特許 6100002 基板裏面の研磨方法および基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6100002

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】基板裏面の研磨方法および基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20170313BHJP

   B24B 21/00 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 621B

   H01L21/304 622L

   H01L21/304 622E

   B24B21/00 A

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-18476(P2013-18476)

(22)【出願日】2013年2月1日

(65)【公開番号】特開2014-150178(P2014-150178A)

(43)【公開日】2014年8月21日

【審査請求日】2015年9月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】石井 遊

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 賢也

(72)【発明者】

【氏名】中西 正行

(72)【発明者】

【氏名】戸川 哲二

【審査官】 宮久保 博幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０４２２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１６３１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２５９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２０８５７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の裏面全体を研磨する研磨方法であって、
基板ステージで基板の裏面の中心側領域を保持しながら、前記基板の裏面に対向して配置された研磨ヘッドが前記裏面の外周側領域に研磨具を摺接させる工程と、
前記基板を保持しながら、前記裏面の前記中心側領域に研磨具を摺接させる工程を含むことを特徴とする研磨方法。

【請求項2】

前記外周側領域に前記研磨具を摺接する工程を行い、その後前記中心側領域に前記研磨具を摺接する工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。

【請求項3】

前記裏面の前記外周側領域に前記研磨具を摺接させる前記工程は、前記基板の裏面に純水を供給しながら行われ、
前記裏面の前記中心側領域に前記研磨具を摺接させる前記工程は、前記基板の裏面に純水を供給しながら行われることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨方法。

【請求項4】

前記研磨ヘッドは、前記基板の裏面よりも下方に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨方法。

【請求項5】

基板ステージで基板の裏面の中心側領域を保持しながら、前記基板の裏面に対向して配置された研磨ヘッドが前記裏面の外周側領域に研磨具を摺接させて該外周側領域を研磨する第１裏面研磨ユニットと、
前記基板を保持しながら、前記裏面の前記中心側領域に研磨具を摺接させて該中心側領域を研磨する第２裏面研磨ユニットと、
前記第１裏面研磨ユニットと前記第２裏面研磨ユニットとの間で前記基板を搬送する搬送ロボットとを備えたことを特徴とする基板処理装置。

【請求項6】

前記第１裏面研磨ユニットが前記外周側領域を研磨した後に、前記第２裏面研磨ユニットが前記中心側領域を研磨することを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記搬送ロボットは、前記第１裏面研磨ユニットによって研磨された前記基板を反転させて前記第２裏面研磨ユニットに搬送するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記研磨ヘッドは、前記基板の裏面よりも下方に位置していることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェハなどの基板の裏面を研磨する研磨方法に関する。また、本発明は基板の裏面を研磨する基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、メモリー回路、ロジック回路、イメージセンサ（例えばＣＭＯＳセンサー）などのデバイスは、より高集積化されつつある。これらのデバイスを形成する工程においては、微粒子や塵埃などの異物がデバイスに付着することがある。デバイスに付着した異物は、配線間の短絡や回路の不具合を引き起こしてしまう。したがって、デバイスの信頼性を向上させるために、デバイスが形成されたウェハを洗浄して、ウェハ上の異物を除去することが必要とされる。

【0003】

ウェハの裏面（ベアシリコン面）にも、上述したような微粒子や粉塵などの異物が付着することがある。このような異物がウェハの裏面に付着すると、ウェハが露光装置のステージ基準面から離間したりウェハ表面がステージ基準面に対して傾き、結果として、パターニングのずれや焦点距離のずれが生じることとなる。このような問題を防止するために、ウェハの裏面に付着した異物を除去することが必要とされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−３４５２９８号公報

【特許文献2】特開２０１０−１３００２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来では、ウェハを回転させながらペン型のブラシやロールスポンジでウェハをスクラブ洗浄することが行われている。しかしながら、このような洗浄技術では、異物の除去率が悪く、特に異物の上に膜が堆積された状態の異物を除去することが難しかった。また、従来の洗浄技術では、ウェハの裏面全体から異物を除去することが困難であった。

