JP4948390B2 - 両側研削装置用のウエハ・クランピングデバイス - Google Patents

Description

この発明は、一般に、半導体ウエハの両面を同時に研削（grind）すること、そしてより特に、両面グラインダ（double side grinder）と共に用いられるウエハ・クランピング・デバイス（wafer-clamping device）に関する。

半導体ウエハは、一般に、電気回路図がプリントされる集積回路チップの生産に用いられる。ウエハの表面には、最初に電気回路図が小型化された形態でプリントされ、その後、ウエハは回路チップに切り分けられる。しかし、この小さい電気回路図は、電気回路図がウエハ全体の表面上に適切にプリントされることを確実に行うために、ウエハ表面が極めて平坦でかつ平行であることを必要としている。このことを達成するために、ウエハがインゴットから切り出された後、一般に研削プロセスが用いられて、ウエハの特定の特性（例えば、平坦度(flatness)及び平行度(parallelism)）が向上される。

両面同時研削はウエハの両面に同時に作用し、平坦度の高い表面を有するウエハを形成する。従って、両面同時研削は望ましい研削プロセスである。両面同時研削を行うために用いることのできる両面グラインダには、Ｋｏｙｏ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄによって製造されている両面グラインダが含まれる。これらのグラインダは、研削の際に半導体ウエハを保持するためにウエハ・クランピングデバイスを用いる。クランピングデバイスは、一般に、一対の流体圧パッド及び一対の研削ホイールを有している。各パッド及びホイールは、垂直な配置関係で、これらの間にウエハを保持するように対向する関係に配置される。流体圧パッドは、研削中に、硬質のパッドがウエハに物理的に接触することなくウエハを保持するように、該流体圧パッドとウエハ表面との間に流体のバリア(barrier）を形成することが有利である。このことによって、物理的なクランピングにより生じ得るウエハへの損傷が低減され、並びに、ウエハをパッド表面に対して相対的により小さな摩擦にて接線方向に動かすこと（従って、回転させること）が可能となる。この研削プロセスは研削したウエハ表面の平坦度及び平行度を著しく向上する一方で、ウエハ表面のトポロジー（topology）の低下（degrade）をも生じ得る。

トポロジー低下の問題を認定し及び対処するために、デバイス及び半導体製造業者は、ウエハ表面のナノトポロジー（nanotopology）について検討している。ナノトポロジーとは、約０．２ｍｍ〜約２０ｍｍの空間周波数（spatial wavelength）内でのウエハ表面の逸脱（deviation）として規定されている。この空間周波数は、処理した半導体ウエハについてナノメートルスケールでの表面的特徴に非常に近く対応している。上記の定義は、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（ＳＥＭＩ)(半導体産業の世界的な業界団体）によって提案されている（ＳＥＭＩ文書３０８９）。ナノトポロジーは、ウエハの１つの表面の高さ方向(elevational）の逸脱を測定するが、伝統的な平坦度測定のようにウエハの厚みの変動をは考慮しない。これらの種類の表面バリエーションを検出し及び記録するために、いくつかの計測学的方法（metrological methods）が開発されている。例えば、入射光からの反射光の逸脱を測定することによって、非常に小さな表面変化を検出することができる。これらの方法を用いて、波長の中でのピーク／バレー(peak to valley(ＰＶ))・バリエーションを測定する。

図１及び２に、先行技術における両面グラインダの典型的なウエハ・クランピングデバイス１’を模式的に示す。グラインディング・ホイール９’及び流体圧パッド１１’は互いに独立してウエハＷを保持する。それらはそれぞれクランピング基準面（clamping planes）７１’及び７３’を規定する。ウエハＷ上におけるグラインディング・ホイール９’のクランプ圧はホイールの回転軸６７’に集中するが、ウエハＷ上における流体圧パッド１１’のクランプ圧はウエハの中心ＷＣの近くに集中する。研削の際、クランピング基準面７１’及び７３’が一致して保持される限り、ウエハは平面内に留まっており（即ち、曲がったりせず）、従ってホイール９’によって一様に研磨（又は研削）される（図１）。クランピング基準面のアラインメントに関する一般的な議論は、欧州特許出願公開ＥＰ−１１１８４２９Ａに見出すことができる。しかし、２つの基準面７１’及び７３’のミスアラインメントが生じると（位置合わせが不良になると）、グラインディング・ホイール９’及び流体圧パッド１１’のクランピング圧がウエハＷに曲げモーメント又は流体圧クランピング・モーメントを生じさせ、それによってグラインディング・ホイール開口部３９’の周縁部４１’の付近でウエハＷにシャープな曲がりが生じ得る（図２）。これはウエハＷ内に非常に局在化されたストレス（high localized stress）の領域を生じさせる。

クランピング基準面７１’及び７３’のミスアラインメントは両面同時研削操作中においては一般的であって、流体圧パッド１１’に対してグラインディング・ホイール９’が動くことによって一般に生じる。ミスアラインメントの可能なモードを、図２及び３に模式的に示す。これらは、３つの別個のモードの組み合わせを含んでいる。第１のモードは、グラインディング・ホイールの回転軸６７’に沿って、流体圧パッド１１’に対して相対的にグラインディング・ホイール９’の側方へのシフトＳである（図２）。第２のモードは、各グラインディング・ホイールの中心部を通る水平軸Ｘまわりでのホイール９’の垂直方向のチルト（傾き）（ＶＴ(vertical tilt)）を特徴とする（図２及び３）。図２は、第１のモードと第２のモードとを組み合わせた状態を示している。第３のモードは、各グラインディング・ホイールの中心部を通る垂直軸Ｙまわりでのホイール９’の水平方向のチルト（傾き）ＨＴである（図３）。これらのモードは、その概念を説明するために図面中では大きく誇張されており、実際のミスアラインメントは比較的小さい。更に、各ホイール９は互いに独立して動くことができ、従って垂直方向のＶＴについても同様のことが生じ得る。

