(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持するためのチャック手段と、該チャック手段上に保持された被加工物を研磨するための研磨手段と、冷却手段とを具備し、該チャック手段は表面に被加工物が載置される多孔性チャック板を有し、該チャック板の裏面を真空源に連通せしめることによって被加工物が該チャック板の表面に吸着される研磨装置において、
該冷却手段は、冷却液供給源と該チャック板の裏面の中央領域を該冷却液供給源に連通せしめる冷却液供給路とを含み、該チャック板の裏面を該真空源に連通せしめると、該冷却液供給源から該冷却液供給路を通して該チャック板の裏面の中央領域に冷却液が流動せしめられる、ことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
該真空源と該チャック板の裏面の周縁領域とを連通せしめる真空吸引路が配設されており、該冷却液供給源から該冷却液供給路を通して該チャック板の裏面の中央領域に流動せしめられた冷却液は、該チャック板を通して該真空吸引路に流入せしめられる、請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
被加工物は半導体ウエーハであり、該チャック板の表面は平面である、請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項４】
該研磨手段はフェルトと該フェルト中に分散せしめられた砥粒とから構成された研磨工具を含み、該研磨工具が回転せしめられると共に半導体ウエーハの片面に押圧され、これによって半導体ウエーハの片面が研磨される、請求項３記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物を保持するためのチャック手段と．かかるチャック手段上に保持された被加工物を研磨するための研磨手段とを具備し、チャック手段は表面に被加工物が載置されるチャック板を有する研磨装置、特に、それに限定されるものではないが、被加工物の、加工歪を有する被処理面を研磨して加工歪を除去するための研磨装置に関する 。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体チップの製造においては、半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートによって多数の矩形領域を区画し、矩形領域の各々に半導体回路を配設する。そして、ストリートの各々に沿って半導体ウエーハを分離することによって矩形領域の各々を半導体チップにせしめている。半導体チップの小型化及び軽量化のために、通常、ストリートの各々に沿って半導体ウエーハを切断して矩形領域を個々に分離するに先立って、半導体ウエーハの裏面を研削して半導体ウエーハの厚さを低減せしめている．或いは、先ダイシング様式と称される様式においては、半導体ウエーハの表面からストリートに沿って研削加工を加えて所定深さの溝を形成し、しかる後に半導体ウエーハの裏面から上記溝の底面を越える深さまで研削加工を加え、これによって半導体ウエーハの厚さを低減せしめると共に矩形領域を個々に分離している。研削加工は、一般的に、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドのごとき適宜のボンドで結合することによって形成された研削部材乃至研削砥石を有する回転研削工具を半導体ウエーハの裏面に作用せしめることによって遂行される。
【０００３】
而して、半導体ウエーハの裏面に研削加工を施すと、半導体ウエーハの裏面に加工歪が生成され、かかる加工歪によって抗折強度が相当低減されてしまう。そこで、半導体ウエーハの裏面から加工歪を除去して抗折強度の低減を回避するために、半導体ウエーハの研削された裏面を、本出願人の出願にかかる特願２００１−９３３９７（発明の名称「研磨工具」）に開示されている如く、研磨工具、特にフェルトとこのフェルト中に分散せしめられた砥粒とから構成された研磨部材を有する研磨工具を使用して乾式研磨することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、半導体ウエーハの研磨された裏面には、特にその中心部分に研磨時に発生する加工熱に起因して研磨焼けが生じる虞がある。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、被加工物の、加工歪を有する被処理面、例えば半導体ウエーハの研磨された裏面に研磨焼けが生じることを確実に防止できる、新規且つ優れた研磨装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決する研磨装置として、被加工物を保持するためのチャック手段と、該チャック手段上に保持された被加工物を研磨するための研磨手段と、冷却手段とを具備し、該チャック手段は表面に被加工物が載置される多孔性チャック板を有し、該チャック板の裏面を真空源に連通せしめることによって被加工物が該チャック板の表面に吸着される研磨装置において、
