JPH10217105A - ワークの研磨方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの圧力調整作業を簡単かつ短時間で行
うことができ、しかも、リングの無駄を省くことができ
るワークの研磨方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 ブロック１１０に貼り付けられたウエハ
１００を下定盤１に接触させ、ブロック１１０の周縁部
に、ウエハ１００を囲むような円形リング５を配設し、
ヘッド４により円形リング５を介してブロック１１０の
周縁部を押圧すると共に、ヘッド４に設けられた中央押
圧手段６によってブロック１１０の中央部を所望圧力で
押圧しながら、下定盤１を回転させることで、ウエハ１
００を研磨する。好ましくは、中央押圧手段６を、ヘッ
ド４の中央部に設けた圧力室７と、圧力室７の開口部に
進退自在に取り付けられ、開口部から突出してブロック
１１０の中央部を押圧可能な中押プレート８と、圧力室
７内の空気圧を制御するエアポンプ９とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ワーク表面を平
坦に研磨するためのワークの研磨方法及びその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】片面ラッピング装置では、例えば図１０
に示すように、ウエハ１００が貼り付けられたブロック
１１０をヘッド２００で保持しながら下定盤３００に押
圧し、下定盤３００を回転させることで、ウエハ１００
の表面を研磨する。しかし、このような片面ラッピング
装置では、ヘッド２００による押圧力がウエハ１００に
均一に加わらず、偏ることが多い。このため、ウエハ１
００の表面の各部分において研磨レートが異なり、ウエ
ハ１００の表面が平坦にならないおそれがある。そこ
で、従来は、ウエハ１００の表面を平坦に研磨するため
の技術が片面ラッピング装置などに適用されている。

【０００３】図１１は、従来のウエハ平坦化技術を説明
するための断面概略図である。この技術は、リングを用
いて、ウエハ１００への押圧力の分布を調整する技術で
ある。すなわち、図１１の（ａ）に示すように、円形リ
ング２１０をヘッド２００の下面に貼り付け、その下側
にブロック１１０を取り付ける。これにより、ブロック
１１０に加わる押圧力は円形リング２１０の部分におい
て最も大きくなる。したがって、円形リング２１０の径
を調整することで、ウエハ１００に加わる押圧力の分布
を略等しくすることができる。具体的には、図１１の
（ａ）に示すように、小径の円形リング２１０を装着し
たときに、ウエハ１００の内側部分が多く研磨される場
合には、大径の円形リング２１０を作成して装着する。
この場合に、図１１の（ｂ）に示すように、ウエハ１０
０の外側が多く研磨されたときには、ちょうど良い径の
円形リング２１０を作成して装着する。このようにし
て、ヘッド２００に略等しい分圧が加わるような大きさ
の円形リング２１０を作成して装着すれば、図１１の
（ｃ）に示すように、ヘッド２００の表面を平坦に研磨
することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の技術では、次のような問題がある。ウエハ１０
０への押圧力を均一にするためには、ちょうど良い径の
円形リング２１０を作成し、その中心とヘッド２００の
下面中心とが正確に一致するように、この円形リング２
１０をヘッド２００下面に取り付けなければならない。
この作業が一度で済めば良いが、実際にはちょうど良い
径の円形リング２１０を作成するまでには、多種類の円
形リング２１０をヘッド２００に貼り付けたり、ヘッド
２００から剥がしたりしなければならず、煩雑な調整作
業を長時間に渡って強いることとなる。しかも、ヘッド
２００に貼り付けた円形リング２１０を一度剥がすと、
再び使用することができない。このため、折角作成した
円形リング２１０が次回の調整作業に再利用することが
できず、すべて無駄になってしまう。

【０００５】この発明は上述した課題を解決するために
なされたもので、ワークの圧力調整作業を簡単かつ短時
間で行うことができ、しかも、リングの無駄を省くこと
ができるワークの研磨方法及びその装置を提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明に係るワークの研磨方法は、板状の
ブロック表面に貼り付けられたワークを定盤に接触さ
せ、ブロックの裏面の周縁部に、ワークを裏面側からほ
ぼ囲むようなリングを配設し、加圧体によりリングを介
してブロックの裏面周縁部を押圧すると共に、加圧体に
設けられた押圧力調整可能な中央押圧手段によってブロ
ックの裏面中央部を所望圧力で押圧しながら、定盤を回
転させることで、ワークの表面を研磨する構成とした。
かかる構成により、ブロックの周縁部がワークを囲むリ
ングによって押圧され、ブロックの中央部が中央押圧手
段によって押圧されるので、中央押圧手段による押圧力
を調整することで、ブロックを介して加わるワークへの
押圧力の分布を変化させることができる。

