JP7096674B2

JP7096674B2 - 研削研磨装置及び研削研磨方法

Info

Publication number: JP7096674B2
Application number: JP2018014332A
Authority: JP
Inventors: 俊洙禹; 修長井; 宗幸守屋
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2022-07-06
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: TW201934261A; TWI781284B; JP2019130607A; CN110103131A; KR20190093122A; KR102606113B1; CN110103131B

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物に研削研磨加工を施す装置及び方法に関する。

従来から、外周側が反り上がったウェーハを保持テーブルに保持させた状態で研削し、研削後のウェーハを研磨する研削研磨装置がある。このような研削研磨装置においては、反りが有るウェーハを保持テーブルでバキュームリーク無く吸引保持させる為に、ウェーハの外周に水供給手段からノズルを介して水を供給して水シールを形成していた。

そして、研削研磨装置上の保持テーブルにウェーハを搬入出させる搬入出エリアからウェーハを研削加工する研削加工エリアに保持テーブルが移動するまでの間に、形成した水シールが破壊されないようにするため、水供給手段及びノズルを保持テーブルの近くに備えていた。

水シールを形成し研削加工エリアに保持テーブルを移動してウェーハを研削した後、保持テーブルは研磨加工エリアに移動されてウェーハに研磨加工が施される。ここで、研磨加工中においては、加工熱が多く発生するため保持テーブルを冷却する機構が必要となる（例えば、特許文献１参照）。

特許６１６６９５８号公報

従来の研削研磨装置においては、水シールを形成するノズル機構と、研磨中の保持テーブルを冷却する冷却機構とを別々に備えていたため、装置構成が大きく、また、複雑になってしまうという問題があった。
よって、研削研磨装置においては、水シールの形成と保持テーブルの冷却とが別々の機構で行われることで、装置構成が大きく、また、複雑になってしまうという点に解決すべき課題がある。

上記課題を解決するための本発明は、ウェーハを吸引保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段が吸引保持したウェーハを研削砥石で研削する研削手段と、該保持手段が吸引保持した研削後のウェーハを研磨パッドで研磨する研磨手段と、を備えた研削研磨装置であって、該保持手段は、ウェーハを吸引保持する保持面を有するポーラス板と、該保持面を露出させ該ポーラス板を収容する凹部を有する枠体とを備え、該枠体は、下面と該凹部の底面とを連通させ下面側を吸引源に接続する吸引路と、該下面と該凹部外側の上面とを連通させ該下面側を水供給源に接続する連通路と、を備え、該連通路が該上面に開口した噴出口から水を噴出させ、該保持面に載置された該ウェーハの下面の外周側領域と該保持面との隙間を該水で塞いだ後、該保持面に吸引保持されたウェーハの外周縁の外側に該水で水シールを形成しウェーハの外周縁と該保持面との間のバキュームリークを防ぐ場合の第１の水量と、ウェーハを研磨する際に該水を該保持面に到達させずに該保持手段を冷却する場合の第２の水量とを制御する制御手段と、を備えた研削研磨装置である。

前記枠体は、前記凹部を備え前記下面と外側面とを連通する第１の連通路を有する第１の枠体と、該第１の枠体の外側面を囲い、内側面と前記上面とを連通させ該第１の連通路に接続する第２の連通路を有する第２の枠体と、を備えると好ましい。

上記課題を解決するための本発明は、前記研削研磨装置を用いて、ウェーハを前記保持手段に吸引保持させて研削研磨する研削研磨方法であって、前記第１の水量で前記噴出口から水を供給し前記保持面に載置したウェーハの下面の外周側領域と該保持面との隙間を該水で塞いだ後、前記吸引源が生み出す吸引力を該保持面に伝達してウェーハを吸引保持し、ウェーハの外周縁の外側に該水で水シールを形成しウェーハの外周縁と該保持面との間のバキュームリークを防ぐ保持工程と、該水シールを形成させた該保持手段を前記研削手段がウェーハを研削する所定の研削加工位置に移動させる研削準備工程と、該保持手段が保持したウェーハを前記研削砥石で研削する研削工程と、研削工程後、該保持手段を前記研磨手段がウェーハを研磨する所定の研磨加工位置に移動させる研磨準備工程と、該第１の水量より少ない前記第２の水量で前記連通路に通水させ該噴出口から該水を噴出させて該水を該保持面に到達させずに該保持手段を冷却させながら該研磨パッドでウェーハを研磨する研磨加工工程と、を備えた研削研磨方法である。

