後、図1に示すスライダ59が回転して、ウェーハ90を保持したチャックテーブル50が、第1研磨手段30の下方となる位置に位置づけされる。該位置づけは、研磨加工中において、常に、ウェーハ90の上面902全面に第1研磨パッド306が当接するように、即ち、第1研磨パッド306がチャックテーブル50に保持されたウェーハ90の上面902を覆うようになされる。
次いで、制御手段19による第1研磨送り手段20の制御の下で、第1研磨手段30が第1研磨送り手段20によって下降していき、所定の回転速度で回転する第1研磨パッド306がウェーハ90の上面902全面に当接することで、本実施形態においては例えば乾式の研磨加工が行われる。また、チャックテーブル50が回転しつつ、ウェーハ90の上面902全面が所定時間研磨された後、第1研磨送り手段20により第1研磨手段30を上昇させてウェーハ90から第1研磨パッド306を離間させる。なお、第1研磨手段30によるウェーハ90の研磨は、従来のようにウェーハ90の上面902に接触させた研磨パッドを水平方向に往復移動させつつ行う場合と比較して短時間行われる。
次いで、例えば、図1に示すアーム部材592が旋回移動して、第1研磨パッド306で研磨されたウェーハ90の上面902の中心位置上を通過可能な位置に厚み測定器57が位置づけされる。さらに、例えば非接触式の厚み測定器57がウェーハ90の上方をウェーハ90の中心から外周縁の間である図2(A)に示す弧状の半径エリアR1を一度通過する、又は複数回通過するように旋回移動しながら、下方のウェーハ90に向かって投光部が測定光を照射する。そして、ウェーハ90の上面902で反射した反射光とウェーハ90を透過した後にウェーハ90の下面901で反射した反射光との干渉光を解析する分光干渉により、それぞれの反射光の光路差から、図2(A)に示すウェーハ90の半径エリアR1における複数の厚みが測定される。該厚みについての各測定情報は、図1に示す制御手段19に送られる。
例えば、制御手段19は、厚み測定器57から送られてきたウェーハ90の半径エリアR1における複数の厚み値の平均値及び平均値からの各差分を算出して、ウェーハ90の半径エリアR1内において厚み差がある箇所のX軸Y軸座標位置を認識可能な研磨箇所認識部191を備えている。
なお、研磨箇所認識部191は、厚みさがある箇所のX軸座標位置、又はY軸座標位置のどちらか一方だけを認識可能でもよい。
第1研磨手段30によって研磨されたウェーハ90に、図2(A)、(B)に示すようにウェーハ90の中心を中心とする同心円状に波紋のような厚み差のある箇所(例えば、他の部分との数μmの差がある箇所)、即ち、研磨されにくかった平面視円環状のより厚みがある箇所905が生じる場合がある。そして、図1に示す研磨箇所認識部191によって、ウェーハ90の半径エリアR1における他よりも厚みがある該箇所905の座標位置が認識される。そして、該箇所905が第2研磨パッド326で研磨される所定の箇所905として認識される。なお、本実施形態における第1研磨パッド306で研磨したウェーハ90の半径エリアR1の内で次に第2研磨パッド326で研磨すべきと認識される所定の箇所905は、厚み測定器57で測定したウェーハ90の複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所である。なお、次に第2研磨パッド326で研磨すべきと認識される所定の箇所については、例えば、厚み差が平均値からの許容差を超えている箇所が他にも半径エリアR1内に複数あれば、該複数の箇所も第2研磨パッド326で研磨すべき箇所と研磨箇所認識部191が認識するものとしてもよい。
なお、複数の厚み値のうち隣接する厚み値の差を算出させ、その算出した差が予め設定した許容値を超えていたら第2研磨パッド326で研磨すべき箇所として判断してもよい。
