JP2004128180A - ウエハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽くて剛性の無いプレートを使用しても、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。
【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

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

Images