JP2003311608A - ワーク表面の研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハ等のワークに反りや湾曲したも
のが含まれている場合でも、一台の研磨装置で研磨加工
が行えるようにすることで作業の煩雑性を回避すると共
に、研磨時間や研磨工数の削減を図り、併せて研磨した
後の品質の均一性を確保できるようなワーク表面の研磨
方法を提供することである。 【解決手段】 ワーク１４がセットされたキャリア１５
を上定盤１２と下定盤１３との間に挟み、前記上定盤１
２及び下定盤１３は固定したまま、キャリア１５のみを
回転させてワーク１４の表面を研磨する２ウェイ駆動
（ａ）による加工工程から、前記上定盤１２及び下定盤
１３の互いの逆方向回転とキャリア１５の回転によって
ワーク１４の表面を研磨する４ウェイ駆動（ｂ）による
加工工程にワーク１４やキャリア１５を移し替えること
なく一台のラップ盤１１で連続的に行わせるようにし
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、シリコンウェハ等
のワーク表面を研磨加工するための研磨方法及び研磨装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンや水晶等のウェハあるい
は薄い金属板（以下、ワークという）の表面を研磨加工
する場合に、前記ワークを複数枚セットするキャリア
と、このキャリアを上下方向から挟む上定盤及び下定盤
からなるラップ盤を備えた研磨装置が用いられている。
前記上定盤と下定盤は、目切溝が形成された研磨面を備
えており、この両研磨面の間にワークがセットされたキ
ャリアを挟み、硬い微粒状の研磨材を供給しながら回転
させることでワークの表面が研磨加工される。この研磨
加工は、通常ラップ加工と呼ばれ、研磨材として１μｍ
以上の比較的大きな砥粒が使用される。一方、同じ研磨
加工であるが上記上定盤及び下定盤に両面テープや接着
剤などで研磨布を貼り付け、砥粒のサイズが１μｍ以下
の超微粒状の研磨材を用いたポリッシュ加工もある。こ
の両加工方法は研磨材の砥粒サイズが異なるのみで、加
工原理や加工装置は同一である。このような研磨装置に
おけるラップ盤の駆動手段には、上定盤及び下定盤は回
転させずに、キャリアのみを回転させながらワーク表面
を上定盤及び下定盤の研磨面に擦り付けて研磨する２ウ
ェイ駆動手段や、前記キャリアの回転に加えて上定盤及
び下定盤のどちらか一方を回転させながらワーク表面を
研磨する３ウェイ駆動手段、あるいは前記キャリア，上
定盤及び下定盤の三者を同時に回転させながらワーク表
面を研磨する４ウェイ駆動手段が知られている。

【０００３】前記２ウェイ駆動手段では、研磨材を供給
してワークの研磨加工を開始すると、ワークと上定盤及
び下定盤との間に研磨材が浸入して隙間（遊離砥粒層）
が大きくなる。このため、ワークが上定盤・下定盤面か
ら数μｍ程度浮上する。この遊離砥粒層での浮上量は、
研磨加工時におけるワークと上定盤及び下定盤の双方の
回転量に比例して大きくなる。２ウェイ駆動手段は、上
定盤及び下定盤が回転しないことからワークと上定盤及
び下定盤との相対速度は比較的小さい。したがって、ワ
ークに多少の反りや湾曲があっても、これを研磨によっ
て修正するのに適している反面、ワークに対する上定盤
及び下定盤の回転量が少ないことから加工時間が多く掛
かるといった問題があった。一方、４ウェイ駆動手段
は、ワークの回転と共に上定盤及び下定盤が同時に回転
するので、相対速度が大きく、研磨材を供給したときに
発生する遊離砥粒層が前記２ウェイ駆動手段のものより
厚くなる。このため、研磨加工スピードが速く、短時間
でワークを加工仕上げする利点がある反面、加工開始時
におけるワークの反りや湾曲がそのままの形状で研磨さ
れ、前記２ウェイ駆動手段のような反りや湾曲を修正す
るといった効果はあまりでない。また、前記２ウェイ駆
動手段に比べて装置構成や制御が複雑になるといった問
題がある。なお、３ウェイ駆動手段は、前記２ウェイ駆
動手段と４ウェイ駆動手段のメリット及びデメリットを
兼ね備えたものとなっている。このように、前記３種類
の駆動手段にはそれぞれ一長一短があるため、加工対象
となるワークの仕様（材質，形状，寸法）や、要求され
る加工精度、品質あるいは加工能率等に応じて最適な駆
動手段を備えた研磨装置が選定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キャリ
アにセットされ研磨加工されるワークは平面なものばか
りでなく、ワークが反っていたり湾曲しているものもあ
る。そして、これらを単一の駆動手段を備えた研磨装置
で処理すると、ワークごとに研磨精度の異なる製品が出
来上がってしまい、品質が安定しないおそれがある。こ
のような問題を改善するには、例えば研磨の前工程であ
る切断加工などによって、反りや湾曲のあるワークを予
め修正し、ある程度平板状にしてから４ウェイ駆動手段
で研磨加工するといった方法がとられている。または、
反りや湾曲の修正機能を具備する２ウェイ駆動手段で研
磨加工してから４ウェイ駆動手段の研磨装置に移し替え
て再び研磨加工する方法等が考えられるが、いずれの研
磨加工方法も工程や作業が煩雑であるのに加えて、研磨
工数や研磨時間が多く掛かってしまい生産性が低下する
原因となる。

