JP2575674B2 - 研磨装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、シリコンウエハなどの被研磨材の表面を
研磨する研磨装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、IC,LSIなどの半導体の基板材料には、シリコ
ンウエハが用いられている。このシリコンウエハは片面
が鏡面研磨されている。

従来、このようなシリコンウエハの研磨装置として
は、第３図に示すようなものが知られている。

この図において、符号１は定盤であり、２はマウント
プレート、３はマウントプレートの上部に装着されたマ
ウントヘッドである。

定盤１は、平面視して円形の回転板であり、上面に研
磨パッドが装着されているものである。

マウントプレート２は、セラミックやガラス材料から
なる円板であり、その両面が研磨されて平坦な面とされ
ている。このマウントプレート２の片面には、第４図に
示すように、１枚以上複数枚（この図では４枚）のシリ
コンウエハ４…が平面視して等間隔な位置に固定されて
いる。このシリコンウエハ４をマウントプレート２へ固
定する方法としては、シリコンウエハ４の片面にワック
スを塗布することによりシリコンウエハ４をマウントプ
レート２の片面へ貼着するワックス法と、真空吸着、水
貼り等の方法により接着するワックスレス法とがある。
これらの方法によりシリコンウエハ４が片面に固定され
たマウントプレート２は、そのシリコンウエハ４が固定
されている面を下方に向けた状態で定盤１上に載置され
ている。

定盤１上に載置されているマウントプレート２は、１
つの定盤１上に１つ以上複数個（図では１つのみ示す）
が配置されている。これらのマウントプレート２…は、
平面視して周方向へ等間隔に位置している。このマウン
トプレート２は、その上部がマウントヘッド３に嵌合さ
れ、その上面がマウントヘッド３の内平面と密着してい
る。

マウントヘッド３は、その上部中央に加圧軸５が連結
され、この加圧軸５に対して首振り自在、かつ、回転自
在となっている。

上記のような構成の研磨装置を用いてシリコンウエハ
４を研磨するには、まず、定盤１上にコロイダルシリカ
のアルカリ性懸濁液などの研磨砥粒を分散させる。この
ようにした定盤１上に、シリコンウエハ４が固定された
マウントプレート２をシリコンウエハ４が固定されてい
る面を下方に向けた状態で載置する。そして、このマウ
ントプレート２の上方に配置されているマウントヘッド
３をマウントプレート２の上部に装着する。この後、空
気圧シリンダ、油圧シリンダ等を用いて、マウントヘッ
ド３の上部に連結されている加圧軸５を下方へ押圧する
ことにより、シリコンウエハ４を定盤１の上面に押圧す
る。このような状態で定盤１を回転させる。この場合、
この定盤１とシリコンウエハ４との接触面における相対
速度は、そのシリコンウエハ４が定盤１の外側において
接触している場合に、より大きくなるので、同一のマウ
ントプレート２に固定されているシリコンウエハ４…の
うち、定盤１と外側で接触しているシリコンウエハ４が
定盤１の回転に引きずられることにより、マウントプレ
ート２がその上部に装着されているマウントヘッド３と
共に定盤１と同一方向に回転する。このようにして、シ
リコンウエハ４の下面が、定盤１の上面に分散された研
磨砥粒により研磨される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記のような研磨装置によりシリコンウエ
ハを研磨した場合、表面を鏡面仕上げするという点にお
いては問題ないが、次のような解決すべき問題点があ
る。

すなわち、上記のような研磨装置によりシリコンウエ
ハ４を研磨する場合には、研磨面に接したシリコンウエ
ハ４の研磨抵抗によりマウントプレート２がマウントヘ
ッド３と加圧軸５との連結部を支点として研磨定盤回転
の進入方向に前傾する。このとき、上記のマウントプレ
ート２には、上記連結部を支点として連結部回りに上下
方向にモーメントがかかる。このモーメントは支点から
の距離が遠いほど大きくなるから、マウントプレート２
の縁部に最大のモーメントがかかり、マウントプレート
２がさらに大きく傾斜する。そのため、シリコンウエハ
４の下面が傾斜して行く。このため、上記のようにして
研磨されたシリコンウエハ４には、各部分の厚さが均一
にならないという問題点があった。

また、別の問題として、以下のような問題があった。
すなわち、ウェハ４と定盤１の研磨面との摩擦によって
発生する摩擦熱でウェハ４が熱をもち、この熱がマウン
トプレート２に熱伝導してマウントプレート２も熱をも
つ。そして、マウントプレート２の上面がマウントヘッ
ド３の加圧面と密着しているので、マウントプレート２
の上部の熱はマウントヘッド３に熱伝導して、マウント
プレート２の上部と下部に温度差ができ、マウントプレ
ート２に熱歪みが生じるためマウントプレート２の上下
面の平坦性が悪くなる。また、マウントプレート２の上
面からマウントヘッド３の加圧面に熱伝導され、マウン
トヘッド３の下部も熱をもち加圧面にも熱歪みが生じる
が、この歪み方はマウントプレート２の歪み方とは材
質、形状等の違いによって異なるため、加圧面によって
押圧されているマウントプレート２に不均一な圧力がか
かってしまう。以上のような状態でウェハ４の研磨が行
われると、ウェハ４の下面が均一に研磨されず、したが
って、所要の平面度が得られない。

