JPH03173129A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、研磨装置に関し、特に半導体製造技術におけ
る半導体ウェハ（以下、ウェハという）の研磨工程にお
いて、研磨中に発生するウェハの保持部材に起因する平
坦度の劣化防止、研磨剤によるウェハ裏面の腐食防止を
図ることが可能とされるワックスレス型の研磨装置に適
用して有効な技術に関する。

［従来の技術］ 半導体製造技術におけるウェハの研磨工程にふいて、た
とえばデバイスの微細化、ＭＯ３構造デバイスの進展に
伴い、高精度かつ無欠点表面が要求されている。

また、研磨のメカニズムが、たとえばコロイダルシリカ
などによるメカニカル的要素と、アルカリによるエツチ
ング要素とを複合したメカノ・ケミカル研磨法であり、
研磨剤や研磨クロスの性質がウェハ表面状態を決める主
要素であるために多くの改良が成されてきたが、最近の
ウェハ精度、特に平坦度向上要求に対しては研磨装置の
重要度が高まっている。

さらに、研磨処理は大別して、ラッピング処理とポリッ
シング処理と呼ばれる２段階の処理で構成され、ラッピ
ング処理においては、スライス状態のウェハの両面の平
坦化が行われ、さらにウェハ全体における厚さのばらつ
きなどが補正される。

一方、ポリッシング処理においては、ラッピング処理が
完了した後に、研磨クロスと呼ばれる研摩布によって数
段階にわたる研磨工程が繰り返され、ウェハの表面が所
定精度の鏡面状態とされる。

そして、このようなポリッシング処理を行う研磨装置の
一つとして、たとえば株式会社工業調査会、昭和６０年
１１月２０日発行、「電子材料別冊、超ＬＳＩ製造試験
装置ガイドブック」１９８５年１１月号別冊Ｐ４１〜Ｐ
４９などの文献に記載されるワックスレス型ポリッシン
グ装置がある。

すなわち、上記ワックスレス型ポリッシング装置におい
ては、研磨クロスが張られた研磨定盤に対向して設けら
れた研磨プレートに、ウェハの外径よりもわずかに大き
な複数の装着孔が形成されたテンプレートを研磨プレー
トに固着させるとともに、個々の装着孔に気孔層を有す
るバックパッドが配置されている。そして、バックパッ
ドにウェハを吸着して固定した後に、研磨クロスに研あ
剤を供給しながら、研磨プレートと研磨定盤との間でウ
ェハに一定の圧力を負荷しつつ、両者を対向面内におい
て相対的に変位させることで、ウェハの研暦面を研磨ク
ロスに摺動させてポリッシング処理を行う機構となって
いる。

Ｃ発明が解決しようとする課Ｈ］ ところが、前記のような従来技術においては、ウェハが
バックパッドを介して取り付けられていることから、研
磨中におけるバックパッドの研磨剤の吸収、バックパッ
ドの硬度変化、およびウェハ吸着面への研磨剤の侵入な
どに対する配慮がなされておらず、バックパッドの劣化
や物理的特性の変化が生じるという欠点がある。

たとえば、ウェハの平坦度を劣化させる原因としては、
バックパッドの外周部分がアルカリ性の研磨剤と接触、
またはバックパッドに侵入することにより弾性および硬
度が変化し、ウェハの支持剛性がバックパッド全面で不
均一となることに起因している。

従って、ウェハ平坦度の劣化およびウェハ表面腐食によ
る面粗れなどによって、最近のウェハ精度、特に平坦度
向上の要求に対応できないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、被研磨物の高精度な平坦度を
得ることができる研磨装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、被研磨物裏面の研磨剤によ
る二次的な腐食による面粗れを防止することが可能とさ
れる研磨装置を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、被研磨物の研旦プレート
への着脱を自動化することができる研磨装置を得ること
にある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［課題を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の研磨装置は、板面体の被研磨物を研
磨する研磨クロスと、該被研磨物を保持する研磨プレー
トと、該研磨プレートを所定の圧力で加圧する研磨荷重
負荷機構とを備えたワックスレス型の研磨装置であって
、前記被研磨物を、直接、前記研磨プレートの吸着面に
真空吸着保持するものである。

また、前記研磨プレートが、多孔質性材料により形成さ
れた研磨プレートとされ、前記被研磨物への吸着力を、
該被研磨物の全面に均一に作用させるようにしたもので
ある。

さらに、前記研磨プレートの真空・加圧孔が、格子また
はスリット形状、あるいは多孔形状に形成され、前記被
研磨物との接触面積を減少させるようにしたものである
。

また、前転研磨プレートが、前記被研磨物の吸着面の被
研磨物の外周位置にシール部材が配設され、該シール部
材により前記被研磨物と研磨プレートとの間への研磨剤
の侵入が防止されるようにしたものである。

