(57)【要約】【課題】ウェハ全面を均一に研磨することができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置１は、ウェハＷの上面を研磨する研磨パッド３０を有する研磨ヘッド１０と、研磨パッド１０を回転させるスピンドルシャフト２２と、研磨ヘッド１０とスピンドルシャフト２２との間に介装された弾性部材１４と、スピンドルシャフト２２を介して研磨ヘッド１０を下方に押圧する第１のエアシリンダ４０と、スピンドルシャフト２２の外周側に設けられて、研磨ヘッド１０を下方に押圧する第２のエアシリンダ５０と、を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの研磨装置であって、
前記ウェハの上面を研磨する研磨パッドを有する研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドを回転させるスピンドルシャフトと、
前記研磨ヘッドを前記スピンドルシャフトに傾斜自在に接続する傾き許容接続手段と、
前記スピンドルシャフトを介して前記研磨ヘッドを下方に押圧する中央押圧手段と、
前記スピンドルシャフトの外周側に設けられて、前記研磨ヘッドを下方に押圧する外側押圧手段と、
を備えていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記研磨ヘッドは、
前記傾き許容接続手段を介して前記スピンドルシャフトに接続され、下端に前記研磨パッドが取り付けられた回転体と、
前記回転体の内側に配置され、前記外側押圧手段が取り付けられた固定体と、
前記回転体と固定体との間に介装されたベアリングと、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記中央押圧手段又は前記外側押圧手段が付与する押圧力を制御する圧力制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項４】
前記ウェハ内の押圧力を測定する複数の測定手段をさらに備え、
前記圧力制御手段は、前記測定手段の測定値に応じて前記中央押圧手段又は前記外側押圧手段が付与する押圧力を制御することを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
【請求項５】
前記外側押圧手段は、平面から視て前記研磨ヘッドの回転中心及び前記ウェハの中心を結ぶ直線上に１つ設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の研磨装置。
【請求項６】
前記外側押圧手段は、平面から視て前記研磨ヘッドの回転中心及び前記ウェハの中心を結ぶ直線を挟んで対称な位置に設けられ、
前記研磨ヘッドの回転中心及び前記外側押圧手段は、平面から視て正多角形の頂点上に１つずつ設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウェハを研磨する研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）を研削した後に残存するクラッチを除去するためにウェハを研磨する研磨装置が知られている。
【０００３】
特許文献１記載の研磨装置は、ウェハよりも大径に形成された研磨パッドの研磨面をウェハの全面に接触させて、ウェハ及び研磨パッドを回転させながら、送り手段が研磨パッドを―Ｚ方向に移動させることにより、ウェハの上面を研磨する研磨装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３４３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の研磨装置では、研磨パッドがウェハの上面に平行に当接しない場合、例えば、ウェハからはみ出した部分が落ち込むように研磨パッドがウェハに対して傾く場合には、研磨パッドがウェハの一部のみに当接して、ウェハの研磨量にバラつきが生じる虞があるという問題があった。
【０００６】
そこで、ウェハ全面を均一に研磨するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る研磨装置は、ウェハの研磨装置であって、前記ウェハの上面を研磨する研磨パッドを有する研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドを回転させるスピンドルシャフトと、前記研磨ヘッドを前記スピンドルシャフトに傾斜自在に接続する傾き許容接続手段と、前記スピンドルシャフトを介して前記研磨ヘッドを下方に押圧する中央押圧手段と、前記スピンドルシャフトの外周側に設けられて、前記研磨ヘッドを下方に押圧する外側押圧手段と、を備えている。
