JP2000135669A - ウェーハ研磨装置及び方法 - Google Patents
ウェーハ研磨装置及び方法Info
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- JP2000135669A JP2000135669A JP31114698A JP31114698A JP2000135669A JP 2000135669 A JP2000135669 A JP 2000135669A JP 31114698 A JP31114698 A JP 31114698A JP 31114698 A JP31114698 A JP 31114698A JP 2000135669 A JP2000135669 A JP 2000135669A
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- wafer holding
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Abstract
(57)【要約】
【課題】毎葉式ウェーハ研磨装置における製造コストが
高いという欠点並びにバッチ式ウェーハ研磨装置におけ
る研磨ウェーハの平坦性が低いという欠点を解決し、毎
葉式ウェーハ研磨装置における研磨ウェーハの平坦性が
高いという利点並びにバッチ式ウェーハ研磨装置におけ
る製造コストが低いという利点を兼ね備えたウェーハ研
磨装置及び方法を提供する。 【解決手段】研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に保
持されたウェーハを、定盤に貼着された研磨布に、荷重
手段によって所定の研磨荷重で押圧することによって、
該ウェーハの片面に研磨加工を施すウェーハ研磨装置で
あって、複数個のウェーハ保持板を上下動並びに傾斜動
可能に高剛性構造体の表面に配設することによって上記
研磨ヘッドを構成するようにした。
高いという欠点並びにバッチ式ウェーハ研磨装置におけ
る研磨ウェーハの平坦性が低いという欠点を解決し、毎
葉式ウェーハ研磨装置における研磨ウェーハの平坦性が
高いという利点並びにバッチ式ウェーハ研磨装置におけ
る製造コストが低いという利点を兼ね備えたウェーハ研
磨装置及び方法を提供する。 【解決手段】研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に保
持されたウェーハを、定盤に貼着された研磨布に、荷重
手段によって所定の研磨荷重で押圧することによって、
該ウェーハの片面に研磨加工を施すウェーハ研磨装置で
あって、複数個のウェーハ保持板を上下動並びに傾斜動
可能に高剛性構造体の表面に配設することによって上記
研磨ヘッドを構成するようにした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄板、例えばシリ
コンウェーハ等の半導体ウェーハや石英マスク基板等の
石英薄板等(本明細書ではこれらの薄板をウェーハと総
称する)の片面に効率的に研磨加工を施すウェーハ研磨
装置及び方法に関する。
コンウェーハ等の半導体ウェーハや石英マスク基板等の
石英薄板等(本明細書ではこれらの薄板をウェーハと総
称する)の片面に効率的に研磨加工を施すウェーハ研磨
装置及び方法に関する。
【0002】
【関連技術】半導体デバイスの集積度向上に伴ない、半
導体材料である半導体ウェーハ、例えばシリコンウェー
ハには高い平坦性が求められている。さらに、半導体デ
バイスの製造原価低減のため、半導体ウェーハの表面を
低コストで研磨することが求められている。
導体材料である半導体ウェーハ、例えばシリコンウェー
ハには高い平坦性が求められている。さらに、半導体デ
バイスの製造原価低減のため、半導体ウェーハの表面を
低コストで研磨することが求められている。
【0003】図8は従来のウェーハ研磨装置10の断面
的概略説明図である。同図において、半導体ウェーハW
は研磨ヘッド11を構成するプレートあるいは研磨ヘッ
ドの下に配置されたプレート(ウェーハ保持板)12表
面にワックス等により接着され、所定の研磨荷重で研磨
布14に押し付けられ、ノズル16からの研磨剤18の
供給を受け、所定の速度で回転する定盤20表面に貼ら
れた研磨布14との間に生じる摺擦運動によりウェーハ
W表面は鏡面に加工される。
的概略説明図である。同図において、半導体ウェーハW
は研磨ヘッド11を構成するプレートあるいは研磨ヘッ
ドの下に配置されたプレート(ウェーハ保持板)12表
面にワックス等により接着され、所定の研磨荷重で研磨
布14に押し付けられ、ノズル16からの研磨剤18の
供給を受け、所定の速度で回転する定盤20表面に貼ら
れた研磨布14との間に生じる摺擦運動によりウェーハ
W表面は鏡面に加工される。
【0004】定盤20と定盤受け22はボルト等で固く
固定され、両者の間に形成された空隙24には、研磨布
14とウェーハWの摺擦運動で発生する摩擦熱を除去す
るため、ロータリージョイント26経由で冷却水28が
供給されている。図8において、30は研磨剤18の回
収樋、32は研磨剤18の貯留タンク、34はポンプ、
36は貯留タンク32とポンプ34を接続する接続パイ
プ、38はポンプ34とノズル16とを接続する循環パ
イプである。
固定され、両者の間に形成された空隙24には、研磨布
14とウェーハWの摺擦運動で発生する摩擦熱を除去す
るため、ロータリージョイント26経由で冷却水28が
供給されている。図8において、30は研磨剤18の回
収樋、32は研磨剤18の貯留タンク、34はポンプ、
36は貯留タンク32とポンプ34を接続する接続パイ
プ、38はポンプ34とノズル16とを接続する循環パ
イプである。
【0005】鏡面研磨においてウェーハに賦与する最も
重要な品質は平坦性であるが、近年の半導体デバイスの
高集積化に伴い、その要求は益々高度になっている。
重要な品質は平坦性であるが、近年の半導体デバイスの
高集積化に伴い、その要求は益々高度になっている。
【0006】ウェーハは上面側はプレートに、下面側は
研磨布に狭まれて加工されているため、平坦性の高いウ
ェーハを得るには、プレートの表面が平坦であること、
研磨布は均等な厚さと均等な弾性を有し荷重によりウェ
ーハが押し付けられた際、ウェーハと研磨布の接触圧
力、即ち研磨圧力が均等となること、並びに研磨布が貼
られている定盤の表面が平坦であることが必要である。
研磨布に狭まれて加工されているため、平坦性の高いウ
ェーハを得るには、プレートの表面が平坦であること、
研磨布は均等な厚さと均等な弾性を有し荷重によりウェ
ーハが押し付けられた際、ウェーハと研磨布の接触圧
力、即ち研磨圧力が均等となること、並びに研磨布が貼
られている定盤の表面が平坦であることが必要である。
【0007】このウェーハ研磨装置は、研磨ヘッドの構
造の違いによって毎葉式とバッチ式の2種類のタイプに
大別される。
造の違いによって毎葉式とバッチ式の2種類のタイプに
大別される。
【0008】毎葉式ウェーハ研磨装置40は、図9に示
すごとく、ウェーハWの1枚毎に1枚のウェーハ保持板
12、1基の加圧機構13が対応する構成を有してい
る。図15において、定盤20及び研磨布14の上方に
は研磨ヘッド11が上下動可能に対向して設けられてい
る。該研磨ヘッド11には空気室41を介在してウェー
ハ保持板12が設けられている。該ウェーハ保持板12
の下面にはウェーハWが着脱可能に保持される。
すごとく、ウェーハWの1枚毎に1枚のウェーハ保持板
12、1基の加圧機構13が対応する構成を有してい
る。図15において、定盤20及び研磨布14の上方に
は研磨ヘッド11が上下動可能に対向して設けられてい
る。該研磨ヘッド11には空気室41を介在してウェー
ハ保持板12が設けられている。該ウェーハ保持板12
の下面にはウェーハWが着脱可能に保持される。
【0009】該研磨ヘッド11は、軸42の下端に取り
付けられている。該軸42の内部には上端に取り付けら
れたロータリージョイント44を介してウェーハ吸着用
空気ライン46及び空気室加圧用空気ライン48が内蔵
されている。50は該研磨ヘッド11を該軸42を介し
