JP2002326155A - 研磨装置 - Google Patents

研磨装置

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JP2002326155A JP2001131717A JP2001131717A JP2002326155A JP 2002326155 A JP2002326155 A JP 2002326155A JP 2001131717 A JP2001131717 A JP 2001131717A JP 2001131717 A JP2001131717 A JP 2001131717A JP 2002326155 A JP2002326155 A JP 2002326155A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 定盤の下面と定盤受けとの間に通流させる流
体の圧力を調節することにより定盤の研磨面の形状を容
易に制御可能とする。 【解決手段】 リング状に形成した固定係止具２０によ
り定盤１２の周縁部を係止して定盤を定盤受け１４に支
持し、定盤の下面と定盤受けとの間に流体を通流させ、
流体の圧力を調節することにより定盤の研磨面の形状を
制御可能とした研磨装置であって、前記固定係止具２０
の押さえ面と前記定盤１２の上面、および前記定盤受け
の上面と前記定盤の下面とを各々離間させて定盤１２の
周縁部の上下面に各々Ｏリング２２ａ、２２ｂを介装
し、前記固定係止具２０の内周側面と前記定盤１２の外
周側面とを離間して前記定盤を定盤受け１４に支持する
とともに、前記定盤１２の下面と定盤受け１４の上面と
前記Ｏリング２２ｂとによって囲まれた領域内と前記流
体の給排機構とを連通させたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体等の加工に使
用される研磨装置に関し、より詳細には定盤の研磨面の
形状を制御して高精度の加工を可能とした研磨装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】研磨装置は、半導体ウェーハのポリシン
グまたはラッピング、あるいはガラス、水晶等の研磨作
業等に広く使用されている。図５は従来の研磨装置の概
略構成を示す説明図である。同図で１２が定盤であり、
１４が定盤１２を支持する定盤受け、５０が定盤受け１
４を支持する基台である。定盤１２と定盤受け１４とは
ボルト締めにより一体化され、定盤受け１４はベアリン
グ５２を介して基台５０回動自在に支持される。１８は
定盤受け１４に固定した回転軸であり、回転軸１８は駆
動モータ等の駆動機構に連繋し、定盤受け１４および定
盤１２を回転駆動する。図示例の研磨装置はポリシング
に使用する装置であり、定盤１２の表面が研磨布１３に
よって被覆されている。
【０００３】３０は半導体ウェーハ等のワークを保持し
て定盤１２にワークを押接する保持装置である。ワーク
は保持装置３０のウェーハ保持盤３２に吸着されて支持
され、ウェーハ保持盤３２が回転駆動されるとともに、
定盤１２が回転駆動されることによってワークがポリシ
ングされる。３４は研磨布１３に研磨液を供給するノズ
ルである。なお、本明細書では定盤１２と定盤受け１４
とを合わせて研磨定盤１０というが、単に定盤という場
合がある。
【０００４】研磨装置の定盤はワークの表面を高度の平
坦面とするため、きわめて高度の表面平坦性が求められ
る。また、製品あるいは加工内容によっては定盤の研磨
面の全体形状を凸形あるいは凹形の曲面形状とすること
によって、より高精度の加工が可能となる場合もある。
定盤の研磨面の平坦性を向上させる方法としては、研磨
定盤の加工精度を向上させる方法、定盤の厚さを厚くし
たり剛性の高い素材を使用する方法があり、定盤の研磨
面を凸形等の曲面形状とする方法としては、研磨装置に
通流させる冷却水の水圧を調節するといった方法があ
る。
【０００５】研磨装置では研磨作業の際にワークと定盤
の研磨面とが擦れ合って摩擦熱が生じる。定盤が温度上
昇し熱膨張することで変形することを防止するため、研
磨装置では定盤と定盤受けとの間に冷却水を流して定盤
が温度変動しないようにしている。特開平１０−２３５
５５２号公報に記載されているポリッシング装置は、定
盤と定盤受けとの間に流す冷却水の水圧を調節して定盤
の研磨面を凸状の曲面形状に形成する方法に関するもの
であり、特開平１１−３０７４８６号公報に記載されて
いる研磨装置は定盤と定盤受けとの間に中空チューブを
配設し、中空チューブに流す流体の圧力を制御して定盤