【０００８】
この構成によれば、中央押圧手段が研磨パッドの中央を押圧するとともに、外側押圧手段がスピンドルシャフトの外周側を押圧することにより、研磨パッドがウェハの上面に追従するように傾くため、ウェハ全面に研磨パッドを当接させた状態で研磨を行うことができる。また、外側押圧手段がスピンドルシャフトの外周側を押圧することにより、研磨パッドの外周側で生じがちな加圧逃げを抑制して、研磨パッドの中央に集中しがちな押圧力分布のバラつきを緩和することができる。
【０００９】
また、本発明に係る研磨装置は、前記研磨ヘッドは、前記傾き許容接続手段を介して前記スピンドルシャフトに接続され、下端に前記研磨パッドが取り付けられた回転体と、前記回転体の内側に配置され、前記外側押圧手段が取り付けられた固定体と、前記回転体と固定体との間に介装されたベアリングと、を備えていることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、外側押圧手段の押圧力が、固定体、ベアリング、回転体の順に伝達するため、外側押圧力手段の直下において研磨パッドをウェハの上面に押し付ける押圧力を局所的に付与することができる。
【００１１】
また、本発明に係る研磨装置は、前記中央押圧手段又は前記外側押圧手段が付与する押圧力を制御する圧力制御手段をさらに備えているが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、圧力制御装置が、中央押圧手段又は外側押圧手段の押圧力を調整することにより、ウェハ面内の押圧力分布のバラつきを緩和することができる。
【００１３】
また、本発明に係る研磨装置は、前記ウェハ内の押圧力を測定する複数の測定手段をさらに備え、前記圧力制御手段は、前記測定手段の測定値に応じて前記中央押圧手段又は前記外側押圧手段が付与する押圧力を制御することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、圧力制御装置が、測定手段の測定値から算出したウェハ面内の押圧力分布に基づいて中央押圧手段又は外側押圧手段の押圧力を調整することにより、ウェハ面内の押圧力分布のバラつきをさらに緩和することができる。
【００１５】
また、本発明に係る研磨装置は、前記外側押圧手段は、平面から視て前記研磨ヘッドの回転中心及び前記ウェハの中心を結ぶ直線上に１つ設けられていることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、ウェハの中心を挟んで研磨パッドの回転中心の反対側に配置された外側押圧手段がスピンドルシャフトの外周側を下方に押し付けることにより、研磨パッドがウェハに追従するように研磨ヘッドの姿勢が補正されて、ウェハ全面に研磨パッドを当接させた状態で研磨を行うことができるとともに、研磨パッドの外周側の加圧逃げを抑制して押圧力分布のバラつきを緩和することができる。
【００１７】
また、本発明に係る研磨装置は、前記外側押圧手段は、平面から視て前記研磨ヘッドの回転中心及び前記ウェハの中心を結ぶ直線を挟んで対称な位置に設けられ、前記研磨ヘッドの回転中心及び前記外側押圧手段は、平面から視て正多角形の頂点上に１つずつ設けられていることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、複数の外側押圧手段が研磨パッドをバランス良く押し付けることにより、研磨パッドがウェハに追従するように研磨ヘッドの姿勢がスムーズに補正されて、ウェハ全面に研磨パッドを当接させた状態で研磨を行うことができるとともに、研磨パッドの外周側の加圧逃げを抑制して押圧力分布のバラつきを緩和することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、中央押圧手段が研磨パッドの中央を押圧するとともに、外側押圧手段がスピンドルシャフトの外側を押圧することにより、研磨パッドがウェハの上面に追従するように傾くため、ウェハ全面に研磨パッドを当接させた状態で研磨を行うことができる。また、外側押圧手段がスピンドルシャフトの外周側を押圧することにより、研磨パッドの外周側で生じがちな加圧逃げを抑制して、研磨パッドの中央に集中しがちな押圧力分布のバラつきを緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置を模式的に示す斜視図。
