JP7353406B2

JP7353406B2 - 研磨装置

Info

Publication number: JP7353406B2
Application number: JP2022031448A
Authority: JP
Inventors: 智彦牧野
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2022-03-02
Publication date: 2023-09-29
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: JP2019162705A; JP2022084666A; JP7034785B2

Description

本発明はウェハを研磨する研磨装置に関するものである。

半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）に残存するクラッチを除去するためにウェハを研磨する研磨装置が知られている。

特許文献１記載の研磨装置は、研磨加工に際して研磨パッドをウェハに着座させ、ウェハ及び研磨パッドを回転させながら、研磨パッドをウェハに押圧することによりウェハの上面を研磨する研磨装置である。このような研磨装置では、研磨装置の外部で研磨ヘッドの回転軸上にウェハの厚みを測定する厚み測定手段を配置し、研磨ヘッド中央の空洞を通ってウェハの上面にスラリーを供給しながら、厚み測定手段が空洞を介してウェハの厚みを非接触で測定する。

特開２０１５－１３４３８３号公報

しかしながら、特許文献１記載の研磨装置では、ウェハ毎にウェハ高さが変化する場合には、光学式の厚み測定手段を用いる場合には、厚み測定手段からウェハの上面までの距離を測定に好適な距離に一致するように調整するとともに研磨パッドをウェハに着座させる煩雑な作業を手動で行う必要があった。

そこで、研磨装置のセッティングをスムーズに行うために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る研磨装置は、ウェハの研磨装置であって、前記ウェハの上面を研磨する研磨パッドと、前記研磨パッドの研磨面に開口する収容部と、を備えている研磨ヘッドと、前記収容部内に設けられたセンサヘッドを備え、前記開口を介して前記ウェハの厚みを非接触で測定する光学式の厚み測定手段と、前記研磨ヘッドを前記ウェハに着座させた後に、前記センサヘッドを前記ウェハの上面から所定距離離れた測定位置まで降下させる送り機構と、予め測定された研磨前の前記ウェハの高さに応じて、前記センサヘッドを前記測定位置まで降下させる前記送り機構の送り量を算出する制御装置と、を備えている。

この構成によれば、送り機構がセンサヘッドを測定位置まで降下する途中で研磨ヘッドがウェハに着座すると研磨ヘッドが送り機構から離れることにより、研磨ヘッドをウェハに着座させる作業が省略されるとともにセンサヘッドが測定に好適な測定位置に円滑に降下されるため、研磨装置のセッティングをスムーズに行うことができる。

本発明は、送り機構がセンサヘッドを測定位置まで降下する途中で研磨ヘッドがウェハに着座すると研磨ヘッドが送り機構から離れることにより、研磨ヘッドをウェハに着座させる作業が省略されるとともにセンサヘッドが測定に好適な測定位置に円滑に降下されるため、研磨装置のセッティングをスムーズに行うことができる。

本発明の一実施形態に係る研磨装置を模式的に示す縦断面図。研磨ヘッドの要部を模式的に示す縦断面図。研磨パッド及びウェハの位置関係を示す模式図。加工前の研磨装置のセッティング手順を示す模式図。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置１を模式的に示す縦断面図である。図２は、研磨ヘッド１０の要部を模式的に示す縦断面図である。研磨装置１は、ウェハチャック２に吸着保持されたウェハＷの上面を研磨して、研削加工時に発生したマイクロクラックを含むダメージ層を除去するものである。

ウェハチャック２は、ウェハチャック２の中央を通る回転軸ａ１回りに回転可能に設けられている。ウェハチャック２は、上面にアルミナ等の多孔質材料からなる図示しない吸着体が埋設されている。ウェハチャック２は、内部を通って表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、図示しないロータリージョイントを介して真空源、圧縮空気源又は給水源に接続されている。真空源が起動すると、ウェハチャック２に載置されたウェハＷがウェハチャック２に吸着保持される。また、圧縮空気源又は給水源が起動すると、ウェハＷとウェハチャック２との吸着が解除される。

ウェハチャック２は、図示しないインデックステーブル上に複数配置されている。各ウェハチャック２は、インデックステーブルの回転軸を中心に同心円周上で所定の間隔を離間して配置されている。これにより、研磨装置１とウェハＷの上面を研削する研削装置とを併用する場合に、インデックステーブルを回転させて、研削後のウェハＷを研磨装置１に搬送することにより、ウェハＷを連続して加工することができる。

ウェハＷは、バッググラインドテープや、ガラス基板、シリコン基板等のサポート基板にマウントされた状態でウェハチャック２に吸着保持される。特に、ウェハＷが薄く、大口径化するにつれて、サポート基板が用いられることが多い。

研磨装置１は、ウェハチャック２の上方に設けられた研磨ヘッド１０を備えている。研磨ヘッド１０のスピンドル２０の下端には、研磨パッド３０が水平に取り付けられている。

スピンドル２０は、モータ２１と、モータ２１に接続された中空円筒状の回転部２２と、回転部２２を収容する固定部２３と、回転部２２と固定部２３との間に介装されたベアリング２４と、を備えている。回転部２２は、モータ２１によって回転軸ａ２を中心として回転する。

