KR20060128643A

KR20060128643A - 가공 장치 및 가공 방법

Info

Publication number: KR20060128643A
Application number: KR1020060046114A
Authority: KR
Inventors: 도모히코 고가네야; 요시히로 가와구치; 도쿠노리 다바타
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2006-12-14
Also published as: JP2006344878A; JP4790322B2; KR101217002B1

Abstract

본 발명은 장치의 대형화를 방지하는 동시에, 반도체 웨이퍼의 연삭 공정이 종료되자 마자 연마 공정을 개시할 수 있도록 하여 스루풋을 향상시킬 수 있는 가공 장치 및 이것을 이용한 가공 방법을 제공한다. 본 발명에 관한 가공 장치(1)는 피가공물(50)을 지지하는 척(chuck) 테이블(9)과, 연마 패드(5b)와 가공액 공급 수단(8)을 가지고, 연마 패드(5b)를 척 테이블(9)에 지지된 피가공물(50)의 위쪽으로부터 접촉시켜 피가공물(50)을 연마하는 연마 수단(5)과, 피가공물(50)의 연마 위치에 위치하는 척 테이블(9)의 근방에 설치되고, 연마 패드(5b)의 표면을 아래쪽으로부터 세정하는 연마 패드 세정 수단(40)을 구비하고, 연마 수단(5)은 척 테이블(9)에 지지된 피가공물(50)의 가공면에 연마액을 공급하면서 화학적 및 기계적으로 연마하고, 연마 패드 세정 수단(40)은 연마 패드(5b)의 직경 방향으로 상대 이동하면서 연마 패드(5b)의 표면을 세정한다.

가공 장치, 가공 방법, 척 테이블, 연마 수단, 세정 수단, 연마 패드

Description

가공 장치 및 가공 방법 {PROCESSING APPARATUS AND PROCESSING METHOD}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 반도체 웨이퍼 가공 장치의 전체 구성을 나타낸 사시도이다.

도 2는 상기 실시예에 관한 연마 유닛의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 3은 상기 실시예에 관한 연마 유닛의 구성을 나타낸 측면도이다.

도 4는 상기 실시예에 관한 가공액 공급 유닛의 내부 구성을 나타낸 설명도이다.

도 5는 상기 실시예에 관한 연마 패드 세정 수단의 구성 및 배치를 설명하기 위한 상면도이다.

도 6은 상기 실시예에 관한 연마 패드 세정 수단을 사용한 연마 패드의 세정 방법을 나타낸 설명도이다.

도 7은 상기 실시예의 변형예에 관한 연마 패드 세정 수단을 사용한 연마 패드의 세정 방법을 나타낸 설명도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

(1) 반도체 웨이퍼 가공 장치, (3) 거친 연삭 유닛,

(4) 마무리 연삭 유닛, (5) 연마 유닛,

(5a) 스핀들, (5b) 연마 패드,

(6) 연마 유닛 이동 기구, (7) 가공액 공급 유닛,

(8) 턴테이블, (7) 척 테이블,

(9) 가공액 공급 유닛, (11, 12) 카세트

(15) 반송 암, (20) 로봇 피크,

(30) 스핀나 세정 장치, (40) 연마 패드 세정 수단,

(40A) 세정수 분사 노즐, (40B) 세정 브러시,

(45) 세정 유닛 지지 부재, (50) 반도체 웨이퍼,

(72) 가공액 공급로

[특허 문헌 1] 일본국 특개평 2000-254857호

본 발명은, 가공 장치 및 가공 방법에 관한 것이며, 특히, 피가공물의 표면을 화학적 및 기계적으로 연마하는 연마 유닛을 포함하는 가공 장치 및 이것을 이용한 가공 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조 공정에 있어서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라는 절단 예정 라인에 의해 복수개의 직사각형 영역이 구획되고, 이러한 직사각형 영역의 각각에 반도체 회로를 형성한다. 이와 같이 복수개의 반도체 회로가 형성된 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 분리함으로 써, 개개의 반도체 칩을 형성한다. 또, 광 디바이스 웨이퍼는, 사파이어 기판 등의 표면에 격자형으로 형성된 스트리트에 의해 복수개의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 질화 갈륨계 화합물 반도체 등이 적층된 광 디바이스가 형성되어 있다. 이러한 광 디바이스 웨이퍼는, 분리 예정 라인에 따라 개개의 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 광 디바이스로 분리되어 전기 기기에 널리 사용되고 있다.

전술한 바와 같이, 별개로 분리된 반도체 칩의 소형화 및 경량화를 도모하기 위해, 통상, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단하여 개개의 반도체 칩으로 분리하기에 앞서, 반도체 웨이퍼의 배면을 연삭하여 소정 두께로 형성하고 있다. 반도체 웨이퍼의 배면 연삭(硏削)은, 통상, 다이아몬드 지립(砥粒) 즉 연마재를, 예를 들면, 레진 본드 등의 본드로 고착하여 형성한 연삭 공구를 고속 회전시키면서, 반도체 웨이퍼의 배면에 가압시킴으로써 행해지고 있다.

이와 같은 연삭 방식에 의해 반도체 웨이퍼의 배면을 연삭하면, 반도체 웨이퍼의 배면에 마이크로 크랙 등의 가공 불균일이 생성되고, 이로써, 별개로 분리된 반도체 칩의 항절(抗折) 강도가 저감된다. 이 연삭된 반도체 웨이퍼의 배면에 생성되는 가공 불균일을 제거하는 대책으로서 연삭된 반도체 웨이퍼의 배면을 초산 및 불화 수소산을 포함하는 에칭액을 사용하여, 화학적으로 에칭하는 습식 에칭법이나 에칭 가스를 사용하는 드라이 에칭법이 이용되고 있다. 또, 연삭된 반도체 웨이퍼의 배면을, 유리(遊離) 연마재를 사용하여 연마하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing: 화학적 및 기계적 연마)법도 실용화되어 있다.