本発明に係る研削研磨装置は、保持手段は、ウェーハを吸引保持する保持面を有するポーラス板と、保持面を露出させポーラス板を収容する凹部を有する枠体とを備え、枠体は、下面と凹部の底面とを連通させ下面側を吸引源に接続する吸引路と、下面と凹部外側の上面とを連通させ下面側を水供給源に接続する連通路と、を備え、連通路が該上面に開口した噴出口から水を噴出させ、保持面に載置されたウェーハの下面の外周側領域と保持面との隙間を水で塞いだ後、保持面に吸引保持されたウェーハの外周縁の外側に水で水シールを形成しウェーハの外周縁と保持面との間のバキュームリークを防ぐ場合の第１の水量と、ウェーハを研磨する際に水を保持面に到達させずに該保持手段を冷却する場合の第２の水量とを制御する制御手段と、を備えているため、水シールの形成と保持手段の冷却とを別々の機構で行うことなく、連通路に供給する水の量を制御手段により調整するだけで、反ったウェーハを外周縁からバキュームリークなく吸引保持するための研削時における水シールの形成と、研削されたウェーハをさらに研磨する際の保持手段の適切な冷却とが可能になるため、装置構成が大きく複雑になってしまうことがなくなる。また、保持面に吸引保持されたウェーハの外周縁の外側に水で水シールを形成しウェーハの外周縁と保持面との間のバキュームリークを防ぐため、例えば、従来のようにウェーハの下面に環状に水シールを形成した状態でウェーハを研削した場合には水シールがウェーハの下面に転写されてウェーハの下面に跡が残るという問題があったが、そのような問題を発生させることが無い。さらに、研磨加工中において、噴出口から噴出させる水の量を、保持面に到達させずに保持手段を冷却させる第２の水量にしているため、研磨パッドとウェーハとの接触部位に水が入り込んでしまうことが無く、研磨を適切に実施できる。即ち、例えば、スラリを用いる化学的機械研磨においては、スラリが薄まって研磨の効率が下がってしまうといった事態を発生させることが無く、またドライ研磨においても水が付着した研磨パッドで研磨を行わずに済む。

前記研削研磨装置を用いて実施する本発明に係る研削研磨方法は、第１の水量で噴出口から水を供給し保持面に載置したウェーハの下面の外周側領域と保持面との隙間を水で塞いだ後、吸引源が生み出す吸引力を保持面に伝達してウェーハを吸引保持し、ウェーハの外周縁の外側に水で水シールを形成しウェーハの外周縁と保持面との間のバキュームリークを防ぐ保持工程と、水シールを形成させた保持手段を研削手段がウェーハを研削する所定の研削加工位置に移動させる研削準備工程と、保持手段が保持したウェーハを研削砥石で研削する研削工程と、研削工程後、保持手段を研磨手段がウェーハを研磨する所定の研磨加工位置に移動させる研磨準備工程と、第１の水量より少ない第２の水量で連通路に通水させ噴出口から水を噴出させて水を保持面に到達させずに保持手段を冷却させながら研磨パッドでウェーハを研磨する研磨加工工程と、を備えているため、水シールの形成と保持手段の冷却とを別々の機構で行うことなく、連通路に供給する水の量を制御手段により第１の水量と第２の水量とに調整するだけで、反ったウェーハをバキュームリークなく吸引保持するための研削時における水シールの形成と、研削されたウェーハをさらに研磨する際の保持手段の適切な冷却とが可能になる。また、保持面に吸引保持されたウェーハの外周縁の外側に水で水シールを形成しウェーハの外周縁と保持面との間のバキュームリークを防ぐため、例えば、従来のようにウェーハの下面に環状に水シールを形成した状態でウェーハを研削した場合には水シールがウェーハの下面に転写されてウェーハの下面に跡が残るという問題があったが、そのような問題を発生させることが無い。さらに、研磨加工中において、噴出口から噴出させる水の量を、保持面に到達させずに保持手段を冷却させる第２の水量にしているため、研磨パッドとウェーハとの接触部位に水が入り込んでしまうことが無く、研磨を適切に実施できる。即ち、例えば、スラリを用いる化学的機械研磨においては、スラリが薄まって研磨の効率が下がってしまうといった事態を発生させることが無く、またドライ研磨においても水が付着した研磨パッドで研磨を行わずに済む。

研磨研削装置の一例を示す斜視図である。保持手段の構造の一例を示す断面図である。保持手段で保持されたウェーハを研削砥石で研削している状態を示す断面図である。保持手段で保持されたウェーハを研磨パッドで研磨している状態を示す断面図である。

図１に示す研削研磨装置１は、粗研削手段３０、仕上げ研削手段３１、及び研磨手段４を備え、いずれかの保持手段５上に保持されたウェーハＷを粗研削手段３０及び仕上げ研削手段３１により研削し、さらに、研磨手段４により研磨する装置である。
研削研磨装置１は、例えば、第１の装置ベース１０の後方（＋Ｙ方向側）に第２の装置ベース１１を連結して構成されている。第１の装置ベース１０上は、ウェーハＷの搬出入等が行われる搬出入領域Ａとなっている。第２の装置ベース１１上は、粗研削手段３０、仕上げ研削手段３１又は研磨手段４によって保持手段５で保持されたウェーハＷが加工される加工領域Ｂとなっている。

図１に示すウェーハＷは、例えば、シリコン母材等からなる円形板状の半導体ウェーハであり、図１においては下方を向いているウェーハＷの表面Ｗａは、複数のデバイスが形成されており、図示しない保護テープが貼着されて保護されている。ウェーハＷの裏面Ｗｂは、研削加工や研磨加工が施される被加工面となる。

第１の装置ベース１０の正面側（－Ｙ方向側）には、第１のカセット載置部１５０及び第２のカセット載置部１５１が設けられており、第１のカセット載置部１５０には加工前のウェーハＷが収容される第１のカセット１５０ａが載置され、第２のカセット載置部１５１には加工後のウェーハＷが収容される第２のカセット１５１ａが載置される。

第１のカセット１５０ａの開口の後方には、第１のカセット１５０ａから加工前のウェーハＷを搬出するとともに加工後のウェーハＷを第２のカセット１５１ａに搬入するロボット１５５が配設されている。ロボット１５５に隣接する位置には、仮置き領域１５２が設けられており、仮置き領域１５２には位置合わせ手段１５３が配設されている。位置合わせ手段１５３は、第１のカセット１５０ａから搬出され仮置き領域１５２に載置されたウェーハＷを、縮径する位置合わせピンで所定の位置に位置合わせ（センタリング）する。