て昇降するためのエアシリンダで、フレーム52上に設
置されている。53は軸42を摺動自在に支持する軸受
け部である。
付けられている。該軸42の内部には上端に取り付けら
れたロータリージョイント44を介してウェーハ吸着用
空気ライン46及び空気室加圧用空気ライン48が内蔵
されている。50は該研磨ヘッド11を該軸42を介し
て昇降するためのエアシリンダで、フレーム52上に設
置されている。53は軸42を摺動自在に支持する軸受
け部である。
【0010】1台の研磨装置で同時に研磨されるウェー
ハの枚数は、図10に示すように、軸42の設置本数に
応じて増減する。図10(a)は1軸の場合、図10
(b)は2軸の場合及び図10(c)は6軸の場合をそ
れぞれ示す。
ハの枚数は、図10に示すように、軸42の設置本数に
応じて増減する。図10(a)は1軸の場合、図10
(b)は2軸の場合及び図10(c)は6軸の場合をそ
れぞれ示す。
【0011】この毎葉式ウェーハ研磨装置40の長所
は、ウェーハWの1枚毎に制御ができるため、ウェーハ
Wの高平坦性が得やすく、装置が比較的コンパクトな点
である。
は、ウェーハWの1枚毎に制御ができるため、ウェーハ
Wの高平坦性が得やすく、装置が比較的コンパクトな点
である。
【0012】この毎葉式ウェーハ研磨装置40の短所
は、1軸の研磨ヘッド11を搭載した研磨装置において
も、定盤、フレーム等は一式必要であり、ウェーハWの
1枚当たりの研磨装置の単価は高価となってしまうこと
である。
は、1軸の研磨ヘッド11を搭載した研磨装置において
も、定盤、フレーム等は一式必要であり、ウェーハWの
1枚当たりの研磨装置の単価は高価となってしまうこと
である。
【0013】この欠点を解消せんとして、研磨ヘッドを
多軸搭載すると、ウェーハ1枚あたりの定盤、フレーム
等の単価は低下するが、研磨ヘッドの単価は同じであ
り、かつ研磨ヘッドに公転運動を与える機構を追加する
必要が生じる場合もあり、この費用を含めるとウェーハ
1枚当たりの研磨装置の単価は低下しても後述するバッ
チ式ウェーハ研磨装置のコストには及ばない。
多軸搭載すると、ウェーハ1枚あたりの定盤、フレーム
等の単価は低下するが、研磨ヘッドの単価は同じであ
り、かつ研磨ヘッドに公転運動を与える機構を追加する
必要が生じる場合もあり、この費用を含めるとウェーハ
1枚当たりの研磨装置の単価は低下しても後述するバッ
チ式ウェーハ研磨装置のコストには及ばない。
【0014】毎葉式ウェーハ研磨装置であっても、研磨
布とウェーハを摺擦しつつコロイダルシリカを加工液と
して供給するという材料除去の原理並びに品質上の要請
から加工条件は後述するバッチ式ウェーハ研磨装置と同
じであるので、加工時間もバッチ式と同じであり、加工
時間短縮による生産性向上効果はない。
布とウェーハを摺擦しつつコロイダルシリカを加工液と
して供給するという材料除去の原理並びに品質上の要請
から加工条件は後述するバッチ式ウェーハ研磨装置と同
じであるので、加工時間もバッチ式と同じであり、加工
時間短縮による生産性向上効果はない。
【0015】ウェーハを大量生産する場合、毎葉式にお
いては研磨機1台当りの処理枚数がバッチ式に比べて少
ないので、多数の研磨装置が必要となる。このため広い
設置空間が必要となリ、設置空間を確保するための建設
費が高価となる。即ち、上記に示したように、製造コス
トでは、毎葉式はバッチ式に劣るものである。
いては研磨機1台当りの処理枚数がバッチ式に比べて少
ないので、多数の研磨装置が必要となる。このため広い
設置空間が必要となリ、設置空間を確保するための建設
費が高価となる。即ち、上記に示したように、製造コス
トでは、毎葉式はバッチ式に劣るものである。
【0016】バッチ式ウェーハ研磨装置60は、図11
に示すごとく、ウェーハWの多数枚を1枚のウェーハ保
持板12に配し、ウェーハ保持板1枚当り1基の加圧機
構でウェーハ研磨用の荷重を賦与する構成を有してい
る。図11において、定盤20及び研磨布14の上方に
は研磨ヘッド11がフレーム52に設置されたエアシリ
ンダ50により上下動可能に対向して設けられている。
に示すごとく、ウェーハWの多数枚を1枚のウェーハ保
持板12に配し、ウェーハ保持板1枚当り1基の加圧機
構でウェーハ研磨用の荷重を賦与する構成を有してい
る。図11において、定盤20及び研磨布14の上方に
は研磨ヘッド11がフレーム52に設置されたエアシリ
ンダ50により上下動可能に対向して設けられている。
【0017】該研磨ヘッド11には、ウェーハ保持板1
2を経由してウェーハWに荷重を賦与する手段として、
デッドウェイト70が設けてある。ウェーハ保持板12
の外縁に接して、センターローラ54と、ガイドローラ
56が配してあり、図12に示すように複数個のウェー
ハ保持板12に回転を行わせるように作用する。
2を経由してウェーハWに荷重を賦与する手段として、
デッドウェイト70が設けてある。ウェーハ保持板12
の外縁に接して、センターローラ54と、ガイドローラ
56が配してあり、図12に示すように複数個のウェー
ハ保持板12に回転を行わせるように作用する。
【0018】この装置60においてウェーハWは次のよ
うに研磨される。ウェーハWは、ウェーハ保持板12の
表面にワックスで接着されたうえで、ウェーハWが研磨
布14に接するように研磨装置に仕込まれる。研磨ヘッ
ド11が下降し、デッドウェイト70がウェーハ保持板
12に載置し、ウェーハWと研磨布14の間には研磨圧
力が発生する。
うに研磨される。ウェーハWは、ウェーハ保持板12の
表面にワックスで接着されたうえで、ウェーハWが研磨
布14に接するように研磨装置に仕込まれる。研磨ヘッ
ド11が下降し、デッドウェイト70がウェーハ保持板
12に載置し、ウェーハWと研磨布14の間には研磨圧
力が発生する。
【0019】研磨剤を供給しつつ定盤20を回転駆動す
ると、ウェーハWと研磨布14との間の摩擦力に起因し
て、ウェーハ保持板12には回転運動、即ちウェーハW
と研磨布14との間に相対運動が発生し、ウェーハWは
研磨される。
ると、ウェーハWと研磨布14との間の摩擦力に起因し
て、ウェーハ保持板12には回転運動、即ちウェーハW
と研磨布14との間に相対運動が発生し、ウェーハWは
研磨される。
【0020】バッチ式ウェーハ研磨装置60の長所は、
前記した枚葉式ウェーハ研磨装置40の短所の説明と逆
のことが言え、結論として、製造コストではバッチ式は
毎葉式に優るものである。
前記した枚葉式ウェーハ研磨装置40の短所の説明と逆
のことが言え、結論として、製造コストではバッチ式は
毎葉式に優るものである。
【0021】バッチ式ウェーハ研磨装置60は、下記の
ように外乱(理想状態からのへだたり)の影響を受け、
毎葉式ウェーハ研磨装置40と比較し、ウェーハWの平
坦性が得にくいという短所がある。
ように外乱(理想状態からのへだたり)の影響を受け、
毎葉式ウェーハ研磨装置40と比較し、ウェーハWの平
坦性が得にくいという短所がある。
【0022】外乱:研磨工程に供給される材料のウェ
ーハの厚さにはバラツキ(数μm程度)が存在する。こ
のため、保持板には異なる厚さのウェーハが混在し貼り
付けられる。この様な状態でウェーハを研磨すると、図
13に示すように、ウェーハ間並びにウェーハ面内で研
磨条件の変動が発生し平坦なウェーハを得ることはでき
ない。
ーハの厚さにはバラツキ(数μm程度)が存在する。こ
のため、保持板には異なる厚さのウェーハが混在し貼り
付けられる。この様な状態でウェーハを研磨すると、図
13に示すように、ウェーハ間並びにウェーハ面内で研
磨条件の変動が発生し平坦なウェーハを得ることはでき
ない。
【0023】外乱:ウェーハ保持板は高剛性であり、
研磨荷重が加わっても弾性変形せず平坦性が維持されて
いることが望ましい。材質としては、パイレックスガラ
ス(ホウケイ酸ガラス)、Al2 O3 セラミック等の剛
性の高いものが選ばれている。高剛性という観点では板
厚が大きい程好ましいが、重く取り扱いが困難になると
いう欠点、あるいは製作できる板厚に限度がある点等か
ら自ら制限される。したがって、ウェーハ保持板の剛性
は理想状態と比べると不充分であり、ウェーハ保持板は
弾性変形する。図14には、ウェーハ保持板に加わる荷