次いで、図1に示す制御手段19によるスライダ59及び水平移動手段23の制御によって、図1に示すスライダ59が+Z方向側から見て時計回り方向に回転するとともに、水平移動手段23によって第2研磨手段32がX軸方向に移動されて、チャックテーブル50に保持されたウェーハ90の半径エリアR1内の研磨すべき所定の箇所905が第2研磨手段32の第2研磨パッド326で覆われるように、チャックテーブル50に保持されたウェーハ90と第2研磨パッド326との位置合わせが行われる。
制御手段19による第2研磨送り手段22の制御の下で、第2研磨手段32が第2研磨送り手段22によって下降していき、所定の回転速度で回転する第2研磨パッド326が第1研磨パッド306で研磨したウェーハ90の半径エリアR1の所定の箇所905に当接することで、本実施形態においては例えば乾式の研磨加工が行われる。また、チャックテーブル50が回転することで、ウェーハ90の平面視円環状のより厚みがある箇所905の全周が第2研磨パッド326で研磨される。ウェーハ90の所定の箇所905の他の部分との厚み差は数μm程度と小さい値であるため、第2研磨パッド326による研磨加工時間は第1研磨パッド306による研磨加工時間よりも大幅に短い時間で済む。
半径エリアR1の所定の箇所905全周(保持面502を中心を軸とした一周)が所定時間研磨されて、ウェーハ90の平坦度がより高められた後、第2研磨送り手段22により第2研磨手段32を上昇させてウェーハ90から第2研磨パッド326を離間させる。次いで、アンローディングアーム41が、搬入出位置114に位置付けされたウェーハ90の上面902を吸引保持して、チャックテーブル50から洗浄手段156に搬送する。洗浄手段156においてウェーハ90の洗浄・乾燥が行われた後、ロボット155が洗浄手段156からウェーハ90を搬出して、第2のカセット1510に収容する。
上記のように本発明に係る研磨装置1は、少なくともウェーハ90の上面902を覆う面積の下面を有する第1研磨パッド306を第1スピンドル300の下端に配置した第1研磨手段30と、ウェーハ90の直径より小さい直径の下面を有する第2研磨パッド326を第2スピンドル320の下端に配置した第2研磨手段32と、を備えることで、制御手段19によって、チャックテーブル50を第1研磨パッド306の下に移動させ保持面502に保持されたウェーハ90を第1研磨パッド306で研磨することと、第1研磨パッド306で研磨したウェーハ90の半径エリアR1の所定の箇所905、即ち、第1研磨パッド306でウェーハ90を研磨することで生じたウェーハ90の他の箇所よりも厚み差があり例えばウェーハ90の中心と中心が合致し平面視円環状の箇所905を第2研磨パッド326で研磨することと、を制御して、従来の研磨パッドをウェーハに接触させた1軸の研磨手段を水平方向に移動させつつウェーハ90の研磨を行う場合に比べて総研磨時間を短くし、かつ、研磨後のウェーハ90の面内厚みを均一にすることが可能となる。
本発明に係る研磨装置1は、第2研磨手段32を水平方向に移動させる水平移動手段23と、第1研磨パッド306で研磨しチャックテーブル50の保持面502に保持されているウェーハ90の厚みを測定する厚み測定器57と、を備え、第2研磨パッド326で研磨すべき所定の箇所は、厚み測定器57で測定したウェーハ90の複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所905であり、水平移動手段23で第2研磨手段32の第2研磨パッド326を所定の箇所に位置付け可能であることで、研磨パッドをウェーハに接触させた1軸の研磨手段を水平方向に移動させつつウェーハ90の研磨を行う場合に比べて総研磨時間を短くし、かつ、研磨後のウェーハ90の面内厚みを均一にすることが可能となる。
(実施形態2)
図3に示す研磨装置18(以下、実施形態2の研磨装置18とする)は、図1に示す実施形態1の研磨装置1の構成の一部を変更したものであり、同様の構成については研磨装置1と同様の記号を付して示し、説明を省略する。例えば、実施形態2の研磨装置18の第1の装置ベース10上の構成は、実施形態1の研磨装置1と同様となっている。
以下に、実施形態2の研磨装置18の図1に示す実施形態1の研磨装置1と異なる構成について説明していく。
