JP4772367B2 - ウェーハの研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数種類の研磨工具を搭載可能な研磨装置を用いてウェーハの面を研磨するにあたり、研磨工具の種類に応じて荷重を調整して研磨する方法に関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが表面に形成されたウェーハは、裏面が研磨されて所定の厚さに形成された後に、個々のデバイスに分割されて各種電子機器に利用されている。

ウェーハの裏面の研磨に用いる研磨装置は、ウェーハを保持するチャックテーブルと、スピンドルの先端部に研磨工具が装着された構成の研磨手段と、その研磨手段をウェーハに対して接近させたり離反させたりする加工送り手段とを備えており、スピンドルの回転に伴い研磨工具が回転しながら加工送り手段によって駆動されて研磨手段が下降し、回転する研磨工具がウェーハに接触することによりウェーハの裏面が研磨される構成となっている。

このような研磨装置においては、加工送り手段に対して研磨手段の自重による負荷がかかるため、その負荷を軽減相殺するためのカウンタバランスと呼ばれる機構を備えているものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−１０４７号公報

スピンドルに装着されて使用される研磨工具は複数種類あり、目的に応じて使い分けられるものであって、研磨工具は例えばウェーハの面を荒削りする研削ホイールであったり、ウェーハの面から歪みを除去するための研磨砥石であったり、ウェーハの面を鏡面仕上げするためのポリッシングパッドであったりする。そして、研磨工具の種類に応じて、研磨時におけるウェーハの面に対する押圧荷重も調整する必要がある。

しかし、カウンタバランスによって研磨手段の自重による加工送り手段への負担が一定に軽減されている状態の下で、研磨工具の種類に応じて押圧力を調整するには、加工送り手段を構成するモータ等に過度の負担をかけなければならず、故障等の原因になるという問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、個々に押圧荷重が異なる複数種類の研磨工具がスピンドルに装着されて加工送り手段による加工送りの下でウェーハの研磨を行う場合において、加工送り手段に負担をかけることなく、所望の押圧荷重の下で研磨を行うようにすることである。

本発明は、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工具を有する研磨手段と、研磨手段をウェーハに対して接近及び離反させる方向に駆動する加工送り手段と、研磨手段に連結されるピストンとピストンを駆動するエアシリンダとエアシリンダに供給されるエアの圧力を調整する圧力調整部とを備え研磨手段の自重による該加工送り手段への負担を軽減するカウンタバランスと、所望の押圧荷重を記憶する所望押圧荷重記憶手段と、該研磨手段の自重と該カウンタバランスの荷重との差をウェーハに対する実効押圧荷重として算出する実効押圧荷重算出手段と所望押圧荷重記憶手段に記憶された所望の押圧荷重と実効押圧荷重算出手段によって求めた実効押圧荷重との比較結果に基づいて圧力調整部を制御する比較制御手段とを備えた研磨装置を用いたウェーハの研磨方法に関するもので、比較制御手段は、所望の押圧荷重と実効押圧荷重とが等しくなるように該圧力調整部を制御し、研磨工具が交換され所望の押圧荷重が変更される場合は、変更された所望の押圧荷重の値を所望押圧荷重記憶手段に記憶させる。

本発明では、研磨手段の荷重とは逆の方向に作用するカウンタバランスの荷重を調整可能とし、研磨手段の自重とカウンタバランスの荷重との差をウェーハに対する研磨工具の実際の押圧荷重とすることができるため、加工送り手段に負担をかけることなく、カウンタバランスの調整のみによって実際の押圧荷重を調整することができる。

また、研磨手段の自重とカウンタバランスの荷重との差から求まる実際の押圧荷重と所望の押圧荷重とを比較し、比較結果に基づいてカウンタバランスの荷重を調整する構成とすれば、実際の押圧荷重を常に一定とすることができる。

図１に示す研磨装置１は、ウェーハを保持するチャックテーブル２と、チャックテーブル２に保持されたウェーハを研磨する研磨手段３と、研磨手段３をウェーハに対して接近及び離反させる方向に駆動する加工送り手段４と、研磨手段３の自重による加工送り手段４への負担を軽減するカウンタバランス５とを備えている。

チャックテーブル２は、回転可能であると共に水平方向に移動可能となっており、ウェーハＷを保持した状態で研磨手段３の直下に移動することができる。研磨手段３においては、垂直方向の軸心を有するスピンドル３０の下端部に研磨工具３１が装着され、スピンドル３０の他端に連結されたモータ３２によって駆動されてスピンドル３０及び研磨工具３１が回転する構成となっている。スピンドル３０の下端部に装着される研磨工具３１としては、ウェーハの面を荒削りする研削ホイール、ウェーハの面から歪みを除去する研磨砥石、ウェーハの面を鏡面仕上げするポリッシングパッド等がある。

