特許 7108399 乾式研磨装置

(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】

(24)【登録日】2022-07-20

(45)【発行日】2022-07-28

(54)【発明の名称】乾式研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 55/06 20060101AFI20220721BHJP

   B24B 7/04 20060101ALI20220721BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20220721BHJP

   B24B 37/10 20120101ALN20220721BHJP

【ＦＩ】

B24B55/06

B24B7/04 A

H01L21/304 621C

B24B37/10

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2017235915

(22)【出願日】2017-12-08

(65)【公開番号】P2019098503

(43)【公開日】2019-06-24

【審査請求日】2020-10-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】110001014

【氏名又は名称】特許業務法人東京アルパ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中塚 敦

【審査官】須中 栄治

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－００１１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０８８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１３７３４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１３９１２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－０３８６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００５２９２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１４８３７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ１／００－５７／０４

Ｂ２４Ｄ３／００－９９／００

Ｂ２５Ｆ１／００－５／０２

Ｈ０１Ｌ２１／３０４；２１／４６３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェーハを保持する保持テーブルと、円板状の乾式の研磨パッドを回転可能に装着し該保持テーブルで保持したウェーハを研磨する研磨手段と、該保持テーブルと該研磨パッドとを覆う箱状の加工室とを備え、該加工室内でウェーハを研磨する乾式研磨装置であって、
該研磨手段は、装着面を有し該研磨パッドの中心と該装着面の中心とを一致させて該研磨パッドを装着するための円板状のマウントと、
該マウントの中心を軸とし該装着面の反対面に先端を装着するスピンドルと、
該スピンドルを回転自在に支持するスピンドルユニットと、
該スピンドルを回転させる回転手段とを備え、
該マウントは、該研磨パッドの直径より大きい直径で形成され該研磨パッドの外周縁より外側にはみ出したはみ出し部と、
該はみ出し部に環状に配設され該スピンドルの回転により該マウントの該装着面側から該反対面側に向かって上昇気流を発生させるフィンとを備え、
該加工室は、該加工室の上板に該研磨手段のスピンドルのみが通過し昇降可能とする開口と、
該上板に加工室内を吸う集塵機に接続された排気口を有する排気部と 、
該加工室の側板に配置された吸気口と、
を備え、
該マウントを回転させたときに発生する該上昇気流によって研磨加工で発生した加工屑を該排気口に導く乾式研磨装置。

【請求項2】

前記排気部は、前記開口を囲繞して環状に形成され下面が開放された断面が溝状の案内部と、該案内部の天井板に配設される前記排気口とを備え、
該天井板は、該排気口が配設されるところが最も高くなるよう傾斜して前記加工屑を該排気口に導く請求項１記載の乾式研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェーハに対して乾式の研磨加工を施す研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

表面にデバイスが形成されたウェーハの裏面を研削砥石で研削して薄化すると、ウェーハの被研削面に研削痕が形成されチップの抗折強度が低下するため、被研削面の研削痕を研磨加工して除去して、デバイスごとに分割しチップを形成している。研削痕が除去されることによりチップの抗折強度が大きくなり、チップの信頼性が向上している。

【0003】

研磨加工には、研磨液を用いるＣＭＰ研磨加工と、研磨液を用いない乾式の研磨加工とがある。乾式の研磨加工は、砥粒を含んで形成される円板状の研磨パッドをウェーハに接触させ研磨している（例えば、下記の特許文献１を参照）。乾式研磨加工装置は、ウェーハを保持する保持テーブルと研磨パッドとを包む加工室を備え、研磨加工中の加工室内は、研磨パッドが消耗した粉とウェーハが研磨された粉とによる加工屑が舞っている。そのため、加工屑を加工室外に排出するため、加工室外に備える集塵機を用いて加工室を吸気して負圧にさせ、加工屑を装置外へと排出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－３１５０９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記のような乾式研磨装置においては、集塵機によっても加工室から加工屑を十分に吸うことができず、研磨パッドやウェーハに加工屑が付着することで研磨不良を発生させることがある。

