JPH0319032B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明はマスク、ウエハー等の薄板の両面を研
磨する研磨方法およびその装置に関するものであ
る。 ［従来の技術］ 従来、特に半導体ウエハー等の両面研磨に用い
られる高精度の研磨方法およびその装置として
は、例えば第１図Ａ，Ｂに示すようなものが知ら
れている。 第１図において、符号１１は被研磨物としての
半導体ウエハー１２…が載置される下定盤であ
る。この下定盤１１は中央に円形の開口部が形成
された円盤体で、その下面にはこれを連続して下
方に延びる肉厚円筒状の支柱１３が設けられてい
る。この支柱１３は図示されないこの装置の本体
フレームに固定されている。また、この支柱１３
の中心貫通部には、回転軸１４が挿入されてい
る。この回転軸１４上端部には、上記下定盤１１
上面と略同水平位置に駆動歯車１５が、この回転
軸１４と同じ中心軸線で連続して設けられてい
る。そしてこの回転軸１４はその下方にて、図示
されない駆動装置に連結され、回転自在とされて
いる。また上記下定盤１１の外側には、この下定
盤１１を環状に被う薄肉円筒状の外フレーム１６
が、その上下方向の中心軸線を上記駆動歯車１５
の中心軸線と一致するようにして設けられてい
る。この外フレーム１６はその上端内縁に顎部を
有し、この顎部の内周面に沿つて上記駆動歯車１
５に対向した内歯車１７が形成されている。そし
て上記駆動歯車１５とこの内歯車１７との間に
は、複数枚の円板状のキヤリア１８…が、その外
周に形成された歯をこの駆動歯車１５および内歯
車１７にそれぞれ噛合させて配設されている。す
なわち、上記キヤリヤ１８…はそれぞれ駆動歯車
１５および内歯車１７に対しての遊星歯車として
の動作をさせられることになる。このキヤリヤ１
８…には、それぞれ複数個の半導体ウエハー１２
…を収容する収容孔が設けられている。これらの
半導体ウエハー１２…はそれぞれ上記キヤリア１
８…の当該収容孔に装填され、それぞれの下表面
は上記下定盤１１上に摺接自在とされている。ま
たこれらの半導体ウエハー１２…上面には、上定
盤１９が互いに摺接自在となるように設けられて
いる。この上定盤１９はその中央に下定盤１１の
開口部と同形の開口部を有し、その外径が下定盤
１１と略等しい肉厚円盤体であり、その上面に連
結板２０が固定されている。そしてこの連結板２
０が上部の図示されない駆動装置に連結されるこ
とにより、上記上定盤１９は、上記駆動歯車１５
と軸線を同じくして回転自在にされているもので
ある。 上述の構成による従来の研磨装置では、先ず半
導体ウエハー１２…をそれぞれキヤリア１８の収
容孔に装填し、これを下定盤１１上に載置して、
上部より上定盤１９を各半導体ウエハー１２…の
上面に当接するようにして設置する。次に研磨剤
を半導体ウエハー１２…の上下表面に注入しなが
ら駆動歯車１５を図中矢印方向に回転させると、
各キヤリア１８…は図中矢印方向に自ら回転させ
られ、しかも上記駆動歯車１５の外周を回転させ
られることになる。これにより半導体ウエハー１
２…は下定盤１１上を所謂、遊星軌道を描きなが
ら、それらの下表面が下定盤１１の上面に擦られ
て研磨されるものである。そしてさらに上定盤１
９を上記駆動歯車１５と逆方向に回転させること
により、半導体ウエハー１２…の上表面がこの上
定盤１９の下面に擦られて研磨されるものであ
る。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上述のように構成された従来の研
磨装置では、半導体の高集積化に伴つて現在要求
されている半導体ウエハー１２の平行度や平坦度
が十分に満足のいく高精度のものが得られないと
いう問題があつた。 すなわち、従来の研磨装置においては、半導体
ウエハー１２の下面は、固定された下定盤１１上
で常に角速度の変化する遊星軌道を描くし、上定
盤が半導体ウエハー１２上面で回転しているた
め、半導体ウエハー１２の上面はさらに複雑な角
速度変化を受けながら研磨される。このため半導
体ウエハー１２の上面と下面とでは異なつた摺動
による研磨がなされる。さらに、キヤリア１８に