【図２】研磨装置の内部構造を模式的に示す縦断面図。
【図３】研磨ヘッドの要部を模式的に示す縦断面図。
【図４】弾性部材及び回転体の一部を示す平面図及び斜視図。
【図５】ウェハに作用する押圧領域の位置関係を示す模式図。
【図６】研磨パッドが傾斜したウェハに追従して当接している状態を示す模式図。
【図７】ウェハ全面の押圧力分布の解析結果を示す図。
【図８】本発明の変形例に係る研磨装置におけるウェハに作用する押圧領域の位置関係を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。
【００２２】
また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。
【００２３】
また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置１を模式的に示す斜視図である。図２は、研磨装置１の内部構造を示す模式図である。図３は、研磨ヘッド１０の要部を示す断面図である。研磨装置１は、ウェハチャック２に吸着保持されたウェハＷの上面を研磨して、研削加工時に発生したマイクロクラックを含むダメージ層を除去するものである。
【００２５】
ウェハチャック２は、ウェハチャック２の中央を通る回転軸ａ１回りに回転可能に設けられている。ウェハチャック２は、上面にアルミナ等の多孔質材料からなる図示しない吸着体が埋設されている。ウェハチャック２は、内部を通って表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、図示しないロータリージョイントを介して真空源、圧縮空気源又は給水源に接続されている。真空源が起動すると、ウェハチャック２に載置されたウェハＷがウェハチャック２に吸着保持される。また、圧縮空気源又は給水源が起動すると、ウェハＷとウェハチャック２との吸着が解除される。なお、ウェハチャック２には、回転軸ａ１を傾斜させる図示しないチルト機構を設けても構わない。
【００２６】
ウェハＷは、バッググラインドテープや、ガラス基板、シリコン基板等のサポート基板にマウントされた状態でウェハチャック２に吸着保持される。特に、ウェハＷが薄く、大口径化するにつれて、サポート基板が用いられることが多い。
【００２７】
研磨装置１は、ウェハチャック２の上方に設けられた研磨ヘッド１０を備えている。研磨ヘッド１０は、研磨スピンドル２０によって回転可能に構成されている。
【００２８】
研磨スピンドル２０は、モータ２１と、モータ２１に接続されたスピンドルシャフト２２と、スピンドルシャフト２２を収容するケーシング２３と、スピンドルシャフト２２とケーシング２３との間に介装されたベアリング２４と、を備えている。スピンドルシャフト２２は、モータ２１によって回転軸ａ２を中心として回転する。なお、符号３は、研磨スピンドル２０の昇降移動を規制するガイドである。
【００２９】
研磨装置１は、研磨ヘッド１０を垂直方向に昇降させる図示しない送り機構を備えている。送り機構は、例えば公知のボールネジスライダ機構である。送り機構は、加工開始前に研磨パッド３０の研磨面３１をウェハＷの上面に着座させたり、加工終了後に研磨ヘッド１０を所定の待機位置に退避させる。
【００３０】
研磨ヘッド１０は、回転体１１と、固定体１２と、ベアリング１３と、を備えている。
【００３１】
回転体１１の下端には、研磨パッド３０が水平に取り付けられている。研磨パッド３０は、ウェハＷよりも大径に形成されており、例えば、直径３００ｍｍのウェハＷに対して、研磨パッド３０の直径は４５０ｍｍに設定される。
【００３２】
回転体１１は、断面コ字状に形成されており、スピンドルシャフト２２の下端に弾性部材１４を介して連結されている。固定体１２は、円盤状に形成されており、ベアリング１３を介して回転体１１内に収容されている。これにより、スピンドルシャフト２２の回転に伴い、回転体１１及び弾性部材１４は一体となって固定体１２に対して相対的に回転する。
【００３３】
弾性部材１４は、図４に示すように、平面視で略正三角形状に形成されている。弾性部材１４は、可撓性を示す形状に成形されており、好ましくは調質鋼製である。弾性部材１４が、回転体１１とスピンドルシャフト２２との間に介装されていることにより、研磨ヘッド１０のこじり方向の剛性が低下するため、研磨パッド３０が垂直方向に搖動するように傾くことができる。弾性部材１４は、上方接合部１５と、下方接合部１６と、を備えている。
【００３４】