の研磨面の形状を制御する方法に関するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図６は研磨定盤１０の
定盤受け１４の上面に形成されている流路４０の形成例
を示す平面図である。この定盤受け１４では定盤受け１
４の上面の中央に冷却水の吐出口４５が設けられ、吐出
口４５の周囲に放射状に６個の区画領域が設けられ、各
区画領域に屈曲形状に流路４０が設けられている。４６
は各々の区画に設けられた流路４０の端部に設けた冷却
水の排出口である。排出口４６は吐出口４５の近傍に配
置され、吐出口４５から定盤受け１４の周縁側に流れた
冷却水が定盤受け１４の中央部側に戻って排出される。
図７は、研磨定盤１０の断面図である。回転軸１８には
流路４０に連通する給水路４２と排水路４４が設けら
れ、給水路４２と排水路４４はディストリビュータを介
して冷却水の給排機構に接続する。
【０００７】図７に示すように、流路４０は定盤１２と
定盤受け１４との境界部分に設けられているから、流路
４０を通流する冷却水の圧力を制御することによって定
盤１２の研磨面の形状を制御することが可能である。し
かしながら、外径寸法が５０ｃｍ程度の比較的小さな定
盤の場合には、定盤が変形しにくく、冷却水による圧力
によって定盤の研磨面を所望の形状に制御することが難
しいという問題がある。図７に示す従来例では、定盤１
２と定盤受け１４とが流路４０の部分を除いては相互に
固着しているため変形しにくいという問題があり、特開
平１０−２３５５５２号公報に記載されているポリッシ
ング装置のように定盤と定盤受けの境界面の略全域で冷
却水を連通させるようにした場合でも、定盤の外周縁を
定盤受けに固定していることから定盤が変形しにくいと
いう問題がある。
【０００８】本発明は、これらの問題点を解消すべくな
されたものであり、その目的とするところは、小型の定
盤を備えた研磨装置であっても定盤の研磨面の形状を所
望の形状に制御することができ、これによって高精度の
研磨加工を可能にする研磨装置を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、リング状に
形成した固定係止具により定盤の周縁部を係止して定盤
を定盤受けに支持し、定盤の下面と定盤受けとの間に流
体を通流させ、流体の圧力を調節することにより定盤の
研磨面の形状を制御可能とした研磨装置であって、前記
固定係止具の押さえ面と前記定盤の上面、および前記定
盤受けの上面と前記定盤の下面とを各々離間させて定盤
の周縁部の上下面の各々にＯリングを介装し、前記固定
係止具の内周側面と前記定盤の外周側面とを離間して前
記定盤を定盤受けに支持するとともに、前記定盤の下面
と定盤受けの上面と前記Ｏリングとによって囲まれた領
域内と前記流体の給排機構とを連通させたことを特徴と
する。
【００１０】また、前記Ｏリングが、定盤の上面と下面
の各々に同一の平面配置として装着されていることは、
Ｏリングが装着されている位置を支点として定盤が変形
しやすく、定盤の研磨面の形状が制御しやすくなる点で
好適である。また、前記固定係止具が、定盤受けに固定
して支持される固定部と、該固定部の内周側面から内方
に延出し前記定盤の周縁部を押さえる押さえ部とを備え
ていることを特徴とする。また、前記定盤の周縁部に段
差部が形成され、該段差部が押さえ部により支持されて
いることを特徴とする。また、前記定盤が、セラミック
スからなることは、定盤の熱変形が抑えられることか
ら、流体の圧力を制御することで定盤の研磨面の形状が
精度よく制御できる点で好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について詳細に説明する。図１は本発明に係る研磨装置
の特徴的な構成部分である定盤１２および定盤１２の取
り付け構造を示す断面図である。なお、本実施形態の研
磨装置において、定盤１２および定盤受け１４を一体と
して回転駆動する駆動機構、およびワークを支持する保
持装置等の構成は従来装置と基本的に変わるものではな
い。また、以下で説明する定盤の支持構造については図
５に示すような片面ポリシング装置に限らず、両面ポリ
シング装置、ラッピング装置等に適用可能である。
【００１２】図１に示す実施形態の定盤１２はアルミナ
セラミックスを素材として円板状に形成した部材であ
る。定盤１２の実際の外径寸法は５０４ｍｍ、厚さは２
０ｍｍである。通常の研磨装置では、ボルト締め等によ
り定盤１２の盤面全体を定盤受け１４に固定する。これ
に対して、本実施形態の研磨装置においては、定盤受け
