JP2002057131A - ウェーハ研磨加工用定盤の形状制御機構 - Google Patents

ウェーハ研磨加工用定盤の形状制御機構

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JP2002057131A
JP2002057131A JP2000242083A JP2000242083A JP2002057131A JP 2002057131 A JP2002057131 A JP 2002057131A JP 2000242083 A JP2000242083 A JP 2000242083A JP 2000242083 A JP2000242083 A JP 2000242083A JP 2002057131 A JP2002057131 A JP 2002057131A
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JP
Japan
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shape
control means
shape control
wafer
polishing
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Application number
JP2000242083A
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English (en)
Inventor
Koichi Tanaka
好一 田中
Toshimori Aoki
利森 青木
Yoshifumi Matsumoto
善文 松本
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Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Hamai Co Ltd
Original Assignee
Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Hamai Co Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定盤1,2の間隙が一定になるように定盤
1,2を変形させ、ウェーハを平坦度の高い断面形状に
研磨仕上げする。 【構成】 ウェーハを仕込んだキャリアを下定盤1と上
定盤2との間に挟み、ウェーハ5の両面に研磨布を摺擦
させながらキャリアを自転・公転させることによりウェ
ーハを研磨加工する際、定盤部15と軸受13との間に
設けた形状制御手段17の変形に追従させて上下定盤
1,2を所定形状に変形させ、定盤1,2の間隙を一定
に維持する。形状制御手段17に発生する熱流束Hの方
向及び強さによって形状制御手段17を形状制御するこ
とができる。定盤部15は、断熱層18によって形状制
御手段17から熱的に遮断しておくことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、平坦度高くウェーハを
研磨仕上げするため、一定した定盤間隙が維持されるよ
うに定盤を形状制御する機構に関する。
【0002】
【従来技術及び問題点】インゴットからスライシングさ
れたウェーハは、ラッピングされた後、平坦形状に両面
研磨される。両面研磨では、複数のウェーハを収容した
キャリアを下定盤と上定盤との間に挟み、上下定盤に貼
り付けられた研磨布で個々のウェーハを表面加工するホ
フマン方式の両面研磨装置が多用されている。研磨され
たウェーハを観察すると多数が中凹や中凸の断面形状に
なっているが、断面形状を強制し平坦化する技術が確立
されていない。これは、研磨布を用いた研磨加工が機械
的作用及び化学的作用が複合したメカノケミカル研磨に
属し、研磨品の形状に及ぼす因子の数が多いだけでな
く、スラリーの廻り込み,研磨布の温度分布,研磨布の
目詰り状態や劣化,経時変化等、種々の因子が複雑に絡
み合っているため、形状が定まるメカニズムの解明が困
難なことに原因がある。
【0003】そこで、従来法では、ウェーハの断面形状
に影響を及ぼす因子を適当に選択し、個々の因子の水準
を変えて研磨することにより、それぞれの因子が形状に
及ぼす影響を調査する。このような調査を種々の要因に
ついて繰り返すことにより、研磨されたウェーハが平坦
な形状になることもある。しかし、断面形状に及ぼす各
因子の影響が不明な状況で形状最適化のために試行錯誤
を繰り返すことは、多大な労力及び時間を消費すること
を意味し、生産性向上のネックになっている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、定盤部と軸受と
の間に配置した形状制御手段により定盤形状を制御し、
ウェーハを平坦度高く研磨仕上げすることを目的とす
る。
【0005】本発明は、その目的を達成するため、ウェ
ーハを仕込んだキャリアを下定盤と上定盤との間に挟
み、ウェーハの両面に研磨布を摺擦させながらキャリア
を自転・公転させることによりウェーハを研磨加工する
研磨装置において、冷却水通路を介して上下定盤それぞ
れに接合されたバックアップ部材が接合された定盤部と
該定盤部を回転可能に支持する軸受との間に形状制御手
段を設け、該形状制御手段の変形に追従させて上下定盤
を所定形状に変形させることを特徴とする。
【0006】定盤部と形状制御手段との間には、形状制
御手段から定盤部を熱的に遮断する断熱層を設けること
が好ましい。定盤としては、変形しやすいように、研磨
布が貼りつけられている表面に溝が刻設することにより
