JP4308344B2 - 両面研磨装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は両面研磨装置に関する。
両面研磨装置としては、従来から、エクスターナルギヤ（以下、「外歯車」という）とインターナルギヤ（以下、「内歯車」という）を異なる角速度で回転することによって、加工材料（以下、「ワーク」という）を担持した遊星歯車に相当するキャリヤを自転させるとともに公転させ、そのキャリヤの上下に配された研磨面を有する上定盤及び下定盤が、ワークを上下から挟むと共にワークに対して相対的に移動して研磨する遊星歯車機構を用いたものがある。この両面研磨装置は、ラッピング装置（ラップ盤）、またはポリシング装置として使用され、精度が高く、両面を同時に研磨できるため加工時間が短くて済み、半導体チップの素材となるシリコンウェーハ等の薄物研磨加工に適している。
【０００２】
【従来の技術】
従来の遊星歯車機構を用いたポリシング装置の構成について、図１１に基づいて説明する。
１１２は上定盤、１１４は下定盤であり、それぞれの表面には研磨布（クロス）が付けられており、その研磨布によって研磨面が形成されている。１１６は外歯車、１１８は内歯車である。また、１２０はキャリヤであり、このキャリヤ１２０に穿設された透孔内にワーク１２１が保持され、外歯車１１６と内歯車１１８と噛み合って回転する。
上定盤１１２は上定盤回し金１１２ａに連繋され、この上定盤回し金１１２ａから垂下したシャフト１１２ｂの先端にギヤ１１２ｃが設けられている。ギヤ１１２ｃはアイドルギヤ１１２ｄに、そのアイドルギヤ１１２ｄはギヤ１１２ｅに噛合している。このギヤ１１２ｅは、スピンドル１２６と一体に回転すべく、スピンドル１２６と同軸に設けられている。下定盤１１４は、その下定盤１１４に同軸に設けられたギヤ１１４ａを介し、スピンドル１２６に同軸に設けられたギヤ１１４ｂに連繋している。外歯車１１６は、その外歯車１１６に同軸に設けられたギヤ１１６ａを介し、スピンドル１２６に同軸に設けられた伝達ギヤ１１６ｂに連繋している。内歯車１１８は、その内歯車１１８に同軸に設けられたギヤ１１８ａを介し、スピンドル１２６に同軸に設けられた伝達ギヤ１１８ｂに連繋している。すなわち、このポリシング装置は、一つの駆動装置によって、外歯車１１６、内歯車１１８、上定盤及び下定盤１１２、１１４を回転駆動させる、いわゆる４ウェイ駆動方式となっている。
なお、スピンドル１２６は可変減速機１３２に連結され、その可変減速機１３２は、ベルト１３６を介してモータ１３４と連結されており、スピンドル１２６の回転速度を制御する。
【０００３】
この遊星歯車機構を用いたポリシング装置によれば、例えば、外歯車１１６の角速度に比べて内歯車１１８の角速度の方が大きくなるようにギヤ１１６ａと伝達ギヤ１１６ｂの回転比、及びギヤ１１８ａと伝達ギヤ１１８ｂの回転比がそれぞれ設定されている場合、外歯車１１６と内歯車１１８との間に噛合したキャリヤ１２０は、内歯車１１８の回転方向と同一方向（例えば、「反時計方向」とする）に公転し、且つ時計方向に自転する。また、下定盤１１４も同じく反時計方向に回転するが、上定盤１１２はアイドルギヤ１１２ｄが介在するので時計方向に回転する。
なお、研磨条件に応じて、キャリヤ１２０の回転方向及び回転速度等は、外歯車１１６と内歯車１１８の角速度の設定によって変更することができる。
【０００４】
また、ワーク１２１の表裏の研磨面へは、砥粒等を含む液状の研磨剤が供給され、その液状の研磨剤の作用によってワーク１２１の研磨が好適になされる。シリコンウェーハの研磨では、通常、アルカリ性の研磨液に砥粒が分散されてなる研磨剤（通称「スラリー」）が、シリコンウェーハと研磨用定盤の研磨面との間に供給されて研磨がなされる。
液状の研磨剤を供給する方法としては、上定盤１１２に上下方向へ貫通して設けられた研磨剤供給用の孔を介し、液状の研磨剤を上方からポンプ動力及び重力を利用して滴下させて供給することが一般的になされている。研磨剤供給用の孔から吐出した液状の研磨剤は、上定盤１１２の研磨面とワーク１２１が接触してそのワーク１２１を研磨する研磨部へ供給されると共に、隣合うキャリヤ１２０同士の間を通過して下定盤１１４の研磨面上へ流れ、下定盤１１４の研磨面とワーク１２１が接触してそのワーク１２１を研磨する研磨部へ供給される。
【０００５】
図１２は、図１１のポリシング装置にかかるキャリヤ１２０の配置例を説明する平面図であり、隣合うキャリヤ１２０同士の間には空隙部Ａがある。この空隙部Ａは内径部にも外径部にも十分な広さで存在し、液状の研磨剤は下定盤１１４の研磨面上へも好適に供給される。このように、液状の研磨剤は、簡単な上方からの供給手段によって、ワーク１２１の両面について十分に供給される。
このポリシング装置によれば、液状の研磨剤を好適に供給でき、キャリヤ１２０を複雑に運動させることができるため、研磨むらを防止して均一にワーク１２１（例えば、シリコンウェーハ）研磨できる。従って、ワークの平坦度を向上できる。また、ワーク１２１の両面を同時に研磨できるため、研磨効率を向上できる。
【０００６】
しかしながら、上記従来の遊星歯車機構を用いた両面研磨装置では、キャリヤ１２０が外歯車１１６と内歯車１１８の間で移動する構造になるため、最近のシリコンウェーハ等のワーク１２１の大型化に対応しにくい。すなわち、キャリヤ１２０の直径を、定盤の半径より大きくすることは不可能であり、定盤の研磨面を効率良く利用することができない。
