JP6454599B2 - 研磨装置 - Google Patents

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Description

本発明は、研磨パッドの研磨面にスラリーを供給しながらウエーハを研磨する研磨装置に関する。
ウエーハなどの被加工物を研削して薄化すると、ウエーハの抗折強度が低下するため、ウエーハの被加工面を研磨することにより抗折強度を向上させている。ウエーハを研磨する装置として、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）と呼ばれる化学的機械的研磨法によりウエーハを研磨することができる研磨装置が用いられている。研磨装置は、研磨パッドが下側に配置され、ウエーハを保持する保持部が上側に配置された構成が一般的となっており、スラリー（研磨液）を研磨パッドの研磨面に供給しつつウエーハを研磨パッドに対して押し当てながら研磨している。研磨のみを行う専用装置においては、研磨中に使用されたスラリーを例えばタンクで回収し、循環ポンプを使用してスラリーを循環利用することが提案されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。
また、研削と研磨とを一つの装置において実施可能な加工装置も提案されており、この加工装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルが下側に配置され、研削手段や研磨手段が上方側に配置されて構成されている（例えば、下記の特許文献２を参照）。研削後のウエーハを研磨するときには、スラリーをウエーハに供給しつつ研磨パッドをウエーハに対して押し当てながら研磨している。
特開第３３８４５３０号公報 特許第５４０６６７６号公報
しかし、上記したようなスラリーを循環利用できる研磨装置においては、ウエーハを研磨するとき、研磨パッドの研磨面にスラリーを供給し続けるため、スラリーの使用量が多くなってしまい、不経済である。また、上記した加工装置でウエーハを研磨するときには、ウエーハに供給されたスラリーがウエーハを保持するチャックテーブルの周縁側から落下して、研削時における研削廃液と混ざってしまうため、スラリーの再利用が困難となっている。このスラリーを再利用するためには、スラリーと研削廃液とが混合されない装置構成にする必要があるが、そのような構成にすることは困難となっている。さらに、スラリーが混ざった研削廃液からスラリーのみを回収することも難しいため、研削廃液とともに再利用可能なスラリーも廃棄しており、多くのスラリーを無駄にしている。
本発明は、上記の事情にかんがみてなされたもので、スラリーの使用量を抑えるとともに、効率よくスラリーを循環利用できるようにすることを目的としている。
本発明は、ウエ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が保持するウエーハを研磨する研磨パッドを回転可能に装着するスピンドルを有し該研磨パッドの研磨面でウエーハを研磨する研磨手段と、該研磨パッドの該研磨面と該チャックテーブルが保持するウエーハの上面とにスラリーを供給するスラリー供給手段と、該チャックテーブルが保持するウエーハの上面に対して接近及び離間する方向に該研磨手段を研磨送りする研磨送り手段と、を備える研磨装置であって、該チャックテーブルの下側で該スラリーを溜めて該研磨面に該スラリーを循環供給するスラリー循環手段を備え、該スラリー循環手段は、該チャックテーブルが保持するウエーハに該研磨パッドの該研磨面を接触させた研磨位置における該研磨パッドと該チャックテーブルとを囲繞する側壁と該側壁の下部に連接し中央に該チャックテーブルを露出させる開口を有する底板と該開口の内周縁において立設する内側壁とにより構成される凹形状の桶部と、該研磨パッドの該研磨面に向けてエアを噴出するエア噴出口を該桶部に溜められたスラリーの中に有するエア供給手段とを備え、該エア噴出口から噴出するエアが該桶部に溜められた該スラリーを噴き上げて該研磨パッドの該研磨面に循環供給する。
本発明の研磨装置は、研磨パッドとチャックテーブルが保持するウエーハとにスラリーを供給するスラリー供給手段と、チャックテーブルの下側でスラリーを溜めて研磨パッドの研磨面にスラリーを循環供給するスラリー循環手段とを備え、スラリー循環手段は、チャックテーブルの周囲においてスラリーを溜める凹部形状の桶部と、研磨パッドの研磨面に向けてエアを噴出するエア噴出口を該桶部に溜められたスラリーの中に有するエア供給手段とを備えたため、スラリー供給手段により、研磨パッドの研磨面とウエーハの上面とにスラリーを供給し、回転するチャックテーブルと研磨パッドとの周囲にスラリーが飛散しても桶部にスラリーを溜めることができる。