クランピング基準面７１’及び７３’のミスアライメントによって生じる流体圧クランピングモーメントの程度は、流体圧パッド１１’の構成に関連する。例えば、より大きなモーメントは、一般に、ウエハＷのより大きい領域をクランプするパッド１１’（例えば、大きな作動面積を有するパッド）によって生じたり、クランプするパッドの中心がグラインディング・ホイール回転軸６７’から比較的大きな間隔で離れているパッドによって生じたり、ウエハに高い流体圧パッドのクランプ力を及ぼす（即ち、ウエハを非常にしっかりと保持する）パッドによって生じたり、又はこれらの特徴の組合せを示すパッドによって生じたりする。

先行技術のパッド１１’を用いるクランピングデバイス１’（図４に、先行技術パッドの一例を示す）において、クランピング基準面７１’及び７３’の位置合わせの不良（ミスアライン）が生じると、グラインディング・ホイール開口部３９’の周縁部４１’の近くを含めて、ウエハはパッド１１によって非常にしっかりと及び堅くクランプされるので、ウエハＷ内の曲げモーメントは比較的大きい。ウエハはグラインディング・ホイール９’の動きを調節することができず、ウエハは開口縁部４１’の近くでシャープに曲がる（図２）。ウエハＷは一様に研削されず、その後の処理（例えば、ポリッシング）によって取り除くことができない、望ましくないナノトポロジー特徴が形成される。クランピング基準面７１’及び７３’のミスアライメントも、グラインディング・ホイール９’が不均一に研削されることを生じさせることがあり、それは更に研磨されたウエハＷに望ましくないナノトポロジー特徴の発現に寄与し得る。

図５Ａ及び５Ｂは、クランピング基準面７１’及び７３’がミスアラインを生じて、研削操作中にウエハが曲がる場合に、研削されたウエハＷの表面に生じ得る望ましくないナノトポロジー特徴を示している。この特徴はセンターマーク７７’及びＢ−リング７９’（図５Ａ）を含んでいる。センターマーク７７’は一般にグラインディング・ホイール９’の側方へのシフトＳ及び垂直方向のチルトＶＴの組合せによって生じ、一方、Ｂ−リング７９’は一般にホイールの側方へのシフトＳ及び水平方向のチルトＨＴの組合せによって生じる。図５Ｂに示すように、これら２つの特徴７７’及び７９’はそれらに伴う比較的大きなピーク／バレー・バリエーションを有する。従って、それらはウエハのナノトポロジーが乏しいことの指標であって、ウエハ表面上に小型化された電気回路図をプリントする能力に著しい影響を及ぼし得る。

ナノトポロジー劣化を生じるグラインディング・ホイール・クランピング基準面７１’及び７３’及び流体圧パッドのミスアラインメントは、クランピング基準面を正しく位置合わせすることによって修正することができる。しかし、グラインディング・ホイール９’への異なる研削の影響並びに研削操作の動力学のため、比較的少ない数の操作の後で、クランピング基準面はアラインメントからの逸れを生じる。非常に手間のかかるアラインメント工程がしばしば要求されることによって、グラインダの操作の制御が商業的に現実的なものではなくなることに至り得る。

従って、半導体ウエハを処理のために効果的に保持することができる、両面グラインダーのウエハ・クランピングデバイスに用いることができる流体圧パッドであって、グラインダの操作を繰り返し行う場合に、ウエハ表面ナノトポロジーの低下が最小となるように、グラインディング・ホイールの動きを許容し得る流体圧パッドが必要とされている。

（発明の概要）
この発明は、グラインディング・ホイールによってワークピースを研削する際に、ワークピースの保持に用いるための流体圧パッドに関する。このパッドは一般に、研削中にワークピースを保持するための水平軸及び動作表面領域を有する本体部を有している。本体部は、ワークピースを保持する、第１のグラインディング・ホイールを受容して、ワークピースに係合させる開口部を有している。本体部はまた、少なくとも１つのポケットを有している。そのポケットは、流体を本体部を通してポケットの中へ受け入れ、本体部とワークピースとの間にバリアを提供すること、並びに研削中にワークピースに圧力を適用することに適応化されている。本体部におけるポケット全体の総ポケット表面積は、前記総ポケット表面積の動作表面積に対する割合が約０．２６又はそれ以下であるように、前記動作表面積よりも小さく設定されている。

この発明のもう１つの要旨では、両面同時研削プロセスにおける両面グラインダの１回のセットアップによって、一組の半導体ウエハを製造する。各ウエハは約１２ｎｍよりも小さな平均ピーク／バレー・バリエーションを有する向上したナノトポロジーを有している。一般に、各ウエハは、第１の流体圧パッドと第２の流体圧パッドとの間、及び第１のグラインディング・ホイールと第２のグラインディング・ホイールとの間にそのウエハを配置することによって成形される。グラインディング・ホイールは、第１のパッド及び第２のパッドのそれぞれの開口部の中に配置される。グラインディング・ホイールの周縁部の近く及びパッドの開口部の周縁部の近くで、保持されるウエハに明らかなクランピング圧が適用されないように、ウエハはパッド及びホイールの間に保持される。

本発明のその他の要旨において、流体圧パッドは一般に、グラインディング・ホイールを受け入れて、ワークピースと係合させる開口部が形成されている本体部を有している。開口部は、本体部によって規定される周縁部を有しており、開口部の中心から半径方向に間隔をおいた開口部の周縁部の部分に対して半径方向に対向して本体部に形成された少なくとも１つのポケットを有している。ポケットは、研削操作の間、本体部とワークピースとの間に流体のバリアを提供する。フリー領域（free region）は、使用時に、流体圧パッドがそのフリー領域においてワークピースに実質的にクランピング圧力を適用しないように形成されている。

本発明のその他の特徴の一部は明らかであり、その他の特徴は以下に記載する。
複数の図面について対応する参照符号が付されている場合は、対応する部分を示している。

（発明についての説明）
図面を参照すると、図６及び７は、全体が参照符号１で示される本発明のウエハ・クランピングデバイスを模式的に示している。このクランピングデバイスは、図６において参照数字３で一般に示される両面グラインダにおいて用いることができる。ウエハ・クランピングデバイスに用いることができる両面グラインダの例には、Ｋｏｙｏ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄによって製造されているモデルＤＸＳＧ３２０及びモデルＤＸＳＧ３００Ａがある。ウエハ・クランピングデバイス１は１つの半導体ウエハ（広い意味での「ワークピース」）（図中、その全体が符号Ｗで示されている）をグラインダ３中で、ウエハの両面が同時に一様に研削され得るように垂直姿勢に保持する。これによって、ポリッシング及び電気回路図印刷の工程の前に、ウエハ表面の平坦度及び平行度が向上する。グラインダは、発明の範囲を逸脱することなく、半導体ウエハ以外のワークピースを保持するクランピングデバイスを有することもできるということが理解される。