【０００５】また、上記４ウェイ駆動手段においては、
キャリアにセットしたワークを上定盤及び下定盤の間に
研磨材を供給させながら加工が行われるため、上定盤及
び下定盤の回転に伴う遠心力によって研磨材がワーク表
面に均等に分散されるが、上定盤が回転しない２ウェイ
駆動手段では、研磨材がワーク表面に均等に行き渡らず
流出してしまうといった場合もある。このため、ワーク
の表面に研磨材が均等に供給されず、ワークごとに加工
精度がばらつくおそれがあった。

【０００６】そこで、本発明の第１の目的は、ワークに
反りや湾曲したものが含まれている場合でも、一台の研
磨装置で研磨加工が行えるようにすることで作業の煩雑
性を回避すると共に、研磨時間や研磨工数の削減を図
り、併せて研磨した後の品質の均一性を確保できるよう
な研磨方法を提供することにある。

【０００７】また、本発明の第２の目的は、駆動手段の
異なる研磨方法を駆動手段の異なる２以上の装置にキャ
リア及びワークを移し替えることなく連続して研磨加工
することができる研磨装置を提供することにある。

【０００８】また、本発明の第３の目的は、研磨加工中
に供給された研磨材の流出を抑えて、ワーク表面に研磨
材が均等に回るような研磨材の流出防止手段を備えた研
磨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】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係るワーク表面の研磨方法は、
ワークがセットされたキャリアを上定盤と下定盤との間
の所定の位置に配列して挟み込み、前記上定盤及び下定
盤は回転せず静止したまま、キャリア及びワークを自転
及び公転させてワークの表面を研磨加工する単一研磨加
工工程と、前記上定盤及び下定盤の少なくとも一方を回
転させると共にキャリア及びワークを自転及び公転させ
てワークの表面を研磨する複合研磨加工工程とを備えた
ことを特徴とする。

【００１０】この発明によれば、先ず上定盤及び下定盤
は回転させずに静止したまま、キャリア及びワークを自
転及び公転させる単一研磨加工工程でワーク表面を研磨
することで、ワークの全体的な反りや湾曲が効果的に取
り除かれてワークを全体的に平坦化することができる。
次いで、上定盤及び下定盤の少なくとも一方とキャリア
とを回転させる複合研磨加工工程でワーク表面を研磨す
ることで、前記平坦化されたワークの表面を均一に研磨
仕上げすることができる。さらに、前記複合研磨加工工
程では、上定盤及び下定盤を互いに逆方向となるように
回転運動させることで、キャリアの回転による自転及び
公転運動と、上定盤及び下定盤の逆方向回転に伴う遊星
回転運動が得られることとなる。このような遊星回転運
動をワークに与えることで、ワーク表面がより均一に研
磨され、且つ短時間で大量の研磨加工処理が可能とな
る。また、キャリア上に複数枚のワークを配列させた場
合でもワークごとに研磨のバラツキが生じない。なお、
ワーク表面とは上定盤によって研磨されるワーク上面と
下定盤によって研磨されるワーク下面の両面を含む。

