JP6218628B2 - 研磨ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置に装着される研磨ヘッドに関し、特に半導体ウエーハなどの被加工物を研磨する際に使用される研磨ヘッドに関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウエーハ（以下、単にウエーハと略称することがある）の裏面を研削してウエーハを所望の厚さに加工した後、その平坦性を高めるために研磨処理が実施される。

この研磨処理には、ウエーハを吸引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エーハを所定圧力で押圧しながら回転する研磨パッドを有する研磨ヘッドとを備える研磨装置が使用される（例えば、特開２０１２−１６６２７４号公報参照）。

研磨装置においては、チャックテーブルはウエーハを吸引保持した状態で回転される。チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心と、研磨パッドの回転中心とが一致（又は接近）してしまうと、ウエーハの中心付近の摩擦が小さくなって適切に研磨されないことになる。そこで、一般的な研磨装置では、ウエーハより大径の研磨パッドを、回転中心をずらした状態でウエーハに接触させることで、ウエーハ表面の研磨量を均一にしている。

特開２０１２−１６６２７４号公報

ところで、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウエーハを別の基板に貼着することがある。ウエーハと別の基板との貼着には、例えば、樹脂などの接着剤を用いるが、接着剤を均一な厚みに塗付するのは難しいので、接着剤の厚みばらつきに起因してウエーハの変形が生じてしまう。

変形した状態の半導体ウエーハを研磨装置で平坦化すると、研磨終了後に基板から剥離されたウエーハの研磨表面は平坦でなくなるので、このような場合には、ウエーハの変形に応じた研磨が必要となる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工物の表面を任意の形状に研磨加工可能な研磨ヘッドを提供することである。

本発明によると、一面が研磨装置の研磨手段に装着される基台と、該基台の該一面の背面に配設された研磨パッド部とからなり、被加工物を研磨する研磨ヘッドであって、該研磨パッド部は、被加工物より大径で該基台の直径より小径の中央研磨パッドと、該中央研磨パッドを囲繞し該中央研磨パッドより突出した環状研磨パッドと、を含み、該環状研磨パッドは該中央研磨パッドよりも硬質の研磨部材から構成され、該基台は、該中央研磨パッドが配設される中央部と、該中央部を囲繞し該環状研磨パッドが配設される外周部とを含み、該外周部は該中央部よりも硬質の材料で構成されていることを特徴とする研磨ヘッドが提供される。

本発明の研磨ヘッドによると、中央研磨パッドと環状研磨パッドとで被加工物の表面を任意の形状に研削加工できる。環状研磨パッドで研磨を実施する際に、環状研磨パッドが圧縮されて潰れてしまうと、中央研磨パッドが被加工物に当接してしまい、所望の形状に研磨加工できない恐れがある。

本発明の研磨ヘッドでは、環状研磨パッドは中央研磨パッドよりも硬質の研磨部材からなるうえ、研磨パッドを支持する基台も環状研磨パッドに対応する外周部が中央部よりも硬質材から形成されているため、環状研磨パッドで研磨を実施する際においても環状研磨パッドが潰れてしまう恐れを低減できる。

本発明実施形態に係る研磨ヘッドが装着された研磨装置の斜視図である。 研磨ヘッドの斜視図である。 第１実施形態に係る研磨ヘッドの断面図である。 第２実施形態に係る研磨ヘッドの断面図である。 図５（Ａ）は中央研磨パッドでウエーハを研磨加工している様子を示す一部断面側面図、図５（Ｂ）は研磨加工実施後のウエーハの断面図である。 図６（Ａ）は環状研磨パッドでウエーハを研磨する様子を示す一部断面側面図、図６（Ｂ）は研磨終了後のウエーハの断面図である。 図７（Ａ）は環状研磨パッドでウエーハの外周部分を研磨する様子を示す一部断面側面図、図７（Ｂ）は研磨終了後のウエーハの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の研磨ヘッドを具備した研磨装置２の外観斜視図が示されている。４は研磨装置２のベースであり、ベース４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研磨ユニット（研磨手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研磨ユニット１０は、スピンドルハウジング１２と、スピンドルハウジング１２を支持する支持部１４を有しており、支持部１４が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１６に取り付けられている。

研磨ユニット１０は、スピンドルハウジング１２中に回転可能に収容されたスピンドル１８と、スピンドル１８を回転駆動するモータ２０と、スピンドル１８の先端に固定されたヘッドマウント２２と、ヘッドマウント２２に着脱可能に装着された研磨ヘッド２４とを含んでいる。

