JP2004128180A - ウエハ研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トップリングBの加圧により板状スペーサー2の下面2aとプレート1の上面1aを面接触させれば、これら両者は重なり合って一体化される。それにより、プレート1の剛性不足を板状スペーサー2で補って、各ウエハW…の平坦度が満足する程度まで剛性が高くなる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体シリコンウエハの製造過程において、ウエハの片面を鏡面研磨加工(ポリッシング)するに使用するバッチ式のウエハ研磨装置に関する。
詳しくは、複数枚のウエハが所定間隔毎に固定された円板状のプレートを回転自在な定盤上に載置し、このプレートの上に載せられたトップリングにより該プレートを定盤へ向けて均等に加圧しながら、これらウエハと定盤の相対移動により各ウエハの片面を夫々研磨するウエハ研磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のウエハ研磨装置は、プレートの下面に複数枚のウエハが所定間隔毎に貼着して固定され、これらウエハが定盤に接するようにプレートを載置し、このプレートの上にはトップリングが密着状に載せられると共に、このトップリングの下面開口にはゴム製の可撓性薄膜(押し板)を張設して密閉空間が形成され、この密閉空間に圧縮エアを供給することにより、該可撓性薄膜を介してプレートの上面全体に亘って均一な荷重が加えられ、この状態で定盤の上に砥粒液を供給しながら定盤及びトップリングを回転させて、複数枚のウエハを同時に研磨している(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開昭64−2857号公報(第2−4頁、第1図−第2図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、このような従来のウエハ研磨装置では、プレートと定盤との間にウエハ間の間隙が形成されるため、この間隙部分でトップリングの加圧によりプレートが撓み変形して、各ウエハの外周部に大きな荷重がかかり、その結果、各ウエハの外周部の研磨量が多くなって、所謂「外周ダレ」が生し、各ウエハの平坦度が損なわれるという問題がある。
そこで、これを防止するためにウエハの平坦度が満足する程度までプレートの剛性を高めることが考えられる。
しかし、ウエハの平坦度が満足する程度の剛性を得るためにプレートを厚くすると、該プレートの重量が大幅に増加し、それにより、ウエハ研磨装置が完全自動化されていない場合には、プレートをオペレータが運搬する機会が多いが、このような重いプレートを運搬するのは安全上困難であって生産性を著しく悪化させるという問題があり、また自動化されたとしても重量対策のためにコストが増加すのは避けられないという問題がある。
【0005】
本発明のうち請求項1記載の発明は、軽くて剛性の無いプレートを使用したとしても重くて剛性が高いプレートを使用した場合と同等のウエハ平坦度を得ることを目的としたものである。
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の発明の目的に加えて、可撓性薄膜によるウエハの形状調整を維持することを目的としたものである。
請求項3記載の発明は、請求項1または2に記載の発明の目的に加えて、ウエハの研磨形状を任意にコントロールすることを目的としたものである。
請求項4記載の発明は、請求項1、2または3に記載の発明の目的に加えて、高硬度の板状スペーサー2とプレート1との局部的な接触面や点の面圧上昇を防止することを目的としたものである。
【0006】
【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が講じた手段は、以下の通りである。
請求項1では、トップリングの加圧面に板状スペーサーを吊持し、このトップリングの加圧により板状スペーサーの下面をプレートの上面に面接触させて面全体が均等となるように押圧し、該プレートに固定された各ウエハを定盤に押し付けたことを特徴とするウエハ研磨装置を採用する。
請求項2では、請求項1記載の構成に加えて、前記トップリングの加圧面が、該トップリングの下面開口に張設された可撓性薄膜であり、この可撓性薄膜と対向して板状スペーサーを傾動自在に吊持し、上記下面開口の内圧上昇により可撓性薄膜を介して板状スペーサーの下面をプレートの上面に面接触させたウエハ研磨装置を採用する。