【００１１】また、本発明の請求項３に係るワーク表面
の研磨装置は、ワークをセットするキャリアと、このキ
ャリアを上下から挟み込む上定盤及び下定盤と、該上定
盤及び下定盤の間でキャリアを回転させる単一制御手段
と、該キャリアの回転に加えて前記上定盤及び下定盤の
少なくとも一方を回転させる複合制御手段と、前記キャ
リア上に研磨材を供給するための研磨材供給手段とを備
えたことを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、一台の研磨装置の中に
単一制御手段と複合制御手段とを備えているので、駆動
手段の異なる研磨方法をキャリアの移し替えなしで連続
的に実行することができ、本発明の研磨方法を実現する
ことができた。

【００１３】また、前記下定盤の周縁部に研磨材を一定
量保持できる研磨材流出防止手段を設けたことによっ
て、研磨加工中に供給された研磨材が下定盤の周囲に流
出してしまうのを防ぐことができる。そのため、研磨材
をキャリア上に均一に供給することができ、ワークの研
磨加工精度のバラツキが抑えられると共に研磨材の無駄
を防ぐことができる。なお、前記研磨材流出防止手段を
下定盤の周縁部に沿って上下動するリング部材で構成し
た場合には、研磨時にリング部材を下定盤の周囲に沿っ
て上昇させ、研磨終了時にはリング部材を下降させるこ
とで下定盤上に残った研磨材や研磨加工が終了したワー
クを容易に排出処理することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明に係るワーク表面の研磨方法及び研磨装置の実施形態
を詳細に説明する。ここで、図１は本発明に係るワーク
の表面研磨を行うラップ盤の斜視図、図２は前記ラップ
盤の断面図、図３は前記ラップ盤を含む研磨装置のブロ
ック図である。なお、以下の実施形態では、ラップ加工
における研磨方法及び装置について説明するが、このラ
ップ加工と加工原理が同じポリッシュ加工でも同様な研
磨方法及び装置構成で実現可能である。

【００１５】図１及び図２は研磨装置の一部であるラッ
プ盤の構成を示したものであり、ワークの研磨加工はこ
のラップ盤を中心にして行われる。図に示したように、
ラップ盤１１は、上定盤１２，下定盤１３及びワーク１
４を載置するキャリア１５を備えている。前記下定盤１
３は中心部に貫通孔１６を設けた厚みのあるドーナツ状
の円盤で構成され、前記貫通孔１６の下方に設けられた
駆動軸１７を中心に図示しない下定盤駆動部に回転支持
されている。前記貫通孔１６には中心ギア１８が下方か
ら下定盤１３の研磨面１３ａ側に突出して設けられる。
前記研磨面１３ａには研磨用の目切溝２４が形成されて
いる。一方、キャリア１５は、ワーク１４の厚みより薄
く形成された円盤で、この円盤内にはワーク１４を装着
するための取付孔１９が複数箇所設けられ、外縁部には
歯車２０が形成されている。ワーク１４は、前記キャリ
ア１５の取付孔１９に必要枚数セットされる。このキャ
リア１５は、外縁部に形成された歯車２０が前記中心ギ
ア１８と下定盤１３の外周上に設けられたインターナル
ギア２１に噛合し、前記中心ギア１８を中心として下定
盤１３の研磨面１３ａ上を滑りながら回転移動する。図
１にはキャリア１５が一枚載置されているが、実際には
前記中心ギア１８の周囲に複数枚配列され、多くのワー
ク１４を同時に研磨加工することができる。上定盤１２
は、前記下定盤１３と同じく目切溝２４が形成された研
磨面１２ａをキャリア１５にセットされたワーク１４の
上面に接するようにして設置される。この上定盤１２は
前記下定盤１３と略同じ直径の円盤状に形成され、中心
に設けられている回転軸２２が図示しない上定盤駆動部
によって回転支持されている。また、前記上定盤１２
は、キャリア１５との押圧力を調整したり、キャリア１
５やワーク１４をセットしやすいように、上下方向に移
動可能となっている。