【0006】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、研磨パッドやウェーハに加工屑が付着しないようにすることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、ウェーハを保持する保持テーブルと、円板状の乾式の研磨パッドを回転可能に装着し該保持テーブルが保持したウェーハを研磨する研磨手段と、該保持テーブルと該研磨パッドとを覆う箱状の加工室とを備え、該加工室内でウェーハを研磨する乾式研磨装置であって、該研磨手段は、装着面を有し該研磨パッドの中心と該装着面の中心とを一致させて該研磨パッドを装着するための円板状のマウントと、該マウントの中心を軸とし該装着面の反対面に先端を装着するスピンドルと、該スピンドルを回転自在に支持するスピンドルユニットと、該スピンドルを回転させる回転手段とを備え、該マウントは、該研磨パッドの直径より大きい直径で形成され該研磨パッドの外周縁より外側にはみ出したはみ出し部と、該はみ出し部に環状に配設され該スピンドルの回転により該マウントの該装着面側から該反対面側に向かって上昇気流を発生させるフィンとを備え、該加工室は、該加工室の上板に該研磨手段のスピンドルのみが通過し昇降可能とする開口と、該上板に該加工室内を吸う集塵機に接続された排気口を有する排気部と、該加工室の側板に配置され空気を該加工室内に取り込む吸気口と、を備え、該マウントを回転させたときに発生する該上昇気流によって研磨加工で発生した加工屑を該排気口に導くことができる。

【0008】

上記排気部は、上記開口を囲繞して環状に形成され下面が開放された断面が溝状の案内部と、該案内部の天井板に配設される上記排気口とを備え、該天井板は、該排気口が配設されるところが最も高くなるよう傾斜して該排気口に加工屑を導くことができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る乾式研磨装置は、ウェーハを保持する保持テーブルと、円板状の乾式の研磨パッドを回転可能に装着し該保持テーブルで保持したウェーハを研磨する研磨手段と、該保持テーブルと該研磨パッドとを覆う箱状の加工室とを備え、該研磨手段は、装着面を有し該研磨パッドの中心と該装着面の中心とを一致させて該研磨パッドを装着するための円板状のマウントを備え、該マウントは、該研磨パッドの直径より大きい直径で形成され該研磨パッドの外周縁より外側にはみ出したはみ出し部と、該はみ出し部に環状に配設され該スピンドルの回転により該マウントの該装着面側から該反対面側に向かって上昇気流を発生させるフィンとを備え、該加工室は、該加工室の上板に該研磨手段が通過し昇降可能な開口と、該上板に該加工室内を吸う集塵機に接続された排気口を有する排気部とを備え、該マウントを回転させたときに発生する該上昇気流によって研磨加工で発生した加工屑を該排気口に導くように構成したため、加工室内で舞っている加工屑を排気口から集塵機で効率よく吸引することができる。これにより、ウェーハや研磨パッドの研磨面に加工屑が付着しないため、研磨不良を発生させることがない。

【0010】

上記排気部は、上記開口を囲繞して環状に形成され下面が開放された断面が溝状の案内部と、該案内部の天井板に配設される上記排気口とを備え、該天井板は、該排気口が配設されるところが最も高くなるよう傾斜しているため、上記マウントを回転させたときに発生する上記上昇気流が案内部に沿って案内されていくとともに、天井板の傾斜に沿って排気口側へ流れていくため、加工室内で舞っている加工屑が排気口に誘導されやすくなり、上記集塵機で加工屑を十分に吸引することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】乾式研磨装置の構成を示す斜視図である。

