JPH1199471A

JPH1199471A - 研磨治具およびこれを搭載する研磨装置

Info

Publication number: JPH1199471A
Application number: JP27977497A
Authority: JP
Inventors: Junji Takashita; 順治高下; Norihisa Saito; 憲久斎藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨治具のキャリアーのくり抜き穴等に基板
が衝突して割れを生じるのを防ぐ。【解決手段】基板Ｗ₁ は、重鍾１３によって平面ラッ
プ盤１上に押圧され、回転リング１１からキャリアー１
０を経て伝達される回転力によって回転する。キャリア
ー１０の回転とともに基板Ｗ₁ はくり抜き穴１０ａの側
縁から側縁へ移動し、衝突を繰り返す。そこで、くり抜
き穴１０ａの各側縁に弾性部材１４を貼着しておき、前
記衝突を緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造工程等において、配線層や絶縁膜を被着した矩形のガ
ラス基板等の表面を平坦化するための研磨加工に用いる
研磨治具およびこれを搭載する研磨装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス等を製造するウエハプロ
セス等においては、配線層や絶縁膜を被着したガラス基
板等の表面の凹凸を研磨によってむらなく均一に除去す
るいわゆる表面平坦化処理が必要であり、この工程で従
来から用いられている研磨装置は、平面ラップ盤等の研
磨盤に貼った弾性研磨シートに基板を押しつけるラップ
盤研磨方式が一般的である。

【０００３】ラップ盤研磨方式の研磨装置は、ラップ盤
に基板を押しつけるための加圧方法に基づいて２つのタ
イプに分類される。第１は、基板を加圧する機構と基板
を回転させる機構を分離したいわゆるキャリアー方式と
呼ばれる研磨治具を用いるもので、極めて高精度の研磨
に適しており、第２は、基板を加圧しながら回転する回
転加圧ヘッド方式の研磨治具を用いるもので、特に、高
速回転の研磨に好適であり、広範囲に利用されている。

【０００４】図６は第１の方式であるキャリアー方式の
研磨治具の一従来例を示すもので、これは、図示しない
モータ等によって中心軸Ｏ₁ のまわりに回転するラップ
盤１０１に貼った弾性研磨シート１０１ａ上に基板Ｔ₁
を載せて、その外側に配設されたキャリアー１１０の回
転を基板Ｔ₁ の側面に伝達する。キャリアー１１０は、
基板Ｔ₁ の外接円より大径の円板部材であり、その中央
には、基板Ｔ₁ の外形寸法に若干のクリアランスをとっ
たくり抜き穴１１０ａが形成されており、該くり抜き穴
１１０ａに基板Ｔ₁ を遊合させる。

【０００５】キャリアー１１０は、金属やセラミック等
で作られた円筒状の回転リング１１１の内側に収容さ
れ、該回転リング１１１は、外周を複数のベアリングロ
ーラ１１２によって位置決めされて回転する。キャリア
ー１１０は、回転リング１１１との間の摩擦による連れ
回りのために中心軸Ｏ₂ のまわりに自転し、キャリアー
１１０内の基板Ｔ₁ もキャリアー１１０と一体となって
回転する。基板Ｔ₁ の上には裏面保護用弾性パッド１１
３ａを介して重錘１１３が置かれており、これによっ
て、基板Ｔ₁ をラップ１０１盤に押しつけるための加圧
力を得る。

【０００６】ラップ盤１０１の回転とともに、基板Ｔ₁
はキャリアー１１０のくり抜き穴１１０ａ内を移動し
て、その一側縁に片寄せされる。この状態で基板Ｔ₁ は
キャリアー１１０と一体となり、回転リング１１１の連
れ回りによってキャリアー１１０とともに回転する。キ
ャリアー１１０がある角度まで回転すると、くり抜き穴
１１０ａ内の基板Ｔ₁ が相対的に移動し、くり抜き穴１
１０ａの別の側縁に片寄せされる。このように基板Ｔ₁
は、その上に置かれた重錘１１３とともに、キャリアー
１１０の回転によって自転しながら、くり抜き穴１１０
ａの側縁から側縁へ間欠的に相対移動を繰り返す。

【０００７】図７は第２の方式である回転加圧ヘッド方
式の研磨治具を示すもので、これは、図示しない平面状
のラップ盤に基板Ｔ₂ を載せて、該基板Ｔ₂ に、回転加
圧ヘッド１２０を押しつけてその中心軸Ｏ₃ のまわりに
回転させることで、基板Ｔ₂の下向きの表面を研磨す
る。