また、従来の遊星歯車機構を用いた両面研磨装置では、複雑な歯車機構となっており、大型化することが難しく、大型の装置を製造するには材料、加工、配置スペース的な問題など、様々な面でコストが嵩んでしまう。
【０００７】
このため、本願出願人は、背景技術として次のような両面研磨装置を開発してある。
すなわち、その両面研磨装置は、薄平板に透孔が設けられて成るキャリヤと、そのキャリヤの透孔内に配された板状のワークであるウェーハを、上下から挟むと共にそのウェーハに対して相対的に移動して研磨する研磨面と有する上定盤及び下定盤とを備える両面研磨装置であって、前記キャリヤを、キャリヤホルダーを介してキャリヤの面と平行な面内で自転しない円運動をさせ、前記透孔内で上定盤と下定盤の間に保持されたウェーハを旋回移動させるキャリヤ旋回運動機構を具備する。なお、上定盤及び下定盤は、各々回転（自転）運動するように設けられている。
【０００８】
そして、上定盤及び下定盤の研磨面とウェーハが接触してそのウェーハを研磨する研磨部へ液状の研磨剤を供給するには、図１０に示すように、液状の研磨剤（スラリー）を自然落下させている。３９はスラリーリングであり、図示しない液状の研磨剤の供給装置によって汲み上げられたスラリーを貯留するように、リング状の溝状に形成されている。３９ａは供給管であり、スラリーリング３９と上定盤１４に設けた研磨剤供給用の孔１４ｂとを連通する管路として設けられている。スラリーは、この供給管３９ａを通過して自然落下し、研磨剤供給用の孔１４ｂから排出されて前記研磨部に供給されるようになっている。
なお、７２はスプライン軸であり、上定盤１４を自転させると共に上下動可能に吊り下げている。７６は固定板であり、スプライン軸７２の下端に固定されている。この固定板７６には、複数のエアバック７７の下端と、吊持シャフト７９を揺動可能に軸受けする複数の揺動軸受７８が固定されている。また、８０は可動板であり、スプライン軸７２に固定されず上下動可能に設けられ、外周部が前記スラリーリング３９となっていると共に、エアバック７７の上端と、下端が上定盤１４に固定された吊持シャフト７９の上端が固定されている。従って、エアバック７７を加圧すれば、上定盤１４を持ち上げる方向の力を得ることができ、上定盤１４がウェーハに与える加圧荷重をコントロールできる。また、揺動軸受７８の作用によって、下定盤１６（図１参照）の研磨面に上定盤１４の研磨面を追随させて傾動できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記背景技術の両面研磨装置では、キャリヤ１２が下定盤１６を全面的に覆う形態となり、液状の研磨剤を上定盤１４の研磨剤供給用の孔１４ｂから供給した場合、その液状の研磨剤が、キャリヤ１２の上側に溜まってしまい下方へ流れず、十分に下定盤１６の研磨面に供給されないという課題があった。
すなわち、ワークが保持された透孔の内周面とワークの外周面との僅かな隙間等から、スラリーが漏れ出して下定盤１６の研磨面へ供給される程度で、その供給量は十分でなかった。
これに対して、図１又は図３に示すように、キャリヤ１２に、スラリーを通過させるための連通孔１５を設けた場合、一定の効果があった。しかし、各研磨面とキャリヤ１２の表面の間隔が非常に狭いことから、流れ易いところだけに流れてしまい、十分な流量のスラリーを全面的に供給することは困難であった。特に、各定盤の中央付近に、スラリーを供給することが難しかった。
このようにスラリーが研磨部に好適に供給されないことによって、各定盤の研磨面に温度のバラツキが生じる。これは、スラリーの供給流量が十分でない場合、ワークと研磨面の摩擦による研磨熱を好適に冷却できないことによる。このように研磨面に温度のバラツキが生じると、研磨条件がワークの各部によって異なることになり、結果的にワークの研磨精度を低下させてしまうのである。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、自転しない円運動をするキャリヤを備える両面研磨装置にあって、上定盤及び下定盤の研磨面とワークが接触してそのワークを研磨する研磨部へ、十分な流量の液状の研磨剤を供給可能にすることで、研磨精度を向上させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明は、上定盤と下定盤との間に挟まれたキャリアの透孔内に配されているワークの両面を、前記上定盤と下定盤との各研磨面によって研磨を施す両面研磨装置であって、前記ワークを旋回運動するように、前記キャリアを自転しない円運動をさせるキャリア旋回運動機構と、前記上定盤を所定方向に自転させる中空回転軸内に設けられた研磨剤供給用の上下管と、前記上定盤に形成された複数の研磨剤供給用孔の各近傍に設けられた温度センサーと、前記上定盤の上面に設けられ、前記上下管によって供給された研磨剤を前記研磨剤供給孔の各々に供給する分岐管と、前記温度センサーの出力信号が入力され、前記研磨剤供給用孔の各々に供給する研磨剤の流量を変更する流量変更機構に指令信号を送って、前記研磨面の温度を均一化するように研磨剤の流量を制御するシーケンサーとを具備する。
【００１２】
また、流量変更機構が、研磨剤を貯留するタンク、および研磨剤を圧送するポンプを含む圧送供給装置であって、前記圧送供給装置がディストリビュータを介して分岐管の各々に接続されていることを特徴とする。
