JP2002254301A - 研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被研磨物の両面の平坦度を高め、ＴＴＶ精度
を高める。 【解決手段】 上下定盤間に位置し、太陽ギアとインタ
ーナルギアとの協働により同一方向に公転、正逆方向に
交互に自転可能なキャリアに保持した被研磨物の両面を
研磨する研磨方法及び研磨装置において、キャリアの自
転時における逆方向への自転速度を正方向への自転速度
よりも速く設定する。このように構成することにより、
キャリアの逆方向への自転時間を短く、正方向への自転
時間を長くとることができるので、被研磨物によって加
工取り代が異なる量産現場であっても、正方向への自転
で研磨加工を終了させることができるので、被研磨物の
両面の平坦度を高めることができ、ＴＴＶ精度を高める
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、上下定盤間に位
置したキャリアを太陽ギアとインターナルギアとの協働
により公転、自転させることにより、キャリアに保持し
た被研磨物の両面を研磨する研磨方法及び研磨装置に関
するものである。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】研磨装置には種々のタイ
プのものがあり、例えば、回転可能に設けられる下定盤
と、下定盤の上方に回転可能かつ上下動可能に設けられ
る上定盤と、下定盤の中心部に回転可能に設けられる太
陽ギアと、下定盤の外周部に回転可能に設けられるイン
ターナルギアと、太陽ギアとインターナルギアとの間に
噛合されるとともに、半導体ウエハ等の被研磨物を保持
可能なキャリアとを具えたものが市場に提供されてい
る。

【０００３】そして、このような構成の研磨装置を用い
て被研磨物の両面の研磨を行う場合に、被研磨物の両面
の平坦度を高め、ＴＴＶ精度を高めるためには、「研
磨加工中、上下定盤の定盤面を平坦に保つ」、「研磨
加工を正方向への自転で終了する」の２つの条件を満た
すことが必要である。

【０００４】ここで、の条件が必要とされるのは、被
研磨物の両面の平坦度は上下定盤の定盤面の平坦度の転
写であるため、上下定盤の定盤面を平坦に保つことによ
り被研磨物の両面を高平坦度に仕上げることができるか
らである。また、の条件が必要とされるのは、正方向
への自転の方が逆方向への自転よりもキャリア内で被研
磨物がスピンし易くなるため、被研磨物のテーパー形状
が少なくなり、高平坦度が達成できるからである。

【０００５】このような条件を満たした研磨方法及び研
磨装置の一例が特開平３−２５１３６３号公報、特開平
１０−１１３８６０号公報に記載されている。これらの
研磨方法及び研磨装置は、上下定盤間でキャリアを下定
盤と同一方向（反時計方向）に公転、正方向（時計方
向）、逆方向（反時計方向）に交互に自転させるととも
に、正方向への自転で研磨加工を終了させるように構成
したものである。

【０００６】ここで、キャリアを正方向、逆方向に交互
に自転させているのは、キャリアの自転方向が下定盤の
回転方向と逆の場合には下定盤の定盤面は凸、上定盤の
定盤面は凹となり、キャリアの自転方向が下定盤の回転
方向と同じ場合には下定盤の定盤面は凹、上定盤の定盤
面は凸となるため、キャリアを正方向、逆方向に交互に
自転させることにより、上下定盤の定盤面を平坦に保つ
ことができるからである（図５参照）。また、正方向へ
の自転で研磨加工を終了させているのは、正方向への自
転の方が逆方向への自転よりもキャリア内で被研磨物が
スピンし易くなるため、被研磨物のテーパー形状が少な
くなり、高平坦度が得られるからである（図６参照）。

【０００７】しかしながら、上記のような構成の研磨方
法及び研磨装置にあっては、キャリアの自転時の正方向
への自転速度と逆方向への自転速度を同じに設定してい
るため、上下定盤の定盤面を平坦に保つためには逆方向
への自転時間を長くとらなければならない（図７参
照）。

【０００８】すなわち、上下定盤は、キャリアの回転速
度と上下定盤の回転速度の相対速度に比例して磨耗して
行き、キャリアの正方向への自転では、外周部の相対速
度が一番速く、磨耗が一番速く、逆方向への自転では、
内周部の相対速度が一番速く、磨耗が一番速くなる。こ
の場合、相対速度が最大となる部分の定盤半径は正方向
への自転の方が逆方向への自転よりも大きいため、正方
向への自転の方が逆方向への自転よりも相対速度が速
く、磨耗が速くなる（図８、９参照）。

【０００９】したがって、被研磨物によって加工取り代
が異なる量産現場では、逆方向への自転で研磨加工が終
了してしまうことがあり、加工精度が悪くなり、ＴＴＶ
精度が悪くなってしまう。