該冷却手段は、冷却液供給源と該チャック板の裏面の中央領域を該冷却液供給源に連通せしめる冷却液供給路とを含み、該チャック板の裏面を該真空源に連通せしめると、該冷却液供給源から該冷却液供給路を通して該チャック板の裏面の中央領域に冷却液が流動せしめられる、ことを特徴とする研磨装置が提供される。
【０００７】
好ましくは、該真空源と該チャック板の裏面の周縁領域とを連通せしめる真空吸引路が配設されており、該冷却液供給源から該冷却液供給路を通して該チャック板の裏面の中央領域に流動せしめられた冷却液は、該チャック板を通して該真空吸引路に流入せしめられる。好適実施形態においては、被加工物は半導体ウエーハであり、該チャック板の表面は平面である。該研磨手段はフェルトと該フェルト中に分散せしめられた砥粒とから構成された研磨工具を含み、該研磨工具が回転せしめられると共に半導体ウエーハの片面に押圧され、これによって半導体ウエーハの片面が研磨されるのが好都合である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された研磨装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【０００９】
図１には、本発明に従って構成された研磨装置の好適実施形態が図示されている。図示の研磨装置は全体を番号２で示すハウジングを具備している。かかるハウジング２は細長く延在する直方体形状の主部４を有する。主部４の後端部には実質上鉛直に上方に延びる直立壁６が配設されている。ハウジング２の主部４における前半部上には、カセット搬入域８、カセット搬出域１０、搬送機構１２、仮受手段１４、及び洗浄手段１６が配設されている。カセット搬入域８上には、複数個の被加工物を収容したカセット１８が手動で載置される。
【００１０】
カセット１８に収容される被加工物は、図２に図示する如くフレーム２０に装着テープ２２を介して装着した半導体ウエーハ２４、或いは図３に図示する如く支持基板（サブストレート）２６上に装着した半導体ウエーハ２４でよい。図２において、適宜の金属板或いは適宜の合成樹脂から形成することができるフレーム２０にはその中央部に装着開口２８が形成されており、半導体ウエーハ２４は表裏反転状態、即ち裏面を上方に向けた状態でフレーム２０の装着開口２８内に位置せしめられている。フレーム２０の下面と半導体ウエーハ２４の表面即ち下面とに跨って装着テープ２２が接着されており、これによってフレーム２０に半導体ウエーハ２４が装着されている。図3においては、ＰＥＴ等の合成樹脂、ガラス或いはセラミックスから形成することができる支持基板２６上に半導体ウエーハ２４が表裏反転状態、即ちその裏面を上方に向けた状態で接着されている。支持基板２６の外形は半導体ウエーハ２４の外形と実質上同一でよい。装着テープ２２と半導体ウエーハ２４との接着及び支持基板２６と半導体ウエーハ２４との接着は、後の剥離の際に加熱或いは紫外線照射等によって接着作用が解消される周知の接着剤を介して遂行されているのが好都合である。半導体ウエーハ２４の表面には格子状に配列されたストリート（図示していない）によって多数の矩形領域が規定されており、かかる矩形領域の各々に半導体回路（図示していない）が形成されている。半導体ウエーハ２４の厚さを低減せしめるために、半導体ウエーハ２４の上方に向けられた裏面には研削加工が施されており、かかる研削加工に起因して半導体ウエーハ２４の裏面には加工歪が残留せしめられている。
【００１１】
図１を参照して説明を続けると、カセット搬出域１０には、後述するとおりにして裏面が研磨された被加工物即ち半導体ウエーハ２４を収容するためのカセット３０（かかるカセット３０は上記カセット１８と同一でよい）が載置されている。搬送機構１２はカセット１８から半導体ウエーハ２４を１枚毎仮受手段１４上に搬出する。仮受手段１４上に搬出された半導体ウエーハ２４は、後に詳述するとおりにしてその裏面が研磨されて加工歪が除去された後に、後述する被加工物搬出手段によって洗浄手段１６に搬出される。洗浄手段１６においては、半導体ウエーハ２４を高速で回転せしめながら純水でよい洗浄水が半導体ウエーハ２４の裏面に噴射され、半導体ウエーハ２４の裏面が洗浄され乾燥される。しかる後に、洗浄手段１６上の半導体ウエーハ２４が搬送機構１２によってカセット３０に搬入される。カセット搬入域８上のカセット１８に収容されていた半導体ウエーハ２４が全て搬出されると、空のカセット１８に代えて複数個の半導体ウエーハ２４を収容した新しいカセット１８が手動でカセット搬入域８上に載置される。カセット搬出域１０上のカセット３０に所要数の半導体ウエーハ２４が搬入されると、かかるカセット３０が手動で搬出され、新しい空のカセットが載置される。