或いは、流量変更機構が、分岐管の各々に設けられた自動流量制御弁であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の両面研磨装置にかかる基本構成の一実施例を模式的に示した斜視分解図であり、図２は図１の実施例が作動している際の各構成の位置関係を示す側断面図である。
本実施例は、板状のワークであるシリコンのウェーハ１０を研磨する両面研磨装置であり、薄平板に透孔１２ａが設けられて成るキャリヤ１２と、そのキャリヤ１２の透孔内に配されたウェーハ１０を、上下から挟むと共にウェーハ１０に対して相対的に移動して研磨する上定盤１４及び下定盤１６とを備える。上定盤１４及び下定盤１６のそれぞれの表面には、クロスと呼ばれる研磨布が付けられており、その研磨布によって研磨面１４ａ、１６ａが形成されている。また、本実施例の上定盤１４及び下定盤１６は、キャリヤ１２の面に直交する方向に平行な軸心を中心に自転駆動される。
ウェーハ１０は、円形であり円形の透孔１２ａ内に遊嵌されており、透孔１２ａの中ではフリーに自転可能なサイズになっている。
キャリヤ１２は、例えば、ガラスエポキシ板で形成され、厚さ０、８ｍｍのウェーハ１０に対して厚さ０、７ｍｍ程度に設定されたものが一般的である。
【００１７】
２０はキャリヤ旋回運動機構であり、キャリヤ１２を、そのキャリヤ１２の面と平行な面内で運動をさせ、透孔１２ａ内で上定盤１４と下定盤１６との間に保持されたウェーハ１０を運動させる運動機構の一例である。
本実施例におけるキャリヤ旋回運動機構２０は、キャリヤ１２を、そのキャリヤ１２の面と平行な面内で自転しない円運動をさせ、透孔１２ａ内で保持されて上定盤１４と下定盤１６とによって挟持されたウェーハ１０を旋回移動させる。すなわち、キャリヤ１２の厚さを考えない場合に、キャリヤ１２の面と同一の面内で、そのキャリヤ１２に自転しない円運動をさせることになる。
このキャリヤ旋回運動機構２０の具体的な構成について以下に説明する。
【００１８】
２２はキャリヤホルダーであり、リング状に形成されており、キャリヤ１２を保持している。
ここで、キャリヤ１２とキャリヤホルダー２２とを連繋する連繋手段５０について説明する。図３はキャリヤ１２とキャリヤホルダー２２の一例の全体形態を説明する説明図（（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図）であり、図４は図３の連繋手段の作用を説明する要部拡大断面図である。
連繋手段５０は、キャリヤ１２を、そのキャリヤ１２が自転しないと共に、そのキャリヤ１２の熱膨張による伸びを吸収するように、キャリヤホルダー２２へ連繋させることで保持させている。
本実施例の連繋手段５０では、図４に示すように、キャリヤホルダー２２側に設けられたピン２３と、ピン２３に遊嵌すべくキャリヤ１２にそのキャリヤ１２の熱膨張による伸び方向（本実施例では円形のキャリヤ１２の径方向）へクリアランスが設けられて形成された穴１２ｂとを備える。穴１２ｂのクリアランスは、少なくともキャリヤ１２の熱膨張による伸びを吸収する方向に好適に設ければよく、例えば、長穴に形成されていればよい。
【００１９】
また、本実施例において、キャリヤ１２は、その外周縁についても熱膨張した際に好適にスライドできるように、キャリヤホルダー２２の内周面２２ａとの間にクリアランスが生じるように形成されている。すなわち、内周面２２ａの内径よりもキャリヤ１２の外径が、所定の寸法小径に形成されている。
そして、上述したようにキャリヤ１２の熱膨張を考慮してクリアランスを設けておいたキャリヤ１２の穴１２ｂを、キャリヤホルダー２２のピン２３に嵌めることで直接的にセットしてある。
このようにキャリヤ１２の熱膨張による伸びを吸収する連繋手段５０を備えることで、簡単な構成でキャリヤ１２をキャリヤホルダー２２に対して回り止めをした状態に好適に連繋させることができる。
これにより、キャリヤ１２の伸びを好適に逃がして吸収することができ、キャリヤ１２の変形を防止できる。また、キャリヤ１２は、キャリヤホルダー２２に嵌めることで装着する構成であるので、装着時における作業の簡素化がなされる。
【００２０】
次に、キャリヤホルダー２２に備えられるキャリヤ１２の高さ調整機能について説明する。
２３ａはフランジ部であり、ピン２３の中途部にワッシャー形状に一体に設けられている。このフランジ部２３ａは、キャリヤホルダー２２側に設けられ、キャリヤ１２を保持すべく直接的に支持する支持部になっている。ピン２３のフランジ部２３ａの下方には、ピン２３をキャリヤホルダー２２の下段部２２ｂに装着可能にネジ部２３ｂが設けられている。そのネジ部２３ｂキャリヤホルダー２２の下段部２２ｂに螺合する度合いを調整することで、フランジ部２３ａの高さ調整が可能に設けられている。このようにフランジ部２３ａを設けたことで、キャリヤ１２の高さ位置を好適に調整して、キャリヤホルダー２２でキャリヤ１２を適切に保持することができる。
【００２１】
すなわち、フランジ部２３ａの高さを調整すれば、下定盤１６の研磨布１６ａが消耗して薄くなった場合等、条件の変化に好適に対応でき、その下定盤１６の研磨布１６ａ面とほぼ同じ高さで、キャリヤ１２が撓みを生じないように好適に保持できる。従って、キャリヤ１２を水平に好適に保持することができ、ウェーハ１０の研磨割れや、研磨精度劣化を防止することができる。