そして、エア供給手段は、エア噴出口からエアを噴出させて桶部に溜まったスラリーを噴き上げるため、研磨パッドの研磨面にスラリーを循環供給することができる。よって、スラリーの使用量を少なくするとともに、効率よくスラリーを循環利用することができる。
研磨装置の構成を示す斜視図である。 研磨手段，チャックテーブル及びスラリー循環手段の構成を示す断面図である。 スラリー循環手段を用いて、研磨パッドにスラリーを循環供給しながらウエーハを研磨する状態を示す断面図である。 スラリー循環手段の変形例の構成を示す断面図である。 スラリー循環手段の変形例を用いて、研磨パッドにスラリーを循環供給しながらウエーハを研磨する状態を示す断面図である。
図１に示す研磨装置１は、ＣＭＰによりウエーハを研磨する研磨装置の一例である。研磨装置１は、Ｙ軸方向にのびる装置ベース２を有しており、装置ベース２の上には、ウエーハを保持するとともに回転可能なチャックテーブル３を備えている。チャックテーブル３の上面は、ウエーハを保持する保持面３ａとなっており、保持面３ａには、図示しない吸引源が接続されている。チャックテーブル３の下端には、図２に示すモータ４が接続された回転軸５が連結されている。モータ４が回転軸５を回転させることにより、チャックテーブル３を所定の回転速度で回転させることができる。
装置ベース２の内部には、Ｙ軸方向にのびる基台６が配設されている。基台６の上には、チャックテーブル３をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向送り手段１０が配設されている。Ｙ軸方向送り手段１０は、Ｙ軸方向にのびるボールネジ１１と、ボールネジ１１の一端を回動可能に軸受けする軸受部１２と、ボールネジ１１の他端に接続されたモータ１３と、ボールネジ１１と平行にのびる一対のガイドレール１４と、チャックテーブル３を下方から支持する移動台１５とを備えている。移動台１５の下部には一対のガイドレール１４が摺接し、移動台１５の中央部に形成されたナットにボールネジ１１が螺合している。モータ１３がボールネジ１１を回動させることにより、移動台１５とともにチャックテーブル３をＹ軸方向に移動させることができる。
装置ベース２のＸ軸方向後部には、コラム７が立設されている。コラム７の前方においてチャックテーブル３が保持するウエーハを研磨する研磨手段２０と、チャックテーブル３が保持するウエーハの上面に対して接近及び離間する方向に研磨手段２０を研磨送りする研磨送り手段３０とを備えている。
研磨手段２０は、Ｚ軸方向の軸心を有するスピンドル２１と、スピンドル２１を回転可能に囲繞して支持するハウジングを保持するホルダ２２と、スピンドル２１の一端に接続されたモータ２３と、スピンドル２１の下端にマウント２４を介して着脱可能に装着された研磨パッド２５とを備えている。研磨パッド２５の下面は、ウエーハを研磨する研磨面２５ａとなっている。図２に示すスピンドル２１の回転中心には、軸方向に沿って延在する貫通孔２６が形成されている。
図１に示す研磨送り手段３０は、コラム７に固定された固定部３１と、Ｚ軸方向にのびるボールネジ３２と、ボールネジ３２の一端に接続されたモータ３３と、ボールネジ３２と平行にのびる一対のガイドレール３４と、一方の面が研磨手段２０に連結された昇降板３５とを備えている。昇降板３５の他方の面には一対のガイドレール３４が摺接し、昇降板３５の中央部に形成されたナットにはボールネジ３２が螺合している。モータ３３がボールネジ３２を駆動することにより、昇降板３５とともに研磨手段２０をＺ軸方向に昇降させることができる。
基台２の上面であってＹ軸方向送り手段１０の近傍には、研磨手段２０の研磨パッド２５によりウエーハに対して研磨を行うことができるチャックテーブル３の加工位置を検出する加工位置センサ８が配設されている。移動台１５の側面には、加工位置センサ８が認識する位置決め部９が配設されている。この加工位置センサ８が位置決め部９を検出したときのチャックテーブル３の位置が加工位置になる。加工位置とは、チャックテーブル３に保持されたウエーハの上面全域と、少なくとも研磨パッド２５の研磨面２５ａの中央領域とが重なり合う位置である。