重が等分布荷重の場合の弾性変形の概念図を示すが、こ
のような状態ではウェーハを平坦に研磨することはでき
ない。
研磨荷重が加わっても弾性変形せず平坦性が維持されて
いることが望ましい。材質としては、パイレックスガラ
ス(ホウケイ酸ガラス)、Al2 O3 セラミック等の剛
性の高いものが選ばれている。高剛性という観点では板
厚が大きい程好ましいが、重く取り扱いが困難になると
いう欠点、あるいは製作できる板厚に限度がある点等か
ら自ら制限される。したがって、ウェーハ保持板の剛性
は理想状態と比べると不充分であり、ウェーハ保持板は
弾性変形する。図14には、ウェーハ保持板に加わる荷
重が等分布荷重の場合の弾性変形の概念図を示すが、こ
のような状態ではウェーハを平坦に研磨することはでき
ない。
【0024】外乱:ウェーハは保持板と研磨布が貼ら
れた定盤に挟持されて研磨加工を受けるため、平坦なウ
ェーハを得るには両者共に平坦でなければならない。と
ころが、最近のウェーハの大口径化に伴ない、保持板の
直径、定盤の直径は共に大きくなり平坦化加工が困難に
なりつつある。図15には、定盤の平坦性が悪い場合を
示すが、ウェーハ表面の研磨条件が不均等になり、平坦
性加工の困難さが増大する。
れた定盤に挟持されて研磨加工を受けるため、平坦なウ
ェーハを得るには両者共に平坦でなければならない。と
ころが、最近のウェーハの大口径化に伴ない、保持板の
直径、定盤の直径は共に大きくなり平坦化加工が困難に
なりつつある。図15には、定盤の平坦性が悪い場合を
示すが、ウェーハ表面の研磨条件が不均等になり、平坦
性加工の困難さが増大する。
【0025】前記バッチ式ウェーハ研磨装置に示した外
乱が、毎葉式ウェーハ研磨装置においてはどのように影
響するかを対比して説明する。
乱が、毎葉式ウェーハ研磨装置においてはどのように影
響するかを対比して説明する。
【0026】外乱:材料ウェーハに厚さバラツキが存
在しても、毎葉式ウェーハ研磨装置ではウェーハ単位で
処理されるので、他のウェーハとの相互干渉はなく、ウ
ェーハは平坦に研磨される。
在しても、毎葉式ウェーハ研磨装置ではウェーハ単位で
処理されるので、他のウェーハとの相互干渉はなく、ウ
ェーハは平坦に研磨される。
【0027】外乱:図16に示す毎葉式ウェーハ研磨
装置の研磨ヘッドの場合、ウェーハ保持板の両面の荷重
は、等分布であり、かつ局所的にも打ち消し合うためウ
ェーハ保持板は弾性変形せず、ウェーハは平坦に研磨さ
れる。
装置の研磨ヘッドの場合、ウェーハ保持板の両面の荷重
は、等分布であり、かつ局所的にも打ち消し合うためウ
ェーハ保持板は弾性変形せず、ウェーハは平坦に研磨さ
れる。
【0028】外乱:定盤の平坦性が悪くても、図17
に示されるように、毎葉式ウェーハ研磨装置では、ウェ
ーハは定盤の平坦性に応じて傾斜動するためウェーハは
平坦に研磨される。
に示されるように、毎葉式ウェーハ研磨装置では、ウェ
ーハは定盤の平坦性に応じて傾斜動するためウェーハは
平坦に研磨される。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題点に鑑みなされたもので、毎葉式ウェーハ
研磨装置における製造コストが高いという欠点並びにバ
ッチ式ウェーハ研磨装置における研磨ウェーハの平坦性
が低いという欠点を解決し、毎葉式ウェーハ研磨装置に
おける研磨ウェーハの平坦性が高いという利点並びにバ
ッチ式ウェーハ研磨装置における製造コストが低いとい
う利点を兼ね備えたウェーハ研磨装置及び方法を提供す
ることを目的とする。
来技術の問題点に鑑みなされたもので、毎葉式ウェーハ
研磨装置における製造コストが高いという欠点並びにバ
ッチ式ウェーハ研磨装置における研磨ウェーハの平坦性
が低いという欠点を解決し、毎葉式ウェーハ研磨装置に
おける研磨ウェーハの平坦性が高いという利点並びにバ
ッチ式ウェーハ研磨装置における製造コストが低いとい
う利点を兼ね備えたウェーハ研磨装置及び方法を提供す
ることを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のウェーハ研磨装置の第1の態様は、研磨ヘ
ッドを構成するウェーハ保持板に保持されたウェーハ
を、定盤に貼着された研磨布に、荷重手段によって所定
の研磨荷重で押圧することによって、該ウェーハの片面
に研磨加工を施すウェーハ研磨装置であって、複数個の
ウェーハ保持板を上下動並びに傾斜動可能に高剛性構造
体の表面に配設することによって上記研磨ヘッドを構成
することを特徴とする。
に、本発明のウェーハ研磨装置の第1の態様は、研磨ヘ
ッドを構成するウェーハ保持板に保持されたウェーハ
を、定盤に貼着された研磨布に、荷重手段によって所定
の研磨荷重で押圧することによって、該ウェーハの片面
に研磨加工を施すウェーハ研磨装置であって、複数個の
ウェーハ保持板を上下動並びに傾斜動可能に高剛性構造
体の表面に配設することによって上記研磨ヘッドを構成
することを特徴とする。
【0031】ウェーハ保持板を高剛性構造体の表面に配
設する第1の構成としては、ウェーハの直径よりも直径
の大きい高剛性円板によって前記ウェーハ保持板を形成
し、弾性作用体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性
構造体の表面に配設する構成を採用することができる。
設する第1の構成としては、ウェーハの直径よりも直径
の大きい高剛性円板によって前記ウェーハ保持板を形成
し、弾性作用体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性
構造体の表面に配設する構成を採用することができる。
【0032】ウェーハ保持板を高剛性構造体の表面に配
設する第2の構成としては、前記ウェーハ保持板の上面
に、ウェーハの研磨される面の中心を中心とする凸球面
よりなる凸球面状作動面を設け,該ウェーハ保持板の傾
斜動に必要な高剛性構造体との相対的な動きをこの凸球
面状作動面に負わせるように構成することができる。
設する第2の構成としては、前記ウェーハ保持板の上面
に、ウェーハの研磨される面の中心を中心とする凸球面
よりなる凸球面状作動面を設け,該ウェーハ保持板の傾
斜動に必要な高剛性構造体との相対的な動きをこの凸球
面状作動面に負わせるように構成することができる。
【0033】上記ウェーハ保持板の取りつけ構造として
は、前記高剛性構造体の下面に凹球面状受け部を設け、
凸球面状作動面を該凹球面受け部に係合させた状態で前
記ウェーハ保持板を該高剛性構造体の下面に取りつける
ようにするのが好適である。
は、前記高剛性構造体の下面に凹球面状受け部を設け、
凸球面状作動面を該凹球面受け部に係合させた状態で前
記ウェーハ保持板を該高剛性構造体の下面に取りつける
ようにするのが好適である。
【0034】弾性作用体を介在させて,前記凸球面状作
動面と凹球面受け部とを係合させるようにすれば、ウェ
ーハ保持板の上下動並びに傾斜動が充分に行われる有利
さがある。
動面と凹球面受け部とを係合させるようにすれば、ウェ
ーハ保持板の上下動並びに傾斜動が充分に行われる有利
さがある。
【0035】本発明のウェーハ研磨装置の第2の態様
は、研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に保持された
半導体ウェーハを、定盤に貼着された研磨布に、荷重手
段によって所定の研磨荷重で押圧することによって、該
半導体ウェーハの片面に研磨加工を施すウェーハ研磨装
置であって、複数個のウェーハ保持板を上下動並びに傾
斜動可能に高剛性円形板の表面に配設することによって
集合形ウェーハ保持板を構成し、該集合形ウェーハ保持
板を上下動並びに傾斜動可能に高剛性構造体の表面に配
設することによって上記研磨ヘッドを構成することを特
徴とする。
は、研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に保持された
半導体ウェーハを、定盤に貼着された研磨布に、荷重手
段によって所定の研磨荷重で押圧することによって、該
半導体ウェーハの片面に研磨加工を施すウェーハ研磨装
置であって、複数個のウェーハ保持板を上下動並びに傾