【００１０】この発明は前記のような従来のもののもつ
問題点を解決したものであって、被研磨物によって加工
取り代が異なる量産現場であっても、「研磨加工中、上
下定盤の定盤面を平坦に保つ」、「研磨加工を正方向へ
の自転で終了する」の２つの条件を満たすことが可能で
あって、被研磨物の両面の平坦度を高めることができ、
ＴＴＶ精度を高めることができる研磨方法及び研磨装置
を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【問題点を解決するための手段】上記の問題点を解決す
るためにこの発明は、上下定盤間に位置したキャリアを
太陽ギアとインターナルギアとの協働により公転、自転
させることにより、キャリアに保持した被研磨物の両面
を研磨する研磨方法において、前記キャリアの自転時の
逆方向への自転速度を正方向への自転速度よりも速くし
た手段を採用したものである。また、上下定盤間に位置
したキャリアを太陽ギアとインターナルギアとの協働に
より公転、自転させることにより、キャリアに保持した
被研磨物の両面を研磨する研磨装置において、前記キャ
リアの自転時の逆方向への自転速度を正方向への自転速
度よりも速くした手段を採用したものである。

【００１２】

【作用】この発明は上記のような手段を採用したことに
より、上下定盤間にキャリアを位置し、太陽ギアとイン
ターナルギアとの協働によりキャリアを同一方向に公
転、正方向、逆方向に交互に自転させることにより、キ
ャリアに保持した半導体ウエハ等の被研磨物の両面が研
磨される。この場合、キャリアの自転時の逆方向への自
転速度を正方向への自転速度よりも速く設定してあるの
で、逆方向への自転時間を短く、正方向への自転時間を
長くすることができ、被研磨物によって加工取り代が異
なる量産現場であっても、正方向への自転で研磨加工を
終了させることができ、被研磨物の両面を高平坦度とす
ることができ、ＴＴＶ精度を高めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に示すこの発明の実施
の形態について説明する。図１には、この発明による研
磨装置の一実施の形態が示されていて、この研磨装置
は、回転可能に設けられる下定盤１と、下定盤１の駆動
源（図示せず）と、下定盤１の中心部に回転可能に設け
られるドライバ３と、ドライバ３の駆動源（図示せず）
と、下定盤１の上方に回転可能かつ上下動可能に設けら
れる上定盤１１と、ドライバ３の外周側に回転可能に設
けられる太陽ギア６と、太陽ギア６の駆動源（図示せ
ず）と、下定盤１の外周側に回転可能に設けられるイン
ターナルギア７と、インターナルギア７の駆動源（図示
せず）と、太陽ギア６とインターナルギア７との間に噛
合されるとともに、半導体ウエハ等の円板状の被研磨物
１０を保持可能なキャリア８と、下定盤１の駆動源、ド
ライバ３の駆動源、太陽ギア６の駆動源、及びインター
ナルギア７の駆動源を制御する制御部材（図示せず）と
を具えている。

【００１４】下定盤１は、円板状に形成されるものであ
って、中心部には上下方向に貫通する孔２が設けられ、
この孔２内をドライバ３が挿通するようになっている。
下定盤１は、下定盤１の下方に位置する駆動源（図示せ
ず）に連結され、駆動源の作動時に反時計方向に回転す
るようになっている。

【００１５】ドライバ３は、円柱状に形成されるもので
あって、シャフト５を介して下定盤１の下方に位置する
駆動源（図示せず）に連結され、駆動源の作動時に時計
方向に回転するようになっている。ドライバ３は、下定
盤１の中心部の孔２を挿通して上端部が下定盤１よりも
上方に突出し、その突出している部分が後述する上定盤
１１の中心部の孔１２内に遊嵌するようになっている。
ドライバ３の外周面には上下方向に伸びる係合溝４が設
けられ、この係合溝４内に後述する上定盤１１の孔１２
の周縁部に設けた係合片１３が係合するようになってい
る。

【００１６】太陽ギア６は、下定盤１の孔２とドライバ
３のシャフト５との間に設けられる環状をなすものであ
って、外周面に所定のギアが設けられるようになってい
る。太陽ギア６は、下定盤１の下方に位置する駆動源
（図示せず）に連結され、駆動源の作動時に時計方向に
回転するようになっている。

【００１７】インターナルギア７は、下定盤１の外周側
に設けられる環状をなすものであって、内周面に所定の
ギアが設けられるようになっている。インターナルギア
７は、下定盤１の下方に位置する駆動源（図示せず）に
連結されて、駆動源の作動時に時計方向に回転するよう
になっている。