【００１６】また、前記上定盤１２の上方には、図２に
示したように、研磨材供給手段としての供給路３２及び
供給ホッパ３５が設けられている。この供給ホッパ３５
は全周に亘って凹溝が形成されたリング状の部材で構成
され、前記凹溝の底部には複数の孔が設けられ、この孔
から上定盤１２を貫通するパイプ状の供給路３２が複数
箇所に接続されている。前記供給ホッパ３５の上方には
ノズル３３が配置され、このノズル３３から供給ホッパ
３５内に適量の研磨材３１が供給される。そして、供給
ホッパ３５内に供給された研磨材３１は、複数の供給路
３２を通過してキャリア１５が挟まれた加工スペース３
６内に供給される。このようにして供給された研磨材３
１は、キャリア１５にセットされたワーク１４の表面と
上定盤１２及び下定盤１３との微小な隙間に入り込む。
そして、キャリア１５の回転や上定盤１２及び下定盤１
３の回転に伴ってワーク１４の表面を研磨加工する。前
記研磨材３１にはアルミナ粉末、酸化セリウム、シリカ
などの微粒子状の素材が使用され、ワーク１４の材質、
形状及び厚さなどの加工仕様あるいは要求される品質、
精度、加工時間などによって砥粒番定（砥粒サイズ）＃
１０００，＃２０００，＃３０００等から１／１００μ
ｍ、１／１０００μｍの超微粒子の中から適当な種類、
材質やサイズの砥粒が選ばれる。選定された研磨材３１
は、後述する２ウェイ駆動手段や４ウェイ駆動手段等に
よる研磨方法の違いやワーク１４の加工仕様に応じて適
宜流量が制御される。

【００１７】上記ラップ盤１１を備えた研磨装置は、上
定盤１２及び下定盤１３の回転を停止した状態で、ワー
ク１４をセットしたキャリア１５を回転させる単一制御
手段（２ウェイ駆動手段）と、前記キャリア１５の回転
に加えて上定盤１２及び下定盤１３を互いに逆方向に回
転させる複合制御手段（４ウェイ駆動手段）を備えてい
る。このような制御手段の切り替えは、図３に示すよう
な駆動制御部４４によって行われる。この駆動制御部４
４は、上定盤駆動部４５，下定盤駆動部４６及び中心ギ
ア駆動部４７を一括して制御するもので、プログラム制
御部４８と手動制御部４９とを備えている。前記プログ
ラム制御部４８では、ワーク１４の加工仕様等の入力デ
ータに基づいて、２ウェイ駆動手段から４ウェイ駆動手
段に移行するタイミングや加工時間がプログラムされ、
ラップ盤１１の始動から停止までを全て自動で行う。一
方の手動制御部４９は、２ウェイ駆動手段と４ウェイ駆
動手段とを切り替える操作スイッチ等を備えていて、ワ
ーク１４の加工状態をモニタリングしながら手動で操作
するようになっている。

【００１８】次に、上記ラップ盤１１での２ウェイ駆動
手段及び４ウェイ駆動手段における研磨加工の原理につ
いて説明する。図４は反りや湾曲があるワーク１４を２
ウェイ駆動手段及び４ウェイ駆動手段によって研磨する
原理を模式的に示したものである。図４（ａ），（ｂ）
に示されるように、上定盤１２と下定盤１３との間でワ
ーク１４をセットしたキャリア１５を回転させると、ワ
ーク１４の表面と前記上定盤１２及び下定盤１３の両研
磨面１２ａ，１３ａとの間に研磨材３１が浮遊する遊離
砥粒層４１が発生する。この遊離砥粒層４１は、上定盤
１２及び下定盤１３と、キャリア１５及びワーク１４と
が相対的に回転することで、その間に介在する研磨材３
１に流体圧力が生じる結果生じるものである。遊離砥粒
層４１は、供給する研磨材３１の流量の多少や、上定盤
１２及び下定盤１３と、キャリア１５及びワーク１４の
各々の回転相対速度に影響されて変化する。また、前記
研磨材３１に掛かる流体圧力の大きさは、上定盤１２及
び下定盤１３と、キャリア１５及びワーク１４との回転
相対速度に比例して大きくなる。前記研磨材３１の供給
量を一定とした場合、上定盤１２及び下定盤１３の回転
量が大きくなるほど流体圧力により遊離砥粒層４１の厚
みは増加する。つまり、ワーク１４は、研磨材３１が混
入された遊離砥粒層４１の流体圧力によって、前記上定
盤１２及び下定盤１３から浮上することになる。このワ
ーク１４の浮上量が遊離砥粒層４１の厚みとなる。例え
ば、図４（ａ）に示されるように、上定盤１２及び下定
盤１３は回転させずに静止したまま、キャリア１５及び
ワーク１４を自転及び公転させる２ウェイ駆動手段で
は、遊離砥粒層４１の厚み（浮上量ｔ１）は数μｍであ
るのに対して、図４（ｂ）に示されるような上定盤１
２，下定盤１３及びキャリア１５を同時に回転させる４
ウェイ駆動手段では、浮上量ｔ２は数十μｍになる。