斜動可能に高剛性円形板の表面に配設することによって
集合形ウェーハ保持板を構成し、該集合形ウェーハ保持
板を上下動並びに傾斜動可能に高剛性構造体の表面に配
設することによって上記研磨ヘッドを構成することを特
徴とする。
【0036】ウェーハ保持板を高剛性円形板の表面に配
設する構成としては、ウェーハの直径よりも直径の大き
い高剛性円板によって前記ウェーハ保持板を形成し、弾
性作用体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性円形板
の表面に配設し、集合形ウェーハ保持板を高剛性構造体
の表面に配設する構成としては、弾性作用体を介して前
記集合形ウェーハ保持板を前記高剛性構造体の表面に配
設する構成を採用することができる。
設する構成としては、ウェーハの直径よりも直径の大き
い高剛性円板によって前記ウェーハ保持板を形成し、弾
性作用体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性円形板
の表面に配設し、集合形ウェーハ保持板を高剛性構造体
の表面に配設する構成としては、弾性作用体を介して前
記集合形ウェーハ保持板を前記高剛性構造体の表面に配
設する構成を採用することができる。
【0037】本発明のウェーハ研磨方法は、ウェーハ保
持板に保持されたウェーハを定盤に貼着された研磨布に
所定の研磨荷重で押圧することによって、該ウェーハの
片面に研磨加工を施すウェーハ研磨方法であって、上記
した本発明のウェーハ研磨装置を用い、複数枚のウェー
ハに荷重を均等に分布し、押圧することによって、各ウ
ェーハを均等に研磨するようにしたことを特徴とする。
持板に保持されたウェーハを定盤に貼着された研磨布に
所定の研磨荷重で押圧することによって、該ウェーハの
片面に研磨加工を施すウェーハ研磨方法であって、上記
した本発明のウェーハ研磨装置を用い、複数枚のウェー
ハに荷重を均等に分布し、押圧することによって、各ウ
ェーハを均等に研磨するようにしたことを特徴とする。
【0038】本発明で用いられる弾性作用体としては、
弾性体材料又は粘弾性体材料をあげることができる。弾
性体材料は、例えば、バネ手段である。粘弾性体材料
は、例えば、天然ゴム又は合成ゴムからなるゴムシー
ト、発泡ゴムシートなどをあげることができ、これらを
薄膜状にして用いるのが好適である。
弾性体材料又は粘弾性体材料をあげることができる。弾
性体材料は、例えば、バネ手段である。粘弾性体材料
は、例えば、天然ゴム又は合成ゴムからなるゴムシー
ト、発泡ゴムシートなどをあげることができ、これらを
薄膜状にして用いるのが好適である。
【0039】本発明のウェーハ研磨装置の眼目は、毎葉
式ウェーハ研磨装置とバッチ式ウェーハ研磨装置の両者
の利点を併せ持たせるため、両者の利点の源となる技術
を融合させた点である。
式ウェーハ研磨装置とバッチ式ウェーハ研磨装置の両者
の利点を併せ持たせるため、両者の利点の源となる技術
を融合させた点である。
【0040】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面中、図1〜図7に基づいて説明するが、本発明の技
術思想から逸脱しない限り、図示例以外にも種々の変形
が可能であることはいうまでもない。図1〜図7におい
て、図8〜図17と同一部材又は類似部材は同一符号で
示すことがある。
図面中、図1〜図7に基づいて説明するが、本発明の技
術思想から逸脱しない限り、図示例以外にも種々の変形
が可能であることはいうまでもない。図1〜図7におい
て、図8〜図17と同一部材又は類似部材は同一符号で
示すことがある。
【0041】図1は本発明のウェーハ研磨装置の一つの
実施の形態を示す側面的概略説明図である。図2は本発
明のウェーハ研磨装置の他の実施の形態を示す側面的概
略説明図である。図3は動摩擦起因の研磨圧力分布を示
す図面で、(a)は押圧のみの時のウェーハ保持板と研
磨布の位置関係を示す側面的概略説明図、(b)は押圧
のみの時の研磨圧力分布を示す図面、(c)は研磨時の
ウェーハ保持板と研磨布の位置関係を示す側面的概略説
明図、(d)は研磨時の研磨圧力分布を示す図面であ
る。
実施の形態を示す側面的概略説明図である。図2は本発
明のウェーハ研磨装置の他の実施の形態を示す側面的概
略説明図である。図3は動摩擦起因の研磨圧力分布を示
す図面で、(a)は押圧のみの時のウェーハ保持板と研
磨布の位置関係を示す側面的概略説明図、(b)は押圧
のみの時の研磨圧力分布を示す図面、(c)は研磨時の
ウェーハ保持板と研磨布の位置関係を示す側面的概略説
明図、(d)は研磨時の研磨圧力分布を示す図面であ
る。
【0042】図4は球面軸受けの力のバランスの原理図
である。図5は本発明のウェーハ研磨装置の別の実施の
形態を示す側面的概略説明図である。図6は本発明のウ
ェーハ研磨装置におけるウェーハ厚さ変動に対する緩衝
作用を示す側面的説明図である。図7は本発明のウェー
ハ研磨装置における低平坦定盤面への追従作用を示す側
面的説明図である。
である。図5は本発明のウェーハ研磨装置の別の実施の
形態を示す側面的概略説明図である。図6は本発明のウ
ェーハ研磨装置におけるウェーハ厚さ変動に対する緩衝
作用を示す側面的説明図である。図7は本発明のウェー
ハ研磨装置における低平坦定盤面への追従作用を示す側
面的説明図である。
【0043】図1において、10aは本発明に係るウェ
ーハ研磨装置で、定盤20に貼着された研磨布14の上
方には研磨ヘッド11が吊り具42の下端部に吊られた
状態で上下動可能に対向して設けられている。該研磨ヘ
ッド11は、高剛性構造体(図示例ではトップリング)
15を有しており、該トップリング15上には、ウェー
ハWに研磨圧力を与える荷重手段(図示例ではデッドウ
ェイト)70が乗せられている。
ーハ研磨装置で、定盤20に貼着された研磨布14の上
方には研磨ヘッド11が吊り具42の下端部に吊られた
状態で上下動可能に対向して設けられている。該研磨ヘ
ッド11は、高剛性構造体(図示例ではトップリング)
15を有しており、該トップリング15上には、ウェー
ハWに研磨圧力を与える荷重手段(図示例ではデッドウ
ェイト)70が乗せられている。
【0044】該トップリング15の下面には、研磨中ウ
ェーハWを保持するウェーハ保持板12が、裏板17及
び弾性作用体74を介在させて配設されている。
ェーハWを保持するウェーハ保持板12が、裏板17及
び弾性作用体74を介在させて配設されている。
【0045】上記定盤20の回転運動によりトップリン
グ15には回転力が与えられ、センターローラ54並び
にガイドローラ56に接して回転運動(いわゆるつれ廻
り)を行う。この時、研磨布14とウェーハW間に発生
する摺擦運動によりウェーハWは研磨される。
グ15には回転力が与えられ、センターローラ54並び
にガイドローラ56に接して回転運動(いわゆるつれ廻
り)を行う。この時、研磨布14とウェーハW間に発生
する摺擦運動によりウェーハWは研磨される。
【0046】上記ウェーハ保持板12には多数の吸着孔
19が開穿されている。該吸着孔19には上記吊り具4
2内に内蔵された空気パイプ45が連通されている。該
空気パイプ45を介してウェーハ吸着用空気ライン46
から真空ポンプ47によって空気を吸引すればウェーハ
保持板12の下面にウェーハWが吸着保持される。ま
た、該空気パイプ45を介してウェーハ脱離用空気ライ
ン48から空気を注入すればウェーハ保持板12の下面
に吸着されていたウェーハWが脱離される。このよう
に、該ウェーハ保持板12の下面にはウェーハWが着脱
可能に保持される。
19が開穿されている。該吸着孔19には上記吊り具4
2内に内蔵された空気パイプ45が連通されている。該
空気パイプ45を介してウェーハ吸着用空気ライン46
から真空ポンプ47によって空気を吸引すればウェーハ
保持板12の下面にウェーハWが吸着保持される。ま
た、該空気パイプ45を介してウェーハ脱離用空気ライ
ン48から空気を注入すればウェーハ保持板12の下面
に吸着されていたウェーハWが脱離される。このよう
に、該ウェーハ保持板12の下面にはウェーハWが着脱
可能に保持される。
