特許 6863220 片面研磨装置へのウェーハ貼付装置、および片面研磨装置へのウェーハ貼付方法

(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】6863220

(24)【登録日】2021年4月5日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】片面研磨装置へのウェーハ貼付装置、および片面研磨装置へのウェーハ貼付方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/30 20120101AFI20210412BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20210412BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/30 A

   H01L21/304 622H

   H01L21/68 N

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-200286(P2017-200286)

(22)【出願日】2017年10月16日

(65)【公開番号】特開2019-72796(P2019-72796A)

(43)【公開日】2019年5月16日

【審査請求日】2019年10月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 勝利

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１１５９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０９９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１０２１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３７６５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ３７／３０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

片面研磨装置にウェーハを水の表面張力により貼り付ける片面研磨装置へのウェーハ貼付装置であって、
前記ウェーハの外周縁で当接し、前記ウェーハを支持する仮受台と、
前記仮受台上に設けられ、前記ウェーハに水を吐出する水吐出槽とを備え、
前記水吐出槽の外周径は、前記ウェーハの外径よりも小さいことを特徴とする片面研磨装置へのウェーハ貼付装置。

【請求項2】

請求項１に記載の片面研磨装置へのウェーハ貼付装置において、
前記水吐出槽は、前記仮受台に支持されたウェーハの中央下方に位置する凹部と、前記凹部の底部に形成され、前記ウェーハの中央に水を吐出する吐出部とを備えていることを特徴とする片面研磨装置へのウェーハ貼付装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の片面研磨装置へのウェーハ貼付装置において、
前記仮受台を前記片面研磨装置の貼付面に接近、離間させる第１昇降装置と、
前記水吐出槽を、前記仮受台上に支持されたウェーハに接近、離間させる第２昇降装置とを備えていることを特徴とする片面研磨装置へのウェーハ貼付装置。

【請求項4】

片面研磨装置にウェーハを水の表面張力により貼り付ける片面研磨装置へのウェーハ貼付方法であって、
仮受台に前記ウェーハの外周縁を支持させる工程と、
前記仮受台を前記片面研磨装置のウェーハの貼付面に、前記ウェーハと所定の隙間を持たせて接近させる工程と、
前記ウェーハの中央下方から吐出する水の水面の外径が、前記ウェーハの外径よりも小さくなるように水を吐出しながら、前記ウェーハを前記片面研磨装置のウェーハの貼付面に押しつける工程とを実施することを特徴とする片面研磨装置へのウェーハ貼付方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、片面研磨装置へのウェーハ貼付装置、および片面研磨装置へのウェーハ貼付方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、片面研磨装置へのウェーハ貼付方法としては、吸着テープを用いたもの、真空吸着を利用したものが知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
特許文献１には、水の表面張力によりウェーハを保持する研磨ヘッドを備え、研磨ヘッドに孔部を形成して、真空吸引を利用して研磨ヘッドの保持面にウェーハを貼り付ける技術が開示されている。
また、特許文献２には、研磨ヘッドの下面に両面粘着シートを貼り付け、水の表面張力および吸着シートの粘着性により、基板を吸着シートに密着させて保持する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−１０３７０７号公報

【特許文献2】特開２００８−８０４４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術では、研磨ヘッドに孔を開けなければならず、この孔から重金属を含んだ流体が逆流し、ウェーハが汚染する問題があった。また、異物が入出する可能性もある。
また、前記特許文献２に記載の技術では、治具等を用いて研磨ヘッドの下面にウェーハを押さえつけなければならず、押さえつけの際、ウェーハの表面に接触痕が残ることや、パッド上の異物などでウェーハの表面が傷つけられることがある。
この場合、その後の研磨処理により接触痕、傷を除去することも考えられるが、研磨取代が少ない場合は、接触痕、傷を除去することができないという課題がある。