図２及び図３を参照して、第１実施形態の研磨ヘッド２４について詳細に説明する。図２は研磨ヘッド２４の斜視図、図３は研磨ヘッド２４の断面図をそれぞれ示している。

２６は研磨ヘッド２４の基台であり、基台２６は合成樹脂から形成された円盤状の中央基台部２８と、中央基台部２８を囲繞するステンレス鋼等の金属から形成された環状の外周基台部３０とから構成される。中央基台部２８と外周基台部３０とは接着等により固定されている。

外周基台部３０の表面には円周方向に等間隔離間して複数の（本実施形態では６個）ねじ穴３１が形成されている。これらのねじ穴３１は研磨ヘッド２４をヘッドマウント２２にねじ止めするために使用される。

即ち、図５に示すように、ネジ３３をヘッドマウント２２に形成された取り付け穴（貫通穴）中に挿入し研磨ヘッド２４のねじ穴３１中に螺合して締め付けることにより、研磨ヘッド２４はヘッドマウント２２に固定される。

本実施形態の基台２６は、合成樹脂製の中央基台部２８と、金属製の外周基台部３０とから構成されているが、基台２６はこの構成に限定されるものではなく、外周基台部３０が中央基台部２８より硬質の材料から形成されていればよい。

図３に示されるように、中央基台部２８の下面には中央研磨パッド３２が接着等により固着されており、外周基台部３０の下面には環状研磨パッド３４が接着等により固着されている。環状研磨パッド３４の研磨面３４ａは中央研磨パッド３２の研磨面３２ａより下方に所定距離突出している。

中央研磨パッド３２は研磨すべき被加工物より大きな直径を有しており、基台２６の直径より小径である。本実施形態の研磨ヘッド２４では、中央研磨パッド３２の外周は環状研磨パッド３４の内周に接触している。

中央研磨パッド３２及び環状研磨パッド３４とも、ポリウレタンやフェルトに砥粒を分散させ適宜のボンド材で固定したフェルト砥石から形成されるが、環状研磨パッド３４は中央研磨パッド３２より硬質となるように調整されている。

例えば、ウレタンやフェルトの種類を変更することにより硬度を調整する。しかし、ポリウレタンやフェルト中に砥粒を含まない研磨パッドでも良い。この場合には、研磨中に砥粒を含むスラリーを供給しながら研磨パッドで研磨を実施する。

図４を参照すると、本発明第２実施形態の研磨ヘッド２４Ａの断面図が示されている。本実施形態の研磨ヘッド２４Ａは、中央研磨パッド３２Ａが第１実施形態の中央研磨パッド３２より小径に形成されており、中央研磨パッド３２Ａの外周と環状研磨パッド３４の内周との間に隙間が空いていることを特徴とする。本実施形態のその他の構成は、図２及び図３に示した第１実施形態の研磨ヘッド２４と同様であるので、重複を避けるためその説明を省略する。

再び図１を参照すると、研磨装置２は、研磨ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ３６とパルスモータ３８とから構成される研磨ユニット送り機構４０を備えている。パルスモータ３８を駆動すると、ボールねじ３６が回転し、移動基台１６が上下方向に移動される。

ベース４の上面には凹部４ａが形成されており、この凹部４ａにチャックテーブル機構４２が配設されている。チャックテーブル機構４２はチャックテーブル４４を有しており、チャックテーブル４４は図示しない移動機構によりウエーハ着脱位置Ａと、研磨ユニット１０に対向する研磨位置Ｂとの間でＹ軸方向に移動される。４６は蛇腹である。ベース４の前方側には、研磨装置２のオペレータが研磨条件等を入力する操作パネル４８が配設されている。

次に、図５乃至図７を参照して、上述した第１実施形態の研磨ヘッド２４による研磨方法について説明する。図５（Ａ）を参照すると、中央研磨パッド３２を使用したウエーハ１１の研磨方法が示されている。

ウエーハ１１を保持したチャックテーブル４４を矢印ａ方向に回転させるとともに、研磨ヘッド２４を矢印ｂ方向に回転させながら中央研磨パッド３２の研磨面３２ａをウエーハ１１に接触させて、研磨ユニット送り機構４０を駆動して所定の研磨圧力を掛けながら中央研磨パッド３２でウエーハ１１の研磨を実施する。