【0006】

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ウェハなどの基板の裏面全体に付着した異物を高い除去率で除去することができる方法および装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板の裏面全体を研磨する研磨方法であって、基板ステージで基板の裏面の中心側領域を保持しながら、前記基板の裏面に対向して配置された研磨ヘッドが前記裏面の外周側領域に研磨具を摺接させる工程と、前記基板を保持しながら、前記裏面の前記中心側領域に研磨具を摺接させる工程を含むことを特徴とする研磨方法である。
本発明の好ましい態様は、前記外周側領域に前記研磨具を摺接する工程を行い、その後前記中心側領域に前記研磨具を摺接する工程を行うことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記裏面の前記外周側領域に前記研磨具を摺接させる前記工程は、前記基板の裏面に純水を供給しながら行われ、前記裏面の前記中心側領域に前記研磨具を摺接させる前記工程は、前記基板の裏面に純水を供給しながら行われることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッドは、前記基板の裏面よりも下方に位置していることを特徴とする。

【0008】

本発明の他の態様は、基板ステージで基板の裏面の中心側領域を保持しながら、前記基板の裏面に対向して配置された研磨ヘッドが前記裏面の外周側領域に研磨具を摺接させて該外周側領域を研磨する第１裏面研磨ユニットと、前記基板を保持しながら、前記裏面の前記中心側領域に研磨具を摺接させて該中心側領域を研磨する第２裏面研磨ユニットと、前記第１裏面研磨ユニットと前記第２裏面研磨ユニットとの間で前記基板を搬送する搬送ロボットとを備えたことを特徴とする基板処理装置である。
本発明の好ましい態様は、前記第１裏面研磨ユニットが前記外周側領域を研磨した後に、前記第２裏面研磨ユニットが前記中心側領域を研磨することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記搬送ロボットは、前記第１裏面研磨ユニットによって研磨された前記基板を反転させて前記第２裏面研磨ユニットに搬送するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨ヘッドは、前記基板の裏面よりも下方に位置していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、研磨具を基板の裏面に摺接させることにより、研磨具によって基板の裏面をわずかに削り取る。したがって、裏面から異物を高い除去率で除去することができる。特に、基板の裏面全体に研磨具を摺接させることにより、裏面全体から異物を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１（ａ）および図１（ｂ）はウェハの周縁部を示す拡大断面図である。

【図2】ウェハの裏面の外周側領域を研磨するための第１裏面研磨ユニットを示す模式図である。

【図3】研磨ヘッドをウェハの半径方向外側に移動させた図である。

【図4】ウェハの裏面の中心側領域を研磨するための第２裏面研磨ユニットを示す模式図である。

【図5】第２裏面研磨ユニットの平面図である。

【図6】第１裏面研磨ユニットおよび第２裏面研磨ユニットを含む複数の基板処理ユニットを備えた基板処理装置を示す平面図である。

【図7】図６に示す基板処理装置の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係る研磨方法は、第１研磨工程と第２研磨工程とから構成される。第１研磨工程は、基板の裏面の外周側領域を研磨する工程であり、第２研磨工程は基板の裏面の中心側領域を研磨する工程である。中心側領域は基板の中心を含む領域であり、外周側領域は中心側領域の半径方向外側に位置する領域である。中心側領域と外周側領域とは互いに隣接し、中心側領域と外周側領域とを組み合わせた領域は、基板の裏面全体に及ぶ。

【0012】

図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の一例であるウェハの周縁部を示す拡大断面図である。より詳しくは、図１（ａ）はいわゆるストレート型のウェハの断面図であり、図１（ｂ）はいわゆるラウンド型のウェハの断面図である。本明細書では、ウェハ（基板）の裏面とは、デバイスが形成されている面とは反対側の平坦な面をいう。ウェハの外周面はベベル部と呼ばれる。ウェハの裏面はベベル部の半径方向内側にある平坦な面である。ウェハ裏面の外周側領域はベベル部に隣接する。一例として、外周側領域の幅は十数ミリの円環状の領域であり、中心側領域はその内側の円形の領域である。

【0013】

図２は、ウェハＷの裏面の外周側領域を研磨するための第１裏面研磨ユニット１１を示す模式図である。この第１裏面研磨ユニット１１は、ウェハ（基板）Ｗを保持して回転させる第１基板保持部１２と、第１基板保持部１２に保持されているウェハＷの裏面に研磨具を押し当てる第１研磨ヘッド１４とを備えている。第１基板保持部１２は、ウェハＷを真空吸着により保持する基板ステージ１７と、基板ステージ１７を回転させるモータ１９とを備えている。

