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JP4838614B2 - 半導体基板の平坦化装置および平坦化方法 - Google Patents

半導体基板の平坦化装置および平坦化方法 Download PDF

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JP4838614B2 JP2006090114A JP2006090114A JP4838614B2 JP 4838614 B2 JP4838614 B2 JP 4838614B2 JP 2006090114 A JP2006090114 A JP 2006090114A JP 2006090114 A JP2006090114 A JP 2006090114A JP 4838614 B2 JP4838614 B2 JP 4838614B2
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Description

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。
半導体基板を研削・研磨して基板を薄肉化および鏡面化する平坦化装置として、基板を真空吸着保持できる基板ホルダ−テ−ブルの複数を下方に配置し、それぞれの基板ホルダ−テ−ブルの上方に粗研削砥石を備える回転スピンドル、仕上研削砥石を備える回転スピンドル、および研磨工具を備える回転スピンドルを配置し、基板収納カセット内に保管されている基板を位置合わせ用の仮置台へ搬送する多関節型搬送ロボット、基板ホルダ−テ−ブル上の基板を次ぎの加工ステ−ジへと搬送する搬送パッドを備えた搬送器具および基板洗浄機器を備える平坦化装置が使用されている。
例えば、ロ−ディング／アンロ−ディングステ−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型回転テ−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型回転テ−ブルの９０度の回転に伴うそれぞれのステ−ジで多関節型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機器によるアンロ−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。）。
半導体基板の直径が２００ｍｍ（８インチ）と大きくなり、インデックス型回転テ−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坦化加工装置が提案された。図９および図１０に示すように、この平坦化加工装置１０は、ロ−ディング／アンロ−ディングステ−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。）。
図５および図６に示す基板の平面研削・研磨加工できる平坦化装置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（仮置台）、２３は研磨パッド洗浄ステ−ジ、２４は洗浄ステ−ジ、３０は天井吊り多関節型搬送ロボット、５８は走行レ−ル、９７は搬送用ロボット、３４はインデックス型回転テ−ブル、３７はインデックス型回転テ−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。
かかる平坦化装置１０を用いて半導体基板２８裏面の研削加工および研磨加工を行う工程は、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２８一枚を天井吊り多関節型搬送ロボット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（仮置台）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、前記多関節型搬送ロボット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−ディング／アンロ−ディングステ−ジ１７位置の基板ホルダ−（真空チャック）３２上に搬送され、その基板ホルダ−３２に吸着保持される。
ついで、インデックス型回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転し、半導体基板２８を載置している基板ホルダ−３２を第１粗研削ステ−ジ１８の基板ホルダ−（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）とな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。
粗研削加工された半導体基板２８は、インデックス型回転テ−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の基板ホルダ−（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を回転させながら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。
仕上研削加工された半導体基板２８は、インデックス型回転テ−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の基板ホルダ−（真空チャック）４０位置へと移動され、そこで、回転する研磨パッド５６を振子揺動（Oscillate）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。
鏡面研磨加工された半導体基板２８は、インデックス型回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることによりロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ１７の最初の基板ホルダ−３２位置へと戻され、多関節型搬送ロボット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、前記多関節型搬送ロボット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、収納カセット２６内に収納される。
上記各々のインデックス型回転テ−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。
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。
前記特許文献２の平坦化装置に類似する平坦化装置として、同一のインデックス型回転テ−ブルに４つの基板ホルダ−テ−ブル（真空チャック）を設置し、その内の１つの基板ホルダ−テ−ブルを基板のロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジとし、残りの３つの基板ホルダ−テ−ブルの上方にそれぞれ粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を備える回転スピンドル、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を備える回転スピンドル、ドライ・ポリッシュ平砥石を備える回転スピンドルを配した平坦化装置も提案されている。この平坦化装置においては、ドライ・ポリッシュ平砥石を備える回転スピンドルは、第４の研磨ステ−ジに割り振られた研磨ステ−ジの基板ホルダ−テ−ブルの保持面に垂直な方向に移動可能および保持面に平行な方向に直線揺動可能(reciprocate)に設置されている（例えば、特許文献３参照。）。
