JPH06143126A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定盤（ターンテーブル）の微少湾曲等に追従
することができ、かつ、キャリアプレートの上面全面を
均等に押圧することができて、ウェーハの平面度と平滑
度、とくに、平面度を向上させることができる研磨装置
を提供することを目的とする。 【構成】 エアシリンダ１０５によって押圧板１１９を
上下調整しこの押圧板１１９によってキャリアプレート
Ｃを押圧すると共に、リング状ピストン１２２によって
環状押圧部材１１６を昇降調整しこの環状押圧部材１１
６によって上記キャリアプレートＣの外周縁部を押圧す
ることにより、上記キャリアプレートＣがその全面にわ
たって均等に押圧される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンウェーハなど
の被研磨材の表面を研磨する研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば、単結晶シリコンウェー
ハ（以下単にウェーハと称す。）の加工工程には、最終
的な仕上げ工程としてウェーハの平滑度を向上させて鏡
面仕上げを行うための、研磨装置を用いたメカノケミカ
ルポリッシングによる研磨がある。

【０００３】従来、ここで用いられる研磨装置は、軟質
弾性材料になる研磨布を接着した回転するターンテーブ
ル上の研磨面に、研磨液を滴下しながら、キャリアプレ
ートの下面に接着したウェーハを、独立に自転する上軸
の下端に取り付けた押圧板により、キャリアプレートの
上面から押し付けて研磨するものであった。

【０００４】この研磨においては、ウェーハの高い平面
度と平滑度が要求されるが、このときの研磨精度はター
ンテーブルの平面度や、ターンテーブルと押圧板との平
行度に大きく影響を受け、また、キャリアプレートを押
圧する押圧板への加圧点によってもウェーハの研磨状態
が変化する。

【０００５】一方、押圧板の上面中心部を上軸により加
圧し、押圧板の下面でキャリアプレートの上面全面を加
圧する従来の研磨装置では、一見平面状の押圧板であっ
ても、理想剛体ではないので部分的な加圧による微少な
変形が生じ、キャリアプレート上面に作用する力も一様
ではない。

【０００６】しかも、セラミックス等からなる円板状の
キャリアプレートにおいても同様の状態となり、また、
キャリアプレートの下面には複数枚のウェーハがキャリ
アプレートの中央部ではなく半径上に接着されているの
で、研磨される各ウェーハともその加圧点が偏心したも
のとなり、とくにウェーハの水平度に支障を来す。

【０００７】このような研磨装置の、キャリアプレート
に向けて自転を伴って加圧するための上軸機構に対し、
以下のような改良された手段が、実開昭６２ー１６５８
４９号において開示されている。

【０００８】すなわちこの技術は、図２に示すように、
自転する上軸の下端に配した回転円板であるトップリン
グ１に、液体または気体を適当な圧力で封入したゴム等
になる弾性中空体２を設け、その弾性中空体２により、
ターンテーブル３に載せたキャリアプレート４をその上
面から押圧するものである。

【０００９】このような手段により、ウェーハ５が接着
されたキャリアプレート４の上面を均等に押圧しようと
するものである。

【００１０】また、他の改良技術として、実開昭６４ー
１６２６０号に示される技術が提案されており、この技
術は、図３に示すように、キャリアプレート４の外周縁
近傍をターンテーブル３の方向へ押圧するための外周押
圧装置６と、キャリアプレート４の中央近傍を押圧する
ための中央押圧装置７とを具備したものである。

【００１１】上記、中央押圧装置７には、その下部に加
圧板８が取り付けられ、この加圧板８によってキャリア
プレート４の中心寄りを加圧する一方、キャリアプレー
ト４の外周寄りの一部を上記外周押圧装置６の当接部９
により押圧するようになっている。

【００１２】また、中央押圧装置７は圧縮空気により押
圧力を加減するピストン装置となっており、該中央押圧
装置７の加圧力を調整して、上記外周押圧装置６とのバ
ランスをとることによってウェーハ研磨面へかかる圧力
を均等化しようとするものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】研磨装置における研磨
では、ウェーハに軟質砥粒で圧力を加えることにより発
生する熱によって、ウェーハ上の微少凸部に腐食反応を
進行させるので、装置のターンテーブルにもこのときの
研磨熱が蓄積される。

【００１４】また、ターンテーブル上では、複数枚のウ
ェーハが接着された、ターンテーブルのおよそ１／２以
下の直径であるキャリアプレートを、さらに複数枚、例
えば４枚ほどのキャリアプレートを、それぞれに自転を
伴う上軸機構により押圧するので、ターンテーブルにお
ける蓄熱部分と放熱部分も一様性を欠く。

