JP3577355B2 - ウェーハの研磨装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ウェーハの研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハの研磨装置は、基本的な構成として、ウェーハの保持部、該ウェーハの保持部に対向する研磨面を有する定盤、ウェーハ表面を研磨面に当接させるべくウェーハの保持部と定盤とを接離動させる接離動機構、前記保持部に保持されたウェーハを研磨面に所定の押圧力で押圧する押圧機構、ウェーハが定盤に当接・押圧された状態で該ウェーハと定盤とを回転および／または往復動によって相対的に運動させる駆動機構、スラリー等を含む液状の研磨剤の供給機構を備えている。
このウェーハの研磨装置によれば、薄板状の被研磨部材であるウェーハ（例えば半導体装置用のシリコンウェーハ、ガラス薄板材等の脆性部材の表面）を鏡面状に研磨することができる。
【０００３】
前記ウェーハの保持部としては、ウェーハの保持部材にウェーハを真空吸着によって保持させる構成のものと、ウェーハを表面張力による吸着作用で保持させるものがある。しかし、ウェーハを真空吸着によって保持するウェーハの保持部は、ウェーハに当接する保持部材に穿設された複数の細孔を介して空気を吸引することで吸着力を得ているため、ウェーハの着脱は容易にできるが、ウェーハの細孔で吸引される部分に局所的な高い圧力が作用してウェーハが局所的に変形してしまい、結果的に研磨むらが発生するという課題があった。このため、ウェーハを高い精度で研磨することが要求される分野では、表面にウェーハを水等の液体の表面張力によって保持する保持部材を備えるウェーハの保持部を利用する傾向にある。
【０００４】
この表面張力を利用するウェーハの保持部では、前記保持部材と、その保持部材の表面に装着され、ウェーハの周囲を取り囲んでウェーハの滑り移動を防止するテンプレートとを備えている。図７は複数のウェーハ１１０を同時に研磨することが可能なウェーハの保持部１１２の従来技術を示す斜視図である。１１４は保持部材であり、セラミックプレート１１６と、その表面に接着されたバッキング材１１８とからなる。各ウェーハ１１０が、テンプレート１２０に設けられた各穴１２２内に位置され、保持部材１１４の表面上に表面張力によって保持されている。なお、ウェーハ１１０は切り欠き部（オリエンテーションフラット１１０ａ）を備えている。
そして、このようにウェーハ１１０が吸着された保持部材１１４からウェーハ１１０を剥離するには、ウェーハ１１０の周縁部にノズルから吐出する水流を噴射する方法がとられている。
【０００５】
しかしながら、ウェーハ１１０の周縁部の円周部分１１０ｂに水流を当てる場合は、テンプレート１２０が水流の障害物となり、ウェーハ１１０を好適に剥離できず、その剥離時間が長期化するという課題があった。また、ウェーハ１１０が保持部材１１４の表面上で滑って移動してウェーハ１１０の周縁部とテンプレートの穴１２０の内周面との間隔が変動するため、ウェーハ１１０の剥離条件が変動してしまい、その剥離にかかる時間が安定しないという課題があった。
一方、オリエンテーションフラット１１０ａに水流を当てる場合は、テンプレート１２０が水流の障害とならず、水流が好適に当たるので、ウェーハ１１０を安定的に剥離することが可能である。しかし、近年のウェーハの大型化に伴って、ウェーハの方向性を出すためにはオリエンテーションフラットを設けることによらず、ノッチ（Ｖ字状の小さな切り欠き）を設ける傾向にあるため、ウェーハを安定的に剥離することが難しいという課題が発生してきた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ノズルから吐出する噴流をウェーハの周縁部に好適に当て、ウェーハを保持部材の表面から短時間で且つ安定的（略同一の所要時間）に剥離することができるウェーハの研磨装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