【図2】研磨手段及び加工室の構成を示す断面図である。

【図3】研磨手段の一部の構成を示す斜視図である。

【図4】加工室内でウェーハを研磨加工する状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１に示す乾式研磨装置１は、ウェーハなどの被加工物に乾式の研磨加工（ドライポリッシュ）を施す研磨装置の一例である。乾式研磨装置１は、Ｙ軸方向に延在する装置ベース１００を有し、装置ベース１００の上には、図２に示すウェーハＷを保持する保持テーブル２を備えている。保持テーブル２の上面は、ウェーハＷを吸引保持する保持面２ａとなっており、保持面２ａには、図示しない吸引源が接続されている。保持テーブル２の下方には、図示していないが、保持テーブル２を回転させるモータと、保持テーブル２を水平方向（Ｙ軸方向）に移動させる移動手段とが接続されている。

【0013】

装置ベース１００のＹ軸方向後部側には、コラム１０１が立設されている。コラム１０１の前方には、保持テーブル２が保持したウェーハＷに乾式の研磨加工を施す研磨手段３と、保持テーブル２と後述する研磨パッド３０とを覆う箱状の加工室４と、研磨手段３を鉛直方向（Ｚ軸方向）に昇降させる昇降手段５とを備えている。装置ベース１００の側方側には、研磨加工中に加工室４の内部で発生する加工屑を吸引する集塵機６を備えている。

【0014】

昇降手段５は、Ｚ軸方向に延在するボールネジ５０と、ボールネジ５０の一端に接続されたモータ５１と、ボールネジ５０と平行に延在する一対のガイドレール５２と、一方の面が研磨手段３に連結された昇降板５３とを備えている。昇降板５３の他方の面には一対のガイドレール５２が摺接し、昇降板５３の中央部分に形成されたナットにはボールネジ５０が螺合している。モータ５１がボールネジ５０を回動させると、ガイドレール５２にガイドされて昇降板５３がＺ軸方向に昇降し、昇降板５３とともに研磨手段３をＺ軸方向に昇降させることができる。

【0015】

図２に示すように、研磨手段３は、円板状の乾式の研磨パッド３０と、装着面３２ａを有し研磨パッド３０の中心と装着面３２ａの中心とを一致させて研磨パッド３０を装着するための円板状のマウント３２と、マウント３２の中心を軸とし装着面３２ａの反対面３２ｂに先端を装着するスピンドル３３と、スピンドル３３を回転自在に支持するスピンドルユニット３４と、スピンドル３３を回転させる回転手段３５とを備えている。

【0016】

スピンドルユニット３４は、スピンドル３３を回転可能に囲繞するスピンドルハウジングである。スピンドルユニット３４には、高圧エアー供給源が接続されており、スピンドルユニット３４とスピンドル３３との間に設けられた隙間３４０に例えば高圧エアーを噴出する構成となっている。これにより、スピンドル３３は、隙間３４０に噴出される高圧エアーによってスピンドルユニット３４に非接触の状態で回転自在に支持される。

【0017】

回転手段３５は、スピンドル３３の上端側外周面に固定された図示しないロータと、ロータを囲繞するようにスピンドルユニット３４の内周面に固定されたステータ３５０とにより構成されている。ステータ３５０に所定の電圧を印加すると、ロータが回転し、スピンドル３３がその軸心を中心として回転する構成となっている。

【0018】

研磨パッド３０は、例えば、ウレタンや不織布により形成されている。研磨パッド３０の下面は、ウェーハＷを乾式で研磨する研磨面３０ａとなっている。研磨パッド３０は、研磨パッド３０と略同径の円板３１に固定され、円板３１を介してマウント３２の装着面３２ａに装着されている。円板３１は、図示しないボルト等によってマウント３２に着脱自在に取り付けられている。

【0019】

マウント３２は、研磨パッド３０の直径より大きい直径で形成され研磨パッド３０の外周縁より外側にはみ出したはみ出し部３６と、スピンドル３３の回転によりマウント３２の装着面３２ａ側から装着面３２ａの反対面３２ｂ側に向かって上昇気流を発生させるフィン３７とを備え、スピンドル３３の回転によって発生する遠心力を利用したファンとしても機能する。