【０００８】研磨中の基板Ｔ₂ には、ラップ盤の研磨シ
ートとの間の摩擦のために公転方向に移動力が発生す
る。そこで、回転加圧ヘッド１２０と基板Ｔ₂ の間に高
摩擦の樹脂パッド１２１を介在させ、基板Ｔ₂ の裏面と
樹脂パッド１２１の間の摩擦力を利用して、基板Ｔ₂ が
回転加圧ヘッド１２０に対して横方向にずれるのを防ぐ
ように構成されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、キャリアー方式では、基板がキャリア
ーのくり抜き穴内を繰り返し移動するために様々な問題
が生じる。特に基板が矩形である場合は、基板がキャリ
アーのくり抜き穴の一側縁から別の側縁に移動するとき
に、基板の働きが不連続になり、基板がキャリアー内面
に衝突する。その衝突で基板の側面に割れを生じ、かけ
らがラップ盤の表面に落ちて、研磨スクラッチの原因と
なる。

【００１０】この現象は基板が大きい程、またラップ盤
の回転数が大きい程、研磨摩擦による移動力が大きいた
め衝突力も大きく、従って割れが生じやすい。キャリア
ーのクリアランスを小さくしても、キャリアー内で基板
の支持点（接触部）の変化がある限り衝突は避けること
ができず、やはり基板の側面では割れが発生する。

【００１１】また、回転加圧ヘッド方式では、回転加圧
ヘッド先端の樹脂パッドと基板裏面の間で発生する摩擦
力によって基板の横移動を防ぐものであるが、樹脂パッ
ドの表面状態が変化して摩擦力が低下した場合は、基板
の保持力が不安定になり、研磨の進行に伴なって基板が
徐々に樹脂パッドからずれてゆき、場合によっては樹脂
パッドからはずれて基板が破損する。ラップ盤の研磨シ
ートの中に破損した基板のかけらが埋め込まれると、研
磨スクラッチの原因になったり、研磨シートの貼り替え
のために長時間の生産停止に至る等様々な事故につなが
るおそれがある。基板の横移動を抑制するために、回転
加圧ヘッドの外周部に移動規制部材を設けることもある
が、この場合には、キャリアー方式と同様に衝突による
トラブルが生じる。

【００１２】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、研磨治具のくり抜き
穴等に基板が衝突して割れたりするトラブルを回避し
て、研磨盤上の基板を安定して加圧、回転できる高性能
な研磨治具およびこれを搭載する研磨装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の研磨治具は、くり抜き穴に基板を遊合させ
るキャリアーと、これを回転させる回転手段を有し、前
記キャリアーの前記くり抜き穴に、前記基板との衝突を
緩和するための弾性部材が配設されていることを特徴と
する。

【００１４】くり抜き穴に基板を遊合させるキャリアー
と、これを回転させる回転手段と、前記基板の横移動を
抑制するための移動規制部材を備えた加圧手段を有し、
前記移動規制部材が、前記キャリアーの前記くり抜き穴
との衝突を緩和するための弾性部材を備えていることを
特徴とするキャリアー方式の研磨治具であってもよい。

【００１５】また、基板の横移動を抑制するための移動
規制部材を備えた回転加圧ヘッドと、該回転加圧ヘッド
を介して前記基板を加圧および回転させる回転加圧手段
を有し、前記移動規制部材が、前記基板に弾力的に当接
される弾性部材を備えていることを特徴とする回転加圧
ヘッド方式の研磨治具であってもよい。

【００１６】弾性部材が、発泡樹脂またはゴムによって
作られているとよい。

【００１７】弾性部材が、バネを備えていてもよい。

【００１８】

【作用】キャリアーのくり抜き穴内に基板を遊合させ、
くり抜き穴の側縁に基板を接触させることで回転運動を
伝達するように構成されたキャリアー方式の研磨治具に
おいて、くり抜き穴の側縁に弾性部材を配設すること
で、くり抜き穴の側縁と基板の衝突を緩和する。

【００１９】このようにして、キャリアーの回転に伴な
ってくり抜き穴内の基板がくり抜き穴の側縁から側縁に
移動するときに、衝突によって基板の側面に割れを生じ
るのを防ぐことができる。

【００２０】キャリアーのくり抜き穴に遊合させた基板
を加圧するための重錘等の加圧手段に移動規制部材を配
設し、これによって基板の横移動を抑制するように構成
されている場合は、キャリアーのくり抜き穴の側縁と移
動規制部材の衝突を緩和するための弾性部材を設けると
ともに、第２の弾性部材を基板の側面と移動規制部材の
間に配設するとよい。

