JP2000158330A - 高平坦度材料製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、シリコンウェーハ、ガラス、金属材
料等で極めて高い平面度や平行度が特に要求される板状
の高平坦度材料製造のうち特に精緻な平面加工を行なう
ラッピング加工における操業の安定性と製品歩留まり向
上を計る装置に関わる。 【構成】回転する少なくとも一枚の研磨定盤とそれを駆
動するモーターおよび減速機を具備する高平坦度材料製
造装置において、前記モーターと減速機および定盤下部
を収納するボックス内あるいはその外部に温度を調節す
る装置を具備することを特徴とする高平坦度材料製造装
置を提供する。上述の装置においては、温度を調節する
装置が、温度制御されたエアを吹き付ける方式であるこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、極めて高い平面度
や平行度が特に要求される高平坦度材料の製造装置の中
でも特に研磨加工機に係わり、更に詳しくは正確な定盤
の温度コントロールを簡便に行なうことが可能な研磨加
工機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス、金属材料、セラミックス
あるいは炭素材料等で、極めて高い平面度や平行度が特
に要求される板状の材料の製造工程の中において精緻な
寸法精度と形状精度を得るための平面加工は、上下に回
転可能な定盤を配し、その間に工作物を挟持して、研磨
材たる砥粒微粉スラリーを定量的に供給しつつ定盤及び
被加工体を押圧回転運動させて、その作用で厚さの均一
化、平面度や平行度の向上を行なうという所謂ラッピン
グ加工方法が行なわれている。

【０００３】特に近年、ＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ
等半導体素材を原材料とした電子部品は、その記憶容量
のアップと生産性の向上といった必要性から、その原材
料であるシリコンウェーハあるいは化合物系のウェーハ
（以下ウェーハと総称する）の厚さの均一化、特に加工
精度、寸法安定性の向上と同時にウェーハ自体のサイズ
の大型化の傾向が著しく、ラッピング加工における主た
る条件や装置自体の精度と安定性、およびその他種々の
付帯条件についても極めて精密な管理が必要とされるよ
うになって来ている。特に、シリコンウェーハの場合は
その原料となるシリコン単結晶の引き上げ技術が向上
し、直径１２インチ、１６インチといった大口径のもの
の生産も行われるようになって来ている。従って、この
ような大口径のウェーハのラッピング加工を生産効率よ
く行うためにはキャリア径が２４インチ、３２インチと
いった大口径のラッピング定盤を具備した大型ラッピン
グ加工機が近年ポピュラーになりつつある。

【０００４】ここでいうラッピング定盤とは、例えば鋳
鉄、銅、錫、軟鉄等の金属、あるいはセラミックス、ガ
ラス等の非金属を材料とし、ある程度の厚みを持った円
盤であって、一般的に加工に用いる面には例えば細い格
子状の溝が刻されていて、これがその面を合わせるよう
にしてラッピング加工機の一方の面あるいは上下両面に
配されている。加工に際しては、その一方の面に圧着
し、あるいは上下両定盤の間に工作物を挾持し、上側よ
り圧力をかけながら工作物あるいは定盤あるいはその双
方を回転させながらその加工面に砥粒スラリーを定量的
に供給する。砥粒の作用によって被加工体の面が少しず
つ除去されて行き、平坦かつ均質な面粗さでもって加工
面が創成されて行くのであるが、かかるタイプの加工に
おいては、工作物加工面の平面度は、上下定盤の持つ平
面度がそのまま転写されるものである。従って、定盤の
形状及び平面度は極めて精度よく保たれていなければな
らない。また、シリコンウェ−ハの如き硬脆材料を工作
物とする場合は、鋳鉄製の定盤を使用することが一般的
である。

【０００５】前述の如く、特にシリコンウェーハの加工
を行なう両面加工機の場合は、ウェーハに対する要求精
度が高くなると、加工に伴って発生する研磨熱、あるい
は定盤を回転させるためのモータや減速機から発生する
熱の影響で、まず下定盤の熱が上昇しその上昇した熱の
影響で定盤の形状に僅かな狂いを生じ、そのため運転開
始からの数バッチの間、加工されたウェーハの寸法精度
に微妙な影響を与えることは否定出来なかった。更に一
般的にラッピング加工機は、上下定盤をそれぞれ駆動さ
せるモーターと減速機、太陽歯車とインターナルギアを
それぞれ駆動させるためのモーターと減速機とを内蔵し
ている。ここでいう太陽歯車とインターナルギアとは、
工作物であるウェーハを把持し定盤とは異なった動きを
行なわしめるキャリアプレートを回転するためのもので
ある。これらの駆動系および減速機からは微細なミス
ト、ダスト、油滴等が発生し、製品を汚染したりする危
険性があるので、その対策として加工機本体に直接排気
ダクトを取り付け、例えば屋外等離れた場所で処理する
方法が行われている。そのため、排気ダクトの風量や運
転状態の影響により、加工機本体の温度が不安定にな
り、機台稼動中も定盤の温度に影響を与え微妙に変動さ
せ、製品品質のバラツキを増大させることがあることも
否定できなかった。