【0005】

本発明の目的は、ウェーハ表面に接触痕や傷が入らず、表面品質が悪化することのない片面研磨装置へのウェーハ貼付装置、および片面研磨装置へのウェーハ貼付方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の片面研磨装置へのウェーハ貼付装置は、片面研磨装置にウェーハを水の表面張力により貼り付ける片面研磨装置へのウェーハ貼付装置であって、前記ウェーハの外周縁で当接し、前記ウェーハを支持する仮受台と、前記仮受台上に設けられ、前記ウェーハに水を吐出する水吐出槽とを備えていることを特徴とする。

【0007】

この発明によれば、仮受台にウェーハを支持させた状態で片面研磨装置のウェーハの貼付面に接近させ、水吐出槽から水を吐出することにより、ウェーハを貼付面に貼り付けることができる。ウェーハを貼付面に貼り付けるに際して、水圧を利用して貼り付けることができるため、ウェーハに貼り付け時の接触痕や、貼り付け時の傷を生じさせることがなく、ウェーハの表面品質が悪化することがない。

【0008】

本発明では、前記水吐出槽は、前記仮受台に支持されたウェーハの中央下方に位置する凹部と、前記凹部の底部に形成され、前記ウェーハの中央に水を吐出する吐出部とを備えているのが好ましい。
この発明によれば、吐出部が凹部の中央に水を吐出し、ウェーハを凹部全体の水圧で押すようになっているので、ウェーハを片面研磨装置の貼付面に押しつける力を、ウェーハの中央部において、面で作用させることができる。片面研磨装置の貼付面では、貼付面とウェーハとの間に供給される水を、作用する水圧の小さいウェーハの外周から排出できるため、片面研磨装置の貼付面にウェーハを確実に貼り付けることができる。

【0009】

本発明では、前記仮受台を前記片面研磨装置の貼付面に接近、離間させる第１昇降装置と、前記水吐出槽を、前記仮受台に支持されたウェーハに接近、離間させる第２昇降装置とを備えているのが好ましい。
この発明によれば、第１昇降装置を利用して仮受台を片面研磨装置の貼付面に接近させ、貼付面とウェーハの間に所定の隙間を有して維持することができる。そして、第２昇降装置を利用して、凹部に水を吐出させながら水吐出槽をウェーハに所望の状態に接近させることにより、ウェーハを片面研磨装置の貼付面に貼り付けることができる。

【0010】

本発明の片面研磨装置へのウェーハ貼付方法は、片面研磨装置にウェーハを水の表面張力により貼り付ける片面研磨装置へのウェーハ貼付方法であって、仮受台に前記ウェーハの外周縁を支持させる工程と、前記仮受台を前記片面研磨装置の貼付面に、前記ウェーハと所定の隙間を持たせて接近させる工程と、前記ウェーハの中央下方から水を吐出しながら、前記ウェーハを前記片面研磨装置の貼付面に押しつける工程とを実施することを特徴とする。
この発明によっても、前述した作用および効果と同様の作用および効果を享受できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る片面研磨装置へのウェーハ貼付装置の構造を示す断面図。

【図2】前記実施形態におけるウェーハ貼付装置の構造を示す平面図。

【図3】前記実施形態におけるウェーハの位置決め装置の構造を示す側面図。

【図4】前記実施形態におけるウェーハの位置決め装置の構造を示す平面図。

【図5】前記実施形態における研磨装置へのウェーハ貼付方法を示すフローチャート。

【図6】前記実施形態における作用を説明するための断面図。

【図7】前記実施形態における作用を説明するための断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１には、本発明の実施形態に係る片面研磨装置１およびウェーハ貼付装置２が示されている。
［１］片面研磨装置１の構造
片面研磨装置１は、ヘッド回転軸１１、研磨ヘッド１２、バックパッド１３、リテーナー１４、および図示しない定盤を備える。
ヘッド回転軸１１は、図示を略したが、軸状部材から構成され、モータ等の回転駆動源の回転軸に接続され、研磨ヘッド１２を回転させる。
研磨ヘッド１２は、ヘッド回転軸１１の下端に設けられ、ヘッド回転軸１１の回転中心を中心とする円形の厚肉板状体から構成される。この研磨ヘッド１２は、水の表面張力によりウェーハＷを保持する。

