JPH06270052A

JPH06270052A - 半導体ウエーハの鏡面研磨装置

Info

Publication number: JPH06270052A
Application number: JP6370993A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Yamada; 信夫山田
Original assignee: Sumitomo Sitix Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】複数サイズのウエーハの高精度研磨ができ、
大径ウエーハ研磨時に揺動機構の負担が軽減できる半導
体ウエーハの鏡面研磨装置を提供すること。【構成】研磨布が上面に貼着された下定盤と、この下
定盤上に配され押圧される半導体ウエーハが下面に貼着
された加圧盤と、これらの上及び下定盤を回転させる回
転機構と、この加圧盤を支持し基端が支持軸に固着され
た支持アームと、この支持軸に基端が固着された揺動ア
ームと、この揺動アーム先端に一端が接続され駆動機構
により往復運動する駆動アームとを備えた鏡面研磨装置
であって、上記揺動アームの先端を延在させてガイド部
材を設置し、ウエーハ径が増加するに従って、揺動中心
からより離れた前記ガイド部材の所定部位に駆動アーム
を接続し、ウエーハ径に応じて揺動角度を調節すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエーハの鏡
面研磨装置に関し、特に、多様なウエーハ径に応じたも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエーハの鏡面研磨は、
上面に研磨布（以降、クロスと称する。）が貼着された
下定盤と、底面に半導体ウエーハを貼り付けた加圧盤と
を対峙配置し、上記ウエーハをクロスに押圧しながら加
圧盤および下定盤を回転させることにより、行なうもの
が知られている。

【０００３】ところで、このようにウエーハを研磨して
いると、クロス面にある一定パターンの摩耗領域が形成
され、この摩耗領域と摩耗しない領域との間に段差が生
じてゆく。そして、研磨ウエーハの径サイズが異なる場
合等により、この段差にウエーハの研磨面が当ると、ウ
エーハの平坦度が損なわれてしまい、ウエーハ研磨精度
が低下する不具合があった。そのため、このクロスの摩
耗面を基準面として、これより高い未摩耗面を除去加工
する形状修正ドレッシングを行うことにより、クロス面
の平坦度を確保し、ウエーハの研磨精度を保つようにし
ていた。

【０００４】しかし、このクロス面を平坦にするドレッ
シングは、除去加工なので、研磨作業以外にクロスが損
耗されることになり、クロスの効率的な利用面からは好
ましくない。また、このドレッシング作業自体が研磨工
程に含まれることになり、工程数の面から不利であり、
多種大量のウエーハの研磨に手間がかかることになる。

【０００５】そこで、ウエーハ研磨時に、ウエーハが貼
着されている加圧盤を、クロス径方向に亘って、クロス
回転中心に接近させたり離したりする運動を行わせるこ
とにより、ウエーハが描く軌跡パターンを幅広にし、ク
ロス面の全域に亘って均一に摩耗させ、クロス面に段差
が生じることを防止するようにした半導体ウエーハの鏡
面研磨装置がある。

【０００６】このような鏡面研磨装置は、架台上に水平
な下定盤が配置され、この下定盤の近傍に回動可能に支
持軸が立設され、この支持軸の上側には加圧盤を備えた
ヘッド部が支持アームを介して取付けられ、このヘッド
部が下定盤の上方に臨むようになっている。この下定盤
は、モータにより一定速度で回転されるようになってお
り、上面には円板状のクロスが取替え可能に貼着されて
いる。また、上記加圧盤は、上記ヘッド部に駆動軸を介
して取付けられ、ヘッド部に内蔵されたシリンダ装置等
により加圧盤を下定盤に押圧しつつ回転できるようにな
っている。さらに、この加圧盤の下面には、吸着機構が
設けられ、被研磨物である半導体ウエーハが取付けられ
るようになっている。