さらに、半導体基板裏面の粗研削および仕上研削をインデックス型回転テ−ブルに備えられた基板ホルダ−テ−ブル（真空チャック）上で行い、研磨工程を前記インデックス型回転テ−ブルとは別個に設けられた基板ホルダ−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に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平坦化装置も提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
特開昭６０−７６９５９号公報 特開２０００−２５４８５７号公報 特開２００５−１５３０９０号公報 特開２００５−９８７７３号公報
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。
前記特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載の研削・研磨工程を同一のインデックス型回転テ−ブルに配設された基板ホルダ−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４に開示される研削工程をインデックス型回転テ−ブル上の基板ホルダ−上で、研磨工程を別の基板ホルダ−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、研削と研磨が同一ホルダ−テ−ブル上で行われるため、ホルダ−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。
特許文献２に記載の平坦化装置は、特許文献３に記載の平坦化装置より若干コンパクトで加工基板の破損が少ない利点を有する。特許文献３の研磨工程がドライポリッシュである平坦化装置は、研磨剤スラリ−が不要であり自然に優しい利点を有するが、研磨剤スラリ−液を用いないドライポリッシュのため加工基板の蓄熱による基板の熱劣化を防ぐため基板を冷空気で冷却する手段を要し、特許文献２の平坦化装置よりフットプリントが若干大きくなるとともに、スル−プットも若干劣る。
本発明等は、特許文献４記載のインライン方式平坦化装置のフットプリントを左程増加させることなく、基板のスル−プットを更に向上させることを課題とした。
この高スル−プットを実現するために、本発明者等は、研磨工程が研削工程に対し律速であることに着目し、この研磨工程を第１（粗）研磨工程と第２（仕上）研磨工程に分け、第１研磨工程を第２研磨工程より律速とすることにより、特許文献４に記載の平坦化装置よりもスル−プットを短縮することが可能となった。
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。
請求項１の発明は、基板収納ステ−ジを室外に、多関節型搬送ロボット、位置合わせ用仮置台、研削加工ステ−ジ、移動型搬送パッド、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、室外の右側に基板収納ステ−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−ジ近傍位置に多関節型搬送ロボットを、その多関節型搬送ロボットの後列の右側に、位置合わせ用仮置台および後列中央側に移動型搬送パッドを設置し、それらの最後列に、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、および仕上研削ステ−ジの３つのステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブルを第１インデックス型回転テ−ブルに同心円上に配置した研削加工ステ−ジを設け、
前記基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に、基板ホルダ−テ−ブル上面を洗浄する回転式チャッククリ−ナおよび研削加工された基板面を洗浄する回転式洗浄ブラシ一対を備える洗浄機器を基板ホルダ−テ−ブル上面に対し垂直方向および平行方向に移動可能に設け、
前記粗研削ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を備えるスピンドルを基板ホルダ−テ−ブル上面に対し昇降可能に設け、
前記仕上研削ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を備えるスピンドルを基板ホルダ−テ−ブル上面に対し昇降可能に設け、
前記基板ホルダ−テ−ブルと多関節型搬送ロボットと移動型搬送パッドと回転式チャッククリ−ナおよび回転式洗浄ブラシを備える洗浄機器とで基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジを構成し、基板ホルダ−テ−ブルと粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石で粗研削ステ−ジを構成し、基板ホルダ−テ−ブルと仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石で仕上研削ステ−ジを構成させ、
前記多関節型搬送ロボットの左側に、基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブルと、粗研磨ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブルを別の１台の第２インデックス型回転テ−ブルに同心円上に配置した研磨加工ステ−ジを設け、
前記仕上研磨ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に、洗浄液供給機構および研磨パッドを回転可能に軸承するスピンドルを基板ホルダ−テ−ブル上面に対し昇降可能および平行に揺動可能に設け、この基板ホルダ−テ−ブルと研磨パッドと洗浄液供給機構と前記移動型搬送パッドと多関節型搬送ロボットまたは別の搬送パッドまたは多関節型搬送ロボットとで基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジを構成し、
前記粗研磨ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に、研磨剤スラリ−液供給機構および研磨パッドを回転可能に軸承するスピンドルを基板ホルダ−テ−ブル上面に対し昇降可能および平行に揺動可能に設け、この基板ホルダ−テ−ブルと研磨パッドと研磨剤スラリ−液供給機構とで基板粗研磨ステ−ジを構成する、
ことを特徴とする、半導体基板の平坦化装置を提供するものである。
請求項２の発明は、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、半導体基板裏面の薄肉化・平坦化方法を提供するものである。
