JP4553868B2 - 平面加工装置 - Google Patents

Description

本発明は平面加工装置に係り、特に半導体ウェーハの製造工程で、チップが形成されていない半導体ウェーハの裏面を研削加工する平面加工装置に関する。

半導体ウェーハの裏面（一方面）を研削する平面加工装置は、ウェーハを吸着保持するチャック、粗研削用砥石、精研削用砥石、及び裏面洗浄装置等を備えている。斯かる平面加工装置によれば、ウェーハは前記チャックでその表面（他方面）が吸着保持された後、その裏面に前記粗研削用砥石が押し付けられるとともに、チャック及びその砥石を回転させることによって裏面が粗研削される。そして、粗研削終了したウェーハは、チャックから取り外された後、精研削用のチャックに保持され、ここで前記精研削用砥石によって精研削される。精研削終了したウェーハは、裏面洗浄装置に搬送されてその裏面が洗浄される。以上で、前記平面加工装置による１枚のウェーハの裏面研削加工が終了する。

ところで、裏面研削加工が終了したウェーハは、次の工程であるエッチング工程に移行させるため、平面加工装置からエッチング装置に搬送され、ここでエッチング処理されて、その裏面に生じている加工変質層が除去される。

しかしながら、平面加工装置において、ウェーハを規格品に近い極薄状のウェーハに研削すると、平面加工装置からエッチング装置にウェーハを搬送する際に、ウェーハが加工変質層に起因して破損（割れ欠け）するという不具合が生じる。

そこで、従来の平面加工装置では、前記不具合を防止するために、搬送中にウェーハが破損しない厚みにウェーハを研削している。ここで、ウェーハの厚みについて説明すると、インゴットから切り出された、例えば７２５μｍの厚みのウェーハは、平面加工装置の粗研削で２５０μｍの厚みに粗研削され、そして、精研削で２００μｍの厚みに研削される。そして、最終のエッチング工程で規格の５０μｍの厚みに加工される。

しかしながら、従来の平面加工装置では、搬送中におけるウェーハの破損を防止するため、ウェーハを規格の厚み近くまで加工することができない。これによって、エッチング工程における加工取代（上記例では１５０μｍの取代）が大きくなるので、エッチングに長時間かかり、スループットを向上させることができないという欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、半導体ウェーハを破損させることなくスループットを向上させることができる平面加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、半導体ウエーハを保持するウエーハ保持手段と、半導体ウエーハを研削する砥石を有し該砥石を用いて研削加工液を供給しながら半導体ウエーハを研削加工する研削手段と、研削された半導体ウエーハを、研磨布を用い、化学研磨剤を含む研磨加工液を供給しながら研磨する研磨手段と、該研削手段による研削位置と該研磨手段による研磨位置との間で該保持手段を移動させる移動手段とを備えていて、半導体ウエーハを保持した状態で半導体ウエーハの研削及び研磨を行う平面加工装置において、ウエーハ保持手段と、隣接するウエーハ保持手段との間を仕切る仕切板と、研磨手段を覆う天板を有するケーシングと、該ケーシングの側面であって、仕切板が通過する部分に取り付けられたブラシとによって、チャックが加工位置に位置したときに研磨手段が略気密状態に保持されていることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、半導体ウェーハの研削手段が搭載された平面加工装置に、研磨手段を搭載するとともに、半導体ウェーハを保持する保持手段を研削手段による研削位置と研磨手段による研磨位置との間で移動させる移動手段とを設けたので、半導体ウェーハの研削、及び研磨を同一の装置内で実施することができる。研磨手段による半導体ウェーハの研磨方法は、位置決め送り機構で研磨ヘッドを半導体ウェーハに対して位置決めし、研磨ヘッドを半導体ウェーハに当接するとともに研磨ヘッドを回転手段によって回転させる。これにより、半導体ウェーハの研磨が実施される。したがって、本発明では、平面加工装置からエッチング装置に半導体ウェーハを搬送する必要がなくなるので、研削手段で半導体ウェーハを規格に近い厚みにまで極薄状に研削することができる。よって、研磨にかかる時間を短縮することができるので、スループットを向上させることができる。また、研磨を実施することにより、研削で生じた半導体ウェーハの加工変質層を除去することができるので、後工程のエッチング工程を削除することが可能になり、結果的に半導体ウェーハ製造加工ラインの全体構成を簡素化することができ、コンパクト化を図ることができる。

また、半導体ウェーハの研磨時において、研磨ヘッドを加圧して半導体ウェーハを研磨する定圧加工、また、研磨ヘッドを切込み送りしながら半導体ウェーハを研磨する定量加工をしてもよい。

また、請求項１記載の発明によれば、半導体ウェーハは保持手段に保持された状態で研削手段によって研削され、その後、保持手段が移動手段によって研磨位置に移動された後、研磨手段によって前記ウェーハが研磨される。即ち、本発明は、半導体ウェーハを保持手段で保持したままの状態で研削、及び研磨するので、半導体ウェーハを破損させることなく精度良く加工することができる。これに対して、半導体ウェーハを研削手段専用の保持手段から、研磨専用の保持手段に移し変えて加工する装置は、半導体ウェーハを移し変える時に、半導体ウェーハが外力によって破損する場合がある。また、移し変える装置は、保持手段の保持面の精度がその都度変わり、その精度が半導体ウェーハの加工精度に影響を与えるので、精度良く加工することができない。本発明は、この点を解消することができる。