明によれば、表面にウェーハを水等の液体の表面張力によって保持する保持部材と、該保持部材の表面に装着され、ウェーハの周囲を取り囲んで該ウェーハの滑り移動を防止するリング状のテンプレートとを備えるウェーハの保持部にウェーハを保持し、定盤の研磨面にウェーハ表面を当接させ、該ウェーハに所定の荷重を与えつつ、ウェーハと定盤とを相対的に運動させてウェーハ表面を鏡面研磨するウェーハの研磨装置において、前記保持部材の表面からウェーハを剥離させるべく、ウェーハの周縁部に液体を噴出するノズルと、前記テンプレートを横切る方向に形成され、前記ノズルから噴出する液体の噴流を妨げないように前記テンプレートの内周縁側に傾斜する斜面を備えた切り欠き部とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、前記ノズルは、前記保持部材に保持されたウェーハの周縁部に所望の角度に液体の噴流を当てるべく、角度調整が可能であることで、使用条件に好適に対応することができる。特に、角度調整を自動調整可能とすることが好ましい。
【００１０】
また、前記切り欠き部に前記ノズルが対応して位置するように、前記ウェーハの保持部を所定の位置で停止させる定位置停止装置を設けたことで、一または少数のノズルで確実のウェーハの剥離をすることができる。
【００１１】
また、前記ウェーハの保持部が、下方に向けて開放する凹部と、外周部が前記凹部の周側壁に固定されると共に内周部が保持部材に固定され、該保持部材を上下方向及び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する板状の弾性部材と、前記凹部を保持部材および板状の弾性部材によって画成して設けられる圧力室と、該圧力室に所定圧力の流体を供給する流体の供給手段とを具備することで、ウェーハ表面は研磨面の傾斜に素早く追随できると共に、そのようにウェーハ表面が研磨面の傾斜に追随した状態においても、ウェーハの表面全面を研磨面に均等な圧力で押圧できる。このため、ウェーハの高い等厚度及び平坦度を維持しつつウェーハ表面を好適に鏡面研磨できる。
【００１２】
【作用】
本発明のウェーハの研磨装置によれば、リング状のテンプレートが、保持部材の表面に装着され、ウェーハの周囲を取り囲んでおり、そのテンプレートには、ノズルから噴出する液体の噴流を妨げないようにテンプレートの内周縁側に傾斜する斜面を備えた切り欠き部が、テンプレートを横切る方向に形成されている。このため、ノズルから噴出する液体の噴流が、テンプレートに妨げられずに保持部材の表面および／またはテンプレートの切り欠き部の斜面に沿って流れ、ウェーハの周縁部へ好適に当たる。これにより、ウェーハを保持部材の表面から効率よく且つ安定的に剥離できる。
また、かかる斜面を備えた切り欠き部を形成したテンプレートによれば、テンプレートはリング状を維持できるため、テンプレートを一体的に形成でき、ウェーハの全周を好適に囲むことができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明にかかるウェーハの研磨装置の一実施例を示す要部断面図であり、図２は図１の実施例の底面図である。
１０は保持部材であり、表面１０ａにウェーハ２０を水等の液体（本実施例では水）の表面張力によって保持できる。この保持部材１０は、セラミックプレート１２を基材とし、そのセラミックプレート１２の表面に弾性材であってウェーハ２０を吸着する吸着性の優れたバッキング材１４が接着等によって付着されて形成されている。バッキング材１４の材質は、ポリウレタンを主体とする高分子材料の微孔質シートであり、このバッキング材１４は、その弾性によってウェーハ２０に好適に馴染んで密着し易く、水の表面張力の作用による吸着性を好適に得ることができるという利点がある。
【００１４】