さらに、前記研磨プレートの真空・加圧孔の内圧が、負
圧または正圧とされることにより前記被研磨物が着脱さ
れるようにしたものである。

［作用］ 前記した研磨装置によれば、被研磨物を、直接研磨プレ
ートの吸着面に真空吸着保持することにより、従来のよ
うにパックパッドを介する方式を用いずに、直接研磨プ
レート剛体表面に被研磨物を真空吸着させ、常時被研磨
物の支持剛性を安定化させることができる。

また、前記研磨プレートを、多孔質性材料によって形成
することにより、被研磨物の真空吸着力を被研磨物全面
に均一に作用させ、被研磨物の吸着力を向上させること
ができる。

さらに、前記研磨プレートの真空・加圧孔を、格子ふよ
びスリット形状、あるいは多孔形状に形成することによ
り、被研磨物との接触面積を減少させ、研磨プレート吸
着面の異物付着の影響を小さくすることができる。

また、前記研磨プレートにおいて、被研磨物吸着面の被
研磨物の外周位置にシール部材を配設することにより、
被研磨物と研磨プレートとの間への研磨剤の侵入を防止
し、被研磨物裏面の腐食を抑制することができる。

さらに、前記研磨プレートの真空・加圧孔の内圧を、負
圧または正圧とすることにより、被研磨物の着脱を自動
化することができる。

［実施例〕 第１図は本発明の一実施例である研磨装置の研磨プレー
トを示す要部拡大断面図、第２図〜第５図は本実施例の
研磨プレートの変形例を示す要部拡大断面図、第６図は
第５図の研磨プレートの吸着面を示す平面図、第７図は
本実施例の研磨装置の概略を示す正面図、第８図は本実
施例の研磨装置の研磨プレートを示す平面図である。

まず、第７図により本実施例の研磨装置の構成を説明す
る。

本実施例の研磨装置は、たとえば半導体製造工程におけ
るウェハ（被研磨物）　１のワックスレス型のポリッシ
ング装置２とされ、水平に配置される研磨定盤３と、ウ
ェハ１を研磨する研磨クロス４と、ウェハ１を保持する
研磨プレート５と、この研磨プレート５を所定の圧力で
押圧する加圧シリンダ（研磨荷重負荷機構）６とから構
成されている。そして、研磨定盤３が回転運動すること
によってポリッシング処理が行われる構造となっている
。

研磨定盤３は、下面中央部に設けられた駆動軸３ａを介
して、図示しないモータなどの駆動源によって所定の速
度において回転される構造となっている。

ウェハ１は、シリコン（Ｓｉ）単結晶からなる棒状のイ
ンゴットを横断面方向にスライスして得られるものであ
り、第８図に示すようにその周縁の一部に結晶基準位置
を示す直線状のオリエンテーションフラットｌａが形成
されている。

研磨クロス４は、研磨定盤３の上面、すなわち研磨プレ
ート５に対する対向面に張り付けられ、研磨定盤３が駆
動されることによってウェハ１をポリッシング処理する
ものである。

研磨プレート５には、第１図に示すようにウェハｌの吸
着面に通じる複数の真空・加圧孔５ａが形成され、ウェ
ハｌの背面側を着脱自在に吸着して固定する構造となっ
ている。また、ウェハ１の外周位置に０リング（シール
部材）７が装着される装着溝５ｂが形成され、Ｏリング
７によってつエバ１と研磨プレート５との開への研磨剤
８の侵入が防止される構造となっている。

また、研磨プレート５には、その背面側に従動軸９が接
続され、この従動軸９が軸受１０および上下動自在なト
ルカ−アーム１１を介して図示しない筐体に支持されて
いる。そして、従動軸９の内部には、真空・加圧孔９ａ
が形成され、この真空・加圧孔９ａが図示しない流体圧
源に接続されている。また、従動軸９の上端側には、従
動軸９に軸方向に推力を加える加圧シリンダ６が接続さ
れ、研磨プレート５の上下動の制御、および所定の圧力
で研磨プレート５を研磨定盤３側に押圧する構造となっ
ている。

さらに、研磨プレート５０表面、すなわち研磨定盤３に
対する対向面には円形のテンプレート１２が取り付けら
れている。そして、このテンプレート１２には、たとえ
ば第８図に示すように従動軸９を囲むように５つの装着
孔１２ａが周方向を等分する位置に開設され、これらの
装着孔１２ａにウェハ１がそれぞれ装着される構造とな
っている。