【０００７】そして、この支持軸の下側には、支持軸に
基端を固着された揺動アームと、モータにより回転駆動
される回転板と、この回転板の偏心箇所と揺動アームの
先端に、それぞれ端部が枢支された駆動アームとからな
る揺動機構が設けられている。したがって、回転板を回
転運動させることにより、駆動アームをアーム長軸方向
に往復運動させ、この往復運動を揺動アームにより揺動
運動に変換して、支持軸を一定角度の回動運動させるよ
うになっている。そして、これにより支持アームを水平
な首振り運動である揺動運動させて、支持アームの先端
に設けられた加圧盤がクロス面の径方向に亘って、一定
範囲を往復運動するようにしている。したがって、半導
体ウエーハを鏡面研磨する際には、加圧および下定盤を
回転させ、加圧盤を水平方向に揺動させながら、下定盤
のクロス面に押付けることにより、クロス面全域を用い
て研磨することになり、段差が形成されずに、良好な精
度で研磨できるようになっていた。

【０００８】また、研磨ウエーハの直径サイズが異なる
場合には、各径サイズ毎に揺動角度の調節が必要であ
る。これは、例えば、大径のウエーハに対応した揺動角
度を設定して研磨した後に、この設定のまま小径ウエー
ハを研磨すると、この小径ウエーハによるクロス面の摩
耗幅が、大径ウエーハによるものに満たずに狭くなるの
で、再びクロス面に摩耗領域と未摩耗領域とが形成され
段差が生じ、クロス面の平坦度が損なわれてしまうから
である。

【０００９】このため、研磨するウエーハ径が変わる場
合には、駆動アームを回転板に取付ける箇所を変更し
て、回転板の回転中心から偏心位置までの距離を増減す
ることにより、駆動アームの往復運動量を増減させ、こ
れにより、各ウエーハ・サイズ毎に揺動角度の調節を行
っていた。したがって、例えば、上述した場合のように
ウエーハ・サイズを大径から小径に変更したときには、
この径サイズが減少した分を補うように、偏心距離を増
大させることにより、揺動角度を増加させていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
鏡面研磨装置によれば、回転板の回転中心からの偏心距
離を増減して揺動角度を調節しているので、この距離の
僅かな変更が揺動角度の大幅な変化になり、微調整が困
難である不具合がある。これは、回転板が回転して駆動
アームを往復運動させているので、変更した距離の２倍
の距離が往復運動量となって反映され、この運動距離に
基づいて揺動角度が変更されるからである。

【００１１】また、ウエーハ研磨精度を維持するために
は、研磨作業時にウエーハ単位面積当りの押圧力を同一
条件にする必要があるので、ウエーハ表面積が広がる大
径ウエーハを研磨する場合は、加圧盤による加圧力も増
大させて設定する。このため、大径ウエーハの場合、ウ
エーハの摩擦抵抗が大きくなり、揺動アームを駆動する
ためには、より大きな力が必要とされる。また、この場
合は、揺動角度が小さくなるので、回転板の偏心距離が
減少して設定され、回転板を回転させるために、同様
に、より大きな力が必要とされる。これらの結果、大径
ウエーハの研磨時には、揺動に要する駆動力が増大する
ので、駆動アーム自体や、その結合部分に過大な荷重が
集中したり、モータ負荷が増加したりする等の揺動機構
の負担が増大する。これらの荷重負担に対応して、駆動
アームを太径のものにしたり、大出力モータを用いるな
ど機構全体を強化すると、装置自体のコスト高を招く不
都合がある。

【００１２】そこで、本発明は、複数のサイズ径ウエー
ハを効率良く研磨でき、大径ウエーハ研磨時に揺動機構
の負担が軽減できる半導体ウエーハの鏡面研磨装置を提
供する目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願第１請求項に係る発
明の半導体ウエーハの鏡面研磨装置は、研磨布が上面に
貼着された下定盤と、この下定盤上に配され押圧される
半導体ウエーハが下面に貼着された加圧盤と、これらの
上及び下定盤を回転させる回転機構と、この加圧盤を支
持し基端が支持軸に固着された支持アームと、この支持
軸に基端が固着された揺動アームと、この揺動アーム先
端に一端が接続され駆動機構により往復運動する駆動ア
ームとを備えた鏡面研磨装置であって、上記揺動アーム
の先端を延在させてガイド部材を設置し、ウエーハ径が
増加するに従って、揺動中心からより離れた前記ガイド
部材の所定部位に駆動アームを接続し、ウエーハ径に応
じて揺動角度を調節する構成とされ、本願第２請求項に
係る鏡面研磨装置は、上記駆動機構が、モータにより回
転する回転板の偏心位置に駆動アームの他端が枢着され
て構成されるとともに、上記揺動アームのガイド部材
が、上記回転板の回転軸を中心とする円に沿った、湾曲
形状とし、本願第３請求項に係る鏡面研磨装置は、上記
揺動アームのガイド部材が、上記回転板の回転軸を中心
とする円から、ウエーハ径に応じて、外方に離れた湾曲
形状とした構成とされている。