【００１８】キャリア８は、円板状に形成されるもので
あって、複数箇所に上下方向に貫通する孔９が設けら
れ、各孔９内に半導体ウエハ等の円板状の被研磨物１０
が装填されるようになっている。キャリア８の外周面に
は所定のギアが設けられ、このギアと太陽ギア６及びイ
ンターナルギア７とを相互に噛合させることで、太陽ギ
ア６とインターナルギア７との回転時にキャリア８が公
転、自転するものである。キャリア８は、太陽ギア６と
インターナルギア７との間に少なくとも１枚設ければよ
いものである。

【００１９】ドライバ３の上方には軸線を一致させた状
態で上下動用シリンダ（図示せず）が設けられ、上下動
用シリンダのロッド（図示せず）には吊り軸１４が軸線
を一致させた状態で連結され、吊り軸１４には円板状の
吊り板１５が水平に連結され、吊り板１５には複数本の
支持軸１６を介して上定盤１１が連結されるようになっ
ている。

【００２０】上定盤１１は、円板状に形成されるもので
あって、中心部には上下方向に貫通する孔１２が設けら
れ、この孔１２内にドライバ３が遊嵌するようになって
いる。上定盤１１の孔１２の周縁部には径方向内方に突
出する係合片１３が取り付けられ、この係合片１３をド
ライバ３の係合溝４内に係合させることで、上定盤１１
とドライバ３との回転方向への相対的なずれがなくな
り、ドライバ３の回転時に上定盤１１がドライバ３と一
体に回転するものである。

【００２１】そして、上記のような構成の研磨装置を用
いてこの発明による研磨方法を実施するには、キャリア
８の各孔９内にそれぞれ被研磨物１０を装填し、被研磨
物１０の下面側を下定盤１の定盤面に当接させ、上下動
用シリンダを作動させて上定盤１１を下降させ、上定盤
１１の定盤面を被研磨物１０の上面側に当接させ、上定
盤１１の定盤面と下定盤１の定盤面との間で被研磨物１
０を上下方向から挟持する。この場合、上定盤１１の孔
１２内にドライバ３が遊嵌し、上定盤１１側の係合片１
３がドライバ３側の係合溝４内に係合することで、上定
盤１１とドライバ３とは一体に連結されるものである。

【００２２】そして、上定盤１１と下定盤１との間にス
ラリーを供給し、下定盤１、ドライバ３、太陽ギア６、
及びインターナルギア７の駆動源を作動させ、下定盤１
を反時計方向に回転させ、上定盤１１を時計方向に回転
させ、太陽ギア６及びインターナルギア７を時計方向に
回転させ、キャリア８を上下定盤１１、１間で公転、自
転させる。

【００２３】この場合、制御部材により太陽ギア６及び
インターナルギア７の駆動源の回転を制御することによ
り、キャリア８を下定盤１と同一方向（反時計方向）に
公転させ、正方向（時計方向）、逆方向（反時計方向）
に交互に自転させる。

【００２４】ここで、キャリア８の自転方向は、下定盤
１の速度とキャリア８の公転速度との関係によって変化
するため、以下のように定義する。 ａ．公転速度＜下定盤速度のとき自転方向−を正方向 ｂ．公転速度＜下定盤速度のとき自転方向＋を逆方向 ｃ．公転速度＞下定盤速度のときの自転方向＋を正方向 ｄ．公転速度＞下定盤速度のときの自転方向−を逆方向

【００２５】また、制御部材により太陽ギア６及びイン
ターナルギア７の駆動源の回転を制御することにより、
キャリア８の自転時の逆方向への自転速度を正方向への
自転速度よりも速く設定する。

【００２６】ここで、キャリア８の自転時の逆方向への
自転速度を正方向への自転速度よりも速く設定するの
は、前述したように、キャリア８の正方向への自転速度
と逆方向への自転速度を同じに設定すると、上下定盤１
１、１の定盤面を平坦に保つために逆方向への自転時間
を長くとらなければならず、生産効率の低下の問題、Ｔ
ＴＶ精度の悪化の問題が生じるからである。

【００２７】そして、上記の条件の下で、キャリア８を
下定盤１と同一方向に公転させ、正方向、逆方向に交互
に自転させることにより、上下定盤１１、１の定盤面を
平坦に保った状態でキャリア８に保持した被研磨物１０
の両面を所定の表面粗さに研磨することができるもので
ある。この場合、逆方向への自転で加工を開始し、正方
向への自転で加工を終了するものとする。

【００２８】上記のように構成したこの実施の形態によ
る研磨装置にあっては、キャリア８の自転時の逆方向へ
の自転速度を正方向への自転速度よりも速く設定してい
るので、逆方向への自転時間を短く、正方向への自転時
間を長くとることができることになる（図３参照）。