【0047】50は該研磨ヘッド11を吊り具42を介
して昇降及び搬送するためのエアシリンダで、フレーム
52上に設置されている。53はロータリージョイント
である。なお、80は定盤20を駆動するための定盤駆
動装置、82はベアリングである。
して昇降及び搬送するためのエアシリンダで、フレーム
52上に設置されている。53はロータリージョイント
である。なお、80は定盤20を駆動するための定盤駆
動装置、82はベアリングである。
【0048】上記したウェーハ研磨装置10aにおいて
ウェーハWを平坦に加工するためには、ウェーハ保持板
12は如何なる使用条件下にあっても変形することな
く、その表面は平坦に保たれていなければならない。従
って、ウェーハ保持板12の材質は高剛性のAl2 O3
セラミック等が好適である。ウェーハ保持板12の厚さ
に関しては大きい程剛性が高く好ましいのであるが、後
述する理由により一定の制限を受ける。φ200ウェー
ハに用いるウェーハ保持板12の場合、厚さは10〜3
0mmあればよい。ウェーハ保持板12の直径はウェー
ハWより約5mmくらい大きいものが使いやすい。
ウェーハWを平坦に加工するためには、ウェーハ保持板
12は如何なる使用条件下にあっても変形することな
く、その表面は平坦に保たれていなければならない。従
って、ウェーハ保持板12の材質は高剛性のAl2 O3
セラミック等が好適である。ウェーハ保持板12の厚さ
に関しては大きい程剛性が高く好ましいのであるが、後
述する理由により一定の制限を受ける。φ200ウェー
ハに用いるウェーハ保持板12の場合、厚さは10〜3
0mmあればよい。ウェーハ保持板12の直径はウェー
ハWより約5mmくらい大きいものが使いやすい。
【0049】弾性作用体74は、ウェーハ保持板12に
上下方向の動き、傾斜する動きを与えるものである。弾
性作用体74としては、弾性体材料又は粘弾性体材料を
使用することができる。弾性体材料としてはバネ手段を
あげることができる。また粘弾性体材料としては、天然
ゴム又は合成ゴムからなるゴムシート、発泡ゴムシート
などがよく、粘性成分の少ないものがよい。この粘弾性
体材料は、できるだけ軟く、通常のウェーハ研磨時の研
磨圧力(約200〜1000g/m2 )下において、1
0μm程度の圧縮変位の変動があっても、圧縮応力の変
動は20g/m 2 以下のものが良い。
上下方向の動き、傾斜する動きを与えるものである。弾
性作用体74としては、弾性体材料又は粘弾性体材料を
使用することができる。弾性体材料としてはバネ手段を
あげることができる。また粘弾性体材料としては、天然
ゴム又は合成ゴムからなるゴムシート、発泡ゴムシート
などがよく、粘性成分の少ないものがよい。この粘弾性
体材料は、できるだけ軟く、通常のウェーハ研磨時の研
磨圧力(約200〜1000g/m2 )下において、1
0μm程度の圧縮変位の変動があっても、圧縮応力の変
動は20g/m 2 以下のものが良い。
【0050】トップリング15は、その表面に配設され
たウェーハ保持板12にデッドウェイト70の荷重と回
転運動を伝える。ウェーハ保持板12のトップリング1
5への配設は、荷重が全てのウェーハ保持板12に均等
に配分され、隣接するウェーハ保持板12と干渉しあう
ことがなく、かつウェーハ保持板12の配置数はできる
だけ多いほど良い。
たウェーハ保持板12にデッドウェイト70の荷重と回
転運動を伝える。ウェーハ保持板12のトップリング1
5への配設は、荷重が全てのウェーハ保持板12に均等
に配分され、隣接するウェーハ保持板12と干渉しあう
ことがなく、かつウェーハ保持板12の配置数はできる
だけ多いほど良い。
【0051】ウェーハWのウェーハ保持板12上への保
持は、前述したごとく、ウェーハ保持板12に開けられ
た吸着孔19、裏板17、空気パイプ45、ロータリー
ジョイント53を経由して真空ポンプ47に接続する真
空回路で行い、ウェーハWの吸着は、研磨ヘッド11の
全体を上方へ上げて、ウェーハWをウェーハ保持板12
へ搬送することにより行う。
持は、前述したごとく、ウェーハ保持板12に開けられ
た吸着孔19、裏板17、空気パイプ45、ロータリー
ジョイント53を経由して真空ポンプ47に接続する真
空回路で行い、ウェーハWの吸着は、研磨ヘッド11の
全体を上方へ上げて、ウェーハWをウェーハ保持板12
へ搬送することにより行う。
【0052】本方法によって得られる品質上の利点は次
の通りである。
の通りである。
【0053】利点:研磨に供される材料ウェーハは最
大でも10μm以下と僅かではあるが、厚さバラツキが
存在する。この厚さバラツキは、前記した通り、バッチ
式ウェーハ研磨装置60では不都合を惹起する。ところ
が、図6に示すように、本発明のウェーハ研磨装置10
aでは、各々のウェーハ保持板12は独立しているの
で、ウェーハ保持板12の平坦性は維持され、ウェーハ
Wの平坦性が悪化することはない。ウェーハWの厚さバ
ラツキは、弾性作用体74の圧縮変形量のバラツキを招
くが、弾性作用体74は充分に軟質であるので、圧縮応
力のバラツキは小さい。即ち、ウェーハWを研磨布14
が接触する研磨圧力のバラツキは小さく、全てのウェー
ハWはほぼ同じように研磨される。
大でも10μm以下と僅かではあるが、厚さバラツキが
存在する。この厚さバラツキは、前記した通り、バッチ
式ウェーハ研磨装置60では不都合を惹起する。ところ
が、図6に示すように、本発明のウェーハ研磨装置10
aでは、各々のウェーハ保持板12は独立しているの
で、ウェーハ保持板12の平坦性は維持され、ウェーハ
Wの平坦性が悪化することはない。ウェーハWの厚さバ
ラツキは、弾性作用体74の圧縮変形量のバラツキを招
くが、弾性作用体74は充分に軟質であるので、圧縮応
力のバラツキは小さい。即ち、ウェーハWを研磨布14
が接触する研磨圧力のバラツキは小さく、全てのウェー
ハWはほぼ同じように研磨される。
【0054】利点:ウェーハ保持板12が、ウェーハ
W並びに弾性作用体74から受ける力は、方向が反対
で、ほぼ等分布であり、作用領域もほぼ等しい。このた
め、ウェーハ保持板12は変形することがない。よっ
て、ウェーハの平坦性は影響を受けない。
W並びに弾性作用体74から受ける力は、方向が反対
で、ほぼ等分布であり、作用領域もほぼ等しい。このた
め、ウェーハ保持板12は変形することがない。よっ
て、ウェーハの平坦性は影響を受けない。
【0055】利点:図7に示すように、定盤20の表
面が平坦でなくても、ウェーハ保持板12は定盤20の
表面の凹凸に追従し、上下動、傾斜動をする。よって、
ウェーハWの平坦性は影響を受けない。
面が平坦でなくても、ウェーハ保持板12は定盤20の
表面の凹凸に追従し、上下動、傾斜動をする。よって、
ウェーハWの平坦性は影響を受けない。
【0056】上記3つの利点に示したように、本発明の
ウェーハ研磨装置においては、各々のウェーハWは相互
に干渉することなく独立している。これは、毎葉式ウェ
ーハ研磨装置と同じであり平坦性の高い研磨ができる。
ウェーハ研磨装置においては、各々のウェーハWは相互
に干渉することなく独立している。これは、毎葉式ウェ
ーハ研磨装置と同じであり平坦性の高い研磨ができる。
【0057】次に製造コストに大きな影響を及ぼす研磨
装置1台当りの処理量について、本発明のウェーハ研磨
装置10aを用いる場合について説明する。
装置1台当りの処理量について、本発明のウェーハ研磨
装置10aを用いる場合について説明する。
【0058】ウェーハWを保持する高剛性領域のウェー
ハ保持部12aはウェーハ保持板12内に密に配置され
ている。ウェーハWと高剛性領域のウェーハ保持部12
aは、ほぼ同じ寸法であるので、バッチ式ウェーハ研磨
装置60におけるウェーハWのウェーハ保持板12への
充填密度とほぼ同等にできる。さらに、ウェーハ保持板
12の定盤20上への充填密度もバッチ式ウェーハ研磨
装置60と同等にできる。即ち、研磨装置1台当りで処
理できるウェーハWの枚数はバッチ式ウェーハ研磨装置
60と同等である。
ハ保持部12aはウェーハ保持板12内に密に配置され
ている。ウェーハWと高剛性領域のウェーハ保持部12
aは、ほぼ同じ寸法であるので、バッチ式ウェーハ研磨
装置60におけるウェーハWのウェーハ保持板12への