本発明は、この問題点を解決するためになされたもの
で、マウントプレート２を均一に加圧し、モーメント支
点を定盤１の上面に近づけてマウントプレート２にかか
るモーメントを小さくすることによって、研磨されたシ
リコンウエハ４の各部分の厚さを均一にさせ、また、マ
ウントプレートの熱歪みを軽減するともに、均一にマウ
ントプレートを押圧することができる研磨装置を提供す
ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

下面に被研磨材が固定されたマウントプレートをこの
マウントプレートの下方に設けられた定盤上に押圧した
状態で上記被研磨材の下面を研磨するように構成された
研磨装置において、上記マウントプレートの上面を押圧
するマウントヘッドが加圧軸に回転自在にかつ傾斜自在
に設けられると共に、上記マウントプレートの上面に弾
性板を介して内部に流体を充填した断面円形の弾性チュ
ーブをらせん状に配置し、この弾性チューブと、該弾性
チューブの上方に配設される上記マウントヘッドとの間
に弾性板を配置し、上記マウントヘッドにより上記弾性
チューブ及び上記弾性板を介して上記マウントプレート
を押圧するようにしたものである。

〔実施例〕

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す図であ
って、符号1,2はそれぞれ従来の研磨装置に用いられる
いるものと同様な定盤、マウントプレートである。上記
マウントプレート２は、従来同様、下面にシリコンウエ
ハ４が固定された状態で定盤１上に載置されている。こ
のマウントプレート２の上面には、弾性チューブ６を主
要部材とする弾性チューブ形成体７が配置されている。
この弾性チューブ形成体７は内部に流体８を充填し両端
部に閉栓した弾性チューブ６をらせん状に巻き、この弾
性チューブ６の両面に両面接着テープ等で薄い弾性板９
を接着して両方を固定したものである。この弾性チュー
ブ形成体７の上方にはマウントヘッド3aが配設されてい
る。このマウントヘッド3aには、下面に凹部10が形成さ
れ、この凹部10と前記マウントプレート２との間に前記
弾性チューブ形成体７を配置するようになっている。ま
た、マウントヘッド3aの上面には円柱状の加圧軸5aが連
結されている。

上記構成において、マウントヘッド3aを持ち上げた際
に、凹部10内の弾性チューブ形成体７が脱落しないよう
に、弾性チューブ形成体７を両面接着テープ等で凹部10
の内面に固定すると良い。

上記構成の研磨装置を用いてシリコンウエハ４を研磨
するには、まず、この研磨装置を第１図に示すような構
成にセットする。次に、従来の研磨装置と同様に、加圧
軸5aを下方に押圧する。このようにすると、マウントヘ
ッド3aは、その内平面により弾性チューブ形成体７を通
して流体８を押圧する。このため、流体８が加圧され、
この流体８が弾性チューブ形成体７を通してマウントプ
レート２の上面を押圧する。そして、マウントプレート
２の下面に固定されているシリコンウエハ４が定盤１の
上面に押圧されている。この状態で定盤１を回転させる
と、従来の研磨装置の場合と同様に、マウントプレート
２が定盤１と同一方向に回転し、シリコンウエハ４の下
面が研磨される。

この研磨装置によれば、マウントプレート２の上面に
弾性チューブ形成体７を配置し、この弾性チューブ形成
体７の上方にマウントヘッド3aを配設したから、このマ
ウントヘッド3aが上記弾性チューブ形成体７を介してマ
ウントプレート２の上面を押圧するようになり、マウン
トプレート２の上面に加わる圧力がマウントプレート２
の上面全面に亘って均一になる。このため、マウントプ
レート２の下面に固定されているシリコンウエハ４の下
面と定盤１の上面との間に加わる圧力は、シリコンウエ
ハ４の下面の各部分において常に均一になるように保た
れる。したがって、この研磨装置を用いて研磨すれば、
シリコンウエハ４の各部分の厚さを均一にできる。