【００１５】したがって、研磨が進むにつれてターンテ
ーブルの上面にも、極めて緩やかではあるが、表面の歪
みが生じてくる。この歪みは、通常ターンテーブル中心
部を頂とする湾曲変形となっている。

【００１６】このような状況においては、従来の上記前
者の弾性中空体で押圧する機構によれば、キャリアプレ
ートの上面を均等に加圧することはできるものの、キャ
リアプレートへの作用面がゴム等の弾性体なので、回転
中の研磨面からの微少な衝撃で、キャリアプレートに常
に揺動が発生し、その結果、ウェーハの水平度を損なう
こともある。

【００１７】さらに、弾性体によりキャリアプレートを
押圧しながら回転するので、上軸の回転とキャリアプレ
ートの回転とが完全に応答がとれないという問題があっ
た。

【００１８】すなわち、研磨面での摩擦抵抗により、弾
性中空体の上軸側トップリング面とキャリアプレート面
とは、常時、捩りと戻りとが発生する。このことは、ウ
ェーハが研磨面に対して一瞬の停滞と滑りが発生してお
り、上記同様にウェーハの水平度の欠如やウェーハへの
損傷を招くことがある。

【００１９】一方、従来の上記後者のキャリアプレート
の中央部分と外周部分とでバランスをとる押圧機構によ
れば、ターンテーブルに生じる微少湾曲に対して、キャ
リアプレートの外周部分と中央部分とを押圧することに
より、研磨面とキャリアプレートとの一応の平行度を確
保できる。

【００２０】しかしながら、ウェーハに加えられる力
は、キャリアプレートの中央寄りの一部と、外周側の一
部であり、すなわち、各ウェーハの周縁において部分的
な加圧となる。このようなキャリアプレートへの部分的
な加圧は、ウェーハ全面に均等に押圧する力が作用しな
いので、ウェーハの水平度に支障を来すという問題点が
ある。

【００２１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、定盤（ターンテーブル）
の微少湾曲等に追従することができ、かつ、キャリアプ
レートの上面全面を均等に押圧することができて、ウェ
ーハの平面度と平滑度、とくに、平面度を向上させるこ
とができる研磨装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１は、下面に被研磨材が固定された
キャリアプレートをこのキャリアプレートの下方に設け
られた定盤上に押圧した状態で上記被研磨材を研磨する
ように構成された研磨装置において、上記キャリアプレ
ートの外周縁部を押圧する環状押圧部材が昇降自在に設
けられ、かつこの環状押圧部材を昇降調整させる昇降調
整機構が、上記環状押圧部材に設けられると共に、この
環状押圧部材に近接して上記キャリアプレートを押圧す
る押圧板が上下移動自在に設けられる一方、この押圧板
を上下調整させる上下調整機構が、上記押圧板に設けら
れたものである。

【００２３】また、本発明の請求項２は、上記押圧板が
中心部から外周縁部にいくにつれて薄肉に形成されたも
のである。

【００２４】

【作用】本発明の研磨装置の請求項１にあっては、上下
調整機構によって押圧板を上下調整しこの押圧板によっ
てキャリアプレートを押圧すると共に、昇降調整機構に
よって環状押圧部材を昇降調整しこの環状押圧部材によ
って上記キャリアプレートの外周縁部を押圧することに
より、上記キャリアプレートがその全面にわたって均等
に押圧される。

【００２５】また、本発明の請求項２にあっては、中心
部より外周縁部が薄肉に形成された押圧板によって、押
圧板の中心部より外周縁部側が変形し易いことにより、
加圧力が中心部に偏るのを防ぎ、押圧板に対する応力分
布を均一化する。

【００２６】

【実施例】以下、図１に基づいて本発明の一実施例を説
明する。なお、本実施例において、図２及び図３に示す
上記各従来例と同様の構成の部分については、同符号を
付けて説明を省略する。

【００２７】図１に示されるように、研磨装置のターン
テーブル３の上方には上軸機構１０が配置され、該上軸
機構１０の下方には、研磨されるウェーハ５がキャリア
プレートＣの下面に接着されてターンテーブル３に載置
されている。