また、請求項１記載の発明によれば、研磨手段による研磨位置が、隣接部とを仕切る仕切り板と、天板を有するケーシングとこのケーシングに取り付けられたブラシとによって、略気密状態に保持されるので、研削手段で使用する研削加工液や研削屑が研磨位置に浸入することはなく、また、研磨手段で使用する研磨加工液が研削位置に浸入することはない。よって、双方の加工液や加工屑が混入することに起因する加工不具合を防止できる。特に、研磨手段が化学機械研磨を行う手段の場合には、研磨加工液に化学研磨剤が含有されているので、このような研磨加工液に研削加工液が混入すると、化学研磨剤の濃度が低下し、加工時間が長くなるという不具合が生じる。よって、仕切り板及びブラシが取り付けられたケーシングを設けることによって、前記不具合を解消できる。

更に請求項２記載の発明によれば、平面加工装置に粗研削手段、精研削手段、及び研磨手段を設けたので、これらの手段によって半導体ウェーハを自動で粗研削、精研削、研磨することができる。更に、半導体ウェーハの保持手段を粗研削位置、精研削位置、及び研磨位置に移動させる移動手段を設けたので、夫々単数又は複数の粗研削手段、精研削手段、及び研磨手段を組合わせ配置された構成であっても、夫々の加工手段の稼働率を落とすことなく、有効稼働させることができる。

請求項３の平面加工装置は、ウェーハ保持手段が４台からなり９０度間隔で同一円周上に配されており、また移動手段が円盤状のインデックステーブルからなっており、かつ４台のチャックを仕切る仕切板が十字状に形成されていることを限定したものである。

請求項４記載の発明によれば、ウェーハ保持手段をスピンドルに着脱自在に連結し、ウェーハ保持手段を移動させる毎にウェーハ保持手段をスピンドルから切り離し、ウェーハ保持手段のみを移動手段で移動させるようにしたので、移動手段にかかる負荷を小さくすることができるとともに、夫々の加工に応じたスピンドルを有すればよく、装置の製造コストを低く抑えることができる。

請求項５記載の平面加工装置の発明によれば、半導体ウェーハの厚みを測定する厚み測定手段を有し、加工に先立って、又は加工中に半導体ウェーハの厚みを測定し、測定値に基づいて研削加工量又は研磨量を管理するようにしたので、所望の厚みの半導体ウェーハに加工することができる。また、厚み測定手段で測定した半導体ウェーハの厚さに基づいて、粗研削、精研削、研磨の各々ステージでの加工時間を略等しくしており、これにより、待機時間を無くすことができ、夫々の加工手段の稼働率を落とすことなく、有効稼働させることができ、所定の加工を行える。

請求項６記載の発明によれば、研磨手段の研磨布を洗浄する洗浄手段及び／又はドレッシング手段を平面加工装置に設けたので、研磨布に汚れ、目詰まりが生じた時に、研磨布を同一装置内で洗浄し、ドレスし、その汚れ、目詰まりを解消することができる。

請求項７記載の発明によれば、粗研削手段、精研削手段、及び研磨手段を備えた平面加工装置に、半導体ウェーハのエッチング手段を設けたので、粗研削からエッチングまでの半導体ウェーハの一連の加工を１台の平面加工装置で実施できる。この場合、研磨前の精研削終了した半導体ウェーハをエッチング手段でエッチングしてもよく、研磨終了した半導体ウェーハをエッチングしてもよい。即ち、研削後の洗浄を目的とする軽エッチングは研磨前に行えばよく、チップ内の素子特性に有害な不純物、重金属又は点欠陥などを除去するゲッタリング効果を高める目的の場合には研磨後にエッチングを行えばよい。
更に、請求項８記載の発明によれば、前記研削及び、又は研磨手段は、前加工で研削された半導体ウェーハの加工変質層を加工するか、又は該加工変質層を加工するとともに半導体ウェーハの厚さのバラツキの分を加工する。これにより、厚さ５０μｍ以下の精度の高い極薄半導体ウェーハを得ることができる。

以下添付図面に従って本発明に係る平面加工装置及び平面加工方法の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明が適用された半導体ウェーハの平面加工装置の斜視図であり、図２は平面図である。

図１に示すように平面加工装置１０の本体１２には、カセット収納ステージ１４、アライメントステージ１６、粗研削ステージ１８、精研削ステージ２０、研磨ステージ２２、研磨布洗浄ステージ２３、研磨布ドレッシングステージ２７、及びウェーハ洗浄ステージ２４が設けられている。また、粗研削ステージ１８、精研削ステージ２０、研磨ステージ２２は図２上二点鎖線で示す仕切板２５によって仕切られ、各々のステージ１８、２０、２２で使用する加工液が隣接するステージに飛散するのが防止されている。

仕切板２５は図４、図５に示すようにインデックステーブル３４に固定されるとともに、インデックステーブル３４に設置された４台のチャック（保持手段に相当）３２、３６、３８、４０を仕切るように十字形状に形成されている。また、研磨ステージ２２は、他のステージから隔離するために、天板１００を有するケーシング１０２によって覆われている。このケーシング１０２の、前記仕切板２５が通過する側面には、図６の如くブラシ１０４が取り付けられており、このブラシ１０４は、チャック４０が加工位置に位置した時に、仕切板２５の上面２５Ａ及び側面２５Ｂに接触される。これにより、チャック４０が加工位置に位置すると、ケーシング１０２、仕切板２５、及びブラシ１０４によって研磨ステージ２２が略気密状態に保持されるので、精研削ステージ２０で使用される研削加工液や加工屑が研磨ステージ２２に浸入するのを防止でき、また、研磨ステージ２２で使用される研磨加工液が研磨ステージ２２から飛散するのを防止できる。したがって、双方の加工液が混入することに起因する加工不具合を防止できる。本例の研磨ステージ２２は、化学機械研磨を行うもので、研磨加工液に化学研磨剤が含有されているので、このような研磨加工液に研削加工液が混入すると、化学研磨剤の濃度が低下し、加工時間が長くなるという不具合が生じる。よって、仕切板２５を設けることによって、前記不具合を解消できる。