【００１４】

【作用】したがって、本発明によれば、揺動アームの先
端を延在させてガイド部材を設置し、このガイド部材の
駆動アーム接続箇所を変更可能にし、揺動アームの揺動
中心と接続点間の距離を加減することにより、揺動角度
を調節しているので、ウエーハ径サイズに応じて、適切
な揺動角度が再設定でき、異なる径ウエーハによりクロ
ス面上に描かれる揺動パターン巾を、常にクロス半径と
同一に保つことができる。

【００１５】また、大径ウエーハを研磨して摩擦力が増
加するとともに、揺動角度が減少する場合においては、
揺動アームの支点間の距離が増加することになるので、
揺動に要する駆動力を低下できる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明を図１ないし図３に示す実施
例に基づき説明する。本実施例の半導体ウエーハの鏡面
研磨装置１は、図１に示すように、直方体状の架台２上
に設置された下定盤３と、この架台２のコーナーに立設
された支持軸４と、この支持軸４の上側に支持アーム５
を介して取付けられたヘッド部６と、このヘッド部６に
設けられた加圧盤７と、この支持軸４の下側に接続され
架台２内に配された揺動機構８とから構成されている。

【００１７】すなわち、上記下定盤３は、研磨する最大
ウエーハ径サイズの３〜４倍径の円状に形成され、架台
２の略中央に水平に設置されている。また、この下定盤
３は、図示を省略した架台２内のモータ駆動部により、
一定の速度で回転駆動されるようになっている。さら
に、この下定盤３の上面には、ほぼ同一径の円板状のク
ロス（研磨布）９が貼着され、このクロス９を下定盤３
に強固に固定するとともに、損耗したクロスを新たなも
のに、容易に交換可能なようになっている。

【００１８】また、上記支持軸４は、円柱状に形成さ
れ、架台２のコーナーに垂直に立設されている。そし
て、この支持軸４の下側は架台２内に位置するととも
に、回動可能に支持されている。支持軸４の上側には、
水平に配された支持アーム５の基端が、固着されてい
る。他方、架台２内に位置する支持軸４の下側には、同
様に水平に配された揺動機構８の揺動アーム１０の基端
が固着され、この揺動アーム１０は、架台２の側壁に沿
った方向に設けられている。したがって、図２に示すよ
うに、支持アーム５と揺動アーム１０との角度は、一定
に固定されており、後述する揺動機構８のにより揺動ア
ーム１０を所定の開始地点から所定の角度に揺動させる
と、同様に支持アーム５が揺動するようになっている。
また、再び図１に戻って示すように、この支持アーム５
の先端には、円筒状のヘッド部６が取付けられている。

【００１９】このヘッド部６には、制御装置に接続され
たエアシリンダやモータ等の駆動装置が内蔵され、ヘッ
ド部６の下面から突出した内蔵装置の駆動軸６ａを介し
て加圧盤７が接続されている。したがって、この内蔵装
置により加圧盤７を上下動および回転駆動して、加圧盤
７を下定盤３に押圧しつつ回転させることができるよう
になっている。

【００２０】この加圧盤７は、研磨するウエーハＷの最
大径サイズより大きい円板状に形成され、下面には吸着
盤等からなる吸着機構が設けられている。したがって、
この吸着機構により、加圧盤７の下面に、被研磨物であ
る半導体ウエーハＷを容易に吸着して取付けられるよう
になっている。