【００１２】
而して、図示の研磨装置における上述した構成、即ちカセット搬入域８、カセット搬出域１０、搬送機構１２、仮受手段１４、及び洗浄手段１６の各々は、例えば株式会社ディスコから商品名「ＤＦＰ８１４０」として販売されている研削機に使用されている構成と実質上同一でよく、それ故にこれらについての詳細な説明は本明細書においては省略する。
【００１３】
図１を参照して説明を続けると、ハウジング２の主部４の後半部上には略矩形状の没入部３２が形成されており、かかる没入部３２には被加工物即ち半導体ウエーハ２４を保持するためのチャック手段３４が装着されている。また、没入部３２にはハウジング４の延在方向に実質上水平(従って、後述する研磨手段の回転軸に対して実質上垂直)である矢印３６及び３８で示す方向に延在する一対の案内レール（図示していない）が配設されており、かかる一対の案内レールに上記チャック手段３４が滑動自在に装着されている。更に、没入部３２には矢印３６及び３８で示す方向に延在するねじ軸（図示していない）が回転自在に装着されており、かかるねじ軸がチャック手段３４に形成された、矢印３６及び３８で示す方向に延びる貫通雌ねじ孔に螺合せしめられている。上記ねじ軸にはパルスモータでよい電動モータ（図示していない）の出力軸が連結されており、電動モータが正転せしめられると、チャック手段３４が矢印３６で示す方向に移動せしめられ、電動モータが逆転せしめられると、チャック手段３４が矢印３８で示す方向に移動せしめられる。チャック手段３４の移動方向両側には、横断面形状が逆チャンネル形状であって、上記ねじ軸等を覆っている蛇腹手段４０及び４２が付設されている。蛇腹手段４０及び４２はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段４０の前端は没入部３２の前面壁に固定され、後端はチャック手段３４の前端面に固定されている。チャック手段３４が矢印３６で示す方向に移動せしめられる際には、蛇腹手段４０が伸張され蛇腹手段４２が収縮され、チャック手段３４が矢印３８で示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段４０が収縮され蛇腹手段４２が伸張せしめられる。矢印３６及び３８で示す方向に延びる直線経路に沿って移動せしめられるチャック手段３４は、後に更に詳述する如く、矢印３６及び３８で示す方向に間隔をおいて位置せしめられている被加工物搬入・搬出域４４及び研磨域４６に選択的に位置せしめられる（後に更に言及する如く、チャック手段３４は研磨域４６においては、所定範囲に渡って矢印３６及び３８で示す方向に往復動せしめられる）。
【００１４】
ハウジング２の主部４の中間部片側には、チャック手段３４が被加工物搬入・搬出域４４に位置せしめられている際に、上記仮受手段１４上の被加工物即ち半導体ウエーハ２４を後述するチャック板上に搬入する被加工物搬入手段４８が配設されている。かかる搬入手段４８は、実質上鉛直に延びる鉛直部及びこの鉛直部から実質上水平に延出する水平部を有する可動アーム５０と、可動アーム５０の先端に装着された吸着具５２とから構成されている。可動アーム５０の鉛直部は昇降自在に且つ実質上鉛直に延びる中心軸線を中心として回転自在に装着されている。吸着具５２の下面には多孔性部材が配設されている。可動アーム５０及びハウジング２の主部４に配設されている連通路（図示していない）を通して吸着具５２を真空源（図示していない）に選択的に連通せしめることによって吸着具５２の下面に、仮受手段１４上に載置されている半導体ウエーハ２４を吸着し、可動アーム５０の昇降動及び回転によって半導体ウエーハ２４を被加工物搬入・搬出域４４に搬送する。ハウジング２の主部４の中間部他側には、チャック手段３４が被加工物搬入・搬出域４４に位置せしめられている際に、後述するチャック板上の半導体ウエーハ２４を上記洗浄手段１６に搬出するための被加工物搬出手段５４が配設されている。かかる搬出手段５４も、実質上鉛直に延びる鉛直部及びこの鉛直部から実質上水平に延出する水平部を有する可動アーム５６と、可動アーム５６の先端に装着された吸着具５８とから構成されている。可動アーム５６の鉛直部は昇降動自在に且つ実質上鉛直に延びる中心軸線を中心として回転自在に装着されている。吸着具５８の下面には多孔性部材が配設されている。可動アーム５６及びハウジング２の主部４に配設されている連通路（図示していない）を通して吸着具５８を真空源（図示していない）に選択的に連通せしめることによって吸着具５８の下面に、後述するチャック板上の半導体ウエーハ２４を吸着し、可動アーム５６の昇降動及び回転によって半導体ウエーハ２４を上記洗浄手段１６に搬送する。
【００１５】