また、上記の研磨装置にあっては、マウントプレート
２とマウントヘッド3aの表面にそれぞれ弾性板９が配設
され、しかも、これら弾性板9,9の間に断面円形の弾性
チューブ６が介在されているので、マウントプレート２
からマウントヘッド3aへの熱伝導を少なくすることがで
きる。というのは、両者2,3aの間には弾性板9,9を介在
させている上に、それら弾性板9,9の間には該弾性板9,9
との接触面積が小さくて済む断面円形の弾性チューブ６
が配置されており、さらには、弾性チューブ６が断面円
形であるから、弾性板9,9との間に間隙が生じるため、
該間隙に熱放出させることができるためである。このた
め、マウントプレート２の上部と下部の温度差を小さく
することができ、マウントプレート２の熱歪みを軽減す
ることができる。さらに、弾性チューブ６は、一本のも
のをらせん状に巻いた構成とされ、その全体が同一の材
質で一体に形成されているため、表面積全体で均一な熱
放出を行うことができる。またさらに、わずかに生じる
マウントプレート２とマウントヘッド3aの熱歪みは、同
一の熱歪みではないが、これらマウントプレート２とマ
ウントヘッド3aが円対称であり、同様の対称性がある、
らせん状に巻いた一本の弾性チューブ６によって押圧す
ることにより、均一にマウントプレート２を再現性良く
押圧することができる。

また、この研磨装置は、マウントプレート２の上面に
弾性チューブ形成体７を配置したことを除いて、従来か
ら用いられている研磨装置とほぼ同様な構造であり、ま
た、上記弾性チューブ６も一本の細長いチューブ構造で
あるから、比較的容易に製作することができる。

なお、本発明の研磨装置は、シリコンウエハ４に限ら
ず、化合物半導体ウエハ、石英ガラス等を研磨すること
もできる。

〔発明の効果〕

本発明の研磨装置によれば、マウントプレートの上面
に、内部に流体を充填した弾性チューブをらせん状に配
置し、この弾性チューブの上方に配設したマウントヘッ
ドにより上記弾性チューブを介して上記マウントヘッド
を押圧するようにしたから、マウントプレートの下面に
固定されているシリコンウエハの下面と定盤の上面との
間に加わる圧力が、シリコンウエハの下面の各部分にお
いて常に均一になるように保たれる。このため、この装
置を用いて研磨すれば、シリコンウエハの各部分の厚さ
を均一にすることができる。

また、上記の研磨装置にあっては、マウントプレート
とマウントヘッドの表面にそれぞれ弾性板が配設され、
しかも、これら弾性板の間に断面円形の弾性チューブが
介在されているので、マウントプレートからマウントヘ
ッドへの熱伝導を少なくすることができる。というの
は、両者の間には弾性板を介在させている上に、それら
弾性板の間には該弾性板との接触面積が小さくて済む断
面円形の弾性チューブが配置されており、さらには、弾
性チューブが断面円形であるから、弾性板との間に間隙
が生じるため、該間隙に熱放出させることができるため
である。このため、マウントプレートの上部と下部の温
度差を小さくすることができ、マウントプレートの熱歪
みを軽減することができる。さらに、弾性チューブは、
一本のものをらせん状に巻いた構成とされ、その全体が
同一の材質で一体に形成されているため、表面積全体で
均一な熱放出を行うことができる。またさらに、わずか
に生じるマウントプレートとマウントヘッドの熱歪み
は、同一の熱歪みではないが、これらマウントプレート
とマウントヘッドが円対称であり、同様の対称性があ
る。らせん状に巻いた一本の弾性チューブによって押圧
することにより、均一にマウントプレートを再現性良く
押圧することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す研磨装置の要部断面
図、第２図はこの研磨装置の一部である弾性チューブを
平面視した外観図、第３図は従来の研磨装置の要部外観
図、第４図はマウントプレート上に固定されたシリコン
ウエハの配置を示す図である。 １……定盤、２……マウントプレート、 3a……マウントヘッド、 ４……被研磨材（シリコンウエハ）、5a……加圧軸 ６……弾性チューブ、８……流体、９……弾性板。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下面に被研磨材（４）が固定されたマウン
   トプレート（２）をこのマウントプレート（２）の下方
   に設けられた定盤（１）上に押圧した状態で上記被研磨
   材（４）の下面を研磨するように構成された研磨装置に
   おいて、 上記マウントプレート（２）の上面を押圧するマウント
   ヘッド（3a）が加圧軸（5a）に回転自在にかつ傾斜自在
   に設けられると共に、 上記マウントプレート（２）の上面に弾性板（９）を介
   して内部に流体（８）を充填した断面円形の弾性チュー
   ブ（６）をらせん状に配置し、 この弾性チューブ（６）と、該弾性チューブ（６）の上
   方に配設される上記マウントヘッド（3a）との間に弾性
   板（９）を配置し、 上記マウントヘッド（3a）により上記弾性チューブ
   （６）及び上記弾性板（9,9）を介して上記マウントプ
   レート（２）を押圧するようにした ことを特徴とする研磨装置。