１）基板収納ステ−ジの収納カセット内に保管されている基板を多関節型搬送ロボットの吸着パッドに吸着し、位置合わせ用仮置台上に搬送し、そこで基板のセンタリング位置調整を行う。
２）位置合わせされた基板上面を前記多関節型搬送ロボットの吸着パッドに吸着させ、ついで、第１インデックス型回転テ−ブルに設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上に移送する。
３）第１インデックス型回転テ−ブルを時計廻り方向に１２０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−ジ位置の基板ホルダ−テ−ブルに真空チャックされている基板を粗研削ステ−ジの基板ホルダ−テ−ブル位置へと移送する。
４）粗研削ステ−ジでダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用いて基板裏面を粗研削する。この間に、多関節型搬送ロボットを用い前記第１工程と第２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−ジ上に搬送される。
５）第１インデックス型回転テ−ブルを時計廻り方向に１２０度回転させることにより、粗研削された基板を仕上研削ステ−ジの基板ホルダ−テ−ブル位置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−ジ位置の基板ホルダ−テ−ブル上の基板を粗研削ステ−ジへと移送する。
６）仕上研削ステ−ジでカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を用い粗研削された基板裏面を仕上研削する。この間に、粗研削ステ−ジで基板裏面はカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を用いて粗研削されるとともに、多関節型搬送ロボットにより新たな基板が位置合わせ用仮置台を経由して基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置の基板ホルダ−上に搬送される。
７）第１インデックス型回転テ−ブルを時計廻り方向に１２０度回転させる、または時計逆廻り方向に２４０度回転させることにより、仕上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、粗研削された基板を仕上研削ステ−ジへと移送する。
８）第１インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置にある基板ホルダ−テ−ブル上の仕上研削された基板の上面に回転洗浄ブラシを下降させ、洗浄液を基板上面に供給しながら基板上面を洗浄し、次いで移動型搬送パッドの吸着パッド面に研削・洗浄された基板上面を吸着し、ついで、第２インデックス型回転テ−ブルに設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上へと移送する。この基板の移送の間に第１インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置にある基板ホルダ−テ−ブル上面は回転式セラミック製チャッククリ−ナにより洗浄される。基板ホルダ−上面を洗浄後、多関節型搬送ロボットにより新たな基板が位置合わせ用仮置台を経由して基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置の基板ホルダ−テ−ブル上に搬送される前述の第１工程および第２工程が行われる。また、第１インデックス型回転テ−ブルの粗研削ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上の基板は、前述の第４工程の粗研削が行われるとともに、第１インデックス型回転テ−ブルの仕上研削ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上の基板は、前述の第６工程の仕上研削が行われる。
９）前記基板の粗研削加工後、第２インデックス型回転テ−ブルは時計回り方向または時計回り方向に１８０度回転され、研削・洗浄された基板は第２インデックス型回転テ−ブルに設けられた粗研磨ステ−ジ位置へと移動される。この動作に平行して前述の第７工程が実行される。
１０）第２インデックス型回転テ−ブルに設けられた粗研磨ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上に保持された基板上面に回転する粗研磨パッドが下降され、基板面を摺擦する。この基板と粗研磨パッド摺擦の際、研磨砥粒を水に分散させた研磨剤スラリ−液が研磨剤スラリ−液供給機構から直接基板上面にまたは粗研磨パッドを経由して基板上面に供給されるとともに粗研磨パッドは基板面上で摺擦揺動される。同時平行して前述の第８工程が実行される。
１１）第２インデックス型回転テ−ブルは時計回り方向または時計回り方向に１８０度回転され、粗研磨加工された基板は第２インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジ位置へと移動される。同時に第１インデックス型回転テ−ブルを時計廻り方向に１２０度または時計逆回り方向２４０度回転させることにより、仕上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、粗研削された基板を仕上研削ステ−ジへと移送、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。
１２）第２インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジでは、基板ホルダ−テ−ブル上に保持された粗研磨加工基板上面に回転する仕上研磨パッドが下降され、基板面を摺擦する。この基板と仕上研磨パッド摺擦の際、研磨砥粒を含有しない洗浄液、例えば純水が洗浄液供給機構から直接基板上面にまたは仕上研磨パッドの研磨布またはウレタン発泡製シ−トパッドを経由して基板上面に供給されるとともに仕上研磨パッドは揺動される。仕上研磨された基板は、吸着パッドをア−ムに備える基板搬送器具または多関節型搬送ロボットを用いて次ぎの加工ステ−ジへと搬送される。第２インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジ位置の基板ホルダ−テ−ブル上が空いた後、第１インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置にある基板ホルダ−テ−ブル上の研削・洗浄された基板を移動型吸着パッドで吸着し、ついで、第２インデックス型回転テ−ブルに設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上へと移送する。同時平行して第１インデックス型回転テ−ブルの各ステ−ジおよび第２インデックス型回転テ−ブルの粗研磨ステ−ジでは、前述の第８工程を含む第１０工程が実行される。
１３）以後、前述の第１１工程および第１２工程を繰り返し、半導体基板の基板面を研削・洗浄・研磨し、基板を薄肉化および平坦化する作業を連続的に行う。