例えば、図3に示すように、第1の装置ベース10上には、チャックテーブル50の保持面502にウェーハ90を搬入、又は保持面502からウェーハ90を搬出する搬送手段4が配設されており、第2の装置ベース11上の後方には第1のコラム12が1つだけ立設されており、第1のコラム12の前面には第1研磨送り手段20を介して第1研磨手段30が配設されている。
例えば、スライダ59の上面には、スライダ59の中心を中心としてスライダ59の周方向に等間隔で配置されウェーハ90を保持する保持面502を有する2つのチャックテーブル50が配設されている。そして、スライダ59は、第1研磨パッド306で保持面502に保持されたウェーハ90を研磨する第1研磨位置、即ち、第1研磨手段30の下方の位置、若しくは第2研磨パッド364で保持面502に保持されたウェーハ90を研磨する第2研磨位置、即ち、第2研磨手段36の下方となる位置、又は搬送手段4によってウェーハ90を保持面502に搬入、若しくは保持面502から搬出する搬入出位置114にチャックテーブル50を位置づけ可能である。
実施形態2の研磨装置18において、第2の装置ベース11上には、門型コラム110がスライダ59の略中央を跨ぐように立設されている。門型コラム110の前面には、X軸方向に第2研磨手段36を移動可能にする水平移動手段23が配設されている。
水平移動手段23の可動板233には、第2研磨手段36をZ軸方向に昇降させる図示しない電動スライダ等の第2研磨送り手段が配設されている。
水平移動手段23によってX軸方向に移動でき、かつ、図示しない第2研磨送り手段によってZ軸方向に昇降可能な第2研磨手段36は、エアベアリング等を内蔵したハウジング361によって第2スピンドル362が非接触で支持されており、第2スピンドル362の下端にマウント363及び図示しないプラテンを介して第2研磨パッド364が装着されている。第2研磨パッド364の素材や直径は、図1に示す第2研磨パッド326と同一となっている。
例えば、水平移動手段23の可動板233には側面視略L字状の支持ブロック235が配設されており、支持ブロック235によって厚み測定器57が、その下方の搬入出位置114に位置付けされチャックテーブル50の保持面502に保持されたウェーハ90にZ軸方向において対向可能に支持されている。
以下に、図3に示す実施形態2の研磨装置18を用いて、ウェーハ90を研磨する場合について説明する。
チャックテーブル50によるウェーハ90の保持から第1研磨手段30によるウェーハ90の研磨までは、図1に示す実施形態1の研磨装置1と同様に、研磨装置18においても行われる。
次いで、例えば、制御手段19によるスライダ59の制御の下で、スライダ59が+Z方向側から見て時計回り方向に回転して、第1研磨手段30によって研磨されたウェーハ90を保持したチャックテーブル50が搬入出位置114に位置付けされる。また、水平移動手段23によって厚み測定器57がX軸方向に移動されて、搬入出位置114に位置付けされたチャックテーブル50に保持されたウェーハ90の上面902の中心位置上を通過可能な位置に、厚み測定器57が位置づけされる。さらに、例えば非接触式の厚み測定器57がウェーハ90の上方のウェーハ90の中心から外周縁の間である半径エリア(本実施形態においては、半径エリアは直線状、即ち半径となる)を一度通過する、又は複数回通過するようにX軸方向に水平移動しながら、下方のウェーハ90に向かって投光部が測定光を照射する。そして、ウェーハ90の半径エリアにおける複数の厚みが測定される。該厚みについての各測定情報は、制御手段19に送られる。
そして、研磨箇所認識部191によって、ウェーハ90の半径エリアにおける他よりも厚みがある図2(A)、(B)に示す箇所905の座標位置が認識される。なお、本実施形態における該箇所905は、厚み測定器57で測定したウェーハ90の複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所である。次いで、図2に示す制御手段19によるスライダ59又は水平移動手段23の制御によって、チャックテーブル50に保持されたウェーハ90の研磨すべき所定の箇所905が第2研磨手段36の第2研磨パッド364で覆われるように、ウェーハ90と第2研磨パッド364との位置合わせが行われる。
