JPH11274119A - ウェーハポリッシング自動化ライン装置及びウェーハポリッシング加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、半導体ウェーハのポリッシングにお
けるウェーハの搬送を行なうための一連のウェーハポリ
ッシング自動化ライン装置の改良およびウェーハ加工方
法に関するものである。 【構成】ウェーハ保持用バッキングパッドを表面に展貼
したウェーハホルダにウェーハを貼付するウェーハ貼付
ゾーンと、１台またはそれ以上のポリッシング加工機よ
りなるウェーハポリッシングゾーンと、ウェーハの洗浄
とホルダからの剥がしを行なうウェーハ剥離ゾーンから
なるウェーハポリッシング自動化ライン装置において、
各ゾーン間あるいは各ポリッシング加工機の間のウェー
ハの搬送は前記ウェーハホルダの単位で各ステーション
に配置されたオートローダによって行なわれ、前記ウェ
ーハホルダを構成するブロックおよびバッキングパッド
の各ウェーハ貼付部分に対応する箇所に１個またはそれ
以上の貫通孔を穿孔し、該貫通孔を介して真空吸引と液
体の流出を行なうことが出来るようにしたことを特徴と
するウェーハポリッシング自動化ライン装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、超
ＬＳＩ等の素材であるシリコン単結晶や化合物系半導体
の単結晶の薄板状のウェーハのポリッシング自動化ライ
ン加工装置及びポリッシング加工方法に係わり、更に詳
しくはウェーハポリッシング工程におけるウェーハのウ
ェーハホルダへの貼付、搬送、ポリッシング及びウェー
ハホルダからの剥離を行なうための一連のポリッシング
自動化ライン加工装置及びポリッシング加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶等半導体素材を原材料と
したＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等の電子部品は、シ
リコンあるいはその他の化合物半導体の単結晶のインゴ
ットをスライスしたウェーハに鏡面仕上げを施した後多
数の微細な電気回路を書き込み分割した小片状の半導体
素子チップを基に製造されるものであるが、その鏡面仕
上げを施したシリコンウェーハあるいは化合物系のウェ
ーハ（以下鏡面ウェーハと総称する）は以下の一連の製
造プロセスを経て製造されるのが一般的であった。すな
わち、単結晶引き上げ法によって製造されたシリコン等
の単結晶インゴットの外周研削を行なった後、結晶方向
の位置決めの為の例えばオリエンテーションフラット加
工を施し、内周刃ソーあるいはワイヤソーにてスライシ
ングを行いアズカットウェーハを得る。このアズカット
ウェーハを、ベベリングによる外周部の面取りを行なっ
た後、両面ラッピング加工により均一な厚みと平行度、
平面度及びある程度の面粗さを持つまでに仕上げる。得
られたラップドウェーハを酸またはアルカリにてエッチ
ング加工を行ない加工ダメージ層を除去、然る後ポリッ
シングによる鏡面仕上げを行う。ここで得られる鏡面ウ
ェーハは優れた面粗さと形状精度を持ったものでなくて
はならない。

【０００３】近年、特にＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ
の製造コストの低減と生産効率の向上といった必要性か
ら、装置の連続化自動化に対する要請が極めて強い。し
かしながら、前述の各加工工程における主要な単位操
作、具体的には、ラッピング、エッチング、プレポリッ
シング、ポリッシングといった操作は全てバッチ式で行
なわれ、その間を繋ぐ洗浄、乾燥等の操作は連続式で行
なわれるのが一般的である。その間中間製品は人手によ
り移送、搬送されるかあるいは自動搬送ロボットにて行
われるが、近年は自動搬送ロボットを用いて行われるこ
とが多い。