加圧シリンダ６は、研磨プレート５に所定の押圧力を与
え、テンブレー）１２の装着孔１２ａに装着されたそれ
ぞれのウェハｌに、たとえば１００〜２５０ｇ／ｃｍ２
程度の圧力を加えるものである。そして、研磨定盤３の
中央部に配置される図示しないノズルなどから研磨剤８
を供給し、研磨定盤３の回転による遠心力によって研磨
クロス４の外側に分散させながら、ウェハ１の表面をポ
リッシング処理する構造となっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

始めに、研磨定盤３から研磨プレート５を離間させた状
態において、研磨プレート５に固定されたテンプレート
１２のそれぞれの装着孔１２ａにウェハｌを装着する。

そして、流体圧源（図示せず）の駆動によって研磨プレ
ート５の真空・加圧孔５ａの内圧を負圧、すなわち真空
状態とし、ウェハ１の背面を研磨プレート５の吸着面に
吸着させて安定に固定する。

続いて、加圧シリンダ６を作動させることによって研磨
プレート５を研磨定盤３に向かって降下させ、研磨プレ
ート５と研磨定盤３との間でウェハ１を所定の圧力で押
圧し、安定に吸着されたウェハ１に対して、回転する研
磨定盤３に張られている研ツクロス４を摺動させてポリ
ッシング処理を行う。

この場合に、研磨剤８を供給しながら、ポリッシング処
理を所定の時間だけ継続することによって、研磨クロス
４に接するウェハ１の表面を鏡面状態に研磨することが
できる。

さらに、装着されたウェハ１のポリッシング処理が終了
した後に、上記と逆の工程、すなわち加圧シリンダ６を
作動させることによって研磨プレート５を上昇させ、流
体圧源の駆動によって研磨プレート５の真空・加圧孔５
ａの内圧を正圧状態とし、ウェハ１の吸着を解除する。

そして、テンプレート１２の装着孔１２ａからウニ／”
ｉ　ｌを取り出し、研はプレート５を研磨定盤３から離
間させ、新たなウェハ１に交換して再びポリッシング処
理を実施する。

以上のように、本実施例の研磨装置であるポリッシング
装置２においては、研磨プレート５に複数の真空・加圧
孔５ａが形成され、この真空・加圧孔５ａが流体圧源（
図示せず）に接続されることにより、従来のように研磨
中における研磨剤８の吸収、硬度変化などを生じるバッ
クパッドを用いることなく、被研磨物であるウェハ１を
研磨プレート５の吸着面に直接真空吸着し、常時ウェハ
１の支持剛性を安定化させることができる。この場合に
、研磨プレート５に、第１図および第２図のように複数
個の真空・加圧孔５ａが形成されることにより、ウェハ
１の真空吸着力をウェハ１の全面に均一に作用させるこ
とができる。

なお、研磨プレート５については、第３図および第４図
のように、たとえばアルミナ系砥粒製などの多孔質性吸
着板（多孔質性材料）１３を吸着面に固定することによ
り、上記と同様にウェハｌの真空吸着力をウェハ１の全
面に均一に作用させることができるので、平坦度精度の
向上が可能である。

また、第１図および第２図のように、ウェハ１の吸着面
のウェハ１の外周位置にシール部材であるＯリング７を
配設したり、また第３図のように、ウェハ１の吸着後に
ウェハ１の外周位置にシール剤（シール部材）１４を塗
布したり、さらに第４図および第５図のように、ウェハ
１の外周位置にエツジシール材（シール部材）１５を配
設することにより、ウェハ１と研磨プレート５との間へ
の研磨剤８の侵入を防止することができる。

さらに、研磨プレート５の吸着面に、たとえば第５図お
よび第６図のように、間隔が０．１〜１０ｍｍの格子状
に底面直径が０．１〜ｌＱｍｍの円錐形状溝５Ｃが形成
される場合においては、吸着面がウェハ１の全面と接触
せず、ウェハ１の支持面積が減少されることにより、研
磨プレート５の吸着面の異物付着の影響を小さくするこ
とができる。

また、上記何れの場合にも、ウェハ１の吸着時は真空・
加圧孔５ａの内圧を負圧状態とし、またウェハ１の取外
し時においては正圧状態とすることにより、ウェハ１の
取付および取外しを容易に行うことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、本実施例の研磨装置における研磨プレート５
については、第１図〜第６図に示すような真空・加圧孔
５ａ、格子状の円錐形状溝５ｃなどの形状および構造に
限定されるものではなく、たとえばスリット溝など他の
様々な形状の研磨プレート５についても適用可能である
。

以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその利用分野である半導体製造技術におけるウェハ
の研磨工程に用いられるワックスレス型の研磨装置に適
用した場合について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、たとえばハードディスク装置における磁気デ
ィスク、またはフォトマスク製造における石英ガラスな
どの他の研磨装置についても広く適用可能である。