【0020】

図３に示す研磨手段３は、マウント３２に備えるはみ出し部３６とフィン３７との構成を模式的に示している。はみ出し部３６は、マウント３２の周囲を覆って配設された円環状部材である。はみ出し部３６は、外周側の周縁部３６ａ，３６ｂの間に空隙３６０が形成されている。この空隙３６０に複数のフィン３７が全体として円環状に配設されている。なお、はみ出し部３６の直径は、研磨パッド３０の直径よりも大きく構成されていればよく、特に限定されない。

【0021】

隣り合うフィン３７は、互いに平行で、かつ、スピンドル３３の回転方向（例えば反時計回り方向）側にフィン３７の下端が下向きでスピンドル３３の回転方向と逆方向側にフィン３７の上端が上向きとなるように傾斜している。マウント３２が回転することによって複数のフィン３７も回転することにより、はみ出し部３６の周囲にエアーを圧送してマウント３２の中心側と外周側とに圧力差を生じさせ、マウント３２の装着面３２ａ側から反対面３２ｂ側に向けて上昇気流を発生させることが可能となっている。

【0022】

図１に示す加工室４は、上板４００と複数の側板４０１とにより囲繞された内部空間を有している。加工室４の手前側（Ｙ軸方向手前側）の側板４０１には、保持テーブル２が通過可能な進入口（図示せず）と、進入口を開閉するための開閉扉４０と、開閉扉４０を上下方向に移動させる開閉機構４１とが配設されている。開閉機構４１は、例えばエアシリンダとピストンとにより構成されており、開閉扉４０を側板４０１に配設された一対のガイド４０２に沿って上下方向に移動させることにより、進入口を開閉することができる。開閉扉４０の近傍には、吸気口４７が配設されている。

【0023】

図２に示すように、加工室４は、上板４００に研磨手段３が通過し昇降可能な開口４２と、上板４００に加工室４内を吸う集塵機６に接続された排気口４６を有する排気部４３とを備えている。スピンドルユニット３４の下端と上板４００との間には、スピンドル３３を囲繞する蛇腹カバー４８が配設されている。蛇腹カバー４８によって開口４２が閉じられており、研磨加工中に発生する加工屑が加工室４の外側へ飛散するのを防止している。蛇腹カバー４８は、特に材質などは限定されないが、昇降手段５による研磨手段３の昇降移動に追従して変形可能となっている。

【0024】

排気部４３は、開口４２を囲繞して環状に形成され下面が開放された断面が溝状の案内部４４と、案内部４４の天井板４５に配設された排気口４６とを備えている。本実施形態に示す案内部４４は、断面略コの字形状に形成されており、案内部４４の下面（天井板４５の下面）に開放された空間が気流の通り道となる凹状の溝４４０となっている。案内部４４は、本実施形態に示した構成に限定されるものではなく、例えば断面略Ｕ字形状に形成されていてもよい。

【0025】

また、天井板４５は、排気口４６が配設されるところが最も高くなるよう傾斜している。本実施形態に示す天井板４５は、排気口４６側に向けて高くなるように緩やかに傾斜している。このように構成される排気部４３によれば、マウント３２を回転させたときに発生する上昇気流が溝４４０に沿って案内されていくとともに、天井板４５の傾斜に沿って排気口４６側へ流れていくため、加工室４の内部で舞っている加工屑が排気口４６に誘導されやすくなり、集塵機６で加工屑を十分に吸引することができる。なお、加工室４は、保持テーブル２や、マウント３２に装着された状態の研磨パッド３０だけでなく、はみ出し部３６の全体が入る程度の大きさに設定されている。そのため、はみ出し部３６の直径を変更する場合は、かかる変更に応じて加工室４の大きさを適宜変更してもよい。天井板４５は、図示した構成に限定されず、加工室４の大きさに応じて、適宜傾斜角度を変えてもよい。