【０００４】上述のプロセスにおいて特に最終的な品質
を決定するのはポリッシング工程である。即ち、このポ
リッシング工程においては、前工程までに均一な厚みと
優れた平行度、平面度を与えられたシリコンウェーハの
一方の面に、最終的な精密な鏡面仕上げを施すことを目
標にして加工を行なうのであるが、加工機としては例え
ば発泡ポリウレタン、不織布、スェード調の合成皮革等
からなるポリッシングパッドを貼付した定盤を有する片
面タイプのポリッシング加工機が使用される。そしてこ
のポリッシングも１工程だけではなく通常は複数のステ
ップに分けて行なわれる。この工程においては複数枚の
ウェーハがポリッシングパッドを貼付した定盤上に押圧
され、加工液を供給しながら回転運動を利用して加工さ
れる。ここにおいてウェーハは定盤の上に位置するホル
ダーに把持されるのであるが、一台のポリッシング加工
機に対して４〜５個のホルダーが付属しており、各ホル
ダーには複数枚のウェーハがセットされる。１個のホル
ダーにセットされるウェーハの枚数はウェーハのサイ
ズ、加工機のサイズによって異なる。

【０００５】ホルダーへのウェーハのセットは従来は、
例えばワックスあるいはホットメルト等の熱可塑性の接
着剤を用いてホルダーのブロックの面に直接貼付するの
が極めて一般的であった。このワックス等を使用してウ
ェーハを接着固定する方法においては、加熱融解等の手
段を用いてワックスを液状化しウェーハ裏面に均質に塗
布し、しかる後それをホルダーのブロック面に接着固定
する方法が取られる。またホルダーからの剥離作業は樹
脂製の箆状工具のエッジをウェーハの端面に押しあてブ
ロックから慎重に取り外すという方法が採られている
が、ワックスの均一塗布が極めて難しい作業であるこ
と、塗布作業によりウェーハの表面が汚染されやすいこ
と、及びウェーハの剥離の際にウェーハを破損したり損
傷あるいは汚染したりしやすいこと、更に作業自体が極
めて煩雑かつ熟練を要すること等が問題点としてあげら
れており、完全なものとは言い難かった。そして、現在
開発されている自動機も大規模でかつメンテナンスにも
手のかかるものであった。

【０００６】かかる問題点を解消するために、ワックス
等接着剤による固定方法を使用しないでウェーハをホル
ダーに固定する方法、即ちワックスレス方法が種々検討
されており、実用化にも至っている。具体的には、例え
ば真空チャックを応用してウェーハをホルダーに吸着す
る方法、あるいはホルダーのブロック面に多孔質のバッ
キングパッドを貼付しておき水の吸着力を応用してウェ
ーハを保持するいわゆるテンプレートによる方法（例え
ば特開平４−１３５６８号公報）等がすでに提案されて
いる。これらの方法によれば、ワックスを使用しないの
であるから、その塗布、剥離という工程がなくウェーハ
の着脱ははるかに容易となり自動化も比較的容易であ
る。これ等の方法のうち、真空チャックを応用する方法
は真空によるウェーハ形状の微妙な変化が問題にされる
こともあった。