なお、粗研削ステージ１８は、図４、図５の如く本体１２の側面、天板１０６、及び仕切板２５によって囲まれており、また、精研削ステージ２０も同様に本体１２の側面、天板１０８、及び仕切板２５によって囲まれている。これらの天板１００、１０６、１０８には、各ステージのヘッドが挿通される貫通孔１０１、１０７、１０９が形成されている。図５の符号１１０は、粗研削ステージ１８を外部から隔離するためのブラシであり、このブラシ１１０は仕切板２５の上面及び側面に接触されている。

図１、図２に示すカセット収納ステージ１４には、２台のカセット２６、２６が着脱自在にセットされ、これらのカセット２６、２６には裏面研削前のウェーハ２８が多数枚収納されている。このウェーハ２８は、搬送用ロボット３０のハンド３１によって１枚ずつ保持されて、次工程のアライメントステージ１６に順次搬送される。前記搬送用ロボット３０は、本体１２に立設された図示しないビームに昇降装置を介して吊り下げ支持してもよく、また、本体１２の上面１２Ａに設置してもよい。搬送用ロボット３０を吊り下げ支持すると、カセット収納ステージ１４とアライメントステージ１６との間隔を狭くすることができるので、平面加工装置１０の小型化を図ることができる。前記ロボット３０は、汎用の６軸関節ロボットであり、その構成は周知であるので、ここではその説明を省略する。

前記アライメントステージ１６は、カセット２６から搬送されたウェーハ２８を所定の位置に位置合わせするステージである。このアライメントステージ１６で位置合わせされたウェーハ２８は、前記搬送用ロボット３０のハンド３１に再度吸着保持された後、空のチャック３２に向けて搬送され、このチャック３２の吸着面に吸着保持される。

前記チャック３２は、インデックステーブル３４に設置され、また、同機能を備えたチャック３６、３８、４０が、インデックステーブル３４の図２上破線で示す回転軸３５を中心とする円周上に９０度の間隔をもって設置されている。また、回転軸３５には、図２上破線で示すモータ（移動手段に相当）３７のスピンドル（不図示）が連結されている。前記チャック３６は、粗研削ステージ１８に位置されており、吸着したウェーハ２８がここで粗研削される。また、前記チャック３８は、精研削ステージ２０に位置され、吸着したウェーハ２８がここで仕上げ研削（精研削、スパークアウト）される。更に、前記チャック４０は、研磨ステージ２２に位置され、吸着したウェーハ２８がここで研磨され、研削で生じた加工変質層、及びウェーハ２８の厚みのバラツキ分が除去される。

前記チャック３２、３６、３８、４０は、図３の如くその下面にスピンドル９４と回転用モータ９２が各々連結され、これらのモータ９２の駆動力によって回転される。モータ９２は、支持部材９３を介してインデックステーブル３４に支持されている。したがって、本実施の形態の平面加工装置１０は、モータ９２とスピンドル９４がチャック３２、３６、３８、４０に連結された状態で、チャック３２、３６、３８、４０がモータ３７によって移動される装置である。これにより、チャック３２、３６、３８、４０をモータ３７で移動させる毎に、スピンドル９４をチャック３２、３６、３８、４０から切り離したり、次の移動位置に設置されたスピンドル９４にチャック３２、３６、３８、４０を連結したりする手間を省くことができる。

なお、図３では、スピンドル９４とモータ９２をチャック３２、３６、３８、４０に直結した例を示したが、これに限られるものではなく、図７、図８に示すように、スピンドル９４を連結部材１１２を介してチャック３２、３６、３８、４０に着脱自在に連結し、チャック３２、３６、３８、４０を移動させる毎に、連結部材１１２をチャック３２、３６、３８、４０から切り離し、チャック３２、３６、３８、４０のみをモータ３７で移動させるように構成してもよい。これにより、モータ３７にかかる負荷を小さくすることができるとともに、粗研削、精研削及び研磨の各加工に応じたスピンドルとモータを設ければよく、装置のコストを低減できる。

図７において、チャック３２、３６、３８、４０は、インデックステーブル３４に形成された開口部１１４の段部１１６に載置されており、また、モータ９２の下部には、シリンダ装置１１８のピストン１２０が連結されている。このピストン１２０が図８の如く伸長されると、連結部材１１２が前記開口部１１４を通過し、チャック３２、３６、３８、４０の下部に形成された凹部１２２に嵌入されて連結される。そして、チャック３２、３６、３８、４０は、ピストン１２０の継続する伸長動作によって、インデックステーブル３４から上昇移動され、砥石４６、５４による研削位置に位置される。

本実施の形態のチャック３２、３６、３８、４０は、その吸着面がセラミックス等の焼結体からなるポーラス材１２４で形成されている。また、連結部材１１２が凹部１２２に連結されると、同時に図示しない流体継手が連結され、該流体継手に連結された図示しないサクションポンプの吸引力がエア通路１２６を介してポーラス材１２４に作用し、これによってウェーハ２８がポーラス材の表面にしっかりと吸着保持される。また、連結部材１１２が切り離された時は、図示しない逆止弁により吸着力はそのまま保持される。

なお、本実施の形態では、ウェーハ２８を吸引吸着保持するチャック３２、３６、３８、４０について説明したが、これに限られるものではなく、これに代えて図９に示す冷凍チャック装置１２８を適用してもよい。

