JP4615275B2 - ウェーハ研磨装置及びウェーハの研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハの研磨量を精密に制御することができるウェーハの研磨装置及び研磨方法に関するものである。

表面に複数のデバイスが形成されたウェーハは、裏面を研磨することにより所定の厚さに形成され、その後にダイシング装置等によって個々のデバイスに分割されて各種電子機器に広く利用されている。

ウェーハを研磨する際は、研磨砥石を回転させると共にウェーハに接近する方向に研磨送りし、回転する研磨砥石をウェーハの面に接触させることにより研磨を行い、研磨中にハイトゲージ等を用いてウェーハの厚さを計測し、所望の厚さが計測された時に研磨を終了することにより、ウェーハを所望の厚さに仕上げるようにしている（例えば特許文献１参照）。

特開２０００−６０１８号公報

しかしながら、ハイトゲージ等を用いてウェーハの厚さを計測しながら研磨を行い、計測値が所望の厚さに達した時に研磨を終了したとしても、実際には慣性力等に起因して、正確に所望量研磨することができず、ウェーハの仕上がり厚さに誤差が生じることがある。また、研磨送りの分解能より小さな僅かな量だけ研磨したいような場合、例えば、厚さが１０３μｍのウェーハを研磨して１００μｍの厚さに形成しようとする場合においては、ウェーハを所望の厚さに仕上げることはできない。更には、触針式のハイトゲージをウェーハの研磨面に接触させると、その研磨面に傷がつくという問題もある。

一方、研磨送り量をリニアスケール等で検出したり、研磨送りを駆動するモータの回転数を把握したりすることにより研磨送り量を制御して正確に所望量だけ研磨しようとしても、研磨砥石の磨耗量までは考慮することができないため、磨耗分だけ研磨量に誤差が生じることになる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ウェーハを研磨するにあたり、その研磨量を正確に制御できるようにすることである。

第一の発明は、ウェーハを保持するチャックテーブルと、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砥石及び研磨砥石を回転駆動する駆動源を備えた研磨手段と、研磨手段をチャックテーブルに対して接近または離反させる研磨送り手段とを少なくとも備えたウェーハ研磨装置に関するものであり、駆動源の負荷電流値を検出する負荷電流値検出手段と、少なくとも該研磨砥石がウェーハに接触してから駆動源の負荷電流値が増加する間の初期変化を含む負荷電流値とウェーハの研磨量との相関関係データに基づくウェーハの所望研磨量に対応した所望負荷電流値の入力を受け付ける入力受け付け手段と、入力受け付け手段において受け付けた所望負荷電流値を記憶する所望負荷電流値記憶手段と、所望負荷電流値記憶手段に記憶された所望負荷電流値と負荷電流値検出手段によって検出された負荷電流値との比較の結果に基づき該研磨送り手段を制御する制御手段とから構成されることを特徴とする。

第二の発明は、ウェーハを保持するチャックテーブルと、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砥石及び研磨砥石を回転駆動する駆動源を備えた研磨手段と、研磨手段をチャックテーブルに対して接近または離反させる研磨送り手段とを少なくとも備えたウェーハ研磨装置に関するものであり、駆動源の負荷電流値を検出する負荷電流値検出手段と、少なくとも研磨砥石がウェーハに接触してから駆動源の負荷電流値が増加する間の初期変化を含む負荷電流値とウェーハの研磨量との相関関係を相関関係データとして記憶するデータ記憶手段と、ウェーハの所望研磨量の入力を受け付ける入力受け付け手段と、入力受け付け手段において受け付けた所望研磨量を記憶する研磨量記憶手段と、所望研磨量に対応する負荷電流値をデータ記憶手段に記憶された相関関係データから求めて記憶する負荷電流値設定手段と、負荷電流値設定手段に記憶された負荷電流値と負荷電流値検出手段によって検出された負荷電流値との比較の結果に基づき研磨送り手段を制御する制御手段とから構成されることを特徴とする。