【０００７】ポリッシング工程は上述の通り、複数のス
テップを踏んで行なわれるのが普通であり、自動化はこ
の間に含まれる全ての操作をカバーするものである。す
なわち、具体的にはホルダーブロック面へのウェーハの
貼付け、ホルダーの搬送、ポリッシング、ポリッシング
機の間のホルダー搬送、ポリッシング面の洗浄、ホルダ
ーブロック面からのウェーハの剥離であり、この間ウェ
ーハは１ホルダー単位で取り扱われ搬送される。各ポリ
ッシング工程においては複数のホルダーが１台の加工機
にセットされ同時加工される。すなわち、この工程を通
してホルダーはそれぞれ単独で搬送されその間、反転、
旋回、引上げ、リンシング等が行なわれるのであるが、
その間ウェーハはホルダーのブロック面にしっかりと固
着していることが必要であり、脱落や位置ずれ等の現象
があってはならない。しかるに、ワックス等を用いた方
法の場合は、接着力が強く上述の脱落や位置ずれ等の現
象が現われるのは極めて稀であるのに対し、ワックスレ
スによる方法は接着力がやや弱いため比較的これ等の現
象が出易かった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、ウェー
ハのポリッシング工程の全自動化について鋭意研究開発
を行ない本発明を完成させるに至ったものであり、その
目的とするところは、前述のワックスレスによるウェー
ハ保持方法を応用したウェーハの一連のポリッシング加
工装置において、搬送中あるいは加工操作中におけるウ
ェーハの脱落や位置ズレ等の現象がなく、加工にも悪影
響を与えることのないウェーハ保持装置および該保持装
置を組込んだ一連のポリッシング自動化ライン加工装置
を提供することにある。更に本発明の他の目的は該ポリ
ッシング自動化ライン加工装置を利用したウェーハのポ
リッシング加工方法を提供することにある。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】上述の目的は、ウェー
ハ保持用バッキングパッドを表面に展貼したウェーハホ
ルダにウェーハを貼付するウェーハ貼付ゾーンと、１台
またはそれ以上のポリッシング加工機よりなるウェーハ
ポリッシングゾーンと、ウェーハの洗浄とホルダからの
剥がしを行なうウェーハ剥離ゾーンからなるウェーハポ
リッシング自動化ライン装置において、各ゾーン間ある
いは各ポリッシング加工機の間のウェーハの搬送は前記
ウェーハホルダの単位で各ステーションに配置されたオ
ートローダによって行なわれ、前記ウェーハホルダを構
成するブロックおよびバッキングパッドの各ウェーハ貼
付部分に対応する箇所に１個またはそれ以上の貫通孔を
穿孔し、該貫通孔を介して減圧吸引と液体の流出を行な
うことが出来るようにしたことを特徴とするウェーハポ
リッシング自動化ライン装置にて達成することができ
る。

【００１０】さらに本発明の他の目的は、ウェーハ保持
用バッキングパッド面を上側にしたウェーハホルダに所
定枚数のウェーハを貼付した後、該ウェーハホルダをオ
ートローダのアームに接続し、オートローダの真空ライ
ンを利用してウェーハホルダ及びバッキングパッドに穿
孔された貫通孔よりウェーハの真空吸着を行ない、ウェ
ーハホルダを持上げ上下反転し、ポリッシング加工機の
所定の場所まで搬送し下降載置してから、アームより切
り離しポリッシング加工を行ない、加工終了後ウェーハ
ホルダに次のオートローダのアームにセットしオートロ
ーダの真空ラインを利用してウェーハホルダ及びバッキ
ングパッドに穿孔された貫通孔よりウェーハの真空吸着
を行ない次のポリッシング機に移しアームから切り離し
て加工を行なうという操作を最終の工程まで繰り返した
後、ウェーハホルダを洗浄槽に搬送しウェーハ加工面を
洗浄液にて洗浄し、ウェーハホルダを傾斜した状態で前
記貫通孔より液を流してウェーハを剥離することを特徴
とするウェーハポリッシング加工方法にて達成できる。
即ち、本発明においては、ウェーハホルダを構成するブ
ロックおよびバッキングパッドの各ウェーハ貼付部分に
対応する箇所に１個またはそれ以上の貫通孔を穿孔し、
該貫通孔を介して減圧吸引してウェ−ハを吸着把持して
所定の位置に搬送するので、ウェーハホルダより脱落す
ることがなく、また、ポリッシング後は前記貫通孔に流
体を流出（導入）することによってウェーハをウェーハ
ホルダより容易に剥離することができので、ウェーハポ
リッシング工程における自動化を行うことができた。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明になる装置の一実施態様を
図面をもって説明する。本発明の装置は図１に示すよう
に以下のゾーンから構成されており、ウェーハ貼付ゾー
ンＡ、ウェーハポリッシングゾーンＢ、およびウェーハ
剥離ゾーンＣが直列に配設されている。すなわち、ウェ
ーハ貼付ゾーンＡはウェーハ貼付ロボット２とウェーハ
ホルダ１の搬送ラインにて構成され、次のポリッシング
ゾーンＢには複数台（図面では３台）のポリッシング加
工機３が設置されており、ウェーハ貼付ゾーンＡとポリ
ッシング加工機３との間のステーション、各ポリッシン
グ加工機の間のステーションにはウェーハホルダ１のポ
リッシング面への載置を行なうオートローダ４が配設さ
れている。オートローダ４はそのアーム５でウェーハホ
ルダ１を把持しオートローダ支点８を中心とした旋回、
反転の機能を有し、また真空ライン（図示せず）を具備
している。各ポリッシング加工機は複数個のウェーハホ
ルダ１（図面では４個）を載置して加工を行なう。ウェ
ーハ剥離ゾーンＣは洗浄槽６とウェーハ剥離ロボット７
とから構成されており、ポリッシング加工機３との間の
ステーションにはオートローダ４が配置されポリッシン
グ加工機からウェーハ剥離ゾーンＣへのウェーハホルダ
１の移動を行なう。