冷凍チャック装置１２８は、チャックプレート１３０、コントローラ１３２、及び冷却水供給装置１３４から構成されており、コントローラ１３２でチャックプレート１３０に電圧を印加し、これによって生じるペルチェ効果を利用してウェーハ２８をチャックプレート１３０に氷膜を介して冷凍保持する。チャックプレート１３０は、２種類の金属（例えばＣｕとＢｉ）プレートを接続して閉回路をつくり、その接合点に電流を流すことによって熱電素子（Ｃｕプレート）側でウェーハ２８を冷凍保持する。また、冷却水供給装置１３４は、熱電素子の片側（Ｂｉプレート）に冷却水を供給し、その片側で発生する熱を冷却する。なお、冷凍チャック装置１２８に代えて、静電気でウェーハを保持する静電チャック装置を適用してもよい。

図２に示すウェーハ２８のチャック位置に位置されているチャック３２は、ウェーハ２８が搬送されてくるまえに、その吸着面がクリーナ装置４２（図２参照）によって洗浄される。クリーナ装置４２は、レール４４にスライド移動自在に設けられ、前記吸着面を洗浄する際に、レール４４に沿って移動されチャック３２上に位置される。クリーナ装置４２は除去部材４３を有し、この除去部材４３がチャック３２の吸着面に当接されて吸着面に付着したスラッジ等のゴミを除去する。除去部材４３は、チャック３２の吸着面がセラミックス等の焼結体からなるポーラス材の場合には、そのポーラス材が用いられている。

チャック３２に吸着保持されたウェーハ２８は、図１０に示す一対の測定ゲージ１３６、１３８によってその厚みが測定される。これらの測定ゲージ１３６、１３８は、それぞれ接触子１４０、１４２を有し、接触子１４０はウェーハ２８の上面（裏面）に、接触子１４２はチャック３２の上面に接触されている。これらの測定ゲージ１３６、１３８は、チャック３２の上面を基準点としてウェーハ２８の厚みをインプロセスゲージ読取値の差として検出することができる。

厚みが測定されたウェーハ２８は、インデックステーブル３４の図１、図２上矢印Ａ方向の９０度の回動で粗研削ステージ１８に位置され、粗研削ステージ１８のカップ型砥石４６によってウェーハ２８の裏面が粗研削される。このカップ型砥石４６は図１に示すように、モータ４８の図示しない出力軸に連結され、また、モータ４８のサポート用ケーシング５０を介して砥石送り装置５２に取り付けられている。前記砥石送り装置５２は、カップ型砥石４６をモータ４８とともに昇降移動させるもので、この下降移動によりカップ型砥石４６がウェーハ２８の裏面に押し付けられる。これにより、ウェーハ２６の裏面粗研削が行われる。カップ型砥石４６の下降移動量は、即ち、カップ型砥石４６による研削量は、予め登録されているカップ型砥石４６の基準位置と、前記測定ゲージ１３６、１３８で検出されたウェーハ２８の厚みとに基づいて設定される。

粗研削ステージ１８で裏面が粗研削されたウェーハ２８は、ウェーハ２８からカップ型砥石４６が退避移動した後、図１０に示した同一構造の厚み測定ゲージによってその厚みが測定される。厚みが測定されたウェーハ２８は、インデックステーブル３４の同方向の９０度の回動で精研削ステージ２０に位置され、精研削ステージ２０のカップ型砥石５４によって精研削、スパークアウトされる。この精研削ステージ２０の構造は、粗研削ステージ１８の構造と同一なので、ここではその説明を省略する。なお、本実施の形態では、研削ステージを２か所設けたが、研削ステージは１か所でもよい。また、前記測定ゲージによる厚み測定は、インラインで実施してもよい。

精研削ステージ２０で裏面が精研削されたウェーハ２８は、ウェーハ２８からカップ型砥石５４が退避移動した後、図１０に示した同一構造の厚み測定ゲージによってその厚みが測定される。厚みが測定されたウェーハ２８は、インデックステーブル３４の同方向の９０度の回動で研磨ステージ２２に位置され、研磨ステージ２２の図３に示す研磨布５６と、研磨布５６から供給されるスラリとによって研磨され、その裏面に生じている加工変質層が除去される。なお、前記測定ゲージによる厚み測定は、インラインで実施してもよい。

平面加工装置１０におけるウェーハ厚みの管理について、図１１を参照して説明すると、まず、粗研削前に初期ウェーハ厚を測定し（Ｓ１００）、測定した厚みに基づいて粗研削での加工量を設定し、粗研削ステージ１８にて粗研削する（Ｓ１１０）。次に、粗研削終了したウェーハ厚を測定し（Ｓ１２０）、測定した厚みに基づいて精研削での加工量を設定し、精研削ステージ２０にて精研削（仕上げ研削）する（Ｓ１３０）。次いで、精研削終了したウェーハ厚を測定し、測定した厚み、ポリッシュ条件、及び最終厚みに基づいて研磨時間を設定し（Ｓ１４０）、研磨ステージ２２にて研磨（ポリッシュ）する（Ｓ１５０）。以上が平面加工装置１０におけるウェーハ２８の厚み管理の流れである。

このようなウェーハ厚み管理において、精研ステージ２０での加工量は、標準偏差の２倍で計算した、粗研削加工による加工変質層の除去に必要な量以上、標準偏差の６倍で計算した、粗研削加工時の厚さのバラツキと加工変質層の除去に必要な量、又は１５０μｍのうち大きい量以内に設定することが好ましい。この量で精研削すると、稼働率を落とすことなく、粗研削加工で生じた加工変質層を除去できることが判明した。

粗研削加工による加工変質層の除去に必要な量を、標準偏差の２倍未満の値で計算した量に設定すると、加工変質層を確実に除去することができない場合があり、一方、粗研削加工時の厚さのバラツキと加工変質層の除去に必要な量を、標準偏差の６倍超で計算した量、又は１５０μｍのうちの大きい量を超えた値に設定すると、加工時間が長くなり、稼働率が落ちるからである。