また、フランジ部２３ａの表面によって、キャリヤ１２の外周面を部分的に受けることになり、キャリヤ１２の伸縮による摺動を好適に支持することができる。すなわち、キャリヤ１２の外周面（下面）とキャリヤホルダー２２側の上面との接地面積を小さくすることができるため、滑り摩擦抵抗を低減でき、キャリヤ１２は好適に摺動できる。これにより、キャリヤ１２の熱等による伸縮力が好適に開放され、キャリヤ１２の歪みの発生を防止できる。
【００２２】
以上の実施例では、ピン２３のフランジ部２３ａの高さを調整することで、キャリヤ１２の支持高さを調整したが、本発明はこれに限られないのは勿論であり、キャリヤ１２を所定の高さに支持できる好適な手段であれば、その構成は特に限定されるものではない。
例えば、キャリヤホルダー２２自体を昇降させる機構を設け、キャリヤ１２を保持すべく支持する支持部が基本的にキャリヤホルダー２２の下段部２２ｂの上面であってもよい。なお、下段部２２ｂの上面は、滑り性を向上させるため、凹凸を設けてもよいのは勿論である。
【００２３】
次に図５に基づいて本発明にかかる他の連繋手段について説明する。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は断面図である。
本実施例は、図に明らかなように、前記実施例とは連繋手段５０のみが異なり、その連繋手段５０は、キャリヤホルダー２２側に設けられた内歯車状の被係合部５２と、その被係合部５２に遊びをもたせて係合するようにキャリヤ１２側に設けられた外歯車状の係合部４２とを具備する。すなわち、キャリヤ１２の外周に設けたギヤと、リング状のキャリヤホルダー２２の内周に設けたギヤとを遊びをもたせて噛み合わせた形態になっている。これによっても、簡単な構成でキャリヤ１２をキャリヤホルダー２２に好適に連繋させることができる。そして、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
次に、図１及び図２に基づいて、キャリヤ旋回運動機構２０の各構成にかかる実施例について説明する。
２４はクランク部材であり、上定盤１４及び下定盤１６の軸線Ｌに軸心が平行であってキャリヤホルダー２２に軸着されるホルダー側の軸２４ａ、及びそのホルダー側の軸２４ａに軸心が平行であると共に所定の距離をおいて基体３０（図２参照）に軸着される基体側の軸２４ｂを備える。すなわち、クランク機構のクランクアームと同様な機能を備えるように形成されている。
このクランク部材２４は、本実施例では基体３０とキャリヤホルダー２２との間の４ヶ所に配され、キャリヤホルダー２２を支持すると共に、基体側の軸２４ｂを中心にホルダー側の軸２４ａを旋回させることで、キャリヤホルダー２２を基体３０に対して自転しない円運動をさせる。ホルダー側の軸２４ａは、キャリヤホルダー２２の外周面に突起して設けられた軸受け部２２ｃに回転可能に挿入されて軸着されている。これにより、キャリヤ１２は上定盤１４及び下定盤１６の軸線Ｌから偏心Ｍして旋回（自転しない円運動）する。その旋回円運動の半径は、ホルダー側の軸２４ａと基体側の軸２４ｂとの間隔（偏心Ｍの距離）と同じであり、キャリヤ１２の全ての点が同一の小円の軌跡を描く運動となる。
【００２５】
また、２８はタイミングチェーンであり、各クランク部材２４の基体側の軸２４ｂに同軸に固定されたスプロケット２５（本実施例では４個）に掛け回されている。このタイミングチェーン２８と４個のスプロケット２５は、４個のクランク部材２４が同期して円運動するよう、４個の基体側の軸２４ｂ同士を連繋して同期させる同期手段を構成している。この同期手段は、簡単な構成であり、キャリヤ１２を好適且つ安定的に運動させることができる。これによって研磨精度を向上でき、ウェーハの平坦度を向上できる。なお、同期手段としては、本実施例に限られることはなく、タイミングベルト、またはギア等を用いてもよいのは勿論である。
３２はモータ（例えば、ギャードモータ、又はサーボモータ）であり、３４は出力軸に固定された出力ギヤである。出力ギア３４はクランク部材２４の基体側の軸２４ｂに同軸に固定されたギア２６に噛合している。これにより、クランク部材２４を基体側の軸２４ｂを中心に回転させる回転駆動装置が構成されている。
【００２６】
なお、回転駆動装置としては、各クランク部材２４にそれぞれ対応して配された複数のモータ（例えば、電動モータ）を利用することもできる。電動モータであれば、電気的に同期を取ることで、複数のクランク部材２４を同期運動させ、キャリヤ１２をスムースに運動させることができる。
また、本実施例ではクランク部材２４を４個配設した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、クランク部材２４は最低３個あれば、キャリヤホルダー２２を好適に支持することができる。
さらに、直交する２軸の直線運動の合成によって２次元運動を得ることができるＸＹテーブルの移動体と、前記キャリヤホルダー２２とを一体化して運動できるようにすれば、１個のクランク部材２４の駆動によって、キャリヤホルダー２２を自転しない円運動させることができる。すなわち、ＸＹテーブルの直交する２軸に延びるガイドによって案内されることで、前記移動体は自転しない運動をするのであって、この移動体の運動をキャリヤホルダー２２の運動（自転しない円運動）に好適に利用できる。