図６及び７に示すように、ウエハ・クランピングデバイス１は、それぞれ一般に参照数字９ａ及び９ｂによって示される左側グラインディング・ホイール及び右側グラインディング・ホイールと、それぞれ参照数字１１ａ及び１１ｂによって示される左側流体圧パッド及び右側流体圧パッドを有している。左側及び右側の表示は説明の便宜のために用いているのであって、ホイール９ａ及び９ｂ並びにパッド１１ａ及び１１ｂの特定の向きに何らかの意義を付与するものではない。「ａ」及び「ｂ」という文字は、左側ホイール９ａおよび左側パッド１１ａの部分を、右側ホイール９ｂおよび右側パッド１１ｂの部分から区別するために用いられている。グラインディング・ホイール９ａ及び９ｂ、並びに流体圧パッド１１ａ及び１１ｂは、先行技術において当業者に既知の手段によって、グラインダ３の中に設置されている。

この技術分野において知られているように、２つのグラインディング・ホイール９ａ及び９ｂは実質的に同一であり、各ホイールは全体としてフラットである。図６及び７に示すように、グラインディング・ホイール９ａ及び９ｂは、一般にウエハの下側の中央部に対して、ウエハＷと研削係合（grinding engagement）を行うように配置されている。各ホイール９ａ及び９ｂの周囲は、ウエハの底部ではウエハＷ外周の下側へ延びており、ウエハの中央部ではウエハの中心軸ＷＣの上方へ延びている。これによって、操作の間に、各ウエハＷの表面全体を研削することが確保される。更に、グラインディング・ホイール９ａ又は９ｂの少なくとも１つは、その対になっているグラインディング・ホイールに対して相対的に移動することができる。このことによって、半導体ウエハＷを、グラインダ３のクランピングデバイス１において、グラインディング・ホイール９ａ及び９ｂの間の位置に装填（又は配置）することを容易に行うことができる。上述したクランピングデバイス１において、左側流体圧パッド１１ａは対応する左側グラインディング・ホイール９ａに対して移動させることができるし、及び、固定された状態を保つ右側流体圧パッド１１ｂに対して相対的に移動させることもでき、それによってデバイス１の中に半導体ウエハＷをより容易に配置することができる。ウエハ装填の間に、両方のパッドは対応するグラインディング・ホイールに対して相対的に動くこともできるし、又は両方のパッドを固定することもできるし、又はウエハ装填の間に、流体圧パッド及び対応するグラインディング・ホイールが一体に動くようなウエハ・クランピングデバイスは、本発明の要旨から逸脱するものではない。

図６及び７に示すウエハ・クランピングデバイスを更に参照すると、研削操作の間に、ウエハ・クランピングデバイスの２つのグラインディング・ホイール９ａ及び９ｂ、並びに２つの流体圧パッド１１ａ及び１１ｂは、それらの間に半導体ウエハＷを保持するように、対向した関係に配置され、また、ウエハをその垂直な姿勢に保持することを支援するように、ウエハＷにクランプ圧を適用する。グラインディング・ホイール９ａ及び９ｂと流体圧パッド１１ａと１１ｂはそれぞれ垂直の固定面７１と７３を規定し、ウエハＷへのクランピング圧を生じさせて、その立向き姿勢においてウエハを保持することに寄与する。このことは、本明細書において、以下に詳細に説明する。

特に図６を参照すると、操作の間、流体圧パッド１１ａ及び１１ｂは静置して残されるが、全体として符号１４で示されたドライブ・リングが、パッド並びにグラインディング・ホイール９ａ及び９ｂに対して相対的に、ウエハＷを回転させて動かす。先行技術から知られているように、ドライブ・リング１４の凹部、又はクーポン１５が、ウエハＷの外周部に形成されているノッチＮ（図６において波線で示す）にてウエハＷと係合して、ウエハＷをその中央軸ＷＣ（中央軸ＷＣは、パッド１１ａ及び１１ｂの水平軸４４ａ及び４４ｂに一般に対応する）の周りでウエハＷを回転させて動かす。同時に、グラインディング・ホイール９及び９ｂはウエハＷと係合して、互いに反対の向きに回転する。ホイール９ａ及び９ｂの１つはウエハＷと同じ向きに回転し、他方のホイールはウエハと反対向きに回転する。

図８〜１３ｂを参照して、本発明の流体圧パッド１１ａ及び１１ｂについてより詳細に説明する。図８〜１１は左側流体圧パッド１１ａを示しており、図１２〜１３ｂは対向する右側流体圧パッド１１ｂを示している。図から観察できるように、２つのパッド１１ａ及び１１ｂは実質的に同一のものであって、全体として互いに鏡像のような関係にある。従って、左側パッド１１ａのみについて説明するが、その説明によって右側パッド１１ｂについての説明も同様であると理解されたい。

図８〜９Ｂに示すように、左側流体圧パッド１１ａは全体として薄く、円形の形状を有しており、処理すべきウエハＷと同様の寸法を有している。図９Ａ及び９Ｂにおいて、上記のような関係を示すために、ウエハＷを波線で示している。図示する流体圧パッド１１ａは、約３６．５ｃｍ（１４．４インチ）の直径、及び約９００ｃｍ^２（１３９．５インチ^２）の動作中にウエハＷに面する動作表面積を有している。従って、このパッドは、例えば約３００ｍｍの直径を有する標準的なウエハの研削（又は研磨）に用いることができる。しかしながら、本発明の範囲を逸脱することなく、流体圧パッドが異なる直径及び表面積を有することも可能であると理解されたい。例えば、パッドは、２００ｍｍのウエハを研削するように縮小されたスケールの寸法とすることもできる。