그런데, 연삭 장치에 의해 연삭된 반도체 웨이퍼를 에칭 또는 연마하기 위해, 반도체 웨이퍼를 연삭 장치로부터 에칭 장치 또는 연마 장치로 반송할 때, 반도체 웨이퍼가 파손된다는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해소하기 위해, 예를 들면, 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 반도체 웨이퍼를 지지하는 지지 수단과, 이 지지 수단에 지지된 반도체 웨이퍼의 한쪽 면을 연삭하는 연삭 수단을 구비한 평면 가공 장치에, 지지 수단에 지지되고 연삭 수단에 의해 연삭된 반도체 웨이퍼의 연삭면을 연마하는 연마 수단을 설치한 가공 장치가 제안되어 있다.

특허 문헌 1에 기재된 평면 가공 장치에서는, 연마 수단으로서 유리 연마재를 사용하여 연마 패드로 연마하는 CMP가 행해지고 있지만, 이와 같은 CMP를 행하는 경우에는, 연마 패드의 표면에 눈막힘이 생기므로, 연마 패드의 표면을 세정해야만 한다. 그래서, 상기 평면 가공 장치에는, 연마 패드 세정 스테이지가 설치되어 있고, 정기적으로 연마 패드를 이동시켜, 연마 패드의 세정을 행하고 있다.

그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 평면 가공 장치와 같은 구성에서는, 연삭스테이지나 연마 스테이지 외에, 별도의 연마 패드 세정 스테이지를 설치하지 않으면 안되므로, 장치가 대형화되어 버린다는 문제가 있었다.

또, 연마 패드의 세정은, 통상, 연마 공정과 다음의 연마 공정 사이에 행해지고 있으므로, 연마 패드의 표면의 세정이 종료될 때까지는, 다음의 반도체 웨이퍼를 연마할 수 없다. 따라서, 다음에 연마할 반도체 웨이퍼의 연삭 공정이 종료되어, 반도체 웨이퍼가 연마 위치로 이동했다고 해도, 바로 연마 공정을 개시할 수 없으므로, 대기 시간이 필요하여, 스루풋이 저하된다는 문제가 있었다. 또한, 경우에 따라서는, 연마 패드의 세정을 1매의 반도체 웨이퍼의 연마가 종료할 때마다 행하지 않으면 않되는 경우가 있고, 그와 같은 경우에는, 특히 대기 시간이 길어지므로, 스루풋이 크게 저하되고 있었다.

그래서, 본 발명은, 이와 같은 문제점을 감안하여 행해진 것이며, 그 목적은, 장치의 대형화를 방지하는 동시에, 반도체 웨이퍼의 연삭 공정이 종료되자 마자 연마 공정을 개시할 수 있도록 하여 스루풋을 향상시킬 수 있는, 신규하고 또한 개량된 가공 장치 및 이것을 이용한 가공 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 열심히 검토를 거듭한 결과, 피가공물의 연마 위치에 위치하는 척(chuck) 테이블의 근방에 연마 패드 세정 수단을 설치하고, 연마 패드의 세정을 연마 공정 종료시에 행하는 수연마(水硏磨) 공정 시에 동시에 행함으로써, 장치의 대형화를 방지하는 동시에 스루풋을 향상시킬 수 있는 것을 발견하고, 이 지견에 따라 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 관점에 의하면, 피가공물을 지지하는 척 테이블과, 피가공물보다 큰 직경을 가지는 연마 패드와, 연마액과 세정액을 선택적으로 공급하는 가공액 공급 수단을 가지고, 연마 패드를 척 테이블에 지지된 피가공물의 위쪽으로부터 접촉시켜 피가공물을 연마하는 연마 수단과, 피가공물의 연마 위치에 위치하는 척 테이블의 근방에 배치되고, 연마 패드의 표면을 아래쪽으로부터 세정하는 연마 패드 세정 수단을 구비한 가공 장치가 제공된다.

상기 가공 장치에 있어서는, 연마 수단은, 척 테이블에 지지된 피가공물의 가공면에 연마액을 공급하면서 화학적 및 기계적으로 연마하고, 연마 패드 세정 수단은, 연마 패드의 직경 방향으로 연마 패드에 대하여 상대 이동하면서 연마 패드의 표면을 세정하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 가공 장치는, 척 테이블이 복수개 설치되고, 회동(回動) 가능하게 설치된 턴테이블과, 척 테이블에 지지된 피가공물을 연삭하는 연삭 수단을 추가로 구비하고, 연마 수단은 연삭 수단에 의해 연삭된 피가공물을 연마하도록 구성해도 된다.

이와 같이, 본 발명에 관한 가공 장치에 의하면, 연마 패드 세정 수단을 피가공물의 연마 위치에 위치하는 척 테이블의 근방에 형성함으로써, 별도 세정 스테이지를 필요로 하지 않기 때문에, 장치의 대형화를 방지할 수 있다.

또, 상기 가공 장치에 있어서는, 연마 패드 세정 수단은, 가공액 공급 수단이 연마액의 공급을 중지하여 세정액을 공급하고 있는 경우(이른바 수연마 공정시)에, 연마 패드의 표면을 세정하도록 구성한다.

