JP6348856B2 - 研削加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、研削加工装置に関し、特に、ウェハを砥石に対して傾けて研削加工することによりウェハを均一な厚みに研削する研削加工方法及び研削加工装置に関する。

半導体製造の分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）の表面を研削加工する研削加工装置としては、ウェハの裏面を吸着保持するウェハチャックと該ウェハチャックの上方に配置された砥石とを備え、ウェハチャック及び砥石をそれぞれ回転させながら、砥石をウェハに押圧することにより、ウェハの表面を研削するものが知られている。

このような研削加工装置では、ウェハの径方向における周速差等に起因して、研削加工後のウェハに厚みムラが生じることがあった。そこで、ウェハの厚みを均一に研削加工するために、ウェハを保持するウェハチャックを砥石に対して傾けてウェハを研削する研削加工装置が知られている。特許文献１には、研削中のウェハの厚みを測定し、ウェハの断面形状を把握した上で、砥石とウェハチャックとの直角度変化の位相と大きさとを計算し、４つの圧電素子をそれぞれ起動してウェハチャックを傾けることにより、ウェハ表面の平坦度、平行度を向上させている。

特開平９−８５６１９号公報

しかしながら、上述した研削加工装置では、各圧電素子の変位量からウェハチャックの傾きを測定するため、圧電素子の印加電圧を制御しながらウェハチャックを所望の角度に傾ける必要があり、ウェハチャックの傾きの微調整が煩雑であるという問題があった。

そこで、ウェハ全体の厚みを均一に研削するために、ウェハチャックの傾きを正確且つ簡便に調整するという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。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェハを研削する砥石と、前記ウェハを吸着保持するウェハチャックと、を備え、前記ウェハを研削する研削加工装置であって、前記ウェハチャックを支持する固定支持部と複数の可動支持部とを備え、前記可動支持部を昇降させて前記ウェハチャックを任意の角度に傾ける傾斜調整手段と、前記固定支持部に対応した基準点に対する前記ウェハ及び前記ウェハチャック上の複数の測定点の座標を測定する座標測定手段と、前記基準点と前記測定点とを含む平面の法線ベクトルを導出し、前記法線ベクトルの変位に応じて前記ウェハチャックの傾きを導出する制御手段と、を備えている研削加工装置を提供する。

この構成によれば、固定支持部に対応した基準点とウェハ及びウェハチャック上の複数の測定点とを含む平面の法線ベクトルの変位に基づいて、ウェハチャックの傾きを得ることにより、ウェハチャックの角度調整を容易且つ正確に行うことができる。すなわち、固定支持部に対して複数の可動支持部を相対的に昇降させることにより、ウェハチャックが固定支持部を中心に搖動して任意の角度に傾けられる。ウェハチャックの傾きは、傾斜前後の前後の基準点と測定点とを含む平面の法線ベクトルの変位に応じて導出される。法線ベクトルの変位に応じて、ウェハチャックの傾きを導出することにより、可動支持部の変位量に基づいてウェハチャックの傾きを間接的に測定することなく、測定点の座標から直接的にウェハチャックの傾きを得られるため、ウェハチャックの角度を容易且つ正確に調整することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記測定点は、前記ウェハ及び前記ウェハチャックにそれぞれ配置されている研削加工装置を提供する。

この構成によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、ウェハ上の測定点の座標とウェハチャック上の測定点の座標とに基づいて、ウェハの厚みを測定することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の構成に加えて、前記ウェハの実形状を測定する形状測定手段を備え、前記制御手段は、予めウェハの実形状と目標形状との誤差を補正する補正角度を記憶し、前記ウェハチャックの傾きを前記補正角度に一致させる研削加工装置を提供する。

この構成によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、ウェハの実形状と目標形状との誤差を補正する補正角度と、基準点と各測定点とを含む平面の法線ベクトルの変位に基づいて導出されたウェハチャックの傾きと、を一致させることにより、ウェハ全体を均一な厚みで研削加工することができる。

本発明は、傾斜前後の基準点と測定点とを含む平面の法線ベクトルの変位に基づいて、ウェハチャックの傾きを得ることにより、ウェハ及びウェハチャック上の測定点から直接的にウェハチャックの傾きを得られるため、ウェハチャックの角度を容易且つ正確に調整することができる。