【0014】

ウェハＷはその裏面が下向きの状態で基板ステージ１７上に載置される。基板ステージ１７の上面には溝１７ａが形成されており、この溝１７ａは真空ライン２０に連通している。真空ライン２０は図示しない真空源（例えば真空ポンプ）に接続されている。真空ライン２０を通じて基板ステージ１７の溝１７ａに真空が形成されると、ウェハＷは真空吸着力により基板ステージ１７上に保持される。この状態でモータ１９は基板ステージ１７を回転させ、ウェハＷをその軸心まわりに回転させる。基板ステージ１７はウェハＷの直径よりも小さく、ウェハＷの裏面の中心側領域は基板ステージ１７によって保持される。ウェハＷの裏面の外周側領域は、基板ステージ１７から外側にはみ出している。

【0015】

第１研磨ヘッド１４は、基板ステージ１７に隣接して配置されている。より具体的には、第１研磨ヘッド１４は、露出している外周側領域に対向して配置されている。第１研磨ヘッド１４は、研磨具としての研磨テープ２２を保持する複数のローラー２３と、研磨テープ２２をウェハＷの裏面に押し付ける押圧部材２４と、押圧部材２４に押圧力を付与するアクチュエータとしてのエアシリンダ２５とを備えている。エアシリンダ２５は押圧部材２４に押圧力を与え、これにより押圧部材２４は研磨テープ２２をウェハＷの裏面に押し付ける。なお、研磨具として、研磨テープに代えて砥石を用いてもよい。

【0016】

研磨テープ２２の一端は繰り出しリール３１に接続され、他端は巻取りリール３２に接続されている。研磨テープ２２は、繰り出しリール３１から第１研磨ヘッド１４を経由して巻取りリール３２に所定の速度で送られる。使用される研磨テープ２２の例としては、表面に砥粒が固定されたテープ、または硬質の不織布からなるテープなどが挙げられる。第１研磨ヘッド１４は、研磨ヘッド移動機構３５に連結されている。この研磨ヘッド移動機構３５は、第１研磨ヘッド１４をウェハＷの半径方向外側に移動させるように構成されている。研磨ヘッド移動機構３５は、例えばボールねじとサーボモータとの組み合わせから構成される。

【0017】

基板ステージ１７に保持されたウェハＷの上方および下方には、ウェハＷに研磨液を供給する液体供給ノズル３７，３８が配置されている。研磨液としては、純水が好ましく使用される。これは、エッチング作用のある化学成分を含む研磨液を使用すると、裏面に形成されている凹部が広がってしまうことがあるからである。

【0018】

ウェハＷの裏面の外周側領域は次のようにして研磨される。基板ステージ１７に保持されたウェハＷをその中心軸まわりにモータ１９により回転させ、回転するウェハＷの表面および裏面に液体供給ノズル３７，３８から研磨液を供給する。この状態で、第１研磨ヘッド１４は研磨テープ２２をウェハＷの裏面に押し付ける。研磨テープ２２は外周側領域と摺接し、これにより外周側領域を研磨する。研磨ヘッド移動機構３５は、第１研磨ヘッド１４が研磨テープ２２をウェハＷの裏面に押し付けながら、図３の矢印に示すように、第１研磨ヘッド１４をウェハＷの半径方向外側に所定の速度で移動させる。このようにして、ウェハＷの裏面の外周側領域全体が研磨テープ２２によって研磨される。研磨中、研磨液はウェハＷの内側から外側に流れ、研磨屑は研磨液によってウェハＷから除去される。

【0019】

第１研磨工程の終了後、ウェハＷは図示しない搬送ロボットにより第１裏面研磨ユニット１１から取り出される。搬送ロボットはウェハＷを反転させてその裏面を上向きにし、そして、ウェハＷを以下に説明する第２裏面研磨ユニットに搬送する。

【0020】

図４は、ウェハＷの裏面の中心側領域を研磨するための第２裏面研磨ユニットを示す模式図であり、図５は第２裏面研磨ユニットの平面図である。第２裏面研磨ユニット４１は、ウェハＷを保持して回転させる第２基板保持部４２と、ウェハＷの裏面に研磨具４４を押し付ける第２研磨ヘッド４６とを備えている。第２基板保持部４２は、ウェハＷのベベル部を保持する複数のチャック４８と、これらチャック４８をウェハＷの軸心まわりに回転させる中空モータ５１とを備えている。各チャック４８はその上端にクランプ４９を備えており、このクランプ４９によりウェハＷのベベル部が把持される。クランプ４９がウェハＷのベベル部を把持した状態で中空モータ５１によってチャック４８を回転させることにより、図５の矢印Ａで示すようにウェハＷがその軸心まわりに回転する。