位置合わせ手段１５３と隣接する位置には、ウェーハＷを保持した状態で旋回するローディングアーム１５４ａが配置されている。ローディングアーム１５４ａは、位置合わせ手段１５３において位置合わせされたウェーハＷを保持し、加工領域Ｂ内に配設されているいずれかの保持手段５へ搬送する。ローディングアーム１５４ａの隣には、加工後のウェーハＷを保持した状態で旋回するアンローディングアーム１５４ｂが設けられている。アンローディングアーム１５４ｂと近接する位置には、アンローディングアーム１５４ｂにより搬送された加工後のウェーハＷを洗浄する枚葉式の洗浄手段１５６が配置されている。洗浄手段１５６により洗浄されたウェーハＷは、ロボット１５５により第２のカセット１５１ａに搬入される。

第２の装置ベース１１上の後方（＋Ｙ方向側）には第１のコラム１２が立設されており、第１のコラム１２の前面には粗研削送り手段２０が配設されている。粗研削送り手段２０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸心を有するボールネジ２００と、ボールネジ２００と平行に配設された一対のガイドレール２０１と、ボールネジ２００に連結しボールネジ２００を回動させるモータ２０２と、内部のナットがボールネジ２００に螺合し側部がガイドレール２０１に摺接する昇降板２０３と、昇降板２０３に連結され粗研削手段３０を保持するホルダ２０４とから構成され、モータ２０２がボールネジ２００を回動させると、これに伴い昇降板２０３がガイドレール２０１にガイドされてＺ軸方向に往復移動し、ホルダ２０４に支持された粗研削手段３０もＺ軸方向に往復移動する。

粗研削手段３０は、軸方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）であるスピンドル３００と、スピンドル３００を回転可能に支持するハウジング３０１と、スピンドル３００を回転駆動するモータ３０２と、スピンドル３００の下端に接続された円形状のマウント３０３と、マウント３０３の下面に着脱可能に接続された研削ホイール３０４とを備える。そして、研削ホイール３０４は、ホイール基台３０４ａと、ホイール基台３０４ａの底面に環状に配設された略直方体形状の複数の粗研削砥石３０４ｂとを備える。粗研削砥石３０４ｂは、例えば、砥石中に含まれる砥粒が比較的大きな砥石である。
例えば、スピンドル３００の内部には、Ｚ軸方向に延びる研削水流路が形成されており、この研削水流路に図示しない研削水供給手段が連通している。研削水供給手段からスピンドル３００に対して供給される研削水は、研削水流路の下端の開口から粗研削砥石３０４ｂに向かって下方に噴出し、粗研削砥石３０４ｂとウェーハＷとの接触部位に到達する。

また、第２の装置ベース１１上の後方には、第２のコラム１３が第１のコラム１２にＸ軸方向に並んで立設しており、第２のコラム１３の前面には仕上げ研削送り手段２１が配設されている。仕上げ研削送り手段２１は、粗研削送り手段２０と同様に構成されており、仕上げ研削手段３１をＺ軸方向に研削送りすることができる。仕上げ研削手段３１は、砥石中に含まれる砥粒が比較的小さな仕上げ研削砥石３１４ｂを備えており、その他の構成は粗研削手段３０と同様となっている。

第２の装置ベース１１上の片側（－Ｘ方向側）には、第３のコラム１４が立設されており、第３のコラム１４の前面には、Ｙ軸方向移動手段２４が配設されている。Ｙ軸方向移動手段２４は、Ｙ軸方向の軸心を有するボールネジ２４０と、ボールネジ２４０と平行に配設された一対のガイドレール２４１と、ボールネジ２４０を回動させるモータ２４２と、内部のナットがボールネジ２４０に螺合し側部がガイドレール２４１に摺接する可動板２４３とから構成される。そして、モータ２４２がボールネジ２４０を回動させると、これに伴い可動板２４３がガイドレール２４１にガイドされてＹ軸方向に移動し、可動板２４３上に配設された研磨手段４が可動板２４３の移動に伴いＹ軸方向に移動する。

可動板２４３上には、研磨手段４を保持手段５に対して接近又は離間するＺ軸方向に昇降させる研磨送り手段２５が配設されている。研磨送り手段２５は、鉛直方向の軸心を有するボールネジ２５０と、ボールネジ２５０と平行に配設された一対のガイドレール２５１と、ボールネジ２５０に連結しボールネジ２５０を回動させるモータ２５２と、内部のナットがボールネジ２５０に螺合し側部がガイドレール２５１に摺接する昇降板２５３と、昇降板２５３に連結され研磨手段４を保持するホルダ２５４とから構成され、モータ２５２がボールネジ２５０を回動させると昇降板２５３がガイドレール２５１にガイドされてＺ軸方向に移動し、ホルダ２５４に支持された研磨手段４もＺ軸方向に移動する。

研磨手段４は、例えば、軸方向が鉛直方向であるスピンドル４０と、スピンドル４０を回転可能に支持するハウジング４１と、スピンドル４０を回転駆動するモータ４２と、スピンドル４０の下端に固定された円形板状のマウント４３と、マウント４３の下面に着脱可能に取り付けられた円形の研磨パッド４４とから構成されている。研磨パッド４４は、例えば、フェルト等の不織布からなり、中央部分にスラリ（遊離砥粒を含む研磨液）が通液される貫通孔が形成されている。研磨パッド４４の直径は、マウント４３の直径と同程度の大きさとなっており、また、保持手段５の直径よりも大径となっている。