充填密度とほぼ同等にできる。さらに、ウェーハ保持板
12の定盤20上への充填密度もバッチ式ウェーハ研磨
装置60と同等にできる。即ち、研磨装置1台当りで処
理できるウェーハWの枚数はバッチ式ウェーハ研磨装置
60と同等である。
【0059】また、本発明のウェーハ研磨装置10aの
構成はウェーハ保持板12とウェーハ保持板12への押
圧機構が前述したバッチ式ウェーハ研磨装置60とは異
なるが、他の構成部分は同じである。よって、本発明の
ウェーハ研磨装置10aの価格もバッチ式ウェーハ研磨
装置の価格とほぼ同等である。
構成はウェーハ保持板12とウェーハ保持板12への押
圧機構が前述したバッチ式ウェーハ研磨装置60とは異
なるが、他の構成部分は同じである。よって、本発明の
ウェーハ研磨装置10aの価格もバッチ式ウェーハ研磨
装置の価格とほぼ同等である。
【0060】また、本発明のウェーハ研磨装置10aの
寸法、即ち、設置スペースもバッチ式ウェーハ研磨装置
のそれとほぼ同等である。従って、本発明のウェーハ研
磨装置10aの製造コストはバッチ式ウェーハ研磨装置
と大差ない。このように本発明のウェーハ研磨装置10
aは、毎葉式ウェーハ研磨装置における平坦性が高いと
いう利点とバッチ式ウェーハ研磨装置における製造コス
トが低いという利点を共に持つことができる。
寸法、即ち、設置スペースもバッチ式ウェーハ研磨装置
のそれとほぼ同等である。従って、本発明のウェーハ研
磨装置10aの製造コストはバッチ式ウェーハ研磨装置
と大差ない。このように本発明のウェーハ研磨装置10
aは、毎葉式ウェーハ研磨装置における平坦性が高いと
いう利点とバッチ式ウェーハ研磨装置における製造コス
トが低いという利点を共に持つことができる。
【0061】上記のように、本発明のウェーハ研磨装置
は、毎葉式ウェーハ研磨装置における平坦性、バッチ式
ウェーハ研磨装置における低コストという2つの利点を
獲得することができる。
は、毎葉式ウェーハ研磨装置における平坦性、バッチ式
ウェーハ研磨装置における低コストという2つの利点を
獲得することができる。
【0062】なお、ここまでは説明の都合上、特定の技
術のみを記したが、下記する技術も採用できることは言
うまでもない。
術のみを記したが、下記する技術も採用できることは言
うまでもない。
【0063】搬送に関しては、ウェーハWをワックスで
ウェーハ保持板12に接着したものを搬送する方法、ト
ップリング15の回転に関しては強制駆動による方法、
研磨荷重の賦与に関してはエアシリンダーで押圧する方
法などを採用することができる。
ウェーハ保持板12に接着したものを搬送する方法、ト
ップリング15の回転に関しては強制駆動による方法、
研磨荷重の賦与に関してはエアシリンダーで押圧する方
法などを採用することができる。
【0064】また、本発明のウェーハ研磨装置において
は、ウェーハ側から見れば毎葉式ウェーハ研磨装置で研
磨されているのと同じことであり、同じ注意が必要であ
る。特に弾性作用体74の圧縮により発生する力の合力
は、ウェーハの重心に作用させなければならない。さも
ないとウェーハWはテーパ状に研磨されてしまう。
は、ウェーハ側から見れば毎葉式ウェーハ研磨装置で研
磨されているのと同じことであり、同じ注意が必要であ
る。特に弾性作用体74の圧縮により発生する力の合力
は、ウェーハの重心に作用させなければならない。さも
ないとウェーハWはテーパ状に研磨されてしまう。
【0065】次に、図2に示した本発明のウェーハ研磨
装置の他の実施の形態を説明する。図2において、本発
明のウェーハ研磨装置10bは、研磨ヘッド11を構成
するウェーハ保持板12に保持されたウェーハWを、定
盤20に貼着された研磨布14に、荷重手段(デッドウ
ェイト)70によって所定の研磨荷重で押圧することに
よって、ウェーハWの片面に研磨加工を施す。
装置の他の実施の形態を説明する。図2において、本発
明のウェーハ研磨装置10bは、研磨ヘッド11を構成
するウェーハ保持板12に保持されたウェーハWを、定
盤20に貼着された研磨布14に、荷重手段(デッドウ
ェイト)70によって所定の研磨荷重で押圧することに
よって、ウェーハWの片面に研磨加工を施す。
【0066】このウェーハ研磨装置10bにおいては、
複数個のウェーハ保持板12を弾性作用体74を介して
高剛性円形板84の表面に配設することによって集合形
ウェーハ保持板86が構成される。
複数個のウェーハ保持板12を弾性作用体74を介して
高剛性円形板84の表面に配設することによって集合形
ウェーハ保持板86が構成される。
【0067】この集合形ウェーハ保持板86はさらに弾
性作用体75を介して高剛性構造体(トップリング)1
5の表面に着脱可能に配設することによって研磨ヘッド
11が構成される。この集合形ウェーハ保持板86を着
脱可能とすることによって、搬送、洗浄などを容易に行
うことができるという利点がある。
性作用体75を介して高剛性構造体(トップリング)1
5の表面に着脱可能に配設することによって研磨ヘッド
11が構成される。この集合形ウェーハ保持板86を着
脱可能とすることによって、搬送、洗浄などを容易に行
うことができるという利点がある。
【0068】この構成の場合、ウェーハWはウェーハ保
持板12の表面にワックスで接着し保持される。なお、
高剛性円形板84の機能は、複数のウェーハ保持板12
がバラバラにならないよう結合しておくためのものであ
る。弾性作用体75がウェーハ保持板12と同じ大きさ
で、同じ位置に配設されている場合は、高剛性円形板8
4の剛性は大きくなくてもよい。しかし、集合形ウェー
ハ保持板86とトップリング15の位置決めを容易にす
るため、弾性作用体75を高剛性円形板84と同じ大き
さにする場合、高剛性円形板84は剛性が大きいほうが
望ましい。
持板12の表面にワックスで接着し保持される。なお、
高剛性円形板84の機能は、複数のウェーハ保持板12
がバラバラにならないよう結合しておくためのものであ
る。弾性作用体75がウェーハ保持板12と同じ大きさ
で、同じ位置に配設されている場合は、高剛性円形板8
4の剛性は大きくなくてもよい。しかし、集合形ウェー
ハ保持板86とトップリング15の位置決めを容易にす
るため、弾性作用体75を高剛性円形板84と同じ大き
さにする場合、高剛性円形板84は剛性が大きいほうが
望ましい。
【0069】続いて、図3及び図4を参照して、図5に
示した本発明のウェーハ研磨装置の別の実施の形態を説
明する。図3に極端に記したように、研磨時、ウェーハ
Wと研磨布14の間に作用する摩擦力により、ウェーハ
保持板12は研磨布14に対して平行に維持されなくな
り傾斜する。そして、ウェーハWに作用する研磨圧力は
不均一になる。この研磨圧力の不均一の度合いは、ウェ
ーハ保持板12の厚さと、ウェーハWと研磨布14との
間の動摩擦係数に比例し、ウェーハWの直径に反比例す
る。
示した本発明のウェーハ研磨装置の別の実施の形態を説
明する。図3に極端に記したように、研磨時、ウェーハ
Wと研磨布14の間に作用する摩擦力により、ウェーハ
保持板12は研磨布14に対して平行に維持されなくな
り傾斜する。そして、ウェーハWに作用する研磨圧力は
不均一になる。この研磨圧力の不均一の度合いは、ウェ
ーハ保持板12の厚さと、ウェーハWと研磨布14との
間の動摩擦係数に比例し、ウェーハWの直径に反比例す
る。
【0070】前記したウェーハ保持板12の厚さが無制
限に厚くできない訳はここにある。ウェーハ保持板12
の厚さに制限を加えると、研磨圧力の不均一の度合いは
小さく抑えることができる上、トップリング15の自転
によりウェーハ表面に作用する研磨布の摺擦方向が逆転
するので、研磨圧力の不均一度合も逆転し互いに打ち消
し合い、ウェーハWの平坦性には大きな影響を及ぼさな
い。
限に厚くできない訳はここにある。ウェーハ保持板12
の厚さに制限を加えると、研磨圧力の不均一の度合いは
小さく抑えることができる上、トップリング15の自転
によりウェーハ表面に作用する研磨布の摺擦方向が逆転
するので、研磨圧力の不均一度合も逆転し互いに打ち消
し合い、ウェーハWの平坦性には大きな影響を及ぼさな
い。
【0071】しかし、不均一性が全くない方が好まし