【０００７】また、請求項２記載の発明に係るワークの
研磨装置は、回転してワークを研磨するための定盤と、
ワークが表面に貼り付けられた板状のブロックを保持し
てワークを定盤側に押圧するための加圧体と、ブロック
の裏面周縁部に配設され、ワークを裏面側からほぼ囲む
ようなリングと、加圧体に設けられ、ブロックの裏面中
央部を所望圧力で押圧するための押圧力調整可能な中央
押圧手段とを具備する構成とした。かかる構成により、
ワークを加圧体により、定盤側に押圧すると、ブロック
の周縁部がリングによって押圧される。このとき、中央
押圧手段によって、ブロックの中央部を所望の押圧力で
押圧することにより、ワークへの押圧力分布を所望の分
布状態にすることができる。

【０００８】さらに、上記ワークの研磨装置において、
中央押圧手段は、加圧体の表面略中央部に設けられた圧
力室と、圧力室の開口部に進退自在に設けられ、開口部
から突出してブロックの裏面中央部を押圧可能な中押部
材と、圧力室内の流体の圧力を制御する圧力制御部とを
具備する構成とした。また、上記ワークの研磨装置にお
いて、流体は、空気である構成とした。また、上記ワー
クの研磨装置において、中央押圧手段は、少なくとも加
圧体の表面略中央部に開口するバネ収納室と、バネ収納
室の内部奥側に設けられ、バネ収納室の内部で進退して
バネ収納室の奥行量を調整可能なバネ端支持部材と、バ
ネ収納室の開口部に進退可能に設けられた中押部材と、
バネ収納室内に収納され、中押部材を開口部から突出す
るように付勢するバネ部材とを具備する構成とした。ま
た、上記ワークの研磨装置において、中央押圧手段は、
加圧体の略中央部に設けられた雌ネジ部と、雌ネジ部に
螺入され、雌ネジ部から突出してブロックの裏面中央部
を押圧可能な雄ネジ部とを具備する構成とした。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は、この発明の第１の実施形態
に適用される片面ラッピング装置を一部破断して示す正
面図である。この片面ラッピング装置は、図１に示すよ
うに、下定盤１と、昇降機２と、モータ３と、昇降機２
の下端部に取り付けられ、昇降機２とモータ３との駆動
によって、ウエハ１００（ワーク）を回転させながら下
定盤１に押圧するヘッド４（加圧体）とを具備してい
る。図２は、昇降機２及びモータ３による回転機構を示
す断面図である。昇降機２は、シリンダ２０と、シリン
ダ２０を上下に貫通した筒状のピストンロッド２１と、
ピストンロッド２１の外側に固着され且つシリンダ２０
内部に気密に嵌められたピストン２２とでなり、空気を
図示しないホースを介してシリンダ２０内に流出入する
ことで、ピストン２２を上下動させることができる。

【００１０】モータ３は、上記昇降機２のピストンロッ
ド２１に組み付けられている。具体的には、モータ３の
回転軸に取り付けられたギア３０が、ピストンロッド２
１の上部にベアリング３１を介して取り付けられたギア
３２に噛み合っている。そして、ギア３２の上面に設け
られた支持部３３に、筒状のインナーロッド３４の上端
が固着されている。インナーロッド３４は、ピストンロ
ッド２１内に挿入されている。

【００１１】ヘッド４は、上記のような昇降機２とモー
タ３とに連結されている。図３は、ヘッド４の断面図で
ある。ヘッド４は、図３に示すように、昇降機２のピト
ンロッド２１の下端に固着されたハウジング４０と、ハ
ウジング４０にベアリング４１ａを介して回転自在に連
結され、インナーロッド３４の下端のギア３４ａに噛み
合った内歯４１ｂを有する内歯ギア体４１と、内歯ギア
体４１に組み付けられ、外周面にリテーナリング４２を
有したプレッシャプレート４３とで構成されている。か
かる構成により、図２に示す昇降機２を駆動させると、
ピトンロッド２１に連結したヘッド４が昇降する。そし
て、モータ３を駆動させると、インナーロッド３４のギ
ア３４ａの回転が内歯４１ｂを介して内歯ギア体４１に
伝達される。この結果、内歯ギア体４１とプレッシャプ
レート４３とが、ベアリング４１ａの作用により、ハウ
ジング４０の周りで一体回転する。

【００１２】このようなヘッド４には、圧力調整機構が
組み付けられている。この圧力調整機構は、図３に示す
ように、プレッシャプレート４３の下面に貼り付けられ
た円形リング５と中央押圧手段６とで構成されている。