図1を参照して説明を続けると、ハウジング２の後端に配設された上記直立壁６には研磨手段６０が配設されている。更に詳述すると、直立壁６の前面には実質上鉛直に延びる一対の案内レール６２が固定されている。かかる一対の案内レール６２には、滑動ブロック６４が鉛直方向に滑動自在に装着されている。滑動ブロック６４の後面両側には実質上鉛直に延びる脚部６６が形成されている。かかる脚部６６に形成されている被案内溝が一対の案内レール６２に滑動自在に係合せしめられている。直立壁６の前面には、更に、実質上鉛直に延びるねじ軸６８が軸受部材７０及び７２によって回転自在に装着されている。軸受部材７０にはパルスモータでよい電動モータ７４も装着されており、かかるモータ７４の出力軸がねじ軸６８に連結されている。滑動ブロック６４の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示しない）も形成されており、かかる連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ孔が形成されており、かかる雌ねじ孔に上記ねじ軸６８が螺合せしめられている。従って、モータ７４が正転せしめられると、滑動ブロック６４が下降せしめられ、モータ７４が逆転せしめられると、滑動ブロック６４が上昇せしめられる。
【００１６】
滑動ブロック６４の前面には突出部７６が形成されており、かかる突出部７６はケース７８が装着されている。ケース７８には実質上鉛直に延びる回転軸８０が回転自在に装着されている。ケース７８内には電動モータ（図示していない）も配設されており、かかるモータの出力軸は回転軸８０に連結されている。回転軸８０の下端部はケース７８の下端を越えて下方に突出せしめられており、回転軸８０の下端には円板形状の装着部材８２が固定されており、かかる装着部材８２の下面には研磨工具８４が装着されている。詳述すると、装着部材８２には周方向に間隔をおいて複数個の貫通孔（図示していない）が形成されている。研磨工具８４は図４及び図５に図示する如く、円板形状の支持部材８６と同様に円板形状である研磨部材８８とから構成されている。支持部材８６には周方向に間隔をおいてその上面から下方に延びる複数個の盲ねじ孔９０が形成されている。支持部材８６下面は円形支持面を構成しており、研磨部材８８はエポキシ樹脂系接着剤の如き適宜の接着剤によって支持部材８６の円形支持面に接合されている。研磨部材８８はフェルトとこのフェルト中に分散せしめられた多数の砥粒とから構成されているのが好適である。かかる研磨部材８８自体の構成についての詳細な説明は、上記特願２００１−９３３９７の明細書及び図面に詳細に説明されているのでかかる記載に委ね、本明細書においては説明を省略する。回転軸８０の下端に固定されている上記装着部材８２の下面に研磨工具８４を位置せしめ、装着部材８２に形成されている貫通孔を通して研磨工具８４の支持部材８６に形成されている盲ねじ孔９０に締結ボルト９２を螺着することによって、装着部材８２に研磨工具８４が装着される。
【００１７】
図１と共に図６及び図７を参照して説明を続けると、上記チャック手段３４は、支持台９４と、支持台９４上に実質上鉛直に延びる回転中心軸線を中心として回転自在に装着された円板形状の基台９６と、多孔性セラミックスの如き適宜の多孔性材料から構成することができる円板形状のチャック板９８とを有する。支持台９４にはチャック板９８と共に基台９６を回転せしめるための電動モータ（図示していない）が配設されている。基台９６には、その上面にチャック板９８と実質上同径の円形状凹部１００が形成されており、かかる凹部１００における周壁１０２には、基台９６の上面から所定量下方の位置を周方向に延びる環状の肩部１０４が形成されている。また、基台９６にはその凹部１００における底壁１０６に同心円状に複数個（図示の場合２個）の環状の隔壁１０８が配設されており、かかる隔壁１０８によって基台９６の凹部１００が複数個（図示の場合２個）の吸引室１１０及び冷却室１１２に区画されている。隔壁１０８の自由端は周壁１０２に形成されている肩部１０４の高さ位置と実質上同一高さになるように構成されており、チャック板９８を基台９６の凹部１００に嵌合せしめた状態においては、チャック板９８は肩部１０４及び隔壁１０８の自由端上に載置せしめられる故に、チャック板９８の裏面の中央領域は基台９６における冷却室１１2の上面をなし、チャック板９８の裏面の周縁領域は基台９６における吸引室１１０の上面をなしている。
【００１８】
上述した如く構成されたチャック手段３４には、チャック板９８の裏面の少なくとも中央領域に冷却液を流動せしめる冷却手段が配設されているのが重要である。図示の実施形態においては、冷却手段１１３は冷却液供給源１１４と冷却室１１２を冷却液供給源１１４に選択的に連通せしめる冷却液供給路１１６とを含んでいる。また、図示の実施形態においては、吸引室１１０の各々と真空源１１８とを選択的に連通せしめる真空吸引路１２０が配設されている。更に、真空源１１８には連結路１２２を介して気液分離槽１２４が連通されており、かかる気液分離層１２４には排出路１２６を介してフィルター機構１２８が連通されると共に排液路１３０も接続されている。
