(57)【要約】【課題】  ２０〜５０μｍと極薄の半導体基板とするための基板裏面を平面研削・研磨する生産性の高いインライン方式の平坦化装置の提供。【解決手段】      基板収納ステ−ジ１０１を室外に、基板エッヂ把持型第一搬送ステ−ジ１０３、室内に時計廻り方向に基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１、粗研削ステ−ジｓ2、中仕上研削ステ−ジｓ3および精密研削ステ−ジｓ4の４つのステ−ジを１台のインデックス回転テ−ブル２に同心円上に配置した研削加工ステ−ジ１０４、一対の基板仮置台１０５ａ，１０５ｂ、２枚の基板を同時に研磨できる研磨加工ステ−ジ１０６、基板エッジ把持型第二搬送ステ−ジ１０８、および洗浄ステ−ジ１０９を備える平坦化装置１００。【選択図】  図１
2007044786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板収納ステ−ジを室外に、研削加工ステ−ジ、研磨加工ステ−ジ、および洗浄ステ−ジを室内に備える平坦化装置において、
該平坦化装置の正面側から背面側に向かって、室外の左側に基板収納ステ−ジを設け、
室内においては、室内の前列目に前記基板収納ステ−ジ近傍位置に基板エッジ把持型第一搬送ステ−ジ、中央に前後に設けた一対の基板仮置台、前側右位置にパッドコンディショナ１台を備える２枚の基板を同時に研磨できる研磨加工ステ−ジ、およびその研磨加工ステ−ジの右横に前後に設けた一対の基板洗浄ステ−ジを設け、
室内の後列目の中央に、時計廻り方向に基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ、粗研削ステ−ジ、中仕上研削ステ−ジおよび精密研削ステ−ジの４つのステ−ジを１台のインデックス回転テ−ブルに同心円上に配置した研削加工ステ−ジを設け、および、
前記研削加工ステ−ジと研磨加工ステ−ジとの中間位置であって、研削加工ステ−ジの基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジに対し基板エッヂ把持型第一搬送ステ−ジとは略点対称の位置に基板エッジ把持型第二搬送ステ−ジを設ける、
ことを特徴とする基板用平坦化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板用平坦化装置において、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ、粗研削ステ−ジ、中仕上研削ステ−ジおよび精密研削ステ−ジの４つのステ−ジを１台のインデックス回転テ−ブルに同心円上に配置した研削加工ステ−ジの前記４ステ−ジの構成部材のバキュ−ムチャックは、基板の径と略同一径のポ−ラスセラミック製円板状載置台を、上部に環状空所を有する非通気性材料製支持台にポ−ラスセラミック製円板状載置台の上面と非通気性材料製支持台上面が面一となるよう載せ、この非通気性材料製支持台をスピンドルに回転自在に軸承するとともに、前記ポ−ラスセラミック製円板状載置台下面にある前記非通気性材料製支持台の環状空所を減圧するバキュ−ム手段を設けたバキュ−ムチャックであって、前記ポ−ラスセラミック製円板状載置台の外周壁面に接する非通気性材料製支持台の環状側壁部の上面にはエッジ把持型搬送ロボットのア−ム下面に取り付けられた基板を保持する把持部材が進入可能な径および深さを有する環状溝を設けた構造の半導体基板用バキュ−ムチャックであることを特徴とする基板用平坦化装置。
【請求項３】
前記請求項１に記載の基板用平坦化装置を用い、次ぎの工程を経過して半導体基板裏面の平坦化を行うことを特徴とする、半導体基板裏面の平坦化方法。
１）基板収納ステ−ジのカセット内に保管されている基板を基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットで基板のエッジを把んでインデックス回転テ−ブル上に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送する。
２）インデックス回転テ−ブルを時計廻り方向に９０度回転させることにより、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上の基板を粗研削ステ−ジへと移送する。
３）粗研削ステ−ジで基板裏面を砥番３２０〜６００のダイヤモンド砥石を用い粗研削する。この間に、基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットで前記１）の工程が行われ、新たな基板が基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送される。
４）インデックス回転テ−ブルを時計廻り方向に９０度回転させることにより、粗研削された基板を中仕上研削ステ−ジへと移送するとともに、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上の基板を粗研削ステ−ジへと移送する。
５）中仕上研削ステ−ジで砥番１，０００〜２，０００のダイヤモンド砥石を用い粗研削された基板裏面を中仕上研削する。この間に、粗研削ステ−ジで基板裏面は砥番３２０〜６００のダイヤモンド砥石を用いて粗研削されるとともに、基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットにより新たな基板が基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送される。
６）インデックス回転テ−ブルを時計廻り方向に９０度回転させることにより、中仕上研削された基板を精密研削ステ−ジへと移送、粗研削された基板を中仕上研削ステ−ジへと移送するとともに、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上の基板を粗研削ステ−ジへと移送する。
７）精密研削ステ−ジで砥番２，５００〜８，０００のダイヤモンド砥石を用い中仕上研削された基板裏面を精密研削する。この間に、中仕上研削ステ−ジでは砥番１，０００〜２，０００のダイヤモンド砥石を用い粗研削された基板裏面を中仕上研削し、粗研削ステ−ジでは基板裏面を砥番３２０〜６００のダイヤモンド砥石を用いて粗研削するとともに、基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットにより新たな基板が基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送される。
８）インデックス回転テ−ブルを時計廻り方向に９０度回転させる、または時計逆廻り方向に２７０度回転させることにより、精密研削された基板を基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上へと移送、中仕上研削された基板を精密研削ステ−ジへと移送、粗研削された基板を中仕上研削ステ−ジへと移送する。次いで、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上の精密研削された基板を基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットを用いて仮置台へと移送し、然る後、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジを洗浄し、洗浄終了後、基板収納ステ−ジのカセット内に保管されている基板を基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットで基板のエッジを把んでインデックス回転テ−ブル上に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送する。