スピンドル４０の内部には、軸方向に延びるスラリ流路が形成されており、該スラリ流路に図示しないスラリ供給手段が連通している。スラリ供給手段からスピンドル４０に対して供給されるスラリは、スラリ流路の下端の開口から研磨パッド４４に向かって噴出し、研磨パッド４４の貫通孔を通り研磨パッド４４とウェーハＷとの接触部位に到達する。

図１に示すように、第２の装置ベース１１上には、ターンテーブル６が配設され、ターンテーブル６の上面には、例えば保持手段５が周方向に等間隔を空けて４つ配設されている。ターンテーブル６の中心には、ターンテーブル６を自転させるための図示しない回転軸が配設されており、回転軸を中心としてターンテーブル６をＺ軸方向の軸心周りに自転させることができる。ターンテーブル６が自転することで、４つの保持手段５を公転させ、仮置き領域１５２の近傍から、粗研削手段３０の下方、仕上げ研削手段３１の下方、研磨手段４の下方へと保持手段５を順次位置付けることができる。

図２に示すように、保持手段５は、例えば、その外形が円形板状でありウェーハＷを保持する保持面５０ａを有するポーラス板５０と、保持面５０ａを露出させポーラス板５０を収容する凹部５１１ａを有する枠体５１とを備えている。例えば、枠体５１は、上記凹部５１１ａを備え下面５１１ｂと外側面５１１ｃとを連通する第１の連通路５１１ｆを有する第１の枠体５１１と、第１の枠体５１１の外側面５１１ｃを囲い、内側面５１２ｄと上面５１２ａとを連通させ第１の連通路５１１ｆに接続する第２の連通路５１２ｆを有する第２の枠体５１２とからなる。

ポーラス板５０は、第１の枠体５１１の円形の凹部５１１ａに嵌合している。第１の枠体５１１の上面は、例えば、環状の段差が１段形成されることで、外周側の領域が一段低くなっており、外側下方斜め方向から噴射された水が放物線を描くように第１の枠体５１１の上面に到達できるようになっている。

枠体５１は、第１の枠体５１１の下面５１１ｂと凹部５１１ａの底面とを連通させ下面５１１ｂ側を真空発生装置等の吸引源５９に接続する吸引路５１０を備えている。吸引路５１０の一端側（上端側）は、例えば、凹部５１１ａの底面において複数個所で開口している。吸引路５１０は、例えば、第１の枠体５１１内を下方に延びて、第１の枠体５１１の下面５１１ｂの中央領域でその他端が開口している。

第１の連通路５１１ｆは、第１の枠体５１１内において周方向に等間隔をおいて複数形成されており、各第１の連通路５１１ｆの一端は、それぞれ外側面５１１ｃに開口している。各第１の連通路５１１ｆは、例えば、外側面５１１ｃから第１の枠体５１１の中心に向かって水平に延び、さらに下方に延びて第１の枠体５１１の下面５１１ｂの中央領域でその他端が開口している。

図２に示すように、保持手段５は、保持手段５の下方に配設された回転手段５６によりターンテーブル６上で回転可能となっている。回転手段５６は、例えば、軸方向がＺ軸方向でありその上端が保持手段５の第１の枠体５１１の下面５１１ｂに接続されたスピンドル５６０と、保持手段５の中心を軸に保持手段５を回転させる駆動源であるモータ５６１とを備えたプーリ機構である。モータ５６１のモータシャフトには、主動プーリ５６２が取り付けられており、主動プーリ５６２には無端ベルト５６３が巻回されている。スピンドル５６０の上端側には従動プーリ５６４が取り付けられており、無端ベルト５６３は、この従動プーリ５６４にも巻回されている。モータ５６１が主動プーリ５６２を回転駆動することで、主動プーリ５６２の回転に伴って無端ベルト５６３が回動し、無端ベルト５６３が回動することで従動プーリ５６４及びスピンドル５６０が回転する。

スピンドル５６０の内部には、吸引路５１０に連通するスピンドル吸引路５６０ｂが形成されている。スピンドル吸引路５６０ｂの上端側は、吸引路５１０の他端の開口に繋がっている。スピンドル５６０には、回転するスピンドル５６０に吸引源５９が生み出す吸引力及び後述する水供給源５７が供給する水を遺漏無く移送するロータリージョイント５５が接続されている。スピンドル吸引路５６０ｂはスピンドル５６０内を軸方向に延在しており、その下端側はロータリージョイント５５を介して吸引源５９に連通している。

スピンドル５６０の内部には、各第１の連通路５１１ｆに連通する供給路５６０ａが複数形成されている。各供給路５６０ａの上端側は、各第１の連通路５１１ｆの他端の開口に繋がっている。供給路５６０ａはスピンドル５６０内を軸方向に延在しており、その下端側はロータリージョイント５５及び配管５７１を介してポンプ等から構成される水供給源５７に連通している。