第三の発明は、第一の発明のウェーハ研磨装置を用いてウェーハを研磨するウェーハの研磨方法に関するものであり、初期変化を含む駆動源の負荷電流値と研磨量との相関関係データに基づいて入力され入力受け付け手段において受け付けた所望負荷電流値を所望負荷電流値記憶手段に記憶させる所望負荷電流値記憶工程と、駆動源により研磨砥石を回転させると共に、研磨送り手段によりチャックテーブルに保持されたウェーハに対して研磨手段を接近させて研磨砥石を接触させる研磨工程と、負荷電流値検出手段が検出した負荷電流値と所望負荷電流値記憶手段に記憶された負荷電流値とが一致した時に、研磨送り手段により研磨砥石をウェーハに接触しない状態として研磨を終了する研磨終了工程とから構成されることを特徴とする。

第四の発明は、第二の発明のウェーハ研磨装置を用いてウェーハを研磨するウェーハの研磨方法に関するものであり、入力受け付け手段において受け付けた所望研磨量を研磨量記憶手段に記憶させる研磨量記憶工程と、データ記憶手段に記憶された初期変化を含む駆動源の負荷電流値と研磨量との相関関係データに基づき、研磨量記憶手段に記憶された所望研磨量に対応する負荷電流値を負荷電流値設定手段に記憶させる負荷電流値設定工程と、駆動源により研磨砥石を回転させると共に、研磨送り手段によりチャックテーブルに保持されたウェーハに対して研磨手段を接近させて該研磨砥石を接触させる研磨工程と、負荷電流値検出手段が検出した負荷電流値と負荷電流値設定手段に記憶された負荷電流値とが一致した時に、研磨送り手段により研磨砥石をウェーハから離反させて接触しない状態として研磨を終了する研磨終了工程とから構成されることを特徴とする。

予め取得した相関関係データは実際の研磨により取得したものであるため、慣性力や研磨砥石の磨耗といった定量的に把握できない要素も反映されている。したがって、第一の発明のウェーハ研磨装置において、相関関係データに基づいて求められる所望の研磨量に対応する負荷電流値をオペレータが入力して所望負荷電流値記憶手段に記憶させ、その所望負荷電流値に達した時に制御手段が研磨を終了させるようにすると、研磨中にウェーハの厚さを計測したり研磨送りの量を把握したりすることなく、慣性力や研磨砥石の磨耗といった要素まで考慮してウェーハをミクロン単位で正確に研磨して所望の厚さに仕上げることができる。特に、相関関係データには負荷電流値が増加する間の初期変化が含まれ、初期変化時には研磨量と負荷電流値とが１対１の関係で対応するため、初期変化における負荷電流値に基づく制御により、研磨送りの分解能より小さいような少量の研磨を行うことができる。また、ハイトゲージ等は不要であり、ウェーハに傷をつけることもない。

第二の発明のウェーハ研磨装置のデータ記憶手段に記憶される初期変化における相関関係データには、慣性力や研磨砥石の磨耗といった制御できない要素も反映されているため、相関関係データに基づき、研磨量記憶手段に記憶された所望研磨量に対応する負荷電流値を負荷電流値設定手段に記憶させ、負荷電流値設定手段に記憶された負荷電流値と負荷電流値検出手段によって検出された実際の負荷電流値とが一致した時に制御手段が研磨送り手段の制御によって研磨砥石をウェーハに接触しない状態として研磨を終了させることにより、研磨中にウェーハの厚さを計測しなくても、慣性力や研磨砥石の磨耗といった要素まで考慮してウェーハを研磨送りの分解能より小さいようなミクロン単位で正確に研磨して所望の厚さに仕上げることができる。また、実際の研磨中にはウェーハの厚さを計測する必要がなく、ハイトゲージ等は不要であるため、ウェーハに傷をつけることもない。更に、負荷電流値設定手段では、所望研磨量に対応した負荷電流値が自動的に設定されるため、効率的であり、オペレータの負担が軽減される。

図１に示すウェーハ研磨装置１は、研磨対象のウェーハを保持するチャックテーブル１０と、チャックテーブル１０に保持されたウェーハを研磨する研磨手段１１と、研磨手段１１をチャックテーブル１０に対して接近または離反させる研磨送り手段１２とを備えている。