また、研磨ステージ２２での加工量は、標準偏差の２倍で計算した、精研削加工による加工変質層の除去に必要な量以上、標準偏差の６倍で計算した、精研削加工時の厚さのバラツキと加工変質層の除去に必要な量、又は２０μｍのうち大きい量以内に設定することが好ましい。この量で研磨すると、稼働率を落とすことなく、精研削加工で生じた加工変質層を除去できることが判明した。

精研削加工による加工変質層の除去に必要な量を、標準偏差の２倍未満の値で計算した量に設定すると、加工変質層を確実に除去することができない欠点があり、一方、精研削加工時の厚さのバラツキと加工変質層の除去に必要な量を、標準偏差の６倍超で計算した量、又は２０μｍのうちの大きい量を超えた値に設定すると、加工時間が長くなり、稼働率が落ちるからである。

一例をあげて説明すると、φ２００ｍｍで初期厚みが７２５μｍのウェーハを５０μｍの厚みに加工する場合、この時の粗研削速度を図１２の如く、２２５（μｍ／ｓｅｃ）に設定し、精研削速度を６５（μｍ／ｓｅｃ）に設定し、ポリッシュ（研磨）速度を６（μｍ／ｓｅｃ）に設定し、粗研削加工量５１０μｍ、精研削加工量１５０μｍ、ポリッシュ加工量１４．９μｍに設定すれば、各加工時間（２．２７〜２．４８）が略等しくなるので、稼働率を落とすことなくウェーハ２８を７２５μｍから５０μｍの厚みに加工できる。この場合の例えば研磨の加工量は、精研削時の厚さのバラツキが標準偏差で２．２５μｍ、標準偏差の６倍で計算すると１３．５μｍであり、精研削時の加工変質層の深さは平均値で０．７μｍ、それの標準偏差は０．１１μｍであったので、６倍で計算すると０．６６μｍとなり、加工変質層の最大値は１．３６μｍである。したがって、精研削加工時の厚さのバラツキと加工変質層の除去に必要な量は１４．９μｍとして設定できる。

しかしながら、上記のような計算で得られた加工時間では、厚さのバラツキと加工変質層を確実に除去することができない場合がある。

そこで、本実施の形態では、精研削における加工量１５０μｍと、前述した標準偏差の６倍で計算した、粗研削加工時の厚さのバラツキと加工変質層の除去に必要な量とを比較し、前者が大きい場合にはその加工量１５０μｍに設定し、後者が大きい場合には、後者の量に加工量を設定する。これにより、精研削時において、厚さのバラツキと加工変質層を確実に除去することができる。

また、研磨における加工量と、前述した標準偏差の６倍で計算した、精研削加工時の厚さのバラツキと加工変質層の除去に必要な量とを比較し、前者が大きい場合には加工量を２０μｍに設定し、後者が２０μｍよりも大きい場合には、後者の量に加工量を設定する。これにより、研磨時において、厚さのバラツキと加工変質層を確実に除去することができる。

図３は、前記研磨ステージ２２の構造図である。

同図に示す研磨ステージ２０の研磨布５６は、モータ（回転手段に相当）５８の出力軸６０に連結された研磨ヘッド６１に取り付けられている。また、前記モータ５８の側面には、直動ガイドを構成するガイドブロック６２、６２が設けられており、このガイドブロック６２、６２が、サポートプレート６４の側面に設けられたガイドレール６６に上下移動自在に係合されている。したがって、前記研磨布５６はモータ５８とともに、サポートプレート６４に対して上下移動自在に取り付けられている。

前記サポートプレート６４は、水平に配置された長尺アーム６８の先端に設けられている。このアーム６８の基端部は、ケーシング７０内に配置されたモータ７２の出力軸７４に接続されている。したがって、前記モータ７２が駆動されると、前記アーム６８は前記出力軸７４を中心に回動することができる。これにより、研磨布５６を図１上実線で示した研磨位置と、研磨布洗浄ステージ２３による研磨布洗浄位置と、研磨布ドレッシングステージ２７によるドレス位置との範囲内で移動させることができる。研磨布５６は、研磨布洗浄位置に移動された際に、研磨布洗浄ステージ２３によって、その表面が洗浄されて表面に付着している研磨屑等が除去される。なお、研磨布５６としては、発泡ポリウレタン、研磨布等を例示することができ、研磨布洗浄ステージ２３には、研磨屑を除去するブラシ等の除去部材が設けられている。この除去部材は、研磨布５６の洗浄時に回転駆動され、研磨布５６も同様にモータ５８（図３参照）によって回転駆動される。研磨布ドレッシングステージ２７には、研磨布５６と同じ材料、例えば発泡ポリウレタンが採用されている。

前記ケーシング７０の側面には、直動ガイドを構成するガイドブロック７６、７６が設けられ、このガイドブロック７６、７６が、ねじ送り装置用ハウジング７８の側面に設けられたガイドレール８０に上下移動自在に係合されている。また、ケーシング７０の側面には、ナット部材８２が突設されている。このナット部材８２は、前記ハウジング７８に形成された開口部７９を介してハウジング７８内に配設され、ねじ送り装置（位置決め送り機構に相当）のねじ棒８０に螺合されている。ねじ棒８０の上端には、モータ８２の出力軸８４が連結されている。したがって、前記モータ８２が駆動されて、ねじ棒８４が回転されると、ねじ送り装置の送り作用と、前記ガイドブロック７６とレール８０の直進作用とによって、前記ケーシング７０が上下移動される。これによって、研磨布５６が上下方向に大きく移動され、研磨ヘッド６１とウェーハ２８との間隔が所定の間隔に設定される。