そして、第2研磨手段36が下降していき、所定の回転速度で回転する第2研磨パッド364がウェーハ90の半径エリアの所定の箇所905に当接することで、本実施形態においては例えば乾式の研磨加工が行われる。また、チャックテーブル50が回転することで、ウェーハ90の平面視円環状のより厚みがある箇所905の全周が第2研磨パッド364で研磨される。ウェーハ90の所定の箇所905の他の部分との厚み差は数μm程度と小さい値であるため、第2研磨パッド364による研磨加工時間は第1研磨パッド306による研磨加工時間よりも大幅に短い時間で済む。半径エリアの所定の箇所905全周が所定時間研磨されて、ウェーハ90の平坦度がより高められた後、ウェーハ90から第2研磨パッド364が離間して研磨加工が終了する。
上記のように本発明に係る研磨装置18は、チャックテーブル50の保持面502にウェーハ90を搬入、又は保持面502からウェーハ90を搬出する搬送手段4を備え、スライダ59は、第1研磨パッド306で保持面502に保持されたウェーハ90を研磨する第1研磨位置、若しくは第2研磨パッド364で保持面502に保持されたウェーハ90を研磨する第2研磨位置、又は搬送手段4によってウェーハ90を保持面502に搬入、若しくは保持面502から搬出する搬入出位置114にチャックテーブル50を位置づけ可能であり、制御手段19は、保持面502に保持されたウェーハ90を第1研磨パッド306で研磨することと、第1研磨パッド306で研磨されたウェーハ90を搬入出位置114に移動させ厚み測定器57で厚みを測定することと、厚み測定器57で測定したウェーハ90の複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所905を所定の箇所905として第2研磨パッド364で研磨することとを制御可能であることで、従来のようなウェーハ90に研磨パッドを接触させた1軸の研磨手段を水平方向に移動させつつウェーハ90の研磨を行う場合に比べて研磨時間を短くし、かつ、研磨後のウェーハ90の面内厚みを均一にすることが可能となる。
(実施形態3)
図4に示す研磨装置17(以下、実施形態3の研磨装置17とする)は、図1に示す実施形態1の研磨装置1の構成の一部を変更したものであり、同様の構成については研磨装置1と同様の記号を付して示し、説明を省略する。
以下に、実施形態3の研磨装置17の実施形態1の研磨装置1と異なる構成について説明していく。
実施形態3の研磨装置17は、実施形態2の研磨装置18で説明した門型コラム110を備えており、門型コラム110の前面には、X軸方向に第3研磨手段37を移動可能にするX軸移動手段38が配設されている。
X軸移動手段38は、X軸方向の軸心を有するボールネジ380と、ボールネジ380と平行に配設された一対のガイドレール381と、ボールネジ380に連結しボールネジ380を回動させるモータ382と、内部のナットがボールネジ380に螺合し側部がガイドレール381に摺接する可動板383とから構成され、モータ382がボールネジ380を回動させると可動板383がガイドレール381にガイドされてX軸方向に移動し、可動板383に図示しない第3研磨送り手段を介して配設された第3研磨手段37もX軸方向に移動する。
X軸移動手段38の可動板383には、第3研磨手段37をZ軸方向に昇降させる図示しない電動スライダ等の第3研磨送り手段が配設されている。
X軸移動手段38によってX軸方向に移動でき、かつ、図示しない第3研磨送り手段によってZ軸方向に昇降可能な第3研磨手段37は、エアベアリング等を内蔵したハウジング371によって第3スピンドル372が支持されており、第3スピンドル372の下端にマウント373及び図示しないプラテンを介して第3研磨パッド375が装着されている。