剛性を低下させた定盤が好ましい。形状制御手段の変形
手段としては、形状制御手段に加える荷重を部分的に変
える方法も採用できるが、形状制御手段に発生する熱流
束の方向及び強さを調整して形状制御手段を変形させる
方が容易である。
【0007】
【実施の形態】下定盤1に上定盤2が均等間隙で対向し
ている場合、定盤1,2に貼られた研磨布3,4の圧縮
変形量が均一になるため、研磨中のウェーハ5に加わる
接触圧力Pも均一になる(図1a)。この状態では、接
触圧力Pに比例した除去量でウェーハ5が加工されるた
め、研磨加工されたウェーハ5は平坦度の高い断面形状
になる。均等な接触圧力Pがウェーハ5に加わるか否か
は、定盤1,2の平面形状に直接的には依存しない。た
とえば、定盤1,2に同じ反り(図1b)があっても平
面に近い形状であると、僅かな荷重でもウェーハ5が容
易に変形するのでウェーハ5に均等な接触圧力Pが作用
する。
【0008】実際の研磨装置では、定盤1,2が完全に
均等な間隔で対向すること(図1a)や同じ曲率で反っ
ていること(図1b)はなく、定盤1,2の反りの違い
によって中央部が広くなった間隙(図2a)や狭くなっ
た間隙(図2b)が定盤1,2の間に生じる。なお、図
2では、間隙の変化を下定盤1の反りで代表させている
が上定盤2の形状、或いは上下定盤1,2の形状が変わ
っても同様な間隙の変化が生じる。
【0009】中央部が広くなった間隙が生じている場
合、接触圧力Pは定盤1,2の内側方向に向かって低
く、外側方向に向かって高くなる。接触圧力Pの平均値
は、ウェーハ5の中心Cを通る円周(以下、接触圧平均
円周Pavという)上に位置する。接触圧平均円周Pa
vより外側が高接触圧領域Ph,内側が低接触圧領域P
lになる。研磨加工中にウェーハ5が自転しているの
で、ウェーハ5上の任意の点pは高接触圧領域Phと低
接触圧領域Plとの間を往復するが、点pの滞在時間は
高接触圧領域Phの方が低接触圧領域Plよりも長くな
る。その結果、ウェーハ5の外周部が内周部よりも多量
に研磨され、中凸状の断面形状をもつウェーハ5とな
る。
【0010】中央部が狭くなった間隙が生じている場合
(図2b)、逆に定盤1,2の外側方向に向かって低
く、内側方向に向かって高くなる接触圧分布になる。こ
の接触圧分布に対応して、中凹状の断面形状にウェーハ
5が研磨加工される。本発明に従った研磨装置では、ウ
ェーハ5の断面形状に影響を及ぼす定盤1,2の断面形
状を熱的又は機械的に制御するため、基台11に固定し
たフレーム12に軸受13を介し、下定盤1支持用の定
盤構造体10を設けている(図3)。下定盤1には、後
述の形状制御手段17の変形に追従しやすいように、研
磨布が貼り付けられる側の表面に溝を刻設することによ
り剛性を低下させることもできる。溝の刻設により、形
状制御手段17に追従して変形する下定盤1の領域が拡
大する。
【0011】定盤構造体10は、研磨布を貼り付けた下
定盤1をバックアップ部材14に重ね合わせた定盤部1
5をもち、下定盤1とバックアップ部材14との間に冷
却水通路16を形成している。冷却水通路16は、研磨
加工中に発生した摩擦熱を研磨布から除去し、研磨布の
表面温度を一定に維持する作用を呈する。軸受13には
転がり軸受,滑り軸受等が使用されるが、定盤1,2の
回転時に発生する摩擦熱を除去するため、冷却水流路1
9(図5)を軸受13の下部に設けている。
【0012】肉厚の下定盤1及びバックアップ部材14
を接合した構造をもつ定盤部15は、一般的な基準では
剛性が非常に高い構造体といえる。しかし、研磨加工さ
れるウェーハ5の断面形状に影響を及ぼすような変形量
の小さな範囲では、剛性の高い構造体とはいえず、たと
えば下定盤1を吊り下げると自重で100μm程度の変
形が生じる。そこで、定盤構造体10と軸受13との間
に形状制御手段17及び断熱層18を介在させ、形状制
御手段17の変形に追従して定盤部15が弾性変形する
構造としている。ただし、それぞれが独立した熱収支を
維持できるように、定盤部15と形状制御手段17との
間を断熱層18で熱的に遮断することが好ましい。
【0013】定盤部15の形状制御のために形状制御手
段17の形状を変化させる方法としては、形状制御手段
17に加える荷重を部分的に変化させる機械的な方法も
採用できるが、形状制御手段17の温度分布を変える方
法が容易である。すなわち、軸受13側から定盤部15
側に流れる熱流束Hがあると形状制御手段17が上に凹
に変形し(図4a)、逆方向の熱流束Hがあると形状制
御手段17が上に凸に変形する(図4b)。また、熱流
束Hが大きくなると、形状制御手段17の変形量が大き
くなる(図4c、d)。そこで、研磨加工中のウェーハ
5に加わる荷重を測定し、測定値から定盤1,2の間隙
形状を判定し、判定結果に応じた熱流束Hを発生させる
と形状制御手段17の変形によって定盤1,2の間隙が
一定化される。
【0014】形状制御手段17を所定形状に変形させる
ために必要な熱流束Hは、形状制御手段17の断熱層1
8側と軸受13側との間に温度差を付けることによって
得られる。具体的には、冷却水通路16に送り込まれる
冷却水の温度及び流量によって調整することが好まし
い。他方、軸受13用の冷却水流路19には、下定盤1
の回転数が一定、ひいては発熱量も一定であることから
熱的な安定を図る上で、温度及び流量を一定にした冷却
水を供給することが好ましい。なお、冷却水で除去され
なかった摩擦熱Fは、形状制御手段17から大気中への
放散や形状制御手段17に接触するスラリーによって除
去される(図5)。
【0015】必要とする熱流束Hは、形状制御手段17