ところで、前記モータ５８の上面には、エアシリンダ装置（加圧機構に相当）８６のピストン８８がアーム６８の貫通孔６９を介して連結されている。また、エアシリンダ装置８６には、シリンダの内圧Ｐを制御するレギュレータ９０が接続されている。したがって、このレギュレータ９０によって前記内圧Ｐを制御すると、ウェーハ２８に対する研磨布５６の押圧力（圧接力）を制御することができる。

研磨ステージ２２で研磨されたウェーハ２８は、アーム６８の回動で研磨布５６がウェーハ２８の上方位置から退避移動した後に、図２に示すロボット９６のハンド９７で吸着保持されてウェーハ洗浄ステージ２４に搬送される。なお、図１では前記ロボット９６を省略している。研磨終了したウェーハ２８は、加工変質層が除去されているので、容易に破損することはなく、よって、ロボット９６による搬送時、及びウェーハ洗浄ステージ２４における洗浄時において破損しない。

なお、本実施の形態では、研磨体として研磨布５６を適用したが、これに限定されるものではなく、研磨砥石や砥粒の電気泳動等を適用してもよい。研磨砥石や砥粒の電気泳動等を適用した場合には、定量研磨を行うことが好ましい。

前記ウェーハ洗浄ステージ２４としては、リンス洗浄機能、及びスピン乾燥機能を有するステージが適用されている。ウェーハ洗浄ステージ２４で洗浄乾燥終了したウェーハ２８は、ロボット３０のハンド３１に吸着保持されて、カセット２６の所定の棚に収納される。以上が、本実施の形態の平面加工装置１０におけるウェーハ加工工程の流れである。

以上説明したように、本実施の形態の平面加工装置１０によれば、粗研削ステージ１８、精研削ステージ２０が設置された本体１２に、研磨ステージ２２を設置したので、ウェーハ２８の粗研削、精研削、及び研磨を同一の平面加工装置１０内で実施することができる。

これにより、平面加工装置１０からエッチング装置にウェーハ２８を搬送する必要がなくなるので、粗研削ステージ１８、及び精研削ステージ２０でウェーハ２８を規格に近い厚みにまで研削することができる。例えば、従来の平面加工装置では、搬送時におけるウェーハの破損を防止するために、エッチングでの取代を１５０μｍ残して研削していたが、本実施の形態の平面加工装置１０では、研磨の取代を例えば３μｍ残して研削すればよい。

よって、研磨にかかる時間が大幅に短縮するので、スループットを向上させることができる。また、研磨を実施することにより、研削で生じたウェーハ２８の加工変質層を除去することができるので、後工程のエッチング工程を削除することができ、結果的にウェーハ製造加工ラインの全体構成を簡素化することができる。更に、前記平面加工装置１０では、研磨ステージ２２の研磨布５６を洗浄する研磨布洗浄ステージ２３、及び研磨布５６をドレスする研磨布ドレッシングステージ２７が設けられているので、研磨布５６に汚れ、目詰まりが生じた時に、研磨布を同一装置１０内で洗浄し、ドレスし、その汚れ、目詰まりを解消することができる。これにより、研磨布５６の取り扱いが容易になる。また、研磨布５６に目詰まり（加工に悪影響を与える程の目詰まり）が生じたことを検知する手段を設け、この手段が前記目詰まりを検知した時に、研磨布５６を研磨布ドレッシングステージ２７でドレスさせるように自動制御すれば、平面加工装置１０全体をフルオート化することができる。前記検知手段としては、例えば、研磨布５６のモータ５８の回転トルクを検知する手段を例示することができる。この回転トルクが基準値を超えた時に、研磨布５６を洗浄すればよい。

また、前記平面加工装置１０によれば、ウェーハ２８は同一のチャック３２（３６、３８、４０）に保持した状態で、インデックステーブル３４の回動により、粗研削、精研削、研磨することができる。これにより、ウェーハの移し変えに起因するウェーハの破損を防止することができるとともに、ウェーハを精度良く加工することができる。これに対して、ウェーハをステージ毎に別のチャックに移し変えて加工すると、その移し変える時にウェーハが破損するという欠点がある。また、移し変えて加工すると、そのチャックの吸着面の精度がその都度変わり、その精度がウェーハの加工精度に影響を与えるので、精度良く加工することができない。したがって、本実施の形態の平面加工装置１０では、その従来の欠点を解消することができる。

更に、前記研磨ステージ２２では、ウェーハ２８の加工変質層を研磨することはいうまでもなく、加工時間を延長することにより、ウェーハ２８の厚さのバラツキの分を研磨することもできる。

なお、本実施の形態では、ワークとしてウェーハを例示したが、これに限られるものではなく、平面研削後、平面研磨を行うことを要するワークであれば、本発明の平面加工装置を適用することができる。

図１３は、エッチング装置１５０を搭載した平面加工装置１５２の第１の実施の形態を示す平面図であり、図２に示した平面加工装置１０と同一若しくは類似の部材については同一の符号を付してその説明は省略する。

図１３の平面加工装置１５２は、研磨ステージ２２で研磨終了したウェーハ２８をエッチング処理する装置である。研磨終了したウェーハ２８は、インデックステーブル３４の時計回り方向の９０°の回転によってチャック３２の位置に位置された時、ロボット９７によって保持される。そして、ウェーハ２８はロボット９７によって洗浄ステージ２４に搬送され、ここで洗浄された後、エッチング装置１５０に搬送される。この平面加工装置１５２は、チャックに保持されたままの状態でエッチング処理するものではないので、ロボット９７による搬送時にウェーハ２８が破損するという不安があるが、エッチング処理の前工程の研磨ステージ２２で加工変質層が除去されているので、搬送時にウェーハ２８が破損することはない。