図１においてカウンタバランス５によって隠れた部分についてはカウンタバランス５を除外して図示した図２を参照して説明する。壁部４０の一方の面には一対のガイドレール４１が垂直方向に配設され、ガイドレール４１と平行にボールネジ４２が配設されている。ボールネジ４２には昇降部材４３の内部に備えた図示しないナットが螺合すると共に、パルスモータ４４が連結されており、パルスモータ４４に駆動されてボールネジ４２が回動するのに伴い昇降部材４３が昇降する構成となっている。昇降部材４３と一体になった支持部４５は研磨手段３を支持し、昇降部材４３の昇降に伴い研磨手段３も昇降する構成となっており、ガイドレール４１とボールネジ４２とパルスモータ４４と昇降部材４３と支持部４５とで、研磨手段３を加工送りする加工送り手段４を構成している。

図１に戻って説明すると、カウンタバランス５は、ピストン５１を駆動するエアシリンダ５０を備え、更にピストン５１の先端部と支持部４５とが連結部５２によって連結されており、ピストン５１は支持部４５及び連結部５２を介して研磨手段３に連結されている。そして、エアシリンダ５０のエア流入口５０ａにエアが供給されると、ピストン５１を上方に持ち上げようとする力が働き、この力によって研磨手段３の自重による加工送り手段４への負担が軽減される構成となっている。すなわち、カウンタバランス５は、研磨手段３の荷重とは逆の方向に作用する力を研磨手段３に対して与えるものである。

エアシリンダ５０のエア流入口５０ａには圧力計５３が連結されており、圧力計５３は、圧力調整部５４を介して加圧手段５５に連結されている。加圧手段５５からエアシリンダ５０に供給されるエアの圧力は圧力調整部５４によって調整される。そして、圧力が調整されたエアは、エアシリンダ５０のエア流入口５０ａに供給される。圧力調整部５４は、例えば流量調整バルブによって構成される。

圧力計５３には、計測した圧力からカウンタバランス５における荷重（カウンタ荷重）を算出するカウンタ荷重算出手段５６が接続されている。そして、カウンタ荷重算出手段５６で算出したカウンタ荷重の値は、実効押圧荷重算出手段５７によって読み出すことができる。

実効押圧荷重算出手段５７には、研磨手段３の自重を記憶する自重記憶手段５８が接続されている。実効押圧荷重算出手段５７においては、自重記憶手段５８に記憶された自重の値からカウンタ荷重算出手段５６で算出されたカウンタ荷重の値を減算することにより、ウェーハＷに対する荷重の実際の値である実効押圧荷重を求めることができる。

実効押圧荷重算出手段５７において求めた実効押圧荷重の値は、比較制御手段５９によって読み出される。比較制御手段５９においては、オペレーションパネル７から入力され所望押圧荷重記憶手段６０に記憶された所望押圧荷重の値と実効押圧荷重算出手段５７において求めた実効押圧荷重の値とを比較する。そして、両値が等しい場合は圧力調整部５３をそのままの状態に維持するが、両値が等しくない場合は、両値が等しくなるように、圧力調整部５４におけるエアの流量を調整する。

例えば、実効押圧荷重が所望押圧荷重より大きい場合は、比較制御手段５９による制御の下で圧力調整部５４においてエアの流量を増加させることにより、カウンタバランス５による荷重を大きくしていく。そして、その過程においても、所望押圧荷重の値と実効押圧荷重算出手段５７において求めた実効押圧荷重の値とを比較制御手段５９において比較し、両値が等しくなったところでエアの流量の増加を停止させる。その後、比較制御手段５９は、所望押圧荷重と実効押圧荷重とが等しい状態が維持されるように、すなわち、実効押圧荷重が一定に保たれるように、フィードバック制御を行う。

このような制御により、所望の押圧荷重によってウェーハＷの研磨が行われるようになる。したがって、研磨工具の種類に応じた所望の荷重の値をオペレータがオペレーションパネル７から入力して所望押圧荷重記憶手段６０に記憶させておくと、その所望の押圧荷重が維持された状態で研磨が行われる。

研磨工具が交換され、所望の押圧荷重が変更される場合は、その値をオペレーションパネル７から入力して所望押圧荷重記憶手段６０に記憶させれば、その交換された研磨工具に適した押圧荷重の下で研磨を行うことができる。

例えば研磨工具３１として研削ホイールを用いてウェーハの面を研削する場合は、ウェーハＷの被研削面が露出した状態でチャックテーブル２に保持される。そして、チャックテーブル２が研磨手段３の直下に移動し、チャックテーブル２が回転すると共に研磨工具３１（研削ホイール）が回転しながら研磨手段３が下降し、研磨工具３１がウェーハＷの上面に接触すると共に所望の押圧荷重がくわえられて研磨が行われる。

ここで、研磨手段３の自重が１５０［ｋｇ］であり、研磨時のウェーハＷに対する所望の押圧荷重が４０［ｋｇ］の場合を例に挙げて、図３のフローチャートを参照して説明する。