【０００６】かかる弊害を除去するために、定盤自体の
内部に媒体の通路用の溝あるいはヒータを収納するジャ
ケットを設け、温度制御された媒体あるいはヒータによ
り定盤を所定の温度に維持し、定盤を安定した温度にお
いた上で加工を行う方法がすでに提唱されている（例え
ば、特開昭６３−２４５３６８号公報、特開平４−５３
６７１号公報）が、これらは定盤自体の温度を冷却ある
いは加熱することによりコントロールするため、やや温
度変化への追随が鈍いこと、および水などの熱容量の高
い冷媒を用いるためエネルギー面で不利であることが指
摘されていた。さらに既存の装置をこのようなタイプに
改造するには、多大の改造費と時間を要するため、余程
のことのない限り改造まで行なうことはなかった。既存
の装置に対する応急的な対策として、稼働開始時に空運
転を行ない暖気運転を行なうなどの対策もとられている
が、機台の稼働率を低下する上、その効果も十分なもの
とはいい難かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は前述の問
題点、即ち機台の休転後に運転を開始してから数バッチ
の間、加工されたウェーハの寸法精度が安定せず加工精
度が悪く、ひいては製品歩留まりを著しく低下させる現
象を起す要因について鋭意検討を行なった結果、以下の
ことを解明するに至ったのである。すなわち、両面研磨
機の場合、上下定盤の形状（半径方向の直線性および直
径方向の凹凸量）の一致（マッチング）が加工精度を決
定するが、連続してラッピングを繰り返すことにより定
盤が温度膨張による体積変化を起こすことを見出し、さ
らにこの体積変化が定盤の形状（平面度）を微妙に狂わ
せ加工精度に大きな影響を与えることを見出したのであ
る。従って、変化前の上下定盤のマッチング如何によっ
ては、連続して温度上昇することにより、良くなること
も悪くなることもある。具体的には安定な状態で稼働し
ていた機台を長時間停止すると、定盤の温度は次第に下
がり室温に近づき、その形状は温度低下の影響により収
縮する方向で微妙に変形する。停台後の再稼働直後にお
いては、機台はこのような状態でスタートするのである
から、加工されたウェーハの寸法精度は良くなく、製品
歩留りも悪いのである。数バッチ加工を継続すると定盤
の温度は徐々に上昇し、停止直後の状態に復し、上下定
盤の状態ももとの状態に復するため安定した加工が可能
となる。装置の大きさ、駆動モーターの特質や減速機の
大きさ、室温、加工条件等によって定盤の到達最高温度
（以下この温度を飽和温度と略記する）は決定される。
以上の現象は定盤が、この飽和温度に達した時において
定常状態となり安定した加工ができることを示してい
る。前述の引用文献に述べられている方法は、定盤を冷
却することにより、室温に近い、あるいは室温より低い
温度にて定常運転状態を創成しているため、コントロー
ルが難しくまたエネルギー的にも不利であったのであ
る。