エッチング装置１５０は、スピンナー式エッチング装置であり、その構成は図１４の如く、ウェーハ２８を吸引吸着保持するチャック１５４、チャック１５４を回転させるモータ１５６及びスピンドル１５８、エッチング液１６０を供給するノズル１６２、及びエッチング槽１６４等から構成される。エッチング装置１５０において、ウェーハ２８はチャック１５４のポーラス材１５５に吸着された後、モータ１５６によって所定の回転数で回転されながら、ノズル１６２からその上面の中央部にエッチング液１６０が供給され、放射状に拡散されるエッチング液１６０によってエッチング処理される。ノズル１６２には、ポンプ１６６を介してエッチング液タンク１６８が連結されており、ポンプ１６６が駆動されると、エッチング液タンク１６８に溜められたエッチング液１６０がノズル１６２から供給される。

エッチング槽１６４は、その底面１７０の中央部にスピンドル１５８が挿入される貫通孔１７２が形成されるとともに、その底面１７０は、ウェーハ２８から飛散したエッチング液１６０が貫通孔１７２から漏れないように、外周部に向かうに従って下方に傾斜した形状に形成されている。また、底面１７０の外周部には、ドレンパイプ１７４が連結され、このドレンパイプ１７４からエッチング液が排出される。

なお、本例の平面加工装置１５２では、図１３の如く研磨ステージ２２にウェーハ洗浄装置１７６が設けられ、また、洗浄ステージ２４の近傍にスピン洗浄装置１７８が設けられている。ウェーハ洗浄装置１７６は、一対のレール１８０、１８０に走行自在に設けられており、研磨前又は研磨後に実施されるウェーハ２８の洗浄時に、チャックに保持されているウェーハ２８の上方位置に移動され、ウェーハ２８の上面を洗浄する。一方、スピン洗浄装置１７８は、エッチング前及びエッチング後のウェーハ２８を洗浄する。スピン洗浄装置１７８に搬送されたエッチング後のウェーハ２８は、ここでスピン洗浄された後、再びロボット９７に保持されてカセット２６の所定の棚に収納される。

図１５は、エッチング装置１９０を搭載した平面加工装置１９２の第２の実施の形態を示す平面図であり、図２に示した平面加工装置１０、及び図１３に示した平面加工装置１５２と同一若しくは類似の部材については同一の符号を付してその説明は省略する。

図１５の平面加工装置１９２は、精研削ステージ２０で精研削終了したウェーハ２８をエッチング処理する装置であり、即ち、研磨前にウェーハ２８をエッチング処理する装置である。精研削終了したウェーハ２８は、インデックステーブル３４の時計回り方向の９０°の回転によって、エッチング装置１９０に搬送され、ここでチャック４０に保持されたままの状態でエッチング処理される。なお、エッチング処理されたウェーハ２８は、チャック３２の位置でロボット９７によって保持される。そして、ウェーハ２８はロボット９７によって洗浄ステージ２４に搬送され、ここで洗浄された後、研磨ステージ２２に搬送される。この平面加工装置１９２では、チャックに保持されたままの状態でエッチング処理し、加工変質層を除去するものなので、ロボット９７による搬送時にウェーハ２８が破損することはない。

エッチング装置１９０は、スピンナー式エッチング装置であり、その構成は図１６の如く、ウェーハ２８を吸引吸着保持するチャック４０、チャック４０を回転させるモータ１９４及びスピンドル１９６、エッチング液１９８を供給するノズル２００、及びエッチング槽２０２等から構成される。

チャック４０は、インデックステーブル３４に形成された開口部２０４の段部２０６に載置され、また、モータ１９４の下部には、シリンダ装置２０８のピストン２１０が連結されている。ピストン２１０の収縮時には、ピストン２１０はチャック４０から退避した位置にあり、このピストン２１０が図１６の如く伸長されると、スピンドル１９６が開口部２０４を通過し、スピンドル１９６の上部に設けられた連結部材２１２がチャック４０の下部に形成された凹部（図示せず）に嵌入されて連結される。そして、チャック４０は、ピストン２１０の継続する伸長動作によって、インデックステーブル３４から上昇移動され、エッチング槽２０２の底面２１４に形成された貫通孔２１６を通過して、エッチング槽２０２内に位置される。

エッチング装置１９０において、ウェーハ２８はチャック４０のポーラス材４１に吸着された後、モータ１９４によって所定の回転数で回転されながら、ノズル２００からその上面の中央部にエッチング液１９８が供給され、放射状に拡散されるエッチング液１９８によってエッチング処理される。ノズル２００には、ポンプ２１７を介してエッチング液タンク２１８が連結され、ポンプ２１７が駆動されると、エッチング液タンク２１８に溜められたエッチング液１９８がノズル２００から供給される。

エッチング槽２０２は、その底面２１４の中央部にチャック４０が挿入される貫通孔２１６が形成されるとともに、その底面２１４は、ウェーハ２８から飛散したエッチング液１９８が貫通孔２１６から漏れないように、外周部に向かうに従って下方に傾斜した形状に形成されている。また、底面２１４の外周部には、ドレンパイプ２２０が連結され、このドレンパイプ２２０からエッチング液が排出される構造となっている。

なお、本例の平面加工装置１９２の研磨ステージ２２は、図１５の如くロボット９７で搬送されてきたエッチング後のウェーハ２８を吸着保持するチャック２２２が設けられている。ウェーハ２８は、チャック２２４に保持されるとともにチャック２２４を回転させるモータ（不図示）で回転されながら、その上面に研磨布５６が押し付けられて研磨される。研磨終了したウェーハ２８は、ロボット９７に保持されてスピン洗浄装置１７８に搬送され、ここでスピン洗浄された後、再びロボット９７に保持されてカセット２６の所定の棚に収納される。