【００２８】上記上軸機構１０の上軸１００は、その上
部が軸受１０１を介して支持部材１０２に回転自在に支
持されている。そして、この支持部材１０２は、ハウジ
ング１０３上に取付部材１０４を介して立設されたエア
シリンダ１０５のピストンロッドの下端と支点１０６と
の間を連結している連接棒１０７に取り付けられてお
り、上記エアシリンダ１０５を操作することにより、テ
コの原理によって、上記上軸１００は下方に押圧される
ようになっている。また、上記上軸１００の外周には、
上記ハウジング１０３に軸受１０９を介して回転自在に
支持された状態の外筒１１０が装着されており、この外
筒１１０にはスプロケット１１１が装着されて、図示し
ない駆動機構によって、スプロケット１１１を介して、
上記外筒１１０が回転させられるように構成されてい
る。そして、上記外筒１１０の下端には上板１１２が取
り付けられており、この上板１１２の下面には複数の垂
下部１１３が垂設されている。さらに、上記各垂下部１
１３は、一対ずつのカムフォロア１１４によって挟持さ
れており、これらのカムフォロア１１４は、昇降自在な
支持円板１１５に取り付けられている。そして、上記支
持円板１１５の外周縁部の下面には環状押圧部材１１６
が取り付けられており、この環状押圧部材１１６の下面
にはＯリング１１７が装着されている。

【００２９】上記支持円板１１５に形成された係合孔１
１８に対向して、押圧板１１９の上面には係止具１２０
が取り付けられており、これらの係合孔１１８と係止具
１２０とが、互いに回転不能にかつ上下動可能に係合さ
れている。そして、上記押圧板１１９の上面中心に形成
された凹所１１９ａには、上記上軸１００の下端が、半
球体１２１を介して、傾斜可能に取り付けられている。
また、上記押圧板１１９の上面であって、上記凹所１１
９ａに連なる環状凸部１１９ｂより外側の部分は、その
中心部から外周縁部にいくにつれて下方に傾斜して形成
され、中心部から外周縁部にいくにつれて薄肉に設定さ
れていると共に、上記押圧板１１９の外周縁部は、上記
環状押圧部材１１６に近接して設けられている。そし
て、上記支持円板１１５の中心側上部には、リング状ピ
ストン１２２が取り付けられており、このリング状ピス
トン１２２は、上記押圧板１１９の上面の環状凸部１１
９ｂに取り付けられた加圧室構成体１２３の加圧室１２
４内に摺動自在に嵌め合わされている。さらに、上記加
圧室構成体１２３内には、上記加圧室１２４に連通する
連通路１２５が形成されており、この連通路１２５に
は、チューブ１２６を介して、上記上軸１００内に形成
された気体供給孔１２７が接続されている。そして、こ
の気体供給孔１２７の上端は、ロータリージョイント１
２８を介して、図示しない気体供給源に接続されてい
る。さらにまた、上記押圧板１１９の下面中心には、上
記キャリアプレートＣの中心部に形成された位置合わせ
孔ＣＡに嵌合する係合板１２９が取り付けられている。
そして、上記押圧板１１９の環状凸部１１９ｂに取り付
けられた加圧室構成体１２３と、上記上軸１００の下部
とには、互いに係合して回転を伝達する係合部１３０，
１３１がそれぞれ形成されている。

【００３０】上記のように構成された研磨装置を用いて
ウェーハ５を研磨する場合には、まず、ターンテーブル
３の上面に貼付されている研磨布上の所定位置に、ウェ
ーハ５の接着されたキャリアプレートＣを、上記ウェー
ハ５の研磨面を下面として載置する。次いで、上軸機構
１０の作動を開始すると、エアシリンダ１０５のピスト
ンロッドを下降することにより、支持部材１０２が押し
下げられ、これに伴って、上軸１００、押圧板１１９、
加圧室構成体１２３、加圧室１２４内のリング状ピスト
ン１２２及び支持円板１１５、環状押圧部材１１６が下
降する。ここで、上記キャリアプレートＣは予め位置決
めされているので、キャリアプレートＣの位置合わせ孔
ＣＡに、押圧板１１９の下面中央の係合板１２９が嵌ま
り込む状態で、上記キャリアプレートＣが押圧板１１９
及び環状押圧部材１１６の下面に当接する。そして、上
記エアシリンダ１０５はこの状態で研磨が終了するまで
保持されて、上記押圧板１１９の押圧力が調整されるよ
うになっている。また、上記上軸１００が下降するとき
には、外筒１１０はハウジング１０３側に回転自在に支
持されているので、外筒１１０内を上記上軸１００は下
方に摺動する。さらに、上記加圧室１２４内には、気体
供給源から、ロータリージョイント１２８、上軸１００
内の気体供給孔１２７、チューブ１２６及び加圧室構成
体１２３内の連通路１２５を介して、加圧空気が供給さ
れ、リング状ピストン１２２、支持円板１１５を介して
環状押圧部材１１６の押圧力が調整されるようになって
いる。