研磨装置１は、研磨手段２０に接続され研磨パッド２５とチャックテーブル３が保持するウエーハとにスラリーを供給するスラリー供給手段４０と、チャックテーブル３の下方の位置でスラリーを溜めて研磨パッド２５の研磨面２５ａにスラリーを循環供給するスラリー循環手段５０を備えている。
スラリー供給手段４０は、図２に示すように、スピンドル２１の貫通孔２６に挿入されたスラリー供給パイプ４１と、スラリー供給パイプ４１の上端にバルブ４３を介して接続されたスラリー供給源４４とを備えている。スラリー供給パイプ４１の下端には、スラリーを噴出させる供給口４２が形成されている。そして、バルブ４３を開くことにより、所定の供給量のスラリーをスラリー供給パイプ４１の供給口４２から下方に噴出させることができる。
スラリー循環手段５０は、チャックテーブル３の周囲を囲繞しスラリーを溜める凹形状の桶部５１と、研磨パッド２５の研磨面２５ａに向けてエアを噴出するエア供給手段５５とを備えている。桶部５１は、チャックテーブル３とともにＹ軸方向に移動可能であり、研磨手段２０によってウエーハを研磨する研磨位置で研磨パッド２５とチャックテーブル３とを囲繞する側壁５２と、側壁５２の下部に連接し中央にチャックテーブル３を露出させる開口を有する底板５３と、該開口の内周縁から立設する内側壁５４とにより構成されている。研磨位置とは、チャックテーブル３が保持するウエーハの上面に研磨パッド２５の研磨面２５ａを接触させた状態における研磨手段２０の高さ位置である。側壁５２は、研磨手段２０が研磨位置にある場合における研磨パッド２５の位置よりも高い位置まで延在しており、研磨加工中に研磨パッド２５とチャックテーブル３との周囲をカバーし、スラリーが飛散するのを防止することができる。
エア供給手段５５は、桶部５１を構成する底板５３の直下に接続されており、スラリーが溜められる底板５３に形成されたエア噴出口５６と、エア噴出口５６にバルブ５８を介して接続されたエア供給源５７とを備えている。桶部５１にスラリーが溜まった状態のときにバルブ５８を開くと、エア噴出口５６から所定の流量のエアを噴出させ桶部５１に溜まったスラリーを噴き上げることができる。なお、エア噴出口５６の大きさは、例えば直径８〜１０ｍｍ程度である。
エア噴出口５６は、チャックテーブル３に近接した位置に形成されることが好ましい。これにより、回転する研磨パッド２５の研磨面２５ａに循環供給されるスラリーが、チャックテーブル３に保持されるウエーハに付着しやすくなる。
エア噴出口５６には、バルブ６１を介して吸引源６０が接続されている。バルブ５８を閉じるとともにバルブ６１を開くことにより、吸引源６０の吸引力をエア噴出口５６に作用させて桶部５１に溜められたスラリーを吸引して装置外部へ排出することができる。
次に、研磨装置１の動作例について説明する。図２に示すウエーハＷは、被加工物の一例であって、研磨パッド２５によって研磨される上面Ｗａが被研磨面となっている。一方、上面Ｗａと反対側にある面がチャックテーブル３の保持面３ａで吸引保持される下面Ｗｂとなっている。
チャックテーブル３の保持面３ａにウエーハＷを載置したら、吸引源の吸引力によって保持面３ａでウエーハＷを吸引保持する。図１に示したＹ軸方向送り手段１０のモータ１３がボールネジ１１を回動させ、移動基台１５とともにチャックテーブル３をＹ軸方向に移動させる。そして、加工位置センサ８が位置決め部９を検出したら、チャックテーブル３が加工位置に位置づけられたものと認識して、研磨送り手段３０のモータ３３がボールネジ３２を回動させ、昇降板３５とともに研磨手段２０を下降させる。
図３に示すように、スラリー供給手段４０は、バルブ４３を開いてスラリー供給源４４とスラリー供給パイプ４１とを連通させ、所定の供給量のスラリーをスラリー供給パイプ４１に流入させ、スラリー供給パイプ４１に沿って供給口４２からスラリー４５を噴出させる。スラリーの供給量としては、例えば１００〜２００ｍｌ／ｍｉｎに設定する。
研磨パッド２５をチャックテーブル３に対して接近する方向に研磨送りしながら、スピンドル２１が回転して研磨パッド２５を例えば１０００ｒｐｍで矢印Ａ方向に回転させながら、チャックテーブル３を例えば３００ｒｐｍで矢印Ａ方向に回転させる。そして、下降しながら回転する研磨パッド２５の研磨面２５ａを回転するウエーハＷの上面Ｗａの全面に接触させ、研磨パッド２５とウエーハＷとを相対的に摺動させる。