以上説明したように本発明に係る平面加工装置によれば、ウェーハの研削手段が搭載された平面加工装置に研磨手段を搭載し、ウェーハの研削、及び研磨を同一の装置内で実施するようにしたので、ウェーハを破損させることなくスループットを向上させることができる。

また、本発明によれば、ウェーハを同一の保持手段で保持したままの状態で研削、及び研磨するので、ウェーハを損傷させることなくウェーハを精度良く加工することができる。

更に、本発明によれば、研磨手段の研磨布を洗浄する洗浄手段及び／又はドレッシング手段を平面加工装置に設けたので、研磨布に汚れ、目詰まりが生じた時に、研磨布を同一装置内で洗浄し、ドレスし、その汚れ、目詰まりを解消することができる。

また、本発明によれば、研削手段で研削されたウェーハの裏面の加工変質層と、ウェーハの厚さのバラツキの分を前記研磨手段、又はエッチング手段によって研磨するようにしたので、精度の高いウェーハを得ることができる。

また、本発明によれば、研削手段で研削されたワークの一方面の加工変質層と、ワークの厚さのバラツキの分を前記研磨手段、又はエッチング手段によって研磨するようにしたので、精度の高いワークを得ることができる。

本発明の実施の形態に係る半導体ウェーハの平面加工装置の全体斜視図。 図１に示した平面加工装置の平面図。 図１に示した平面加工装置の研磨ステージの構造を示す断面図。 図１に示した平面加工装置の仕切板を示す斜視図。 図４に示した仕切板の平面図。 図５に示した仕切板の６−６線に沿う断面図。 チャックとスピンドルとが液体継手によって分離された説明図。 チャックとスピンドルとが液体継手を介して連結された説明図。 冷凍チャック装置の構成図。 ウェーハ厚み測定ケージの側面図。 平面加工装置におけるウェーハの厚み管理を示すフローチャート。 粗研削、精研削、及び研磨の加工速度、加工量、及び加工時間を示した図。 エッチング装置を搭載した平面加工装置の第１の実施の形態を示す平面図。 図１３に示したエッチング装置の構造を示す断面図。 エッチング装置を搭載した平面加工装置の第２の実施の形態を示す平面図。 図１５に示したエッチング装置の構造を示す断面図。

符号の説明

１０，１５２，１９２ 平面加工装置
１２ 本体
１４ カセット収納ステージ
１６ アライメントステージ
１８ 粗研削ステージ
２０ 精研削ステージ
２２ 研磨ステージ
２３ 研磨布洗浄ステージ
２４ ウェーハ洗浄ステージ
２８ ウェーハ
３２，３６，３８，４０ チャック
１５０，１９０ エッチング装置

Claims (8)

1. ウェーハを研削し、研削後の該ウェーハを続いて研磨する平面加工装置において、
   ウェーハを保持するウェーハ保持手段と、
   ウェーハを研削する砥石を用いて研削加工液を供給しながらウェーハを研削加工する研削手段と、
   該研削手段により研削されたウェーハを、ウェーハを研磨する研磨布を用い、化学研磨剤を含む研磨加工液を供給しながらウェーハを研磨する研磨手段と、
   該研削手段による研削位置と該研磨手段による研磨位置との間で、該ウェーハ保持手段を一体的に移動させる移動手段と、
   前記ウェーハ保持手段と、隣接するウェーハ保持手段との間を仕切る仕切板と、
   前記研磨手段には、該研磨手段を覆う天板を有するケーシングを有し、
   ケーシングの側面であって、前記仕切板が通過する部分に取り付けられたブラシと、
   該ケーシングのブラシは、チャックが加工位置に位置したときに仕切板の上面及び側面に接触し、
   前記ケーシング、前記仕切板および前記ブラシによって、前記研磨手段が略気密状態に保持されることを特徴とする平面加工装置。
2. 前記研削手段は、粗研削手段と精研削手段からなることを特徴とする請求項１記載の平面加工装置。
3. 前記ウェーハ保持手段は４台からなり９０度間隔で同一円周上に配されており、
   該ウェーハ保持手段を一体的に移動させる円盤状のインデックステーブルからなる移動手段と、
   前記４台のチャックを仕切る仕切板は十字状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の平面加工装置。
4. 前記ウェーハ保持手段が、前記ウェーハ保持手段を回転させるスピンドルに着脱自在に連結され、前記ウェーハ保持手段が移動する際にその連結部が切り離され、前記ウェーハ保持手段のみが移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の平面加工装置。
5. ウエーハの厚みを測定する厚み測定手段が備えられており、研削加工前及び研削加工後のウエーハの厚みを測定し、その測定結果に基づいて前記粗研削手段、前記精研削手段及び前記研磨手段で各加工時間が略等しくなるように研削及び研磨されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の平面加工装置。
6. 前記研磨手段の研磨ヘッドに取り付けられた研磨布を洗浄する洗浄手段、又は該研磨布の表面をドレスするドレッシング手段、或いは該洗浄手段と該ドレッシング手段とを更に備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の平面加工装置。
7. 研磨前のウエーハの洗浄又は研磨後のチップ表面の有害な不純物、重金属、点欠陥等を除去するためのエッチング手段を更に備えていて、研磨前のウエーハ、又は研磨後のウエーハ、或いは研磨前及び研磨後のウエーハをエッチング処理することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の平面加工装置。
8. 前記研磨手段が、前記厚み測定手段による測定結果に基づいた研磨量に従って、研削加工されたウエーハの加工変質層を加工するか、又は前記研削加工されたウエーハの厚さのバラツキ分を加工するとともに該加工変質層を加工し、厚さ５０μｍ以下の極薄半導体ウエーハを製造することを特徴とする請求項５に記載の平面加工装置。

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