이와 같이, 본 발명에 관한 가공 장치에 의하면, 연마 공정 종료시에 행하는 피가공물의 표면을 세정하는 수연마 공정을 이용하여, 동시에 연마 패드의 표면을 세정함으로써, 전(前)의 연마 공정이 종료되면, 바로 다음의 연마 공정을 개시할 수 있으므로, 대기 시간을 없애고, 스루풋을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 연마 패드 세정 수단은, 적어도 연마 패드의 중심부로부터 외주부까지 상대 이동하도록 구성된다. 이와 같이 구성함으로써, 연마 패드 세정 수단이 상대 이동하고 있을 때 동시에 연마 패드가 수평 방향으로 회전하고 있으면, 연마 패드의 앞면을 세정할 수 있다.

또, 상기 연마 패드 세정 수단은, 예를 들면, 액체를 분사하는 액체 분사 수단, 액체와 기체를 혼합하여 분사하는 2유체(流體) 분사 수단, 브러시 수단 등으로 구성할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 전술한 바와 같은 가공 장치를 사용한 가공 방법에 있어서, 척 테이블에 지지된 피가공물을 연마하는 연마 공정 시에, 피가공물의 가공면에 대하여, 연마액의 공급을 정지하고, 세정수를 공급함으로써, 상기 가공면을 연마 패드로 연마하는 동시에, 연마 패드 세정 수단과 연마 패드를 직경 방향으로 상대 이동시켜, 연마 패드의 표면을 세정하는 가공 방법이 제공된다.

이와 같이, 본 발명에 관한 가공 방법에 의하면, 연마 공정 종료시에 행하는 반도체 웨이퍼의 표면을 세정하는 수연마 공정을 이용하여, 동시에 연마 패드의 표면을 세정하므로 전의 연마 공정이 종료되면, 바로 다음의 연마 공정을 개시할 수 있으므로, 대기 시간을 없애고, 스루풋을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 피가공물의 연마 위치에 위치하는 척 테이블의 근방에 연마 패드 세정 수단을 설치하고, 연마 패드의 세정을 연마 공정 종료시에 행하는 수연마 공정 시에 동시에 행함으로써, 장치의 대형화를 방지하는 동시에, 스루풋을 향상시킬 수 있는 가공 장치 및 이것을 이용한 가공 방법을 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 그리고, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성 을 가지는 구성 요소에 대하여는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

(제1 실시예)

먼저, 도 1에 따라 본 발명의 제1 실시예에 관한 가공 장치의 일례로서 구성된 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)의 전체 구성에 대하여 설명한다. 그리고, 도 1은, 본 실시예에 관한 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)의 전체 구성을 나타낸 사시도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)는, 피가공물의 일례인 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 연삭 가공하는 동시에, 연삭 가공된 반도체 웨이퍼의 연삭면을 연마 가공하는 장치로서 구성되어 있다. 반도체 웨이퍼(50)는, 예를 들면, 8인치, 12인치 등의 대략 원반형의 실리콘 웨이퍼 등이다. 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)는, 이 반도체 웨이퍼(50)의 배면(반도체 소자가 형성된 회로면과는 반대측의 면)을 연삭 가공하여, 예를 들면 50 ~ 100㎛의 두께로까지 박형화한다. 또한, 연삭 가공에 의해 박형화된 반도체 웨이퍼(50)의 연삭면(피연마면)을 연마 가공하여, 상기 연삭면을 고정밀도로 평탄화(경면(鏡面) 가공)한다.

이러한 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)의 각 구성 요소에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)는, 예를 들면, 하우징(2)과, 거친 연삭 유닛(3)과, 마무리 연삭 유닛(4)과, 연마 유닛(5)과, 연마 유닛 이동 기구(6)와, 가공액 공급 유닛(7)과, 턴테이블(8) 상에 설치된 예를 들면, 4개의 척 테이블(9)과, 카세트(11, 12)와, 포지션 테이블(13)과, 반송 암(15)과, 로봇 피크(20)와, 스핀나 세정 장치(30)를 주된 것으로 구비한다.

반도체 웨이퍼 가공 장치(1)에 있어서는, 반도체 웨이퍼의 대형화·박형화에 따라 반도체 웨이퍼를 연삭 장치로부터 연마 장치로 반송할 때 등에 반도체 웨이퍼가 파손되거나 휘거나 하는 문제를 해소하기 위해, 연삭 수단(연삭 유닛(3, 4))과 연마 수단(연마 유닛(5))이 함께 구비된 구성으로 되어 있다.

거친 연삭 유닛(3)은, 스핀들(3a)의 하단에 장착된 연삭휠(3b)을 회전시키면서, 척 테이블(9)에 지지된 반도체 웨이퍼(50)의 배면에 가압함으로써, 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 거친 연삭 가공한다. 또, 마찬가지로, 마무리 연삭 유닛(4)은, 스핀들(4a)에 장착된 연삭휠(4b)을 회전시키면서, 상기 거친 연삭된 후의 반도체 웨이퍼(50)의 배면에 가압함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 고정밀도로 마무리 연삭 가공한다.

연마 유닛(5)은, 스핀들(5a)의 하단에 장착된 연마 패드(5b)를 회전시키면서, 척 테이블(9)에 지지된 마무리 연삭 가공 후의 반도체 웨이퍼(50)의 배면에 가압함으로써, 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 연마 가공한다. 연마 유닛 이동 기구(6)는, 연마 유닛(5)을 수평 방향(연마 패드(5b)의 직경 방향, 도 1에서는 X축 방향) 및 수직 방향(스핀들(5a)의 축 방향, 도 1에서는 Z축 방향)으로 이동시킬 수 있다. 또, 가공액 공급 유닛(7)은, 연마 가공 시에, 연삭 가공 후의 반도체 웨이퍼(50)의 가공면에 연마액과 세정액을 선택적으로 공급한다. 이 가공액 공급 유닛(7)은, 가공액 공급로(72)를 통하여, 연마 유닛(5)의 상단부와 연결되고, 연마 유닛(5)에 연마액 또는 세정액을 공급한다. 이들 연마 유닛(5), 연마 유닛 이동 기구(6) 및 가공액 공급 유닛(7)은, 전체적으로, 본 실시예에 관한 연마 수단을 구성하고 있다. 그리고, 이러한 연마 수단의 상세한 것에 대하여는 후술한다.