【0021】

第２裏面研磨ユニット４１では、ウェハＷはその裏面が上向きの状態で第２基板保持部４２により保持される。チャック４８に保持されたウェハＷの下面（裏面とは反対側の面）は、基板支持部５２によって支持されている。この基板支持部５２は、連結部材５３によって中空モータ５１に連結されており、中空モータ５１によって基板支持部５２は第２基板保持部４２と一体に回転するようになっている。基板支持部５２は、ウェハＷの下面に接触する円形の上面を有している。この基板支持部５２の上面は、不織布またはバッキングフィルムなどの弾性材からなるシートから構成されおり、ウェハＷに形成されているデバイスにダメージを与えないようになっている。基板支持部５２は、単にウェハＷを下から支えているのみであり、ウェハＷを真空吸着などで保持はしていない。ウェハＷと基板支持部５２は一体に回転し、両者の相対速度は０である。

【0022】

第２研磨ヘッド４６は、ウェハＷの上方に配置されており、研磨具４４をウェハＷの裏面に上から押し付ける。使用される研磨具４４の例としては、砥粒が表面に固定された不織布、硬質の不織布、砥石、または上述した第１裏面研磨ユニット１１で使用される研磨テープなどが挙げられる。例えば、研磨具４４は、第２研磨ヘッド４６の軸心まわりに配置された複数の研磨テープから構成してもよい。

【0023】

第２研磨ヘッド４６は、ヘッドアーム５５によって支持されている。このヘッドアーム５５には図示しない回転機構が内蔵されており、この回転機構によって第２研磨ヘッド４６は矢印Ｂで示すようにその軸心まわりに回転する。ヘッドアーム５５の端部は揺動軸５６に固定されている。この揺動軸５６はモータなどの駆動機５７に連結されている。駆動機５７により揺動軸５６が所定の角度で回転することにより、第２研磨ヘッド４６はウェハＷの上方の研磨位置とウェハＷの外側の待機位置との間を移動する。

【0024】

第２研磨ヘッド４６に隣接して、ウェハＷの裏面に研磨液を供給する液体供給ノズル６１が配置されている。研磨液としては、純水が好ましく使用される。

【0025】

ウェハＷの中心側領域は次のようにして研磨される。ウェハＷの裏面が上向きの状態でウェハＷのベベル部がチャック４８によって保持される。ウェハＷをその中心軸まわりに中空モータ５１により回転させ、回転するウェハＷの裏面に液体供給ノズル６１から研磨液を供給する。この状態で、第２研磨ヘッド４６は研磨具４４を回転させながら、研磨具４４をウェハＷの裏面中心を含む中心側領域に押し付ける。研磨具４４は中心側領域と摺接し、これにより中心側領域を研磨する。研磨中は、研磨具４４がウェハＷの中心に接触した状態を保ちながら、第２研磨ヘッド４６をウェハＷの略半径方向に揺動させてもよい。このようにして、ウェハＷの裏面の中心側領域が研磨具４４によって研磨される。研磨中、研磨液はウェハＷの内側から外側に流れ、研磨屑は研磨液によってウェハＷから除去される。

【0026】

上述した実施形態では、ウェハＷの裏面の外周側領域が先に研磨され、その後に裏面の中心側領域が研磨される。これは、第１研磨工程でウェハＷの裏面に付いた基板ステージ１７の吸着痕を第２研磨工程で除去するためである。しかしながら、本発明はこの例に限定されず、中心側領域を研磨する工程を行った後に、裏面の外周側領域を研磨する工程を行ってもよい。

【0027】

第１研磨工程ではウェハＷの裏面の中心側領域が保持されるので、ウェハＷの中心を研磨テープ２２で研磨することができないが、裏面の外周側領域を研磨することができる。これに対し、第２研磨工程では、第２基板保持部４２によりウェハＷのベベル部が保持されるので、ウェハＷの裏面の周縁部を研磨具４４で研磨することができないが、裏面の中心を含む中心側領域を研磨することができる。よって、第１研磨工程と第２研磨工程とを組み合わせることにより、ウェハＷの裏面全体を研磨することができる。したがって、ウェハＷの裏面全体から異物、突起部などを除去することができる。

【0028】

第１研磨工程および第２研磨工程では、研磨具２２，４４によりウェハＷの裏面が僅かに削られる。除去されるウェハＷの量（厚さ）は、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以下である。研磨終点は時間に基づいて決定される。すなわち、予め定められた研磨時間に達したときに研磨が終了される。第２研磨工程が終了した後は、ウェハＷを洗浄装置に搬送してウェハＷの両面を洗浄することが好ましい。