【0026】

集塵機６は、図１に示す直方体形状のハウジング６０と、ハウジング６０の上に配設された筒状の集塵タンク６１と、集塵タンク６１の上端に配設された複数の逆噴射ノズル６４と、逆噴射ノズル６４に接続された複数の逆噴射バルブ６５と、集塵タンク６１の側部に取り付けられ高圧エアーが充填された逆噴射タンク６６と、ハウジング６０の内部に配設された吸引手段６７と、ハウジング６０の側部に配設され逆噴射バルブ６５の開閉を制御するバルブ制御部６８とを備えている。

【0027】

集塵タンク６１の内部には加工屑とエアーとを分離するための分離室６１ａと、エアー噴出室６１ｂとに区画されている。分離室６１ａは、ダクト６９ａによって加工室４の排気口４６に連結されている。分離室６１ａには、加工室４から排気されたエアーを濾過するために、複数（例えば３つ）のフィルター６３が配設されている。フィルター６３の中央には、エアーの通り道となる中心孔６３０が形成されている。中心孔６３０の下端は閉塞しており、中心孔６３０の上端はエアー噴出室６１ｂに連通している。加工室４から排気されたエアーがフィルター６３を通過すると、エアーに含まれる加工屑が取り除かれ、中心孔６３０からエアー噴出室６１ｂにクリーンなエアーが噴出される。エアー噴出室６１ｂは、ダクト６９ｂによって吸引手段６７に連結されている。そして、エアー噴出室６１ｂに噴出されたエアーは、吸引手段６７によって吸引されて装置外へ排気される。

【0028】

エアー噴出室６１ｂには、３つのフィルター６３に溜まった加工屑を除去するために、３つの逆噴射ノズル６４と、３つの逆噴射バルブ６５とが配設されている。逆噴射タンク６６は、配管を介してエアー噴出室６１ｂに連結されている。逆噴射バルブ６５を開くと、逆噴射タンク６６の高圧エアーが逆噴射ノズル６４からフィルター６３の中心孔６３０に向けて噴射される。これにより、加工室４から排気されたエアーを濾過する場合と逆方向（中心孔６３０側から外周側の方向）へ高圧エアーが流れていくため、フィルター６３に溜まった加工屑を外側へ吹き飛ばして、フィルター６３を清掃することができる。フィルター６３を清掃するタイミングは、特に限定されないが、集塵機６の稼働中に定期的に行うことが好ましい。

【0029】

集塵タンク６１の下端は、下方に向かって縮径された漏斗状の受け部６１０となっており、受け部６１０の中央には排出口６１１が形成されている。図示してないが、分離室６１ａには、洗浄水を噴射するノズルが配設されており、分離室６１ａに付着した加工屑を洗浄水で洗い流すことができる。排出口６１１の下方側には、排出口６１１から落下してきた加工屑を含む廃液を回収する回収部６２が配設されている。回収部６２には、図示しないダクトが接続され、装置外へ加工屑を含む廃液を排出することができる。このように構成される集塵機６は、ウェーハＷの研磨加工中は常に稼働させておく。

【0030】

次に、乾式研磨装置１の動作例について説明する。図２に示すように、保持テーブル２の保持面２ａにウェーハＷを載置したら、吸引源の吸引力によって保持面２ａでウェーハＷを吸引保持する。続いて、図１に示した開閉扉４０が開いて、保持テーブル２を進入口から加工室４の内部に進入させ、研磨手段３の下方側に保持テーブル２を移動させる。

【0031】

図４に示すように、研磨手段３によって研磨加工を開始する場合は、保持テーブル２を例えば矢印Ａ方向に回転させ、スピンドル３３によって研磨パッド３０を例えば矢印Ａ方向に回転させながら、昇降手段５によってスピンドルユニット３４を保持テーブル２に対して接近するＺ軸方向に下降させる。加工室４の内部において、例えば、保持テーブル２をＹ軸方向に水平移動させつつ、研磨パッド３０の研磨面３０ａとウェーハＷとを相対的に摺動させて研磨加工する。このとき、スピンドルユニット３４の下降動作に追従して蛇腹カバー４８が垂直方向に縮んだ状態となっている。