【0013】

バックパッド１３は、研磨ヘッド１２の下面に設けられ、研磨ヘッド１２と同径の円形板状体である。このバックパッド１３は、多孔質樹脂材により構成され、水を含むことができるようになっている。
リテーナー１４は、バックパッド１３の下面に設けられるリング状部材から形成され、ウェーハＷがバックパッド１３と研磨パッドの隙間から外れないように保持している。また、リテーナー１４のリング内周径は、ウェーハＷの外周径よりも若干大きく形成され、研磨パッドにウェーハＷを押さえつけて研磨する際、リテーナー１４の部分で研磨パッドを押さえつけ、ウェーハＷの沈み込みによる研磨時のウェーハＷの縁だれの発生を防止することもできる。
定盤は、回転自在に支持され、研磨ヘッド１２の回転方向と同方向または逆方向に回転する。定盤上には、研磨パッドが貼り付けられ、ウェーハＷの下面が所定の力で押圧されることにより、ウェーハＷの研磨が行われる。

【0014】

［２］ウェーハ貼付装置２の構造
ウェーハ貼付装置２は、ウェーハＷを片面研磨装置１の研磨ヘッド１２の下面に貼り付ける装置であり、図１および図２に示すように、基台２Ａ上に設けられる仮受台２１、水吐出槽２２、第１昇降装置２３、および第２昇降装置２４を備える。
仮受台２１は、板状部２１Ａと、板状部２１Ａの外周縁から起立する起立部２１Ｂを備える。

【0015】

板状部２１Ａは、所定厚さの円形板状体から構成される。円形板状体の径方向中間には、エアブロー２１１が、円形板状体の中心周りに複数箇所（本実施形態では４箇所）に設けられている。エアブロー２１１は、ウェーハＷを貼り付ける前に、貼り付け面の余分な水分を飛ばす機能を有する。

【0016】

起立部２１Ｂは、板状部２１Ａの外周に、複数本設置される（本実施形態では、ウェーハＷの円周上に４本均等に設置されている）。起立部２１Ｂは、板状部２１Ａの外周端面に、複数のボルト２１２によって固定される。なお、図示を略したが、起立部２１Ｂの内周面の中間部分には、シャワーノズルが起立部２１Ｂのリング周りに複数箇所設けられ、シャワーノズルから水を研磨ヘッド１２のバックパッド１３に吐出することにより、バックパッド１３を保水する。

【0017】

また、起立部２１Ｂの上端には、仮受部２１３が設けられている。
仮受部２１３の上面は、内側に向かって下方に傾斜したテーパ面とされている。ウェーハＷを受ける際には、仮受部２１３のテーパ面が、ウェーハＷの外周縁のＲ面取り部と当接し、ウェーハＷの外周縁を支持する。

【0018】

水吐出槽２２は、ウェーハＷに水を吐出する円柱状部材であり、凹部２２Ａおよび吐出部２２Ｂを備える。なお、水吐出槽２２の外周径は、ウェーハＷの外径よりも小さければよい。
凹部２２Ａは、水吐出槽２２の外周よりも小径の円形状に形成され、凹部２２Ａの中心は、水吐出槽２２の円形中心と同じとされ、漏斗状または球面状の傾斜面を有し、ウェーハＷが仮受台２１に支持された際、ウェーハＷの中央下方に位置する。
吐出部２２Ｂは、凹部２２Ａの底部に形成される複数箇所の孔２２１を備え、これらの孔２２１からウェーハＷと凹部２２Ａの空間に水を吐出する。孔２２１は、水吐出槽２２の内部に形成される十字状の配管２２２に連通し（図２参照）、配管２２２には、水吐出槽２２の外周に接続される水供給管２２３から水が供給される。