１４の外周縁に固定係止具２０を取り付け、固定係止具
２０を介して定盤１２の外周縁のみを定盤受け１４に支
持する構成としたことを特徴とする。
【００１３】図４に、固定係止具２０を用いて定盤１２
を係止した状態の平面図を示す。固定係止具２０は定盤
１２の外周縁を全周にわたって係止するものであり、定
盤１２の外周縁を一定幅で係止することができる幅寸法
のリング状に形成されている。２１は固定係止具２０を
定盤受け１４に固定するボルトである。固定係止具２０
を定盤受け１４に固定することによって、定盤１２の外
周縁部分が定盤受け１４との間で厚さ方向に挟圧され、
定盤１２が定盤受け１４に支持される。
【００１４】図３は、固定係止具２０により定盤１２を
定盤受け１４に固定した状態を拡大して示す断面図であ
る。固定係止具２０は断面Ｌ字形に形成され、定盤受け
１４に立設して固定される固定部２０ａと、固定部２０
ａの内周側面から内方に延出する押さえ部２０ｂとから
成る。押さえ部２０ｂの定盤１２に対向する内面には嵌
合溝２３ａが周方向に連通して設けられ、嵌合溝２３ａ
にＯリング２２ａが嵌着されている。Ｏリング２２ａは
押さえ部２０ｂの定盤１２に対向する押さえ面よりも外
面を突出させて嵌合溝２３ａに装着されている。
【００１５】定盤１２の上面の外周縁には周方向に段差
部１２ａを設け、定盤１２の上面の外周縁が一段低位と
なるように形成し、段差部１２ａを押さえ部２０ｂによ
って押さえるようにしている。本実施形態では、固定係
止具２０によって定盤１２を押さえて支持した際に、押
さえ部２０ｂの上面の高さ位置が定盤１２の研磨面の高
さ位置よりも２ｍｍ程度低位となるように押さえ部２０
ｂの厚さ寸法を設定している。
【００１６】図３で、２３ｂは定盤１２の下面を支持す
る定盤受け１４の外周縁側の上面に周方向に連通して設
けた嵌合溝である。嵌合溝２３ｂにはＯリング２２ｂが
嵌着されている。Ｏリング２２ｂもＯリング２２ａと同
様に、定盤受け１４の定盤１２に対向する面よりも外面
を突出させて嵌合溝２３ｂに装着されている。
【００１７】本実施形態では、押さえ部２０ｂと定盤受
け１４に配置するＯリング２２ａ、２２ｂを定盤１２を
挟んで同一の平面配置としている。すなわち、定盤１２
の上面に当接するＯリング２２ａの押さえ位置と、定盤
１２の下面に当接するＯリング２２ｂの押さえ位置は上
下面で同一位置にある。これは、定盤１２の上下面が同
一支点で支持されることを意味している。Ｏリング２２
ａ、２２ｂの外面が、押さえ部２０ｂの押さえ面、定盤
受け１４の押さえ面よりもそれぞれ突出していることか
ら定盤１２の上面と下面は押さえ面に接触することなく
Ｏリング２２ａ、２２ｂのみが当接して支持されること
になる。
【００１８】定盤１２の外周側面１２ｂについてみる
と、定盤１２の外周側面１２ｂは固定係止具２０の固定
部２０ａの内側面から離間するように支持される。図１
は、定盤１２の上面と下面とに固定係止具２０に装着さ
れたＯリング２２ａと定盤受け１４の上面に装着された
Ｏリング２２ｂとが当接し、かつ定盤１２の外周側面１
２ｂが固定係止具２０の内側面とは離間して定盤１２が
支持されていることを示す。すなわち、本実施形態の研
磨装置では、定盤１２はその外周側面１２ｂを含めて、
定盤１２の上下面にそれぞれＯリング２２ａ、２２ｂの
みが当接して支持される構造となっている。
【００１９】定盤１２を定盤受け１４に取り付ける際
は、定盤受け１４の嵌合溝２３ｂにＯリング２２ｂを嵌
着して定盤受け１４に定盤１２をのせた後、嵌合溝２３
ａにＯリング２２ａを嵌着した固定係止具２０を定盤受
け１４に位置合わせし、ボルト締めして定盤受け１４に
固定すればよい。定盤１２を定盤受け１４にのせる際に
は、固定係止具２０の内周面と定盤１２の外周側面１２
ｂとが離間するように位置合わせしながら載置する必要
がある。こうして、図１に示すように固定係止具２０に
より定盤１２を定盤受け１４に支持することにより、上
下面にＯリング２２ａ、２２ｂのみが当接して定盤１２
が定盤受け１４に支持される。
【００２０】図１において、４０は定盤受け１４の上面
に凹溝状に形成した流路である。本実施形態の研磨装置
の場合、定盤１２の下面と定盤受け１４の上面とＯリン
グ２２ｂによって囲まれた領域内は実際は流体が全域で
流通可能な連通領域になっている。流路４０を設けた部
位は断面積が大きいから定盤１２の下面と定盤受け１４
の上面との間の隙間部分にくらべて流体は流れやすくは
なるが、Ｏリング２２ｂの内側領域はすべて共通の圧力
領域であり、この圧力領域についてはどの部位ついても
