JP2001105307A - ウェハー研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェハーの片面を保持して研磨する装置におい
て、異なる研磨面形状に作業効率良く対応でき、ウェハ
ーの平坦度を小さくできるようにする。 【解決手段】ウェハーの片面を水吸着する保持盤と該保
持盤を回転軸に接合する手段を有する構造としたことに
よって、異なる形状のウェハーでも保持盤ごと交換でき
るようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック等のウ
ェハーの平面度を制御する片面研磨装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば磁気記録装置に用いられる磁気ヘ
ッドとしては、基板材料としてAl₂O₃-TiC系セラミック
スが使用されており、この基板上に種々の磁性膜を成膜
した後、小さくスライシング加工される。ヘッドのダウ
ンサイジング化が進む中、材料メーカーへは基板の薄肉
化が求められており、またヘッドの取り数の増加を目的
に、基板の大型化の要求も進んでいる。しかし薄肉化・
大型化した基板でも平坦度・平行度の要求レベルは同じ
であることから、従来の加工プロセスではそのコントロ
ールが困難になっていた。

【０００３】ここでいう平坦度とは、基板内のＰｅａｋ
部（隆起部）とＶａｌｌｅｙ部（谷部）の差、いわゆる
ＰＶ値のことである。従って、Ｐｅａｋ部のみを研磨す
ればより平坦度の良いウェハーが得られる。また平行度
とは、ウェハー面内の厚みバラツキのレンジのことであ
る。

【０００４】この問題を解決すべく、各種の平坦化技術
が開発されてきた。例えば、ウェハー研削時保持方法の
高精度化による厚みバラツキの低減、研削工程数の増
加、磁器自体の内部応力低減等がある。ただしこれらの
工程を経た基板は両面ラップ機にて最終加工していたた
め、薄肉化・大型化した基板を加工した場合、平行度は
従来レベルになるものの、平坦化することは困難であっ
た。両面ラップ加工は、ウェハー両面に均等に圧力をか
けながら加工するので、面内厚みバラツキは極力小さく
できるが、ウェハー内の内部応力の影響を受けて変形し
やすいため、反りが発生、すなわち平坦度が悪化してい
た。

【０００５】そこで近年、両面ラップに比べて平坦度を
制御しやすい片面ラップ機で最終加工されるようになっ
てきている。

【０００６】この片面ラップ機は、ウェハー面全体に均
一に荷重がかかる構造となっており、定盤上でヘッドを
揺動しながら強制回転して研磨するものであり、ウェハ
ーを吸着パッドに真空吸着させて固定することにより、
ワックス固定で懸念されるような熱変形や作業の煩雑さ
をなくしたものである。

【０００７】具体的には、図２に示すように、ヘッド３
３の下面にある真空吸着孔２７と同位置に吸着孔を設け
た吸着パッド２２を介してウェハー２１を真空吸着し、
研磨時に基板が外れないようにウェハー脱落防止用樹脂
製枠２４で保持して研磨するというものである。なお吸
着孔位置によっては真空吸着時にウェハー２１が変形す
るため、研磨中は真空吸着を切り、その代わりにウェハ
ー脱落防止用の樹脂製枠２４でウェハー２１とヘッド３
３とを一体化させる構造としている。

【０００８】一方円筒状のヘッド部３３は、真空ポンプ
（不図示）と連絡している真空吸着用流路３１を有し、
これが真空吸着孔２７に連絡してヘッド部３３の下面全
体でウェハー２１を真空吸着できる構造となっている。
またヘッド部３３はエアバッグ２９を備えた密閉室３０
を有し、加圧供給源（不図示）から加圧用流路３２を介
してエアバッグ２９に圧縮空気を注入することで、ヘッ
ド部３３の下面全体に圧力がかかる構造にもなってい
る。この時ヘッド部３３の下面吸着部２２は弾性材から
なるため、ウェハー２１とヘッド部３３下面の反りを吸
収する役割をなし、ウェハー２１のの真空吸着が円滑に
行われる。

【０００９】またこのウェハー研磨装置によれば、吸着
パッド２２に真空吸着させてセッティングすることによ
り、ワックス固定で懸念されるような熱変形や作業の煩
雑さがない。また通常はこれに加えて、ウェハー２１の
研磨面Ｐｅａｋ部の背面側の所定箇所にマスキングテー
プ２３を貼り、ウェハー２１をヘッドに真空吸着した時
にこの部分を隆起させて優先的に研磨することで、平坦
度を制御していた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図２に示すウェハー研
磨装置を用いた加工方法の場合、研磨圧力の均等化は考
慮されているものの、作業者が各基板ごとに研磨面Ｐｅ
ａｋ部の背面側にマスキングテープ２３を貼り、ウェハ
ー２１のこの部分を隆起させて優先的に研磨しながら加
工していたため、その作業に手間がかかっていた。ま
た、ウェハー２１形状がかわると装置についているウェ
ハー脱落防止用の樹脂製枠２４と吸着パッド２２も変更
しなけらばならなかったため、生産性に悪影響を及ぼし
ていた。