第２の枠体５１２は、円環状の外形を備えており、その内側面５１２ｄを第１の枠体５１１の外側面５１１ｃに当接させた状態で、第１の枠体５１１に図示しない固定ボルト等によって固定されている。なお、第２の枠体５１２は第１の枠体５１１と一体的に形成されていてもよい。
第２の連通路５１２ｆは、第２の枠体５１２内において周方向に等間隔をおいて複数形成されており、内側面５１２ｄに開口する各第２の連通路５１２ｆの一端は、第１の連通路５１１ｆにそれぞれ連通している。第１の枠体５１１の凹部５１１ａの外側に位置する第２の枠体５１２の上面５１２ａには、各第２の連通路５１２ｆの他端が水を噴射する噴出口として周方向に等間隔空けて開口している。
上記第１の枠体５１１に形成された第１の連通路５１１ｆ及び第２の枠体５１２に形成された第２の連通路５１２ｆによって、第１の枠体５１１の下面５１１ｂと凹部５１ａ外側の第２の枠体５１２の上面５１２ａとを連通させ下面５１１ｂ側を水供給源５７に接続する連通路が枠体５１に形成される。

図２に示すように、第２の装置ベース１１上は、ケースカバー７０で覆われており、図１に示す搬出入領域Ａはケースカバー７０から外部に露出している。ケースカバー７０内部の空間には、例えば、ターンテーブル６の上面上に４つの保持手段５の間を区分するように配設された図示しない仕切り板で仕切られて複数の加工室が形成されている。即ち、ケースカバー７０の内部には、少なくとも、粗研削加工が実施される際に保持手段５及び粗研削手段３０の研削ホイール３０４が収容される加工室７１と、仕上げ研削加工が実施される際に保持手段５及び仕上げ研削手段３１の研削ホイール３０４が収容される図示しない加工室と、研磨加工が実施される際に保持手段５及び研磨パッド４４が収容される加工室７２（図４参照）とが形成されている。ターンテーブル６の回転により各加工室間を保持手段５は移動可能である。また、図示しない仕切り板により、例えば、粗研削加工中において使用される研削水や発生する研削屑等が、加工室７１から研磨加工が実施される加工室７２に流れ込んでしまうことはない。

例えば、各保持手段５の周囲には、回転カバー５３が配設されている。回転カバー５３は、ターンテーブル６の上面に立設する側壁部５３０と、側壁部５３０の上端から保持手段５の中心側に延びる天井部５３１とを有している。保持手段５の保持面５０ａは、天井部５３１の円形の開口から上方に突き出した状態になっている。例えば、天井部５３１の先端の延在位置及び先端形状と、第２の枠体５１２の上面５１２ａにおける第２の連通路５１２ｆの噴出口の位置とを調整することで、噴出口から噴射される水の移動方向や速度等を調整可能としてもよい。

図１、２に示すように、研削研磨装置１は、ＣＰＵ及びメモリ等の記憶素子で構成され装置全体の制御を行う制御手段９を備えている。制御手段９は、図示しない配線によって、粗研削送り手段２０、Ｙ軸方向移動手段２４、及び回転手段５６等に電気的に接続されており、制御手段９の制御の下で、粗研削送り手段２０による粗研削手段３０の上下方向への移動動作、研磨加工時におけるＹ軸方向移動手段２４による研磨手段４のＹ軸方向における往復動作、及び回転手段５６による保持手段５の回転動作等が制御される。

例えば、水供給源５７とスピンドル５６０の供給路５６０ａとを繋ぐ配管５７１上には、図示しない流量調整弁５７２（例えば、電磁比例制御弁）が配設されており、該流量調整弁５７２は制御手段９に電気的に接続されている。制御手段９は流量調整弁５７２に送る制御信号を増減させて弁の絞りを可変することで、配管５７１から第２の連通路５１２ｆを流れる水の流量を調整可能である。即ち、第２の連通路５１２ｆが第２の枠体５１２の上面５１２ａに開口した噴出口から水を噴出させ、ウェーハＷと保持面５０ａとの間に水シールを形成する場合の水量（第１の水量）と、研磨加工時に保持手段５を冷却する場合の水量（第２の水量）とを制御手段９が制御することができる。
なお、制御手段９による上記水量の制御は、本実施形態に示すような流量調整弁５７２に対する制御信号の増減を介して行われる例に限定されるものではなく、水供給源５７が制御手段９によって直接制御されることでなされるものであってもよい。

以下に、上記図１に示す研削研磨装置１を用いてウェーハＷに研削加工及び研磨加工を施す場合の各工程について説明する。

（１）保持工程
まず、図１に示すターンテーブル６が自転することで、ウェーハＷが載置されていない状態の保持手段５が公転し、保持手段５がローディングアーム１５４ａの近傍まで移動する。ロボット１５５が第１のカセット１５０ａから一枚のウェーハＷを引き出し、ウェーハＷを仮置き領域１５２に移動させる。次いで、位置合わせ手段１５３によりウェーハＷがセンタリングされた後、ローディングアーム１５４ａが、センタリングされたウェーハＷを保持手段５上に移動させる。そして、図２に示すように、保持手段５の中心とウェーハＷの中心とが略合致するように、ウェーハＷが裏面Ｗｂを上に向けた状態で保持面５０ａ上に載置される。図２において破線で示す保持面５０ａに載置された状態のウェーハＷは、例えば、その全体が中凹状に湾曲している、即ち、ウェーハＷの裏面Ｗｂの外周側の領域から中央の領域に向かって徐々に低くなっていくような反りを有している。