研磨手段１１は、垂直方向の軸心を有するスピンドル１１０と、スピンドル１１０を回転駆動する駆動源１１１と、スピンドル１１０の下端においてホイールマウント１１２を介して固定された研磨ホイール１１３と、研磨ホイール１１３の下面に固着された研磨砥石１１４とから構成され、駆動源１１１によって駆動されてスピンドル１１０が回転するのに伴い、研磨砥石１１４が回転する構成となっている。

研磨送り手段１２は、壁部１２０に垂直方向に配設された一対のガイドレール１２１と、ガイドレール１２１と平行に配設されたボールネジ１２２と、ボールネジ１２２の一端に連結されたパルスモータ１２３と、ガイドレール１２１に摺動可能に係合すると共に内部のナットがボールネジ１２２に螺合した支持部１２４とから構成されており、パルスモータ１２３に駆動されてボールネジ１２２が回動するのに伴い、支持部１２４がガイドレール１２１にガイドされて昇降し、支持部１２４に支持された研磨手段１１も昇降する構成となっている。

研磨手段１１を構成する駆動源１１１には、その負荷電流の実際の値を検出する負荷電流値検出手段１３が接続されている。また、負荷電流値検出手段１３は制御手段１４に接続されており、負荷電流値検出手段１３において検出した負荷電流値を制御手段１４において把握することができる。制御手段１４は研磨送り手段１２を構成するパルスモータ１２３に接続されており、パルスモータ１２３を制御して研磨手段１１の昇降を制御することができる。

制御手段１４には所望負荷電流値記憶手段１５が接続されている。所望負荷電流値記憶手段１５には、所望の研磨量に対応した駆動源１１１の負荷電流値が所望負荷電流値として記憶される。所望負荷電流値は、例えば図２に示す相関関係データ３から求めることができ、求めた所望負荷電流値は、例えば図１に示したウェーハ研磨装置１の前面にある入力受け付け手段１６からオペレータが入力することにより、所望負荷電流値記憶手段１５に記憶される。

図２に示した相関関係データ３は、実際にウェーハを研磨することによって予めデータとして取得した駆動源１１１の負荷電流値とウェーハの研磨量との関係を示す実測値の一例である。相関関係データ３は、横軸が研磨量、縦軸が負荷電流値となっており、ハイトゲージ等を用いて研磨量を計測すると共に、研磨量が５μｍになるまでの負荷電流値を負荷電流知検出手段１３を用いて求め、グラフとして表したものである。相関関係データ３を取得するにあたっては、研磨送り手段１２による研磨手段１１の研削送り量を０．２μｍ／秒とし、３０秒かけて５μｍの研磨を行った。かかる３０秒間における負荷電流値は、負荷電流値が上昇して安定する直前まで、すなわち負荷電流値が増加する間の初期変化を示すものである。

オペレータは、図２に示したような相関関係データ３を見ることにより、所望の研磨量に対応する負荷電流値を知ることができる。例えば所望の研磨量が３［μｍ］の場合は、相関関係データ３において３［μｍ］の研磨量に対応する負荷電流値が５．６［Ａ］であることがわかる。つまり、負荷電流値が５．６［Ａ］になった時点で研磨を終了すれば、ちょうど３［μｍ］だけウェーハＷが研磨されることがわかる。

そこで、オペレータは、所望の研磨量に対応する負荷電流値を所望負荷電流値として入力受け付け手段１６から入力し、予めその値を所望負荷電流値記憶手段１５に記憶させておく（所望負荷電流値記憶工程）。そしてその後、実際にウェーハＷの裏面を研磨する。

実際の研磨時には、チャックテーブル１０においてはウェーハＷの表面側が保持され、裏面が露出した状態となる。 次に、チャックテーブル１０が水平方向に移動することにより、ウェーハＷが研磨手段１１の直下に位置付けられる。ウェーハＷが研磨手段１１の直下に位置付けられると、チャックテーブル１０の回転によりウェーハＷが回転すると共に、研磨砥石１１４が回転しながら研磨手段１１が下降し、ウェーハＷの裏面に接触して当該裏面が研磨される（研磨工程）。