【００３１】この状態からターンテーブル３が回転して
研磨が行われるが、ターンテーブル３のスタートと同時
に、図示しない駆動モーターによって、スプロケット１
１１に回転が伝えられる。これにより、スプロケット１
１１が装着された外筒１１０が回転し、この外筒１１０
から上板１１２、垂下部１１３を介して、カムフォロア
１１４、支持円板１１５、環状押圧部材１１６に回転が
伝達されると共に、上記支持円板１１５、リング状ピス
トン１２２、加圧室構成体１２３を介して押圧板１１９
に、かつ上記両係合部１３０，１３１を介して上軸１０
０にそれぞれ回転が伝えられる。

【００３２】そして、研磨面にはアルカリ性のシリカゾ
ルが滴下されてウェーハ５の研磨が進められるが、ウェ
ーハ５の研磨状態により、上記エアシリンダ１０５及び
上記加圧室１２４の加圧状態を調整する。さらに、通常
は発熱によりターンテーブル３に中央部を底とする、あ
るいは、頂とする微かな湾曲が生じるが、このような研
磨中のターンテーブル３の歪みが大きく、ウエーハ５の
仕上がり状態が平面度を欠いているような場合にも、上
記エアシリンダ１０５及び上記加圧室１２４の加圧状態
を調整する。この結果、上記押圧板１１９によるキャリ
アプレートＣの中心側から外周縁部近傍までの押圧力及
び環状押圧部材１１６によるキャリアプレートＣの外周
縁部の押圧力が適宜加減されることにより、上記キャリ
アプレートＣをその全面にわたって均等に押圧すること
ができる。

【００３３】次いで、研磨が終了すると、ターンテーブ
ル３及び上軸１００等の回転が停止され、最初とは逆に
上記エアシリンダ１０５によって、上軸１００が持ち上
げられキャリアプレートＣがターンテーブル３から引き
離される。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
は、下面に被研磨材が固定されたキャリアプレートをこ
のキャリアプレートの下方に設けられた定盤上に押圧し
た状態で上記被研磨材を研磨するように構成された研磨
装置において、上記キャリアプレートの外周縁部を押圧
する環状押圧部材が昇降自在に設けられ、かつこの環状
押圧部材を昇降調整させる昇降調整機構が、上記環状押
圧部材に設けられると共に、この環状押圧部材に近接し
て上記キャリアプレートを押圧する押圧板が上下移動自
在に設けられる一方、この押圧板を上下調整させる上下
調整機構が、上記押圧板に設けられたものであるから、
上下調整機構によって押圧板を上下調整しこの押圧板に
よってキャリアプレートを押圧すると共に、昇降調整機
構によって環状押圧部材を昇降調整しこの環状押圧部材
によって上記キャリアプレートの外周縁部を押圧するこ
とにより、定盤の微少湾曲等に追従することができ、か
つ、キャリアプレートの上面全面を均等に押圧すること
ができて、ウェーハの平面度と平滑度、とくに、平面度
を向上させることができる。

【００３５】また、本発明の請求項２は、上記押圧板が
中心部から外周縁部にいくにつれて薄肉に形成されたも
のであるから、中心部より外周縁部が薄肉に形成された
押圧板によって、押圧板の中心部より外周縁部側が変形
し易いことにより、加圧力が中心部に偏るのを防ぎ、押
圧板に対する応力分布を均一化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】一従来例を示す断面図である。

【図３】他の従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

Ｃ キャリアプレート ３ ターンテーブル（定盤） ５ ウェーハ（被研磨材） １０５ エアシリンダ（上下調整機構） １１６ 環状押圧部材 １１９ 押圧板 １２２ リング状ピストン（昇降調整機構） １２４ 加圧室（昇降調整機構）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下面に被研磨材が固定されたキャリアプ
   レートをこのキャリアプレートの下方に設けられた定盤
   上に押圧した状態で上記被研磨材を研磨するように構成
   された研磨装置において、上記キャリアプレートの外周
   縁部を押圧する環状押圧部材が昇降自在に設けられ、か
   つこの環状押圧部材を昇降調整させる昇降調整機構が、
   上記環状押圧部材に設けられると共に、この環状押圧部
   材に近接して上記キャリアプレートを押圧する押圧板が
   上下移動自在に設けられる一方、この押圧板を上下調整
   させる上下調整機構が、上記押圧板に設けられたことを
   特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 押圧板が中心部から外周縁部にいくにつ
   れて薄肉に形成されたことを特徴とする請求項１記載の
   研磨装置。