上方接合部１５は、弾性部材１４の上面に弾性部材１４の各頂点付近に１つずつ設けられている。上方接合部１５は、スピンドルシャフト２２にそれぞれ接合される。
【００３５】
下方接合部１６は、弾性部材１４の下面に弾性部材１４の各辺の中央付近に１つずつ設けられている。下方接合部１６は、回転体１１にそれぞれ接合される。このようにして、上方接合部１５及び下方接合部１６は、弾性部材１４の周方向に沿って交互に配置されている。
【００３６】
研磨装置１は、中央押圧手段としての第１のエアシリンダ４０と、外側押圧手段としての第２のエアシリンダ５０と、を備えている。
【００３７】
第１のエアシリンダ４０は、シリンダ４１がコラム４に取り付けられ、ピストン４２が、ケーシング２３の上面に取り付けられている。また、第１のエアシリンダ４０は、回転軸ａ２上に配置されており、ケーシング２３全体を均等に下方に押し付けるように構成されている。
【００３８】
第２のエアシリンダ５０は、固定体１２の上部に２つ設けられている。具体的には、シリンダ５１が、ケーシング２３の側面から立設されたフランジ２５の下面に取り付けられ、ピストン５２が、固定体１２の上面に取り付けられている。また、第２のエアシリンダ５０は、平面から視て研磨ヘッド１０の回転中心とウェハＷの中心を結ぶ直線を挟んで対称な位置に１つずつ設けられている。また、回転軸ａ２と２つの第２のエアシリンダ５０とが、平面から視て正三角形の頂点を形成するように配置されている。なお、第２のエアシリンダ５０の配置は上述したものに限定されるものではない。
【００３９】
なお、中央押圧手段及び外側押圧手段は、上述したような第１のエアシリンダ４０及び第２のエアシリンダ５０のようにシリンダ内に給気された圧縮空気によってピストンが進退移動する公知の空気圧制御機器に限定されず、ウェハＷに押圧力を付与できるものであれば如何なる構成であってもよく、例えばダイヤフラム又はエアバッグ等であっても構わない。
【００４０】
研磨装置１の動作は、制御装置６０によって制御される。制御装置６０は、研磨装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御装置６０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置６０の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作することにより実現されても良い。また、制御装置６０は、第１のエアシリンダ４０及び第２のエアシリンダ５０の押圧力を制御する圧力制御手段としても機能する。
【００４１】
次に、研磨装置１の動作について、図面に基づいて説明する。
【００４２】
図５に示すように、研磨装置１は、研磨パッド３０がウェハＷ全面を覆い、研磨パッド３０とウェハＷの回転方向が一致し、さらに研磨パッド３０の外周とウェハＷの外周とが１点で重なるようにして研磨加工を行う。これにより、ウェハＷ面内の速度ベクトルが一致する。また、研磨パッド３０は、加工中にウェハＷ全面を常に覆うことにより、ウェハＷ全面が常に研磨パッド３０に当接する。
【００４３】
研磨加工時には、第１のエアシリンダ４０及び第２のエアシリンダ５０が所定の押圧力で研磨パッド３０をそれぞれ下方に押圧する。具体的には、第１のエアシリンダ４０による押圧力は、ケーシング２３、ベアリング２４、スピンドルシャフト２２、弾性部材１４、回転体１１の順に伝達することにより、第１のエアシリンダ４０の直下において研磨パッド３０がウェハＷの上面に押し付けられる。
【００４４】
また、第２のエアシリンダ５０による押圧力は、固定体１２、ベアリング１３、回転体１１の順に伝達することにより、第２のエアシリンダ５０の直下において研磨パッド３０がウェハＷの上面に押し付けられる。これにより、図５に示すように、第１のエアシリンダ４０が研磨パッド３０の中央を押圧し、第２のエアシリンダ５０が研磨ヘッド１０の回転中心と研磨パッド３０の外周縁との間を押圧する。
【００４５】
このようにして、第２のエアシリンダ５０が研磨ヘッド１０の回転中心から離れた場所を押圧することにより、回転体１１とスピンドルシャフト２２との間に介装された弾性部材１４が撓み、研磨パッド３０が垂直方向に搖動するように傾く。
【００４６】
これにより、研磨パッド３０のウェハＷに支持されていない一部が下方に落ち込むように研磨パッド３０が傾こうとしたり、図６に示すように、ウェハチャック２の回転軸ａ１を傾斜させた状態で研磨を行う場合であっても、研磨パッド３０がウェハＷに追従するように傾斜して、ウェハＷ全面に研磨パッド３０を当接させた状態で研磨を行うことができる。