【0029】

図６は、上述した第１裏面研磨ユニット１１および第２裏面研磨ユニット４１を含む複数の基板処理ユニットを備えた基板処理装置を示す平面図であり、図７は図６に示す基板処理装置の側面図である。この基板処理装置は、複数のウェハＷが収容されたウェハカセット６５が載置されるロードポート６６と、２台の第１裏面研磨ユニット１１と、２台の第２裏面研磨ユニット４１と、研磨されたウェハＷを洗浄する２台の洗浄ユニット７２と、洗浄されたウェハＷを乾燥させる２台の乾燥ユニット７３とを備えている。

【0030】

２台の洗浄ユニット７２は、２台の第２裏面研磨ユニット４１の上にそれぞれ配置されており、２台の乾燥ユニット７３は、２台の第１裏面研磨ユニット１１の上にそれぞれ配置されている。ロードポート６６と第１裏面研磨ユニット１１との間には第１搬送ロボット７４が配置されている。また、第１裏面研磨ユニット１１と第２裏面研磨ユニット４１の間には、第２搬送ロボット７５が配置されている。

【0031】

ウェハカセット６５内のウェハＷは、第１搬送ロボット７４によって第１裏面研磨ユニット１１に搬送され、ここでウェハＷの裏面の外周側領域が研磨される。第１裏面研磨ユニット１１の第１研磨ヘッド１４にチルト機構を設けて、ウェハＷのベベル部をさらに研磨してもよい。ウェハＷは第２搬送ロボット７５により第１裏面研磨ユニット１１から取り出され、その裏面が上向きになるように反転される。そして、反転されたウェハＷは第２裏面研磨ユニット４１に搬送され、ここでウェハＷの裏面の中心側領域が研磨される。第２裏面研磨ユニット４１に搬送する前に、裏面の外周側領域が研磨されたウェハＷを洗浄ユニット７２に搬送してウェハＷを洗浄してもよい。

【0032】

裏面の全体が研磨されたウェハＷは、第２搬送ロボット７５によって第２裏面研磨ユニット４１から取り出され、その裏面が下向きになるように反転され、そして洗浄ユニット７２に搬送される。洗浄ユニット７２は、ウェハＷを挟むように配置された上側ロールスポンジおよび下側ロールスポンジを備えており、洗浄液をウェハＷの両面に供給しながらこれらロールスポンジでウェハＷの両面をスクラブ洗浄する。洗浄されたウェハＷは、第２搬送ロボット７５によって乾燥ユニット７３に搬送される。乾燥ユニット７３は、ウェハＷをその軸心まわりに高速で回転させることによってウェハＷをスピン乾燥する。乾燥されたウェハＷは、第１搬送ロボット７４によりロードポート６６上のウェハカセット６５に戻される。このようにして、基板処理装置は、ウェハＷの裏面研磨、洗浄、および乾燥の一連の工程を行うことができる。

【0033】

第１裏面研磨ユニット１１、第２裏面研磨ユニット４１、洗浄ユニット７２、および乾燥ユニット７３は、それぞれモジュール化されたユニットとして構成されており、これらの配置を自在に変えることが可能となっている。例えば、図６に示す２台の第１裏面研磨ユニット１１のうちの一方または両方に代えて、ウェハＷのノッチ部を研磨するノッチ研磨ユニットを配置してもよい。

【0034】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0035】

１１ 第１裏面研磨ユニット
１２ 第１基板保持部
１４ 第１研磨ヘッド
１７ 基板ステージ
１９ モータ
２０ 真空ライン
２２ 研磨テープ（研磨具）
２３ ローラー
２４ 押圧部材
２５ エアシリンダ
３１ 繰り出しリール
３２ 巻取りリール
３５ 研磨ヘッド移動機構
３７，３８ 液体供給ノズル
４１ 第２裏面研磨ユニット
４２ 第２基板保持部
４４ 研磨具
４６ 第２研磨ヘッド
４８ チャック
４９ クランプ
５１ 中空モータ
５２ 基板支持部
５３ 連結部材
５５ ヘッドアーム
５６ 揺動軸
５７ 駆動機
６１ 液体供給ノズル
６５ ウェハカセット
６６ ロードポート
７２ 洗浄ユニット
７３ 乾燥ユニット
７４ 第１搬送ロボット
７５ 第２搬送ロボット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】