【００２１】回転加圧ヘッド方式の研磨治具の場合に
は、回転加圧ヘッドに設けられた移動規制部材に弾性部
材を配設し、これを基板の側面に当接する。回転加圧ヘ
ッドに対する基板の横移動を移動規制部材によって防
ぎ、しかも、移動規制部材に対しても基板がガタつく等
のトラブルがないため、基板を安定して加圧、回転でき
る。

【００２２】このような研磨治具を用いることで、研磨
加工の効率と精度を大幅に改善することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２４】図１は第１の実施の形態によるキャリアー
方式の研磨治具とこれを搭載する研磨装置の主要部を示
すもので、これは、図示しないモータ等によって中心軸
Ｏ₁のまわりに回転する研磨盤である平面ラップ盤１に
貼った弾性研磨シート１ａ上に矩形基板である基板Ｗ₁
を載せて、その外側に配設されたキャリアー１０の回転
を基板Ｗ₁ の側面に伝達する。キャリアー１０は、基板
Ｗ₁ の外接円より大径の円板部材であり、その中央に
は、基板Ｗ₁ の外形寸法に若干のクリアランスをとった
くり抜き穴１０ａが形成されており、該くり抜き穴１０
ａに基板Ｗ₁ を遊合させる。

【００２５】キャリアー１０は、金属やセラミック等で
作られた回転手段である回転リング１１の内側に収容さ
れ、該回転リング１１は、外周を複数のベアリングロー
ラ１２によって位置決めされて回転する。キャリアー１
０は、回転リング１１との間の摩擦による連れ回りのた
めに中心軸Ｏ₂ のまわりに自転し、キャリアー１０内の
基板Ｗ₁ もキャリアー１０と一体となって回転する。基
板Ｗ₁ の上には裏面保護用弾性パッド１３ａを介して加
圧手段である重錘１３が置かれており、これによって、
基板Ｗ₁ を平面ラップ盤１に押しつけるための加圧力を
得る。

【００２６】平面ラップ盤１の回転とともに基板Ｗ₁ は
キャリアー１０のくり抜き穴１０ａ内を移動し、くり抜
き穴１０ａの一側縁に片寄せされる。この状態で基板Ｗ
₁ はキャリアー１０と一体となり、回転リング１１の連
れ回りによってキャリアー１０とともに回転する。キャ
リアー１０の回転に伴なってくり抜き穴１０ａ内の基板
Ｗ₁ が相対的に移動し、くり抜き穴１０ａの別の側縁に
片寄せされる。このように基板Ｗ₁ は、その上に置かれ
た重錘１３とともに、キャリアー１０の回転によって自
転しながら、キャリアー１０のくり抜き穴１０ａの側縁
から側縁へ相対移動を繰り返す。

【００２７】その結果基板Ｗ₁ は、平面ラップ盤１上を
自転しながら相対的に公転することとなり、平面ラップ
盤１の研磨面に対して広範囲に摺り合わせが行なわれ
る。平面ラップ盤１の研磨面には研磨液が供給され、基
板Ｗ₁ の下面が高精度の平坦面に研磨される。

【００２８】キャリアー１０のくり抜き穴１０ａ内を移
動するときの基板Ｗ₁ の動きは不連続であり、基板Ｗ₁
の側面がくり抜き穴１０ａの側縁に繰り返し衝突する。
このような衝突による衝撃を吸収して緩和するために、
キャリアー１０のくり抜き穴１０ａの各側縁にシート状
の弾性部材１４を貼着する。弾性部材１４の材質は、ウ
レタン、発泡樹脂である樹脂スポンジ、ゴム等であり、
研磨液に対して耐久性のあるものを用いる。

【００２９】すなわち、キャリアー１０のくり抜き穴１
０ａ内で基板Ｗ₁ が相対移動するときに、くり抜き穴１
０ａの各側縁に直接基板Ｗ₁ がぶつかると、その衝撃に
よって基板Ｗ₁ に割れ等が生じ、かけらが平面ラップ盤
１の研磨面に落下して、異物による研磨スクラッチを発
生する。そこで、キャリアー１０のくり抜き穴１０ａに
弾性部材１４を貼着し、基板Ｗ₁ の衝突を緩和すること
で、基板Ｗ₁ の外周部（側面）の割れ等を防ぎ、研磨ス
クラッチ等の欠陥のない研磨を行なうものである。これ
によって、研磨加工の精度と効率を大幅に向上できる。