また、クランク部材２４を全く用いず、ＸＹテーブル自体に駆動手段を設けるようにしてもよい。すなわち、Ｘ軸及びＹ軸の部材をそれぞれ直接的に駆動させるサーボモータとボールネジ、又はサーボモータとタイミングチェーン等の組み合わせから成るＸ軸及びＹ軸の駆動機構を使用することで、前記移動体と一体化したキャリヤホルダー２２を運動（自転しない円運動）させてもよい。この場合は、最低２個のモータを使用することになるが、モータを制御することで旋回円運動の他にも自転しない種々の２次元運動を得ることができ、その運動をウェーハ１０の研磨に利用できる。
【００２７】
３６は下定盤回転用モータであり、下定盤１６を自転させる動力装置である。例えば、ギャードモータ又はサーボモータを用いることができ、その出力軸は下定盤１６の回転軸に直結させてもよい。
３８は上定盤回転用動力手段であり、上定盤１４を自転させる。下定盤回転用モータ３６と同様に電動モータ等回転動力となるものを適宜利用すればよい。
下定盤回転用モータ３６及び上定盤回転用動力手段３８は、回転方向及び回転速度を自由に変更できるものとすれば、種々の研磨仕様に柔軟に対応できる。
また、この両面研磨装置では、キャリヤ１２の透孔１２ａ内に配されたウェーハ１０を、図２に示すように上定盤１４と下定盤１６でサンドイッチにして、そのウェーハの研磨加工がなされる。この際、ウェーハ１０が挟圧される力は、主に上定盤１４側に設けられた加圧手段による（図１０参照）。例えば、空気圧を利用し、最大加圧力が上定盤１４の自重であり、空気圧を上昇させることで加圧力を低減させるように作用させるエアバック方式で上定盤１４のウェーハ１０への押圧力を調整するようにしてもよい。このエアバック方式では、空気圧を制御することで好適かつ容易に加圧力を調整できる。なお、上定盤１４側には加圧手段の他に上定盤１４を昇降動させる昇降装置４０が設けられ、ウェーハ１０の給排のときなどに作動する。
【００２８】
また、図１に示すように、６２はローラであって、上定盤１４に当接し、その上定盤１４のキャリヤ１２の面に平行な方向への揺れを阻止する振動防止手段の一例である。このローラ６２は、適宜に上定盤１４の外周１４ｃに当接するよう、基体３０上の上定盤１４近傍に設けられたガイドローラ本体（図示せず）に回転自在に装着されている。この複数のローラ６２によって、研磨工程がなされる際に上定盤１４を挟むことで、上定盤１４のキャリヤ１２の面に平行な方向への移動を規制し、振動を防止できるのである。
【００２９】
次に、液状の研磨剤の供給手段について、図１及び図３に基づいて説明する。
上定盤１４には、その上定盤１４の研磨面１４ａとウェーハ１０が接触して該ウェーハ１０を研磨する研磨部へ、スラリー（液状の研磨剤）を供給する研磨剤供給用の孔１４ｂが設けられている。
この研磨剤供給用の孔１４ｂは、ウェーハ１０の研磨部へ液状の研磨剤を十分且つ均一に供給でき、その研磨に悪影響を与えない大きさ等に適宜に設けられればよく、その形態或いはその数は特に限定されるものではない。なお、本実施例の研磨剤供給用の孔１４ｂは、上定盤１４に等密度に分布するよう、合計で２１個がマトリクス状に位置され、各々が小径に開けられて設けられている。なお、本実施例の研磨剤供給用の孔１４ｂは、上定盤１４に上下方向に貫通して設けられている。
また、図３では示さないが、図１０のように研磨剤供給用の孔１４ｂの上端にはチューブ等が連結されており、ポンプ等によって汲み上げられた液状の研磨剤が、適宜分配されて供給されるように設けられている。
【００３０】
そして、キャリヤ１２には、研磨剤供給用の孔１４ｂより供給された液状の研磨剤を通過させて下の定盤（下定盤１６）の研磨面１６ａとウェーハ１０が接触して該ウェーハ１０を研磨する研磨部へ、液状の研磨液を供給する連通孔１５が設けられている。
この連通孔１５は、キャリヤ１２の強度に影響を与えない位置に、適当な形態に設けられればよく、そのサイズ、形状或いはその数は限定されるものではない。なお、図３に示した実施例では、キャリヤ１２の中央と、キャリヤ１２の円周方向に隣合う透孔１２ａ同士間とに、合計で５個の円形の連通孔１５が開けられている。
【００３１】
このキャリヤ１２によれば、液状の研磨液を、研磨されるウェーハ１０の両面に好適に供給することができ、好適に研磨することができる。すなわち、液状の研磨液が、キャリヤ１２に開けた孔である連通孔１５から流れ落ち、ウェーハ１０の裏面（研磨面１６ａと接触する面）にも好適に流れ込むことができる。このため、研磨条件を均一化でき、ウェーハ１０の両面を精度よく研磨できる。
なお、研磨面１６ａ上に供給された液状の研磨液は、従来の両面研磨装置の場合と同様に、順次その研磨面１６ａから外周方向へ溢れ出て排出され、さらに回収されて適宜循環される。
【００３２】
次に、図６〜図９に基づいて、本発明の特徴的な構成である研磨剤供給手段の実施例について説明する。図６は下定盤に設けられた研磨剤供給手段を説明する断面図である。図７は上定盤に設けられた研磨剤供給手段を説明する断面図である。また、図８及び図９には、上定盤に設けられ、複数系統のスラリー（液状の研磨剤）の供給経路を備える研磨剤供給手段を説明する説明図である。なお、以上に説明した実施例と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図６には、前記研磨面１６ａと前記ウェーハ１０が接触してそのウェーハ１０を研磨する研磨部へ液状の研磨剤（スラリー）を供給すべく、下定盤１６に設けた研磨剤供給用の孔１６ｂから、圧送されたスラリーを排出させる研磨剤供給手段を示してある。