９）以降、前７）工程および８）工程を繰り返す。仮置台へ移送された精密研削された基板が２枚となったときは、この７）工程および８）工程がなされている間に研磨加工ステ−ジの基板キャリアを利用して仮置台上の一対の基板を研磨加工ステ−ジの研磨定盤上方へ移送したのち、研磨加工ステ−ジで一対の基板を研磨し、ついで、研磨された基板は基板エッジ保持型第二搬送ステ−ジの搬送ロボットを用いて洗浄ステ−ジへと移送され、そこで洗浄される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ基板の前処理工程において半導体基板の裏面を研削および研磨して基板を薄肉、平坦化するに用いる平坦化装置および半導体基板の平坦化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板を研削する方法として、ロ−ド／アンロ−ドステ−ジＡ、第１粗研削ステ−ジＢ、第２仕上研削ステ−ジＣおよび研磨ステ−ジＤに区画した一台のインデックス回転テ−ブルに小径の半導体基板５枚を真空チャックできる基板ホルダ−テ−ブル４組みを前記インデックス回転テ−ブルの軸心に対し同一円周上に等間隔で配設した平面研削・研磨装置を用い、各基板ホルダ−テ−ブルに対してインデックス回転テ−ブルの９０度の回転に伴うそれぞれのステ−ジで搬送ロボットによる半導体基板のロ−ディング、粗研削平砥石による基板裏面の粗研削加工、仕上研削平砥石による基板裏面の仕上研削加工、研磨パッドによる鏡面研磨加工および搬送ロボットによるアンロ−ディングの処理を順次行うことは知られている。この平面研削・研磨装置では、粗研削平砥石、仕上研削平砥石および研磨パッドのそれぞれの直径は、基板ホルダ−テ−ブルの直径より大きいものが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
半導体基板の直径が２００ｍｍ（８インチ）と大きくなり、インデックス回転テ−ブルに設けられた４組みの基板ホルダ−テ−ブル上にはそれぞれ１個の半導体基板が載置され、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石および研磨パッドが備えられた平面加工装置が提案された。図９および図１０に示すように、この平面加工装置１０は、ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７、粗研削ステ−ジ１８、仕上研削ステ−ジ２０および研磨ステ−ジ２２に区画した一台のインデックス回転テ−ブル３４に半導体基板１枚を真空チャックできる基板ホルダ−テ−ブル４組み３２，３６，３８，４０を前記インデックス回転テ−ブル３４の軸心に対し同一円周上に等間隔で配設した平面研削・研磨装置１０であり、粗研削砥石４６、仕上研削砥石５４および研磨パッド５６の直径は基板ホルダ−テ−ブルの直径の１〜１．３倍寸法である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
図９および図１０に示す平面研削・研磨装置１０おいて、手前より２６，２６はロ−ドポ−ト（収納カセット）とアンロ−ドポ−ト（収納カセット）、１４はカセット収納ステ−ジ、２８は半導体基板、１２はベ−ス、１６は基板アライメントステ−ジ、２３は研磨パッド洗浄ステ−ジ、２４は洗浄ステ−ジ、３０は天井吊り搬送用ロボット、５８は走行レ−ル、９７は搬送用ロボット、３４はインデックス回転テ−ブル、３７はインデックス回転テ−ブルのスピンドル軸、３２，３６，３８，４０は基板ホルダ−テ−ブル、２３は研磨パッド洗浄器、２７は研磨パッドドレッシングステ−ジである。
【０００５】
かかる平面研削・研磨装置１０を用いて半導体基板２８裏面の研削および研磨を行う工程は、カセット収納ステ−ジ１４にあるロ−ドポ−ト２６に収納されている半導体基板２８一枚を天井吊り搬送用ロボット３０のハンド３１で吸着把持し、これを基板アライメントステ−ジ１６へ搬送し、そこで半導体基板２８の位置合わせを行う。位置合わせ後、再び半導体基板２８は、前記搬送用ロボット３０のハンド３１に吸着把持された後、インデックス回転テ−ブル３４のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７位置の真空チャック３２上に搬送され、その真空チャック３２に吸着保持される。
【０００６】
ついで、インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転し、半導体基板２８を載置している真空チャック３２を第１粗研削ステ−ジ１８の真空チャック３６位置へ導き、そこで、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６を回転させ、下降させて半導体基板裏面を切込研削加工し、半導体基板の厚みを所望の厚み近傍（例えば、１００〜２５０μｍ、あるいは３０〜１２０μｍ）としたら粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６は上昇され、半導体基板裏面より遠ざけられる。
【０００７】
粗研削加工された半導体基板２８は、インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることにより第２仕上研削ステ−ジ２０の真空チャック３８位置へと移動され、そこで、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４を回転させ、下降させて半導体基板裏面を１０〜２０μｍ程度の厚みを切込研削加工し、半導体基板の厚みを所望の厚み近傍（例えば、８０〜２２０μｍ、あるいは２０〜１００μｍ）としたら仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４は上昇され、半導体基板裏面より遠ざけられる。
【０００８】
仕上研削加工された半導体基板２８は、インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることにより研磨ステ−ジ２２のチャック４０位置へと移動され、そこで、回転する研磨パッド５６を振り子方向に往復揺動させることにより仕上研削された基板面が研磨されて研削ダメ−ジのある５〜１０μｍ厚み量が取り去られ、鏡面に仕上げられた後、研磨パッド５６は半導体基板裏面より遠ざけられる。
【０００９】
鏡面研磨加工された半導体基板２８は、インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることによりロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７の最初の真空チャック３２位置へと戻され、搬送用ロボット９７の吸着パッドに吸着された後、洗浄ステ−ジ２４へ搬送され、そこで研削・研磨加工面を洗浄され、乾燥される。ついで、前記搬送用ロボット９７の吸着パッドに再び吸着された後、アンロ−ドポ−ト２６に搬送され、カセット２６内に収納される。
【００１０】
上記各々のインデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させた後、各ステ−ジでは半導体基板のロ−ディングおよびアンロ−ディング、粗研削加工、仕上研削加工、研磨加工が行われる。また、研磨パッド洗浄ステ−ジ２３では研磨パッド５６の洗浄が行われ、研磨パッドドレッシングステ−ジ２７では洗浄された研磨パッド５６のドレス加工およびチャッククリ−ナ４２により基板チャック面の洗浄行われる。なお、研磨により平坦化される基板層の取り代は、研削条痕が消滅するに充分な８〜１３μｍであるのが一般的である。
【００１１】