本発明の一実施例に係る研削加工装置を示す平面図。 精研削ステージを示す一部切欠側面図。 ウェハチャック及び座標測定手段を示す斜視図。 ウェハＷを傾ける様子を示す模式図。 基準点と測定点を含む平面の法線ベクトルを示す模式図。 ウェハをＸ軸回りに傾けたときのウェハの断面形状を示す模式図であり、（ａ）は、傾斜角度を大きくした場合のウェハの断面形状を示すものであり、（ｂ）は、傾斜角度を小さくした場合のウェハの断面形状を示すものである。 ウェハをＹ軸回りに傾けたときのウェハの断面形状を示す模式図であり、（ａ）は、傾斜角度を大きくした場合のウェハの断面形状を示すものであり、（ｂ）は、傾斜角度を小さくした場合のウェハの断面形状を示すものである。 本発明の変形例に係るウェハチャック及び座標測定手段を示す斜視図。

本発明に係る研削加工装置は、ウェハ全体の厚みを均一に研削するために、ウェハチャックの傾きを正確且つ簡便に調整するという目的を達成するために、ウェハを研削する砥石と、ウェハを吸着保持するウェハチャックと、を備え、ウェハを研削する研削加工装置であって、ウェハチャックを支持する固定支持部と複数の可動支持部とを備え、可動支持部を昇降させてウェハチャックを任意の角度に傾ける傾斜調整手段と、固定支持部に対応した基準点に対するウェハ及びウェハチャック上の複数の測定点の座標を測定する座標測定手段と、基準点と測定点とを含む平面の法線ベクトルを導出し、法線ベクトルの変位に応じてウェハチャックの傾きを導出する制御手段と、を備えていることにより実現する。

以下、本発明の一実施例に係る研削加工装置１について説明する。なお、以下の実施例において、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。

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。

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。

なお、本実施例において、「上」、「下」の語は、垂直方向（Ｚ軸方向）における上方、下方に対応するものとする。

図１は、研削加工装置１の装置構成を示す図である。研削加工装置１は、図１の紙面を反時計回りに回動可能なＩＮＤＥＸテーブル２と、ＩＮＤＥＸテーブル２上に互いに等間隔に離間して配置されている４台のウェハチャック３と、ＩＮＤＥＸテーブル２の上方に配置された砥石４及び研磨布（ポリッシュパッド）５と、加工前のウェハＷを収容するロードユニット６と、加工後のウェハを収容するアンロードユニット７と、ロードユニット６からウェハチャック３にウェハＷを搬送する第１のアーム８と、ウェハチャック３からアンロードユニット７にウェハＷを搬送する第２のアーム９と、を備えている。なお、研削加工装置１の構成は上記のものに限定されず、例えば、研削後のウェハＷに研磨加工を施さないものであっても構わない。

研削加工装置１には、アライメントステージＳＴ１と、粗研削ステージＳＴ２と、精研削ステージＳＴ３と、研磨ステージＳＴ４と、洗浄ステージＳＴ５と、が設けられている。各ステージは、図示しないシャッターでそれぞれ区画されている。ＩＮＤＥＸテーブル２が９０°回転する度に、ウェハＷは、粗研削、精研削、研磨の順に加工が施される。

アライメントステージＳＴ１では、第１のアーム８がロードユニット６からウェハＷを取り出し、ウェハチャック３上にウェハＷを載置する。ウェハＷは、ウェハチャック３に真空吸着されて、ウェハチャック３と一体に固定される。ウェハＷがウェハチャック３に取り付けられると、ＩＮＤＥＸテーブル２が図１の紙面上で反時計回りに９０°回転して、ウェハＷは粗研削ステージＳＴ２に搬送される。また、第２のアーム９は、研磨後のウェハＷをウェハチャック３からアンロードユニット７に搬送する。

粗研削ステージＳＴ２では、砥石４とウェハチャック３をそれぞれ自転させ、砥石４をウェハＷに押し付けることで、ウェハＷの表面を研削する。粗研削加工後には、ＩＮＤＥＸテーブル２が図１の紙面上で反時計回りに９０°回転して、ウェハＷは精研削ステージＳＴ３に搬送される。