【００１３】円形リング５は、プレッシャプレート４３
の下面周縁部に貼り付けられている。具体的には、図４
に示すように、円形リング５は、ブロック１１０に貼り
付けられた複数のウエハ１００をブロック１１０の上面
側からほぼ囲むような大きさに設定されており、プレッ
シャプレート４３の押圧力を受けて、複数のウエハ１０
０の周縁部を押圧するようになっている。

【００１４】一方、中央押圧手段６は、図３に示すよう
に、ブロック１１０の上面中央部を所望圧力で押圧する
ためのもので、プレッシャプレート４３の下端に凹設さ
れた圧力室７と、圧力室７に嵌められた中押プレート８
（中押部材）と、圧力室７内の空気圧を制御するエアポ
ンプ９（圧力制御部：図１及び図２参照）とで構成され
ている。

【００１５】圧力室７は、プレッシャプレート４３の下
面に開口した中押プレート８嵌め込み用の大径部７０
と、大径部７０と連通した空気充填用の小径部７１とで
構成されている。

【００１６】中押プレート８は、図５にも示すように、
圧力室７の大径部７０と略同径のブロック押圧部８０
と、小径部７１と略同径の圧受部８１とを有しており、
これらブロック押圧部８０，圧受部８１が大径部７０，
小径部７１に気密に嵌められている。また、この中押プ
レート８は、圧力室７内で進退することができるように
取り付けられている。具体的には、ブロック押圧部８０
の上面に１２０度間隔で３本のガイドロッド８２が立設
されており、これらのガイドロッド８２が、大径部７０
からプレッシャプレート４３の上面まで貫通したロッド
孔４３ａに挿入されている。このロッド孔４３ａの上部
には、大径かつ所定深さの遊び孔４３ｂが形成されてお
り、ガイドロッド８２の上端に固着されたストッパ８３
が遊び孔４３ｂの底に係止するようになっている。これ
により、中押プレート８を上下させると、ガイドロッド
８２がロッド孔４３ａ内で上下し、ストッパ８３が遊び
孔４３ｂに係止して、プレッシャプレート４３下面から
の中押プレート８の突出量を規制する。すなわち、中押
プレート８は、図４に示すように、ブロック１１０の上
面から複数のウエハ１００の内側部分を押圧することが
できるようになっている。

【００１７】エアポンプ９は、圧力室７内の圧力を制御
することで、中押プレート８を進退させる部分である。
具体的には、図２に示すように、エアポンプ９から延出
されたチューブ９０が、上部開口からインナーロッド３
４の内部に挿入されている。そして、このチューブ９０
の先端部が、図３に示すように、圧力室７の上部に気密
に装着されたシール部材７２の中央孔に取り付けられた
コネクタ７２ａに連結されている。これにより、エアポ
ンプ９からの空気は、エアポンプ９を介して圧力室７内
に流出入され、圧力室７内の空気圧が変化するようにな
っている。

【００１８】これにより、図６の（ａ）に示すように、
エアポンプ９によって圧力室７内を負圧にすることで、
中押プレート８は圧力室７内に吸引され、また、図６の
（ｂ）に示すように、圧力室７内を正圧にすることで、
中押プレート８は圧力室７から突出し、ブロック１１０
の上面中央部を押圧する。したがって、エアポンプ９に
より圧力室７内の空気圧を制御することで、中押プレー
ト８によるブロック１１０中央部への押圧力を調整する
ことができる。

【００１９】次に、この実施形態の片面ラッピング装置
が示す動作について説明する。なお、この片面ラッピン
グ装置の動作は請求項１の発明に係る研磨方法を具体的
に達成するものでもある。

【００２０】まず、図３に示すように、下面にウエハ１
００を貼り付けたブロック１１０を円形リング５が貼り
付けられたヘッド４の下面に取り付け、図２に示した昇
降機２でヘッド４を下定盤１迄下降させる。これによ
り、ブロック１１０がヘッド４によって加圧され、ウエ
ハ１００が下定盤１に押圧された状態となる。この状態
で、モータ３，１５（図１参照）を駆動させ、ヘッド４
と下定盤１とを回転させると、ウエハ１００の下面が下
定盤１によって研磨される。

【００２１】ところで、ヘッド４のプレッシャプレート
４３とブロック１１０との間には、円形リング５が介在
している。この円形リング５は、上記したように、複数
のウエハ１００を外側から囲んだ状態にあり、ヘッド４
からの押圧力はこの円形リング５に集中することとな
る。このため、ヘッド４からブロック１１０への押圧力
は、図７の（ａ）に示すような分布になる。すなわち、
ウエハ１００の外周縁側（図左側）の押圧力Ｐが大き
く、内周側に行くにしたがって、押圧力Ｐが小さくな
る。したがって、このような状態でウエハ１００を研磨
すると、実線で示すように、ウエハ１００の外周縁側が
大きく研磨されることとなり、ウエハ１００の下面が平
坦にならない。