研削に使用されるカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石は、加工メ−カ−により異なるが、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６として砥番が３６０メッシュのカップホイ−ル型砥石を、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４として砥番が１，５００メッシュのカップホイ−ル型砥石を用いて基板裏面を平坦に研削するか、粗研削砥石として砥番が３２５メッシュのカップホイ−ル型砥石を、仕上研削砥石として砥番が２，０００メッシュのカップホイ−ル型砥石を用いて基板裏面を平坦に研削しているのが実情である。
【００１２】
また、半導体基板裏面の研削工程と研磨工程を別々のワ−クテ−ブル上で行い、薄肉化された半導体基板をマウンタ装置へ搬送する際、半導体基板の割れや傷の有無を検出する表面検査装置を備えたインライン方式の基板裏面の平坦化装置も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開昭６０−７６９５９号公報
【特許文献２】特開２０００−２５４８５７号公報
【特許文献３】特開２００５−９８７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
直径が１２インチ（３００ｍｍ）、１６インチ（４５０ｍｍ）と拡径し、その厚みも２０〜５０μｍと極薄の次世代用半導体基板の生産が望まれるにつれ、一枚の半導体基板裏面をより速く平坦化でき（高スル−プット）、研削・研磨する平坦化装置の設置面積（フット・プリント）が小さい研削・研磨する平坦化装置の出現が半導体素子製造メ−カ−より望まれている。
【００１４】
特許文献１および特許文献２に記載の研削・研磨工程を同一のワ−クテ−ブル上で行うビルト・イン方式の平坦化装置は、特許文献３に開示される研削・研磨工程を別々のワ−クテ−ブル上で行うインライン方式の平坦化装置よりもフット・プリントが小さい利点を有するが、スル−プットが３００ｍｍ径基板で１２〜１３枚／時とインライン方式の平坦化装置の１５〜１６枚／時と比較すると劣る。また、研削と研磨が同一ワ−クテ−ブル上で行われるため、ワ−クテ−ブルや加工ツ−ルの汚れが速く、平坦化精度が劣る欠点がある。
【００１５】
本発明者等は、特許文献３記載のインライン方式平坦化装置のフット・プリントが特許文献２記載のビルト・イン方式平坦化装置よりも大きくなる欠点を改良するため、ビルト・イン方式平坦化装置の２倍スル−プットを実現化すれば、ビルト・イン方式平坦化装置の２台分のフット・プリントの７５％前後のフット・プリントとなることに着目した。
【００１６】
この高スル−プットを実現するために、本発明者等は、粗研削砥石頭、中仕上研削砥石頭および精密仕上研削砥石頭の３つの研削ヘッドを用いて厚み約７７５μｍのシリコン基板裏面の研削取り代を約７４５μｍと多くとり、平坦性の優れた裏面研削加工基板を得、ついで、この高平坦化された裏面研削基板２枚を同時に研磨工程に供して研磨取り代を２〜５μｍと研磨できるなら研磨ステ−ジのフット・プリントの増加を抑制でき、１台のインライン方式の平坦化装置で２台分のビルト・イン方式平坦化装置のスル−プットが実現でき、かつ、フット・プリントが２台分のビルト・イン方式平坦化装置の７５％前後とすることが可能となることに着想し、本発明に至った。
【００１７】
本発明は、高スル−プット可能で、かつ、フットプリントの増加が抑制された基板用平坦化装置の提供およびその装置を用いて半導体基板裏面を平坦化する方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、基板収納ステ−ジを室外に、研削加工ステ−ジ、研磨加工ステ−ジ、および洗浄ステ−ジを室内に備える平坦化装置において、
該平坦化装置の正面側から背面側に向かって、室外の左側に基板収納ステ−ジを設け、
室内においては、室内の前列目に前記基板収納ステ−ジ近傍位置に基板エッジ把持型第一搬送ステ−ジ、中央に前後に設けた一対の基板仮置台、前側右位置にパッドコンディショナ１台を備える２枚の基板を同時に研磨できる研磨加工ステ−ジ、およびその研磨加工ステ−ジの右横に前後に設けた一対の基板洗浄ステ−ジを設け、
室内の後列目の中央に、時計廻り方向に基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ、粗研削ステ−ジ、中仕上研削ステ−ジおよび精密研削ステ−ジの４つのステ−ジを１台のインデックス回転テ−ブルに同心円上に配置した研削加工ステ−ジを設け、および、
前記研削加工ステ−ジと研磨加工ステ−ジとの中間位置であって、研削加工ステ−ジの基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジに対し基板エッヂ把持型第一搬送ステ−ジとは略点対称の位置に基板エッジ把持型第二搬送ステ−ジを設ける、
ことを特徴とする基板用平坦化装置を提供するものである。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の基板用平坦化装置において、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ、粗研削ステ−ジ、中仕上研削ステ−ジおよび精密研削ステ−ジの４つのステ−ジを１台のインデックス回転テ−ブルに同心円上に配置した研削加工ステ−ジの前記４ステ−ジの構成部材のバキュ−ムチャックは、基板の径と略同一径のポ−ラスセラミック製円板状載置台を、上部に環状空所を有する非通気性材料製支持台にポ−ラスセラミック製円板状載置台の上面と非通気性材料製支持台上面が面一となるよう載せ、この非通気性材料製支持台をスピンドルに回転自在に軸承するとともに、前記ポ−ラスセラミック製円板状載置台下面にある前記非通気性材料製支持台の環状空所を減圧するバキュ−ム手段を設けたバキュ−ムチャックであって、前記ポ−ラスセラミック製円板状載置台の外周壁面に接する非通気性材料製支持台の環状側壁部の上面にはエッジ把持型搬送ロボットのア−ム下面に取り付けられた基板を保持する把持部材が進入可能な径および深さを有する環状溝を設けた構造の半導体基板用バキュ−ムチャックであることを特徴とする基板用平坦化装置を提供するものである。
【００２０】
請求項３の発明は、前記請求項１に記載の基板用平坦化装置を用い、次ぎの工程を経過して半導体基板裏面の平坦化を行うことを特徴とする、半導体基板裏面の平坦化方法を提供するものである。
１）基板収納ステ−ジのカセット内に保管されている基板を基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットで基板のエッジを把んでインデックス回転テ−ブル上に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送する。
２）インデックス回転テ−ブルを時計廻り方向に９０度回転させることにより、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上の基板を粗研削ステ−ジへと移送する。
３）粗研削ステ−ジで基板裏面を砥番３２０〜６００のダイヤモンド砥石を用い粗研削する。この間に、基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットで前記１）の工程が行われ、新たな基板が基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送される。
４）インデックス回転テ−ブルを時計廻り方向に９０度回転させることにより、粗研削された基板を中仕上研削ステ−ジへと移送するとともに、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上の基板を粗研削ステ−ジへと移送する。