特許文献４に記載の基板平坦化装置の研磨ステ−ジ作業が律速である欠点を、本発明では研磨ステ−ジの加工作業を粗研磨加工と仕上研磨加工に分け、粗研削加工を律速とすることによりスル−プット時間が短縮可能となった。かつ、後者の仕上研磨加工においては研磨液として砥粒を含まない洗浄液を用いることにより研磨された基板に砥粒残滓や研磨屑残滓が付着する機会が減少し、加工基板を搬送する際の基板破損の機会がより少なくなった。
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は研削ステ−ジと研磨ステ−ジがインライン化された方式の基板平坦化装置の平面図、図２は別の態様を示す基板平坦化装置の平面図、図３は第１インデックス型回転テ−ブルに設けられた基板ホルダ−テ−ブル（真空チャック）の一部を切り欠いた断面図、および、図４は研磨ステ−ジの一部を切り欠いた側面図である。
図１および図２に示す半導体基板裏面の平坦化装置１０において、この平坦化装置１０は基板収納ステ−ジ１３，１３を室仕切壁１２の外側に備え、室仕切壁１２の内側にはベ−ス１１上に多関節型搬送ロボット１４、位置合わせ用仮置台１５、研削加工ステ−ジ２０、移動型搬送パッド１６、研磨加工ステ−ジ７０、および洗浄機器３８を室内に備える。基板収納ステ−ジ１３の収納カセット内には基板２５枚が収納可能となっている。
各ステ−ジは、この平坦化装置１０の正面側から背面側に向かって、室外の右側に基板収納ステ−ジ１３，１３を設け、室内の前列目に前記基板収納ステ−ジ近傍位置に吸着ア−ム１４ａを備える多関節型搬送ロボット１４を、その多関節型搬送ロボットの後列の右側に、位置合わせ用仮置台１５および後列中央側に移動型搬送パッド１６を設置し、それらの最後列に、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、および仕上研削ステ−ジＳ３の３つのステ−ジを構成する部材の基板ホルダ−３０ａ，３０ｂ，３０ｃを第１インデックス型回転テ−ブル２に同心円上に配置した研削加工ステ−ジ２０を設けている。そして、前記多関節型搬送ロボット１４の左側に、基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１を構成する基板ホルダ−テ−ブル７０ａと、粗研磨ステ−ジｐｓ２を構成する基板ホルダ−テ−ブル７０ｂを第２インデックス型回転テ−ブル７１に同心円上に配置した研磨加工ステ−ジ７０を設けている。
前記第１インデックス型回転テ−ブル２に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ1を構成する基板ホルダ−テ−ブル３０ａ上方には、に基板ホルダ−テ−ブル３０ａ上面３１ａを洗浄する回転式チャッククリ−ナ３８ａおよび研削加工された基板面を洗浄する回転式洗浄ブラシ３８ｂ一対を基板ホルダ−テ−ブル上面に対し垂直方向および平行方向に移動可能に設けた図３に示す洗浄機器３８が設置されている。
図１および図２に戻って、前記粗研削ステ−ジＳ2を構成する基板ホルダ−テ−ブル３０ｂ上方に、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石９０ａを備えるスピンドル９０ｂを基板ホルダ−テ−ブル３０ｂ上面に対し昇降可能に設け、前記仕上研削ステ−ジＳ３を構成する基板ホルダ−テ−ブル３０ｃ上方に、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石９１ａを備えるスピンドル９ｂを基板ホルダ−テ−ブル上面に対し昇降可能に設けている。各スピンドル９０ｂ，９１ｂの支持板９０ｃ，９１ｃはモ−タ９０ｄ，９１ｄの駆動により回転駆動するボ−ルネジに螺合されている支持板９０ｃ，９１ｃが案内ガイド９０ｅ，９１ｅに沿って上下方向に移動可能となっている。図中、６，６は、２点式インジケ−ト基板厚み測定計である。
前記基板ホルダ−テ−ブル３０ａと多関節型搬送ロボット１４と移動型搬送パッド１６と回転式チャッククリ−ナおよび回転式洗浄ブラシを備える洗浄機器３８とで基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ1を構成し、前記基板ホルダ−テ−ブル３０ｂと粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石９０ａとで粗研削ステ−ジＳ2を構成し、前記基板ホルダ−テ−ブル３０ｃと仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石９１ａとで仕上研削ステ−ジＳ3を構成する。前記基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ1は、基板と基板ホルダ−テ−ブル３０ａが洗浄されるので洗浄ステ−ジとも言える。
粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石９０ａとしては、砥番（ＪＩＳ一般砥粒粒度）８００〜１，８００のレジンボンドダイヤモンド砥石が、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石としては、砥番２，０００〜８，０００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い。
図３は、研削加工ステ−ジ２０の第１インデックス型回転テ−ブル２に設けられた基板ホルダ−テ−ブル（真空チャック）３０ａ，３０ｃの構造と洗浄機器３８の構造を示すものである。図中、３は第１インデックス型回転テ−ブル２の回転軸、５は回転軸３の駆動モ−タである。基板ホルダ−テ−ブル３０ａ，３０ｂ，３０ｃの各々は、第１インデックス型回転テ−ブル２に同一円周上に１２０度の等間隔で配置されている。
基板ホルダ−テ−ブル（真空チャック）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。
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、浅い深さを有する環状溝３２ｄを設けている。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。
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。
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。
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上の載せられた半導体基板ｗは基板面を上方に向けてポ−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。
洗浄機器３８は、特開２００５−４４８７４号公報に開示されており、基板ホルダ−３０ａの上面を洗浄する回転式セラミック製チャッククリ−ナ３８ａおよび基板研削面を洗浄する回転式洗浄ブラシ３８ｂの一対のユニット、中空スピンドル昇降機構３８ｃ、ユニット昇降機構３８ｄ、洗浄液が通過する中空スピンドル３８ｅ、中空スピンドル回転モ−タ３８ｆを備える。