【００２２】そこで、図３に示す中央押圧手段６を用い
て押圧力Ｐの分布を均一にする。すなわち、エアポンプ
９を作動させ、圧力室７内の空気圧を正圧にして、図６
の（ｂ）に示すように、中押プレート８を圧力室７から
突出させ、ブロック１１０の中央部に新たな押圧力を付
加する。すると、ウエハ１００は、円形リング５によっ
て外周縁側から押圧されると共に中押プレート８によっ
て内周縁側から押圧された状態となり、押圧力Ｐの分布
の偏りが矯正される。したがって、エアポンプ９で圧力
室７内の空気圧を制御し、中押プレート８によるブロッ
ク１１０中央部への押圧力を調整することで、図７の
（ｂ）に示すように、ウエハ１００に加わる押圧力Ｐの
分布を略均一にすることができる。このような状態で研
磨することで、同図に示すように、ウエハ１００の下面
が平坦に研磨される。

【００２３】このように、この実施形態の片面ラッピン
グ装置によれば、中央押圧手段６によってウエハ１００
への押圧力の調整を自動的に行うことができるので、円
形リング５の取り外し作業及び再作成作業が不必要とな
り、この結果、圧力調整作業を簡単且つ短時間に行うこ
とができる。また、円形リング５を半永久的に使用する
ことができるので、リング使い捨ての無駄を省くことが
できる。さらに、中押プレート８の圧受部８１の上面積
を小さく設定することで、微妙な圧力のコントロールが
可能となる。

【００２４】（第２の実施形態）図８は、この発明の第
２実施形態の要部を示す断面図である。この実施形態
は、上記第１の実施形態における圧力室７をバネ収納室
７′として利用し、中押プレート８をバネ付勢する構成
とした点が、上記第１の実施形態と異なる。

【００２５】具体的には、バネ収納室７′の小径部７１
の内面にネジ溝７１ａを刻設し、小径部７１の上部から
ボルト状のバネ端支持部材９１を螺入する。そして、中
押プレート８の圧受部８１上面とバネ端支持部材９１の
下面との間にコイルバネ９２（バネ部材）を装着する。
これにより、ブロック１１０の中央部が、コイルバネ９
２に付勢された中押プレート８によって押圧される。

【００２６】中押プレート８によるブロック１１０への
押圧力の調整は、バネ端支持部材９１をバネ収納室７′
内で進退させることにより行う。すなわち、バネ端支持
部材９１を小径部７１内に螺入させ、小径部７１の奥行
量を浅くすることで、コイルバネ９２の付勢力を増加さ
せることができる。また、逆にバネ端支持部材９１を小
径部７１から螺出させ、小径部７１の奥行量を深くする
ことで、コイルバネ９２の付勢力を減少させることがで
きる。その他の構成，作用効果は上記第１の実施形態と
同様であるので、その記載は省略する。

【００２７】（第３の実施形態）図９は、この発明の第
３の実施形態の要部を示す断面図である。この実施形態
は、上記第２の実施形態におけるバネ収納室７′を雌ネ
ジ部７″として利用し、中押プレート８を雄ネジ部９３
で押圧する構成とした点が、上記第１及び第２の実施形
態と異なる。

【００２８】具体的には、雌ネジ部７″の小径部７１に
上方から螺入した雄ネジ部９３の先端を中押プレート８
の圧受部８１上面に当接し、雄ネジ部９３の螺入量によ
って、中押プレート８のブロック１１０に対する押圧力
を調整する。その他の構成，作用効果は上記第１及び第
２の実施形態と同様であるので、その記載は省略する。

【００２９】なお、この発明は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の
変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、
この発明を片面ラッピング装置に適用したが、ワークを
加圧体によりブロックを介して定盤に押圧してワーク片
面を研磨する装置であるならば、片面ポリッシング等、
すべての装置に適用することができる。また、上記第１
の実施形態では、空気圧で中押プレート８を押圧するも
のとしたが、これに限定されるものではなく、油圧等、
各種の流体の圧力で中押プレート８を押圧する構成とす
ることができる。また、上記第２の実施形態では、バネ
部材としてコイルバネ９２を用いたが、コイルバネ９２
の代わりに板バネなど、各種のバネ部材を用いることが
できることは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、この発明に
よれば、加圧体によりリングを介してブロックの周縁部
を押圧すると共に中央押圧手段によってブロックの中央
部を押圧することができる構成であるので、中央押圧手
段によるブロック中央部への押圧力を調整することで、
ワークへの押圧力の分布の調整を自動的に行うことがで
きる。この結果、リングの取り外し作業及び再作成作業
が不必要となり、圧力調整作業を簡単且つ短時間に行う
ことができるという優れた効果がある。また、リングを
取り外すことなく半永久的に使用することができるの
で、リング使い捨ての無駄を省くことができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態に適用される片面ラ
ッピング装置を一部破断して示す正面図である。