研磨中は、駆動源１１１の負荷電流値を負荷電流値検出手段１３がリアルタイムに検出し、検出した値は、制御手段１４が常時把握しており、制御手段１４においては、負荷電流値検出手段１３において検出した負荷電流値と所望負荷電流値記憶手段１５に記憶された所望負荷電流値とを比較する。そして、２つの値が一致した時は、所望量研磨されたと判断し、直ちに制御手段１４がパルスモータ１２３の駆動により研磨手段１１を上昇させて研磨を終了する（研磨終了工程）。例えば、ウェーハＷの裏面を３［μｍ］だけ研磨したい場合は、３［μｍ］の研磨量に対応する負荷電流値である５．６［Ａ］を所望負荷電流値記憶手段１５に記憶させておけば、負荷電流値検出手段１３が検出した負荷電流値が５．６［Ａ］になった時点で制御手段１４が研磨を終了する。そうすると、ウェーハＷの裏面をちょうど３［μｍ］だけ研磨することができる。

このようにして、相関関係データに基づき所望の研磨量に対応する所望負荷電流値を予め記憶させておき、実際の負荷電流値が所望負荷電流値と一致したときに研磨を終了するようにすると、予め取得した相関関係データには、慣性力や研磨砥石の磨耗といった定量的に把握できない要素も反映されているため、研磨中にウェーハの厚さを計測したり研磨送りの量を把握したりすることなく、慣性力や研磨砥石の磨耗といった要素まで考慮してウェーハをミクロン単位で正確に研磨して所望の厚さに仕上げることができる。また、初期変化においては研磨量と負荷電流値とが１対１の関係で対応するため、初期変化における負荷電流値に基づく制御により、研磨送りの分解能より小さいような少量の研磨を行うことができる。また、ハイトゲージ等は不要であり、ウェーハに傷をつけることもない。

なお、図３に示す相関関係データ４のように、初期変化における研磨量と負荷電流値との関係だけでなく、研磨が開始されてから負荷電流値が安定し、その状態で研磨を続行して終了するまでにおける研磨量と負荷電流値との相関関係をデータとして取得しておけば、この相関関係データ４を利用することにより、初期変化時の研磨量以上の研磨が必要とされる場合にも、正確に所望の研磨量だけ研磨することができる。

図３の相関関係データ４において負荷電流値が８［Ａ］で一定となっている状態（安定状態）においては、研磨送り手段１２によって初期変化時と同様の速度で研磨砥石１１４を研磨送りし、安定状態から負荷電流値が低下していく状態（末期変化）に移行する際に研磨送りを停止し、末期変化においては研磨送りがなされない状態で研磨が行われている。相関関係データ４は、ウェーハを２０μｍ研磨した際の研磨量と負荷電流値との関係を示しており、この相関関係データ４を利用することにより、ウェーハＷの裏面を２０μｍ研磨することができる。すなわち、負荷電流値が８［Ａ］で一定となった場合にウェーハが１分間に１０μｍ研磨されるとすれば、負荷電流値が８［Ａ］の状態を７２秒間維持してから末期変化に移行すれば、２０μｍ研磨することができる。したがって、この場合の相関関係データは、初期変化（５［μｍ］）＋末期変化（３［μｍ］）＋安定状態（１０μｍ×７２／６０＝１２［μｍ］）となる。

なお、図３の相関関係データ４を利用してウェーハＷを２０μｍ研磨する場合は、負荷電流値が低下してから３［Ａ］になったときに研磨を終了するようにすれば、所望の２０μｍの研磨を正確に行うことができる。低下して３［Ａ］になったかどうかの判断は、制御手段１４に負荷電流値の記憶機能をもたせ、直前の負荷電流値の値と比較するようにすればよい。このように、所望の研磨量とそれに対応する負荷電流値との関係を予め相関関係データとして取得しておけば、ハイトゲージ等を用いなくても、所望の研磨量だけ正確に研磨することができる。

次に、図４に示すウェーハ研磨装置２及びこれを用いたウェーハの研磨方法について説明する。ウェーハ研磨装置２において、図１に示したウェーハ研磨装置１と同様に構成される部位については同一の符号を付し、その説明は省略することとする。

図４のウェーハ研磨装置２においては、少なくとも研磨砥石１１４がウェーハに接触した瞬間からの駆動源１１１の負荷電流値の初期変化とその初期変化に対応するウェーハの研磨量との相関関係を示すデータを、例えば図２に示したような相関関係データ３、４として記憶するデータ記憶手段２０を備えている。