保持された半導体ウエハー１２がキヤリア１８の
自・公転に伴い、上・下定盤１１，１９の中心部
から外周部、外周部から中心部へと繰り返し移動
する。そのために、半導体ウエハー１２は一見ま
んべんなく研磨されるように思われるが、実は、
上・下定盤から常に変化する運動量が与えられ、
半導体ウエハー１２には運動量の変化を伴つた面
圧のもとで研磨される。そのために、半導体ウエ
ハーの両面の各部で研磨量の多寡が生じ、平坦度
あるいは平行度の精度が不十分なのである。 本発明は、上記のような背景のもとになされた
もので、半導体ウエハーなどのように薄い板を研
摩する場合において、その平坦度と平行度を高精
度に実現することができる研磨方法と装置を提供
することを目的とする。 ［課題を解決するための手段］ 本発明の研磨方法は、半導体ウエハーなどの薄
板を保持して水平面内で一の中心回りに回転さ
せ、かつその薄板を上下から挟む上定盤と下定盤
を同期的に相反する左右方向に直線往復移動させ
て、薄板の上面と下面を同時に研磨することを特
徴とする。 また、本発明の研磨装置は、１個以上の薄板を
装填して保持する円板状のキヤリアと、上記キヤ
リアの外周に形成された歯と噛合して上記キヤリ
アをその中心回りに回転自在に支持する２個以上
のガイドギアと、上記薄板に対して互いに摺接自
在にこれらを上下から挟む上定盤および下定盤
と、上記上定盤および下定盤の両側方にそれぞれ
対向して固定されたラツクと、これらラツク間に
それぞれ回動自在に配設されてこれら上定盤と下
定盤とを相反する方向に直線往復移動させる反転
送りギアとを具備してなることを特徴とする。 ［作用］ ガイドギアを駆動してキヤリアを一方向に所定
の速度でその中心回りに回転させる。これと同時
に、反転送りギアを所定の角度で互いに逆転させ
る。すると、上定盤と下定盤はそれぞれ相互に逆
方向の水平直線運動を繰り返す。 キヤリアと上下定盤とがこのような運動状態に
あると、キヤリアに装填された薄板は、上下定盤
間を常に一定の角速度で円軌道（公転しながら）
を描くようにして移動する。そのために、薄板は
上下定盤から常に一定の運動量が与えられ、この
結果その両面は均一な面圧を受けた状態で摺動す
る。 ［実施例］ 以下、本発明を図面に基づいて説明する。ま
ず、本発明の一実施例としての研磨装置について
説明する。 第２図Ａ，Ｂにおいて、平板状の下定盤１の下
面には下ラツク２が固定されている。この下ラツ
ク２は上記下定盤１の長手方向中心線上に所定幅
を持つて、この下定盤１の両側方に所定長さ延び
る長方部材で、この下定盤１両側方の上面にそれ
ぞれ歯が形成されてなるものである。この下ラツ
ク２上には、反転送りギア３，３が下定盤１の両
側方にそれぞれ配設され、図示されない駆動装置
により回動自在に保持されている。また上記下定
盤１上面には、半導体ウエハー４…がキヤリア５
のそれぞれの収容孔に装填されて載置されてい
る。このキヤリア５は円板状で、その外周に歯が
形成されてなるものである。このキヤリア５の外
周には複数個のガイドギア６…が周設され、上記
キヤリア５と噛合されるとともに、図示されない
駆動装置に連結されて、このキヤリアとその中心
回りに回転自在に保持している。そして上記下定
盤１上に載置された半導体ウエハー４…上面に
は、この下定盤１と同形の上定盤７が摺接自在に
設けられている。この上定盤７上面には、上述の
下定盤１下面に固定された下ラツク２と対向する
上ラツク８が固定され、上記反転送りギア３，３
のそれぞれ上端歯に噛合されている。 以上のように構成された研磨装置では、先ず半
導体ウエハー４…をキヤリア５のそれぞれの収容
孔に装填して下定盤１上に載置する。次に上定盤
７をその下面が半導体ウエハー４…の上面に当接
するようにして設置し、その両側方の上ラツク８
をそれぞれ反転送りギア３，３に噛合させる。そ
して、半導体ウエハー４…の両面に研磨剤を注入
しながらガイドギア６…を駆動し、キヤリア５を
一定方向に所定速度でその中心回りに回転させ
る。そしてさらに図示されない駆動装置により反
転送りギア３，３が所定角度で逆転する回動を繰
り返すと、これらと噛合した上ラツク８および下
ラツク２を介して、上定盤７および下定盤１はそ