図８及び９Ａに最もよく示されているように、流体圧パッド１１ａの本体部１７ａは、研削操作中にウエハＷに向き合うウエハ側表面１９ａを有している。ウエハ側表面１９ａに形成された６つの流体ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ及び３１ａが、パッド１１ａの（一般に参照符号３９ａによって示される）グラインディング・ホイール開口部のまわりで全体として半径方向にそれぞれ配置されている。ウエハ側表面１９ａに対向するパッド本体部１７ａの背面側３５ａは全体としてフラットであって、流体ポケットを有していないが、本発明の範囲を逸脱することなく、ポケットを有することもできる。更に、６個よりも多い又は少ない数のポケット、例えば４個のポケットを有する流体圧パッドも本発明の範囲を逸脱しない。

６つの流体ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、及び３１ａはそれぞれ弓形の形状を有しており、パッド１１ａのまわりで全体として周方向に延びている。各ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、および３１ａはウエハ側表面１９ａの盛り上がった表面３２ａの中に凹部として形成されており、それぞれ比較的フラットな縦方向のサイドウォール３７ａと、丸みを帯びた周囲コーナーを有する。ポケットは、パッド１１ａの面１９ａに浅いキャビティがカッティング又はキャスティングにより形成されたものである。異なるプロセスによって成形された流体ポケットも本発明の範囲を逸脱しない。

更に図８及び９ａを参照すると、ポケット２１ａと２３ａのペア、２５ａと２７ａのペア、２９ａと３１ａのペアの各ポケットのペアはそれぞれ実質的に同じ寸法及び形状を有することがわかる。更に、図示するパッド１１ａにおいて、ポケット２１ａ及び２３ａは約１４．３８ｃｍ^２（２．２３インチ^２）の表面積をそれぞれ有しており；ポケット２５ａ及び２７ａは約２７．２２ｃｍ^２（４．２２ インチ^２）の表面積をそれぞれ有しており；ポケット２９ａ及び３１ａは約３６．１８ｃｍ^２（５．６１インチ^２）の表面積をそれぞれ有している。パッド１１ａの総ポケット表面積は約１５５．５６ｃｍ^２（２４．１１インチ^２）であって、パッドの総ポケット表面積の動作表面積に対する割合は約０．１７である。この割合は０．１７以外であってもよいし、本発明の範囲内のものである。例えば、前記割合は約０．２６又はそれ以下であってよい。先行技術のパッド１１’（図４）を対比すると、各ポケット２１’及び２３’の表面積は約３１．８２ｃｍ^２（４．９３インチ^２）であり；各ポケット２５’及び２７’の表面積は約３６．４７ｃｍ^２（５．６５インチ^２）であり；各ポケット２９’及び３１’の表面積は４７．８９ｃｍ^２（７．４２インチ^２）である。先行技術パッド１１’の総ポケット表面積は約２３２．３６ｃｍ^２（３６．０２インチ^２）であって、総ポケット表面積の動作表面積に対する割合は約０．２６である（パッド１１’についての動作表面積は約９００ｃｍ^２（１３９．５インチ^２）である。

ポケット２１ａと２３ａ、ポケット２５ａと２７ａ、及びポケット２９ａと３１ａはそれぞれ、（パッド１１ａの垂直方向軸４３ａによって分けられるようなウエハ側表面１９ａの各半パーツにおいて）ウエハ側表面１９ａ上に対称に及び同様に配置されている。ポケット２１ａ及び２３ａは一般にパッド１１ａの水平軸４４ａの下側にあり、一方、ポケット２５ａ、２７ａ、２９ａおよび３１ａは一般に前記水平軸４４ａの上側にある。ポケット２９ａ及び３１ａは一般に上記ポケット２５ａ及び２７ａの上側にあって、グラインディング・ホイール開口部３９ａには隣接しておらず、それらの間に配置されたポケット２５ａ及び２７ａの開口部から離れている。このポケットのオリエンテーション（又は配向）では、総ポケット表面積の約１５％が水平軸４４ａの下側に位置している。この割合は、本発明の範囲を逸脱することなく、２３％又はそれ以下であってよい。先行技術パッド１１’を対比すると、総ポケット表面積の少なくとも約２４％がパッド１１’の水平軸４４’の下側に位置している。水平軸４４’の下側のポケット表面積が大きくなると、パッド１１’によってグラインディング・ホイール開口部３９’の側面へ向かってウエハに適用されるクランプ力が増大し、Ｂ−リングの生成に寄与することになると、理解されたい。

図８及び９ａは、流体圧パッド１１ａの本体部１７ａの下側部分に形成されており、パッドの中にグラインディング・ホイール９ａを収容するような寸法及び形状を有し、ウエハＷの下側中央部と係合する円形形状のグラインディング・ホイール開口部３９ａを示している（図９Ａにおいて、グラインディング・ホイール及びウエハは波線で示している）。開口部３９ａの中心は、一般に、グラインディング・ホイール９ａ（及び９ｂ）をその開口部に受容した場合に、該グラインディング・ホイール９ａの回転軸６７に対応する。図示するパッド１１ａにおいて、グラインディング・ホイール開口部３９ａの半径Ｒ１は約８７ｍｍ（３．４３インチ）であり、グラインディング・ホイール９ａの周縁部とグラインディング・ホイール開口部の半径方向の対向側縁部４１ａとの間の間隔は比較的均一であって、一般に約５ｍｍ（０．２０インチ）のオーダーである。これらの距離は、本発明の範囲を逸脱することなく、異なるものであってもよい。

パッド１１ａの隆起した表面３２ａは、各ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａおよび３１ａの周囲のまわりに同一の拡がりを有するプラトー部３４ａを有している。隆起した表面３２ａにおいて、各ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａおよび３１ａの周囲のそれぞれのプラトー部３４ａの間に、それぞれ参照符号３６ａによって示されるドレーン・チャンネルが設けられている。隆起した表面において、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａおよび２７ａのプラトー部３４ａの内側部分の縁部３８ａと、グラインディング・ホイール開口部の周縁部との間に、ほぼ三日月形形状のフリー領域６０ａが凹部として形成されている。フリー領域６０ａでは、ウエハＷへの有効なクランプ力はかからない（即ち、０である）。これらの特徴について、以下に更に説明する。