【０００８】本発明者等は、既存の研磨加工機の持つ上
述の問題点に関して鋭意研究を行ない、研磨加工機が停
止している間も稼動している間も、ある一定の安定した
温度例えばそれぞれの定盤に特有な前記飽和温度に安定
して維持することを目的とした装置と、該装置の温度を
制御する機構とを具備した高平坦度材料製造装置を完成
するに至ったものであり、その目的となす所は、機台の
運転開始以前に定盤をある一定の安定した温度に保つよ
うに制御しておき、稼動中も温度の外乱に対応して前記
一定の安定した温度に維持することができる高平坦度材
料製造装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的は、回転する
少なくとも一枚の研磨定盤とそれを駆動するモーターお
よび減速機を具備する高平坦度材料製造装置において、
前記モーターと減速機および定盤下部を収納するボック
ス内あるいはその外部に温度を調節する装置を取り付け
たことを特徴とする高平坦度材料製造装置にて達成され
る。上述の装置においては、温度を調節する装置が、温
度制御されたエアを吹き付ける方式のものであることが
好ましい。本発明にいう研磨定盤とは、ラッピング加工
機あるいはポリッシング加工機等の、優れた平面を創成
するための高平坦度材料製造装置に使用される例えば金
属製のある程度の厚みを持った盤をさす。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係る高平坦度材料製造装
置は装置の主要部分をなす加工機と、温度調節装置から
構成されており、その一例を図面により説明する。図１
の例に示すラッピング加工機は両面タイプのものであ
り、その上下両面に鋳鉄製の回転可能な円盤状の上定盤
１と下定盤２を配し、遊星運動をするキャリアプレート
６、そのキャリアプレートを動かす太陽歯車４およびイ
ンターナルギア５よりなり、砥粒微粒子を含んだスラリ
ーを加工液として供給しつつ上記キャリアプレートにセ
ットしたウェーハ等の工作物３（以下ワークと略記す
る）の加工を行なうものであって、定盤の押圧力と回転
作用により砥粒微粒子がワーク表面に作用し除去してゆ
くものである。その目的は、スライス後のウェーハの持
つ厚みの不均一さを是正し、凹凸を削り、精緻な平面度
を出すことにある。上述の上下定盤１、２と太陽歯車４
およびインターナルギア５は装置本体ボックス７内に設
置された駆動用モーター８と減速機９により駆動され
る。これらを一つのモーターを用いて動かすタイプもあ
るが、近年は各々の独自のモーターで駆動される所謂４
ウェイタイプが多い。下定盤２の下側には雰囲気温度検
知機１１が置かれている。１０は冷風／温風吹き出し型
のヒートポンプ式温調機であり、図面では装置本体ボッ
クス７に隣接して置かれているが、ボックス内に設置さ
れていてもよいし、また中央温調装置からダクト等で温
風を導入するタイプであってもよく特に限定されるもの
ではない。温調機はボックス内の雰囲気温度検知機１１
で温度を検知し吹き出す温度を制御する方式であっても
よい。

【００１１】次に本発明の高平坦度材料製造装置の温度
制御方法について詳述する。上述の如く図１に示す高平
坦度材料製造用のラッピング加工機には最高４機のモー
ター８と減速機９が搭載されており、機台の運転開始に
伴いそれらから発生した熱が回転軸等を伝わってまず下
定盤２を徐々に昇温させてゆく。その昇温に伴ない、下
定盤は熱膨張による体積変化を起こし、定盤平面度や上
下定盤の平行度（同一間隔の隙間）や形状の一致に微妙
な変化を与え、加工精度を悪化させる。この変形は温度
の変化が続く限り続くものであるが、温度が安定し変化
しなくなれば定盤の変形も止まり安定する。従って、機
台を一定の条件で何回か繰り返し使用すれば定盤の温度
はある特定の温度で安定する。前述の通り、この温度を
飽和温度と呼ぶが、一般的な大型ラッピング加工機を一
般的な加工条件で使用する限り、この温度上昇は高々５
℃程度である。具体的には３０℃程度がその上限であ
る。

【００１２】本発明になる高平坦度材料製造装置におい
ては、ボックス内あるいはその外部に温度を調節する装
置を具備しているのであるから、装置の稼動前の適当な
時間にこの装置を稼動してやれば、装置の稼動開始時に
は下定盤の温度を前記飽和温度に維持させておくことが
できる。従って、ラッピング装置の本稼動の最初の加工
バッチから製品の採取が可能となる。研磨中にこの装置
を稼動しておくと、逆に定盤温度の安定を狂わすことも
あるので、ラッピング加工を実際に行なう際は本装置を
稼動しないか、あるいは温度制御装置を働かせて温度の
上がり過ぎを防止することがよい。また、昼休み等で比
較的短い時間停台する場合は、本装置を稼動せしめ下定
盤の温度を前記飽和温度に保ってやれば、停台後直ちに
正規の運転が可能となる。すなわち、この装置は、主と
して機台の非稼働時に働くものである。

【００１３】

【実施例及び比較例】以下実施例をあげて本発明を具体
的に説明するが、それにより特に限定を受けるものでは
ない。また、以下に示す実施例および比較例において使
用された装置、消耗品、加工条件等は以下に示す通りで
ある。 加工機：両面ラップ盤２４Ｂ−５Ｌ型（スピードファムジャパン社製）を改造し ヒートポンプ式温調機（冷風／温風吹き付け型）を取り付けたもの 定盤外径：１，５９２ｍｍ 定盤内径：５５４ｍｍ 定盤厚さ：７０ｍｍ 加工液：ＦＯ１２００、３０重量％スラリー ワーク：２００ｍｍアズカットシリコンウェーハ 加工条件： 加工圧力；１５ｋＰａ １バッチ加工枚数；２５枚 上定盤回転数；−１０ｒｐｍ（時計回り） 下定盤回転数；４０ｒｐｍ（反時計回り） 太陽歯車回転数；１８ｒｐｍ（反時計回り） インターナルギア回転数；１０ｒｐｍ １バッチ当り加工時間；１０分 ワーク交換所要時間；２分 加工液流量；１０００ｍＬ／分 加工除去量；８０μｍ ＴＴＶ測定機：マイクロスキャン９５００（ＡＤＥ社製） ＴＴＶ測定条件：各バッチから５枚サンプリングし測定