れぞれ相互に逆方向の水平直線往復運動を繰り返
す。このようにすることにより、半導体ウエハー
４…が上・下定盤７，１上を常に一定の角速度を
持つて円軌道（公転）を描くようにして移動す
る。この移動している半導体ウエハー４…には
上・下定盤７，１から常に一定の運動量が与えら
れ、この結果半導体ウエハー４…の両面には均一
な面圧を受けた状態で均等な摺動が作用する。こ
のようにして半導体ウエハー４…の両面に研磨を
行うものである。 このようにこの研磨装置を使用しての研磨方法
によれば、半導体ウエハーは常に一定の角速度を
持つた円軌道を描きつつ、それらの上・下面共に
常に均一な摺動が与えられ得ることになり、その
平坦度や平行度等の加工精度が極めて優れた研磨
がなされるものである。 なお、従来装置よりも上記研磨装置によるほう
が、平坦度および平行度において優れていること
を実験例によつて明らかにする。 ［実験例］ 研磨機 従来装置として、第１図および第２図に示す
構造のものを用いた。上下定盤は平行平板であ
る。 本発明品として、第３図に示す直線往復移動
機構を具備した構造のものを用いた。上下定盤
は平行平板であつて１分間に90往復させるとと
もに、振幅は40mmとした。キヤリアは80rpmさ
せた。 研磨サンプル 従来装置・本発明品ともにいずれも次のよう
な120枚のガリウムひ素ウエハーを用いた。

【表】 測定方法 ） 平行度 第４図に示すように、円板状のガリウムひ
素ウエハーの外周側90度等間隔で４点、中心
で１点の計５点（Ａ〜Ｅ）をダイヤルゲージ
で測定し、最大値と最小値との差Ｄで表し
た。 ） 平坦度 ガリウムひ素ウエハーの一面を真空チヤツ
クした状態で、第５図に示すように、他の面
の基準面からの高さを全面にわたつて（約
100箇所：ウエハーの大きさによつて異なる）
測定し、最大値Ｈで表した。 測定結果 測定結果を第２表と第３表に示す。なお、第
３表について理解しやすくするために第７図と
第８図に示した。 これらの測定結果から明らかなように、平行
度においては、従来装置よりも発明装置で測定
した測定値のほうが、120個×３の平均値を
比較した場合、約60％という小さな値になつて
いる。この平均値は、最大値と最小値との差
Ｄをサンプル数で除したものであるから、この
平均値が小さいということは、従来装置より
も発明装置で研磨したほうが、平行度の精度が
高いことを意味している。 また発明装置の場合には、最大値と最小値と
の差Ｄが1μm以下のものは約97％（サンプル総
数120×３のうち９個）であり、従来装置の場
合には2μmのものが約30％（サンプル総数120
×３のうち104個）であることは注目に値する。
標準偏差が小さいこととあいまつて、発明装置
で研磨したほうが平行度にバラツキがなく一定
の品質のものが得られ、歩留りも向上すること
を意味している。 なお、ガリウムひ素ウエハーのように超高精
度が要求される半導体加工技術において、1μm
は2μmのものよりも精度が２倍になつているこ
とを考慮すれば、1μmオーダーの差は集積化・
品質・コストなどすべての面で重大な意味をも
つているということができる。 また、平坦度においても、最大値の平均値
が発明装置では従来装置の約70％という小さな
値になつている。特に、最大値が3μm以上のも
のは発明装置では約３％（サンプル総数120×
３のうち12個）しかないのに対し、従来装置の
場合には約34％（サンプル総数120×３のうち
119個）であることは注目に値する。発明装置
の場合には、標準偏差σnも小さい。 平坦度においても、これらの測定結果から言
えることは、従来装置で研磨されたものよりも
発明装置で研磨されたもののほうが、はるかに
高精度のものが得られるという点である。 以上のように、従来装置よりも発明装置のほう
がすぐれた結果が得られたのは、ガリウムひ素ウ
エハーは常に一定の角速度をもつた運動を行うた
めに、それら上下面ともに常に均一な面圧が付与
されるためであると考えられる。 ［変形例］ 次に、第３図は本発明の研磨装置の他の実施例
を示し、本実施例では、下ラツク２が下定盤１の
両側方に２つずつ所定長さ延びるように設けら