【００２９】したがって、被研磨物１０によって加工取
り代が異なる量産現場であっても、逆方向への自転で研
磨加工が終了してしまうようなことはなく、確実に正方
向への自転で研磨加工を終了させることができるので、
被研磨物１０の両面の平坦度を高めることができ、ＴＴ
Ｖ精度を高めることができることになる。

【００３０】図４には、この発明による研磨装置に使用
する他のキャリア８の例が示されていて、このキャリア
８は、各孔９内にそれぞれ環状のカラー１７を嵌合させ
たものであって、その他の構成は前記キャリア８と同様
である。

【００３１】そして、このキャリア８を使用した場合で
あっても、前記キャリア８を使用した場合と同様に、キ
ャリア８の自転時の逆方向への自転速度を正方向への自
転速度よりも速く設定しているので、逆方向への自転時
間を短く、正方向への自転時間を長くとることができる
ことになる。

【００３２】したがって、被研磨物１０によって加工取
り代が異なる量産現場であっても、逆方向への自転で研
磨加工が終了してしまうようなことはなく、確実に正方
向への自転で研磨加工を終了させることができるので、
被研磨物１０の両面の平坦度を高めることができ、ＴＴ
Ｖ精度を高めることができることになる。

【００３３】なお、前記の説明においては、この発明に
よる研磨方法及び研磨装置をフォーウェイ方式の研磨装
置に適用したが、スリーウェイ方式の研磨装置、ツーウ
ェイ方式の研磨装置に適用しても良いものであり、その
場合にも同様の作用、効果が得られるのは勿論のことで
ある。

【００３４】

【発明の効果】この発明による研磨方法及び研磨装置
は、前記のように構成して、キャリアの自転時の逆方向
への自転速度を正方向への自転速度よりも速く設定した
ことにより、逆方向への自転時間を短く、正方向への自
転時間を長くとることができることになる。したがっ
て、被研磨物によって加工取り代が異なる量産現場であ
っても、逆方向への自転で研磨加工が終了してしまうよ
うなことはなく、確実に正方向への自転で研磨加工を終
了させることができるので、被研磨物の両面の平坦度を
高めることができ、ＴＴＶ精度を大幅に高めることがで
きることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による研磨装置の一実施の形態を示し
た概略断面図である。

【図２】図１に示す研磨装置のキャリアの平面図であ
る。

【図３】図１に示す研磨装置のキャリアの逆方向及び正
方向への自転時における自転速度と自転時間との関係を
示した説明図である。

【図４】他のキャリアの例を示した平面図である。

【図５】研磨装置の上下定盤の定盤面の形状と研磨後の
被研磨物の両面の形状との関係を示した説明図であっ
て、（ａ）は上定盤の定盤面が凹、下定盤の定盤面が凸
の場合の被研磨物の両面の形状を示したもの、（ｂ）は
上定盤の定盤面が凸、下定盤の定盤面が凹の場合の被研
磨物の両面の形状を示したもの、（ｃ）は上定盤の定盤
面がフラット、下定盤の定盤面がフラットの場合の被研
磨物の両面の形状を示したものである。

【図６】キャリアの孔内で被研磨物がスピンしている状
態を示した説明図である。

【図７】従来の研磨装置のキャリアの逆方向及び正方向
への自転時における自転速度と自転時間との関係を示し
た説明図である。

【図８】キャリアの公転速度＜下定盤速度のときの正方
向への自転時における定盤内外周部における相対速度
（定盤とキャリア）を示した説明図である。

【図９】キャリアの公転速度＜下定盤速度のときの逆方
向への自転時における定盤内外周部における相対速度
（定盤とキャリア）を示した説明図である。

【符号の説明】

１……下定盤 ２……孔 ３……ドライバ ４……係合溝 ５……シャフト ６……太陽ギア ７……インターナルギア ８……キャリア ９、１２……孔 １０……被研磨物 １１……上定盤 １３……係合片 １４……吊り軸 １５……吊り板 １６……支持軸 １７……カラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箱守 駿二 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 (72)発明者 清水 俊邦 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 (72)発明者 長山 仁志 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 (72)発明者 井上 裕昭 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB01 CA01 CB01 DA17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下定盤間に位置したキャリアを太陽ギ
   アとインターナルギアとの協働により公転、自転させる
   ことにより、キャリアに保持した被研磨物の両面を研磨
   する研磨方法において、前記キャリアの自転時の逆方向
   への自転速度を正方向への自転速度よりも速くしたこと
   を特徴とする研磨方法。
2. 【請求項２】 上下定盤間に位置したキャリアを太陽ギ
   アとインターナルギアとの協働により公転、自転させる
   ことにより、キャリアに保持した被研磨物の両面を研磨
   する研磨装置において、前記キャリアの自転時の逆方向
   への自転速度を正方向への自転速度よりも速くしたこと
   を特徴とする研磨装置。