【００１９】次に、前記遊離砥粒層４１とワーク１４と
の研磨能力及び研磨精度との関係について説明する。上
定盤１２及び下定盤１３と、キャリア１５及びワーク１
４の回転相対速度によって流体圧力が生じ、その圧力の
大きさによって遊離砥粒層４１が厚くなることは前述し
たが、この遊離砥粒層４１の大きさによってワーク１４
を研磨加工する際の研磨能力が決まり、遊離砥粒層４１
が大きくなるほど研磨能力が大きく、遊離砥粒層４１が
小さいほど研磨能力が小さくなる。図４（ａ）に示した
ように、上定盤１２及び下定盤１３は回転せずに静止し
たまま、キャリア１５及びワーク１４を回転させる２ウ
ェイ駆動手段では、研磨材３１に流体圧力が多く発生
し、研磨能力は比較的小さくなる。遊離砥粒層４１は、
図４（ａ）に示したＡ部のような局部的な領域におい
て、ワーク１４の浮上量ｔ１が数μｍと極めて小さい値
となり、ワーク１４の表面突出部（凸部）から先に研磨
加工が始まる。このため、図５（ａ）に示すように、反
りや湾曲の大きなワークについては、凸部２８が比較的
速く加工され、反りや湾曲が修正されつつ平坦化させる
作用が大きくなる。これに対して、図４（ｂ）に示され
るような上定盤１２、下定盤１３及びキャリア１５を同
時に回転させる４ウェイ駆動手段においては、各々の回
転相対速度によって発生する流体圧力によって生じる遊
離砥粒層４１が図４（ｂ）のＢ部のように広い領域に亘
って数十μｍ程度と大きくなり、ワーク１４は略全面を
同時に研磨加工されることになる。このため、図５
（ｂ）に示すように、反りや湾曲のあるワーク１４にお
いては、突出部２６は突出したまま、凹み２７は凹んだ
ままの形状を維持した状態で全体が均一に研磨される。
したがって、ワーク１４の表面を滑らかに均一に研磨す
るのには適しているが、反りや湾曲を修正するといった
作用は少なくなる。

【００２０】図６は一例として、ある材料のワークを２
ウェイ駆動手段から４ウェイ駆動手段に移行させながら
研磨加工を行ったときの加工時間と、そのときの加工量
を測定したグラフである。このグラフから判るように、
前半の２ウェイ駆動手段による加工量は、加工開始から
７分で約１０μｍであるのに対して、後半の４ウェイ駆
動手段では５分間隔ごとに加工量が２倍以上に増加して
いる。これは、２ウェイ駆動手段では、キャリア１５の
回転のみでワーク１４の突出部から少しずつ研磨が進行
するため、加工時間を掛けたわりに加工量は極めて小さ
い。一方の４ウェイ駆動手段では、キャリア１５の回転
に加えて、上定盤１２及び下定盤１３の回転も加わるの
でワーク１４の突出部のみならず、同時に比較的広い領
域までを大きな加工量で研磨することができる。このた
め、短時間でワーク１４の研磨が終了する。これらのこ
とから、研磨加工の初期段階では、２ウェイ駆動手段で
研磨を行い、後半は４ウェイ駆動手段に移行するように
制御することで、生産性を低下させることなく、ワーク
１４の反りや湾曲が修正され、且つ均一に研磨加工する
ことが可能となる。

【００２１】次に、上記研磨加工原理に基づいた本発明
のワーク表面の研磨方法及び実際の手順を図７に基づい
て説明する。本実施形態では、単一制御手段（２ウェイ
駆動手段）による単一研磨加工工程を最初に行い、続い
て、複合制御手段による複合研磨加工工程を行う。前記
複合研磨加工工程については、前述したように、３ウェ
イ駆動と４ウェイ駆動があるが、本実施形態では、キャ
リア１５の回転と共に上定盤１２及び下定盤１３を互い
に逆方向に回転させる４ウェイ駆動手段を採用した。な
お、本実施形態では上記図３に示したような駆動制御部
４４によって、予めプログラムされた制御手順で、ラッ
プ盤１１の駆動を２ウェイ駆動手段から４ウェイ駆動手
段に切り替えて行うようにした。