【図２】昇降機及びモータによる回転機構を示す断面図
である。

【図３】ヘッドの断面図である。

【図４】リング及び中押プレートのブロックに対する押
圧位置を示す平面図である。

【図５】中押プレートの平面図である。

【図６】中押プレートの進退状態を示す断面図である。

【図７】押圧力の分布を示す概略側面図である。

【図８】この発明の第２実施形態の要部を示す断面図で
ある。

【図９】この発明の第３の実施形態の要部を示す断面図
である。

【図１０】従来の片面ラッピング装置によるウエハ研磨
動作を示す断面概略図である。

【図１１】従来のウエハ平坦化技術を説明するための断
面概略図である。

【符号の説明】

１・・・下定盤、２・・・昇降機、３・・・モータ、４
・・・ヘッド、５・・・円形リング、６・・・中央押圧
手段、７・・・圧力室、８・・・中押プレート、９・・
・エアポンプ、４３・・・プレッシャプレート、４３ａ
・・・ロッド孔、４３ｂ・・・遊び孔、７０・・・大径
部、７１・・・小径部、７２・・・シール部材、７２ａ
・・・中央孔、８０・・・ブロック押圧部、８１・・・
圧受部、８２・・・ガイドロッド、８３・・・ストッ
パ、９０・・・チューブ、１００・・・ウエハ、１１０
・・・ブロック。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状のブロック表面に貼り付けられたワ
   ークを定盤に接触させ、 上記ブロックの裏面の周縁部に、上記ワークを裏面側か
   らほぼ囲むようなリングを配設し、 加圧体により上記リングを介して上記ブロックの裏面周
   縁部を押圧すると共に、上記加圧体に設けられた押圧力
   調整可能な中央押圧手段によって上記ブロックの裏面中
   央部を所望圧力で押圧しながら、 上記定盤を回転させることで、上記ワークの表面を研磨
   する、 ことを特徴とするワークの研磨方法。
2. 【請求項２】 回転してワークを研磨するための定盤
   と、 上記ワークが表面に貼り付けられた板状のブロックを保
   持して上記ワークを定盤側に押圧するための加圧体と、 上記ブロックの裏面周縁部に配設され、上記ワークを裏
   面側からほぼ囲むようなリングと、 上記加圧体に設けられ、上記ブロックの裏面中央部を所
   望圧力で押圧するための押圧力調整可能な中央押圧手段
   と、 を具備することを特徴とするワークの研磨装置
3. 【請求項３】 請求項２に記載のワークの研磨装置にお
   いて、 上記中央押圧手段は、 上記加圧体の表面略中央部に設けられた圧力室と、 上記圧力室の開口部に進退自在に設けられ、開口部から
   突出して上記ブロックの裏面中央部を押圧可能な中押部
   材と、 上記圧力室内の流体の圧力を制御する圧力制御部と、 を具備することを特徴とするワークの研磨装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のワークの研磨装置にお
   いて、 上記流体は、空気である、 ことを特徴とするワークの研磨装置。
5. 【請求項５】 請求項２に記載のワークの研磨装置にお
   いて、 上記中央押圧手段は、 少なくとも上記加圧体の表面略中央部に開口するバネ収
   納室と、 上記バネ収納室の内部奥側に設けられ、上記バネ収納室
   の内部で進退して上記バネ収納室の奥行量を調整可能な
   バネ端支持部材と、 上記バネ収納室の開口部に進退可能に設けられた中押部
   材と、 上記バネ収納室内に収納され、上記中押部材を上記開口
   部から突出するように付勢するバネ部材と、 を具備することを特徴とするワークの研磨装置。
6. 【請求項６】 請求項２に記載のワークの研磨装置にお
   いて、 上記中央押圧手段は、 上記加圧体の略中央部に設けられた雌ネジ部と、 上記雌ネジ部に螺入され、上記雌ネジ部から突出して上
   記ブロックの裏面中央部を押圧可能な雄ネジ部と、 を具備することを特徴とするワークの研磨装置。