第3研磨パッド375は、例えば、図1に示す第1研磨パッド306や第2研磨パッド326等と同様の素材で構成されており、ウェーハ90の半径より小さく、かつ第2研磨パッド326を囲繞できる大きさの直径に設定されている。
なお、X軸移動手段38及び第3研磨手段37は、門型コラム110の背面に配設されていてもよいし、第3研磨手段37の配設位置と第2研磨手段32の配設位置とを交代させてもよい。
図4に示す例においては、スライダ59上にアーム部材592によって旋回移動可能な厚み測定器57と、門型コラム110の前面にX軸移動手段38によって第3研磨手段37とともにX軸移動可能な厚み測定器57とが配設されているが、少なくともどちらか一方が配設されていればよい。
以下に、図4に示す実施形態3の研磨装置17を用いて、ウェーハ90を研磨する場合について説明する。
チャックテーブル50によるウェーハ90の保持、第1研磨手段30によるウェーハ90の研磨、及び例えばスライダ59上の厚み測定器57によるウェーハ90の図2(A)、(B)に示す半径エリアR1内の厚み測定、及び研磨箇所認識部191によるウェーハ90の研磨すべき箇所905の認識までは、図1に示す実施形態1の研磨装置1と同様に、研磨装置17においても行われる。
次に、制御手段19によるスライダ59及びX軸移動手段38の制御によって、図4に示すスライダ59が回転するとともに、X軸移動手段38によって第3研磨手段37がX軸方向に移動されて、チャックテーブル50に保持されたウェーハ90の研磨すべき図2(A)、(B)に示す所定の箇所905が第3研磨手段37の第3研磨パッド375で覆われるように、チャックテーブル50が位置づけされる。
そして、第3研磨手段37が下降していき、所定の回転速度で回転する第3研磨パッド375がウェーハ90の図2(A)、(B)に示す半径エリアR1の所定の箇所905に当接することで、本実施形態においては例えば乾式の研磨加工が行われる。また、チャックテーブル50が回転することで、ウェーハ90の平面視円環状のより厚みがある箇所905の全周が第3研磨パッド375でなぞるように短時間研磨された後、第3研磨パッド375がウェーハ90から離間する。
次いで、制御手段19によるスライダ59及び水平移動手段23の制御によって、スライダ59が回転するとともに、水平移動手段23によって第2研磨手段32がX軸方向に移動されて、チャックテーブル50に保持され第3研磨パッド375によってなぞるように研磨されたウェーハ90の所定の箇所905が第2研磨手段32の第2研磨パッド326で覆われるように、ウェーハ90を保持したチャックテーブル50が位置づけされる。それ以降は、先に説明した実施形態1の研磨装置1におけるウェーハ90の研磨と同様の工程を経て、ウェーハ90の他よりも厚み差がある箇所905が第2研磨パッド326で研磨されて、平坦なウェーハ90を作製できる。
上記のように、実施形態3の研磨装置17は、ウェーハ90の半径より小さく、かつ第2研磨パッド326を囲繞できる大きさの直径からなる第3研磨パッド375を第3スピンドルの下端に配置した第3研磨手段37を備えることで、第1研磨パッド306で研磨したウェーハ90の面内厚み差のある所定の箇所905を第3研磨パッド375でなぞるように短時間研磨して、次いで、ウェーハ90の面内厚み差のある所定の箇所905を第2研磨パッド326で仕上げ研磨して、研磨後のウェーハ90の面内厚みをさらに均一にすることが可能となる。
なお、本発明に係る研磨装置は上記実施形態1の研磨装置1、実施形態2の研磨装置18、及び実施形態3の研磨装置17に限定されるものではなく、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。
90:ウェーハ 902:上面 901:下面
1:実施形態1の研磨装置
10:第1の装置ベース 11:第2の装置ベース 115:加工領域 102:ウェーハ準備領域 114:搬入出位置 12:第1のコラム 13:第2のコラム
150:第1のカセット載置部 1500:第1のカセット 151:第2のカセット載置部 1510:第2のカセット 155:ロボット