【００４７】
また、２つの第２のエアシリンダ５０が、研磨ヘッド１０の回転中心とウェハＷの中心を結ぶ直線を挟んで対称で、且つ回転軸ａ２と２つの第２のエアシリンダ５０とが、平面から視て正三角形の頂点を形成するように配置されていることにより、研磨ヘッド１０の姿勢をスムーズに補正することができる。
【００４８】
また、従来のように、研磨パッド３０の中央のみを加圧して研磨パッド３０をウェハＷに押し付ける場合には、図７（ａ）に示すように、ウェハＷに作用する押圧力は、研磨パッド３０の回転軸付近では大きい一方で、研磨パッド３０の外周側では小さくなり、研磨パッド３０の外周部分でいわゆる加圧逃げが生じてしまい、ウェハＷ面内の押圧力分布にバラつきが生じる虞があった。なお、図７（ａ）では、紙面右側の濃色部分が最も押圧力が大きい領域であり、紙面左側に向かう薄色部分、濃色部分の順に押圧力が小さくなっている。
【００４９】
しかしながら、第１のエアシリンダ４０で押圧しながら、第２のエアシリンダ５０が研磨ヘッド１０の回転中心と研磨パッド３０の外周縁との間を局所的に押圧することにより、すなわち研磨パッド３０を中央及び回転軸ａ２の外側の複数点で加圧することにより、図７（ｂ）に示すように、研磨パッド３０の外周部分での加圧逃げが抑制され、ウェハＷ面内の押圧力分布のバラつきを緩和することができる。
【００５０】
なお、第１のエアシリンダ４０及び第２のエアシリンダ５０の押圧力は、加工開始前に予め設定された値を加工中に亘って維持するものであっても構わないし、加工中に適宜変更するものであっても構わない。
【００５１】
例えば、加工中にウェハチャック２にウェハＷに作用する押圧力を測定する複数の圧力センサを設けて、制御装置６０が、各圧力センサの測定値に基づいてウェハＷ内の押圧力分布を算出し、第２のエアシリンダ５０の押圧力を調整することにより、ウェハＷ面内の押圧力分布のバラつきを加工しながら緩和するものであっても構わない。なお、圧力センサとは、例えばウェハチャック２を支持するように設けられたロードセル等が考えられる。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、外側押圧手段として第２のエアシリンダ５０を２つ設けた場合について説明したが、第２のエアシリンダ５０を１つ設けた場合であっても構わない。この場合には、第２のエアシリンダ５０は、図８に示すように、平面から視て研磨ヘッド１０の回転中心とウェハＷの中心を結ぶ直線上に設けられる。
【００５３】
これにより、ウェハＷの中心を挟んで研磨ヘッド１０の回転中心の反対側に配置された第２のエアシリンダ５０がスピンドルシャフト２２の外周側を下方に押し付けることにより、研磨パッド３０がウェハＷに追従するように研磨ヘッド１０の姿勢を補正することができる。
【００５４】
上述した実施形態では、傾き許容接続手段として、回転体１１とスピンドルシャフト２２とを接続する弾性部材１４を例に説明したが、回転体１１がスピンドルシャフト２２に対して傾斜することを許容するようものであればよく、例えばジンバル機構等であっても構わない。
【００５５】
また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【符号の説明】
【００５６】
１    ・・・研磨装置
２    ・・・ウェハチャック
３    ・・・ガイド
４    ・・・コラム
１０  ・・・研磨ヘッド
１１  ・・・回転体
１２  ・・・固定体
１３  ・・・ベアリング
１４  ・・・弾性部材（傾き許容接続手段）
１５  ・・・上方接合部
１６  ・・・下方接合部
２０  ・・・研磨スピンドル
２１  ・・・モータ
２２  ・・・スピンドルシャフト
２３  ・・・ケーシング
２４  ・・・ベアリング
３０  ・・・研磨パッド
３１  ・・・研磨面
４０  ・・・第１のエアシリンダ（中央押圧手段）
５０  ・・・第２のエアシリンダ（外側押圧手段）
６０  ・・・制御装置
Ｗ    ・・・ウェハ
ａ１  ・・・（ウェハチャックの）回転軸
ａ２  ・・・（研磨ヘッドの）回転軸
【図１】
2019155531.tif 000003
【図２】
2019155531.tif 000004
【図３】
2019155531.tif 000005
【図４】
2019155531.tif 000006
【図５】
2019155531.tif 000007
【図６】
2019155531.tif 000008
【図７】
2019155531.tif 000009
【図８】
2019155531.tif 000010