また、ウェーハ研磨装置２には、入力受け付け手段１６から入力された所望の研磨量を記憶する研磨量記憶手段２１を備えている。研磨量記憶手段２１には負荷電流値設定手段２２が接続されており、負荷電流値設定手段２２においては、データ記憶手段２０に記憶された相関関係データに基づき、研磨量記憶手段２１に記憶された所望の研磨量に対応する負荷電流値を求め、その負荷電流値を記憶する。

負荷電流値設定手段２２には制御手段２３が接続されており、制御手段２３においては、負荷電流値検出手段１３において検出した実際の負荷電流値と負荷電流値設定手段２２に記憶された所望の負荷電流値とを比較し、比較結果に基づいてパルスモータ１２３を制御して研磨手段１１の昇降を制御し、必要に応じて研磨を終了させることができる。

ウェーハＷを研磨する前に、オペレータは、入力受け付け手段１６から予め所望の研磨量を入力し、研磨量記憶手段２１にその研磨量の値を記憶させる（研磨量記憶工程）。そうすると、相関関係データ３に基づいて、その研磨量に対応した負荷電流値が負荷電流値設定手段２２に記憶される（負荷電流値設定工程）。

そして、制御手段２３が、駆動源１１１を制御して研磨砥石１１４を回転させると共に、パルスモータ１２３の制御により研磨手段１１を下降させ、回転する研磨砥石１１４をウェーハＷの裏面に接触させ、研磨を行う（研磨工程）。

負荷電流値検出手段１３においては駆動源１１１の負荷電流がリアルタイムに検出され、制御手段２３においては、その検出された実際の負荷電流値と負荷電流値設定手段２２に記憶された負荷電流値とが比較され、２つの負荷電流値が一致した時は、所望量研磨されたと判断し、直ちに制御手段１４がパルスモータ１２３の駆動により研磨手段１１を上昇させて研磨を終了する。例えば、ウェーハＷの裏面を４［μｍ］だけ研磨したい場合は、図２に示した相関関係データ３において４［μｍ］の研磨量に対応する負荷電流値である７．１［Ａ］を所望負荷電流値記憶手段１５に記憶させておけば、負荷電流値検出手段１３が検出した負荷電流値が７．１［Ａ］になった時点で制御手段１４が研磨を終了する。そうすると、ウェーハＷの裏面をちょうど４［μｍ］だけ研磨することができる。

このようにして、研磨量と負荷電流値との相関関係データをデータ記憶手段２０に記憶させておくと共に、所望の研磨量を研磨量記憶手段２１に記憶させておき、その研磨量に対応する負荷電流値を相関関係データから求めて負荷電流値設定手段２２に記憶させておくと、相関関係データ３には、慣性力や研磨砥石の磨耗といった制御できない要素も反映されているため、研磨中にウェーハの厚さを計測しなくても、慣性力や研磨砥石の磨耗といった要素まで考慮してウェーハを研磨送りの分解能より小さいようなミクロン単位で正確に研磨して所望の厚さに仕上げることができる。また、実際の研磨中にはウェーハの厚さを計測する必要がなく、ハイトゲージ等は不要であるため、ウェーハに傷をつけることもない。更に、負荷電流値設定手段では、所望研磨量に対応した負荷電流値が自動的に設定されるため、効率的であり、オペレータの負担が軽減される。

本発明に係るウェーハ研磨装置の第一の例を示す説明図である。 研磨量と負荷電流値との相関関係のデータの第一の例を示すグラフである。 研磨量と負荷電流値との相関関係のデータの第二の例を示すグラフである。 本発明に係るウェーハ研磨装置の第二の例を示す説明図である。

符号の説明

１、２：ウェーハ研磨装置
１０：チャックテーブル
１１：研磨手段
１１０：スピンドル １１１：駆動源 １１２：ホイールマウント
１１３：研磨ホイール １１４：研磨砥石
１２：研磨送り手段
１２０：壁部 １２１：ガイドレール １２２：ボールネジ
１２３：パルスモータ １２４：支持部
１３：負荷電流値検出手段
１４：制御手段
１５：所望負荷電流値記憶手段
１６：入力受け付け手段
２０：データ記憶手段
２１：研磨量記憶手段
２２：負荷電流値設定手段
２３：制御手段
３、４：相関関係データ