図１０を参照すると、流体ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａおよび３１ａは、各ポケットに流体を導入するための流体注入ポート６１ａをそれぞれ有している。（隠線によって示す）チャンネル６３ａは、パッド本体部１７ａ内で流体注入ポート６１ａと相互に連絡しており、外部の流体源（図示せず）からポケットへ流体を供給する。操作中に、流体は比較的一定の圧力下でポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａおよび３１ａの中へ流入して、パッド面１９ａではなく、この流体が研削中にウエハＷに接触する。このようにして、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａおよび３１ａの流体は、パッドクランプ基準面７３（図６及び７参照）内で垂直な向きにウエハＷを保持するが、研削中には非常に低い摩擦抵抗にて、パッド１１ａ（及び１１ｂ）に対して相対的にウエハＷを回転させる、潤滑化されたベアリング領域、又はスライディング・バリアを提供する。パッド１１ａのクランプ力は、ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａおよび３１ａにて主として提供される。

図１１は、パッド１１ａのウエハ側表面１９ａの左側半分を参照しながら、ポケット２１ａ、２５ａおよび２９ａのオリエンテーションをより詳細に説明する。半径方向距離ＲＤ１、ＲＤ２およびＲＤ３はそれぞれ、グラインディング・ホイール開口部の中心（これは理想的には、グラインディング・ホイール回転軸６７と一致する）からのポケット２１ａ、２５ａおよび２９ａの最も近い縦方向側壁３７ａの周縁部の位置を示しており（最も近い縦方向側壁３７ａとは、グラインディング・ホイール開口部３９ａの縁部４１ａに最も近い縦方向側壁を意味する）。図示するように、距離ＲＤ１は、ポケット２１ａの最も近い縦方向側壁３７ａのまわりでは一定ではなく、ポケット２１ａの下側端部は上側端部よりも開口部３９ａから遠い。特に、距離ＲＤ１は、ポケットの下側端部への約１０４ｍｍ（約４．１インチ）から、上側端部への約１１２ｍｍ（約４．４インチ）に及ぶ（これらの数値はポケット２３ａについても同様である）。半径方向距離ＲＤ２及びＲＤ３は、ポケット２５ａ及び２９ａそれぞれの最も近い縦方向側壁３７ａに対して比較的に一定であって、ＲＤ２は約１１３ｍｍ（４．４インチ）の値を有しており、ＲＤ３は約１６５ｍｍ（６．５インチ）の値を有している（これらの値はそれぞれポケット２７ａ及び３１ａについて同様である）。本発明の範囲を逸脱することなく、半径方向距離ＲＤ１は一定であってもよいし、半径方向距離ＲＤ２及びＲＤ３は一定でなくてもよい。

図１１は、グラインディング・ホイール回転軸６７から、ポケット２１ａ及び２５ａにおけるプラトー部３４ａの半径方向で最も内側の縁部３８ａへの半径方向に測定した半径方向距離ＲＤ１１をも示している。縁部３８ａは、無プレッシャーのフリー領域６０ａの端部又は境界を規定する。図から判るように、縁部３８ａへの半径方向距離ＲＤ１１は一定ではなく、図示するパッド１１ａにおいては、垂直方向軸４３ａの近くの約１０８ｍｍ（４．２５インチ）から、縁部３８ａがグラインディング・ホイール開口縁部４１ａに合流するポケット２１ａの下側端部の近くの約８７ｍｍ（３．４３インチ）の範囲にわたっている。（開口部３９ａに収容されている場合の）グラインディング・ホイール９ａの周縁部から、縁部３８ａの半径方向に対向する最も内側の部分について同様の測定を行うと、垂直方向軸４３ａの近くの約２６ｍｍ（１．０２インチ）から、ポケット２１ａの下側端部の近くの約５ｍｍ（０．２０インチ）の範囲にわたっており、グラインディング・ホイール開口縁部３９ａの半径Ｒ１との比で、約０．３０〜約０．５７の範囲である。先行技術の流体圧パッド１１’（図４）について比較すると、隆起した表面３２’の最も内側の周縁部３８’はグラインディング・ホイール開口部縁部４１’と一致するため、対応する流体圧パッド１１’の距離は一定である（先行技術の流体圧パッド１１’には、無プレッシャーのフリー領域は無い）。このパッド１１’では、半径方向距離ＲＤ１１’は約８７ｍｍ（３．４３インチ）であり、グラインディング・ホイール９’の周縁部から縁部３８’へ測定して約５ｍｍ（０．２０インチ）である。

本発明の流体圧パッド１１ａ及び１１ｂは、先行技術の流体圧パッド１１と比べて、少なくとも以下のような有益な特徴を有している。流体ポケット全体の表面積は減少している。このことによって、操作中に、流体ポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａ、３１ａ、２１ｂ、２３ｂ、２５ｂ、２７ｂ、２９ｂおよび３１ｂの中に収容される流体の体積が減少するため、パッドによってウエハＷに適用される全体のクランプ力を有効に低下させる。更に、水平軸４４ａの下側のポケット表面積が減少する。これは、グラインディング・ホイール開口部３９ａ及び３９ｂの左側及び右側でのクランプ力を特に低下させる。更に、内側のポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２１ｂ、２３ｂ、２５ｂおよび２７ｂはグラインディング・ホイール開口部縁部４１ａ及び４１ｂから離れており、それらの間に形成される無プレッシャーのフリー領域６０ａ及び６０ｂを有している。このことによって、グラインディング・ホイール開口部３９ａ及び３９ｂの縁部４１ａ及び４１ｂ周りでのクランプ力が特に低下する。