研磨手段３の自重の値（１５０［ｋｇ］）は、予め自重記憶手段５８に記憶されている。一方、所望の押圧荷重の値（４０［ｋｇ］）は、オペレータによってオペレーションパネル７から入力され、所望押圧荷重記憶手段６０に記憶される（ステップＳ１）。

ウェーハＷの研磨時には、加圧手段５５から圧力が加えられることによりエアシリンダ５０のエア流入口５０ａにエアが供給され、ピストン５１は上方に上がろうとするため、研磨手段３にも上方向の力が働く。圧力計５３においては常にそのエアの圧力が計測され、カウンタ荷重算出手段５６では、その計測値に基づいてカウンタバランス５の荷重の値が求められる（ステップＳ２）。

例えば、カウンタ荷重算出手段５６において算出された荷重の値が１００［ｋｇ］であったとすると、実効押圧荷重算出手段５７において、その荷重の値（１００［ｋｇ］）が自重記憶手段６０に記憶された自重の値（１５０［ｋｇ］）から減算され、押圧荷重の実効値（５０［ｋｇ］）が求められる（ステップＳ３）。

そして、比較制御手段５９では、求めた実効値（５０［ｋｇ］）と所望押圧荷重記憶手段６０に記憶された所望の押圧荷重の値（４０［ｋｇ］）とを比較する（ステップＳ４）。この場合は実効値の方が大きいため、実効値を小さくするために、圧力調整部５３を調整してエアの圧力を上昇させていくことによりカウンタ荷重を大きくしていく（ステップＳ５）。そして、研磨が続行されている間は、カウンタ荷重の算出、実効押圧荷重の算出、所望押圧荷重と実効押圧荷重との比較という処理が常時行われ、所望押圧荷重と実効押圧荷重とが一致するまで、エアの圧力を上昇させていく（ステップＳ２〜Ｓ６）。

所望押圧荷重と実効押圧荷重とが一致した後も、常に同様の処理を行い、例えば実効押圧荷重が所望押圧荷重より小さくなった場合は、実効押圧荷重が所望押圧加重と一致するようになるまで圧力調整部５３の調整によりエアの圧力を下げていく（ステップＳ７）。こうして、実効押圧加重が所望押圧加重と等しくなるような制御が常に行われ、所望の押圧荷重による研磨が行われる。

なお、加工送り手段４を構成するパルスモータ４４は、実効押圧荷重の下で研磨手段３が下降する際に、ボールネジ４２に負荷がかからない程度に回転する。また、研磨手段３をチャックテーブル２から離反させる際には、カウンタ荷重が研磨手段３の自重と等しくなるようにすることが好ましい。

以上のように、研磨手段３の荷重とは逆の方向に作用するカウンタバランス５の荷重を調整可能とし、研磨手段３の自重とカウンタバランス５の荷重との差をウェーハＷに対する研磨工具の実際の押圧荷重とすることができるため、加工送り手段４に負担をかけることなく、カウンタバランス５の調整のみによって実際の押圧荷重を調整することができる。

本発明の研磨装置の構成の一例を示す斜視図である。 同研磨装置の一部を拡大して示す斜視図である。 同研磨装置を用いたウェーハの研磨方法の一例を示すフローチャートである。

１：研磨装置
２：チャックテーブル
３：研磨手段
３０：スピンドル ３１：研磨工具 ３２：モータ
４：研磨送り手段
４０：壁部 ４１：ガイドレール ４２：ボールネジ ４３：昇降部材
４４：パルスモータ ４５：支持部
５：カウンタバランス
５０：エアシリンダ ５１：ピストン ５２：連結部 ５３：圧力計
５４：圧力調整部 ５５：加圧手段 ５６：カウンタ荷重算出手段
５７：実効押圧荷重算出手段 ５８：自重記憶手段 ５９：比較制御手段
６０：所望押圧荷重記憶手段
７：オペレーションパネル

Claims (1)

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工具を有する研磨手段と、該研磨手段を該ウェーハに対して接近及び離反させる方向に駆動する加工送り手段と、該研磨手段に連結されるピストンと該ピストンを駆動するエアシリンダと該エアシリンダに供給されるエアの圧力を調整する圧力調整部とを備え該研磨手段の自重による該加工送り手段への負担を軽減するカウンタバランスと、所望の押圧荷重を記憶する所望押圧荷重記憶手段と、該研磨手段の自重と該カウンタバランスの荷重との差をウェーハに対する実効押圧荷重として算出する実効押圧荷重算出手段と、該所望押圧荷重記憶手段に記憶された所望の押圧荷重と該実効押圧荷重算出手段によって求めた該実効押圧荷重との比較結果に基づいて該圧力調整部を制御する比較制御手段とを備えた研磨装置を用いたウェーハの研磨方法であって、
   該比較制御手段は、該所望の押圧荷重と該実効押圧荷重とが等しくなるように該圧力調整部を制御し、
   該研磨工具が交換され所望の押圧荷重が変更される場合は、該変更された所望の押圧荷重の値を該所望押圧荷重記憶手段に記憶させる
   研磨方法。

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