【００１１】さらにマスキングテープテープ２３の貼り
付け方や貼り付け位置についても、各作業者のテクニッ
クに頼るところが大きく、作業性や研磨面形状にバラツ
キが生じやすかった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明のウェハー研磨装置は、ウェハーの片面を保
持して研磨する装置において、ウェハーの片面を水吸着
する保持盤と該保持盤を回転軸に接合する手段を有する
ことを特徴とする。また保持盤は土台盤とウェハーの脱
落を防止するための樹脂製枠とウェハーを吸着保持する
吸水パッドから構成され、土台盤と吸水パッドの間には
部分的にマスキングテープを備えたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明のウェハー研磨装置においては、異なる
形状のウェハーを研磨する場合は保持盤ごと交換すれば
よいため、装置自体のセッティングを変更する手間が省
ける。またあらかじめ研磨面の形状に応じた吸着面を持
つ保持盤を作製しておけば、研磨面の背面側にマスキン
グテープを貼る必要がなく、作業効率を向上させること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を具体的
に説明する。要部断面図１に示すように、本発明のウェ
ハー研磨装置は、ウェハー１の保持盤１６とこれを回転
軸８に接合するためのヘッド部１７からなる。

【００１５】そして上記保持盤１６は、ステンレス製の
土台盤５の一方面にマスキングテープ３を介して吸着パ
ッド２を備えるとともに、その周囲に樹脂製枠４を備
え、上記土台盤５の他方面にはヘッド部１７へとりつけ
るための吸着部６と保持盤の脱落防止用樹脂製枠７を周
囲に有している。

【００１６】土台盤５の研磨面側に備えた樹脂製枠４
は、ほぼウェハー１の形状と同形状にくり抜いて研磨中
にウェハーが外れないようにしてある。また土台盤５と
吸着パッド２の間にマスキングテープ３を貼り付けてテ
ープ貼付部を隆起させ、その部分にかかる圧力を未貼付
部よりも強くすることで、優先的に研磨することを特徴
としている。

【００１７】一方円筒状のヘッド部１７は、真空ポンプ
（不図示）と連絡している真空吸着用流路１４を有し、
これが真空吸着孔１０に連絡してヘッド部１７の下面全
体で保持盤１６を真空吸着できる構造となっている。ま
たヘッド部１７はエアバッグ１２を備えた密閉室１３を
有し、加圧供給源（不図示）から加圧用流路１５を介し
てエアバッグ１２に圧縮空気を注入することで、ヘッド
部下面全体に圧力がかかる構造にもなっている。この時
保持盤１６の吸着部６は弾性材からなるため、土台盤５
とヘッド部１７下面の反りを吸収する役割をなし、保持
盤１６の真空吸着が円滑に行われる。

【００１８】次に各部の作動のしかた、機能について説
明する。

【００１９】ウェハー１の片面を吸着パッド２に水吸着
させて樹脂製枠４内に固定した保持盤１６を、ヘッド１
７に真空吸着して研磨定盤９の直上に位置させ、加圧供
給源から加圧用流路１５を通じてエアバッグ１２に例え
ば適宜圧力の圧縮空気を供給すれば、保持盤１６はウェ
ハー１とともに研磨定盤９上に圧接され、この時吸着部
６および吸着パッド２が数μm〜数十μmオーダーの研磨
装置の組立精度不良、部品加工精度不良、または使用に
よる熱的変形・機械的変形等を吸収し、研磨定盤へのウ
ェハー１の圧接が確実に行え、研磨後のウェハー１の表
面粗さを小さくすることができる。ウェハー吸着位置は
特に限定しないが、外周端を保持領域と合致させること
が重要である。