次いで、水供給源５７が配管５７１に水を送出する。該水は、配管５７１、ロータリージョイント５５、スピンドル５６０の各供給路５６０ａ、及び第１の枠体５１１の第１の連通路５１１ｆを通り、第２の枠体５１２の第２の連通路５１２ｆの噴出口から噴出する。さらに、制御手段９が流量調整弁５７２を調節し、該噴出口から噴出する水の量が、ウェーハＷと保持面５０ａとの間に水シールを形成する場合の第１の水量（例えば、３Ｌ／分～５Ｌ／分）に調整される。

図２に示すように、噴出口から噴出した水は、例えば、保持面５０ａの外側斜め下方から放物線を描くようにして、破線で示すウェーハＷの反った外周縁と保持面５０ａとの隙間に到達する。その結果、ウェーハＷの反った外周縁と保持面５０ａとの間の隙間が水シールによって塞がれる。この状態で、吸引源５９が作動して生み出された吸引力が、スピンドル５６０のスピンドル吸引路５６０ｂ及び第１の枠体５１１の吸引路５１０を通りポーラス板５０の保持面５０ａに伝達されることにより、保持手段５が保持面５０ａ上でウェーハＷ（実線で示すウェーハＷ）をバキュームリークさせることなく吸引保持する。

（２）粗研削準備工程
次に、水シールを形成させた保持手段５を粗研削手段３０がウェーハＷを研削する所定の研削加工位置に移動させる。即ち、図１、２に示すターンテーブル６が＋Ｚ方向から見て反時計回り方向に自転することで、水シールが形成されバキュームリークなくウェーハＷを吸引保持した状態の保持手段５が公転し図２に示す加工室７１内に収容され、また、粗研削手段３０の粗研削砥石３０４ｂと保持手段５に保持されたウェーハＷとの位置合わせがなされる。位置合わせは、例えば、粗研削砥石３０４ｂの回転軌跡がウェーハＷの回転中心を通るように行われる。このターンテーブル６が自転しているとき、保持手段５のスピンドル５６０の回転を停止させている。または、ターンテーブル６の回転方向に対して逆方向に回転させてもよい。

（３）粗研削工程
図３に示すように、モータ３０２によりスピンドル３００が所定の回転速度で回転されるのに伴って、粗研削砥石３０４ｂが回転する。また、粗研削手段３０が粗研削送り手段２０により－Ｚ方向へと送られ、回転する粗研削砥石３０４ｂが保持手段５で保持されたウェーハＷの裏面Ｗｂに当接することで研削加工が行われる。また、回転手段５６が保持手段５を所定の回転速度（例えば、３００ｒｐｍ～５００ｒｐｍ）で回転させるのに伴い保持面５０ａ上に保持されたウェーハＷも回転するので、粗研削砥石３０４ｂがウェーハＷの裏面Ｗｂ全面の粗研削加工を行う。粗研削加工中においても、第２の連通路５１２ｆの噴出口から第１の水量（例えば、３Ｌ／分～５Ｌ／分）で水が噴出され、水シールの形成が維持される。また、図示しない研削水供給手段が、研削水をスピンドル３００中の研削水流路を通して粗研削砥石３０４ｂとウェーハＷの裏面Ｗｂとの接触部位に供給して、接触部位を冷却・洗浄する。

（４）仕上げ研削準備工程
仕上げ厚さの手前までウェーハＷが粗研削された後、粗研削送り手段２０が粗研削手段３０を上昇させウェーハＷから離間させる。図１、３に示すターンテーブル６が＋Ｚ方向から見て反時計回り方向に回転して、水シールが形成されバキュームリークなくウェーハＷを吸引保持する保持手段５が仕上げ研削手段３１の下方まで移動する。なお、粗研削によりウェーハＷの反りが解消されている場合には、仕上げ研削準備工程は、水供給源５７からの保持手段５に対する水の供給を止めて水シールを解除した状態で行ってもよい。

（５）仕上げ研削工程
図１に示す仕上げ研削手段３１の仕上げ研削砥石３１４ｂと保持手段５で吸引保持されたウェーハＷとの位置合わせが行われた後、仕上げ研削手段３１が仕上げ研削送り手段２１により下方へと送られ、回転する仕上げ研削砥石３１４ｂがウェーハＷの裏面Ｗｂに当接し、また、保持手段５が回転することに伴って保持面５０ａに保持されたウェーハＷが回転して、ウェーハＷの裏面Ｗｂの全面が仕上げ研削される。また、研削水が仕上げ研削砥石３１４ｂとウェーハＷとの接触部位に対して供給され、接触部位が冷却・洗浄される。

（６）研磨準備工程
仕上げ厚さまで研削され裏面Ｗｂの平坦性がより高められたウェーハＷから仕上げ研削砥石３１４ｂを離間させた後、図１に示すターンテーブル６が＋Ｚ方向から見て反時計回り方向に自転することで、仕上げ研削後のウェーハＷを保持する保持手段５が公転し図４に示す加工室７２内に収容され、研磨手段４がウェーハＷを研磨する所定の研磨加工位置に保持手段５が位置付けられる。研磨手段４の研磨パッド４４に対するウェーハＷの位置合わせは、例えば図４に示すように、研磨パッド４４がウェーハＷの裏面Ｗｂ全面に当接するように行われる。