再び図１および図２に戻って、研磨加工ステ−ジ７０は前記多関節型搬送ロボットの左側に設けられる。研磨加工ステ−ジ７０は、基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１を構成する基板ホルダ−テ−ブル７０ａと、粗研磨ステ−ジｐｓ2を構成する基板ホルダ−テ−ブル７０ｂを第２インデックス型回転テ−ブル７１に同心円上に対称に配置する。前記仕上研磨ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル７０ａ上方に、洗浄液供給機構７２および仕上研磨パッド７３を回転可能に軸承するスピンドル７４を基板ホルダ−テ−ブル７０ａ上面に対し昇降可能および平行に振子揺動（図２）または直線揺動（図１）可能に設ける。この基板ホルダ−テ−ブル７０ａと仕上研磨パッド７３と洗浄液供給機構７２と前記移動型搬送パッド１６と図示されていない次ぎのマウンタステ−ジに設置されている搬送機器とで基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ1を構成する。基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１および粗研磨ステ−ジｐｓ2は、次ぎのステ−ジへの搬送位置に近い方に基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１を設ける。よって、図１の平坦化装置においては、基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１は研削ステ−ジ２０に近い方に、図２の平坦化装置においては、基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１は研削ステ−ジ２０より遠い方に設けられている。基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１は基板を洗浄する洗浄ステ−ジとも言える。
前記粗研磨ステ−ジｐｓ2を構成する基板ホルダ−テ−ブル７０ｂ上方に、研磨剤スラリ−液供給機構７２’および粗研磨パッド７３’を回転可能に軸承するスピンドル７４を基板ホルダ−テ−ブル７０ｂ上面に対し昇降可能および平行に振子揺動または直線揺動可能に設け、この基板ホルダ−テ−ブル７０ｂと粗研磨パッド７３’と研磨剤スラリ−液供給機構７２’とで基板粗研磨ステ−ジｐｓ2を構成する。基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１の粗研磨パッド７３’の揺動軌跡上にはパッドコンディショナ７５が設けられ、粗研磨パッド７３’の下面を砥石７５ａで削り、毛羽立たせるとともに、洗浄水７５ｂが粗研磨パッド面に供給され、洗浄する。図示されていないが、必要により仕上研磨パッド７３の揺動軌跡上に別のパッドコンディショナ７５を設置してもよい。
研磨剤スラリ−液としては、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。
洗浄液としては、純水、蒸留水、深層海水、脱イオン交換水、界面活性剤含有純水等が使用される。
図２に示される平坦化装置において、粗研磨パッド７３’および仕上研磨パッド７３は回動軸７６に支持されたア−ム７７の前方に回転自在に固定される。回動軸７６の回転により図２で仮想線で示される研磨パッド位置（待機位置）まで後退できる。研磨ヘッド７０ａ，７０ｂの回転数は、１０〜１５０ｒｐｍ、基板ホルダ−テ−ブル７０ａ，７０ｂの回転数は１０〜１５０ｒｐｍ、研磨パッドが基板に当てられる圧力は０．０５〜０．３ｋｇ／ｃｍ２、好ましくは１００〜２００ｇ／ｃｍ２である。
図１および図４に開示される研磨加工ステ−ジ７０の研磨パッド７３，７３’は、モ−タＭ2により回動されるボ−ルネジ７８に螺合されている螺合体７９がリニア−ガイド８０に沿って前後方向へ移動することにより研磨パッドを軸承する中空スピンドル７４が基板ホルダ−テ−ブル７０ａ，７０ｂ上を直線揺動することにより仮想線で示される研磨パッド位置（待機位置）まで後退できる。中空スピンドル７４の回転は、モ−タＭ１の回転駆動をプ−リ−８１が受け、ベルト８２を介してプ−リ−８３に伝え中空スピンドル７４を回転させることにより行われる。中空スピンドル７４の昇降はエアシリンダ−８４により行われる。この中空スピンドル７４の中央には液供給管８５が設けられ、ロ−タリ−ジョイント８６に接続され、更に洗浄液供給機構７２あるいは研磨剤スラリ−液供給機構７２’に接続している。この中空スピンドル７４内側と液供給管８５外側で形成される空間８７には前記ロ−タリ−ジョイント８６を経由して加圧空気供給管８８が接続されている。
研磨ステ−ジ７０の第２インデックス型回転テ−ブル７１の構造は、基板ホルダ−テ−ブル７０ａ，７０ｂが２基である点を除けば研削ステ−ジ２０の第１インデックス型回転テ−ブル２の構造に類似する。即ち、図４において、基板ホルダ−テ−ブル（真空チャック）７０ａ，７０ｂは、ワ−クｗの径と略同一径の穿孔（孔径は０．３〜１ｍｍ）したセラミック製円板状載置台７０ａ，７０ｂを、非通気性材料製支持台９２に穿孔セラミック製円板状載置台７０ａ，７０ｂの上面と非通気性材料製支持台９２上面が面一となるよう載せ、この非通気性材料製支持台９２を中空スピンドル９５に上面凹状支持枠９４を介して回転自在に軸承させるとともに、前記穿孔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９６を減圧するバキュ−ム手段９７を備える。基板ホルダ−テ−ブル７０ａ，７０ｂは、スピンドル７に軸承され、スピンドルはモ−タＭ３の駆動を受けて回転可能となっている。基板ホルダ−テ−ブル（穿孔セラミック製円板状載置台）７０ａ，７０ｂは、研削ステ−ジで用いたものと同種のポ−ラスセラミック製円板であってもよい。
前記穿孔セラミック製円板状載置台７０ａ，７０ｂの外周壁面に接する非通気性材料製支持台９２の環状内側壁部には、環状溝９８が設けられ、この環状溝に冷却水９９が供給される。非通気性材料製支持台９２の下面は上面凹状支持枠９４にボルトで固定され、上面凹状支持枠９４下部を中空スピンドル９５に軸承されている。中空スピンドル９５の下部には、クラッチ機構１００ａ，１００ｂが設けられ、下部のクラッチ板１００ｂには駆動モ−タＭ４が設置されている。クラッチ板１００ａ，１００ｂが接続されると駆動モ−タＭ４の回転力を受けて中空スピンドル９５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９４、および穿孔セラミック製円板状載置台７０ａ，７０ｂも回転する。
前記バキュ−ム手段９７は、図示されていない真空ポンプと、これに連結する配管１０１と切換バルブ１０２とロ−タリ−ジョイント１０３と、このロ−タリ−ジョイントに連結する中空スピンドル９５内に配される管９７より構成される。切換バルブ１０２には純水を供給する管１０４が連結されている。
また、中空スピンドル９５内には、非通気性材料製支持台９２の環状内側壁部に設けられた環状溝９８に通じる管９９が配置され、ロ−タリ−ジョイント１０５、それに連結する管１０６を経由して冷却用の純水を供給するポンプ１０７に接続されている。
前記バキュ−ム手段を稼動させることにより穿孔セラミック製円板状載置台７０ａ，７０ｂ上に載せられた半導体基板ｗは基板面を上方に向けて穿孔セラミック製円板状載置台７０ａ，７０ｂに減圧固定される。バキュ−ム手段の真空を止めた後、切換バルブ１０２を純水供給側へ切り換えると加圧純水が穿孔セラミック製円板状載置台７０ａ，７０ｂを洗浄する（所謂バックフラッシュ）。