５）中仕上研削ステ−ジで砥番１，０００〜２，０００のダイヤモンド砥石を用い粗研削された基板裏面を中仕上研削する。この間に、粗研削ステ−ジで基板裏面は砥番３２０〜６００のダイヤモンド砥石を用いて粗研削されるとともに、基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットにより新たな基板が基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送される。
６）インデックス回転テ−ブルを時計廻り方向に９０度回転させることにより、中仕上研削された基板を精密研削ステ−ジへと移送、粗研削された基板を中仕上研削ステ−ジへと移送するとともに、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上の基板を粗研削ステ−ジへと移送する。
７）精密研削ステ−ジで砥番２，５００〜８，０００のダイヤモンド砥石を用い中仕上研削された基板裏面を精密研削する。この間に、中仕上研削ステ−ジでは砥番１，０００〜２，０００のダイヤモンド砥石を用い粗研削された基板裏面を中仕上研削し、粗研削ステ−ジでは基板裏面を砥番３２０〜６００のダイヤモンド砥石を用いて粗研削するとともに、基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットにより新たな基板が基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送される。
８）インデックス回転テ−ブルを時計廻り方向に９０度回転させる、または時計逆廻り方向に２７０度回転させることにより、精密研削された基板を基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上へと移送、中仕上研削された基板を精密研削ステ−ジへと移送、粗研削された基板を中仕上研削ステ−ジへと移送する。次いで、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上の精密研削された基板を基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットを用いて仮置台へと移送し、然る後、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジを洗浄し、洗浄終了後、基板収納ステ−ジのカセット内に保管されている基板を基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットで基板のエッジを把んでインデックス回転テ−ブル上に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上に移送する。
９）以降、前７）工程および８）工程を繰り返す。仮置台へ移送された精密研削された基板が２枚となったときは、この７）工程および８）工程がなされている間に研磨加工ステ−ジの基板キャリアを利用して仮置台上の一対の基板を研磨加工ステ−ジの研磨定盤上方へ移送したのち、研磨加工ステ−ジで一対の基板を研磨し、ついで、研磨された基板は基板エッジ保持型第二搬送ステ−ジの搬送ロボットを用いて洗浄ステ−ジへと移送され、そこで洗浄される。
【発明の効果】
【００２１】
基板のロ−ディング／アンロ−ディング、粗研削、中仕上研削および精密研削可能なインデックス型研削ステ−ジと、同時に２枚の基板を研磨できる研磨加工ステ−ジをそれぞれ独立して設けることにより、基板の研削加工を律速とすることができ、１台のインライン方式の平坦化装置で２台分のビルト・イン方式平坦化装置のスル−プットが実現でき、かつ、フット・プリントが２台分のビルト・イン方式平坦化装置の７５％前後とすることが可能となる。
【００２２】
研削加工ステ−ジの研削加工工程を粗研削、中仕上研削および精密研削としたことにより、研磨加工ステ−ジでの基板の研削ダメ−ジ層の取り代量を２〜５μｍと少なく設定できる。また、中仕上研削工程を設けることにより、精密研削加工時の基板の破損、基板の移送時の破損による基板ロス率が減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１はインライン方式の平坦化装置の平面図、図２はインデックス回転テ−ブルに設けられたバキュ−ムチャックの一部を切り欠いた断面図、図３はバキュ−ムチャックの平面図、図４は基板エッジ保持型搬送ロボットのア−ムを下方向より見た下面図、図５は基板エッジ保持型搬送ロボットのア−ムの正面図、図６はバキュ−ムチャックに載置された基板と基板エッジ保持型搬送ロボットのア−ムの関係を示す一部を切り欠いた正面図、図７は、研磨装置の正面図、および図８は基板キャリアを兼ねた研磨ヘッドの断面図である。
【００２４】
図１に示す半導体基板裏面の平坦化装置１００において、この平坦化装置１００は基板収納ステ−ジ１０１を室仕切壁１０２の外側に、室仕切壁１０２の内側には基板エッジ把持型第一搬送ステ−ジ１０３、研削加工ステ−ジ１０４、一対の仮置台１０５、研磨加工ステ−ジ１０６、基板エッジ把持型第二搬送ステ−ジ１０８、および洗浄ステ−ジ１０９を備える。１１０はベ−ス、２００ａ，２００ｂ，２００ｃは基板厚み測定器である。
【００２５】
平坦化装置の正面側から背面側に向かって、前記基板収納ステ−ジ１０１は室外の左側に設けられている。基板収納ステ−ジ１０１は２段積みした一対の基板収納カセット１０１ａ，１０１ｂよりなる。よって、基板収納ステ−ジ１０１には４基の収納カセット内に基板１００枚が収納可能となっている。
【００２６】
基板は、裏面が平坦加工された厚みが８０μｍ以上のものを目的とするならそのまま収納カセット内に収納してもよいが、裏面が平坦加工された厚みが８０μｍ未満のものを目的とするときは基板の反り防止、破損防止の目的で、ガラス板やセラミック板の剛体製支持板Ｇに接着剤Ｓを介して半導体基板ｗを積層した積層体とするのが好ましい。
【００２７】
室内においては、室内の前列目に前記基板収納ステ−ジ１０１近傍位置に基板エッジ把持型第一搬送ステ−ジ１０３、中央に前後に設けた一対の基板仮置台１０５ａ，１０５ｂ、前側右位置にパッドコンディショナ１０７を備える２枚の基板を同時に研磨できる研磨ステ−ジ１０６、およびその研磨加工ステ−ジの右横に前後に設けた一対のスピナ−１０９ａ，１０９ｂよりなる基板洗浄ステ−ジ１０９が設けられ、室内の後列目の中央に、時計廻り方向に基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１、粗研削ステ−ジｓ２、中仕上研削ステ−ジｓ３および精密研削ステ−ジｓ４の４つのステ−ジをインデックス回転テ−ブル２に同心円上に配置した研削加工ステ−ジ１０４を設け、および、前記研削加工ステ−ジ１０４と研磨加工ステ−ジ１０６との中間位置であって、研削加工ステ−ジの基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１に対し基板エッヂ把持型第一搬送ステ−ジ１０３とは略点対称の位置に基板エッジ把持型第二搬送ステ−ジ１０８を設けている。基板洗浄ステ−ジ１０９より噴き出される洗浄液は、研磨加工ステ−ジ１０６を構成する基板キャリア１０６ａを洗浄する。
【００２８】
基板エッヂ把持型第一搬送ステ−ジ１０３の多関節型ロボットの把持ア−ムの基板収納ステ−ジ１０１と基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１間の移動軌跡上には洗浄水を噴き出す洗浄機器１０３ａが設けられ、把持ア−ムを洗浄する。また、基板エッヂ把持型第二搬送ステ−ジ１０８の多関節型ロボットの把持ア−ムの研磨加工ステ−ジ１０６と洗浄ステ−ジ１０９間の移動軌跡上には洗浄水を噴き出す洗浄機器１０８ａが設けられ、把持ア−ムを洗浄するとともに、研磨された基板の反対面を洗浄する。