【００３０】図２は第１の変形例を示す。これは、図１
の装置のシート状の弾性部材１４の替わりに、キャリア
ー１０のくり抜き穴１０ａの各側縁に円柱状の弾性部材
２４を２個ずつ取り付けたものである。取り付け方法
は、キャリアー１０のくり抜き穴１０ａの各側縁に円形
の切り欠けを設けて、これに、各弾性部材２４を保持さ
せる。弾性部材２４の個数は、キャリアー１０のくり抜
き穴１０ａの各側縁に１個以上あればよいが、基板Ｗ₁
を安定保持するためには２個以上配設するのが望まし
い。

【００３１】また、研磨中に弾性部材２４の高さがずれ
るのを防ぐためには、各弾性部材２４の中間部に段差を
設けるとよい。

【００３２】図３は第２の変形例を示す。これは、キャ
リアー１０のくり抜き穴１０ａ２つの側縁と基板Ｗ₁ の
外周縁の間にバネである板バネ３４を設けて、実質的に
基板Ｗ₁ が相対移動するためのクリアランスを無くすこ
とで、くり抜き穴１０ａの側縁と基板Ｗ₁ の衝突を防ぐ
ように構成したものである。

【００３３】図４は第３の変形例を示す。これは、基板
Ｗ₁ を加圧するための重錘４３の外周部に裏面保護用弾
性パッド４３ａの厚みを越えて基板Ｗ₁ の外周縁の外側
までオーバーハングする移動規制部材である基板保持部
材４４を配設し、該基板保持部材４４の内側と外側にシ
ート状の弾性部材４５ａ，４５ｂを貼着したものであ
る。基板保持部材４４は、重錘４３に対する基板Ｗ₁ の
横移動を抑制するためのもので、内側の弾性部材４５ａ
は、基板Ｗ₁ の側面との間の衝突エネルギーを吸収し、
外側の弾性部材４５ｂはキャリアー１０等との間の衝突
エネルギーを吸収する。

【００３４】基板Ｗ₁ 上で重錘４３が相対的にずれるの
を確実に防ぎ、重錘４３による加圧力を安定して均一に
保つことができるという利点が付加される。

【００３５】図５は第２の実施の形態による回転加圧ヘ
ッド方式の研磨治具を示すもので、これは、図示しない
研磨盤である平面ラップ盤に基板Ｗ₂ を載せて、該基板
Ｗ₂に回転加圧ヘッド５０を押しつけて、その中心軸Ｏ₃
のまわりに回転させることで、基板Ｗ₂ の下向きの表
面を研磨する。回転加圧ヘッド５０は円板状の本体５１
を有し、その下面は、裏面保護用弾性パッド５２を介し
て基板Ｗ₂ に押圧される。回転加圧ヘッド５０は回転軸
５３の下端に固着され、回転軸５３は、図示しない回転
加圧手段によって回転、加圧される。回転加圧ヘッド５
０の本体５１の外周部には、基板Ｗ₂ の外周縁の外側に
オーバーハングする移動規制部材である基板保持部材５
４が一体的に設けられており、基板保持部材５４の内周
面には、基板Ｗ₂ の外周縁に弾力的に当接されるシート
状の弾性部材５５が貼着されている。

【００３６】なお、基板保持部材５４および弾性部材５
５の寸法は、基板Ｗ₂ の厚みの半分以上が弾性部材５５
に当接されて、基板Ｗ₂ を安定して保持できるように設
定される。基板保持部材５４や弾性部材５５の下端が平
面ラップ盤の研磨面に接触しないように考慮しなければ
ならないことは言うまでもない。

【００３７】基板Ｗ₂ の裏面に裏面保護用弾性パット５
２を当接し、摩擦によって基板Ｗ₂と回転加圧ヘッド５
０を一体化するとともに、基板Ｗ₂ の外周縁を基板保持
部材５４と弾性部材５５によってしっかりと保持して研
磨を行なうことができる。回転加圧ヘッド５０を高速回
転させても、研磨中に回転加圧ヘッド５０と基板Ｗ₂の
相対位置が変化して、加圧力が不均一になる等のトラブ
ルがないため、研磨の高速化と高精度化をより一層促進
できる。