［発明の効果コ 本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下ｇ己のとおり
である。

（１〕、板面体の被研磨物を研磨する研磨クロスと、こ
の被研磨物を保持する研磨プレートと、この研磨プレー
トを所定の圧力で加圧する研磨荷重負荷機構とを備えた
ワックスレス型の研磨装置において、板面体の被研磨物
を、直接研磨プレートの吸着面に真空吸着保持すること
により、従来のようにパックパッドを介することなく、
直接、研磨プレート剛体表面に被研磨物を真空吸着させ
、常時被研磨物の支持剛性を安定化させることができる
ので、従来のようなパックパッドに起因する被研磨物へ
の支持剛性の不均一が抑制され、被研磨物の平坦度劣化
の防止が可能である。

（２）、研磨プレートを、多孔質性材料によって形成す
ることにより、被研磨物の真空吸着力を被研磨物の全面
に均一に作用させることができるので、被研磨物の吸着
力を向上させることができると同時に、平坦度精度の向
上が可能である。

（３）、研磨プレートの真空・加圧孔を、格子およびス
リット形状、あるいは多孔形状に形成することにより、
研磨プレートの吸着面に非接触面が形成され、被研磨物
の支持面積を減少させることができるので、従来のよう
に被研磨物の裏面および吸着面に付着する環境中の異物
によって異物箇所の研磨圧力が上昇し、局部的に研磨速
度が上昇することが防止され、異物による平坦度劣化の
防止が可能である。

（４）、研磨プレートにおいて、被研磨物の吸着面の被
研磨物の外周位置にシール部材を配設することにより、
被研磨物と研磨プレートとの間への研…剤の侵入を防止
することができるので、被研磨物の裏面の二次的な隙間
腐食および局部腐食による面粗れを防止することが可能
である。

（５）、研磨プレートの真空・加圧孔の内圧を、負圧ま
たは正圧とすることにより、被研磨物の取付および取外
しを自動で行うことができるので、被研磨物の着脱を自
動化することができる研磨装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である研磨装置の研磨プレー
トを示す要部拡大断面図、 第２図〜第５図は本実施例の研磨プレートの変形例を示
す要部拡大断面図、 第６図は第５図の研磨プレートの吸着面を示す平面図、 第７図は本実施例の研磨装置の概略を示す正面図、 第８図は本実施例の研磨装置の研磨プレートを示す平面
図である。 １・・・ウェハ（被研磨物）、１ａ・・・オリエンテー
ションフラット、２・・・ポリッシング装置（研磨装置
）、３・・・研磨定盤、３ａ・・・駆動軸、４・・・研
磨クロス、５・・・研磨プレート、５ａ・、・・真空・
加圧孔、５ｂ・・・装着溝、５Ｃ・・・円錐形状溝、６
・・・加圧シリンダ（研諮荷重負荷機構）、７・・・０
リング（シール部材）、８・・・研磨剤、９・・・従動
輪、９ａ・・・真空・加圧孔、１０・・・軸受、１１・
・・トルカ−アーム、１２・・・テンプレート、１２ａ
・・・装着孔、１３・・・多孔質性吸着板（多孔質性材
料）、１４・・・シール剤（ンール部材）、１５・・・
エツジシール材（シール部材）。 ７：０リング（シール部材） 頃 １ど０ ４；研磨クロス ５：研磨プレート ６：加圧シリンダ （研磨荷重負荷機構）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、板面体の被研磨物を研磨する研磨クロスと、該被研
   磨物を保持する研磨プレートと、該研磨プレートを所定
   の圧力で加圧する研磨荷重負荷機構とを備えたワックス
   レス型の研磨装置であって、前記被研磨物を、直接、前
   記研磨プレートの吸着面に真空吸着保持することを特徴
   とする研磨装置。 ２、前記研磨プレートが、多孔質性材料により形成され
   た研磨プレートとされ、前記被研磨物への吸着力を、該
   被研磨物の全面に均一に作用させることを特徴とする請
   求項１記載の研磨装置。 ３、前記研磨プレートの真空・加圧孔が、格子またはス
   リット形状、あるいは多孔形状に形成され、前記被研磨
   物との接触面積が減少されることを特徴とする請求項１
   記載の研磨装置。 ４、前記研磨プレートが、前記被研磨物の吸着面の被研
   磨物の外周位置にシール部材が配設され、該シール部材
   により前記被研磨物と研磨プレートとの間への研磨剤の
   侵入が防止されることを特徴とする請求項１、２または
   ３記載の研磨装置。 ５、前記研磨プレートの真空・加圧孔の内圧が、負圧ま
   たは正圧とされることにより前記被研磨物が着脱される
   ことを特徴とする請求項１、２、３、または４記載の研
   磨装置。