【００２２】その作業手順は以下のようになる。最初に
ラップ盤１１の上定盤１２を上げてキャリア１５にワー
ク１４を必要な枚数セットする。次いで前記上定盤１２
を下げ、ワーク１４の表面が上定盤１２及び下定盤１３
の研磨面１２ａ，１３ａに軽く接触するようにして挟み
込む。そして、上定盤１２の上方に位置する供給ホッパ
３５から供給路３２を介して研磨材３１をキャリア１５
上に供給すると同時に、２ウェイ駆動手段によるキャリ
ア１５の回転を始動する。この２ウェイ駆動手段は、図
７（ａ）に示されるように、上定盤１２及び下定盤１３
の回転を停止した状態で中心ギア１８を時計方向あるい
は反時計方向に回転させることによって実現される。こ
れによって、キャリア１５が自転及び公転し、研磨材３
１がワーク１４の表裏両面に付着した状態で上定盤１２
及び下定盤１３によって研磨され、ワーク１４の大きな
反りや全体的な湾曲が修正される。

【００２３】このような２ウェイ駆動手段による単一研
磨加工工程を経た後、４ウェイ駆動手段に切り替わって
複合研磨加工工程に移行する。この４ウェイ駆動手段
は、図７（ｂ）に示されるように、前記２ウェイ駆動手
段で行ったキャリア１５の自転及び公転運動に加えて、
上定盤１２及び下定盤１３が互いに逆方向に回転するよ
うに制御される。この４ウェイ駆動手段による研磨加工
工程では、キャリア１５に自転運動と公転運動が加わる
ので、上定盤１２及び下定盤１３とワーク１４の表裏面
との回転相対速度が大きくなり、厚い遊離砥粒層４１が
形成される。したがって、前記２ウェイ駆動手段と違
い、ワーク１４の表面が均一に素早く研磨される。

【００２４】なお、上記実施形態ではワーク１４の表裏
両面を均一に研磨するため、２ウェイ駆動手段から４ウ
ェイ駆動手段に移行した場合の研磨方法であるが、２ウ
ェイ駆動手段から３ウェイ駆動手段、３ウェイ駆動手段
から４ウェイ駆動手段、あるいは、２ウェイ駆動手段か
ら３ウェイ駆動手段を経て４ウェイ駆動手段に至る研磨
方法をとることも可能である。前記３ウェイ駆動手段で
は、キャリア１５の回転と、上定盤１２あるいは下定盤
１３のいずれかの回転によってワーク１４の表面を研磨
するので、最初にワーク１４の全体的な反りや湾曲を修
正しておいて、表面あるいは裏面のいずれか一方を重点
的に研磨するような場合に適している。また、各駆動手
段に移行する際の切り替えは、要求されるワーク１４の
加工仕様に応じて予めプログラムされ、自動制御する方
法や、ワーク１４の加工状態を確認しながら手動で行う
方法とを適宜選択することが可能である。

【００２５】上記いずれの研磨方法においても、ワーク
１４の表面を精度よく、きれいに且つ素早く研磨するた
めに研磨材３１の供給が不可欠であるが、２ウェイ駆動
手段，３ウェイ駆動手段あるいは４ウェイ駆動手段によ
って、上定盤１２及び下定盤１３間における研磨材３１
の分散状態に違いが生ずる。前記２ウェイ駆動手段の場
合は、キャリア１５の回転のみで上定盤１２及び下定盤
１３が停止した状態であるので、供給した研磨材３１は
その供給された局部に集中、蓄積あるいは沈殿してしま
ったり、上定盤１２及び下定盤１３の外へ流出するとい
ったおそれがある。このことは、上定盤１２や下定盤１
３の直径が大きくなるほど顕著である。その結果、ワー
ク１４の表面の一部に未加工部分が残ったり、下定盤１
３に複数枚のワーク１４をセットした場合に、研磨が十
分行われないものが発生するおそれがある。つまり、研
磨する一枚のワーク表面に研磨のバラツキが生じる他、
複数枚同時に加工した際にワークごとにバラツキが生
じ、歩留りを低下させる要因となる。一方、４ウェイ駆
動手段の場合は、キャリア１５の回転と共に、上定盤１
２及び下定盤１３の回転が加わるので、その回転運動に
よる遠心力と攪拌効果によって、供給された研磨材３１
が一箇所に集中、蓄積あるいは沈殿することなく広く一
様に分散される。