均一の圧力が作用する。この意味で定盤受け１４に必ず
しも流路４０を設けなくてもよい。また、定盤１２と定
盤受け１４との間にＯリング２２ｂを挟圧して支持して
いることにより、Ｏリング２２ｂの内側領域が外部から
確実にシールされた領域となり、Ｏリング２２ｂの内側
領域に流体圧を作用させた場合に、定盤１２と定盤受け
１４との間の圧力領域の圧力を確実に保持することが可
能となる。
【００２１】１８は定盤受け１４および定盤１２を支持
する回転軸、４２は定盤１２と定盤受け１４との間の空
間内に冷却水を供給する給水路、４４は排水路、４８は
所定の圧力で冷却水を給排する給排機構である。給排機
構４８は給水路４２と排水路４４とを介して定盤１２と
定盤受け１４とＯリング２２ｂとによって囲まれた圧力
領域と連通し、給排機構４８によって圧力領域に給排す
る冷却水等の流体の圧力を制御することが可能となって
いる。
【００２２】図１は、給排機構４８から定盤１２と定盤
受け１４とＯリング２２ｂとによって囲まれた圧力領域
に冷却水を給排している状態で、とくに圧力を加えずに
冷却水を通流させている状態（圧力領域における圧力０
ｋＰａ）である。このように圧力を加えない状態の場
合、本実施形態の研磨装置では定盤１２の研磨面は凹面
状の曲面となり、定盤１２の中央部と周縁部では凹み量
が７０μｍとなる。これに対して、給排機構による冷却
水の圧力を上げて圧力領域における冷却水の圧力を１０
０ｋＰａにすると、定盤１２の研磨面は凸面状の曲面と
なり、定盤１２の中央部と周縁部では１０μｍの差が生
じ、研磨面が凸面となった。
【００２３】図２は、定盤１２と定盤受け１４とＯリン
グ２２ｂとによって囲まれた圧力領域に給排機構４８か
ら冷却水を給排する際に、圧力を加えている状態を示し
たものである。定盤１２と定盤受け１４とＯリング２２
ｂとによって囲まれた圧力領域に圧力を加えることによ
って定盤１２が上に凸の形状で変形する様子を説明的に
示している。前述したように、本実施形態の研磨装置で
はセラミックス製の定盤１２を使用しているが、上記の
ように定盤１２と定盤受け１４とＯリング２２ｂとによ
って囲まれた圧力領域に給排する冷却水の圧力を調節す
ることにより、定盤１２の研磨面の形状を凸面にすると
いった制御が可能である。
【００２４】本実施形態では外径寸法が５０４ｍｍとい
った小型の定盤を使用している。このような小型の定盤
を使用する場合は、定盤が変形しにくいことから、冷却
水の通流圧力を調整して定盤の研磨面の形状を制御する
ことは困難である。本実施形態の研磨装置で小型の定盤
についても効果的に研磨面の形状が制御できる理由は、
定盤１２を定盤受け１４に支持する方法として、定盤１
２の上下面にＯリング２２ａ、２２ｂのみを当接させ、
Ｏリング２２ａ、２２ｂ以外に定盤１２の上下面および
外周側面が定盤１２を定盤受け１４に支持する支持体に
接触しないようにしたことによる。
【００２５】Ｏリング２２ｂは、定盤１２と定盤受け１
４との間に冷却水を通流させる領域をシールする作用を
有するとともに、定盤１２の上面に当接するＯリング２
２ａとともに定盤１２を厚さ方向にクランプしている。
Ｏリングはそれ自体弾性を有するものであるから、定盤
１２の上下面をＯリング２２ａ、２２ｂによってクラン
プすることにより、定盤１２はＯリング２２ａ、２２ｂ
によって弾性的に支持されることになる。そして、定盤
１２にはＯリング２２ａ、２２ｂのみが当接しているか
ら、Ｏリング２２ａ、２２ｂが支点として作用して定盤
１２が容易に変形可能であること、またＯリング２２
ａ、２２ｂによって定盤１２が弾性的に支持されている
ことによって定盤１２の変形が妨げられないことから容
易に変形可能となる。
【００２６】Ｏリング２２ａ、２２ｂは定盤１２の周縁
部に沿ってリング状に配置していること、定盤１２と定
盤受け１４とＯリング２２ｂとによって囲まれた圧力領
域は全域が完全に連通した圧力領域であるから、給排機
構４８によって冷却水の通流圧力を調節して制御する場
合の定盤１２の研磨面の形状は、全体として凸面あるい
は凹面となる中心対称の曲面形状となる。
【００２７】本実施形態の研磨装置では、上述したよう
に、定盤１２の上下面にＯリング２２ａ、２２ｂのみを
当接して支持する構成としたことにより、定盤１２と定
盤受け１４との間に流通させる冷却水の圧力を調整する
ことによって定盤１２の研磨面の形状および凸あるいは
凹の量を制御することが可能である。図５に示すように
研磨加工の際には定盤１２の研磨面にワークの保持装置
３０等をのせて、定盤１２と保持装置３０とでワークを