精研削ステージＳＴ３では、砥石４とウェハチャック３をそれぞれ自転させ、砥石４をウェハＷに押し付けることで、ウェハＷの表面を研削する。精研削加工後には、ＩＮＤＥＸテーブル２が図１の紙面上で反時計回りに９０°回転して、ウェハＷは研磨ステージＳＴ４に搬送される。

研磨ステージＳＴ４では、研磨布５とウェハチャック３をそれぞれ自転させ、研磨布５をウェハＷに押し付けることで、ウェハＷの表面を鏡面に研磨する。研磨加工後には、ＩＮＤＥＸテーブル２が図１の紙面上で反時計回りに９０°回転して、ウェハＷはアライメントステージＳＴ１に搬送される。

洗浄ステージＳＴ５では、第２のアーム９によってアンロードユニット７に搬送された研磨後のウェハＷに図示しない洗浄ノズルから洗浄液を吐出して研削屑等を取り除いた後に、アンロードユニット７を高速回転させ、ウェハＷを乾燥させる。

研削加工装置１の動作は、制御手段１０によって制御される。制御手段１０は、研削加工装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御手段１０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御手段１０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。

次に、精研削ステージＳＴ３について、図面に基づいて詳細に説明する。図２は、ウェハチャック３及び砥石４を示す一部切欠側面図である。図３は、ウェハチャック３及び座標測定手段３０を示す斜視図である。

精研削ステージＳＴ３では、ウェハチャック３と砥石４とが垂直方向に対向して配置されている。

砥石４は、回転軸Ｏ１回りに自転する。砥石４は、ウェハチャック３の上方に配置されており、垂直方向に昇降可能である。砥石４の研削面は、水平状態を維持されている。

ウェハチャック３は、チャックベース３ａと、チャックベース３ａを支持する回転部３ｂと、チャックベース３ａと略同径に形成されてチャックベース３ａの上面に載置されたチャック３ｃと、を備えている。チャック３ｃの上面には、アルミナ等の多孔質材料からなる吸着体３ｄが埋設されている。回転部３ｂは、モータ３ｅによってロータリージョイント３ｆ及びプーリ３ｇを介して回転軸Ｏ２回りに自転する。

チャック３ｃ内には、チャック３ｃの中心からチャックベース３ａおよび回転部３ｂを通ってチャック３ｃの表面に延びる管路３ｈが設けられている。管路３ｈは、図示しない真空源と圧縮空気源と給水源とに接続されている。真空源を起動すると、チャック３ｃに載置されたウェハＷはチャック３ｃに吸着保持されるようになっている。

精研削ステージＳＴ３には、傾斜調整手段２０と、座標測定手段３０と、が設けられている。

傾斜調整手段２０は、ウェハチャック３を支持する１つの固定支持部２１と、２つの可動支持部２２、２２とを備えている。固定支持部２１と可動支持部２２とは、平面視でウェハチャック３を中心に１２０度ずつ等間隔に離間して配置されている。以下、２つの可動支持部２２、２２を結ぶ線分と平行な方向をＸ軸方向、Ｘ軸と直交する方向をＹ軸方向とする。

固定支持部２１は、回転部３ｂの下方に配置され、ウェハチャック３のスピンドルベース３ｉを支持するチルト用固定支点である。

可動支持部２２は、ＩＮＤＥＸテーブル２に固定されたチルト用モータ２２ａと、チルト用モータ２２ａに連結されたチルト用ネジ２２ｂと、スピンドルベース３ｉに固定されてチルト用ネジ２２ｂに螺合するナット２２ｃと、を備えている。チルト用モータ２２ａが駆動すると、チルト用ネジ２２ｂが回転してナット２２ｃに対して進退することにより、スピンドルベース３ｉが固定支持部２１を中心に搖動する。

座標測定手段３０は、ウェハＷ及びウェハチャック３に対向するように配置された変位計である。変位計は、例えば、非接触式光センサ等である。座標測定手段３０は、対向する測定点Ｐ１、Ｐ２（Ｐ１’、Ｐ２’）の３次元座標を測定する。測定点Ｐ１、Ｐ２の座標は、固定支持部２１に対応する基準点Ｐ０を原点として測定される。基準点Ｐ０は、固定支持部２１を測定点Ｐ１、Ｐ２を含む水平面である基準面上に投影した点である。以下、ウェハチャック３を傾ける前の測定点を「Ｐ１、Ｐ２」とし、ウェハチャック３を傾けた後の測定点を「Ｐ１’、Ｐ２’」とする。