研磨パッド３０は、回転部２２と一体化されており、回転部２２の回転に伴って回転する。研磨パッド３０は、図示しない加圧シリンダによって研磨パッド３０の研磨面３１が下方に押し付けられる。このようにして、研磨パッド３０が回転しながら加圧シリンダによって下方に押し付けられることにより、ウェハＷの上面が研磨される。研磨パッド３０による研磨量は、例えばウェハＷの上面から２μｍに設定される。

研磨パッド３０には、研磨面３１に開口する供給孔３２が形成されている。供給孔３２は、研磨ヘッド１０の径方向の内側から外側に向かって３列設けられている。供給孔３２は、各列８個ずつ設けられている。各列の供給孔３２は、研磨ヘッド１０の回転軸ａ２を中心に同心円上で互いに所定距離を離間して配置されている。

研磨装置１は、送り機構４０を備えている。送り機構４０は、モータ４１と、ボールネジ４２と、スライダ４３と、を備えている公知のボールネジスライダ機構である。ボールネジ４２は、モータ４１によって回転し、スライダ４３は、ボールネジ４２の回転方向に応じて鉛直方向に昇降する。スライダ４３は、固定部２３の外周から突設された被支持部２５を載せるように支持している。

回転部２２内の空洞２６には、内部にスラリーを流す螺旋状の配管５０が設けられている。配管５０の上端は、ロータリージョイント５１を介して外部のスラリー供給源５２に接続されている。配管５０の下端は、図２の破線に示すように供給孔３２に接続されている。ウェハＷの上面に供給されたスラリーは、ウェハＷの回転に伴う遠心力でウェハＷ全面に拡散する。

研磨ヘッド１０の中央には、研磨面３１の中央に開口する収容部１２が形成されている。具体的には、収容部１２は、空洞２６の下部から研磨パッド３０の下端に亘って形成されている。

収容部１２の開口１３には、透光窓１４が装着されている。透光窓１４は、収容部１２を塞ぐように接着されている。これにより、ウェハＷの上面に供給されたスラリーが収容部１２内に侵入することが回避される。

研磨装置１は、研磨加工中に非接触でウェハＷの厚みを測定する厚み測定手段６０を備えている。厚み測定手段６０は、例えば、分光干渉式の膜厚測定器が好ましい。分光干渉式の膜厚測定器は、振動等の外乱に強く、高精度でウェハＷの厚みを測定することができる。以下では、厚み測定手段６０として、分光干渉式の膜厚測定器を採用した場合を例に説明する。

厚み測定手段６０は、収容部１２内に配置されるセンサヘッド６１を備えている。センサヘッド６１は、ブラケット６２を介してスライダ４３に接続されている。センサヘッド６１は、開口１３を介して、ウェハＷに向けて光を照射し、ウェハＷの上面及び下面で反射した光が干渉した反射光を受光する。センサヘッド６１が受光した反射光は、図示しない分光器によって分光され、後述する制御装置７０が、ウェハＷの上面で反射した光とウェハＷの下面で反射した光との光路差を算出し、この光路差に基づいてウェハＷの厚みを算出する。

センサヘッド６１が厚みを測定するウェハＷ上の測定点は、平面から視て研磨ヘッド１０の回転軸ａ２と略一致する（光学的に一致するとみなせる範囲内を含む）ように設定されている。すなわち、センサヘッド６１が照射する光の光路及びウェハＷから反射する光の光路は、センサヘッド６１とウェハＷ上の測定点とを結んだ経路に設定される。なお、センサヘッド６１の測定点は、平面から視て研磨ヘッド１０の回転軸ａ２と略一致する場合に限定されないことは言うまでもない。

なお、透光窓１４とセンサヘッド６１との間に乾燥空気を供給する乾燥空気供給手段３を設けるのが好ましい。これにより、収容部１２内の湿度が乾燥空気によって一定に維持されるため、研磨加工中に生じた摩擦熱によってスラリーが昇温された場合であっても、ウェハＷの厚みを精度良く測定することができる。

また、研磨装置１を水平方向に移動させる移動手段４を設けるのが好ましい。これにより、独立したウェハの厚みを測定する装置を用意することなく、研磨装置１を用いてウェハＷ全体の厚みプロファイルも測定することができるため、スループットを向上させることができる。

研磨装置１の動作は、制御装置７０によって制御される。制御装置７０は、研磨装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御装置７０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置７０の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作することにより実現されても良い。

次に、研磨パッド３０とウェハＷとの配置関係について図３に基づいて説明する。図３は、研磨パッド３０及びウェハＷを下方から視た模式図である。研磨パッド３０は、ウェハＷよりも大径に形成されている。研磨パッド３０及びウェハＷの直径は、例えば、４５０ｍｍ、３００ｍｍにそれぞれ設定される。

また、研磨パッド３０とウェハＷの回転方向が一致しており、研磨パッド３０の外周とウェハＷの外周とが１点で重なっている。これにより、ウェハＷ面内の速度ベクトルが一致する。また、研磨パッド３０は、加工中にウェハＷ全面を常に覆うことにより、ウェハＷ全面を均一に研磨することができる。