８５はスラリーを圧送する圧送供給装置であり、スラリーを貯留するタンク、及びスラリーを圧送するポンプ等から構成される。
８６は連通路であり、下定盤１６を自転させる中空自転軸３６ａの軸心に上下方向に配されて研磨剤供給用の孔１６ｂに連通する上下管８６ａ、その上下管８６ａと圧送供給装置８５とを連通する水平管８６ｂ、及び管継手等によって構成されている。この連通路８６を介して、高圧に加圧されたスラリーが送られて研磨剤供給用の孔１６ｂから吐出される。
この研磨剤供給手段によれば、十分な流量のスラリーを強制的に好適に前記研磨部へ供給（圧送）でき、特に研磨面１６ａを好適に冷却し、研磨面１６ａの表面温度を均一化できる。
なお、下定盤１６の中心部に設けられた研磨剤供給用の孔１６ｂから吐出したスラリーは、下定盤１６の研磨面１６ａに受けられ、遠心力で中心部から外周へ好適に流れる。このため、研磨剤供給用の孔１６ｂは一つではあるが、スラリーを研磨部全体へ十分に多く好適に供給できる。
【００３４】
図７には、前記研磨面１４ａと前記ウェーハ１０が接触してそのウェーハ１０を研磨する研磨部へ液状の研磨剤（スラリー）を供給すべく、上定盤１４に設けた研磨剤供給用の孔１４ｂから、圧送されたスラリーを排出させる研磨剤供給手段を示してある。
８５ａはスラリーを圧送する圧送供給装置であり、スラリーを貯留するタンク、及びスラリーを圧送するポンプ等から構成される。
８７は連通路であり、上定盤１４を自転させる中空自転軸３８ａの軸心に上下方向に配されて圧送供給装置８５ａに連通する上下管８７ａと、その上下管８７ａから分岐して研磨剤供給用の孔１４ｂに連通する分岐管８７ｂ、及び管継手等によって構成されている。この連通路８７を介して、高圧に加圧されたスラリーが送られて研磨剤供給用の孔１４ｂから吐出される。
この研磨剤供給手段によれば、十分な流量のスラリーを強制的に好適に前記研磨部へ供給（圧送）でき、特に研磨面１４ａを好適に冷却し、研磨面１４ａの表面温度を均一化できる。
なお、図６に示した研磨剤供給手段と、図７に示した研磨剤供給手段とを同時に利用してもよいのは勿論であり、研磨面１４ａの表面温度をさらに好適に均一化できる。
【００３５】
次に、図６及び図７の実施例のように、スラリーを圧送することで、十分な流量のスラリーを研磨部へ供給することができる場合の作用効果について、比較実験に基づいて説明する。
毎分０．５リットルのスラリーを研磨部に供給した場合と、毎分３．０リットルのスラリーを研磨部に供給した場合について、それぞれ、１回のウェーハの研磨工程を６０分とし、５回分の研磨工程（総計で３００分）を連続的に行った。なお、スラリーの流量以外の条件は同一とする。
下定盤１６の表面（研磨面）の半径方向に異なる位置に８か所の測定ポイントを設定して、その各測定ポイントの表面温度について、研磨工程開始時（０分）を含めて６０分置きに測定した。そして、その各回の測定時における表面温度の平均値、及び各回の測定時毎における各測定ポイント間の表面温度のバラツキについて比較した。
また、各研磨工程で加工された各ウェーハ毎に、そのウェーハの半径方向に異なる位置に８か所の測定ポイントを設定して、その各測定ポイントの厚さを測定してウェーハの厚さのバラツキについて比較した。
【００３６】
以下に実験結果を説明する。
先ず、下定盤１６の表面温度について説明する。
毎分０．５リットルを供給した場合は、平均温度が、研磨開始時（０分）では摂氏約２２度であったものが、３００分を経過した時点では摂氏約３４度にまで上昇し、摂氏で約１２度のひらきが生じた。また、各回の測定時毎の各測定ポイント間の温度のバラツキは、最高が摂氏で約５度、平均では摂氏で約３度程度であった。
これに対して、毎分３．０リットルを供給した場合は、平均温度が、全測定時を通して摂氏約２８度でほとんど一定（１度以内の差）であり、各回の測定時毎の各測定ポイント間の温度のバラツキは、最高が摂氏で約１．５度、平均では１度以下であった。
【００３７】
次に、研磨加工されたウェーハの厚さのバラツキについて説明する。
毎分０．５リットルを供給した場合は、最高で２．２μｍ、平均では１．３μｍのバラツキがあった。
これに対して、毎分３．０リットルを供給した場合は、最高で０．８μｍ、平均では０．６μｍのバラツキであった。すなわち、毎分０．５リットルの場合と比較して倍以上の研磨精度を得ることができた。
このように、毎分３．０リットルを供給した場合は、研磨面を均一温度に維持することができ、著しく精度の高いウェーハの平坦化を行うことができた。
すなわち、スラリーの供給量を増やすことによって、各定盤１４、１６の研磨面１４ａ、１６ａの表面温度（研磨布面の温度）上昇を防止することができると共に、研磨面１４ａ、１６ａの表面温度のバラツキを小さくすることができる。このように研磨面１４ａ、１６ａの表面温度に関する研磨条件を均一に保つことによって、ウェーハの研磨精度を著しく向上できる。
【００３８】
次に、図８及び図９に基づいて、複数系統のスラリーの供給経路を備える研磨剤供給手段について説明する。どちらの実施例も、研磨剤供給用の孔１４ｂが、上定盤１４の径方向について異なる複数の位置に設けられ、その複数の研磨剤供給用の孔１４ｂに対応し、スラリーを供給する経路が複数系統に設けられている。