また、精研削ステージＳＴ３には、ウェハＷの実形状を測定する図示しない形状測定手段が設けられている。形状測定手段は、公知の構成であり、例えば、ウェハＷの厚みを放射状にスキャンすることにより、ウェハＷの形状を得ることができる。

次に、ウェハＷの傾きの制御手順を図４、５に基づいて説明する。図４は、ウェハＷを傾ける様子を示す模式図である。図５は、基準点Ｐ０と測定点Ｐ１、Ｐ２を含む基準面Ｓ１の法線ベクトルＶ１と、基準点Ｐ０と測定点Ｐ１’、Ｐ２’を含む平面Ｓ２の法線ベクトルＶ２とを示す模式図である。

制御装置１０が、可動支持部２２を垂直方向に昇降させると、図４中の破線で示すように、ウェハＷとウェハチャック３が搖動して傾く。制御装置１０には、座標測定手段３０によって測定された、傾ける前の測定点Ｐ１、Ｐ２の座標データと傾けた後の測定点Ｐ１’、Ｐ２’の座標データとが送られる。制御装置１０は、これら座標データに基づいて、基準点Ｐ０と測定点Ｐ１、Ｐ２を含む基準面Ｓ１の法線ベクトルＶ１と、基準点Ｐ０と測定点Ｐ１’、Ｐ２’を含む平面Ｓ２の法線ベクトルＶ２とを算出する。そして、制御装置１０は、図５に示すように、ウェハＷを傾ける前後の法線ベクトルＶ１、Ｖ２の変位からウェハＷの傾きを得る。

次に、精研削ステージＳＴ３での研削加工の手順を図６、７に基づいて説明する。図６は、Ｘ軸回りにウェハＷを傾けた場合のウェハＷの断面形状を示す模式図である。図７は、Ｙ軸回りにウェハＷを傾けた場合のウェハＷの断面形状を示す模式図である。

精研削ステージＳＴ３では、形状測定手段を用いてウェハＷの実形状を計測する。形状測定手段は、ウェハＷの実形状の形状データを制御手段１０に送る。

制御手段１０は、ウェハＷの実形状の形状データに基づいて、ウェハＷをＸ軸、Ｙ軸回りに傾ける補正角度を導出する。ここで、「補正角度」とは、ウェハＷの形状とウェハＷの実形状を目標形状に一致させるように研削するために、ウェハＷをＸ軸、Ｙ軸回りに傾ける角度をいう。また、「目標形状」とは、ウェハＷが表裏両面を平坦に形成されたウェハ形状をいう。ウェハＷをＸ軸、Ｙ軸回りに傾けることにより、ウェハＷの形状を所望の形状に研削することができる。例えば、Ｘ軸回りの傾斜角度を大きくすると、図６（ａ）に示すように、ウェハＷの断面形状は、凸状に形成され、Ｘ軸回りの傾斜角度を小さくすると、図６（ｂ）に示すように、ウェハＷの断面形状は、凹状に形成される。また、Ｙ軸回りの傾斜角度を大きくすると、図７（ａ）に示すように、ウェハＷの断面形状は、Ｍ字状に形成され、Ｙ軸回りの傾斜角度を小さくすると、図７（ｂ）に示すように、ウェハＷの断面形状は、Ｗ字状に形成される。したがって、補正角度は、ウェハの実形状と目標形状との誤差に応じて適当な角度に設定される。補正角度は、制御手段１０に予め記録される。

そして、制御装置１０は、基準点Ｐ０と測定点Ｐ１、Ｐ２とを含む基準面Ｓ１の法線ベクトルＶ１と、基準点Ｐ０と測定点Ｐ１’、Ｐ２’とを含む傾斜面Ｓ２の法線ベクトルＶ２との変位から導出したウェハＷのＸ軸、Ｙ軸回りの傾きを、制御手段１０が導出したＸ軸、Ｙ軸回りの補正角度に一致するように、可動支持部２１を制御する。