【００２９】
研削加工ステ−ジ１０４は、バキュ−ムチャック３０と粗研削砥石頭１０４ａ，中仕上研削砥石頭１０４ｂ，精密研削砥石頭１０４ｃを備えている。研削加工ステ−ジ１０４の基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１上方には、精密研削加工された基板面を洗浄する洗浄ブラシ２１０とバキュ−ムチャック３０を洗浄するセラミック洗浄器２２０が左右往復移動および上下移動可能に設置されている。
【００３０】
粗研削砥石頭１０４ａに回転自在に備え付けられるカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石としては、砥番（ＪＩＳ一般砥粒粒度）３２０〜６００のレジンボンドダイヤモンド砥石が、中仕上研削砥石頭１０４ｂに備え付けられるカップホイ−ル型砥石としては、砥番１，０００〜２，０００のレジンボンドダイヤモンド砥石、またはビトリファイドボンドダイヤモンド砥石が、精密研削砥石頭１０４ｃに備え付けられるカップホイ−ル型砥石としては、砥番２，５００〜８，０００のメタルボンドダイヤモンド砥石またはビトリファイドボンドダイヤモンド砥石が好ましく、基板に設けられたノッチ近傍部の基板厚みへっこみが防止される。
【００３１】
図２は研削加工ステ−ジ１０４のバキュ−ムチャック３０を示すもので、３はインデックス回転テ−ブルの回転軸、５は回転軸３の駆動モ−タである。前記バキュ−ムチャック３０の４個は、インデックス回転テ−ブル２に同一円周上に等間隔で配置されており、図２では１対が示されている。
【００３２】
バキュ−ムチャック３０は、ワ−クｗの径と略同一径のポ−ラスセラミック製円板状載置台３１を、上部に大小２段の環状空所３２ｂ，３２ｃを有する非通気性材料製支持台３２にポ−ラスセラミック製円板状載置台３１の上面３１ａと非通気性材料製支持台３２上面３２ａが面一となるよう載せ、この非通気性材料製支持台３２を上面凹状支持枠３４を介して中空スピンドル３３に回転自在に軸承させるとともに、前記ポ−ラスセラミック製円板状載置台下面にある前記非通気性材料製支持台の環状空所３２ｂ，３２ｃを減圧するバキュ−ム手段４０を備える。
【００３３】
前記ポ−ラスセラミック製円板状載置台３１の外周壁面に接する非通気性材料製支持台３２の環状側壁部の上面３２ａには、図６に示すようにエッジ把持型搬送ロボット１０３のア−ム１０下面に取り付けられた基板を保持する把持部材２１，２１，２２が進入可能な径および深さを有する環状溝３２ｄを設けている。この環状溝３２ｄの内径は、剛体支持板の外周縁より若干内側に入る径幅である。ア−ム１０の柄１０ａによっては、必要によりア−ム柄１０ａが進入できる深さの溝３２ｄ’を設ける（図３参照）。
【００３４】
図２に戻って、前記非通気性材料製支持台３２の下面は上面凹状支持枠３４にボルト３２ｅ，３２ｅで固定され、上面凹状支持枠３４下部を中空スピンドル３３に軸承されている。中空スピンドル３３の下部には、クラッチ機構５０ａ，５０ｂが設けられ、下部のクラッチ板５０ｂには駆動モ−タ５１が設置されている。クラッチ板５０ａ，５０ｂが接続されると駆動モ−タ５１の回転力を受けて中空スピンドル３３は回転し、その回転駆動力を受けてスピンドル軸に軸承されている凹状支持枠３４、およびポ−ラスセラミック製円板状載置台３１も回転する。
【００３５】
前記バキュ−ム手段４０は、図示されていない真空ポンプと、これに連結する配管４１と切換バルブ４２とロ−タリ−ジョイント４３と、このロ−タリ−ジョイント４３に連結する中空スピンドル３３内に配される管４４より構成される。切換バルブ４２には純水を供給する管４５が連結されている。
【００３６】
また、中空スピンドル３３内には、上面凹状支持枠３４の凹部３４ａに通じる管４６が配置され、ロ−タリ−ジョイント４７、それに連結する管４８を経由して冷却用の純水を供給するポンプＰに接続されている。凹状支持枠３４の凹部３４ａに供給された純水は非通気性材料製支持台３２の底部を冷却する。
【００３７】
前記バキュ−ム手段４０を稼動させることによりポ−ラスセラミック製円板状載置台３１上の載せられた積層体の剛性支持板Ｇはポ−ラスセラミック製円板状載置台３１に減圧固定される。バキュ−ム手段４０の真空を止めた後、切換バルブ４２を純水供給側へ切り換えると加圧純水がポ−ラスセラミック製円板状載置台３１を洗浄する。
【００３８】
エッジ把持型搬送ロボット１０３は、公知のエッジ把持型搬送ロボットでも使用できるが、図４および図５に示す薄肉の積層体の外周縁部をア−ム１０下面に設けられた一対の固定把持部材２１，２１と移動把持部材２２により把持するエッジ把持型搬送ロボット１０３がより好ましい。
【００３９】
このエッジ把持型搬送ロボット１０３は、多関節型ロボットで、回転軸６１の先端に回動自在に連結された平板状のエンドエフェクタア−ム１０と、このエンドエフェクタア−ムの先端の下面に固定して設けられた一対の固定把持部材２１，２１と、エンドエフェクタア−ムの後端下面をデュアルロッドシリンダ−６２により前進後退可能に取り付けられたブロック６７に固定された移動把持部材２２を備える。デュアルロッドシリンダ−のロッド６３はポリ（テトラフルオロエチレン）製空気供給管６４より圧空が導入管６５に供給されることにより前進する。また、排気管６６より圧空が排気されることにより後退する。図４では右側の導入管６５は空気供給管６４に連結され、中央の導入管６５は端が閉鎖され、右側の導入管６５にハ−フユニオン６８で連結されている。エンドエフェクタア−ム１０はセラミック製で、固定把持部材２１，２１と移動把持部材２２はポリ（エチルエ−テルケトン）製である。
【００４０】
被把持物としては、既に述べたように接着剤Ｓを用いて半導体基板ｗを厚み０．５〜１ｍｍの円板状剛体製支持板Ｇに積層した積層体が用いられる。接着剤としては、紫外線照射硬化型アクリル系樹脂接着剤、加熱発泡性樹脂接着剤が、円板状剛体支持板としてはガラス板、セラミック板が使用される。
【００４１】
エッジ把持型搬送ロボット１０３のア−ム１０により円板状剛体製支持板Ｇ外周縁エッジを把持された積層体を、前述の半導体基板用バキュ−ムチャック３０のポ−ラスセラミック製円板状載置台３１へ搬送し、ポ−ラスセラミック製円板状載置台上に載置・固定する作業は、以下のように行われる。
１）エッジ把持型搬送ロボット１０３により把持した積層体を半導体基板用バキュ−ムチャックのポ−ラスセラミック製円板状載置台３１上方へと搬送する。
２）エッジ把持型搬送ロボットのア−ム１０を下降させて積層体の円板状剛体製支持板Ｇをバキュ−ムチャック３０のポ−ラスセラミック製円板状載置台３１に接触させる移送を行う。
３）バキュ−ムチャック３０の真空ポンプを稼動してポ−ラスセラミック製円板状載置台３１を減圧４０し、積層体をポ−ラスセラミック製円板状載置台に固定する。
４）バキュ−ムチャックの環状溝３２ｄ内でエッジ把持型搬送ロボットのア−ム下面に設けられた移動把持部材２２をデュアルロッドシリンダ６２の圧空を排気６６させることにより後退させて移動把持部材２２を積層体より離し、然る後、エッジ把持型搬送ロボットの関節を前進させることによりア−ム１０を前進させて固定把持部材２１，２１を積層体から離す（図４において、仮想線で描く移動把持部材２２と実線で描く固定把持部材２１，２１の位置から実線で描く移動把持部材２２と仮想線で描く固定把持部材２１，２１の位置へと移動）。
５）エッジ把持型搬送ロボット１０３のア−ム１０を上昇させ、ついで、エッジ把持型搬送ロボット１０３の関節の後退、前進、回転機能を利用してア−ム１０を待機位置へと移動させる。
【００４２】
また、半導体基板用バキュ−ムチャック３０のポ−ラスセラミック製円板状載置台３１上に載置されている積層体を、エッジ把持型搬送ロボット１０３を用いて仮置台１０５上へと搬送する作業は、以下のように行われる。