図８の実施例では、複数の圧送供給装置８８ａ、８８ｂ、８８ｃから、回転軸に設けられたディストリビュータ８９、及び回転軸内を通る管路等から構成される複数の供給経路９８ａ、９８ｂ、９８ｃを介して、スラリーを各研磨剤供給用の孔１４ｂから吐出させる。なお、ディストリビュータ８９は、回転する部材内に流体をシールして供給する公知の技術である。
９７はシーケンサーであり、各研磨剤供給用の孔１４ｂの近傍に配設された温度センサー９９ａ、９９ｂ、９９ｃの信号を受けて、複数の圧送供給装置８８ａ、８８ｂ、８８ｃに指令信号を送る。これにより、各供給経路９８ａ、９８ｂ、９８ｃを流れて各研磨剤供給用の孔１４ｂから吐出されるスラリーの流量等についてフィードバック制御し、研磨面１４ａ、１６ａを冷却して、その表面温度を一定に維持する。
【００３９】
すなわち、各圧送供給装置８８ａ、８８ｂ、８８ｃには、個々に、スラリーの温度を調整するタンクと、圧送するスラリーの流量を可変できるポンプ等が備えられている。
従って、各圧送供給装置８８ａ、８８ｂ、８８ｃを、シーケンサー９７で制御することによって、研磨面１４ａ、１６ａの研磨熱が多く発生する部位近傍の研磨剤供給用の孔１４ｂへは、スラリーの供給量を高めるか、或いは低い温度のスラリーを供給できる。これによって、研磨面１４ａ、１６ａの各部位の加熱状況に対応して好適に冷却でき、その表面温度を全面的に均一化でき、ウェーハの研磨精度を著しく向上できる。
【００４０】
また、図９の本実施例では、圧送供給装置８８ｄから分岐させ、複数の自動流量制御弁８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、ディストリビュータ８９、及び回転軸内を通る管路等から構成される複数の供給経路９８ａ、９８ｂ、９８ｃを介して、スラリーを各研磨剤供給用の孔１４ｂから吐出させる。
９７はシーケンサーであり、各研磨剤供給用の孔１４ｂの近傍に配設された温度センサー９９ａ、９９ｂ、９９ｃの信号を受けて、複数の自動流量制御弁８３ａ、８３ｂ、８３ｃに指令信号を送る。これにより、各供給経路９８ａ、９８ｂ、９８ｃを流れて各研磨剤供給用の孔１４ｂから吐出されるスラリーの流量を、複数の自動流量制御弁８３ａ、８３ｂ、８３ｃによって制御し、研磨面１４ａ、１６ａを冷却して、その表面温度を一定に維持する。
【００４１】
このように、各自動流量制御弁８３ａ、８３ｂ、８３ｃを、シーケンサー９７で制御することによって、研磨面１４ａ、１６ａの研磨熱が多く発生する部位近傍の研磨剤供給用の孔１４ｂへは、スラリーの供給量を増やせば、研磨面１４ａ、１６ａの各部位の加熱状況に対応して好適に冷却でき、その表面温度を全面的に均一化できる。従って、ウェーハの研磨精度を著しく向上できる。
なお、シーケンサー９７と、温度センサー、及び圧送供給装置又は自動流量制御弁との信号のやり取りは、本実施例のように配線で行ってもよいし、無線によって行うことができるのは勿論である。
また、スラリーを圧送する圧力は、２〜３ｋｇ／ｃｍ² 程度でよいが、さらに高圧にしても良い。
また、以上の実施例では、上定盤１４に複数系統のスラリーの供給経路を設けた場合を説明したが、本発明はこれに限らず、下定盤１６に設けることも可能である。
【００４２】
次に、本発明にかかる両面研磨装置の使用方法の一例について説明する。
先ず、キャリヤ１２を運動させないで、上定盤１４と下定盤１６とを回転速度の絶対値は同じであるが反対方向へ回転させた場合を説明する。すなわち、図１に示すように、例えば、上定盤１４は時計回転をさせ、下定盤１６は反時計回転させる。この場合は、全く反対方向に摩擦力が作用するから、その運動力が相互に相殺されて、理論的にはウェーハ１０は止まった状態で両面の研磨がなされる。但し、この場合には、上定盤１４及び下定盤１６では、その外周へ向かう程その周速度が大きくなる。従って、ウェーハ１０の上定盤１４及び下定盤１６の軸線Ｌに対応する部分から遠い部分ほど研磨が促進され、ウェーハ１０が均一に研磨されない。
【００４３】
次に、キャリヤ１２を前述した構成からなる運動機構によって、自転しない円運動をさせることによる研磨作用について説明する。
上定盤１４及び下定盤１６の回転を考えず、キャリヤ１２の自転しない円運動のみを考えた場合、その自転しない円運動によれば、運動をする部材（キャリヤ１２）の全ての点で全く同じ運動がなされることになる。これは、全ての点が同一の運動となる意味で、一種の揺動運動であり、揺動運動の軌跡が円になったと考えればよい。
従って、自転しない円運動をするキャリヤ１２を介し、ウェーハ１０を旋回移動すれば、この運動による作用に限っていえば、ウェーハ１０の両面は均一に研磨される。
【００４４】
そして、上定盤１４と下定盤１６の回転運動と、キャリヤ１２の自転しない円運動とを同時に作動させた場合は、ウェーハ１０が透孔１２ａの中で回転可能に保持されているため、特に上定盤１４と下定盤１６の回転速度の絶対値に差をつけた場合（一方の定盤に対して他方の定盤の回転速度を速くした場合）、ウェーハ１０は、その回転速度の速い側の定盤の回転方向へ、連れ回りする。すなわち、ウェーハ１０は所定の方向へ自転することになる。
このようにウェーハ１０が自転することで、上定盤１４及び下定盤１６では、その外周へ向かう程その周速度が大きくなっているが、その影響をなくすことができ、ウェーハ１０を均一に研磨できる。