１６はテンプレートであり、保持部材１０の表面に接着によって装着されている。このテンプレート１６は、リング状に形成されており、ウェーハ２０の周囲を取り囲んでウェーハ２０の滑り移動を防止している。テンプレート１６の内径は、ウェーハ２０の横滑りを抑え、ウェーハ２０が容易に内嵌するように設定されている。また、ウェーハ２０の厚さの３分の２程度の厚さに設定されている。なお、テンプレート１６は嵌め込み式に装着されていてもよい。
１９は切り欠き部であり、図１に示すようにノズル２２から噴出する水の噴流の流れを 妨げない斜面３０を備えるように、テンプレート１６を横切る方向に形成されている。すなわち、切り欠き部１９は、斜面３０を形成する傾斜部３２を残してテンプレート１６が切り欠かれて形成されている。このため、テンプレート１６は、リング状の形態を維持することができ、保持部材１０の表面１０ａに接着等によって容易に装着することができる。
この切り欠き部１９は、図２に示すように、リング状のテンプレート１６を横切る方向に形成されており、切り欠き部１９の斜面３０は、テンプレート１６の内周縁側に傾斜する斜面である。
【００１５】
このような図１および図２に示すリング状のテンプレート１６には、切り欠き部１９が形成されているため、図３および図４に示すように、ノズル２２から噴出する水の噴流２４をウェーハ２０の周縁部２１に当て、ウェーハ２０を保持部材１０の表面から剥離させることができる。つまり、ノズル２２からの噴流２４は、斜面３０が形成された切り欠き部１９によって、水の噴流２４の障害となる部分が切り欠かれているため、ウェーハ２０の周縁部２１に当たるまで妨げられない。すなわち、水の噴流２４は、テンプレート１６に妨げられずに保持部材１０の表面１０ａおよび／またはテンプレート１６の切り欠き部１９の斜面３０に沿って流れ、ウェーハ２０を剥離するように周縁部２１へ好適に当てられる。
【００１６】
また、保持部材１０の表面に保持されたウェーハの２０の周縁部２１には、両面に所定の傾斜角に面取りがなされて面取り面２１ａが形成されている。本実施例では、この面取り面２１ａの傾斜角と略同一の入射角によって、ノズル２２から水の噴流２４が当てられている。これにより、噴流２４が好適にガイドされてウェーハ２０の周縁部２１に当たり、くさびの作用によってウェーハ２０を短時間で安定的に剥離させることができる。
【００１７】
次に前記実施例の保持部材１０を備えるウェーハの保持部３４の構成およびノズルの角度調整機構と、そのウェーハの保持部を有するウェーハの研磨装置について以下に説明する。
図５はウェーハ２０をウェーハの保持部３４から剥離させる状態を示した側面図（一部断面図）である。
保持部材１０は、ウェーハ２０を下面に水の表面張力によって保持している。この保持部材の１０の表面外周部には、ウェーハ２０を取り巻くようにリング状のテンプレートが装着されている。
３８は凹部であり、下方に向けて開放している。４０は板状の弾性部材であり、例えば硬質のゴム板材によってドーナツ形の平板状に形成され、外周部４０ａが凹部３８の内上面の外周段部３８ａに固定されると共に内周部４０ｂが保持部材１０の上面に固定されており、保持部材１０を上下方向及び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する。
４２は圧力室であり、前記凹部３８を保持部材１０および板状の弾性部材４０によって画成して設けられている。この圧力室４２内に所定圧力の流体が、流体の供給手段（図示せず）によって供給される。
４１はリング状の弾性部材であり、例えばゴム等により成形されたＯ−リング状の部材からなる。このリング状の弾性部材４１は、保持部材１０の外周面と凹部３８の側壁内周面の双方に当接するように配設され、保持部材１０の水平方向の移動を微小範囲内で許容している。これにより、ウェーハが研磨される際に発生する水平方向への作用力を吸収することができる。
４３はリング状の規制部材であり、例えば、他の部材に損傷を与えないようにデルリン等の樹脂材料によって形成されており、凹部３８に内嵌している。このリング状の規制部材４３は、保持部材１０が凹部３８内で上下方向及び水平方向の所定の範囲外へ移動しないように保持部材１０を規制している。