れ、かつこの下ラツク２に対応するように上ラツ
ク８も上定盤１の両側方に２つずつ設けられてい
て、これら上下に対向する計４組の下ラツク２と
上ラツク８との間のそれぞれに反転送りギア３が
噛み合わされている。その他の構成は前記第１実
施例のものと同様である。 なお、上述の説明では、上・下定盤の水平面動
によるガリウムひ素ウエハーの研磨のみに言及し
ているが、これに限らず、本発明の研磨装置にあ
つては、ガリウムひ素ウエハーの保持構造を変え
ることで容易にこれを、垂直面動または傾斜面動
で研磨することができる。 また、被研磨物はガリウムひ素ウエハーに限ら
れず、シリコンウエハーなどのようにこの種の半
導体ウエハー・マスク等を含めた種々の薄板の両
面ラツピング、両面ポリツシング用などのように
高精度の平坦度と平行度などが要求されるもので
あつてもよいことはもちろんである。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は半導体ウエハー
などの薄板を保持して水平面内で一の中心回りに
回転させ、かつその薄板を上下から挾む上定盤と
下定盤を同期的に相反する左右方向に直線往復動
移動させて薄板の上面と下面とを同時に研摩する
ようにしたので、薄板は上・下定盤上を一定の角
速度を持つて円軌道（公転）を描くようにして移
動し、この薄板には上・下盤から常に一定の運動
量が与えられる。 したがつて、薄板にはその両面に均一な面圧を
受けた状態で均等な摺動が作用するので、薄板の
両面に対して平坦度および平行度において、一定
の品質でしかも極めて高精度の研磨を行うことが
できるとともに、歩溜りも向上するという効果が
ある。 加えて、薄板が大型化しても、キヤリアが１枚
なため、バランスが崩れることもなく、上述と同
様に加工精度に優れた研磨が行なわれると共に、
装置自体も大型化する必要のないものである。 さらには、本発明は、上・下盤を直線往復運動
のみさせるようにしたので、上・下盤に円運動と
直線往復運動とを重畳する場合と異なつて、駆動
機構が簡単であるために、運動中の上・下盤の平
行度を厳密に管理制御しやすく、その結果高い精
度が要求される半導体ウエハーなどの極めて薄い
被研磨物の研磨に最適である。

【表】

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は従来の研磨装置の一例を示すもので、
Ａはその概略平面図、ＢはＡのＡ−Ａ線断面図、
第２図は本発明の研磨装置の一実施例を示し、同
図Ａはその概略平面図、同図Ｂはその概略正面
図、第３図は本発明の研磨装置の他の実施例を示
す概略平面図、第４図Ａ，Ｂはガリウムひ素ウエ
ハーの平行度の測定方法を説明する図、第５図は
ガリウムひ素ウエハーの平坦度の測定方法を説明
する図、第６図Ａ，Ｂ，Ｃは第２表の平行度の測
定結果を示す分布図、第７図Ａ，Ｂ，Ｃは第２表
の平坦度の測定結果を示す分布図である。 １……下定盤、２……下ラツク、３……反転送
りギア、４……半導体ウエハー、５……キヤリ
ア、６……ガイドギア、７……上定盤、８……上
ラツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体ウエハーなどの薄板を保持して水平面
   で一の中心回りに回転させ、かつその薄板を上下
   から挟む上定盤と下定盤を同期的に相反する左右
   方向に直線往復移動させて、薄板の上面と下面を
   同時に研磨することを特徴とする半導体ウエハー
   などの薄板の研磨方法。 ２ １個以上の半導体ウエハーなどの薄板を装填
   して保持する円板状のキヤリアと、上記キヤリア
   の外周に形成された歯と噛合して上記キヤリアを
   その中心回りに回転自在に支持する２個以上のガ
   イドギアと、上記薄板に対して互いに摺接自在に
   これらを上下から挟む上定盤および下定盤と、上
   記上定盤および下定盤の両側方にそれぞれ対向し
   て固定されたラツクと、これらラツク間にそれぞ
   れ回動自在に配設されてこれら上定盤と下定盤と
   を相反する方向に直線往復移動させる反転送りギ
   ヤとを具備してなることを特徴とする半導体ウエ
   ハーなどの薄板の研磨装置。