【００２１】上記揺動機構８は、図２に示すように、基
端が上記支持軸４の下側に固着され、先端側に後述する
形状のガイド部材１１が設けられた揺動アーム１０と、
この揺動アーム１０のガイド部材１１に接続部材１２を
介して一端が取付けられた駆動アーム１３と、この駆動
アーム１３の他端が接続された回転板１４と、この回転
板１４を回転させる回転モータ１５と、接続部材１２に
スライド駆動部１６を介して接続された調節モータ１７
とから構成されている。

【００２２】すなわち、この回転板１４は、円板状に形
成され、架台２内の支持軸４と反対側のコーナー付近
に、水平に配置されている。また、この回転板１４の中
心は、回転モータ１５の回転軸に接続され、このモータ
１５により一定速度で回転駆動されるようになってい
る。さらに、この回転板１４の回転中心Ｚから離れた所
定の偏心箇所に、駆動アーム１３の一端が枢着されてい
る。そして、回転板１４の回転運動により、駆動アーム
１３がその長手方向に一定範囲の概略往復する運動する
ようになっている。また、この駆動アーム１３の他端
は、接続部材１２に枢着され、この接続部材１２は、揺
動アーム１０のガイド部材１１に接続されている。

【００２３】このガイド部材１１は、後述する所定の形
状に形成され、揺動アーム１０の先端側に設けられてい
る。また、このガイド部材１１の全長の長手方向に亘っ
て、ガイド溝１８が設けられ、このガイド溝１８に、接
続部材１２がスライド可能に嵌着されている。したがっ
て、この接続部材１２を、ガイド部材１１の形状に沿っ
て、スライド移動できるようになっている。さらに、こ
の接続部材１２は、屈曲可能なジョイント部材１９を介
して、揺動アーム１０の基端側に固設されたスライド駆
動部１６に接続されている。このスライド駆動部１６は
スパイラル状のギアを内蔵し、このスライド駆動部１６
は調節モータ１７により駆動される。このモータ１７
は、ガイド部材１１上のウエーハ径に応じた箇所に設け
られたセンサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃに制御装置を介し
て、接続されている。したがって、このモータ１７を駆
動制御することにより、接続部材１２をガイド部材１１
の全長に亘って、スライド移動させ、センサ２０ａ，２
０ｂ，２０ｃが設けられたウエーハ径に応じた箇所に停
止することができるようになっている。つまり、揺動ア
ーム１０の揺動中心Ｙと駆動アーム１３が接続されてい
る接続部材１２との距離、換言すれば、見掛け上の揺動
アーム１０のアーム長さを任意に変更可能になってい
る。

【００２４】尚、接続部材１２をスライド移動させる機
構としては、モータとスライド駆動部１６の組合せに限
らず、伸縮動作するエアシリンダなどを用いてもよい。
また、調節モータ１７としてステッピング・モータを用
いて、より高精度な微調整を可能にすることもできる。

【００２５】また、このガイド部材１１の形状は、最小
径サイズのウエーハの接続箇所までが揺動アーム１０に
沿った直線形状とされ、これより延長される先端部分が
回転板１４の回転軸を中心とする円にほぼ沿った、湾曲
形状とされている。

【００２６】これは、ガイド部材１１を直線形状とし、
この直線上に駆動アーム１３の接続点を移動させて、支
点間距離を変更すると、ウエーハ径に応じた揺動角度は
設定できるが、クロス内方の揺動リミットが適切に設定
できないことによる。また、回転板１４の回転中心Ｚを
中心とした円Ｚ'上に沿うようにすると、ウエーハのク
ロス内方リミットが常に一定となり、ウエーハ径に細か
く対応できないためである。これは、例えば、大径のウ
エーハを基準として、円弧半径を設定すると、これより
小径のウエーハを揺動させて研磨する場合、この小径ウ
エーハによりクロス９面上に描かれる摩耗巾が、減少し
たウエーハ半径分だけ、大径のものに満たなくなり巾狭
くなってしまう。他方、小径ウエーハを基準として、円
弧半径を設定すると、これより大径の研磨ウエーハの場
合、このウエーハによりクロス９に描かれる摩耗巾が、
増加したウエーハ半径分だけ、小径のものより外み出し
幅広になってしまう。したがって、このように異なる径
サイズのウエーハが生成するクロス９面の摩耗領域が一
致しなくなるので、クロス９面に段差が生じることにな
り、この段差に研磨ウエーハ面が当たって研磨精度が低
下してしまう。つまり、ウエーハ径サイズに応じて、揺
動角度を調節するだけではなく、揺動アーム１１の２つ
の揺動リミット、つまり、揺動開始および終了地点も、
調整する必要がある。