請求項3では、請求項1または2記載の構成に加えて、前記板状スペーサーの下面とプレートの上面に、互い嵌合して全体が面接触する凹部及び凸部を形成したウエハ研磨装置装置を採用する。
請求項4では、請求項1、2または3記載の構成に加えて、板状スペーサーの下面とプレートの上面の間に緩衝部材を介装したウエハ研磨装置を採用する。
【0007】
【作用】
上記装置を採用することにより以下の作用を生じる。
請求項1では、トップリングの加圧で板状スペーサーの下面とプレートの上面を面接触させることにより、これら両者は重なり合って一体化され、プレートの剛性不足を板状スペーサーで補って、各ウエハの平坦度が満足する程度まで剛性が高くなる。
請求項2では、請求項1記載の作用に加えて、研磨熱で定盤が変形するなどの変化要因によりプレートが傾斜しても、これに伴って板状スペーサーも傾動してその下面がプレートの上面に面接触し、それにより変形した可撓性薄膜からの加圧が、傾動した板状スペーサーを介してプレートの上面全体に均等にかけられる。
請求項3では、請求項1または2記載の作用に加えて、互い嵌合する凹部及び凸部を形状変更することにより、プレートの中心部分と外周部の面圧バランスが調整可能となる。
請求項4では、請求項1、2または3記載の作用に加えて、板状スペーサーの下面及びプレートの上面とが緩衝部材により直接に接触しない。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
この実施例は、図1〜図3に示す如く、複数枚のウエハW…が所定間隔毎に固定された円板状のプレート(マウント板)1を、研磨布(図示せず)が張られた定盤(ターンテーブル)A上に載置し、このプレート1の上に載せられたトップリングBにより、該プレート1に荷重を加えて定盤Aへ向けて均等に加圧しながら、定盤Aの回転移動及びトップリングBの回転により各ウエハWの片面が夫々鏡面研磨される場合を示すものである。
【0009】
上記トップリングBは、昇降自在でしかも回転自在に支持された従来周知構造のものであり、その下面に位置する加圧面B1に板状スペーサー2を吊持し、このトップリングBの下降により板状スペーサー2の下面2aをプレート1の上面1aに面接触させて面全体が均等となるように押圧し、該プレート1に固定された各ウエハWを定盤Aに押し付ける。
【0010】
上記トップリングBの加圧面B1は、本実施例の場合、該トップリングBの下面開口B2に張設された例えばゴム製の可撓性薄膜であり、この可撓性薄膜B1と対向する板状スペーサー2を支持手段3で上下方向へ傾動自在に吊持し、上記下面開口B2の内圧上昇により可撓性薄膜B1を介して板状スペーサー2の下面2aをプレート1の上面1aに面接触させている。
【0011】
この板状スペーサー2は、例えばステンレスやセラミックなどの硬質な材料で本実施例の場合にはその下面2a及び上面2bが平行な平板状に形成し、上記トップリングBの加圧面B1に対する板状スペーサー2の取り付け例を図1及び図2に示す。
【0012】
図1に示すものは支持手段3が、板状スペーサー2の外周部に等間隔毎に開穿された複数の通孔3a…と、これら通孔3a…内に夫々遊嵌状に挿通した吊持軸3b…とからなり、これらを上下方向へ往復動自在に係止している。
【0013】
図示例では吊持軸3b…がトップリングBの下面に螺着したネジ又はボルトであり、その頭部3cと通孔3aの上下中間位置に形成した段部3dとを係合させて、板状スペーサー2を上下方向へ傾動自在に吊持している。
【0014】
図2に示すものは支持手段3が、板状スペーサー2の外周部に沿って形成した環状の鍔部3eと、トップリングBの下面外周に沿って突設した環状のフック3fとからなり、これらを上下方向へ往復動自在に係止して、板状スペーサー2を上下方向へ傾動自在に吊持している。
【0015】
次に、斯かるウエハ研磨装置による研磨方法を工程順に説明する。
先ず、図1(a)及び図2(a)に示す如く、プレート1の下面1bに複数枚のウエハW…を所定間隔毎に貼着して固定し、このプレート1を定盤A上の定位置に各ウエハWが研磨布(図示せず)と接するように載置する。
【0016】
その後、図1(b)及び図2(b)に示す如く、トップリングBを下降して、その加圧面B1に吊持された板状スペーサー2の下面2aをプレート1の上面1aに面接触させ、該トップリングBの加圧面B1によりプレート1を定盤Aへ向けて均等に加圧し、この状態で定盤Aの上に砥粒液(図示せず)を供給しながら定盤A及びトップリングBを回転させて、複数枚のウエハW…を同時に鏡面研磨する。
【0017】