なお、ウェーハ１０の両面を均一に研磨するには、上定盤１４と下定盤１６の回転速度を交互に一方が速くなるように制御すればよい。
【００４５】
次に、本発明にかかる両面研磨装置の使用方法の他の例について説明する。
以上の実施例では、複数の透孔１２ａが設けられ、複数のワーク（ウェーハ１０）を同時に研磨する場合について説明したが、本発明ではこれに限らず、例えば、キャリヤ１２には大型なワークが保持される透孔１２ａを一個のみ設け、その大型ワークの両面を研磨する研磨装置としても利用できる。なお、大型なワークとしては、液晶に用いる矩形状のガラス板、或いは枚葉で加工されるウェーハ（円形）等のワークがある。
この場合、大型なワークは、キャリヤ１２の中心からその周縁近傍付近にわたってほぼ全面的に配されることになる。このとき、キャリヤ１２による自転しない円運動を主に利用して研磨し、上定盤１４及び下定盤１６の回転速度は、研磨むらが発生しない程度に遅くすれば、ワークの全体面について均一に且つ好適に研磨できる。すなわち、上定盤１４及び下定盤１６では、周速度の違いで外周ほど研磨作用が大きくなるが、その回転速度がキャリヤ１２の自転しない円運動に比べて非常に遅ければ、研磨作用に直接的には殆ど関与させないようにすることができる。そして、上定盤１４及び下定盤１６を回転させることは、ワークに接触する定盤面を常に更新させ、液状の研磨剤をワークの全面へ平均的に供給するなど、研磨作用を良好にするため、間接的に好適に寄与できる。
【００４６】
以上の実施例ではポリシング装置について説明したが、本発明はラッピング装置にも好適に適用できるのは勿論である。
以上、本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の両面研磨装置によれば、研磨剤供給手段によって、上定盤及び下定盤の研磨面とワークが接触して該ワークを研磨する研磨部へ液状の研磨剤を供給すべく、上定盤及び／又は下定盤に設けた研磨剤供給用の孔から、圧送された液状の研磨剤を排出させる。
これによれば、自転しない円運動をするキャリヤを備える両面研磨装置にあって、前記研磨部へ十分な流量の液状の研磨剤を供給することが可能となり、前記研磨面の表面温度を均一に維持することができるため、研磨精度を向上させることができるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる両面研磨装置の一実施例の斜視分解図である。
【図２】図１の実施例の側断面図である。
【図３】図１の実施例のキャリヤとキャリヤホルダーの全体を示す平面図と断面図である。
【図４】本発明にかかる連繋手段の要部を説明する断面図である。
【図５】本発明にかかる連繋手段の他の実施例を示す平面図と断面図である。
【図６】本発明にかかる研磨剤供給手段の一実施例を説明する断面図である。
【図７】本発明にかかる研磨剤供給手段の他の実施例を説明する断面図である。
【図８】複数経路を備える研磨剤供給手段の一実施例を説明する説明図である。
【図９】複数経路を備える研磨剤供給手段の他の実施例を説明する説明図である。
【図１０】背景技術の研磨剤供給手段を説明する断面図である。
【図１１】従来技術を説明する断面図である。
【図１２】従来技術のキャリヤの配置を説明する平面図である。
【符号の説明】
１０ ウェーハ
１２ キャリヤ
１２ａ 透孔
１２ｂ 穴
１４ 上定盤
１４ａ 研磨面
１４ｂ 研磨剤供給用の孔
１５ 連通孔
１６ 下定盤
１６ａ 研磨面
２０ キャリヤ旋回運動機構
２２ キャリヤホルダー
２３ ピン
２４ クランク部材
２４ａ ホルダー側の軸
２４ｂ 基体側の軸
２８ タイミングチェーン
３０ 基体
３２ モータ
４０ 上定盤の昇降装置
８５ 圧送供給手段
８５ａ 圧送供給手段
８６ 連通路
８７ 連通路
８８ａ、８８ｂ、８８ｃ 圧送供給手段
８８ｄ 圧送供給手段
８９ ディストリビュータ
９７ シーケンサー
９８ａ、９８ｂ、９８ｃ 供給経路
９９ａ、９９ｂ、９９ｃ 温度センサー

Claims (3)

1. 上定盤と下定盤との間に挟まれたキャリアの透孔内に配されているワークの両面を、前記上定盤と下定盤との各研磨面によって研磨を施す両面研磨装置であって、
   前記ワークを旋回運動するように、前記キャリアを自転しない円運動をさせるキャリア旋回運動機構と、
   前記上定盤を所定方向に自転させる中空回転軸内に設けられた研磨剤供給用の上下管と、
   前記上定盤に形成された複数の研磨剤供給用孔の各近傍に設けられた温度センサーと、
   前記上定盤の上面に設けられ、前記上下管によって供給された研磨剤を前記研磨剤供給孔の各々に供給する分岐管と、
   前記温度センサーの出力信号が入力され、前記研磨剤供給用孔の各々に供給する研磨剤の流量を変更する流量変更機構に指令信号を送って、前記研磨面の温度を均一化するように研磨剤の流量を制御するシーケンサーとを具備することを特徴とする両面研磨装置。
2. 流量変更機構が、研磨剤を貯留するタンク、および研磨剤を圧送するポンプを含む圧送供給装置であって、前記圧送供給装置がディストリビュータを介して分岐管の各々に接続されている請求項１記載の両面研磨装置。
3. 流量変更機構が、分岐管の各々に設けられた自動流量制御弁である請求項１記載の両面研磨装置。

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