１）エッジ把持型搬送ロボットのア−ム１０を、待機位置より半導体基板用バキュ−ムチャック３０のポ−ラスセラミック製円板状載置台３１上方へと移動する。
２）エッジ把持型搬送ロボットのア−ムを下降させ、ア−ム下面に設けた一対の固定把持部材２１，２１と移動把持部材２２とをバキュ−ムチャック３０の非通気性材料製支持台３２に設けられた環状溝３２ｄ内であって、積層体の円板状剛体サポ−トＧ下に位置させる。
３）エッジ把持型搬送ロボットの関節を後退（右方向）させることによりア−ム１０を後退させて一対の固定把持部材２１，２１が積層体の円板状剛体製支持板Ｇのエッジに接触するよう後退させる（図４において、仮想線で描く固定把持部材２１，２１の位置から実線で描く固定把持部材２１，２１の位置へと移動）。
４）一対の固定把持部材２１，２１が積層体の円板状剛体製支持板のエッジ部接触後、デュアルロッドシリンダ６２内へ圧空を給気６５させることにより移動把持部材２２を前進させて移動把持部材２２を積層体の円板状剛体支持板Ｇに接触（図４において、仮想線で描く移動把持部材２２の位置から実線で描く移動把持部材２２の位置へと移動）させることにより位置合わせを行う。
５）バキュ−ムチャック３０の減圧４０を開放し、積層体のポ−ラスセラミック製円板状載置台３１の固定を解く。
６）エッジ把持型搬送ロボットのア−ム１０を上昇させ、ついで、ア−ムを移動させることにより積層体を仮置台１０５へと搬送する。
【００４３】
次ぎに、研磨加工ステ−ジ１０６について説明する。図１および図７に示すように研磨加工ステ−ジ１０６は、基板キャリア（研磨ヘッド）１０６ａと研磨布が表面に貼付された研磨定盤（研磨パッド）１０６ｂと、パッドコンディショナ１０７と、研磨剤スラリ−供給管１０６ｃを主たる構成部材として成る。
【００４４】
基板キャリア１０６ａは、図７に示すようにベ−ス１１０上に設けられたフレ−ム４００に水平方向に張り巡らした案内レ−ル４０１に沿って左右方向に往復移動可能になっている。基板キャリア１０６ａのハウジング４０７を支持する螺合体４０２はモ−タＭ１により回転駆動されるボ−ルネジ４０３に螺合されている。基板キャリア１０６ａはモ−タＭ２により回転駆動されるスピンドル４０５に回転自在に軸承されているとともに、エア−シリンダ４０６により上下方向に昇降可能となっている。また、研磨定盤１０６ｂを軸承するスピンドル４０８はモ−タＭ３の駆動を受けて回転する。
【００４５】
基板キャリア１０６ａは、モ−タＭ１により回転駆動されるボ−ルネジ４０３に螺合されている螺合体４０２が左方向へ移動することにより仮置台１０５ｂ上方へと移動される。また、ボ−ルネジを逆廻り方向させることにより仮置台１０５ｂ上方から研磨定盤１０６ｂ上方へと右方向へ移動可能である。
【００４６】
基板キャリア１０６ａの構造は、数多くの特許公報に記載されている。図８に示す基板キャリア１０６ａである研磨ヘッドは、特開２００５−７５２１号公報に開示されるものである。図８に示す基板キャリアのヘッド構造において、５０５は中空スピンドル軸、５０４はお椀状ハウジング部、５０５ａはカプラで、お椀状ハウジング部をスピンドル４０５下部に軸承する。５０６は可撓性材よりなるダイヤフラムで、前記お椀状ハウジング部の環状側壁５０３ａ下端部に水平方向に環状のフランジ５０７で挟持され、ボルト５０９締めされる。５０８は剛体製支持板で、中央部に鉛直方向に気体通路５０８ａが設けられ、下面の前記気体通路部に通じて形成された凹部（第２加圧室）５０８ｂを有する。５１０は外向きのフランジ部５１０ａを有するフランジリングで、これはダイヤフラムの中央上面部にボルト５１１で固定されている。また、剛体製支持板５０８もこのボルト５１１によりダイヤフラム５０６の下面に固定される。
【００４７】
５１２は固定用円板５１２ａを上下方向に昇降可能な高さ位置調整機構で、上部がネジ切られた棒状部材５１２ｂの下端部に固定用円板５１２ａが設けられる。５１３はインサ−トでお椀状ハウジング部の上方部に設けられ、棒状部材５１２ｂが螺合する。棒状部材５１２ｂを上昇することにより前記フランジ部５１０ａに固定用円板５１２ａが係合する。５１６は気体供給・排気兼用の管で中空スピンドル２０５内に設けられ、この管の一方の端は図示されていない真空・圧力気体切替弁を有する管に接続され、他方の端は剛体製支持板の中央部の気体通路５０８ａにジョイントを介して連通している。
【００４８】
５１７はお椀状ハウジング部５０４の内側とダイヤフラム５０６の上面側とで形成される第一加圧室、５１８はこの第一加圧室５１７に気体を供給する気体通路で矢印で示されるようにスピンドル軸５０５の内部を経由して加圧気体が供給される。供給された加圧気体はダイヤフラム５０６上面を加圧する。
【００４９】
５１９はバッキング材で、厚みは２．５〜５．０ｍｍである。バッキング材５１９は、既述したように例えば、可撓性ゴム膜／感圧接着剤／熱可塑性樹脂フィルム／ウレタン発泡樹脂層／粘着性樹脂層の５層構造を採る。バッキング材を構成する可撓性ゴム膜５１９は、前記剛体製支持板５０８下段端面の外周縁部の段部５０８ｃに複数のボルト５２３で固定された剛体製環状リング５３０の下面に展張される。この円形可撓性ゴム膜５１９と剛体製支持板５０８の下面凹部とで隙間ｈが０．１〜５ｍｍの機密性の高い第二加圧室５０８ｂ、５２１が形成される。剛体製環状リング５３０素材は、ステンレス、アルミニウムなどが用いられる。
【００５０】
剛体製環状リング５３０と可撓性ゴム膜５１９との接着は、成形金型のキャビティ内に剛体製環状リング５３０を内挿し、次いで、可撓性ゴム塊をキャビティ内に充填し、ゴムが軟化する温度以上、例えば１５０〜１８５℃に金型を加熱し、型締め圧１〜２００トンで圧縮成形して剛体製環状リングの側壁周面および下部円周面に可撓性ゴム膜を加熱加圧成形・接着し、これを５〜２５分冷却することにより行うのが好ましい。
【００５１】
環状保持リング５２２は、剛体製環状リング５３０のリング幅Ｌと略同一幅、略同一径で型造られている。素材はガラス繊維補強エポキシ樹脂またはセラミック製で、厚みは０．０５〜２ｍｍである環状保持リング５２２ａは剛体製環状リング５３０の下面に展張されたバッキング材５１９の粘着性樹脂層上に感圧接着剤で貼着される。該環状保持リング５２２の内側壁と前記バッキング材の円形粘着性樹脂層下面とで基板収納ポケット部５２５が形成される。前記円形可撓性膜の上面側より第２加圧室５０８ｂ，５２１に管５１６より加圧空気が供給されて第２加圧室は加圧または管５１６が真空引きされて第二加圧室は減圧される構造となっている。
【００５２】
環状保持リング５２２は、セラミック製外環状保持リング５２２ａの内側に、約０．５〜１．５ｍｍの隙間幅ｄを以って樹脂製内環状保持リング５２２ｂを備えさせた二重構造としてもよい。樹脂製内環状保持リング５２２ｂは、ロックウエル硬さ（ＡＳＴＭ Ｄ７８５）がＲスケ−ルで１１０〜１５０のものが好ましい。素材としては、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリ（ジフロロジクロロエチレン）、ポリアセタ−ル、ガラス繊維補強エポキシ樹脂、ナイロン６，１０、ナイロン６，１２、ポリイミド等、滑り性の良好な樹脂が使用される。研磨定盤の研磨布と環状保持リングの動摩擦係数は０．３０以上が好ましい。
【００５３】
セラミック製外環状保持リング５２２ａは、ビッカ−ス硬さが３００〜２，０００ｋｇ／ｍｍ２またはヌ−プ硬さが２００〜２，８００ｋｇ／ｍｍ２のものが好ましい。セラミック粒として、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、酸化ジルコニウム、酸化珪素等を用い、バインダとしてメタクリル酸メチル・メタクリル酸ブチル共重合体、メタクリル酸メチル・メタクリル酸ｎ−プロピル共重合体、メタクリル酸メチル・メタクリル酸ブチル・アクリル酸エチル共重合体等の水性エマルジョンを用いて製造したグリ−ンシ−トを円環状に打ち抜き、これを１，１００〜１，６００℃で焼成することにより型造られる。