【００１２】図２は本発明になるウェーハホルダ１の詳
細説明図である。セラミックスあるいは金属からなるブ
ロック１１の表面にバッキングパッド１２が展貼されて
おり、その上にウェーハ１０とほぼ同サイズの開孔を有
するカラー１３が配置されている。ウェーハホルダ１に
は、ブロック１１を貫通しウェーハ１０の貼付部分に対
応する位置に開口する貫通孔１４とそれと対応するよう
にバッキングパッド１２に開けられた孔１５が設けられ
ている。この孔を介して真空引きあるいは液体の噴流が
可能である。ポリッシング加工に際してはこの上にポリ
ッシング加工機の回転軸をセットし加圧回転して加工を
行なう。本発明においては、ウェーハ１０は全てウェー
ハホルダ１に貼付された状態で搬送され加工される。

【００１３】次に本発明の装置を用いたポリッシング加
工の一実施例を図面に従って詳細に説明する。 Ａ：ウェーハ貼付ゾーン エッチング工程が完了したウェーハ１０をウェーハ貼付
ロボット２により、ウェーハホルダ１の所定の場所に貼
付してゆく。この段階ではウェーハホルダはバッキング
パッド１２が展貼された方の面が上になるようになって
おり、ウェーハ１０はその上に乗せるようにセットされ
てゆく。その状態で一番目のポリッシング加工機のオー
トローダ４の位置まで搬送される。

【００１４】Ｂ：ウェーハポリッシングゾーン オートローダ４の位置まで搬送されたウェーハホルダ１
はオートローダ４のアーム５で把持され、同時にオート
ローダに具備された真空ラインに接続されブロック１１
およびバッキングパッド１２に穿孔された貫通孔１４、
１５を介して真空引きを行ない、その表面に貼付された
ウェーハ１０を真空吸着する。ア−ムによりウェーハホ
ルダを持ち上げ、１８０度反転を行ないウェーハが貼付
された面が下になるようにし、然る後オートローダの支
点８を中心に旋回し一番目のポリッシング加工機の加工
作用面に載置する。アームから切り離した段階で真空は
解除され、ウェーハは水の表面張力のみでバッキングパ
ッドに貼付していることになる。同様の操作を繰り返し
てポリッシング加工機に４個のウェーハホルダを載置
し、加工液を供給しつつこれを加圧回転してポリッシン
グ加工を行なう。加工終了後、ウェーハホルダは次のポ
リッシング加工機オートローダのアームで把持され真空
でウェーハを吸着して次のポリッシング加工機に搬送さ
れ加工される。この操作を繰り返し、最終ポリッシング
加工まで行なう。

【００１５】Ｃ：ウェーハ剥離ゾーン 最終ポリッシング加工を終えたウェーハホルダをオート
ローダのアームで把持し真空でウェーハを吸着して持ち
上げ、１８０度反転させてウェーハ面を上にした状態で
洗浄槽に搬送し、洗浄液を散布してウェーハ面の洗浄を
行なう。図３はウェーハ剥離ロボットの詳細を示すもの
である。ウェーハホルダ１はウェーハ面を上にした状態
でウェーハ剥離ロボットのアーム１６上で約１５〜４５
度の角度で傾斜しておかれ、最も下方に位置するウェー
ハに通ずる貫通孔１４、１５の下部より水供給管１８よ
り水を奔流させウェーハを剥離させその水の流れに乗せ
てウェーハ１０をスライダ１７上を滑らせてカセット９
に収納する。スライダ１７はその下から水が流れ出るよ
うな構造としてもよい。ウェーハホルダを回転させて次
のウェーハを最も下の位置に移動して同様の操作を繰り
返す。ウェーハは順次カセット９中に積み重ねられてゆ
く。