【００２７】このため、ガイド部材１１の先端形状を所
定の湾曲形状とすることにより、これらの揺動開始およ
び終了地点を、各種ウエーハ径サイズに応じたものとし
ている。すなわち、最小径サイズのウエーハの研磨に設
定されて駆動アーム１３が揺動アーム１０に接続され、
この揺動アーム１０が最もクロス中心Ｘに接近した状態
において、ガイド部材１１の先端形状が、図３中に実線
で示すように、上述した回転板１４の回転中心Ｚを中心
とする円弧Ｚ'の外方に、僅かに離れた湾曲形状とされ
ている。より厳密に、この離れる距離は、ウエーハ径サ
イズが増加し必要な揺動角度が減少して、揺動アーム１
０に駆動アーム１３を接続する箇所ｂ，ｃが揺動中心Ｙ
から離れるに従い、これらの箇所ｂ，ｃと回転板１４の
回転中心Ｚとを結ぶ線上において、最小径から変化した
半径サイズ分に揺動アーム１０を揺動させる距離だけ円
弧Ｚ'から離れている。つまり、上述した状態下におい
て、揺動アーム１０の接続箇所ｂ，ｃと回転板１４の回
転中心Ｚとの距離が、研磨するウエーハがクロス中心Ｘ
に接する距離であると同時に、接続箇所ｂ，ｃから揺動
中心Ｙまでの距離が、この地点からウエーハＷｂ，Ｗｃ
がクロス外方に揺動したときに、クロス外へ一定の外み
だし量となる揺動角度とされる距離である。このよう
に、クロス内方の揺動リミットを揺動の開始地点とする
と、揺動アーム１０のガイド部材１１形状を円弧Ｚ'か
ら外方に離した形状とすることにより、この距離分だけ
研磨作業の前に予め揺動アーム１０を揺動させ、最小径
ウエーハに比べて増加した半径分だけ、この開始地点を
クロス中心Ｘから外方にズラして移動していることにな
る。

【００２８】具体的に、本実施例においては、同図中の
３種類の線により示すように、最小の４インチ・ウエー
ハＷａの場合、実線で示すように、駆動アーム１３の揺
動アーム１０（すなわち、ガイド部材１１）への接続箇
所は、ａとなり、クロス９内方の揺動リミットが最も中
心よりになるとともに、このリミットからの揺動角度Ａ
が最も大きくなっている。これに対して、５インチおよ
び６インチウエーハＷｂ，Ｗｃの場合は、それぞれ二点
鎖線，破線で示すように、接続箇所がｂ，ｃとなり、内
方揺動リミットが増加したウエーハ半径分だけ中心から
外方に離れる。これとともに、揺動アーム１０の支点間
距離が増大して、増加したウエーハ直径分だけ揺動角度
が減少し、揺動角度がＢ，Ｃとなるようになっている。
したがって、研磨するウエーハ径サイズが変更された場
合、これらのある径サイズに応じて、調節モータ１７を
駆動制御し、接続部材１２を上記形状のガイド部材１１
に沿ってスライド移動させ、センサ２０ａ，２０ｂ，２
０ｃにより径サイズに応じた箇所で停止させて、駆動ア
ーム１３を揺動アーム１０に接続するようになってい
る。これにより、これらの各径サイズのウエーハＷａ，
Ｗｂ，Ｗｃがクロス９内方に揺動する際には、常にウエ
ーハＷａ，Ｗｂ，Ｗｃの外周縁がクロス９中心に接す
る。また、クロス９外方に揺動する際には、これらのウ
エーハＷａ，Ｗｂ，Ｗｃの外周縁のクロス９からの外み
だし量が、例えば、常に１０ｍｍ程度に、一定に維持さ
れる。