턴테이블(8)은, 하우징(2)의 상면에 설치된 원반형의 테이블이며, 수평 방향으로 회전 가능하다. 이 턴테이블(8) 상에는, 예를 들면, 4개의 척 테이블(9),(9a)~(9d)이, 예를 들면 90도의 위상각으로 등간격으로 설치되어 있다. 이 척 테이블(9)은, 그 상면에 진공 척을 구비하고 있고, 탑재된 반도체 웨이퍼(50)를 진공 흡착하여 지지한다. 이 척 테이블(9)은, 연삭 가공 시 및 연마 가공 시에는, 회전 구동 기구(도시하지 않음)에 의해 수평 방향으로 회전 가능하다. 이러한 구성의 척 테이블(9)은, 턴테이블(8)의 회전에 의해, 반입 반출 영역 A, 거친 연삭 영역 B, 마무리 연삭 영역 C, 연마 영역 D, 반입 반출 영역 A으로, 차례로 이동된다.

카세트(11, 12)는, 복수개의 슬롯을 가지는 반도체 웨이퍼용의 수용기이다. 카세트(11)는, 연삭 가공 전의 반도체 웨이퍼(50)를 수용하고, 한편, 카세트(12)는, 연마 가공 후의 반도체 웨이퍼(50)를 수용한다. 또, 포지션 테이블(13)은, 카세트(11)로부터 꺼내진 반도체 웨이퍼(50)가 임시 탑재되어, 그 중심 위치맞춤을 행하기 위한 테이블이다.

반송 암(15)은, 수평 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 포지션 테이블(13)에 탑재된 연삭 가공 전의 반도체 웨이퍼(50)를 반송하여, 반입 반출 영역 A에 위치하는 척 테이블(9a)에 탑재한다. 또, 반송 암(15)은, 반입 반출 영역 A에 위치하는 척 테이블(9a)에 탑재된 연마 가공 후의 반도체 웨이퍼(50)를 반송하여, 스핀나 세정 장치(30)의 스핀나 테이불에 탑재한다.

로봇 피크(20)는, 웨이퍼 지지부(예를 들면, U자형 핸드)를 구비하고, 이 웨 이퍼 지지부에 의해 반도체 웨이퍼(50)를 흡착 지지하여 반송한다. 구체적으로는, 로봇 피크(20)는, 연삭 가공 전의 반도체 웨이퍼(50)를 카세트(11)로부터 포지션 테이블(13)에 반송한다. 또, 연마 가공 후의 반도체 웨이퍼(50)를 스핀나 세정 장치(30)로부터 카세트(12)에 반송한다.

스핀나 세정 장치(30)는, 연마 가공 후의 반도체 웨이퍼(50)를 세정하여, 연삭 및 연마된 가공면에 부착되어 있는 연삭가루이나 연마가루 등의 오염물을 제거한다.

다음에, 상기 구성의 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 로봇 피크(20)는, 카세트(11) 내에 탑재되어 있는 연삭 가공 전의 반도체 웨이퍼(50)를 1매 인출하여 반송하고, 포지션 테이블(13)에 탑재한다. 이어서, 포지션 테이블(13)은, 탑재된 반도체 웨이퍼(50)의 중심 위치맞춤을 행한다. 또한, 반송 암(15)은, 중심 위치맞춤된 반도체 웨이퍼(50)를 반송하고, 반입 반출 영역 A에 배치된 척 테이블(9) 상에 탑재한다. 척 테이블(9)은, 탑재된 반도체 웨이퍼(50)를 진공 흡착하여 지지한다.

이어서, 턴테이블(8)을 회전시켜, 반도체 웨이퍼(50)를 지지한 척 테이블(9)을 거친 연삭 영역 B으로 이동시켜, 거친 연삭 유닛(3)의 아래쪽에 위치시킨다. 이 상태에서, 거친 연삭 유닛(3)에 의해 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 거친 연삭 가공한다. 또한, 턴테이블(8)을 회전시켜, 상기 거친 연삭 가공된 반도체 웨이퍼(50)를 지지한 척 테이블(9)을 마무리 연삭 영역 C으로 이동시켜, 마무리 연삭 유닛(4)의 아래쪽에 위치시킨다. 이 상태에서, 마무리 연삭 유닛(4)에 의해 반도체 웨이 퍼(50)의 배면을 마무리 연삭 가공한다. 그리고, 마무리 연삭용의 연삭휠(4b)은, 거친 연삭용의 연삭휠(3b)보다 고운 연마재가 사용되고 있어, 보다 고정밀도의 연삭 가공이 행해진다.

마무리 연삭 가공 종료후, 또한 턴테이블(8)을 회전시키고, 상기 마무리 연삭 가공된 반도체 웨이퍼(50)를 지지한 척 테이블을 연마 영역 D으로 이동시켜, 연마 유닛(5)의 아래쪽에 위치시킨다. 이 상태에서, 연마 유닛(5)에 의해 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 연마 가공한다. 이 연마 가공은, 마무리 연삭된 반도체 웨이퍼(50)의 가공 변질층을 제거하고, 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 경면 가공하기 위해 행해진다. 그리고, 이 연마 가공과 동시에, 후속의 다른 반도체 웨이퍼(50)를 마무리 연삭 유닛(4)에 의해 마무리 연삭 가공하고, 또 다른 반도체 웨이퍼(50)를 거친 연삭 유닛(3)에 의해 거친 연삭 가공함으로써, 웨이퍼의 가공을 효율적으로 할 수 있다.