【００１４】実施例１ 上述のラッピング加工機を上述の加工条件にて、休日前
の操業最終日の最終加工バッチを終えた後、タイマーを
設定し、２日後の運転開始時間の１時間前に温風機が稼
動するようにした。２日後の運転開始前に、下定盤表面
の温度を測定した所３０℃の温度が保たれていた。この
状態で、ただちに上記加工条件での加工を開始したとこ
ろ、第１バッチよりＴＴＶ値０．５ミクロンが得られ、
その後も継続して同程度の値が得られた。

【００１５】比較例１ 制御機構を稼動しない他は実施例１と同様の条件にて操
業実験を行なった。２日後の早朝の定盤表面温度は２４
℃であった。この状態で、実施例１と同様の加工条件で
の加工を開始した。第１バッチ目のＴＴＶは１．０ミク
ロンで不良であった。そのまま連続して２バッチ目から
５バッチ目までラッピング加工を行なうと、ＴＴＶは直
線的に下りはじめ、５バッチ目で０．６ミクロンまで向
上し、以降はこの状態で安定して同程度の加工結果が得
られた。

【００１６】実施例２ 通常の操業日昼休み休憩前の最終バッチ終了後、実施例
１のラッピング加工機を実施例１と同様にして温風機を
動かし保温を行なった。１時間の休憩後の下定盤表面の
温度を測定したところほぼ３０℃に保たれていた。この
状態で午後からの操業を開始し、第１バッチ目のＴＴＶ
を測定した所、０．５５ミクロンであった。その後のバ
ッチにおいても安定して同等のＴＴＶ値が継続して得ら
れた。

【００１７】比較例２ 制御機構を稼動しない他は実施例２と同様の条件にて操
業実験を行なった。１時間の休憩後の定盤の表面温度は
２８℃であった。この状態で、実施例１と同様の加工条
件を用いて加工を開始した。第１バッチ目のＴＴＶは
０．８０ミクロンで不良であった。そのまま連続して２
バッチ目以降のラッピング加工を行なうと、ＴＴＶ値は
３バッチ目で０．７ミクロンまで回復し、以降はさらに
向上し続け５バッチ目で０．５５ミクロンに達し収束状
態となった。

【００１８】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明装置によれば、
より大型化が進み、かつより精密化が進行するシリコン
ウェーハ等半導体素材のラッピング加工において、その
大型化と精密化という極めて難度の高い技術を両立させ
つつ実用化を進めるにあたり、その実現に大きなウェイ
トを占める製品の歩留まりを、装置の大きな設計変更を
伴なうことなく向上することができるという多大な効果
を生み出すことができるのである。即ち、立ち上がり直
後の最初のバッチから良好なＴＴＶ値のものが得られか
つその製品間のバラツキが少なければ、製品歩留まりが
当然向上する。これに伴ない、定盤径が大きい２４Ｂあ
るいは３２Ｂといった大型のラッピング加工機の本格的
実用化が可能になった。さらに、既存の装置で定盤面温
度の制御対策をしていない装置に対しても、例えばヒー
トポンプ式温調機を取り付けて改造を行なえば、低コス
トで短い時間で本発明装置とすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる高平坦度材料製造装置の一実施
例を示す要部断面説明図である。

【符号の説明】

１：上定盤 ２：下定盤 ３：被加工物（ワー
ク） ４：太陽歯車 ５：インターナルギア ６：キ
ャリアプレート ７：装置本体ボックス ８：駆動用モーター
９：減速機 １０：ヒートポンプ式温調機 １１：雰囲気温度検
知機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 健史 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファム 株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA18 AB08 AC01 BA08 BC03 CB01 DA06 DA09 DA17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転する少なくとも一枚の研磨定盤とそれ
   を駆動するモーターおよび減速機を具備する高平坦度材
   料製造装置において、前記モーターと減速機および定盤
   下部を収納するボックス内あるいはその外部に温度を調
   節する装置を取り付けたことを特徴とする高平坦度材料
   製造装置。
2. 【請求項２】温度を調節する装置が、温度制御されたエ
   アを吹き付ける方式のものであることを特徴とする請求
   項第１項記載の高平坦度材料製造装置。