【0032】

加工室４の内部では、研磨パッド３０がウェーハＷを研磨したときに発生した加工屑Ａｄが舞っている。ウェーハＷの研磨加工中は、集塵機６を常に稼働させておくことにより、加工室４の内部を負圧にして排気口４６からダクト６９ａを通じて加工屑Ａｄを吸引する。

【0033】

さらに、ウェーハＷの研磨加工中は、回転するスピンドル３３によってマウント３２とともにフィン３７も回転するため、研磨パッド３０の周囲においてマウント３２の装着面３２ａ側から反対面３２ｂに向かって上昇気流Ｕｄを発生させる。この上昇気流Ｕｄは、研磨パッド３０の周囲に飛散している加工屑Ａｄを加工室４の上方側（排気部４３側）へと導くことができる。そして、上昇気流Ｕｄによって上方に押し上げられた加工屑Ａｄは、案内部４４の天井板４５に沿って排気口４６へと流れていくため、集塵機６によって加工室４内の加工屑Ａｄを十分に吸引することができる。

【0034】

研磨終了後、昇降手段５によって研磨手段３を上昇させてウェーハＷから退避させる。そして、保持テーブル２が加工室４から外側に移動したのち、図示しない搬送手段によって保持テーブル２からウェーハＷを次の工程の装置（例えば洗浄装置）に移送する。

【0035】

このように、本発明に係る乾式研磨装置１は、ウェーハＷを保持する保持テーブル２と、円板状の乾式の研磨パッド３０を回転可能に装着し保持テーブル２が保持したウェーハＷを研磨する研磨手段３と、保持テーブル２と研磨パッド３０とを覆う箱状の加工室４とを備え、研磨手段３は、装着面３２ａを有し研磨パッド３０の中心と装着面３２ａの中心とを一致させて研磨パッド３０を装着するための円板状のマウント３２を備え、マウント３２は、研磨パッド３０の直径より大きい直径で形成され研磨パッド３０の外周縁より外側にはみ出したはみ出し部３６と、はみ出し部３６に環状に配設されスピンドル３３の回転によりマウント３２の装着面３２ａ側から反対面３２ｂ側に向かって上昇気流Ｕｄを発生させるフィン３７とを備え、加工室４は、加工室４の上板４００に研磨手段３が通過し昇降可能な開口４２と、上板４００に集塵機６に接続させ加工室４内を吸う排気口４６を有する排気部４３とを備え、マウント３２を回転させたときに発生する上昇気流Ｕｄによって研磨加工で発生した加工屑Ａｄを排気口４６に導くように構成したため、加工室４内で舞っている加工屑Ａｄを排気口４６から集塵機６で効率よく吸引することができる。その結果、ウェーハＷや研磨パッド３０の研磨面３０ａに加工屑Ａｄが付着しないため、研磨不良を発生させることがない。

【符号の説明】

【0036】

１：乾式研磨装置 ２：保持テーブル ３：研磨手段 ３０：研磨パッド
３１：円板 ３２：マウント ３２ａ：装着面 ３２ｂ：反対面 ３３：スピンドル
３４：スピンドルユニット ３５：回転手段 ３６：はみ出し部 ３７：フィン
４：加工室 ４０：開閉扉 ４１：開閉機構 ４２：開口 ４３：排気部 ４４：案内部４５：天井板 ４６：排気口 ４７：吸気口 ４８：蛇腹カバー
５：昇降手段 ５０：ボールネジ ５１：モータ ５２：ガイドレール ５３：昇降板
６：集塵機 ６０：ハウジング ６１：集塵タンク ６１ａ：分離室
６１ｂ：エアー噴出室 ６２：回収部 ６３：フィルター ６４：逆噴射ノズル
６５：逆噴射バルブ ６６：逆噴射エアタンク ６７：吸引手段 ６８：バルブ制御部
６９ａ，６９ｂ：ダクト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】