【００１８】
また、ノズル２２は、前記保持部材１０に保持されたウェーハ２０の周縁部２１に所望の角度に液体の噴流２４を当てるべく、角度調整が可能に設けられている。４４は円弧状の溝部であり、基部４６に立設された立設板４８に形成されており、その円弧の中心は保持部材１０に保持されたウェーハ２０の周縁部２１にある。５０はノズルのホルダー部であり、そのホルダー部５０の二箇所に突設されたボルト５２、５２が溝部４４に嵌まっている。そのボルト５２、５２には立設板４８の裏側で蝶ナットが螺合しており、その蝶ナットを締め付けることでノズル２２を所望の角度に固定することができる。本実施例では、手動でノズル２２の角度を調整できる構成としたが、モータ駆動装置、シリンダ駆動装置等を利用して、自動調整可能にできることは勿論である。
なお、５４はウェットステーションであり、保持部材１０から剥離されたウェーハ２０受けて一旦保持するように設けられている。また、ウェットステーション５４には水が張られており、ウェーハ２０が落下した際の衝撃を好適に吸収してウェーハ２０を受けることができる。
【００１９】
図６は前記ウェーハの保持部３４を有するウェーハの研磨装置の研磨機構の側面図（一部断面図）である。５６は定盤であり、通常、上面に研磨布５８が貼着されており、これによってシリコンウェーハ２０の表面を研磨する研磨面６０が形成されている。
この研磨面６０には、スラリー等を含む液状研磨剤が供給され、保持部材１０の下面に保持されたウェーハ２０の表面がその研磨面６０に所定の荷重を与えられつつ当接・押圧されると共に、ウェーハ２０と定盤５６とを相対的に運動させることでウェーハ２０の表面を鏡面研磨することができる。
また、定盤５６の回転方向は、ウェーハ２０を下面に保持する保持部材１０の回転と同方向に回転可能に設けられており、回転軸のズレと相互の回転数の違い、および相対的な往復運動によってウェーハ２０表面と研磨面とが相対的に運動されることによって、ウェーハ２０の表面が鏡面研磨される。
【００２０】
また、６２は主軸であり、筒状に形成されており、その筒内に高圧流体源である圧縮空気源（図示せず）に連通する管６４が挿入されている。この管６４は前記圧力室４２（図５参照）に連通しており、ウェーハ２０の表面を定盤５６の研磨面６０に当接させた際に、この圧力室４２内に圧縮空気が導入されると、保持部材１０の上面の略全面に均一な圧力が負荷される。これにより、所望の圧力によってウェーハ２０の表面をその全面に均等な荷重を負荷しつつ、定盤５６の研磨面６０に押圧することができる。このとき、圧力室４２に充填された圧縮空気は流体（本実施例では空気）であるため、保持部材１０の全面を均等に押圧し、ウェーハ２０の表面を定盤５６の研磨面６０の傾斜に素早く追随させることができる。
【００２１】
６６はベース部材であり、保持部材１０によって保持されるウェーハ２０を定盤５６の研磨面６０上へ供給すると共にその研磨面６０上から排出するべく移動可能に設けられている。また、主軸６２の先端に固定されたウェーハの保持部３４を主軸６２等を介して回転可能に支持している。
６８は係止部であり、主軸６２の上部に設けられ、下側よりも小径に形成されている。この係止部６８は、シリンダ装置７０のロッド７２に固定されたアーム部７４に、回転及びスラスト方向の両方向に軸受けする軸受部７６、７６を介して係止されている。また、ウェーハの保持部３４と一体に設けられた主軸６２は、ベース部材６６に対して回転軸受７８、７８を介して回転可能に設けられた回転伝達部材８０内に挿入されている。回転軸受７８、７８はベース部材６６に一体に固定された立設筒部８２内に装着されている。この回転伝達部材８０と主軸６２とは、主軸６２側に固定されたキー８４が、回転伝達部材８０側に設けられたキー溝８１内に臨むことで連繋されている。このため、回転伝達部材８０と主軸６２とは一体的に回転動する。また、キー溝８１が長手方向である軸線方向に長く設けられているため、主軸６２は、シリンダ装置７０によって所定の範囲内でベース部材６６に対して上下方向に移動できる。なお、図６では、ウェーハの保持部３４はシリンダ装置７０によって上方に移動した状態にある。