【００２６】図８及び図９は、上記駆動方式等によって
ばらつく研磨材を均一に分散させる研磨材流出防止手段
３７を示したものである。この研磨材流出防止手段３７
は、前記下定盤１３の外周部２３及び貫通孔１６の周囲
に沿って上下動可能な円筒状のリング部材２５で形成さ
れている。そして、研磨加工中は、上定盤１２と下定盤
１３との間に形成される加工スペース３６を囲うよう
に、リング部材２５を上昇して下定盤１３の研磨面１３
ａから僅かに突出させる。このリング部材２５の突出量
は、研磨加工を行わせるワーク１４の厚みより低くなる
ように設定する必要がある。これは、前記リング部材２
５の突出量がワーク１４の厚みより大きくなると、リン
グ部材２５の上端部が上定盤１２の研磨面１２ａに当た
ってしまい研磨加工を阻害するからである。このように
設定することで、加工スペース３６に供給された研磨材
３１は、上定盤１２及び下定盤１３が回転しない２ウェ
イ駆動手段の場合も、上記リング部材２５にせき止めら
れて下定盤１３からこぼれ落ちるのが防止される。その
結果、研磨材３１が加工スペース３６内に留まってワー
ク１４上に一様に分散、塗布されることから、一枚ごと
のワーク１４の表面及び加工スペース３６内にセットさ
れている複数枚のワーク間での加工バラツキを抑えるこ
とができる。なお、研磨終了後は前記リング部材２５を
下降させ、上面を下定盤１３の研磨面１３ａより下げて
おくことで、研磨加工が終了したワーク１４の取り出し
や、下定盤１３の研磨面１３ａに残った研磨材３１の排
出や洗浄する際の妨げにならない。

【００２７】なお、上記実施形態では半導体製品のベー
スとなるウェハを研磨する研磨装置を想定して、加工対
象物としてシリコンの円盤状ワーク１４で説明したが、
これ以外にも平面加工あるいは鏡面加工を行う水晶，セ
ラミック，ガラス，酸化物結晶，プラスチックや金属ウ
ェハにも本発明の研磨方法及び研磨装置が適用可能であ
る。また、キャリア１５に設けたワーク１４の取付孔１
９の形状や大きさを変えることで、円盤状以外に四角形
状あるいは多角形状のワークを研磨処理することが可能
である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るワー
ク表面の研磨方法によれば、ワークがセットされたキャ
リアを上定盤と下定盤との間に挟み、前記上定盤及び下
定盤は回転せず静止したまま、キャリア及びワークを回
転させる単一研磨加工工程と、上定盤及び下定盤の少な
くとも一方とキャリアとを回転させる複合研磨加工工程
とを組み合わせることで、ワークに反りや湾曲したもの
が含まれている場合でも、一台の研磨装置で研磨加工が
行えるようになり、従来の研磨方法に比べて作業の煩雑
性が回避されると共に、研磨時間や研磨工数の削減が図
られ、併せて研磨した後の品質の均一性を確保すること
ができる。

【００２９】また、本発明に係るワーク表面の研磨装置
によれば、単一制御手段と複合制御手段とを備えている
ので、加工初期段階に多いワークの反りや湾曲を軽減す
る修正研磨とワークの表面を均一に研磨する仕上げ研磨
とを一連の研磨加工工程の中でキャリアを移し替えるこ
となく連続的に行うことができる。

【００３０】さらに、本発明に係るワーク表面の研磨装
置によれば、研磨材流出防止手段を設けたので、研磨加
工中に供給された研磨材が下定盤の周囲からこぼれ落ち
ることがない。そのため、研磨材をキャリア上に均一に
供給することができ、ワークの研磨加工精度のバラツキ
が抑えられると共に研磨材の無駄を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨装置のラップ盤の構成を示す
斜視図である。