【００５４】
内環状保持リング５２２ｂのリング幅（ｌ）に対する外環状保持リング５２２ａのリング幅（Ｌ）の比（Ｌ／ｌ）は、１〜３であり、両者のリング幅の和（Ｌ＋ｌ）は、１８〜３０ｍｍが好ましい。内環状保持リング５２２ｂのリング厚みと外環状保持リング５２２ａのリング厚みは、同一で、研磨される基板の厚みに研磨取り代をプラスした値と同一か、この値に１〜１０μｍを更にプラスした値とする。これら環状保持リング５２２ａ，５２２ｂの厚みは、例えば０．３〜２ｍｍである。内環状保持リング５２２ｂおよび外環状保持リング５２２ａが研磨布と接触する面は、面一とする。
【００５５】
５２４はゴムシ−ルリングである。５２５は基板収納ポケット部で、前記樹脂製内環状保持リング５２２ｂの側壁とバッキング材の粘着性樹脂層５１９ｅ面とで形成される。可撓性ゴム膜５１９は、既述したように剛体製環状リング５３０の外周壁および上面を覆うように貼着（加熱加圧成形・同時接着）することがより好ましい。基板収納ポケット部５２５の深さの値は、研磨される積層体の厚みより小さい。
【００５６】
剛体製支持板５０８の素材、剛体製環状リング５３０の素材は、アルミニウム、ステンレスが使用できる。
【００５７】
図７および図８に示すキャリアヘッド１０６ａを用いて基板を研磨する工程は次ぎのように行なわれる。
（１）予め仮置台１０５に搬送されてきた積層体上に基板キャリアヘッド１０６ａを移動させ、基板キャリアヘッド１０６ａを下降させて積層体の剛体支持サポ−トＧ面上に当接させ、ついで加圧室５１８に加圧気体を供給して基板キャリアヘッド１０６ａを押圧し、管５１６を減圧して第二加圧室５０８ｂ，５２１を減圧し、基板キャリアヘッド１０６ａの可撓性膜５１９を吸引することにより基板はバッキング材の粘着性樹脂層に吸い上げられキャリアヘッド１０６ａのポケット部５２５に固定される。
【００５８】
（２）ついで、積層体を保持したキャリアヘッド１０６ａを研磨装置の研磨定盤１０６ｂ上方に移動させた後、キャリアヘッドを下降させて積層板をスピンドル４０８に軸承されている研磨定盤１０６ｂの研磨布に当接する。
（３）基板キャリアヘッド１０６ａの管５１６の減圧を止め、加圧気体に切り替えて第二加圧室５０８ｂ，５２１に加圧空気を供給するとともに、中空スピンドル５０５にも加圧気体を供給し第一加圧室５１８に供給された加圧気体でバッキング材の可撓性膜を膨張させることにより基板キャリアヘッドは積層体を研磨定盤１０６ｂの研磨布上に押圧する。この際、第一加圧室５１８の圧力の方が第二加圧室５０８ｂ，５２１の圧力より大きい。
【００５９】
（４）第一加圧室５１８および第二加圧室５０８ｂ，５２１に加圧気体を供給しつつ、積層体を保持しているキャリアヘッドの中空スピンドル５０５および研磨定盤１０６ｂのスピンドル４０８を回転させることにより積層体下面の基板と研磨布とを摺動させて基板の表面を研磨する。この際、研磨剤スラリ−が供給ノズル１０６ｃより研磨布表面に供給されつつ、研磨が行なわれる。
【００６０】
研磨定盤１０６ｂの回転数は、１０〜１５０ｒｐｍ、基板キャリアヘッド１０６ａの回転数は１０〜１５０ｒｐｍ、キャリアのバッキング材５１９の粘着性樹脂層に保持された基板が研磨布に当てられる圧力は０．０５〜０．３ｋｇ／ｃｍ２、好ましくは第一加圧室１８に供給される気体圧力は１００〜３００ｇ／ｃｍ２、管５１６より第二加圧室５２１に供給される気体圧力は１００〜２００ｇ／ｃｍ２である。
【００６１】
研磨剤スラリ−としては、コロイダルシリカ、酸化セリウム、アルミナ、ベ−マイト、二酸化マンガンなどの砥粒を純水に分散したスラリ−が用いられる。必要によりスラリ−には界面活性剤、キレ−ト剤、ｐＨ調整剤、酸化剤、防腐剤が配合される。研磨剤スラリ−は５０〜１，５００ｃｃ／分の割合で研磨布面に供給される。
【００６２】
基板の研磨の際、研磨布表面の不規則なウネリにより圧変化を基板は受けるが、基板裏面を支持するバッキング材５１９の可撓性膜が第二加圧室５０８ｂ，５２１より受ける圧力はパスカルの原理に基づけばどの部分においても同一圧力となるので、研磨布の表面形状のうねりに基板が容易に追従できる。
【００６３】
研磨終了後は、第一加圧室５１８への加圧気体の供給を止め、キャリアヘッド１０６ａのスピンドル５０５を研磨定盤の研磨布より若干上昇させることにより、管５１６内に供給されている加圧空気により可撓性膜が膨張しているので研磨された積層体はキャリアのバッキング材５１９の粘着性樹脂層より容易に弾き剥がすことが可能である。
【００６４】
図１に示す基板用平坦化装置１００を用い、半導体基板裏面の平坦化を行う作業は、次ぎの工程を経て行われる。
【００６５】
１）基板収納ステ−ジ１０１のカセット１０１ａ内に保管（剛体支持板面が上面、基板面が下面）されている基板積層体を基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジ１０３の多関節型搬送ロボットで積層体の剛体製支持板Ｇの外周縁エッジを把んでインデックス回転テ−ブル２上に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１上に移送し、基板面を上方面にしてステ−ジｓ１上に載置する。
【００６６】
２）インデックス回転テ−ブル２を時計廻り方向に９０度回転させることにより、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ上の基板を粗研削ステ−ジｓ2へと移送する。
【００６７】
３）粗研削ステ−ジｓ2で基板裏面を砥番３２０〜６００のレジンボンドダイヤモンド砥石を用い粗研削する。この間に、基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジ１０３の多関節型搬送ロボットで前記１）の工程が行われ、新たな積層体基板が基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１上に移送される。
【００６８】
４）インデックス回転テ−ブル２を時計廻り方向に９０度回転させることにより、粗研削された積層体基板を中仕上研削ステ−ジへと移送するとともに、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ1上の基板を粗研削ステ−ジｓ3へと移送する。
【００６９】
５）中仕上研削ステ−ジｓ3で砥番１，０００〜２，０００のダイヤモンド砥石を用い粗研削された基板裏面を中仕上研削する。この間に、粗研削ステ−ジｓ2で基板裏面は砥番３２０〜６００のレジンボンドダイヤモンド砥石を用いて粗研削されるとともに、基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジ１０３の多関節型搬送ロボットにより新たな積層体基板が基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１上に移送される。
【００７０】
６）インデックス回転テ−ブルを時計廻り方向に９０度回転させることにより、中仕上研削された基板を精密研削ステ−ジｓ4へと移送、粗研削された基板を中仕上研削ステ−ジｓ3へと移送するとともに、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１上の基板を粗研削ステ−ジｓ2へと移送する。
【００７１】
７）精密研削ステ−ジｓ4で砥番２，５００〜８，０００のダイヤモンド砥石を用い中仕上研削された基板裏面を精密研削する。この間に、中仕上研削ステ−ジｓ3では砥番１，０００〜２，０００のダイヤモンド砥石を用い粗研削された基板裏面を中仕上研削し、粗研削ステ−ジｓ2では基板裏面を砥番３２０〜６００のレジンボンドダイヤモンド砥石を用いて粗研削するとともに、基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの搬送ロボットにより新たな積層体基板が基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ1上に移送される。