の断熱層18側及び軸受13側それぞれの端部近傍に流
体通路21,22を穿設し、流体通路21又は22に温
度管理された冷却水又は温水を供給することによっても
得られる(図6)。或いは、形状制御手段17と断熱層
18及び軸受13との間に発熱体23,24を介装し、
発熱体23又は24で形状制御手段17の端部近傍を積
極的に加熱することによっても必要な熱流束Hが得られ
る。更には、冷却水による形状制御手段17の冷却と温
水又は発熱体23,24による形状制御手段17の加熱
を併用して、形状制御手段17を所定形状に変形させる
こともできる。
【0016】以上においては下定盤1を変形させる機構
を説明したが、同様な設備構成で上定盤2を所定形状に
変形できることは勿論である。この場合、上定盤2の変
形に必要な熱流束Hを発生させるため、前述の形状制御
手段17と同様な上定盤2用形状制御手段をバックアッ
プ部材と上定盤2用軸受との間に介在させる。
【0017】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、定盤部と軸受との間に介在させた形状制御手段の形
状変化に追従して定盤を変形させ、上下定盤の間隙を一
定に維持している。そのため、一定した間隙に維持され
た上下定盤の間でウェーハが研磨加工されるので、平坦
度の高い断面形状をもつウェーハが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 研磨されたウェーハの断面形状に及ぼす上下
定盤の間隙の影響を説明する図
【図2】 不均一な間隙をもつ上下定盤で研磨されたウ
ェーハが中凹又は中凸の断面形状になることを説明する
【図3】 本発明に従った形状制御手段を定盤部と軸受
との間に介在させた研磨装置の概略断面図
【図4】 熱流束に応じた形状制御手段の変形を示す図
【図5】 軸受で発生した摩擦熱の放出経路を説明する
【図6】 流体通路及び発熱体を備えた形状制御手段を
組み込んだ研磨装置の一部断面図
【符号の説明】
1:下定盤 2:上定盤 3,4:研磨布 5:
ウェーハ 10:定盤構造体 11:基台 12:フレーム
13:軸受 14:バックアップ部材 15:定
盤部 16:冷却水通路 17:形状制御手段
18:断熱層 19:冷却水流路 21,22:流
体通路 23,24:発熱体 P:接触圧力 H:熱流束 F:摩擦熱
【手続補正書】
【提出日】平成13年1月15日(2001.1.1
5)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B24B 37/04 B24B 37/04 A F 55/02 55/02 B (72)発明者 青木 利森 栃木県足利市福富新町1480番地 浜井産業 株式会社内 (72)発明者 松本 善文 栃木県足利市福富新町1480番地 浜井産業 株式会社内 Fターム(参考) 3C047 EE00 FF08 3C058 AA09 AA12 AA14 AC01 BA08 BB01 BB04 BC02 CB01 DA06 DA18

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウェーハを仕込んだキャリアを下定盤と
    上定盤との間に挟み、ウェーハの両面に研磨布を摺擦さ
    せながらキャリアを自転・公転させることによりウェー
    ハを研磨加工する研磨装置において、冷却水通路を介し
    て上下定盤それぞれに接合されたバックアップ部材が接
    合された定盤部と該定盤部を回転可能に支持する軸受と
    の間に形状制御手段が設けられており、該形状制御手段
    の変形に追従させて上下定盤を所定形状に変形させるこ
    とを特徴とするウェーハ研磨加工用定盤の形状制御機
    構。
  2. 【請求項2】 研磨加工中の形状制御手段に発生する熱
    流束の方向及び強さによって形状制御手段を形状制御す
    る請求項1記載の形状制御機構。
  3. 【請求項3】 定盤部と形状制御手段との間に断熱層を
    介装している請求項1記載の形状制御機構。
  4. 【請求項4】 研磨布が貼り付けられている定盤の表面
    に溝が刻設されている請求項1記載の形状制御機構。
JP2000242083A 2000-08-10 2000-08-10 ウェーハ研磨加工用定盤の形状制御機構 Pending JP2002057131A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101050089B1 (ko) 2010-03-10 2011-07-19 주식회사 엘지실트론 웨이퍼의 양면 가공장치
JP2012176449A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Ebara Corp 研磨パッドの温度調整機構を備えた研磨装置
JP2013094954A (ja) * 2011-11-07 2013-05-20 Shin Etsu Handotai Co Ltd 両面研磨方法

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KR101050089B1 (ko) 2010-03-10 2011-07-19 주식회사 엘지실트론 웨이퍼의 양면 가공장치
JP2012176449A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Ebara Corp 研磨パッドの温度調整機構を備えた研磨装置
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