この研磨方法の場合には、中央研磨パッド３２の研磨面３２ａがウエーハ１１の表面全体に等しく接触してウエーハ１１を研磨するので、図５（Ｂ）に示すように、ウエーハ１１の表面１１ａは平坦に研磨加工される。

次に、図６（Ａ）を参照して、外周研磨パッド３４を用いるウエーハ１１の研磨方法の一例について説明する。本実施形態の研磨方法では、外周研磨パッド３４がウエーハ１１の中心と外周との間に接触するように位置付ける。

ウエーハ１１を保持したチャックテーブル４４を矢印ａ方向に回転させるとともに、研磨ヘッド２４を矢印ｂ方向に回転させながら研磨ユニット送り機構４０を駆動して外周研磨パッド３４の研磨面３４ａをウエーハ１１の表面に接触させ、所定の研磨送り速度で研磨ユニット１０を下方に研磨送りしながら、ウエーハ１１の表面を研磨する。

図６（Ｂ）に示すように、環状研磨パッド３４をウエーハ１１の外周部分１１Ａに接触させ、ウエーハ１１の中央部分１１Ｂには接触させないで研磨するので、ウエーハ１１は外周部分１１Ａにおいてのみ研磨される。

ここで、環状研磨パッド３４はウエーハ１１より大径であるので、環状研磨パッド３４の接触の頻度は外周部分１１Ａの内側で高く外側で低くなるため、図６（Ｂ）に示すような形状に、ウエーハ１１を研磨することができる。ウエーハ１１の内周部分１１Ｂでは、環状研磨パッド３４がウエーハ１１に当接しないため、内周部分１１Ｂのウエーハ１１の表面１１ａが研磨されることはない。

本実施形態では、外周研磨パッド３４は中央研磨パッド３２よりも硬質の研磨部材から構成される上、研磨パッドを支持する基台２６も、環状研磨パッド３４に対応する環状外周基台３０が中央基台２８よりも硬質材からなるため、環状研磨パッド３４で研磨を実施する際環状研磨パッド３４が潰れてしまう恐れを防止できる。

図７（Ａ）は環状研磨パッド３４でウエーハ１１を研磨する別の実施形態を示している。本実施形態では、環状研磨パッド３４をチャックテーブル４４に保持されたウエーハ１１の最外周部に位置付ける。

そして、ウエーハ１１を保持したチャックテーブル４４を矢印ａ方向に回転させるとともに、研磨ヘッド２４を矢印ｂ方向に回転させながら研磨ユニット送り機構４０を駆動して環状研磨パッド３４をウエーハ１１の最外周部に当接させ、最外周部の研磨を実施する。

環状研磨パッド３４のウエーハの外周部に当接する頻度は最外周程高くなるため、すなわち接触時間が最外周程長くなるため、ウエーハ１１の最外周部１１Ｃを図７（Ｂ）に示すような形状に研磨することができる。

ウエーハ１１の中央部１１Ｄには環状研磨パッド３４が当接しないため、ウエーハ１１の表面１１ａが研磨されることはない。本実施形態の研磨方法でも、図６を参照して説明した研磨方法と同様に環状研磨パッド３４が潰れてしまうことが防止される。

上述した実施形態では、研磨ヘッド２４で研磨する被加工物としてウエーハ１１について説明したが、被加工物はウエーハに限定されるものではなく、セラミック基板、樹脂基板等の他の板状物でも同様に研磨することができる。

１０ 研磨ユニット（研磨手段）
２２ ヘッドマウント
２４，２４Ａ 研磨ヘッド
２６ 基台
２８ 中央基台部
３０ 外周基台部
３２,３２ａ 中央研磨パッド
３４ 環状研磨パッド
４４ チャックテーブル

Claims (1)

1. 一面が研磨装置の研磨手段に装着される基台と、該基台の該一面の背面に配設された研磨パッド部とからなり、被加工物を研磨する研磨ヘッドであって、
   該研磨パッド部は、被加工物より大径で該基台の直径より小径の中央研磨パッドと、該中央研磨パッドを囲繞し該中央研磨パッドより突出した環状研磨パッドと、を含み、
   該環状研磨パッドは該中央研磨パッドよりも硬質の研磨部材から構成され、
   該基台は、該中央研磨パッドが配設される中央部と、該中央部を囲繞し該環状研磨パッドが配設される外周部とを含み、該外周部は該中央部よりも硬質の材料で構成されていることを特徴とする研磨ヘッド。

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