このとき、スラリー供給パイプ４１の噴出口４２から噴出するスラリー４５が、回転するウエーハＷの上面Ｗａと研磨パッド２５の研磨面２５ａとに供給されて上面Ｗａと研磨面２５ａとの間に進入すると、スラリー４５による化学的作用と研磨パッド２５による機械的作用とが相まって、ウエーハＷの上面Ｗａを研磨することができる。ウエーハＷの研磨中は、スラリー４５が側壁５２に当たったり、チャックテーブル３の周縁から流れ落ちたりして桶部５１に溜まる。桶部５１にスラリーを１００〜２００ｍｌ溜める。
スラリー供給手段４０は、所定の供給量のスラリー４５がスラリー供給パイプ４１に流入したらバルブ４３を閉じる。続いてエア供給手段５５は、桶部５１に溜まったスラリーの液溜まり４５ａに覆われたエア噴出口５６から所定の流量のエアを噴出させてスラリー４５を研磨パッド２５の研磨面２５ａに循環供給する。エアの流量は、例えば５０ｌ／ｍｉｎに設定する。
具体的には、エア供給手段５５は、バルブ５８を開けてエア供給源５７とエア噴出口５６とを連通させ、エア噴出口５６から研磨パッド２５の研磨面２５ａに向けて所定の流量のエアを噴出させる。この噴出されたエアが、桶部５１に溜まったスラリーの液溜まり４５ａの下方から圧力をかけてスラリー４５を噴き上げることにより、回転中の研磨パッド２５の研磨面２５ａにスラリー４５を循環供給する。
回転する研磨パッド２５の研磨面２５ａに供給されたスラリー４５は、研磨パッド２５の回転によって連れまわり、チャックテーブル３に保持されたウエーハＷの上面Ｗａにも付着して上面Ｗａの研磨に供される。このようにしてウエーハＷの研磨加工が終了したら、バルブ５８を閉じるとともにバルブ６１を開けて吸引源６０とエア噴出口５６とを連通させ、桶部５１に溜められたスラリー４５を吸引し装置外部へ排出する。
このように、研磨装置１に備えるスラリー循環手段５０が、チャックテーブル３の周囲においてスラリー４５を溜める凹形状の桶部５１と、研磨パッド２５の研磨面２５ａに向けてエアを噴出するエア噴出口５６を桶部５１に溜められたスラリーの中に有するエア供給手段５５とを備えたため、スラリー供給手段４０を構成するスラリー供給パイプ４１から所定の供給量のスラリー４５を研磨パッド２５の研磨面２５ａとウエーハＷの上面Ｗａとに供給しチャックテーブル３及び研磨パッド２５の周囲にスラリー４５が飛散しても、桶部５１においてスラリー４５を溜めることができる。
桶部５１にスラリー４５が溜まったら、エア供給手段５５がエア噴出口５６からエアを噴出させて桶部５１に溜まったスラリー４５を噴き上げるため、研磨パッド２５の研磨面２５ａにスラリー４５を循環供給することができる。
したがって、スラリー４５の使用量を必要最小限に抑えて、効率よくスラリー４５を循環利用すること可能となる。
図４に示すスラリー循環手段７０は、スラリー循環手段の変形例である。スラリー循環手段７０は、スラリーを溜める凹部形状の桶部７１と、桶部７１の下方側に接続されエアを噴出させるエア供給手段７６とを備えている。桶部７１は、上下方向に伸縮可能なジャバラ部７２と、ジャバラ部７２の下端部に連接され中央にチャックテーブル３を露出させる開口を有する底板７３と、該開口の内周縁から立設する内側壁７４とにより構成されている。エア供給手段７６は、上記エア供給手段５５と同様、底板７３に形成されたエア噴出口７７と、エア噴出口７７にバルブ７８を介して接続されたエア供給源７９とを備えている。ジャバラ部７２には、ジャバラ部７２を伸縮させる昇降シリンダ７５が接続されている。昇降シリンダ７５は、シリンダ７５０と、ジャバラ部７２の上端部に連結される支持部７５１と、支持部７５１に接続されるピストン７５２とにより構成されている。
図５に示すように、スラリー循環手段７０によって研磨パッド２５にスラリーを循環供給しながら、研磨パッド２５でウエーハＷを研磨するときは、シリンダ７５０の内部をピストン７５２が上方側に移動することにより支持部７５１を上昇させてジャバラ部７２を伸ばし、研磨位置における研磨パッド２５とチャックテーブル３との周囲をジャバラ部７２で囲繞する。このように、必要に応じてジャバラ部７２を上下方向に伸縮させる構成としたことにより、研磨中以外はジャバラ部７２を下方に退避させることで、ジャバラ部７２が邪魔になるのを防止することができる。その後、スラリー循環手段７０は、上記したスラリー循環手段５０と同様に、バルブ７８を開けて、エア供給源７９とエア噴出口７７とを連通させてエア噴出口７７から所定の流量のエアを噴出させ、桶部５１からスラリー４５を噴き上げて研磨パッド２５の研磨面２５ａにスラリー４５を循環供給する。スラリー循環手段７０においても、スラリー４５の使用量を必要最小限に抑えて効率よくスラリー４５を循環利用することが可能となる。