【００１９】
図１及び図７を参照して説明を続けると、チャック手段３４が上記被加工物搬入・搬出域４４に位置せしめられている際に、仮受手段１４上に載置されている、加工歪を有する研削すべき半導体ウエーハ２４は、その裏面を上方に向けた状態で被加工物搬入手段４８によって仮受手段１４上からチャック手段３４のチャック板９８上に搬送される。その後、真空吸引路１２０が開放され、吸引室１１０と真空源１１８とが連通せしめられると、半導体ウエーハ２４は多孔性部材であるチャック板９８上に真空吸着される。しかる後に、チャック手段３４が矢印３６で示す方向に研磨域４６まで移動せしめられる。研磨域４６においては、研磨手段６０における滑動ブロック６４が下降せしめられ、回転駆動せしめられている研磨工具８４の研磨部材８８がチャック板９８上の半導体ウエーハ２４の裏面に押圧される。そして、半導体ウエーハ２４を真空吸着したチャック板９８が基台９６と共に回転せしめられ、チャック手段３４が矢印３６及び３８で示す方向に所定範囲に渡って往復動せしめられる。かくして、研磨部材８８が半導体ウエーハ２４の裏面に作用せしめられ、半導体ウエーハ２４の裏面が乾式研磨されて残留加工歪が除去される。かような研磨の際には、上記冷却手段１１３における冷却液供給路１１６が開放され、冷却室１１２と冷却液供給源１１４とが連通せしめられる。これによって冷却液が冷却液供給路１１６、冷却室１１２を通って、チャック板９８の裏面の中央領域から多孔性部材であるチャック板９８中に進入せしめられる。その後、冷却液は、半導体ウエーハ２４をチャック板９８上に真空吸着するために吸引している真空源１１８によってチャック板５２中を半径方向外方へ吸引流動せしめられ、真空吸引路１２０に流入せしめられる。この際、冷却液は、研磨による加工熱を放熱しづらい半導体ウエーハ２４の裏面における中心部分を半導体ウエーハ２４の表面を介して効果的に冷却する。かくして、半導体ウエーハ２４の研磨された裏面に研磨焼けが生じることを確実に防止することができる。真空吸引路１２０に流入せしめられた冷却液は、真空源１１８、連結路１２２を介して気液分離層１２４に流出せしめられ、かかる気液分離層１２４において僅かに流入した気体と冷却液に分離せしめられる。しかる後においては、分離された空気は排出路１２６を通りフィルター機構１２８により濾過され外部に排出され、分離された冷却液は排液路１３０を介して外部に排出される。
【００２０】
研磨が終了すると、研磨手段６０における滑動ブロック６４が上昇せしめられ、  研磨工具８４が半導体ウエーハ２４の裏面から上方に離隔され、チャック手段３４が矢印３８で示す方向に移動し、チャック板９８は半導体ウエーハ２４を吸着した状態で被加工物搬入・搬出域４４まで移動せしめられる。その後、真空吸引路１２０が閉鎖され、半導体ウエーハ２４のチャック板９８への真空吸着が解除される。しかる後において、被加工物搬出手段５４によって半導体ウエーハ２４がチャック板９８上から洗浄手段１６に搬出される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の研磨装置においては、被加工物の、加工歪を有する被処理面、例えば半導体ウエーハの研磨された裏面に研磨焼けが生じることを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された研磨装置の好適実施形態を示す斜視図。
【図２】加工歪が残留する被処理面を有する被加工物の典型例である半導体ウエーハを装着テープを介してフレームに装着した状態を示す斜面図。
【図３】加工歪が残留する被処理面を有する被加工物の典型例である半導体ウエーハを支持基板上に装着した状態を示す斜面図。
【図４】図１に示す研磨装置に使用される研磨工具を示す斜面図。
【図５】図４に示す研磨工具をその下面側から見た状態で示す斜面図。
【図６】図１に示す研磨装置に使用される、チャック手段の一部を分離して示す斜視図。
【図７】図６に示すチャック手段の一部と冷却手段と真空源との関係を示すブロック図。
【符号の説明】
２４：半導体ウエーハ
３４：チャック手段
６０：研磨手段
８４：研磨工具
９８：チャック板
１１３：冷却手段
１１４：冷却液供給源
１１６：冷却液供給路
１１８：真空源
１２０：真空吸引路
【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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