研磨ステ−ジ７０の基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１と粗研磨ステ−ジｐｓ2は、第２インデックス型回転テ−ブル７１上に設けられた仕切堤１０８の存在により飛散した研磨剤スラリ−液や洗浄液が相手方ステ−ジに飛散しない。
図１に示す平坦化装置１０は、３００ｍｍ径半導体基板裏面をスル−プットが１時間当り２５枚で薄肉化・平坦化できる装置であり、そのフットプリントは、部屋の最大横幅１３５５ｍｍ、部屋の前後列最大長さ３６５０ｍｍであり、図２に示す３００ｍｍ径半導体基板裏面平坦化装置１０のフットプリントは、最大横幅２０００ｍｍ、前後列最大長さ３６５０ｍｍであった。
図１または図２に示す基板用平坦化装置１０を用い、半導体基板裏面の薄肉化・平坦化を行う作業は、次ぎの工程を経て行われる。
１）基板収納ステ−ジ１３の収納カセット内に保管されている半導体基板ｗを多関節型搬送ロボット１４の吸着パッド１４ａに吸着し、位置合わせ用仮置台１５上に搬送し、そこで半導体基板のセンタリング位置調整を行う。
２）位置合わせされた基板上面を前記多関節型搬送ロボットの吸着パッド１４ａに吸着させ、ついで、第１インデックス型回転テ−ブル２に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ１を構成する基板ホルダ−テ−ブル３０ａ上に移送する。
３）第１インデックス型回転テ−ブル２を時計廻り方向に１２０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Ｓ1位置の基板ホルダ−テ−ブル３０ａに真空チャックされている基板を粗研削ステ−ジＳ2の基板ホルダ−テ−ブル３０ｂ位置へと移送する。
４）ダイヤモンドカップホイ−ル型砥石９０ａを用いて粗研削ステ−ジＳ2に移動してきた基板裏面を基板裏面を粗研削する。この間に、多関節型搬送ロボット１４を用い前記第１と第２の工程が行われ、新たな基板ｗが基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ1上に搬送される。
５）第１インデックス型回転テ−ブル２を時計廻り方向に１２０度回転させることにより、粗研削された基板を仕上研削ステ−ジＳ3の基板ホルダ−テ−ブル３０ｃ位置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位置の基板ホルダ−テ−ブル３０ａ上の基板を粗研削ステ−ジＳ2へと移送する。
６）仕上研削ステ−ジＳ3でカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石９１ａを用い粗研削された基板裏面を仕上研削する。この間に、粗研削ステ−ジＳ2で基板裏面はカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石９０ａを用いて粗研削されるとともに、多関節型搬送ロボット１４により新たな基板が位置合わせ用仮置台１５を経由して基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ1位置の基板ホルダ−３０ａ上に搬送される。
７）第１インデックス型回転テ−ブル２を時計廻り方向に１２０度回転させる、もしくは時計逆廻り方向に２４０度回転させることにより、仕上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上へと移送するとともに、粗研削された基板を仕上研削ステ−ジＳ3へと移送する。
８）第１インデックス型回転テ−ブル２の基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ1位置にある基板ホルダ−テ−ブル３０ａ上の仕上研削された基板の上面に回転洗浄ブラシ３８ｂを下降させ、洗浄液を基板上面に供給しながら基板上面を洗浄し、次いで移動型搬送パッド１６の吸着パッド１６ａ面に研削・洗浄された基板上面を吸着し、ついで、仮想線で示される位置まで回転移動もしくは直線移動後、再び移動して第２インデックス型回転テ−ブル７１に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１に位置する基板ホルダ−テ−ブル７０ａ上へと基板を移送する。この基板の移送の間に第１インデックス型回転テ−ブル２の基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ１位置にある基板ホルダ−テ−ブル３０ａ上面は回転式セラミック製チャッククリ−ナ３８ｂにより洗浄される。基板ホルダ−３０ａ上面を洗浄後、多関節型搬送ロボット１４により新たな基板が位置合わせ用仮置台１５を経由して基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ１位置の基板ホルダ−テ−ブル３０ａ上に搬送される前述の第１工程および第２工程が行われる。また、第１インデックス型回転テ−ブルの粗研削ステ−ジＳ2に位置する基板ホルダ−テ−ブル３０ｂ上の基板は、前述の第４工程の粗研削が行われるとともに、第１インデックス型回転テ−ブルの仕上研削ステ−ジＳ3に位置する基板ホルダ−テ−ブル３０ｃ上の基板は、前述の第６工程の仕上研削が行われる。
９）前記基板の粗研削加工後、第２インデックス型回転テ−ブル７１は時計回り方向または時計回り方向に１８０度回転され、研削・洗浄された基板は第２インデックス型回転テ−ブルに設けられた粗研磨ステ−ジｐｓ２位置へと移動される。この動作に平行して前述の第７工程が実行される。
１０）第２インデックス型回転テ−ブル７１に設けられた粗研磨ステ−ジｐｓ２に位置する基板ホルダ−テ−ブル７０ｂ上に保持された基板上面に回転する粗研磨パッド７３’が下降され、基板面を摺擦する。この基板と粗研磨パッド摺擦の際、研磨砥粒を水に分散させた研磨剤スラリ−液７２’が研磨剤スラリ−液供給機構から粗研磨パッドの研磨布またはウレタン発泡製シ−トパッドを経由して基板上面に供給されるとともに粗研磨パッド７３’は振子揺動もしくは直線揺動される。同時平行して前述の第８工程が実行される。
１１）第２インデックス型回転テ−ブル７１は時計回り方向または時計回り方向に１８０度回転され、粗研磨加工された基板は第２インデックス型回転テ−ブル７１の基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１位置へと移動される。同時平行して第１インデックス型回転テ−ブル２を時計廻り方向に１２０度または時計逆回り方向２４０度回転させることにより、仕上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、粗研削された基板を仕上研削ステ−ジＳ3へと移送、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。