【００１６】

【発明の効果】上述したように本発明のウェーハポリッ
シング自動化ライン装置ではウェーハの把持にあたり、
ワックスを使用することがないため、エッチング後のウ
ェーハは汚染もなくその後の洗浄工程に対する負担も少
なく、更に、移送、搬送中はウェーハは真空により強固
に吸着しているのでその間、脱落、位置ズレなどの現象
を起こすこともない。また、ポリッシング加工中は真空
は解除されているので、真空吸着によるウェーハの微妙
な反り等の変形が、鏡面ウェーハの形状精度に悪影響を
及ぼすこともない。更に、ウェーハホルダからの剥離は
例えば水のような液体の噴流を利用して行なうため破損
したり傷が入ったりすることはなく、極めて有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる一連のウェーハ加工ラインの工
程図である。

【図２】 ウェーハホルダの断面図である。

【図３】 ウェーハ剥離ロボットの作用説明図である。

【符号の説明】

Ａ ウェーハ貼付ゾーン Ｂ ウェーハポリッシン
グゾーン Ｃ ウェーハ剥離ゾーン １ ウェーハホルダ ２ ウェーハ貼付ロボット ３ ポリッシング加工機 ４ オートローダ
５ アーム ６ 洗浄槽 ７ ウェーハ剥離ロボット ８
支点 ９ カセット １０ ウェーハ １１ ブロッ
ク １２ バッキングパッド １３ カラー １４
貫通孔 １５ 貫通孔 １６ アーム １７ スライダ
ー １８ 水供給管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェーハ保持用バッキングパッドを表面に
   展貼したウェーハホルダにウェーハを貼付するウェーハ
   貼付ゾーンと、１台またはそれ以上のポリッシング加工
   機よりなるウェーハポリッシングゾーンと、ウェーハの
   洗浄とホルダからの剥がしを行なうウェーハ剥離ゾーン
   からなるウェーハポリッシング自動化ライン装置におい
   て、各ゾーン間あるいは各ポリッシング加工機の間のウ
   ェーハの搬送は前記ウェーハホルダの単位で各ステーシ
   ョンに配置されたオートローダによって行なわれ、前記
   ウェーハホルダを構成するブロックおよびバッキングパ
   ッドの各ウェーハ貼付部分に対応する箇所に１個または
   それ以上の貫通孔を穿孔し、該貫通孔を介して減圧吸引
   と液体の流出を行なうことが出来るようにしたことを特
   徴とするウェーハポリッシング自動化ライン装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のウェーハポリッシングラ
   イン装置において、ウェーハ保持用バッキングパッド面
   を上側にしたウェーハホルダに所定枚数のウェーハを貼
   付した後、該ウェーハホルダをオートローダのアームに
   接続し、オートローダの真空ラインを利用してウェーハ
   ホルダ及びバッキングパッドに穿孔された貫通孔よりウ
   ェーハの真空吸着を行ない、ウェーハホルダを持上げ上
   下反転し、ポリッシング加工機の所定の場所まで搬送し
   下降載置してから、アームより切り離しポリッシング加
   工を行ない、加工終了後ウェーハホルダに次のオートロ
   ーダのアームにセットしオートローダの真空ラインを利
   用してウェーハホルダ及びバッキングパッドに穿孔され
   た貫通孔よりウェーハの真空吸着を行ない次のポリッシ
   ング機に移しアームから切り離して加工を行なうという
   操作を最終の工程まで繰り返した後、ウェーハホルダを
   洗浄槽に搬送しウェーハ加工面を洗浄液にて洗浄し、ウ
   ェーハホルダを傾斜した状態で前記貫通孔より液を流し
   てウェーハを剥離することを特徴とするウェーハポリッ
   シング加工方法。