この際、トップリングBの加圧により板状スペーサー2の下面2aとプレート1の上面1aを面接触させれば、これら両者は重なり合って一体化される。
それにより、プレート1の剛性不足を板状スペーサー2で補って、各ウエハW…の平坦度が満足する程度まで剛性が高くなる。
【0018】
その結果、軽くて剛性の無いプレート1を使用したとしても、重くて剛性が高いプレートを使用した場合と同等のウエハ平坦度を得ることができる。
【0019】
このような作用は、以下の実験により証明された。
図1及び図2に示した構造のウエハ研磨装置を使用して、両面がエッチング加工されたウエハW…を通常の条件で研磨加工し、それを洗浄してから各ウエハW…の平坦度を夫々測定した。その結果を図3及び図4に示す。
【0020】
また、上記図1及び図2に示した構造のウエハ研磨装置から板状スペーサー2及びその吊持構造が取り外されたもの使用して、同条件で研磨加工し、それを洗浄してから各ウエハW…の平坦度を夫々測定した。その結果を図3及び図4に示す。
【0021】
図3(a)は、図1のウエハ研磨装置によって研磨したウエハWを平面から見た場合の等高線図であり、図3(b)は、同装置で板状スペーサー2が無いものによって研磨したウエハWを平面から見た場合の等高線図である。
【0022】
図4(a)は、図2のウエハ研磨装置によって研磨したウエハWを平面から見た場合の等高線図であり、図4(b)は、同装置で板状スペーサー2が無いものによって研磨したウエハWを平面から見た場合の等高線図である。
【0023】
これから判るように、図3(b)及び図4(b)はプレートの剛性不足により図中の破線で囲まれた部分のような「外周ダレ」の厚さ変化が発生するものの、図3(a)及び図4(a)は同じ部分にそれが見られない。
【0024】
そして、これら平坦度(フラットネス)を実測したところも図3(b)及び図4(b)はSBIRが0.97μmであったのに対し、図3(a)及び図4(a)は0.55μmとなって大幅に改善された。
【0025】
なお、SBIRとは、ウエハの限られたエリア内(本例では15mm×15mm)のウエハ厚さの最大と最小の差を示している。
また測定機は、米ADE社製 ADE8300型を使用した。
【0026】
更に本実施例の場合には、研磨熱で定盤Aが変形するなどの変化要因によってプレート1が傾斜しても、これに伴って板状スペーサー2も傾動してその下面2aがプレート1の上面1aに面接触する。
【0027】
それにより、変形した可撓性薄膜B1からの加圧が、傾動した板状スペーサー2を介してプレート1の上面1a全体に均等にかけられる。
その結果、可撓性薄膜B1によるウエハの形状調整を維持することができる。
【0028】
一方、図5及び図6に示すものは、本発明の他の実施例であり、これらものは、前記板状スペーサー2の下面2aとプレート1の上面1aに、互い嵌合して全体が面接触する凹部4a及び凸部4bを形成した構成が、前記図1〜図3に示した実施例とは異なり、それ以外の構成は図1〜図3に示した実施例と同じものである。
【0029】
図5に示したものは、板状スペーサー2の下面2aに球面状の凹部4aを形成すると共に、プレート1の上面1aに球面状の凸部4bを形成し、これと逆に図6に示したものは、板状スペーサー2の下面2aに球面状の凸部4bを形成すると共に、プレート1の上面1aに球面状の凹部4aを形成している。
また、図示例では支持手段3として図1に示したものを使用したが、図2に示したものを使用しても良い。
【0030】
従って、図5及び図6に示すものは、これら互い嵌合する球面状凹部4a及び球面状凸部4bの曲率を変更することにより、プレート1の中心部分と外周部の面圧バランスが調整可能となる。
その結果、前記図1〜図3に示した実施例よりもウエハWの研磨形状を任意にコントロールできるという利点がある。
【0031】
尚、前示実施例では、板状スペーサー2の下面2aとプレート1の上面1aに何も挟まずに面接触させたが、これに限定されず、図示せぬが例えば板状スペーサー2の下面2a及びプレート1の上面1aのどちらか一方をコーティングするか、又は両者間にフィルムを挟み込むことにより、板状スペーサー2の下面2aとプレート1の上面1aの間に緩衝部材を介装しても良い。
この場合には、板状スペーサー2の下面2a及びプレート1の上面1aとが緩衝部材により直接に接触しない。
その結果、高硬度の板状スペーサー2とプレート1との局部的な接触面や点の面圧上昇が防止できる。
【0032】