【００３８】なお、シート状の弾性部材５５の替わり
に、図３に示すような板バネを用いて基板Ｗ₂ を拘束し
てもよい。

【００３９】次に第１および第２の実施の形態による実
施例を説明する。

【００４０】（第１の実施例）図１のキャリアー方式に
よる研磨装置において、３５０×２５０ｍｍ、厚み１．
１ｍｍのガラス基板を研磨するに際して、外直径４０
０、厚み３ｍｍのベーク製キャリアーの内周部に、幅
１．５ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚み３ｍｍの長方形状の
発泡ポリウレタン（弾性部材）を接着して行なう。

【００４１】（第２の実施例）図２に示すキャリアーの
内周に、径５ｍｍの切り欠けを矩形各辺に２カ所ずつ計
８個設け、径５ｍｍ、厚み３ｍｍのポリウレタン円柱
（弾性部材）を接着し、第１の実施例と同様のガラス基
板の研磨を行なった。

【００４２】（第３の実施例）３５０×２５０ｍｍのガ
ラス基板を研磨するのに、図３に示すように、厚み８ｍ
ｍのキャリアーの内面に、厚み０．３ｍｍ、長さが基板
各辺より長い４００ｍｍ，３００ｍｍ、幅５ｍｍのリン
青銅板バネ（弾性部材）を各一本設け、基板に側面与圧
を与えて保持した。

【００４３】（第４の実施例）図５に示すように、回転
加圧ヘッドの先端面に厚み３ｍｍの基板保持部材である
ステンレス製外枠を設け、その内側に、厚み３ｍｍ、長
さが基板各辺と同長のウレタンゴム材（弾性部材）を貼
り付けた。外枠、ウレタンゴム材ともにこれらの下端が
基板の被研磨面よりも０．３ｍｍ高くなるように配設し
て、平面ラップ盤の研磨面に接触しないようにした。

【００４４】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００４５】キャリアー方式の研磨治具のくり抜き穴に
基板が衝突して割れる等のトラブルを防ぎ、また、回転
加圧ヘッド方式の研磨治具においては、移動規制部材に
対して基板がガタつくのを回避することができる。この
ような研磨治具を用いることで、研磨盤上の基板を安定
して回転、加圧し、極めて効率が高くしかも高精度な研
磨を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による研磨装置の主要部を説
明するもので、（ａ）はその主要部を示す部分断面図、
（ｂ）は研磨治具のみを示す平面図である。

【図２】第１の変形例を示す平面図である。

【図３】第２の変形例を示す平面図である。

【図４】第３の変形例を示す断面図である。

【図５】第２の実施の形態による研磨治具を示す断面図
である。

【図６】一従来例による研磨装置を示すもので、（ａ）
はその主要部を示す部分断面図、（ｂ）は研磨治具のみ
を示す平面図である。

【図７】別の従来例による研磨治具を示す立面図であ
る。

【符号の説明】

１平面ラップ盤１０キャリアー１１回転リング１３，４３重錘１４，２４，４５ａ，４５ｂ，５５弾性部材３４板バネ４４，５４基板保持部材５０回転加圧ヘッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】くり抜き穴に基板を遊合させるキャリア
ーと、これを回転させる回転手段を有し、前記キャリア
ーの前記くり抜き穴に、前記基板との衝突を緩和するた
めの弾性部材が配設されていることを特徴とするキャリ
アー方式の研磨治具。
【請求項２】くり抜き穴に基板を遊合させるキャリア
ーと、これを回転させる回転手段と、前記基板の横移動
を抑制するための移動規制部材を備えた加圧手段を有
し、前記移動規制部材が、前記キャリアーの前記くり抜
き穴との衝突を緩和するための弾性部材を備えているこ
とを特徴とするキャリアー方式の研磨治具。
【請求項３】移動規制部材が、基板に弾力的に当接さ
れる第２の弾性部材を備えていることを特徴とする請求
項２記載の研磨治具。
【請求項４】基板の横移動を抑制するための移動規制
部材を備えた回転加圧ヘッドと、該回転加圧ヘッドを介
して前記基板を加圧および回転させる回転加圧手段を有
し、前記移動規制部材が、前記基板に弾力的に当接され
る弾性部材を備えていることを特徴とする回転加圧ヘッ
ド方式の研磨治具。
【請求項５】弾性部材が、発泡樹脂またはゴムによっ
て作られていることを特徴とする請求項１ないし４いず
れか１項記載の研磨治具。
【請求項６】弾性部材が、バネを備えていることを特
徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の研磨治
具。
【請求項７】基板が、矩形基板であることを特徴とす
る請求項１ないし６いずれか１項記載の研磨治具。
【請求項８】請求項１ないし７いずれか１項記載の研
磨治具と、これに保持された基板を研磨するための研磨
盤を有する研磨装置。