研削操作中に、ウエハＷは流体圧パッド１１ａ及び１１ｂによってあまりしっかりとではなく（又は比較的緩やかに）保持されるので、ウエハＷはグラインディング・ホイール９ａ及び９ｂのシフト及び／又はチルトの動きに容易に対応することができる。このことによって、グラインディング・ホイール９ａ及び９ｂが動く場合に生じる、流体圧によるクランプ・モーメントの程度が低減される（即ち、ウエハの曲げ領域に生じるストレスが低下する）。更に、ウエハＷは、グラインディング・ホイール開口部縁部４１ａに隣接して、あまりしっかりとではなく（又は比較的緩やかに）保持される。ホイールが動く時に、ウエハＷはグラインディング・ホイール開口部縁部４１ａに隣接して曲がり得るが、先行技術の研削デバイス程はシャープではない。従って、流体圧パッド１１ａ及び１１ｂは、ウエハＷの表面でより一様なグラインディング（又は研削）を行い、ナノトポロジーの低下、例えば研削するウエハのＢ−リング及びセンターマークの生成などを減少させたり又は排除したりすることができる。このことは、図５Ａと図１４とを対比することによって理解することができる。図５ａは先行技術の流体圧パッド１１’を用いて研削したウエハＷを示しており、一方、図１４は本発明のパッド１１ａ及び１１ｂを用いて研削したウエハＷを示している。図１４に示すウエハは、Ｂ−リング及びセンターマークを実質的に有さない。

図１５Ａ〜１９は、本発明のパッド１１ａ及び１１ｂによって、及び先行技術パッド１１’によって保持されたウエハＷ内の圧を示している。図１５ａ及び１５ｂは、グラインディング・ホイールと流体圧パッドクランプ面とを位置合わせさせた場合の、ストレスを視覚的に示している。両方のウエハＷについて、グラインディング・ホイール開口部３９及び３９’内でのストレスは無視できる（パッドはこれらの領域のウエハをクランプしない）。図１５Ａは、パッド１１ａ及び１１ｂによって保持された場合に、ウエハＷ内により小さなストレスが生じたことを示している。グラインディング・ホイール開口縁部４１ａ及び４１ｂに隣接して、ウエハＷの表面全体の上のストレスがより小さいこと（９８及び９９で示す明色(light-color)の領域）を特に示している。ウエハ中にストレスがより均一に分配されている。対照的に、図１５Ｂに示すように、（パッド１１’によって保持されるウエハＷ内の最も大きなストレス９７は、開口部３９’の周縁部への近い部分にある（即ち、無プレッシャーのフリー領域は存在しない）。

図１５Ａと図１５Ｂとを対比すると、パッド１１ａ及び１１ｂを用いる研削中に、大きなストレス９７の集中した領域は、パッド１１’を用いた場合（図１５Ｂ）程は広がっていない。利点は、曲がり部（例えば、グラインディング・ホイール開口部縁部４１ａに隣接する部分）において、ウエハＷの局在化した変形が小さいこと、並びにグラインディング・ホイール９ａ及び９ｂの摩耗がより均一であることである。ホイールの均一な摩耗によって、研削中にホイールの形状が変化しないこと（即ち、ホイール摩耗の差がないこと）が確保される。このことは、より長い期間にわたって、グラインダはより低いナノトポロジーの設定を維持することができるということをも保証する。また、ホイールがシフトしたり傾斜したりする場合、この動きによって生じたストレスはウエハＷ全体に有効に分配され、センターマーク及びＢ−リングの明白な生成が抑制される。このことは望ましくは、グラインディング・ホイールのシフト及びチルトに対して、研削のナノトポロジーがあまり敏感ではないようにする。

図１６〜１９は、グラインディング・ホイール９ａ及び９ｂがシフト及び／又はチルトを生じる場合に、流体圧パッド１１ａ及び１１ｂを用いて研削する間のウエハＷ内のストレスが低下することを、グラフにより示している。図示するストレスは、グラインディング・ホイール開口部縁部４１ａ及び４１ｂに隣接してウエハＷに生じたストレスであって、およそ７時のポジションでスタートして（０ｍｍのアーク長さ）、周縁部の周りを時計回りに動いて、縁部４１ａ及び４１ｂのまわりの位置で（約４００ｍｍのアーク長さまでで）測定したものである。先行技術の流体圧パッド１１ａ’によって保持されたウエハＷのストレスを全体として符号９１で示しており、本発明の流体圧パッド１１ａ及び１１ｂによって保持されたウエハＷのストレスを全体として符号９３で示す。

図１６は、グラインディング・ホイールがシフトする時のストレス９１及び９３を示している。図から判るように、ストレス９３は、ストレス９１よりも著しく小さく、ウエハＷの中央部ＷＣ（約２００ｍｍのアーク長さに対応する）を含めて、ストレス９１と比べると、グラインディング・ホイール開口部３９ａ及び３９ｂの全周囲のまわりでより一定に近い。従って、本発明において、グラインディング・ホイール９ａ及び９ｂがシフトする時に、先行技術のデバイスにて研削したウエハと対比して、ウエハＷはそれらの中央部近くにてあまりシャープに曲がったりしない。

図１７は、グラインディング・ホイールがシフトし及び垂直方向にチルトする（傾く）場合の、ウエハＷ内のストレス９１及び９３を示している。再び、パッド１１ａ及び１１ｂと関連したストレス９３は、グラインディング・ホイール開口縁部３９ａ及び３９ｂの全周囲に沿って、一般に一定である。更に、ウエハ中央部ＷＣに対応する位置でパッド１１ａ及び１１ｂによって保持されたウエハＷ内のストレス９３は著しく増加することはない。従って、グラインディング・ホイール９ａおよび９ｂがシフトし及び垂直方向にチルトする場合に、ウエハＷは、グラインディング・ホイール開口部３９ａ及び３９ｂの周囲の近くではあまりシャープに曲がらず、センターマークの形成は低減される。

図１８は、ホイールがシフトし、水平方向にチルトする場合の、ウエハＷ内のストレス９１及び９３を示している。図から判るように、ウエハＷの左側のストレス９３は、ストレス９１程シャープには増大しない。従って、ホイール９ａ及び９ｂがシフトし及び水平方向にチルトする場合に、パッド１１ａ及び１１ｂによって保持されたウエハＷは、それらの周囲でシャープに曲がらず、Ｂ−リングの形成は低減される。グラインディング・ホイールのシフト、垂直方向のチルト及び水平方向のチルトが組み合わせられて、ウエハＷ内にストレス９１及び９３が生じた場合に、同様の結果が図１９に示されている。