１２）第２インデックス型回転テ−ブル７１の基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１では、基板ホルダ−テ−ブル７０ａ上に保持された粗研磨加工基板上面に回転する仕上研磨パッド７３が下降され、基板面を摺擦する。この基板と仕上研磨パッド摺擦の際、研磨砥粒を含有しない洗浄液７２、例えば純水が洗浄液供給機構から仕上研磨パッド７３の研磨布またはウレタン発泡製シ−トパッドを経由して基板上面に供給されるとともに仕上研磨パッド７３は揺動される。仕上研磨された基板は、吸着パッドをア−ムに備える基板搬送器具または多関節型搬送ロボットを用いて次ぎの加工ステ−ジへと搬送される。次ぎ工程に研磨加工された基板が移送されることにより第２インデックス型回転テ−ブル７１の基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１位置の基板ホルダ−テ−ブル７０ａが空くと、第１インデックス型回転テ−ブル２の基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジＳ１位置にある基板ホルダ−テ−ブル３０ａ上の研削・洗浄された基板を移動型吸着パッド１６で吸着し、ついで、第２インデックス型回転テ−ブル７１に設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１に位置する基板ホルダ−テ−ブル７０ａ上へと移送する。同時平行して第１インデックス型回転テ−ブル２の各ステ−ジＳ１，Ｓ２，Ｓ３および第２インデックス型回転テ−ブル７１の粗研磨ステ−ジｐｓ２では、前述の第８工程を含む第１０工程が実行される。
１３）以後、前述の第１１工程および第１２工程を繰り返し、半導体基板の基板面を研削・洗浄・研磨し、基板を薄肉化・平坦化する作業を連続的に行う。
本発明の基板平坦化装置を用いる基板の薄肉化・平坦化方法の別の態様として、移動型吸着パッド１６で研削・洗浄された基板を直接粗研磨ステ−ジｐｓ２位置の基板ホルダ−テ−ブル７０ｂ上へ搬送し、そのステ−ジｐｓ２で基板の粗研磨を行い、ついで第２インデックス型回転テ−ブル７１を１８０℃回転させて基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジｐｓ１位置へと基板を移送し、そのステ−ジｐｓ1で基板の仕上研磨を行うことも可能である。
本発明の半導体基板の平坦化装置はフットプリントがコンパクトであり、半導体基板裏面を高スル−プットで研削・研磨できる。
基板平坦化装置の平面図である。 別の態様を示す基板平坦化装置の平面図である。 第１インデックス型回転テ−ブルに設けられた基板ホルダ−テ−ブルの一部を切り欠いた断面図である。 研磨ステ−ジの一部を切り欠いた側面図である。 平坦化装置の斜視図である。（公知） 平坦化装置の平面図である。（公知）
符号の説明
２ 第１
１０ 基板平坦化装置
ｗ 半導体基板
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 仕上研削ステ−ジ
１３ 基板収納ステ−ジ
１４ 多関節型搬送ロボット
１５ 位置合わせ用仮置台
１６ 移動型搬送パッド
２０ 研削加工ステ−ジ
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 基板ホルダ−テ−ブル
７０ 研磨加工ステ−ジ
７１ 第２インデックス型回転テ−ブル
ｐｓ１ 基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジ
ｐｓ２ 粗研磨ステ−ジ
７０ａ，７０ｂ 基板ホルダ−テ−ブル
７３ 仕上研磨パッド
７３’ 粗研磨パッド
９０ａ 粗研削砥石
９１ａ 仕上研削砥石

Claims (2)

  1. 基板収納ステ−ジを室外に、多関節型搬送ロボット、位置合わせ用仮置台、研削加工ステ−ジ、移動型搬送パッド、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、室外の右側に基板収納ステ−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−ジ近傍位置に多関節型搬送ロボットを、その多関節型搬送ロボットの後列の右側に、位置合わせ用仮置台および後列中央側に移動型搬送パッドを設置し、それらの最後列に、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、および仕上研削ステ−ジの３つのステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブルを第１インデックス型回転テ−ブルに同心円上に配置した研削加工ステ−ジを設け、
    前記基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に、基板ホルダ−テ−ブル上面を洗浄する回転式チャッククリ−ナおよび研削加工された基板面を洗浄する回転式洗浄ブラシ一対を備える洗浄機器を基板ホルダ−テ−ブル上面に対し垂直方向および平行方向に移動可能に設け、
    前記粗研削ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を備えるスピンドルを基板ホルダ−テ−ブル上面に対し昇降可能に設け、
    前記仕上研削ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を備えるスピンドルを基板ホルダ−テ−ブル上面に対し昇降可能に設け、
    前記基板ホルダ−テ−ブルと多関節型搬送ロボットと移動型搬送パッドと回転式チャッククリ−ナおよび回転式洗浄ブラシを備える洗浄機器とで基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジを構成し、基板ホルダ−テ−ブルと粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石で粗研削ステ−ジを構成し、基板ホルダ−テ−ブルと仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石で仕上研削ステ−ジを構成させ、
    前記多関節型搬送ロボットの左側に、基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブルと、粗研磨ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブルを別の１台の第２インデックス型回転テ−ブルに同心円上に配置した研磨加工ステ−ジを設け、
    前記仕上研磨ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に、洗浄液供給機構および研磨パッドを回転可能に軸承するスピンドルを基板ホルダ−テ−ブル上面に対し昇降可能および平行に揺動可能に設け、この基板ホルダ−テ−ブルと研磨パッドと洗浄液供給機構と前記移動型搬送パッドと多関節型搬送ロボットまたは別の搬送パッドまたは多関節型搬送ロボットとで基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジを構成し、
    前記粗研磨ステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上方に、研磨剤スラリ−液供給機構および研磨パッドを回転可能に軸承するスピンドルを基板ホルダ−テ−ブル上面に対し昇降可能および平行に揺動可能に設け、この基板ホルダ−テ−ブルと研磨パッドと研磨剤スラリ−液供給機構とで基板粗研磨ステ−ジを構成する、
    ことを特徴とする、半導体基板の平坦化装置。
  2. 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、半導体基板裏面の薄肉化・平坦化方法。