（７）研磨加工工程
図４に示すように、モータ４２によりスピンドル４０が回転駆動されるのに伴って研磨パッド４４が回転する。また、研磨手段４が研磨送り手段２５により－Ｚ方向へと送られ、研磨パッド４４がウェーハＷの裏面Ｗｂに当接することで研磨加工が行われる。また、回転手段５６が保持手段５を所定の回転速度（例えば、８００ｒｐｍ）で回転させるのに伴い保持面５０ａ上に保持されたウェーハＷも回転するので、研磨パッド４４がウェーハＷの裏面Ｗｂ全面の研磨加工を行う。また、研磨加工中は、スラリを研磨パッド４４とウェーハＷの裏面Ｗｂとの接触部位に対して供給する。

研磨加工中に研磨手段４をウェーハＷの面方向（水平方向）に移動させない場合、裏面Ｗｂに縞模様が形成される場合があり、これはウェーハＷの抗折強度を低下させる要因となる。そこで、研磨加工中においては、Ｙ軸方向移動手段２４が研磨手段４をＹ軸方向に往復移動させて、研磨パッド４４をウェーハＷの裏面Ｗｂ上でＹ軸方向に摺動させる。

スラリを用いた研磨加工（所謂、ＣＭＰ）が開始されると、保持手段５に加工熱が多く加わるため、水供給源５７が配管５７１に水を送出する。該水は、スピンドル５６０の各供給路５６０ａ及び第１の枠体５１１の第１の連通路５１１ｆを通り、第２の枠体５１２の第２の連通路５１２ｆの噴出口から噴出するため、保持手段５が内部から冷却される。さらに、制御手段９が流量調整弁５７２を調節し、第１の連通路５１１ｆ及び第２の連通路５１２ｆを通る水の量が、先に水シールを形成させた際の第１の水量（例えば、３Ｌ／分～５Ｌ／分）より少ない第２の水量（例えば、１Ｌ／分）に調整される。

水量の調整が行われ第２の連通路５１２ｆの噴出口から噴出する水は、水シール形成時と異なり保持面５０ａに到達する勢いを持たない。さらに、保持手段５の回転速度（例えば、８００ｒｐｍ）を研削加工を実施した際の回転速度（例えば、３００ｒｐｍ～５００ｒｐｍ）より速く設定しているため、保持手段５に加わる遠心力は研削加工時より大きくなっており、その結果、第２の連通路５１２ｆの噴出口から噴出する水は、保持面５０ａとは離れる径方向外側に向かって流れ落ちていく。このように、保持手段５を冷却し第２の連通路５１２ｆの噴出口から噴出した水は、保持面５０ａには到達しないため、研磨パッド４４とウェーハＷの裏面Ｗｂとの接触部位（加工点）に水が入り込んでしまうこともなく、加工点においてスラリが薄まってしまう等の不具合も発生しない。

例えば、本実施形態のように保持手段５の周囲に回転カバー５３が配設されていると、第２の連通路５１２ｆの噴出口から噴出して保持面５０ａとは離れる径方向外側に向かった水が上方向に跳ねてしまった場合でも、天井部５３１によって研磨パッド４４の下面に付着してしまうことを防ぐことができる。該水は、例えば、回転カバー５３の側壁部５３０等によって図示しない排水口等に誘導される。

一枚のウェーハＷの研磨を完了させた後、研磨送り手段２５により研磨手段４を＋Ｚ方向へと移動させて研磨加工済みのウェーハＷから離間させる。また、保持手段５の回転が停止され、ターンテーブル６が＋Ｚ方向から見て反時計回り方向に自転することで、研磨加工後のウェーハＷを保持する保持手段５が公転し、保持手段５が図１に示すアンローディングアーム１５４ｂの近傍まで移動する。さらに、水供給源５７からの保持手段５に対する水の供給が停止される。

次いで、保持手段５上に吸引保持されている研磨加工が施されたウェーハＷを、アンローディングアーム１５４ｂが吸引保持し、また、吸引源５９による吸引を止めて、保持手段５によるウェーハＷの吸引保持を解除する。アンローディングアーム１５４ｂが保持手段５から洗浄手段１５６へとウェーハＷを搬送し、洗浄手段１５６でウェーハＷの洗浄が行われる。洗浄が行われたウェーハＷは、ロボット１５５により第２のカセット１５１ａ内に収容される。

本発明に係る研削研磨装置１は、保持手段５は、ウェーハＷを保持する保持面５０ａを有するポーラス板５０と、保持面５０ａを露出させポーラス板５０を収容する凹部５１１ａを有する枠体５１とを備え、枠体５１は、下面５１１ｂと凹部５１１ａの底面とを連通させ下面５１１ｂ側を吸引源５９に接続する吸引路５１０と、下面５１１ｂと凹部５１１ａ外側の上面５１２ａとを連通させ下面５１１ｂ側を水供給源５７に接続する連通路（第１の連通路５１１ｆ及び第２の連通路５１２ｆ）と、を備え、第２の連通路５１２ｆが上面５１２ａに開口した噴出口から水を噴出させ、ウェーハＷと保持面５０ａとの間に水シールを形成する場合の第１の水量と保持手段５を冷却する場合の第２の水量とを制御する制御手段９と、を備えているため、水シールの形成と保持手段５の冷却とを別々の機構で行うことなく、連通路に供給する水の量を制御手段９により調整するだけで、反ったウェーハＷをバキュームリークなく吸引保持するための研削時における水シールの形成と、研削されたウェーハＷをさらに研磨する際の保持手段５の適切な冷却とが可能になるため、装置構成が大きく、また、複雑になってしまうことがなくなる。