【００２２】
８６は駆動モータであり、ピニオンギア８８及び従動ギア９０を介して、その従動ギア９０がキー９１によって連結された回転伝達部材８０を回転させる。なお、この回転伝達部材８０は、ベース部材６６との間に配設された回転軸受７８、７８によって、ベース部材６６に対して回転可能に設けられている。
以上の構成からなる駆動機構を備えるウェーハの研磨装置によれば、ウェーハの保持部３４にウェーハ２０を保持し、定盤５６の研磨面６０にウェーハ表面を当接させ、そのウェーハ２０に所定の荷重を与えつつ、ウェーハ２０と定盤５６とを相対的に運動させてウェーハ表面を鏡面研磨することができる。
【００２３】
９２はディストリビュータ部であり、圧縮空気源と連通するための連結ポート部である。このディストリビュータ部９２に内嵌した主軸６２の先端部６２ａを、その先端部６２ａが回転できるように受けている。９４は連通路であり、管６４に連通している。また、９６はシール部材であり、このシール部材９６、９６にシールされて全周のリング状の空間９７が形成されており、そのリング状の空間９７に連通して高圧源連結ポート９８が設けられている。このため、先端部６２ａが回転しても、圧縮空気源は、高圧源連結ポート９８、リング状の空間９７、連通路９４、管６４を通して常に圧力室４２に連通できる。
【００２４】
１００はエンコーダ装置であり、主軸６２の回転位置を検知する。ここで検知したデータに基づいて、切り欠き部１８にノズル２２が対応して位置するように、ウェーハの保持部３４を所定の位置で停止させる定位置停止装置の検知装置として作用する。
【００２５】
次に以上の構成からなるウェーハの研磨装置に関して、その作動状態について説明する。
先ず、所定の位置に載置されたウェーハ２０の上方からウェーハの保持部３４をシリンダ装置７０によって下降させ、保持部材１０の表面に水の表面張力によって吸着させる。
次に、ベース部材６６を移動させることによりウェーハ２０を定盤５６の上方まで搬送し、さらに、シリンダ装置７０によって、ウェーハの保持部３４を下方に下げることにより、シリコンウェーハ２０の表面を定盤５６の研磨面６０に当接させる。
【００２６】
次に、所定の圧力の圧縮空気を圧力室４２に導入することによって、ウェーハ２０の表面を研磨面６０に所望の圧力で押圧することができる。このとき、圧縮空気は流体であるから保持部材１０の全面を均等に押圧して、シリコンウェーハ２０の表面を研磨面６０の傾斜に素早く追随させることができる。
また、圧縮空気によって保持部材１０の上面全面に均等な圧力を負荷することができる。このため、シリコンウェーハ２０の表面が研磨面６０の傾斜に追随した状態においても、シリコンウェーハ２０の表面全面を研磨面６０に均等な圧力で押圧することができる。
そして、上記の如く好適にシリコンウェーハ２０に荷重が負荷された状態で、定盤５６の研磨面６０上にスラリーを供給しつつ、定盤５６が回転すると共に駆動モータ８６の動力によりウェーハの保持部３４が回転されて、ウェーハ２０が鏡面研磨される。
このとき、ウェーハ２０を研磨する際に生ずる研磨面６０の傾斜等による上下動の変位に対しては、圧力室４２に充填された圧縮空気と主に板状の弾性部材４０とが作用して好適に追随することができる。
【００２７】
上記実施例では、セラミックプレート１２にバッキング材１４を接着させた保持部材１０を利用しているが、本発明にかかる保持部材はこれに限らない。例えば、セラミックプレート１２とは、種々のセラミックの材質を意味するが、具体的には、焼結によって形成されたセラミック、普通のガラス、パイレックスガラス、石英ガラス等を利用できる。セラミックは、金属材に比べ線膨張係数の小さく、変形しにくいため、ウェーハ２０を精度よく均一に研磨する際に好適である。なお、使用条件によっては、セラミックプレート１２に代えて、金属材または樹脂材からなるプレートを利用してもよいのは勿論である。