이어서, 턴테이블(8)을 다시 회전시키고, 상기 연마 가공된 반도체 웨이퍼(50)를 지지한 척 테이블(9)을 다시 반입 반출 영역 A으로 이동시킨다. 이어서, 반송 암(15)에 의해, 연마 가공된 반도체 웨이퍼(50)를 반출하고, 스핀나 세정 장치(30)에 반송한다. 스핀나 세정 장치(30)는, 반도체 웨이퍼(50)의 배면(연삭 및 연마된 가공면)에 부착되어 있는 오염물을 세정·제거한다. 그 후, 로봇 피크(20)는, 세정된 반도체 웨이퍼(50)를 웨이퍼 지지부에 의해 흡착 유지하고, 상기 반도체 웨이퍼(50)를 카세트(12) 내에 수용한다.

반도체 웨이퍼 가공 장치(1)에서는, 이상과 같이 하여 반도체 웨이퍼(50)의 연삭 가공 및 연마 가공이 행해진다. 이 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)에 있어서의 연마는, 연마 수단으로서 유리 연마재를 사용하여 연마 패드로 연마하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing: 화학적 및 기계적 연마)가 행해지고 있지만, CMP를 행하는 경우에는, 연마 패드의 표면에 눈막힘이 생기므로, 연마 패드의 표면을 세정해야만 한다.

그런데, 최근에는, 연마 공정의 종료시에는, 연마시에 공급하고 있던 연마액을 세정수로 전환하여 공급하고, 연마 패드를 반도체 웨이퍼의 표면에 접촉시켜 연마하는, 이른바 수연마를 행하는 경우가 많다. 이 수연마는, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 연마가루를 어느 정도 떨어뜨리고, 후에 행해지는 스핀나 세정의 부담을 저감시키기 위해 행해지고 있다. 통상은, 이 수연마의 후에 연마 패드의 세정을 행하게 된다.

따라서, 연마 패드(5b)의 표면의 세정이 종료될 때까지는, 다음의 반도체 웨이퍼(50)를 연마할 수 없었다. 즉, 다음에 연마할 반도체 웨이퍼(50)의 연삭 공정이 종료되고, 반도체 웨이퍼(50)가 연마 영역 D로 이동했다고 해도, 바로 연마 공정을 개시할 수 없으므로, 대기 시간이 필요하여, 스루풋이 저하된다는 문제가 있었다. 또한, 경우에 따라서는, 연마 패드(5b)의 세정을 1매의 반도체 웨이퍼(50)의 연마가 종료할 때마다 행하지 않으면 안되는 경우가 있고, 그와 같은 경우에는, 특히 대기 시간이 길어지므로, 스루풋이 크게 저하되고 있었다.

그래서, 본 실시예에 관한 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)의 연마 유닛(5)에서는, 반도체 웨이퍼(50)의 연마를 행하는 연마 영역 D에 위치하는 척 테이블(9)의 근방에 연마 패드 세정 수단(40)(후술하는 도 5 ~ 도 7 참조)을 설치하고, 상기 수연마를 할 때, 동시에 연마 패드 세정 수단(40)을 사용하여, 연마 패드(5b)의 표면을 세정한다. 이로써, 종래와 같이, 별도의 연마 패드 세정 스테이지를 설치할 필요가 없어지고, 또한 수연마 공정 후에 다음의 반도체 웨이퍼의 연마를 행할 때는, 이미 연마 패드의 세정은 종료되어 있으므로, 바로 다음의 반도체 웨이퍼의 연마를 행할 수 있어, 스루풋을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 2~도 4에 따라 본 실시예에 관한 연마 수단의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 그리고, 도 2 및 도 3은, 각각, 본 실시예에 관한 연마 유닛(5) 및 연마 유닛 이동 기구(6)의 구성을 나타낸 사시도 및 측면도이며, 도 4는 본 실시예에 관한 가공액 공급 유닛(7)의 내부 구성을 나타낸 설명도이다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 관한 연마 수단은, 주로 연삭 가공 후의 반도체 웨이퍼(50)의 배면에 대하여 연마 가공을 행하는 연마 유닛(5)과, 연마 유닛(5)을 수평 방향 및 수직 방향으로 이동시키는 연마 유닛 이동 기구(6)와, 연마 가공 시에 연마액과 세정액을 선택적으로 공급하는 가공액 공급 유닛(7)으로 구성되어 있다.

연마 유닛(5)은, 연마 영역 D에 설치되고, 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 화학적 및 기계적으로 연마(CMP 연마)하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 연마 유닛(5)은, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 스핀들(5a)과, 스핀들(5a)의 선단에 장착된 연마 패드(5b)를 구비한다. 연마 패드(5b)는, 반도체 웨이퍼(50)보다 큰 직경을 가지고, 연마 패드(5b) 내부에 있는 유리 연마재를 포함하는 연마액을 공급하 는 가공액 공급로(72)(후술)로부터 연마액을 척 테이블(9)에 지지된 반도체 웨이퍼(50)에 공급하면서, 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 CMP 연마한다. 또, 연마 패드(5b)는, 예를 들면, 모터(도시하지 않음)의 구동력이 스핀들(5a)을 통하여 전달되는 것에 의해, 수평 방향으로 소정 속도로 회전한다.

또, 도 3에 나타낸 바와 같이, 스핀들(5a)의 축방향을 따라 그 내부를 관통하도록, 가공액 공급 유닛(7)으로부터 공급된 가공액(연마액 또는 세정액)을 반도체 웨이퍼(50)의 연마면에 공급하기 위한 가공액 공급로(72)가 형성되어 있다. 가공액 공급로(72)는 또한, 스핀들(5a)의 선단에 장착된 연마 패드(5b)의 중심부를 관통하고, 그 선단부에는 가공액을 분사하는 분사구(72a)가 형성되어 있다. 한편, 가공액 공급로(72)의 분사구(72a)와는 반대측의 단부는, 후술하는 가공액 공급 유닛(7)에 연결되어 있다.