【００７２】
８）インデックス回転テ−ブル２を時計廻り方向に９０度回転させる、または時計逆廻り方向に２７０度回転させることにより、精密研削された基板を基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１上へと移送、中仕上研削された基板を精密研削ステ−ジｓ4へと移送、粗研削された基板を中仕上研削ステ−ジｓ3へと移送する。次いで、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１上の精密研削された基板を基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジの多関節型搬送ロボット１０３を用いて仮置台１０５へと反転移送（仮置台上では剛体支持板面が上面となる）し、然る後、基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１に位置するバキュ−ムチャック３０を洗浄し、洗浄終了後、基板収納ステ−ジ１０１のカセット内に保管されている積層体基板を基板エッジ保持型第一搬送ステ−ジ１０３の搬送ロボットで積層体の剛体支持板Ｇのエッジを把んでインデックス回転テ−ブル２上に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジｓ１上に移送する。
【００７３】
９）以降、前７）工程および８）工程を繰り返す。仮置台１０５ａ，１０５ｂへ移送された精密研削された積層体基板が２枚となったときは、この７）工程、８）工程がなされている間に研磨加工ステ−ジ１０６の基板キャリア１０６ａを利用して仮置台上の一対の積層体基板を研磨加工ステ−ジの研磨定盤１０６ｂ上方へ移送したのち、研磨加工ステ−ジで一対の基板を同時に研磨し、ついで、基板キャリア１０６ａに保持されている研磨された基板は基板エッジ保持型第二搬送ステ−ジ１０８の多関節型搬送ロボットにより剛体支持板Ｇのエッジ部を把持され、続いて、基板洗浄ステ−ジ１０９上方へ移送途中にア−ムの反転により剛体支持板Ｇ面を下面とされ、洗浄ブラシ１０８ａで剛体支持板Ｇ面を洗浄され、反転された後に洗浄ステ−ジのスピナ−１０９ａ上と移送され、そこで研磨された基板面が洗浄される。
【００７４】
洗浄が終了すると積層体は基板エッジ保持型第二搬送ステ−ジ１０８の多関節型搬送ロボットにより室外の収納カセットに搬送されるか、次工程ステ−ジのマウンダ装置へと搬送される。搬送後、基板エッジ保持型第二搬送ステ−ジ１０８のア−ムは、スピナ−１０９ａにより洗浄される。
【実施例】
【００７５】
実施例１
図１に示す基板平坦化装置１００を用い、３００ｍｍ径のシリコン基板の上にプリント配線した半導体基板（厚み７７５μｍ）の裏面（シリコン基板面）を７４０μｍ除去し、厚み３０μｍとする研削加工と、５μｍの取り代の研磨加工を行った。粗研削加工は、砥番３２５のレジンボンドダイヤモンド砥石（カップホイ−ル型）を用いて５５０μｍの取り代、中仕上研削加工は、砥番１，０００のビトリファイドボンドダイヤモンド砥石（カップホイ−ル型）を用いて１６０μｍの取り代、精密研削加工は、砥番８，０００のメタルボンドダイヤモンド砥石（カップホイ−ル型）を用いて３０μｍの取り代とした。
【００７６】
厚み７７５μｍの半導体基板は、積水化学工業の加熱発泡型接着剤を用い、直径３１０ｍｍ、厚み１ｍｍの円板状ガラス板に基板のシリコン面を上側面にして積層し、積層体として用いた。
【００７７】
研削加工ステ−ジ１０４における各々の砥石回転速度は、全て３，０００ｒｐｍで、バキュ−ムチャック３０の回転速度は、粗研削加工時２００ｒｐｍ、中仕上研削加工時１２０ｒｐｍ、精密研削加工時１２０ｒｐｍとした。各研削ステ−ジでの研削条件と研削時間を次表に示す。
表１
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【００７８】
研磨条件は、研磨ヘッドスピンドル４０５および研磨定盤スピンドル４０８のいずれの回転数も１００ｒｐｍとし、基板の研磨布面への押圧は１５０ｇ／ｃｍ２とした。
【００７９】
因みに、（ａ）ロ−ドポ−トにおける基板スキャン時間は２０秒、（ｂ）基板搬送ステ−ジの搬送時間（開始、基板把持・仮置台、載置）は２３秒、（ｃ）インデックス回転テ−ブル２の回転時間は３秒、研削加工ステ−ジの律速時間（粗研削）は１５０秒、（ｄ）基板洗浄は１０秒、（ｅ）キャリアの待機位置から仮置台上方への移動時間は３０秒、（ｆ）キャリアの基板チャックから研磨定盤載置への移送時間は２０秒、（ｇ）研磨時間は９０秒、（ｈ）研磨ステ−ジから研磨された基板をアンロ−ディングし、収納カセットへ収納または次工程のマウンタ工程へ搬送する時間は２０秒であった。
【００８０】
インデックス回転テ−ブル２の回転時間は、３秒なので、研削加工ステ−ジでのスル−プット時間は、１５３秒となる。研磨加工ステ−ジの律速は、（ｆ）＋（ｇ）＋（ｈ）の合計の１３０秒となる。よって、本平坦化装置のスル−プットは、３，６００秒を１５３秒で除した値の２３．５枚／時となる。
【００８１】
なお、得られた研削・研磨加工された厚み２５μｍの半導体基板には反りは認められなかった。また、半導体チップにしたときのロス率は約１２％で、業界で報告されている既存のビルト・イン方式の３００ｍｍ径基板用平坦化装置の８０μｍ化製品ロス率２８〜３０％と比較すると本発明のインライン方式の本平坦化装置は各段と製品ロス率が低い優れたものである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の半導体基板の裏面研削・研磨方法は、スル−プットに優れ、また、製品ロス率も低く、生産性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】インライン方式の平坦化装置の平面図である。
【図２】インデックス回転テ−ブルに設けられたバキュ−ムチャックの一部を切り欠いた断面図である。
【図３】バキュ−ムチャックの平面図である。
【図４】基板エッジ保持型搬送ロボットのア−ムを下方向より見た下面図である。
【図５】基板エッジ保持型搬送ロボットのア−ムの正面図である。
【図６】バキュ−ムチャックに載置された基板と基板エッジ保持型搬送ロボットのア−ムの関係を示す一部を切り欠いた正面図である。
【図７】研磨装置の正面図である。
【図８】基板キャリアを兼ねた研磨ヘッドの断面図である。
【図９】平坦化装置の斜視図である。（公知）
【図１０】平坦化装置の平面図である。（公知）
【符号の説明】
【００８４】
２    インデックス回転テ−ブル
３０    バキュ−ムチャック
１００    基板平坦化装置
１０１    基板収納ステ−ジ
１０３    基板エッジ把持型第一搬送ステ−ジ
１０４    研削加工ステ−ジ
ｓ１    基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ
ｓ２    粗研削ステ−ジ
ｓ３    中仕上研削ステ−ジ
ｓ４    精密研削ステ−ジ
１０５    仮置台
１０６    研磨加工ステ−ジ
１０７    パッドコンディショナ
１０８    基板エッジ把持型第二搬送ステ−ジ
１０９    洗浄ステ−ジ
１１０    ベ−ス
２００    基板厚み測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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