図２０は、先行技術の流体圧パッド１１’及び本発明の流体圧パッド１１ａ及び１１ｂを用いて研削されたウエハについての上位０．０５百分位数のナノトポロジーの値を示している。流体圧パッド１１’を用いて研削されたウエハについてのナノトポロジーの値が参照符号７２によって一般に示されており、パッド１１ａ及び１１ｂを用いて研削されたウエハについての値は一般に参照符号７４によって示されている。本発明のパッド１１ａ及び１１ｂを用いて研削されたウエハは、先行技術における値７２と比べてより低いナノトポロジー値７４を一貫して有している。

本発明の流体圧パッド１１ａ及び１１ｂを用いて、１回の操作上の設定において、ウエハのセットにおける複数のウエハＷを研削することができる。ウエハのセットは、例えば少なくとも４００個のウエハを含むものであってよい。本発明の範囲を逸脱することなく、４００よりも多いウエハを含むものであってもよい。１回の操作上のセットアップは、一般にグラインディング・ホイール９ａ及び９ｂの手操作による調整の間での継続的な操作であると考えられる。セットの各研削したウエハＷは、一般に向上したナノトポロジーを有する（例えば、センターマーク及びＢ−リングの形成が低減し又は取り除かれている）。特に、それらは、約１２ｎｍよりも小さい平均ピーク／バレー・バリエーションをそれぞれ有している。例えば、ウエハの平均ピーク／バレー・バリエーションは約８ｎｍであってもよい。平均ピーク／バレー・バリエーションは、各ウエハＷについての平均的な半径方向操作のバリエーションを示している。ピーク／バレー・バリエーションは、ウエハＷの円周のまわりで、ウエハの複数の半径にて決定され、それらの値の平均が取られて、平均的なバリエーションが決定される。

図２１は、本発明の第２の態様における左側流体圧パッドを模式的に示している。パッドは全体として参照符号１１１ａで示されており、第１の態様のパッド１１ａの部材に対応するこのパッドの部材は、第１の態様のパッド１１ａの部材の符号と同じ参照符号に「１００」を加えた参照符号によって示す。この流体圧パッド１１１ａは上述した流体圧パッド１１ａと実質的に同じでものであって、流体ポケット１２１ａ、１２３ａ、１２５ａ、１２７ａ、１２９ａおよび１３１ａを有しているが、これらの流体ポケットは前記パッド１１ａにおいて対応するポケット２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａおよび３１ａとは形状及び配置が異なっている。パッド１１ａと同様に、ポケット１２１ａ、１２３ａ、１２５ａ、１２７ａ、１２９ａおよび１３１ａは、パッド１１１ａのグラインディング・ホイール開口部１３９ａまわりに放射状に（又は半径方向に）配置されており、ポケット１２１ａと１２３ａ、ポケット１２５ａと１２７ａ、及びポケット１２９ａと１３１ａはそれぞれウエハ側表面１１９ａ上に対称に及び同様に配置されている。更に、ポケット１２１ａ及び１２３ａはパッド１１１ａのまわりで周方向に延びている。しかし、このパッド１１１ａにおいて、ポケット１２５ａ、１２７ａ、１２９ａおよび１３１ａは、グラインディング・ホイール開口部１３９ａから離れるように半径方向に延びている。これらのパッド１１１ａ及び１１１ｂは、その他の点に関してはパッド１１ａ及び１１ｂと同じである。

流体圧パッドのポケットに適用される流体圧を制御することによって、流体圧パッドのクランピングの中心は影響を受け得ると考えられる。このことによって、クランピングの中心が下がり、ウエハ・クランピングデバイスのグラインディング・ホイールの回転軸に近付けることができる。特に、各ポケット（または複数のポケットのサブセット）の流体圧を、研削工程の間で変更させたり及び／又は他のポケットとは独立して制御させたりすることができる。いくつかのポケットの間で圧を異ならせる１つの方法は、ポケットに設ける開口オリフィスの寸法を異なるように形成することである。更に、各ポケットに関連する領域の剛性は、ポケットの深さを異ならせて設けることによって、ポケットどうしの間で異ならせることができる。より深いポケットはより浅いポケットと比べて、そのより深いポケットの領域においてウエハＷをより従順に（又は緩やかに）保持し、より浅いポケットはそのより浅いポケットの領域においてウエハＷをより堅く（又はしっかりと）保持することになる。

本明細書において説明し及び図示する流体圧パッド１１ａ、１１ｂ、１１１ａ及び１１１ｂについては、約３００ｍｍの直径を有するウエハＷについて使用することを既に説明している。上述したように、流体圧パッドは、本発明の範囲を逸脱することなく、２００ｍｍのウエハの研削に用いるように寸法を小さくすることができる。このことは、本明細書に記載する各流体圧パッドの寸法にもあてはまる。

本発明の流体圧パッド１１ａ及び１１ｂは、研削操作の間にウエハＷを支持（又は保持）することができ、及び繰り返し行う研削の使用に耐えることができる適当な堅い材料、例えば金属で形成される。他の同様に堅い材料で形成された流体圧パッドも本発明の範囲を逸脱しない。

本発明または本発明の好適な態様例の要素について用いた種々の冠詞、例えば「ａ」、「ａｎ」、［ｔｈｅ］及び「ｓａｉｄ」は、１又はそれ以上の要素が存在することを意味することを意図している。「含んでなる」、「含む」および「有する」という語句は、包括的な意味であって、言及した要素以外の要素が存在してもよいことを意味することを意図している。

本明細書に記載した事項については、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更を加えることができるので、本明細書に記載した事項及び添付図面に示す事項のすべては、例示として理解されるべきであって、限定する意味に解釈されるべきではない。