図３に示すように、研磨パッド３０がウェハＷを覆うように配置されると、研磨装置１の外部からスラリーをウェハＷの上面に供給したり研磨加工中にウェハＷの厚みを測定することが困難であるが、研磨装置１は、スラリーが供給孔３２を介してウェハＷの上面に供給しながら、研磨ヘッド１０内に収容された厚み測定手段６０が、開口１３を介してウェハＷの厚みを非接触で測定することができる。

次に、加工前の研磨装置１のセッティング手順について図４に基づいて説明する。図４（ａ）は、研磨ヘッド１０をウェハＷに着座させる前の状態を示す図である。図４（ｂ）は、研磨ヘッド１０をウェハＷに着座させた状態を示す図である。図４（ｃ）は、センサヘッド６１を降下させた状態を示す図である。

まず、ウェハチャック２に吸着保持された研磨加工前のウェハＷの高さを測定する。これは、研磨装置１がウェハＷを連続して加工する場合には、異なるサポート基板間で厚みが一定でなく、サポート基板にマウントされたウェハＷの高さがバラつきがちなためであるが、光学式の厚み測定手段６０では、このようなウェハＷの高さのバラつきに起因して、測定範囲から外れることで測定ができない虞があるためである。ウェハＷの高さ測定は、公知の接触式又は非接触式の測定器が用いられる。なお、ウェハＷの高さが既知である場合には、その値を用いても構わない。

次に、制御装置７０が、研磨加工前のウェハＷの高さ測定値に基づいて、予め記憶された基準送り量を補正する。基準送り量は、センサヘッド６１の初期位置から基準高さのウェハＷの上面から所定距離（例えば、８０ｍｍ）だけ離れたセンサヘッド６１の測定位置までの下降量である。なお、基準高さとは、仮想的に定めた基準となるウェハＷの高さである。また、測定位置におけるセンサヘッド６１とウェハＷの上面との距離は、測定を行う上で好適な範囲内で設定される。例えば、研磨加工前のウェハＷの高さ測定値が、ウェハＷの基準高さより偏差Δｔだけ大きい場合には、制御装置７０は、基準送り量から偏差Δｔを減じた補正送り量を算出する。

次に、図４（ａ）に示すように、制御装置７０が補正送り量に応じてモータ４１を回転させ始めると、ボールネジ４２が回転して、スライダ４３が降下し始める。図４（ｂ）に示すように、研磨ヘッド１０がウェハＷに着座するまでスライダ４３が降下すると、被支持部２５がスライダ４３から離れる。一方、センサヘッド６１は、ブラケット６２を介してスライダ４３と一体化されており、スライダ４３とともにさらに降下する。

そして、図４（ｃ）に示すように、制御装置７０が補正送り量に相当する回転数だけモータ４１を回転させると、センサヘッド６１が測定値に位置決めされる。したがって、センサヘッド６１は、研磨加工中において測定位置でウェハＷの厚みを測定することができる。

このようにして、本実施形態に係る研磨装置１は、送り機構４０がセンサヘッド６１を測定位置まで降下する途中で研磨パッド３０がウェハＷに着座すると、研磨ヘッド１０がスライダ４３から離れることにより、研磨ヘッド１０をウェハＷに着座させる作業が省略されるとともにセンサヘッド６１が測定に好適な測定位置に円滑に降下されるため、研磨装置１のセッティングをスムーズに行うことができる。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

１・・・研磨装置
２・・・ウェハチャック
３・・・乾燥空気供給手段
４・・・移動手段
１０・・・研磨ヘッド
１２・・・収容部
１３・・・開口
１４・・・透光窓
２０・・・スピンドル
２１・・・モータ
２２・・・回転部
２３・・・固定部
２４・・・ベアリング
２５・・・被支持部
２６・・・空洞
３０・・・研磨パッド
３１・・・研磨面
３２・・・供給孔
４０・・・送り機構
４１・・・モータ
４２・・・ボールネジ
４３・・・スライダ
５０・・・配管
５１・・・ロータリージョイント
５２・・・スラリー供給源
６０・・・厚み測定手段
６１・・・センサヘッド
６２・・・ブラケット
７０・・・制御装置
Ｗ・・・ウェハ
ａ１・・・（ウェハチャックの）回転軸
ａ２・・・（研磨ヘッドの）回転軸

Claims

ウェハの研磨装置であって、
前記ウェハの上面を研磨する研磨パッドと、前記研磨パッドの研磨面に開口する収容部と、を備えている研磨ヘッドと、
前記収容部内に設けられたセンサヘッドを備え、前記開口を介して前記ウェハの厚みを非接触で測定する光学式の厚み測定手段と、
前記研磨ヘッドを前記ウェハに着座させた後に、前記センサヘッドを前記ウェハの上面から所定距離離れた測定位置まで降下させる送り機構と、
予め測定された研磨前の前記ウェハの高さに応じて、前記センサヘッドを前記測定位置まで降下させる前記送り機構の送り量を算出する制御装置と、
を備えていることを特徴とする研磨装置。