上記実施形態に示したスラリー供給手段４０は、スラリー供給パイプ４１をスピンドル２１の貫通孔２６に挿入し、研磨パッド２５とウエーハＷの上面Ｗａとにスラリー４５を供給する構成となっているが、例えば、研磨手段とは別に桶部５１，７１の上方にスラリー供給手段を配置することにより、桶部５１，７１にスラリーを直接供給する構成にしてもよい。
また、上記実施形態では、スラリー供給手段４０からスラリーを供給し研磨パッドでウエーハを研磨しながら桶部５１にスラリーを溜めるとしたが、研磨パッドをウエーハに接触させる前にスラリーを供給して桶部５１、７１に所定量のスラリーを溜めた後、研磨パッド２５をウエーハに接触させエア供給手段５５でエアを供給し研磨パッド２５の研磨面２５ａにスラリー４５を循環供給させてもよい。
研磨装置１では、任意の所定枚数のウエーハＷを研磨する毎に桶部５１，７１に溜またスラリーを排出し、次のウエーハＷの研磨時に新たにスラリーを桶部５１，７１に溜めるようにしてもよい。所定の複数枚のウエーハＷを研磨する毎に桶部５１，７１に溜まったスラリーを入れ替えれば、同じ加工レートによってウエーハＷを効率よく研磨加工することが可能となる。
上記実施形態に示したスラリー循環手段５０，７０は、研磨装置１のほか、研削と研磨とを行うことができる加工装置に搭載してもよい。このような加工装置では、スラリー循環手段を設けることで、スラリーが研削液と混ざらず、スラリーのみを再利用可能であるため、スラリーを廃棄する必要がなくなる。なお、この加工装置においてウエーハを研磨するときは、あらかじめ桶部５１，７１を洗浄機構等により洗浄して研削屑等を含む研削廃液を除去することが好ましい。
１：研磨装置 ２：装置ベース ３：チャックテーブル ３ａ：保持面
４：モータ ５：回転軸 ６：基台 ７：コラム ８：加工位置センサ ９：位置決め部
１０：Ｙ軸方向送り手段 １１：ボールネジ １２：軸受部 １３：モータ
１４：ガイドレール １５：移動台
２０：研磨手段 ２１：スピンドル ２２：ホルダ ２３：モータ
２４：マウント ２５：研磨パッド ２５ａ：研磨面 ２６：貫通孔
３０：研磨送り手段 ３１：固定部 ３２：ボールネジ ３３：モータ
３４：ガイドレール ３５：昇降板
４０：スラリー供給手段 ４１：スラリー供給パイプ ４２：供給口
４３：バルブ ４４：スラリー供給源 ４５：スラリー ４５ａ：液溜まり
５０：スラリー循環手段 ５１：桶部 ５２：側壁 ５３：底板 ５４：内側壁
５５：エア供給手段 ５６：エア噴出口 ５７：エア供給源 ５８：バルブ
６０：吸引源 ６１：バルブ
７０：スラリー循環手段 ７１：桶部 ７２：ジャバラ部 ７３：底板 ７４：内側壁
７５：昇降シリンダ ７５０：シリンダ ７５１：支持部 ７５２：ピストン
７６：エア供給手段 ７７：エア噴出口 ７８：バルブ ７９：エア供給源

Claims (1)

  1. ウエ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が保持するウエーハを研磨する研磨パッドを回転可能に装着するスピンドルを有し該研磨パッドの研磨面でウエーハを研磨する研磨手段と、該研磨パッドの該研磨面と該チャックテーブルが保持するウエーハの上面とにスラリーを供給するスラリー供給手段と、該チャックテーブルが保持するウエーハの上面に対して接近及び離間する方向に該研磨手段を研磨送りする研磨送り手段と、を備える研磨装置であって、
    該チャックテーブルの下側で該スラリーを溜めて該研磨面に該スラリーを循環供給するスラリー循環手段を備え、
    該スラリー循環手段は、該チャックテーブルが保持するウエーハに該研磨パッドの該研磨面を接触させた研磨位置における該研磨パッドと該チャックテーブルとを囲繞する側壁と該側壁の下部に連接し中央に該チャックテーブルを露出させる開口を有する底板と該開口の内周縁において立設する内側壁とにより構成される凹形状の桶部と、
    該研磨パッドの該研磨面に向けてエアを噴出するエア噴出口を該桶部に溜められたスラリーの中に有するエア供給手段とを備え、
    該エア噴出口から噴出するエアが該桶部に溜められた該スラリーを噴き上げて該研磨パッドの該研磨面に循環供給する研磨装置。
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