4:搬送手段 40:ローディングアーム 41:アンローディングアーム
153:位置合わせ手段 152:仮置き領域 156:洗浄手段
50:チャックテーブル 500:ポーラス板 502:保持面 501:枠体
59:スライダ 590:昇降シリンダ 591:ロッド 592:アーム部材
57:厚み測定器
20:第1研磨送り手段 200:ボールネジ 201:一対のガイドレール
202:モータ 203:昇降板
30:第1研磨手段 300:第1スピンドル 301:ハウジング 302:モータ
303:マウント 306:第1研磨パッド
22:第2研磨送り手段 220:ボールネジ 221:一対のガイドレール
222:モータ 223:昇降板
32:第2研磨手段 320:第2スピンドル 321:ハウジング 322:モータ
323:マウント 326:第2研磨パッド
23:水平移動手段 230:ボールネジ 231:一対のガイドレール
232:モータ 233:可動板
19:制御手段 191:研磨箇所認識部
18:実施形態2の研磨装置 110:門型コラム 36:第2研磨手段 360:第2スピンドル 364:第2研磨パッド
17:実施形態3の研磨装置 38:X軸移動手段 37:第3研磨手段 372:第3スピンドル 375:第3研磨パッド

Claims (5)

  1. 保持面でウェーハを保持するチャックテーブルと、ウェーハを研磨する研磨パッドをスピンドルの下端に配置し該研磨パッドの下面でウェーハを研磨する研磨手段と、該研磨手段が該保持面に保持されたウェーハを研磨可能な研磨位置に該チャックテーブルを移動させるスライダと、制御手段と、を備える研磨装置であって、
    該研磨手段は、少なくともウェーハの上面を覆う面積の下面を有する第1研磨パッドを第1スピンドルの下端に配置した第1研磨手段と、ウェーハの直径より小さい直径の下面を有する第2研磨パッドを第2スピンドルの下端に配置した第2研磨手段と、を備え、
    該制御手段は、該チャックテーブルを該第1研磨パッドの下に移動させ該保持面に保持されたウェーハを該第1研磨パッドで研磨することと、該第1研磨パッドで研磨したウェーハの半径エリアの所定の箇所を該第2研磨パッドで研磨することと、を制御する研磨装置。
  2. 前記第2研磨手段を水平方向に移動させる水平移動手段と、
    前記第1研磨パッドで研磨し前記保持面に保持されているウェーハの厚みを測定する厚み測定器と、を備え、
    前記所定の箇所は、該厚み測定器で測定したウェーハの複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所であり、該水平移動手段で該第2研磨手段の前記第2研磨パッドを該所定の箇所に位置付け可能な請求項1記載の研磨装置。
  3. 前記保持面にウェーハを搬入、又は該保持面からウェーハを搬出する搬送手段を備え、
    前記スライダは、前記第1研磨パッドで該保持面に保持されたウェーハを研磨する第1研磨位置、若しくは前記第2研磨パッドで該保持面に保持されたウェーハを研磨する第2研磨位置、又は該搬送手段によってウェーハを該保持面に搬入、若しくは該保持面から搬出する搬入出位置に該チャックテーブルを位置づけ可能であり、
    前記制御手段は、該保持面に保持されたウェーハを該第1研磨パッドで研磨することと、該第1研磨パッドで研磨されたウェーハを該搬入出位置に移動させ前記厚み測定器で厚みを測定することと、該厚み測定器で測定したウェーハの複数の厚み値のうち最も厚み値が大きい箇所を前記所定の箇所として該第2研磨パッドで研磨することとを制御する請求項2記載の研磨装置。
  4. ウェーハの半径より小さく、かつ前記第2研磨パッドを囲繞できる大きさの直径からなる第3研磨パッドを第3スピンドルの下端に配置した第3研磨手段を備える請求項1、請求項2、又は請求項3記載の研磨装置。
  5. 前記第2研磨手段を、2つ以上備える請求項1、請求項2、請求項3、又は請求項4記載の研磨装置。
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