図１は、先行技術におけるウエハ・クランピングデバイスの模式的側面図であって、流体圧パッド及びグラインディング・ホイールを有しており、それらの間に半導体ウエハが配置され、流体圧パッドは断面にて示されている。 図２は、図１と同様のウエハ・クランピングデバイスの模式的側面図であるが、グラインディング・ホイールが側方にシフトし、垂直方向にチルトする状態を示している。 図３は、グラインディング・ホイールの模式的側面図であって、水平方向のチルトの様子及び垂直方向のチルトの様子を示している。 図４は、図１の先行技術における流体圧パッドの１つのウエハ側表面を示す模式図である。 図５Ａは、図１のウエハ・クランピングデバイスを用いて研削及びポリッシュされた半導体ウエハのナノトポロジー的表面特徴を示す写真図である。図５Ｂは、図５Ａのウエハの表面についての半径方向プロファイルを示すグラフである。 図６は、本発明のウエハ・クランピングデバイスを含むグラインダの模式的側面図であって、流体圧パッドを断面で示している。 図７は、本発明のウエハ・クランピングデバイスの模式的側面図であって、流体圧パッド及びグラインディング・ホイールを有しており、それらの間に半導体ウエハが配置されている。 図８は、本発明の左側流体圧パッドの斜視図であって、研削操作中にウエハに対向するパッド表面における流体ポケットの構成を示している。 図９Ａは、図８の左側流体圧パッドのウエハ側側面を示しており、グラインディング・ホイール及びウエハを、それらとパッドとの関係を示すために破線で示している。図９Ｂは、図９Ａの流体圧パッドの底面図であって、ここでもウエハを破線で示している。 図１０は、図９Ａと同様のウエハ側側面であって、パッドの流体ポケット内における流体注入ポートを連絡するチャンネルを示している。 図１１は、図９Ａの流体圧パッドを拡大して破断した側面図であって、パッドのグラインディング・ホイール開口部に対する流体ポケットの配置を示している。 図１２は、図８の左側流体圧パッドと同様の右側流体圧パッドの斜視図であって、研削操作中に左側流体圧パッドと右側流体圧パッドとは対向し、両パッドの間にウエハを保持する。 図１３Ａは右側流体圧パッドの図９Ａと同様の側面図であり、図１３Ｂは右側流体圧パッドの図９Ｂと同様の底面図である。 図１４は、図５Ａと同様の図であるが、図６のウエハ・クランピングデバイスを用いて研削し及びポリッシュした半導体ウエハを示している。 図１５Ａは、ウエハを本発明の流体圧パッドによって保持した場合に、研削の際に半導体ウエハの表面に適用されるクランプ圧を示す写真図である。図１５Ｂは、ウエハを先行技術の流体圧パッドによって保持した場合の、図１５Ａと同様のクランプ圧を示す写真図である。 図１６は、研削中に、グラインディング・ホイールが側方にシフトした場合に、グラインディング・ホイールの周縁部に隣接する半導体ウエハにおけるストレスを示すグラフであって、本発明の流体圧パッドによって保持されるウエハを、先行技術の流体圧パッドによって保持されるウエハと対比するグラフである。 図１７は、図１６と同様のグラフであって、グラインディング・ホイールの側方のシフト及び垂直方向のチルトによってウエハに生じたストレスを対比している。 図１８は、図１６と同様のグラフであって、グラインディング・ホイールの側方のシフトと水平方向のチルトの組合せによってウエハに生じたストレスを対比している。 図１９は、図１６と同様のグラフであって、グラインディング・ホイールの側方のシフト、垂直方向のチルト及び水平方向のチルトの組合せによってウエハに生じたストレスを対比している。 図２０は、先行技術のウエハ・クランピングデバイスで研削したウエハの、本発明のウエハ・クランピングデバイスで研削したウエハに対する上位０．０５百分位数のナノトポロジーの値を対比するグラフである。 図２１は、本発明の第２の態様の流体圧パッドの模式図であって、研削中に半導体ウエハに対向するパッドの表面における流体ポケットの構成を示している。

Claims (7)

1. グラインディング・ホイールによってワークピースを研削する際にワークピースの保持に用いられる流体圧パッドであって、
   研削中にワークピースを保持する本体部であって、動作表面領域及び中心を有し、
   並びに前記中心を通る水平軸を有する本体部；
   本体部に形成された開口部であって、ワークピースと係合する第１のグラインディング・ホイールを収容し、前記本体部によって規定される周縁部及び中心を有する開口部；
   前記本体部に形成された少なくとも１つのポケットであって、本体部を通して該ポケットの中に流体を受容すること、研削中に本体部とワークピースとの間にバリアを提供すること、及び研削中にワークピースに圧を適用することに適合化されており、少なくとも１つのポケットは弓形の形状を有し、パッドのまわりで全体として周方向に延びており、前記開口部の中心から半径方向の距離をおいて前記開口部の周縁部の部分に半径方向に対向するように配置されているポケット；並びに
   本体部において開口部の周縁部と半径方向に対向するポケットとの間に形成されるフリー領域であって、使用時に該フリー領域では、前記流体圧パッドがワークピースへクランプ圧を適用しないように構成されているフリー領域
   を有してなることを特徴とする流体圧パッド。
2. 前記フリー領域は前記ポケットの縁部から凹部として形成されており、前記パッドは前記ポケットの縁部にてワークピースに対して実質的にクランプ圧を適用せず、前記縁部は本体部の開口部の周縁部から、その間にフリー領域が存在するように離れている請求項１記載の流体圧パッド。
3. 前記パッドの開口部の中心から、ポケットの縁部の異なる部分までの半径方向の距離は、縁部に沿って一定ではない請求項２記載の流体圧パッド。
4. 前記半径方向の距離の少なくとも１つの尺度は、本体部における開口部の半径の少なくとも約１．１倍である請求項３記載の流体圧パッド。
5. パッドの開口部に収容された場合のグラインディング・ホイールの周縁部と、ポケット縁部の半径方向に対向する部分との間隔は前記ポケット縁部に沿って一定ではなく、前記間隔の少なくとも１つの尺度は本体部における開口部の半径の少なくとも約０．１倍である請求項２記載の流体圧パッド。
6. 本体部の開口部に対して半径方向に対向する関係に配置される複数のポケットを有しており、開口部の周縁部と半径方向に対向するポケットの少なくとも１つとの間に前記フリー領域が形成される請求項１記載の流体圧パッド。
7. 第２の本体部及び該第２の本体部の開口部に収容される第２のグラインディング・ホイールを更に有しており、２つの本体部及び２つのグラインディング・ホイールは互いに対向する関係に配置され、それらの間にワークピースを保持して、ワークピースの両面の同時研削を行うことができる請求項１記載の流体圧パッド。

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