연마 유닛 이동 기구(6)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 이동 기대부(基臺部)(61)와, 연마 유닛(5)의 수평 방향의 이동을 지지하는 수평 이동 지지 부재(62)와, 이동 기대부(61) 상에 X축 방향으로 연장되도록 설치되고, 수평 이동 지지 부재(62)의 X축 방향의 이동을 안내하는 한쌍의 수평 이동 가이드 부재(63)와, X축 방향으로 연장되도록 설치되고, 수평 이동 지지 부재(62)와 걸어맞추어지고, 전동 모터(64)에 의해 회전 구동되는 볼 스크류(65)와, 연마 유닛(5)의 수직 방향의 이동을 지지하는 수직 이동 지지 부재(66)와, Z축 방향으로 연장되도록 설치되고, 수직 이동 지지 부재(66)의 Z축 방향의 이동을 안내하는 2쌍(4개)의 수직 이동 가이드 부재(67)와, 수직 이동 지지 부재(66)와 걸어맞추어지고, 전동 모터(68)에 의해 회전 구동되는 볼 스크류(69)로 이루어진다.

이러한 구성을 가지는 연마 유닛 이동 기구(6)는, 볼 스크류(65)를 회전시켜 수평 이동 지지 부재(62)를 수평 이동 가이드 부재(63)에 따라 X축 방향으로 이동시킴으로써, 연마 유닛(5)을 X축 방향으로 이동시킬 수 있다. 또, 연마 유닛 이동 기구(6)는, 볼 스크류(69)를 회전시켜 수직 이동 지지 부재(66)를 수직 이동 가이드 부재(67)에 따라 Z축 방향으로 이동시킴으로써, 연마 유닛(5)을 Z축 방향으로 이동시킬 수 있다.

가공액 공급 유닛(7)은, 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 연마 유닛(50)에 가공액(연마액 또는 세정액)을 공급하는 가공액 공급로(72)와, 연마액을 저류하는 연마액 저류 탱크(74)와, 반도체 웨이퍼(50)의 표면 상에 있는 오염물의 제거에 사용하는 세정액을 저류하는 세정액 저류 탱크(76)와, 가공액을 가공액 공급로(72)에 공급하는 가공액 공급 펌프(78)와, 연마액의 공급을 제어하는 연마액 공급 밸브(742)와, 세정액의 공급을 제어하는 세정액 공급 밸브(762)를 구비한다.

이러한 구성의 가공액 공급 유닛(7)은, 연마 가공 중에, 피연마면(즉, 반도체 웨이퍼(50)의 배면)과 연마 패드(5b) 사이에, 복수 종류의 가공액이 공급될 수 있도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 연마액으로서 연마재를 함유한 알칼리액(slurry)을 연마액 저류 탱크(74)에 저장하고, 세정액으로서 순수(純水)를 세정액 저류 탱크(76)에 저장하고, 연마액 공급 밸브(742)의 개폐와 세정액 공급 밸브(762)의 개폐를 전환함으로써, 연마액과 세정액 중 어느 한쪽을 선택적으로 공급할 수 있다.

이상과 같은 구성을 가지는 반도체 웨이퍼 가공 장치(1)에 있어서는, 턴테이블(8)이 회전하고, 마무리 연삭 가공된 반도체 웨이퍼(50)가 연마 영역 D에 위치 할 수 있으면, 연마 유닛(5)에 구비된 연마 패드(5b)를 연마 영역 D에 위치하는 척 테이블(9)에 지지된 반도체 웨이퍼(50)의 위쪽으로부터 접촉시켜, 연마 패드(5b)의 내부에 있는 가공액 공급로(72)로부터 유리 연마재를 포함하는 연마액을 공급하면서, 반도체 웨이퍼(50)의 마무리 연삭 가공된 면을 화학적 및 기계적으로 연마(CMP)한다.

여기서, 척 테이블(9) 및 연마 패드(5b)는, 수평 방향으로(XY 평면 상에서)회전 가능하게 구성되어 있고, 연마 유닛(5)이 반도체 웨이퍼(50)를 연마하고 있을 때는, 척 테이블(9)과 연마 패드(5b) 양쪽이 같은 방향 또는 역방향으로 회전하고 있다. 또, 연마 효율을 올리기 위해, 상기 회전에 더하여, 연마 가공 중에 연마 패드(5b)를 수평 방향(X축 방향)으로 요동시키면서 연마해도 된다.

다음에, 이와 같은 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 연마하는 연마 공정이 종료되면, 가공액 공급 유닛(7)의 연마액 공급 밸브(744)를 닫는 동시에 세정액 공급 밸브(764)를 열어, 유리 연마재를 포함하는 연마액의 공급으로부터 순수의 공급으로 전환하여, 순수를 공급하면서 연마(이른바 수연마)를 행한다. 이 수연마는, 반도체 웨이퍼(50)에 부착된 연마가루 등의 오염물을 제거하는 것을 목적으로 하여 행한다.