研削研磨装置１を用いて実施する本発明に係る研削研磨方法は、第１の水量で枠体５１の噴出口から水を供給し保持面５０ａに載置したウェーハＷと保持面５０ａとの間に水シールを形成してウェーハＷを保持する保持工程と、水シールを形成させた保持手段５を粗研削手段３０、仕上げ研削手段３１がウェーハＷを研削する所定の研削加工位置に移動させる研削準備工程と、保持手段５が保持したウェーハＷを粗研削砥石３０４ｂ、仕上げ研削砥石３１４ｂで研削する研削工程と、研削工程後、保持手段５を研磨手段４がウェーハＷを研磨する所定の研磨加工位置に移動させる研磨準備工程と、第１の水量より少ない第２の水量で連通路（第１の連通路５１１ｆ及び第２の連通路５１２ｆ）に通水させ噴出口から水を噴出させて保持手段５を冷却させながら研磨パッド４４でウェーハＷを研磨する研磨加工工程と、を備えているため、水シールの形成と保持手段５の冷却とを別々の機構で行うことなく、連通路に供給する水の量を制御手段９により第１の水量と第２の水量とに調整するだけで、反ったウェーハＷをバキュームリークなく吸引保持するための研削時における水シールの形成と、研削されたウェーハＷをさらに研磨する際の保持手段５の適切な冷却とが可能になる。

なお、本発明に係る研削研磨方法は上記実施形態に限定されるものではなく、また、添付図面に図示されている研削研磨装置１の各構成についても、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。

１：研削研磨装置１０：第１の装置ベースＡ：搬出入領域
１５０：第１のカセット載置部１５０ａ：第１のカセット１５１：第２のカセット載置部１５１ａ：第２のカセット
１５２：仮置き領域１５３：位置合わせ手段１５４ａ：ローディングアーム
１５４ｂ：アンローディングアーム１５５：ロボット１５６：洗浄手段
１１：第２の装置ベースＢ：加工領域
１２：第１のコラム２０：粗研削送り手段３０：粗研削手段
１３：第２のコラム２１：仕上げ研削送り手段３１：仕上げ研削手段
１４：第３のコラム２４：Ｙ軸方向移動手段２５：研磨送り手段４：研磨手段
６：ターンテーブル
５：保持手段５０：ポーラス板５０ａ：保持面５１：枠体５３：回転カバー
５１１：第１の枠体５１１ａ：凹部５１１ｂ：第１の枠体の下面５１１ｆ：第１の連通路
５１２：第２の枠体５１２ｆ：第２の連通路５５：ロータリージョイント
５６：回転手段５６０：スピンドル５６０ａ：供給路５６０ｂ：スピンドル吸引路
５７：水供給源５７１：配管５７２：流量調整弁
５９：吸引源
７０：ケースカバー７１、７２：加工室
９：制御手段

Claims

ウェーハを吸引保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段が吸引保持したウェーハを研削砥石で研削する研削手段と、該保持手段が吸引保持した研削後のウェーハを研磨パッドで研磨する研磨手段と、を備えた研削研磨装置であって、
該保持手段は、ウェーハを吸引保持する保持面を有するポーラス板と、該保持面を露出させ該ポーラス板を収容する凹部を有する枠体とを備え、
該枠体は、下面と該凹部の底面とを連通させ下面側を吸引源に接続する吸引路と、該下面と該凹部外側の上面とを連通させ該下面側を水供給源に接続する連通路と、を備え、
該連通路が該上面に開口した噴出口から水を噴出させ、該保持面に載置されたウェーハの下面の外周側領域と該保持面との隙間を該水で塞いだ後、該保持面に吸引保持されたウェーハの外周縁の外側に該水で水シールを形成しウェーハの外周縁と該保持面との間のバキュームリークを防ぐ場合の第１の水量と、ウェーハを研磨する際に該水を該保持面に到達させずに該保持手段を冷却する場合の第２の水量とを制御する制御手段と、を備えた研削研磨装置。
前記枠体は、前記凹部を備え前記下面と外側面とを連通する第１の連通路を有する第１の枠体と、該第１の枠体の外側面を囲い、内側面と前記上面とを連通させ該第１の連通路に接続する第２の連通路を有する第２の枠体と、を備える請求項１記載の研削研磨装置。
請求項１又は２記載の研削研磨装置を用いて、ウェーハを前記保持手段に吸引保持させて研削研磨する研削研磨方法であって、
前記第１の水量で前記噴出口から水を供給し前記保持面に載置したウェーハの下面の外周側領域と該保持面との隙間を該水で塞いだ後、前記吸引源が生み出す吸引力を該保持面に伝達してウェーハを吸引保持し、ウェーハの外周縁の外側に該水で水シールを形成しウェーハの外周縁と該保持面との間のバキュームリークを防ぐ保持工程と、
該水シールを形成させた該保持手段を前記研削手段がウェーハを研削する所定の研削加工位置に移動させる研削準備工程と、
該保持手段が保持したウェーハを前記研削砥石で研削する研削工程と、
研削工程後、該保持手段を前記研磨手段がウェーハを研磨する所定の研磨加工位置に移動させる研磨準備工程と、
該第１の水量より少ない前記第２の水量で前記連通路に通水させ該噴出口から該水を噴出させて該水を該保持面に到達させずに該保持手段を冷却させながら該研磨パッドでウェーハを研磨する研磨加工工程と、を備えた研削研磨方法。