【００２９】したがって、本実施例の鏡面研磨装置によ
れば、所定の湾曲形状に形成された揺動アームに駆動ア
ームが接続される箇所を移動可能とし、揺動アームの揺
動中心と接続点間の距離を増減することにより揺動角度
を調節していることにより、ウエーハ径サイズに応じて
揺動幅を適切に再設定でき、研磨時にクロス面のウエー
ハにより描かれる揺動巾を、常にクロス半径と一致させ
ることができるので、クロス全域が効率良く使用されク
ロス面に段差が生じることを防止でき、研磨精度を向上
することができる。

【００３０】また、大径ウエーハの研磨時、すなわち、
ウエーハの摩擦力が増加し揺動角度が減少する場合にお
いては、揺動アームの支点間の距離が増加することにな
るので、揺動アームの揺動に必要な駆動力を低下でき、
揺動機構の負担が低下することになり、揺動機構の強度
が少なくて済み、簡素化できる。

【００３１】さらに、クロス面全域が研磨作業により均
一に損耗されることになるので、クロス面の平坦度を確
保するために必要であった除去加工である形状修正ドレ
ッシング回数が減少でき、クロスの厚みがウエーハ研磨
に効率的に利用されることになり、経済性が向上する。

【００３２】さらにまた、揺動アームの接続箇所を移動
変更することにより、揺動角度を変更しているので、揺
動巾の微調整が容易に行え、また、実際の研磨作業中に
おいても、揺動巾の変更を行うことができ、柔軟な運用
が可能となる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の鏡面研磨
装置によれば、揺動アームの揺動中心と駆動アームの接
続点間の距離を増減することにより、揺動角度を調節し
ているので、研磨時に異なる径サイズの各ウエーハによ
りクロス面に描かれる揺動パターン巾を、クロス半径に
常に一致できることになり、研磨作業によるクロス面段
差の生成が防止されて、ウエーハ研磨精度が向上でき
る。

【００３４】また、大径ウエーハを研磨して摩擦力が増
加するとともに、揺動角度が減少する場合においては、
揺動アームの支点間の距離が増加することになるので、
揺動に要する駆動力を低下できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体ウエーハの鏡面研磨装置の概略
斜視図。

【図２】本発明の鏡面研磨装置に係り、揺動機構の概略
配置を示す平面図。

【図３】本発明の鏡面研磨装置に係り、揺動機構の動作
を説明する平面図。

【符号の説明】

１鏡面研磨装置３下定盤４支持軸５支持アーム７加圧盤８揺動機構９クロス１０揺動アーム１３駆動アーム１４回転板１５回転モータＷ半導体ウエーハＷａ４インチ径ウエーハＷｂ５インチ径ウエーハＷｃ６インチ径ウエーハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨布が上面に貼着された下定盤と、こ
の下定盤上に配され押圧される半導体ウエーハが下面に
貼着された加圧盤と、これらの上及び下定盤を回転させ
る回転機構と、この加圧盤を支持し基端が支持軸に固着
された支持アームと、この支持軸に基端が固着された揺
動アームと、この揺動アーム先端に一端が接続され駆動
機構により往復運動する駆動アームとを備えた鏡面研磨
装置において、前記揺動アームの先端を延在させてガイド部材を設置
し、ウエーハ径が増加するに従って、揺動中心からより
離れた前記ガイド部材の所定部位に駆動アームを接続
し、ウエーハ径に応じて揺動角度を調節することを特徴
とする半導体ウエーハの鏡面研磨装置。
【請求項２】前記駆動機構が、モータにより回転する
回転板の偏心位置に駆動アームの他端が枢着されて構成
されるとともに、前記揺動アームのガイド部材が、前記
回転板の回転軸を中心とする円に沿った、湾曲形状とさ
れている請求項１記載の半導体ウエーハの鏡面研磨装
置。
【請求項３】前記揺動アームのガイド部材が、前記回
転板の回転軸を中心とする円から、ウエーハ径に応じ
て、外方に離れた湾曲形状とされている請求項２記載の
半導体ウエーハの鏡面研磨装置。