그런데, 반도체 웨이퍼(50)의 배면을 화학적 및 기계적으로 연마하는 공정에 있어서는, 연마액에 포함되는 유리 연마재가 연마 패드(5b)의 표면의 요철(凹凸)에 침투해 들어가 연마 패드(5b)가 눈막힘을 일으키거나 연마 패드(5b)의 표면에 부착된 유리 연마재가, 다음의 반도체 웨이퍼(50)를 연마할 때 반도체 웨이퍼(50)의 표면을 손상시키거나 하는 경우가 있다. 따라서, 연마 패드(5b)의 세정을 행하는 것이 필요하지만, 별도 연마 패드(5b)의 세정 공정을 설치하면, 전술한 바와 같이 스루풋이 저하되어 버리므로, 본 실시예에 있어서는, 상기 수연마 공정 시에, 동시에 연마 패드 세정 수단(40)을 사용하여, 연마 패드(5b)의 표면의 세정을 행하는 것으로 하고 있다.

본 실시예에 관한 연마 패드 세정 수단(40)은, 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 연마 유닛(5)이 X축 방향(수평 방향)으로 이동하는 범위 내에 있는 척 테이블(9)의 근방에, 예를 들면, 세정 브러시, 유체 분사 노즐 등의 형태로 설치된다.

이하, 이 연마 패드 세정 수단(40)의 구성 및 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 5에 따라 연마 패드 세정 수단(40)의 구성에 대하여 설명한다.

그리고, 도 5는, 본 실시예에 관한 연마 패드 세정 수단(40)의 구성 및 배치를 설명하기 위한 상면도이며, (a)는 제1 설치예, (b)는 제2 설치예를 나타낸 것이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 연마 패드 세정 수단(40)은, 적어도 반도체 웨이퍼(50)의 연마를 행하는 연마 영역 D에 위치하는 척 테이블(9d)의 근방에 배치된다. 구체적으로는, 예를 들면, 도 5 (a)에 나타낸 바와 같이, 4개의 연마 패드 세 정 수단(40a)~(40d)이, 각각, 턴테이블(8) 상에 배치된 4개의 척 테이블(9a)~(9d)의 근방에, 턴테이블(8) 상에 고정하여 설치되는 구성으로 해도 된다. 이 경우에는, 4개의 척 테이블(9a)~(9d)의 각각이 연마 영역 D에 위치했을 때 연마 패드 세정 수단(40a)~(40d)이 사용된다.

한편, 척 테이블(9a)~(9d)이, 그 이외의 반입 반출 영역 A, 거친 연삭 영역 B, 마무리 연삭 영역 C에 위치하고 있는 경우에는, 연마 패드 세정 수단(40a)~(40d)은 사용되지 않는다.

또, 도 5 (b)에 나타낸 바와 같이, 1개의 연마 패드 세정 수단(40)이 가동 지지 부재(45)에 의해 지지되고, 또한 가동 지지 부재(45)가 고정 지지 부재(46)에 의해 지지되도록 한 구성으로 해도 된다. 이 가동 지지 부재(45)의 우측단은, 턴테이블(8)의 외측에 고정하여 설치된 고정 지지 부재(46)의 대략 중앙부와 연결되어 있고, 가동 지지 부재(45)는, 그 우측단을 지점으로 하여, 도 5 (b)의 화살표로 나타낸 바와 같이 회동 가능하게 형성되어 있다. 이로써, 연마 패드 세정 수단(40)을, 사용하지 않을 때는 턴테이블(8)의 외측으로 퇴피시키는 것이 가능하며, 수연마 공정을 할 때만, 도 5 (b)에 나타낸 척 테이블(9d)의 근방에 위치시킬 수 있다.

이와 같이, 연마 패드 세정 수단(40)을 퇴피 가능하게 형성함으로써, 통상의 연마 공정 중에, 연마 패드 세정 수단(40)과, 연마 패드(5b) 또는 연삭휠(3b, 4b)이 접촉하는 것 등에 의한 연마 패드(5b) 등의 손상을 방지할 수 있다.

상기와 같은 구성의 연마 패드 세정 수단(40)으로서는, 예를 들면, 순수(純水)와 같은 액체를 분사하는 액체 분사 수단, 순수와 같은 액체와 공기와 같은 기 체를 혼합하여 분사하는 2유체(流體) 분사 수단, 세정 브러시를 구비하는 브러시 수단 등이 고려된다.

이하, 도 6 및 도 7에 따라 연마 패드 세정 수단(40)을 사용한 연마 패드(5b)의 세정 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 그리고, 도 6은, 본 실시예에 관한 연마 패드 세정 수단(40A)을 사용한 연마 패드(5b)의 세정 방법을 나타낸 설명도이며, 도 7은, 본 실시예의 변형예에 관한 연마 패드 세정 수단(40B)을 사용한 연마 패드(5b)의 세정 방법을 나타낸 설명도이다.

도 6에는, 연마 패드 세정 수단(40)이 액체 분사 수단으로서의 세정수 분사 노즐(40A)인 예에 대하여 나타낸다. 세정수 분사 노즐(40A)은, 세정수 공급 수단(42A)을 구비하고 있다. 도 6에 나타낸 예에 있어서는, 이 세정수 공급 수단(42A)으로부터 연마 패드(5b)의 표면을 향하여, 예를 들면, 순수 W 등의 액체를 분사하여, 연마 패드(5b)의 표면에 부착된 유리 연마재 등을 제거함으로써, 연마 패드(5b)를 세정한다.

이 때, 연마 패드(5b)를 수평 방향(X축 방향)으로 요동시킴으로써, 연마 패드 세정 수단(40)이 연마 패드(5b)의 전체면에 대하여 작용하도록 할 수 있다. 즉, 연마 패드 세정 수단(40)으로서의 세정수 분사 노즐(40A)은, 연마 패드(5b)의 X축 방향의 요동에 의해, 적어도 연마 패드(5b)의 외주부로부터 중심까지의 거리 d를, 연마 패드(5b)의 직경 방향을 따라 상대 이동한다. 또, 연마 패드(5b)가 X축 방향으로 보라는 듯이 행동하고 있는 동안에도 연마 패드 b는 수평 방향으로 회전하고 있으므로, 세정수 분사 노즐(40A)을 연마 패드(5b)의 직경 방향으로 상대 이동시킴 으로써, 연마 패드(5b)의 전체면을 세정할 수 있다.