なお、ウェハＷ及びウェハチャック３の表面の座標が直接測定される本実施例の変形例として、ウェハＷ及びウェハチャック３の表面の座標が間接的に測定されるものが考えられる。このような変形例では、図８に示すように、ウェハチャック３のスピンドルベース３ｉに測定点Ｐ１、Ｐ２を設けても構わない。図８では、座標測定手段３０は、スピンドルベース３ｉの下面に埋設されたセンサである。また、測定点Ｐ１、Ｐ２は、上述したものの他、基準点と複数の測定点とが平面を成すものであれば如何なる配置であっても構わない。なお、測定点間の間隔は、長いものが好ましい。これにより、ウェハＷ及びウェハチャック３が傾いた際の測定点のＺ座標を精度良く測定することができる。

このようにして、上述した本実施例に係る研削加工装置１は、固定支持部２１に対応した基準点Ｐ０とウェハＷ及びウェハチャック３上の測定点Ｐ１、Ｐ２とを含む基準面Ｓ１の法線ベクトルＶ１と、基準点Ｐ０と測定点Ｐ１’、Ｐ２’を含む平面Ｓ２の法線ベクトルＶ２の変位に基づいて、ウェハチャック３の傾きを得ることにより、ウェハＷ及びウェハチャック３の傾きを直接的に得られるため、ウェハチャック３の角度を容易且つ正確に調整することができる。

また、測定点Ｐ１をウェハＷに配置し、測定点Ｐ２をウェハチャック３上に配置することにより、測定点Ｐ１、Ｐ２の座標に基づいて、ウェハＷの厚みを測定することができる。

さらに、ウェハＷの実形状と目標形状との誤差を補正する補正角度と、法線ベクトルＶ１、Ｖ２の変位に基づいて導出されたウェハチャック３の傾きとを一致させることにより、ウェハＷ全体を均一な厚みで研削加工することができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・ 研削加工装置
２ ・・・ ＩＮＤＥＸテーブル
２ａ・・・ 仕切壁
３ ・・・ ウェハチャック
４ ・・・ 砥石
４ａ・・・ 砥石送り装置
５ ・・・ 研磨布（ポリッシュパッド）
６ ・・・ ロードユニット
７ ・・・ アンロードユニット
８ ・・・ 第１のアーム
９ ・・・ 第２のアーム
１０・・・ 制御手段
２０・・・ 傾斜調整手段
２１・・・ 固定支持部
２２・・・ 可動支持部
２２ａ・・・チルト用モータ
２２ｂ・・・チルト用ネジ
２２ｃ・・・ナット
３０・・・ 座標測定手段
Ｗ ・・・ ウェハ
Ｐ０・・・ 基準点
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ１’、Ｐ２’・・・測定点
Ｓ１・・・ （傾ける前の）基準点と測定点とを含む平面
Ｓ２・・・ （傾けた後の）基準点と測定点とを含む平面
Ｖ１・・・ （傾ける前の）法線ベクトル
Ｖ２・・・ （傾けた後の）法線ベクトル

Claims (3)

1. ウェハを研削する砥石と、前記ウェハを吸着保持するウェハチャックと、を備え、前記ウェハを研削する研削加工装置であって、
   前記ウェハチャックを支持する固定支持部と複数の可動支持部とを備え、前記可動支持部を昇降させて前記ウェハチャックを任意の角度に傾ける傾斜調整手段と、
   前記固定支持部に対応した基準点に対する前記ウェハ及び前記ウェハチャック上の複数の測定点の座標を測定する座標測定手段と、
   前記基準点と前記測定点とを含む平面の法線ベクトルを導出し、前記法線ベクトルの変位に応じて前記ウェハチャックの傾きを導出する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする研削加工装置。
2. 前記測定点は、前記ウェハ及び前記ウェハチャックにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の研削加工装置。
3. 前記ウェハの実形状を測定する形状測定手段を備え、
   前記制御手段は、予めウェハの実形状と目標形状との誤差を補正する補正角度を記憶し、前記ウェハチャックの傾きを前記補正角度に一致させることを特徴とする請求項１又は２記載の研削加工装置。