Claims (4)

1. ウェーハを保持するチャックテーブルと、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砥石及び該研磨砥石を回転駆動する駆動源を備えた研磨手段と、該研磨手段を該チャックテーブルに対して接近または離反させる研磨送り手段とを少なくとも備えたウェーハ研磨装置であって、
   該駆動源の負荷電流値を検出する負荷電流値検出手段と、
   少なくとも該研磨砥石がウェーハに接触してから該駆動源の負荷電流値が増加する間の初期変化を含む該負荷電流値と該ウェーハの研磨量との相関関係データに基づくウェーハの所望研磨量に対応した所望負荷電流値の入力を受け付ける入力受け付け手段と、
   該入力受け付け手段において受け付けた所望負荷電流値を記憶する所望負荷電流値記憶手段と、
   該所望負荷電流値記憶手段に記憶された所望負荷電流値と該負荷電流値検出手段によって検出された負荷電流値との比較の結果に基づき該研磨送り手段を制御する制御手段と
   から構成されるウェーハ研磨装置。
2. ウェーハを保持するチャックテーブルと、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砥石及び該研磨砥石を回転駆動する駆動源を備えた研磨手段と、該研磨手段を該チャックテーブルに対して接近または離反させる研磨送り手段とを少なくとも備えたウェーハ研磨装置であって、
   該駆動源の負荷電流値を検出する負荷電流値検出手段と、
   少なくとも該研磨砥石がウェーハに接触してから該駆動源の負荷電流値が増加する間の初期変化を含む該負荷電流値と該ウェーハの研磨量との相関関係を相関関係データとして記憶するデータ記憶手段と、
   ウェーハの所望研磨量の入力を受け付ける入力受け付け手段と、
   該入力受け付け手段において受け付けた所望研磨量を記憶する研磨量記憶手段と、
   該所望研磨量に対応する負荷電流値を該データ記憶手段に記憶された相関関係データから求めて記憶する負荷電流値設定手段と、
   該負荷電流値設定手段に記憶された負荷電流値と該負荷電流値検出手段によって検出された負荷電流値との比較の結果に基づき該研磨送り手段を制御する制御手段と
   から構成されるウェーハ研磨装置。
3. 請求項１に記載の研磨装置を用いてウェーハを研磨するウェーハの研磨方法であって、
   前記初期変化を含む前記駆動源の負荷電流値と研磨量との相関関係データに基づいて入力され前記入力受け付け手段において受け付けた所望負荷電流値を前記所望負荷電流値記憶手段に記憶させる所望負荷電流値記憶工程と、
   該駆動源により前記研磨砥石を回転させると共に、前記研磨送り手段により前記チャックテーブルに保持されたウェーハに対して前記研磨手段を接近させて該研磨砥石を接触させる研磨工程と、
   前記負荷電流値検出手段が検出した負荷電流値と該所望負荷電流値記憶手段に記憶された負荷電流値とが一致した時に、該研磨送り手段により該研磨砥石を該ウェーハに接触しない状態として研磨を終了する研磨終了工程とから構成される
   ウェーハの研磨方法。
4. 請求項２に記載のウェーハ研磨装置を用いてウェーハを研磨するウェーハの研磨方法であって、
   前記入力受け付け手段において受け付けた所望研磨量を前記研磨量記憶手段に記憶させる研磨量記憶工程と、
   前記データ記憶手段に記憶された前記初期変化を含む前記駆動源の負荷電流値と研磨量との相関関係データに基づき、該研磨量記憶手段に記憶された所望研磨量に対応する負荷電流値を前記負荷電流値設定手段に記憶させる負荷電流値設定工程と、
   該駆動源により前記研磨砥石を回転させると共に、前記研磨送り手段により前記チャックテーブルに保持されたウェーハに対して前記研磨手段を接近させて該研磨砥石を接触させる研磨工程と、
   前記負荷電流値検出手段が検出した負荷電流値と該負荷電流値設定手段に記憶された負荷電流値とが一致した時に、該研磨送り手段により該研磨砥石を該ウェーハに接触しない状態として研磨を終了する研磨終了工程とから構成される
   ウェーハの研磨方法。

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