【0019】

第１昇降装置２３は、仮受台２１を上下に昇降させる装置であり、昇降装置本体２３Ａおよびカバー部２３Ｂを備える。
昇降装置本体２３Ａは、仮受台２１を上下に昇降させる本体部分であり、軸受部２３１および軸部２３２を備える。
軸受部２３１は、ボールスプライン軸受から構成され、基台２Ａ上に固定される。
軸部２３２は、外周面にスプライン溝が形成された軸状部材から構成され、軸受部２３１内に挿入される。軸部２３２の上端は、仮受台２１の下面中心に取り付けられている。軸部２３２の下端は、第１昇降装置２３の下方に設けられるエアシリンダ２Ｂに接続されている。
エアシリンダ２Ｂが伸縮すると、軸部２３２は上下に昇降し、これに伴い、仮受台２１も上下に昇降する。

【0020】

カバー部２３Ｂは、昇降装置本体２３Ａを囲む筒状体から構成され、昇降装置本体２３Ａが、ウェーハＷの貼り付け時に使用する水によって濡れるのを防止する。カバー部２３Ｂは、固定筒部２３３および稼働筒部２３４を備える。
固定筒部２３３は、円形状の筒状体から構成され、軸受部２３１を囲むように設けられ、下端が基台２Ａに固定されている。
稼働筒部２３４は、固定筒部２３３よりも径の小さな円筒状体から構成され、下部は固定筒部２３３の内部に収容される。稼働筒部２３４は、軸部２３２の上下動に伴い、上下に昇降し、軸部２３２が外部に露出することを防止する。

【0021】

第２昇降装置２４は、水吐出槽２２を上下に昇降させる装置であり、昇降装置本体２４Ａおよびカバー部２４Ｂを備える。
昇降装置本体２４Ａは、水吐出槽２２を昇降させる本体部分であり、シリンダ本体２４１および昇降部２４２を備える。
シリンダ本体２４１は、仮受台２１の板状部２１Ａの中央に設けられ、ボルト等により板状部２１Ａに固定されている。
昇降部２４２は、上端が水吐出槽２２の下面に取り付けられている。昇降部２４２は、図示しないエアの供給源からシリンダ本体２４１にエアが供給され、昇降部２４２の上部が上下方向に伸縮し、昇降部２４２の伸縮に伴い、水吐出槽２２が上下に昇降する。

【0022】

カバー部２４Ｂは、昇降装置本体２４Ａを囲む筒状体から構成され、昇降装置本体２４Ａが、ウェーハＷの貼り付け時に使用する水によって濡れるのを防止する。カバー部２４Ｂは、固定筒部２４３および稼働筒部２４４を備える。
固定筒部２４３は、昇降装置本体２４Ａを囲む円筒状体から構成され、下端が仮受台２１の板状部２１Ａに固定されている。
稼働筒部２４４は、固定筒部２４３よりも径の小さな円筒状体から構成され、下部は固定筒部２４３の内部に収容される。稼働筒部２４４は、昇降部２４２の伸縮に伴い、上下に昇降し、シリンダ本体２４１が外部に露出することを防止する。

【0023】

［３］ウェーハＷの位置決め装置３の構造
図３および図４には、ウェーハＷの位置決め装置３が示されている。位置決め装置３は、ウェーハＷを水平方向に移動させ、ウェーハＷの水平方向位置を位置決めする装置である。位置決め装置３は、駆動部３Ａ、一対の支持部３Ｂ、および一対の腕部３Ｃを備える。また、位置決め装置３は図示されないエアシリンダで昇降できるようになっている。
駆動部３Ａは、エアシリンダ等のアクチュエータから構成され、アクチュエータを伸縮させることにより、両端に設けられた把持部３１が水平方向に伸縮する。
それぞれの把持部３１には、支持部３Ｂが設けられている。
支持部３Ｂは、上下に延びる角形柱状部材から構成されている。それぞれの支持部３Ｂの下端には、腕部３Ｃが設けられている。