い。図5に示した本発明のウェーハ研磨装置10cによ
れば、力学的にこの不均一性をなくすことができる。
い。図5に示した本発明のウェーハ研磨装置10cによ
れば、力学的にこの不均一性をなくすことができる。
【0072】図4の球面軸受けの力のバランスの原理図
に示すように、ウェーハWの研磨される面の中心を中心
とする球面を作動面とし、この作動面の作動抵抗がゼロ
であるならば、ウェーハ保持板12の表面と研磨布14
は、摩擦力が存在しても、平行に維持され、ウェーハW
表面の研磨圧力分布は均一になることが証明されてい
る。
に示すように、ウェーハWの研磨される面の中心を中心
とする球面を作動面とし、この作動面の作動抵抗がゼロ
であるならば、ウェーハ保持板12の表面と研磨布14
は、摩擦力が存在しても、平行に維持され、ウェーハW
表面の研磨圧力分布は均一になることが証明されてい
る。
【0073】そこで、この原理を応用して、図5に示す
集合型研磨ヘッドを有するウェーハ研磨装置10cを発
明した。
集合型研磨ヘッドを有するウェーハ研磨装置10cを発
明した。
【0074】図5において、10cは本発明に係るウェ
ーハ研磨装置で、図1の場合と同様に、定盤20に貼着
された研磨布14の上方には研磨ヘッド11が吊り具4
2の下端部に吊られた状態で上下動可能に対向して設け
られている。該研磨ヘッド11は、高剛性構造体(図示
例ではトップリング)15を有しており、該トップリン
グ15上には、ウェーハWに研磨圧力を与える荷重手段
(図示例ではデッドウェイト)70が乗せられている。
ーハ研磨装置で、図1の場合と同様に、定盤20に貼着
された研磨布14の上方には研磨ヘッド11が吊り具4
2の下端部に吊られた状態で上下動可能に対向して設け
られている。該研磨ヘッド11は、高剛性構造体(図示
例ではトップリング)15を有しており、該トップリン
グ15上には、ウェーハWに研磨圧力を与える荷重手段
(図示例ではデッドウェイト)70が乗せられている。
【0075】該ウェーハ保持板12の上面に、ウェーハ
Wの研磨される面の中心を中心とする凸球面よりなる凸
球面状作動面Aを設け、該ウェーハ保持板12の傾斜動
に必要な高剛性構造体(トップリング)15との相対的
な動きをこの凸球面状作動面Aに負わせる。
Wの研磨される面の中心を中心とする凸球面よりなる凸
球面状作動面Aを設け、該ウェーハ保持板12の傾斜動
に必要な高剛性構造体(トップリング)15との相対的
な動きをこの凸球面状作動面Aに負わせる。
【0076】該高剛性構造体(トップリング)15の下
面には、凹球面状受け部Bが設けられている。該凸球面
状作動面Aと凹球面状受け部Bとは弾性作用体74を介
在させて互いに係合するように設けられている。この弾
性作用体74はウェーハ保持板12の上下動を容易に吸
収することができる。ウェーハ保持板12の傾斜の動き
は、球面状では凹凸球面の接線方向の移動の動きとなる
が、その移動距離は極僅かである。従って凹凸球面間に
介在してある弾性作用体74の変位も僅かであり、球面
の作動抵抗は実質的にゼロとなる。
面には、凹球面状受け部Bが設けられている。該凸球面
状作動面Aと凹球面状受け部Bとは弾性作用体74を介
在させて互いに係合するように設けられている。この弾
性作用体74はウェーハ保持板12の上下動を容易に吸
収することができる。ウェーハ保持板12の傾斜の動き
は、球面状では凹凸球面の接線方向の移動の動きとなる
が、その移動距離は極僅かである。従って凹凸球面間に
介在してある弾性作用体74の変位も僅かであり、球面
の作動抵抗は実質的にゼロとなる。
【0077】上記説明では、シリコンウェーハ等の半導
体ウェーハの研磨について説明したが、本発明が半導体
ウェーハ以外の薄板、例えば、石英マスク基板等の石英
薄板等にも適用可能なことは勿論である。
体ウェーハの研磨について説明したが、本発明が半導体
ウェーハ以外の薄板、例えば、石英マスク基板等の石英
薄板等にも適用可能なことは勿論である。
【0078】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明のウェーハ研
磨装置は、その製造コストが低く、かつ平坦性の高い状
態でウェーハの研磨を行うことができるという効果を奏
する。本発明のウェーハ研磨方法によれば、研磨荷重を
均等に分布した状態でウェーハの研磨を行うことがで
き、平坦性の高いウェーハを得ることが可能となる。
磨装置は、その製造コストが低く、かつ平坦性の高い状
態でウェーハの研磨を行うことができるという効果を奏
する。本発明のウェーハ研磨方法によれば、研磨荷重を
均等に分布した状態でウェーハの研磨を行うことがで
き、平坦性の高いウェーハを得ることが可能となる。
【図1】 本発明のウェーハ研磨装置の一つの実施の形
態を示す側面的概略説明図である。
態を示す側面的概略説明図である。
【図2】 本発明のウェーハ研磨装置の他の実施の形態
を示す側面的概略説明図である。
を示す側面的概略説明図である。
【図3】 動摩擦起因の研磨圧力分布を示す図面で、
(a)は押圧のみの時のウェーハ保持板と研磨布の位置
関係を示す側面的概略説明図、(b)は押圧のみの時の
研磨圧力分布を示す図面、(c)は研磨時のウェーハ保
持板と研磨布の位置関係を示す側面的概略説明図、
(d)は研磨時の研磨圧力分布を示す図面である。
(a)は押圧のみの時のウェーハ保持板と研磨布の位置
関係を示す側面的概略説明図、(b)は押圧のみの時の
研磨圧力分布を示す図面、(c)は研磨時のウェーハ保
持板と研磨布の位置関係を示す側面的概略説明図、
(d)は研磨時の研磨圧力分布を示す図面である。
【図4】 球面軸受けの力のバランスの原理図である。
【図5】 本発明のウェーハ研磨装置の別の実施の形態
を示す側面的概略説明図である。
を示す側面的概略説明図である。
【図6】 本発明のウェーハ研磨装置におけるウェーハ
厚さ変動に対する緩衝作用を示す側面的説明図である。
厚さ変動に対する緩衝作用を示す側面的説明図である。
【図7】 本発明のウェーハ研磨装置における低平坦定
盤面への追従作用を示す側面的説明図である。
盤面への追従作用を示す側面的説明図である。
【図8】 従来のウェーハ研磨装置の1例を示す断面的
側面概略説明図である。
側面概略説明図である。
【図9】 毎葉式ウェーハ研磨装置の要部の1例を示す
断面的側面概略説明図である。
断面的側面概略説明図である。
【図10】 毎葉式ウェーハ研磨装置における軸の設置
本数に応じた定盤とウェーハ保持板の配置関係を示す説
明図で、(a)は1軸の場合、(b)は2軸の場合、
(c)は6軸の場合をそれぞれ示す。
本数に応じた定盤とウェーハ保持板の配置関係を示す説
明図で、(a)は1軸の場合、(b)は2軸の場合、
(c)は6軸の場合をそれぞれ示す。
【図11】 バッチ式ウェーハ研磨装置の要部の1例を
示す断面的側面概略説明図である。
示す断面的側面概略説明図である。
【図12】 バッチ式ウェーハ研磨装置における定盤と
ウェーハ保持板の配置関係を示す説明図である。
ウェーハ保持板の配置関係を示す説明図である。
【図13】 バッチ式ウェーハ研磨装置によって厚さの
異なるウェーハを研磨した場合の概念的側面説明図で、
(a)はウェーハ接着状態、(b)は研磨開始時、
(c)は研磨終了時をそれぞれ示す。
異なるウェーハを研磨した場合の概念的側面説明図で、
(a)はウェーハ接着状態、(b)は研磨開始時、
(c)は研磨終了時をそれぞれ示す。
【図14】 バッチ式ウェーハ研磨装置におけるウェー
ハ保持板の変形によるウェーハ平坦度の悪化状態を示す
側面的説明図で、(a)はウェーハ接着状態、(b)は
研磨時をそれぞれ示す。
ハ保持板の変形によるウェーハ平坦度の悪化状態を示す
側面的説明図で、(a)はウェーハ接着状態、(b)は
研磨時をそれぞれ示す。
【図15】 バッチ式ウェーハ研磨装置における定盤の
平坦性が悪い場合の研磨状態を示す側面的説明図であ
る。
平坦性が悪い場合の研磨状態を示す側面的説明図であ
る。
【図16】 毎葉式ウェーハ研磨装置におけるウェーハ
保持板の弾性変形の影響を示す説明図である。
保持板の弾性変形の影響を示す説明図である。
【図17】 毎葉式ウェーハ研磨装置における定盤の平