그리고, 연마 패드 세정 수단(40)이 2유체 분사 수단인 경우도, 상기 세정수 분사 노즐(40A)의 경우와 마찬가지로, 연마 패드(5b)의 세정을 행할 수 있다.

도 7에는, 연마 패드 세정 수단(40)이 브러시 수단으로서의 세정 브러시(40B)인 예에 대하여 나타낸다. 세정 브러시(40B)는, 브러시 모(42B)를 구비하고 있다. 도 6의 경우와 같이 연마 패드(5b)에 세정수를 분사하는 대신에, 브러시 모(42B)를 연마 패드(5b)의 표면에 접촉시킨 후, 연마 패드(5b)를 요동시켜, 세정 브러시(40B)를 연마 패드(5b)의 직경 방향에 대하여 상대 이동시킴으로써, 연마 패드(5b)의 표면에 부착된 유리(遊離) 연마재 등을 취하여 제거할 수 있다.

세정 브러시(40B)의 상기 이외의 동작에 대하여는, 연마 패드 세정 수단(40)으로서 세정수 분사 노즐(40A)을 사용한 경우와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 물론이다.

당업자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도(相到)할 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대하여도 당연하게 본 발명의 기술적 범위에 속할 것으로 이해된다.

예를 들면, 상기 실시예에 있어서는, 피가공물의 구체예로서 반도체 웨이퍼(50)의 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은, 이러한 예에 한정되지 않는다.

피가공물은, 예를 들면, 각종의 반도체 기판, 사파이어 기판, 유리재, 세라 믹스재, 금속재, 플라스틱 등의 합성 수지재, 또는 자기 헤드, 레이저 다이오드 헤드 등을 형성하기 위한 전자 재료 기판 등이라도 된다. 또, 피가공물의 형상은, 대략 원반형 이외에도, 대략 타원판, 대략 직사각형 판형상 등 임의의 형상이라도 된다.

또, 상기 실시예에 있어서는, 피가공물 가공 장치는, 2개의 연삭 유닛(3, 4)을 구비하지만, 이러한 예에 한정되지 않고, 연삭 유닛을 1개만, 또는 3개 이상 구비하도록 구성할 수도 있다.

또, 상기 실시예에 있어서는, 연마 패드 세정 수단(40)을 고정하여, 연마 패드(5b)를 움직임으로써, 연마 패드 세정 수단(40)을 연마 패드(5b)의 직경 방향으로 상대 이동시키는 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은, 이러한 예에 한정되지 않고, 연마 패드 세정 수단(40)을 움직여도 지장을 주지 않는다.

또, 상기 실시예에 있어서는, 연마 패드 세정 수단(40)을 퇴피 가능하게 구성할 때, 연마 패드 세정 수단(40)이 회동 가능하도록 구성된 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은, 이러한 예에 한정되지 않고, 세정 수단 지지 부재(45, 46)마다 상하 이동, 좌우이동하도록 구성해도 된다.

본 발명은, 가공 장치 및 가공 방법에 적용 가능하며, 특히 피가공물의 표면을 화학적 및 기계적으로 연마하는 연마 유닛을 포함하는 가공 장치 및 이것을 사용한 가공 방법에 적용가능하다.

Claims

피가공물을 지지하는 척(chuck) 테이블과,

상기 피가공물보다 큰 직경을 가지는 연마 패드와, 연마액과 세정액을 선택적으로 공급하는 가공액 공급 수단을 가지고, 상기 연마 패드를 상기 척 테이블에 지지된 상기 피가공물의 위쪽으로부터 접촉시켜 상기 피가공물을 연마하는 연마 수단과,

상기 피가공물의 연마 위치에 위치하는 상기 척 테이블의 근방에 설치되고, 상기 연마 패드의 표면을 아래쪽으로부터 세정하는 연마 패드 세정 수단

을 구비하고,

상기 연마 수단은 상기 척 테이블에 지지된 상기 피가공물의 가공면에 연마액을 공급하면서 화학적 및 기계적으로 연마하고,

상기 연마 패드 세정 수단은 상기 연마 패드의 직경 방향으로 상기 연마 패드에 대하여 상대 이동하면서 상기 연마 패드의 표면을 세정하는 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 척 테이블이 복수개 설치되고, 회동 가능하게 설치된 턴테이블과,

상기 척 테이블에 지지된 상기 피가공물을 연삭하는 연삭 수단을 추가로 구비하고,

상기 연마 수단은 상기 연삭 수단에 의해 연삭된 상기 피가공물을 연마하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 연마 패드 세정 수단은 상기 가공액 공급 수단이 상기 세정액을 공급하고 있는 경우에 상기 연마 패드의 표면을 세정하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 연마 패드 세정 수단은 적어도 상기 연마 패드의 중심부로부터 외주부까지 상대 이동하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 연마 패드 세정 수단은 액체를 분사하는 액체 분사 수단인 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 연마 패드 세정 수단은 액체와 기체를 혼합하여 분사하는 2유체(流體) 분사 수단인 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 연마 패드 세정 수단은 브러시 수단인 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 가공 장치를 사용한 가공 방법에 있어서,

척 테이블에 지지된 피가공물을 연마하는 연마 공정 시에 상기 피가공물의 가공면에 대하여 연마액의 공급을 정지하고, 세정수를 공급함으로써, 상기 가공면을 연마 패드로 연마하고, 연마 패드 세정 수단과 상기 연마 패드를 직경 방향으로 상대 이동시켜 상기 연마 패드의 표면을 세정하는 가공 방법.