【図２】上記ラップ盤の断面図である。

【図３】上記研磨装置の構成を示すブロック図である。

【図４】２ウェイ駆動手段と４ウェイ駆動手段の研磨原
理の説明図である。

【図５】上記２ウェイ駆動手段と４ウェイ駆動手段によ
る研磨加工精度の相違を示す説明図である。

【図６】本発明の研磨方法による加工時間と加工量との
関係を示すグラフである。

【図７】本発明の研磨方法の動作を示す説明図である。

【図８】研磨材流出防止手段を設けたラップ盤の断面図
である。

【図９】研磨材流出防止手段の要部を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１１ ラップ盤 １２ 上定盤 １３ 下定盤 １４ ワーク １５ キャリア １６ 貫通孔 １８ 中心ギア ２１ インターナルギア ２５ リング部材 ３１ 研磨材 ３７ 研磨材流出防止手段 ４４ 駆動制御部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年４月２６日（２００２．４．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】次に、前記遊離砥粒層４１とワーク１４と
の研磨能力及び研磨精度との関係について説明する。上
定盤１２及び下定盤１３と、キャリア１５及びワーク１
４の回転相対速度によって流体圧力が生じ、その圧力の
大きさによって遊離砥粒層４１が厚くなることは前述し
たが、この遊離砥粒層４１の大きさによってワーク１４
を研磨加工する際の研磨能力が決まり、遊離砥粒層４１
が大きくなるほど研磨能力が大きく、遊離砥粒層４１が
小さいほど研磨能力が小さくなる。図４（ａ）に示した
ように、上定盤１２及び下定盤１３は回転せずに静止し
たまま、キャリア１５及びワーク１４を回転させる２ウ
ェイ駆動手段では、研磨材３１に流体圧力が発生するが
小さく、そのため、研磨能力は比較的小さくなる。した
がって、遊離砥粒層４１は、図４（ａ）に示したＡ部の
ような局部的な領域において、ワーク１４の浮上量ｔ１
が数μｍと極めて小さい値となり、ワーク１４の表面突
出部（凸部）から先に研磨加工が始まる。このため、図
５（ａ）に示すように、反りや湾曲の大きなワークにつ
いては、凸部２８が比較的速く加工され、反りや湾曲が
修正されつつ平坦化させる作用が大きくなる。これに対
して、図４（ｂ）に示されるような上定盤１２、下定盤
１３及びキャリア１５を同時に回転させる４ウェイ駆動
手段においては、各々の回転相対速度によって発生する
流体圧力によって生じる遊離砥粒層４１が図４（ｂ）の
Ｂ部のように広い領域に亘って数十μｍ程度と大きくな
り、ワーク１４は略全面を同時に研磨加工されることに
なる。このため、図５（ｂ）に示すように、反りや湾曲
のあるワーク１４においては、突出部２６は突出したま
ま、凹み２７は凹んだままの形状を維持した状態で全体
が均一に研磨される。したがって、ワーク１４の表面を
滑らかに均一に研磨するのには適しているが、反りや湾
曲を修正するといった作用は少なくなる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークがセットされたキャリアを上定盤
   と下定盤との間の所定の位置に配列して挟み込み、前記
   上定盤及び下定盤は回転せず静止したまま、キャリア及
   びワークを自転及び公転させてワークの表面を研磨加工
   する単一研磨加工工程と、前記上定盤及び下定盤の少な
   くとも一方を回転させると共にキャリア及びワークを自
   転及び公転させてワークの表面を研磨する複合研磨加工
   工程とを備えたことを特徴とするワーク表面の研磨方
   法。
2. 【請求項２】 前記複合研磨加工工程において、上定盤
   及び下定盤の両方を回転させる際には、互いに逆方向に
   回転させてなる請求項１記載のワーク表面の研磨方法。
3. 【請求項３】 ワークをセットするキャリアと、このキ
   ャリアを上下から挟み込む上定盤及び下定盤と、該上定
   盤及び下定盤の間でキャリアを回転させる単一制御手段
   と、該キャリアの回転に加えて前記上定盤及び下定盤の
   少なくとも一方を回転させる複合制御手段と、前記キャ
   リア上に研磨材を供給するための研磨材供給手段とを備
   えたことを特徴とするワーク表面の研磨装置。
4. 【請求項４】 前記下定盤の周縁部に研磨材を一定量保
   持できる研磨材流出防止手段を設けてなる請求項３記載
   のワーク表面の研磨装置。
5. 【請求項５】 前記研磨材流出防止手段が、前記下定盤
   の周縁部に沿って上下動可能なリング部材で形成されて
   なる請求項４記載のワーク表面の研磨装置。