    １）基板収納ステ−ジの収納カセット内に保管されている基板を多関節型搬送ロボットの吸着パッドに吸着し、位置合わせ用仮置台上に搬送し、そこで基板のセンタリング位置調整を行う。
    ２）位置合わせされた基板上面を前記多関節型搬送ロボットの吸着パッドに吸着させ、ついで、第１インデックス型回転テ−ブルに設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジを構成する基板ホルダ−テ−ブル上に移送する。
    ３）第１インデックス型回転テ−ブルを時計廻り方向に１２０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−ジ位置の基板ホルダ−テ−ブルに真空チャックされている基板を粗研削ステ−ジの基板ホルダ−テ−ブル位置へと移送する。
    ４）粗研削ステ−ジでダイヤモンドカップホイ−ル型砥石を用いて基板裏面を粗研削する。この間に、多関節型搬送ロボットを用い前記第１工程と第２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−ジ上に搬送される。
    ５）第１インデックス型回転テ−ブルを時計廻り方向に１２０度回転させることにより、粗研削された基板を仕上研削ステ−ジの基板ホルダ−テ−ブル位置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−ジ位置の基板ホルダ−テ−ブル上の基板を粗研削ステ−ジへと移送する。
    ６）仕上研削ステ−ジでカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を用い粗研削された基板裏面を仕上研削する。この間に、粗研削ステ−ジで基板裏面はカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を用いて粗研削されるとともに、多関節型搬送ロボットにより新たな基板が位置合わせ用仮置台を経由して基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置の基板ホルダ−上に搬送される。
    ７）第１インデックス型回転テ−ブルを時計廻り方向に１２０度回転させる、または時計逆廻り方向に２４０度回転させることにより、仕上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、粗研削された基板を仕上研削ステ−ジへと移送する。
    ８）第１インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置にある基板ホルダ−テ−ブル上の仕上研削された基板の上面に回転洗浄ブラシを下降させ、洗浄液を基板上面に供給しながら基板上面を洗浄し、次いで移動型搬送パッドの吸着パッド面に研削・洗浄された基板上面を吸着し、ついで、第２インデックス型回転テ−ブルに設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上へと移送する。この基板の移送の間に第１インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置にある基板ホルダ−テ−ブル上面は回転式セラミック製チャッククリ−ナにより洗浄される。基板ホルダ−上面を洗浄後、多関節型搬送ロボットにより新たな基板が位置合わせ用仮置台を経由して基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置の基板ホルダ−テ−ブル上に搬送される前述の第１工程および第２工程が行われる。また、第１インデックス型回転テ−ブルの粗研削ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上の基板は、前述の第４工程の粗研削が行われるとともに、第１インデックス型回転テ−ブルの仕上研削ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上の基板は、前述の第６工程の仕上研削が行われる。
    ９）前記基板の粗研削加工後、第２インデックス型回転テ−ブルは時計回り方向または時計回り方向に１８０度回転され、研削・洗浄された基板は第２インデックス型回転テ−ブルに設けられた粗研磨ステ−ジ位置へと移動される。この動作に平行して前述の第７工程が実行される。
    １０）第２インデックス型回転テ−ブルに設けられた粗研磨ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上に保持された基板上面に回転する粗研磨パッドが下降され、基板面を摺擦する。この基板と粗研磨パッド摺擦の際、研磨砥粒を水に分散させた研磨剤スラリ−液が研磨剤スラリ−液供給機構から直接基板上面にまたは粗研磨パッドを経由して基板上面に供給されるとともに粗研磨パッドは基板面上で摺擦揺動される。同時平行して前述の第８工程が実行される。
    １１）第２インデックス型回転テ−ブルは時計回り方向または時計回り方向に１８０度回転され、粗研磨加工された基板は第２インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジ位置へと移動される。同時に第１インデックス型回転テ−ブルを時計廻り方向に１２０度または時計逆回り方向２４０度回転させることにより、仕上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、粗研削された基板を仕上研削ステ−ジへと移送、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。
    １２）第２インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジでは、基板ホルダ−テ−ブル上に保持された粗研磨加工基板上面に回転する仕上研磨パッドが下降され、基板面を摺擦する。この基板と仕上研磨パッド摺擦の際、研磨砥粒を含有しない洗浄液、例えば純水が洗浄液供給機構から直接基板上面にまたは仕上研磨パッドの研磨布またはウレタン発泡製シ−トパッドを経由して基板上面に供給されるとともに仕上研磨パッドは揺動される。仕上研磨された基板は、吸着パッドをア−ムに備える基板搬送器具または多関節型搬送ロボットを用いて次ぎの加工ステ−ジへと搬送される。第２インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジ位置の基板ホルダ−テ−ブル上が空いた後、第１インデックス型回転テ−ブルの基板ロ−ディング／アンロ−ディングステ−ジ位置にある基板ホルダ−テ−ブル上の研削・洗浄された基板を移動型吸着パッドで吸着し、ついで、第２インデックス型回転テ−ブルに設けられた基板ロ−ディング／アンロ−ディング／仕上研磨ステ−ジに位置する基板ホルダ−テ−ブル上へと移送する。同時平行して第１インデックス型回転テ−ブルの各ステ−ジおよび第２インデックス型回転テ−ブルの粗研磨ステ−ジでは、前述の第８工程を含む第１０工程が実行される。
    １３）以後、前述の第１１工程および第１２工程を繰り返し、半導体基板の基板面を研削・洗浄・研磨し、基板を薄肉化および平坦化する作業を連続的に行う。
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