【００２０】また土台盤５に使用される材料は、剛性の
高い材料、例えばステンレス鋼等を使用し、土台盤５の
変形によるウェハー研磨が不均一になるのを避けるため
にも１０ｍｍ以上の厚さとするのが好ましい。土台盤５
に貼り付けた樹脂製枠４は、例えば塩化ビニル等、スズ
製研磨定盤よりも軟らかい材料が好適に用いられ、この
厚みＴｆはウェハー１の厚みＴｗと吸水パッド２の厚み
Ｔｐの和よりも０．５〜０．８ｍｍ程度大きいことが好
ましい。これは、樹脂製枠４の厚みＴｆがこれより小さ
すぎるとウェハー１が外れやすくなり、大きすぎると研
磨できなくなるためである。また樹脂製枠４の内径とウ
ェハー１間の隙間ａは１．０ｍｍ以下にするのが望まし
い。この幅が大きいと、ウェハー面に作用する力の不均
等を招くおそれがあるためである。保持盤１６の吸着パ
ッド２は、例えばシリコンウェハーの研磨に使用される
ようなポリッシングクロス等、可撓性が高く、吸水性に
優れたものが用いられる。ウェハー１は水の表面張力に
よって吸着パッド２に水吸着されるが、このようにすれ
ばセッティングが簡単であるばかりでなく、水とパッド
の両方でウェハー１の研磨面背面の反りを吸収するた
め、ウェハー１の研磨面の反りを残した状態で研磨する
ことを可能にし、その結果平坦度を小さくできる。

【００２１】そしてウェハー１保持領域内において、マ
スキングテープ３の貼付部が未貼付部よりも隆起するこ
とで、その部分にかかる研磨圧力が高くなり、研磨が促
進される。なお、研磨面の隆起部は予めＺＹＧＯ等の平
面度測定機でチェックしておく必要がある。

【００２２】このように本発明のウェハー研磨装置にお
いては、異なる形状のウェハー１でも保持盤１６ごと交
換すれば樹脂製枠４の変更等装置自体のセッティングを
変更する手間をかけることなく平坦度を小さくすること
ができる。また凹面・凸面といったウェハー１の研磨面
形状に応じて、マスキングテープ３の貼付位置を変えた
複数の保持盤１６を作製しておけば、研磨面毎に背面側
にマスキングテープ３を貼り替える必要がなくなり、作
業効率を大幅に向上することができる。

【００２３】

【実施例】図１に示す本発明のウェハー研磨装置を用い
て、Al₂O₃-TiC系セラミックスからなるφ１２５×１．
２ｍｍｔのウェハー１を研磨した。土台盤５の直径を１
６０ｍｍとして上記保持盤１６を作製し、ウェハー１を
水吸着して研磨定盤９の回転数５０ｒｐｍ、ヘッド部１
７の回転数１０ｒｐｍ、ウェハーにかかる荷重９ｋｇと
いう条件で研磨したところ、このウェハーの平坦度（Ｐ
Ｖ値）を安定して２．０μm以下にできるようになり、
非常に良好なレベルになった。

【００２４】またφ１５０、φ１００、φ７８の大きさ
で、かつ研磨面形状に応じた貼付面を有する保持盤１６
を作製しておくことで、リードタイムを悪化させること
なく製品を切り替えられるようになった。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明のウェハー研磨装
置は、ウェハーの片面を水吸着する保持盤と該保持盤を
回転軸に接合する手段を有する構造としたことによっ
て、異なるウェハー形状でも保持盤ごと交換すればよい
ため、装置自体のセッティングを変更する手間が省ける
ようになり、また研磨面形状に応じた吸着面を持つ保持
盤を作製すれば、研磨面の背面側にマスキングテープを
貼る必要もなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウェハー研磨装置を示す断面図であ
る。

【図２】従来のウェハー研磨装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ウェハー ２ 吸着パッド ３ マスキングテープ ４ 樹脂製枠 ５ 土台盤 ６ 吸着部 ７ 樹脂製枠 ８ 回転軸 ９ 研磨定盤 １０ 真空吸着孔 １１ コネクタ １２ エアバッグ １３ 密閉室 １４ 真空吸着用流路 １５ 加圧用流路 １６ 保持盤 １７ ヘッド部 ａ 隙間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェハーの片面を保持して研磨する装置に
   おいて、ウェハーの片面を水吸着する保持盤と該保持盤
   を回転軸に接合する手段を有することを特徴とするウェ
   ハー研磨装置。
2. 【請求項２】上記保持盤は、土台盤と、ウェハーの脱落
   を防止するための樹脂製枠と、ウェハーを吸着保持する
   吸水パッドから構成されることを特徴とする請求項１記
   載のウェハー研磨装置。
3. 【請求項３】上記土台盤と吸水パッドの間に部分的にマ
   スキングテープを備えたことを特徴とする請求項２記載
   のウェハー研磨装置。
4. 【請求項４】上記樹脂製枠の厚みＴｆを、ウェハーの厚
   みＴｗと吸水パッドの厚みＴｐの和よりも大きくしたこ
   とを特徴とする請求項２記載のウェハー研磨装置。