【0024】

腕部３Ｃは、支持部３Ｂの下端に設けられ、図４に示すように、平面視円弧状の板状体から構成され、ウェーハＷの端面を把持する。腕部３Ｃは、固定腕部３３および稼働腕部３４を備える。
固定腕部３３は、支持部３Ｂの下端に固定される１／４円弧状の板状体である。固定腕部３３の先端には、取付部材３５が設けられている。
稼働腕部３４は、固定腕部３３の下部に取り付けられる１／４円弧状の板状体から構成される。稼働腕部３４は、固定腕部３３に対して、円弧の中心が取付部材３５によって取り付けられ、稼働腕部３４の円弧中心に向かって移動可能とされる。
稼働腕部３４の円弧内周面には、シリコン等の可撓性のクッション３６が設けられている。クッション３６は、ウェーハＷの側面に当接し、互いに対向する４つのクッション３６によってウェーハＷを把持する。

【0025】

［４］実施形態の作用および効果
次に、前述したウェーハ貼付装置２の作用について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、片面研磨装置１の研磨ヘッド１２を、研磨ヘッド１２の回転中心が、ウェーハ貼付装置２の仮受台２１の中心上方となるように移動する（工程Ｓ１）。
図示を略したが、ロボットハンドを用いて、ウェーハＷを仮受台２１の上に設置する（工程Ｓ２）。
ウェーハＷの位置決め装置３により、対向する稼働腕部３４を互いに接近させてウェーハＷを、仮受台２１の中心上にセンタリングする（工程Ｓ３）。
次に、第１昇降装置２３の昇降装置本体２３Ａにより、仮受台２１を上昇させ、ウェーハＷを研磨ヘッド１２のバックパッド１３が設けられた下面に接近させる（工程Ｓ４）。

【0026】

仮受台２１を上昇させた後、水吐出槽２２の吐出部２２Ｂの４箇所の孔２２１から水を吐出する（工程Ｓ５）。さらに、図６に示すように、第２昇降装置２４の昇降装置本体２３Ａにより、水吐出槽２２を上昇させる（工程Ｓ６）。

【0027】

ウェーハＷは、図７に示すように、水の吐出圧（凹部２２Ａの内圧）により、下面中央から研磨ヘッド１２のバックパッド１３の面に押しつけられ、研磨ヘッド１２の下面に貼り付けられる（工程Ｓ７）
ここで、仮受台２１の上昇時、ウェーハＷと水吐出槽２２の距離Ｄ１は、１００μｍ〜１５０μｍとされるが、可能な限り接近させた方が、水吐出槽２２から吐出された水による押しつけ力が大きくなるので、好ましい。
本実施形態において、このような距離Ｄ１をとったのは、ウェーハＷの厚さのばらつき、バックパッド１３の厚さのばらつき、バックパッド１３へのウェーハＷの沈み込み量、第１昇降装置２３の昇降量の精度、水吐出槽２２の上面の面精度のばらつき等によって、ウェーハＷが研磨ヘッド１２と干渉することを防止するためである。

【0028】

ここで、ウェーハＷを研磨ヘッド１２の下面に押しつける水の吐出圧目標値は、以下のように計算することができる。
ウェーハＷに伝える力の目標値をＦ（Ｎ）とした場合、水吐出槽２２の凹部２２Ａの内径をｒ（ｍ）とすると、吐出圧Ｐ（Ｐａ）は、以下の式（１）によって求められる。
Ｐ＝Ｆ／π（ｒ／２）^２・・・（１）
目標値Ｆ＝９．８Ｎ、内径ｒ＝０．０８ｍとすると、吐出圧Ｐは、Ｐ＝９．８／π／０．０４^２≒１．９５ｋＰａとなる。