坦性が悪い場合の研磨状態を示す側面的説明図である。
坦性が悪い場合の研磨状態を示す側面的説明図である。
10:従来のウェーハ研磨装置、10a,10b,10
c:本発明のウェーハ研磨装置、12:ウェーハ保持
板、14:研磨布、20:定盤、40:毎葉式ウェーハ
研磨装置、54:センターローラ、56:ガイドロー
ラ、60:バッチ式ウェーハ研磨装置、70:荷重手
段、74:弾性作用体、W:ウェーハ。
c:本発明のウェーハ研磨装置、12:ウェーハ保持
板、14:研磨布、20:定盤、40:毎葉式ウェーハ
研磨装置、54:センターローラ、56:ガイドロー
ラ、60:バッチ式ウェーハ研磨装置、70:荷重手
段、74:弾性作用体、W:ウェーハ。
Claims (9)
- 【請求項1】 研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に
保持されたウェーハを、定盤に貼着された研磨布に、荷
重手段によって所定の研磨荷重で押圧することによっ
て、該ウェーハの片面に研磨加工を施すウェーハ研磨装
置であって、複数個のウェーハ保持板を上下動並びに傾
斜動可能に高剛性構造体の表面に配設することによって
上記研磨ヘッドを構成することを特徴とするウェーハ研
磨装置。 - 【請求項2】 ウェーハの直径よりも直径の大きい高剛
性円板によって前記ウェーハ保持板を形成し、弾性作用
体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性構造体の表面
に配設することを特徴とする請求項1記載のウェーハ研
磨装置。 - 【請求項3】 前記ウェーハ保持板の上面に、ウェーハ
の研磨される面の中心を中心とする凸球面よりなる凸球
面状作動面を設け,該ウェーハ保持板の傾斜動に必要な
高剛性構造体との相対的な動きをこの凸球面状作動面に
負わせるようにしたことを特徴とする請求項1又は2記
載のウェーハ研磨装置。 - 【請求項4】 前記高剛性構造体の下面に凹球面状受け
部を設け、凸球面状作動面を該凹球面受け部に係合させ
た状態で前記ウェーハ保持板を該高剛性構造体の下面に
取りつけるようにしたことを特徴とする請求項3記載の
ウェーハ研磨装置。 - 【請求項5】 弾性作用体を介在させて,前記凸球面状
作動面と凹球面受け部とを係合させるようにしたことを
特徴とする請求項4記載のウェーハ研磨装置。 - 【請求項6】 研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に
保持された半導体ウェーハを、定盤に貼着された研磨布
に、荷重手段によって所定の研磨荷重で押圧することに
よって、該半導体ウェーハの片面に研磨加工を施すウェ
ーハ研磨装置であって、複数個のウェーハ保持板を上下
動並びに傾斜動可能に高剛性円形板の表面に配設するこ
とによって集合形ウェーハ保持板を構成し、該集合形ウ
ェーハ保持板を上下動並びに傾斜動可能に高剛性構造体
の表面に配設することによって上記研磨ヘッドを構成す
ることを特徴とするウェーハ研磨装置。 - 【請求項7】 ウェーハの直径よりも直径の大きい高剛
性円板によって前記ウェーハ保持板を形成し、弾性作用
体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性円形板の表面
に配設し、弾性作用体を介して前記集合形ウェーハ保持
板を前記高剛性構造体の表面に着脱可能に配設すること
を特徴とする請求項6記載のウェーハ研磨装置。 - 【請求項8】 前記弾性作用体が弾性体材料又は粘弾性
体材料であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか
1項記載のウェーハ研磨装置。 - 【請求項9】 ウェーハ保持板に保持されたウェーハを
定盤に貼着された研磨布に所定の研磨荷重で押圧するこ
とによって、該ウェーハの片面に研磨加工を施すウェー
ハ研磨方法であって、請求項1〜8のいずれか1項記載
のウェーハ研磨装置を用い、複数枚のウェーハに荷重を
均等に分布し、押圧することによって、各ウェーハを均
等に研磨するようにしたことを特徴とするウェーハ研磨
方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31114698A JP2000135669A (ja) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | ウェーハ研磨装置及び方法 |
PCT/JP1999/005811 WO2000025980A1 (fr) | 1998-10-30 | 1999-10-21 | Procede et dispositif servant a rectifier une tranche |
KR1020007005175A KR20010032054A (ko) | 1998-10-30 | 1999-10-21 | 웨이퍼 연마장치 및 방법 |
EP99949342A EP1080842A4 (en) | 1998-10-30 | 1999-10-21 | METHOD AND DEVICE FOR GRINDING A SEMICONDUCTOR DISC |
TW88118596A TW490754B (en) | 1998-10-30 | 1999-10-27 | Wafer polishing apparatus and method therefore |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31114698A JP2000135669A (ja) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | ウェーハ研磨装置及び方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000135669A true JP2000135669A (ja) | 2000-05-16 |
Family
ID=18013674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31114698A Pending JP2000135669A (ja) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | ウェーハ研磨装置及び方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000135669A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008049430A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ウエハーの研磨方法 |
KR20190084871A (ko) | 2018-01-09 | 2019-07-17 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 연마장치 및 연마방법 |
-
1998
- 1998-10-30 JP JP31114698A patent/JP2000135669A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008049430A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ウエハーの研磨方法 |
KR20190084871A (ko) | 2018-01-09 | 2019-07-17 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 연마장치 및 연마방법 |
CN110026881A (zh) * | 2018-01-09 | 2019-07-19 | 信越半导体株式会社 | 研磨装置及研磨方法 |
CN110026881B (zh) * | 2018-01-09 | 2022-04-01 | 信越半导体株式会社 | 研磨装置及研磨方法 |
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