押圧して研磨するが、定盤１２に保持装置３０をのせた
状態で定盤１２に作用する圧力は３０ｋＰａ程度であ
り、冷却水による圧力にくらべてはるかに小さく、これ
による定盤１２の変形は問題にならない。
【００２８】なお、上記実施形態においては、セラミッ
クス製の定盤を使用した例について説明したが、本発明
においては定盤の材質がとくに限定されるものではな
い。ただし、セラミックス製の定盤の場合には、ワーク
と定盤の上面に貼付されている研磨布の表面との摩擦に
よる定盤自体の熱変形、熱膨張が問題とならない点で、
冷却水の圧力調整のみで定盤の研磨面の形状が制御でき
るという利点がある。また、研磨加工中の定盤の研磨面
の形状をセンサ等で検知しながら、給排機構から給排す
る液体の圧力を調節して定盤の研磨面の形状を所定形状
に制御するといったことももちろん可能である。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係る研磨装置は、上述したよう
に、定盤を定盤受けに支持する際に、定盤の上下面にＯ
リングを介装して定盤受けに定盤を支持する構成とした
ことによって、定盤の変形を容易にすることができ、流
体の圧力を調整することによって定盤の研磨面の形状を
適宜制御することが容易に可能となる。また、定盤の下
面と定盤受けとの領域がＯリングによってシールされて
いることによって、給排機構によって給排される流体の
圧力を確実に保持することができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の定盤の支持構造を示す
断面図である。
【図２】定盤の研磨面が凸面状となった状態を示す断面
図である。
【図３】固定係止具により定盤を支持した状態を拡大し
て示す断面図である。
【図４】固定係止具により定盤を支持した状態の平面図
である。
【図５】研磨装置の概略構成を示す説明図である。
【図６】定盤受けに設けられた流路を示す平面図であ
る。
【図７】定盤と定盤受けの断面図である。
【符号の説明】
１０ 研磨定盤 １２ 定盤 １２ａ 段差部 １２ｂ 外周側面 １３ 研磨布 １４ 定盤受け １８ 回転軸 ２０ 固定係止具 ２０ａ 固定部 ２０ｂ 押さえ部 ２２ａ、２２ｂ Ｏリング ２３ａ、２３ｂ 嵌合溝 ３０ 保持装置 ４０ 流路 ４２ 給水路 ４４ 排水路 ４５ 吐出口 ４６ 排出口 ４８ 給排機構 ５０ 基台
フロントページの続き (72)発明者 大西 進 長野県長野市松代町清野1650番地 不二越 機械工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA14 CA01 CB01 DA17

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リング状に形成した固定係止具により定
    盤の周縁部を係止して定盤を定盤受けに支持し、定盤の
    下面と定盤受けとの間に流体を通流させ、流体の圧力を
    調節することにより定盤の研磨面の形状を制御可能とし
    た研磨装置であって、 前記固定係止具の押さえ面と前記定盤の上面、および前
    記定盤受けの上面と前記定盤の下面とを各々離間させて
    定盤の周縁部の上下面の各々にＯリングを介装し、 前記固定係止具の内周側面と前記定盤の外周側面とを離
    間して前記定盤を定盤受けに支持するとともに、 前記定盤の下面と定盤受けの上面と前記Ｏリングとによ
    って囲まれた領域内と前記流体の給排機構とを連通させ
    たことを特徴とする研磨装置。
  2. 【請求項２】 前記Ｏリングが、定盤の上面と下面の各
    々に同一の平面配置として装着されていることを特徴と
    する請求項１記載の研磨装置。
  3. 【請求項３】 前記固定係止具が、定盤受けに固定して
    支持される固定部と、該固定部の内周側面から内方に延
    出し前記定盤の周縁部を押さえる押さえ部とを備えてい
    ることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
  4. 【請求項４】 前記定盤の周縁部に段差部が形成され、
    該段差部が押さえ部により支持されていることを特徴と
    する請求項３記載の研磨装置。
  5. 【請求項５】 前記定盤が、セラミックスからなること
    を特徴とする請求項１、２、３または４記載の研磨装
    置。
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