更に、トップリングBの加圧面B1が、該トップリングBの下面開口B2に張設された例えばゴム製の可撓性薄膜である場合を示したが、これに限定されず、同様の機能があれば、他の構造であっても良い。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項1記載の発明は、トップリングの加圧で板状スペーサーの下面とプレートの上面を面接触させることにより、これら両者は重なり合って一体化され、プレートの剛性不足を板状スペーサーで補って、各ウエハの平坦度が満足する程度まで剛性が高くなるので、軽くて剛性の無いプレートを使用したとしても重くて剛性が高いプレートを使用した場合と同等のウエハ平坦度を得ることができる。
従って、ウエハの平坦度が満足する程度の剛性を得るためにプレートを厚くしたものに比べ、ウエハ研磨装置が完全自動化されていない場合でも、プレートの運搬が容易で生産性の悪化を防止できると共に、自動化されたとしても重量対策ためのコスト増加を防止できる。
【0034】
請求項2の発明は、請求項1の発明の効果に加えて、研磨熱で定盤が変形するなどの変化要因によりプレートが傾斜しても、これに伴って板状スペーサーも傾動してその下面がプレートの上面に面接触し、それにより変形した可撓性薄膜からの加圧が、傾動した板状スペーサーを介してプレートの上面全体に均等にかけられるので、可撓性薄膜によるウエハの形状調整を維持することができる。
【0035】
請求項3の発明は、請求項1または2の発明の効果に加えて、互い嵌合する凹部及び凸部を形状変更することにより、プレートの中心部分と外周部の面圧バランスが調整可能となるので、ウエハの研磨形状を任意にコントロールすることができる。
【0036】
請求項4の発明は、請求項1、2または3の発明の効果に加えて、板状スペーサーの下面及びプレートの上面とが緩衝部材により直接に接触しないので、高硬度の板状スペーサー2とプレート1との局部的な接触面や点の面圧上昇が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すウエハ研磨装置の一部切欠正面図であり、(a)は加圧前の状態を示し、(b)は加圧後の状態を示している。
【図2】板状スペーサーの取り付け変形例を示す一部切欠正面図であり、(a)は加圧前の状態を示し、(b)は加圧後の状態を示している。
【図3】研磨後にウエハの平坦度を測定した結果を示す等高線図であり、(a)は図1の装置による結果を示し、(b)は従来装置による結果を示している。
【図4】研磨後にウエハの平坦度を測定した結果を示す等高線図であり、(a)は図2の装置による結果を示し、(b)は従来装置による結果を示している。
【図5】本発明の他の実施例を示すウエハ研磨装置の部分的な縦断正面図である。
【図6】本発明の他の実施例を示すウエハ研磨装置の部分的な縦断正面図である。
【符号の説明】
A 定盤 B トップリング
B1 加圧面(可撓性薄膜) B2 下面開口
W ウエハ 1 プレート
1a 上面 2 板状スペーサー
2a 下面 3 支持手段
4a 凹部 4b 凸部
Claims (4)
- 複数枚のウエハ(W)が所定間隔毎に固定された円板状のプレート(1)を回転自在な定盤(A)上に載置し、このプレート(1)の上に載せられたトップリング(B)により該プレート(1)を定盤(A)へ向けて均等に加圧しながら、これらウエハ(W)と定盤(A)の相対移動により各ウエハ(W)の片面を夫々研磨するウエハ研磨装置において、
前記トップリング(B)の加圧面(B1)に板状スペーサー(2)を吊持し、このトップリング(B)の加圧により板状スペーサー(2)の下面(2a)をプレート(1)の上面(1a)に面接触させて面全体が均等となるように押圧し、該プレート(1)に固定された各ウエハ(W)を定盤(A)に押し付けたことを特徴とするウエハ研磨装置。 - 前記トップリング(B)の加圧面(B1)が、該トップリング(B)の下面開口(B2)に張設された可撓性薄膜であり、この可撓性薄膜(B1)と対向する板状スペーサー(2)を支持手段(3)で上下方向へ傾動自在に吊持し、上記下面開口(B2)の内圧上昇により可撓性薄膜(B1)を介して板状スペーサー(2)の下面(2a)をプレート(1)の上面(1a)に面接触させた請求項1記載のウエハ研磨装置。
- 前記板状スペーサー(2)の下面(2a)とプレート(1)の上面(1a)に、互い嵌合して全体が面接触する凹部(4a)及び凸部(4b)を形成した請求項1または2記載のウエハ研磨装置。
- 前記板状スペーサー(2)の下面(2a)とプレート(1)の上面(1a)の間に緩衝部材を介装した請求項1、2または3記載のウエハ研磨装置。
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