【0029】

一方、ウェーハＷの質量Ｍ（ｇ）は、ウェーハＷの直径をＲ（ｃｍ）、厚さｔ（ｃｍ）、シリコンの密度ρ（ｇ／ｃｍ^３）とすると下記式（２）によって求められる。
Ｍ＝π×（Ｒ／２）^２×ｔ×ρ・・・（２）
直径３００ｍｍ、厚さ７８０μｍのウェーハＷの場合、シリコンの密度が２．３（ｇ／ｃｍ^３）であるから、ウェーハＷの重量は、Ｍ＝π×１５^２×０．０７８×２．３＝１２６．８（ｇ）となる。

【0030】

１２６．８ｇのウェーハＷを、凹部２２Ａの内径がｒ＝０．０８ｍの水吐出槽２２によって上昇させる吐出圧Ｐ１は、式（１）から、Ｐ１＝０．１２６８／９．８／π／０．０４^２≒０．２５ｋＰａとなる。
同様に、１２６．８ｇのウェーハＷを凹部２２Ａの内径がｒ＝０．２ｍの水吐出槽２２によって上昇させる吐出圧Ｐ２は、式（１）から、Ｐ２＝０．１２６８／９．８／π／０．１^２≒０．０４１ｋＰａとなる。この計算値はウェーハＷを貼り付けるために最低限必要な吐出圧であって、実際にウェーハＷを上昇させるためにはこの値以上の力が必要となる。

【0031】

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
仮受台２１にウェーハＷを支持させた状態で片面研磨装置１のウェーハＷの貼付面に接近させ、水吐出槽２２から水を吐出することにより、ウェーハＷを貼付面に貼り付けることができる。ウェーハＷを貼付面に貼り付けるに際して、水圧を利用して貼り付けることができるため、ウェーハＷに貼り付け時の接触痕や、貼り付け時の傷を生じさせることがなく、ウェーハＷの表面品質が悪化することがない。

【0032】

吐出部２２Ｂが凹部２２Ａの中央に水を吐出し、ウェーハＷを凹部２２Ａ全体で押すようになっているので、ウェーハＷを片面研磨装置１の貼付面に押しつける力を、ウェーハＷの中央部において、面で作用させることができる。片面研磨装置１の貼付面では、貼付面とウェーハＷとの間に供給される水を、作用する水圧の小さいウェーハＷの外周から排出できるため、片面研磨装置１の貼付面にウェーハＷを確実に貼り付けることができる。

【0033】

第１昇降装置２３を利用して仮受台２１を片面研磨装置１の貼付面に接近させ、貼付面とウェーハＷの間に所定の隙間を有して維持することができる。そして、第２昇降装置２４を利用して、水を吐出させながら水吐出槽２２をウェーハＷに所望の状態に接近させることにより、ウェーハＷを片面研磨装置１の貼付面に貼り付けることができる。

【符号の説明】

【0034】

１…片面研磨装置、２…ウェーハ貼付装置、２Ａ…基台、２Ｂ…エアシリンダ、３…位置決め装置、３Ａ…駆動部、３Ｂ…支持部、３Ｃ…腕部、１１…ヘッド回転軸、１２…研磨ヘッド、１３…バックパッド、１４…リテーナー、２１…仮受台、２１Ａ…板状部、２１Ｂ…起立部、２２…水吐出槽、２２Ａ…凹部、２２Ｂ…吐出部、２３…第１昇降装置、２３Ａ…昇降装置本体、２３Ｂ…カバー部、２４…第２昇降装置、２４Ａ…昇降装置本体、２４Ｂ…カバー部、３１…把持部、３３…固定腕部、３４…稼働腕部、３５…取付部材、３６…クッション、２１１…エアブロー、２１２…ボルト、２１３…仮受部、２２１…孔、２２２…配管、２２３…水供給管、２３１…軸受部、２３２…軸部、２３３…固定筒部、２３４…稼働筒部、２４１…シリンダ本体、２４２…昇降部、２４３…固定筒部、２４４…稼働筒部、Ｄ１…距離、Ｗ…ウェーハ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】