また、保持部材としては、変形しにくいプレート状の形態を備えているものに限らず、弾性部材によって形成された薄膜状のものも含まれる。そのような保持部材でも、ウェーハ２０を液体の表面張力によって保持させている場合には、本発明にかかる構成を好適に適用できる。
【００２８】
以上に説明してきた実施例では、圧縮空気によって保持部材１０を介してウェーハ２０を研磨面に押圧する場合を説明したが、他の流体圧例えば油圧を利用することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のウェーハの研磨装置によれば、リング状のテンプレートが、保持部材の表面に装着され、ウェーハの周囲を取り囲んでおり、そのテンプレートには、ノズルから噴出する液体の噴流を妨げないように、テンプレートの内周縁側に傾斜する斜面を備えた切り欠き部をテンプレートを横切る方向に設けている。このため、ノズルから噴出する液体の噴流を、ウェーハを保持部材の表面から剥離させるようにウェーハの周縁部に当てることができる。これにより、ノズルから噴出する液体の噴流によって、ウェーハを保持部材の表面から短時間で且つ安定的に剥離することができるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるウェーハの研磨装置の一実施例を示す要部断面図。
【図２】図１の実施例の底面図である。
【図３】図１に示す研磨装置のノズルからの噴流をウェーハの周縁部に当てた状態を説明する要部断面図。
【図４】図３の実施例の底面図である。
【図５】ウェーハを剥離させる状態を示した側面図。
【図６】本発明にかかるウェーハの研磨装置の研磨機構の構成を示す側面図。
【図７】従来の技術を示す断面図。
【符号の説明】
１０ 保持部材
１２ セラミックプレート
１４ バッキング材
１６ テンプレート
１９ 切り欠き部
２０ ウェーハ
２２ ノズル
２４ 噴流
３０ 斜面
３２ 傾斜部
３４ ウェーハの保持部
３８ 凹部
４０ 板状の弾性部材
４２ 圧力室
１００ エンコーダ装置

Claims (5)

1. 表面にウェーハを水等の液体の表面張力によって保持する保持部材と、該保持部材の表面に装着され、ウェーハの周囲を取り囲んで該ウェーハの滑り移動を防止するリング状のテンプレートとを備えるウェーハの保持部にウェーハを保持し、定盤の研磨面にウェーハ表面を当接させ、該ウェーハに所定の荷重を与えつつ、ウェーハと定盤とを相対的に運動させてウェーハ表面を鏡面研磨するウェーハの研磨装置において、
   前記保持部材の表面からウェーハを剥離させるべく、ウェーハの周縁部に液体を噴出するノズルと、
   前記テンプレートを横切る方向に形成され、前記ノズルから噴出する液体の噴流を妨げないように前記テンプレートの内周縁側に傾斜する斜面を備えた切り欠き部とを具備することを特徴とするウェーハの研磨装置。
2. 前記ノズルは、前記保持部材に保持されたウェーハの周縁部に所望の角度に液体の噴流を当てるべく、角度調整が可能であることを特徴とする請求項１記載のウェーハの研磨装置。
3. 前記ノズルの角度調整が、自動調整可能であることを特徴とする請求項２記載のウェーハの研磨装置。
4. 前記切り欠き部に前記ノズルが対応して位置するように、前記ウェーハの保持部を所定の位置で停止させる定位置停止装置を設けたことを特徴とする請求項１、２または３記載のウェーハの研磨装置。
5. 前記ウェーハの保持部が、
   下方に向けて開放する凹部と、
   外周部が前記凹部の周側壁に固定されると共に内周部が保持部材に固定され、該保持部材を上下方向及び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する板状の弾性部材と、
   前記凹部を保持部材および板状の弾性部材によって画成して設けられる圧力室と、
   該圧力室に所定圧力の流体を供給する流体の供給手段とを具備することを特徴とする請求項１、２、３または４記載のウェーハの研磨装置。