JP4060043B2 - Polishing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は研磨装置、詳しくは研磨定盤の軸受に組み込まれたスラスト荷重を受けるベアリングと、ラジアル荷重を受けるベアリングとの磨耗量の違いによって生じる、研磨中の研磨定盤の回転軸の振動を防ぐ半導体ウェーハの研磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
面取り後、エッチングが施されたシリコンウェーハは、次の研磨工程で、シリコンウェーハの表面に機械的化学的研磨が施される。ここで、研磨装置により、その表面が平滑で無歪の鏡面に仕上げられる。
従来、研磨装置として、上面に研磨布が張設された研磨定盤と、研磨定盤の上方に対向して配置され、下面に1枚のシリコンウェーハが所定の保持構造により保持された研磨ヘッドとを備え、研磨時、この研磨ヘッドを定盤半径方向へ往復動させる枚葉式研磨装置が知られている。
研磨定盤は、研磨布が展張される定盤本体を有している。この定盤本体の下面の中心部には回転軸が垂設され、この回転軸を回転モータにより回転することで、研磨布が定盤本体とともに回転する。
【0003】
研磨時には、研磨砥粒を含む研磨剤(スラリー)を、研磨布に供給しながら、シリコンウェーハを研磨布の表面(研磨作用面)に、所定の相対回転速度および所定の研磨圧で摺接させて研磨する。このとき、研磨ヘッドを定盤半径方向へ往復動させ、シリコンウェーハの外周部の一部を研磨布の外部にはみ出させる。その結果、研磨布のシリコンウェーハとの摺接面の全域において摩擦熱が均一化し、ウェーハ平坦度が高まる。
【0004】
ここで、図5の従来手段に係る研磨装置の概略断面図を参照し、従来の研磨定盤の回転軸の軸受構造を具体的に説明する。
すなわち、図5に示すように、従来の研磨装置100には、上面に研磨布101が展張された研磨定盤102と、研磨定盤102の上方に対向して配置され、下面に1枚のシリコンウェーハWが保持された研磨ヘッド103とを備えている。
研磨定盤102は、主に定盤本体104と、この定盤本体104の回転軸105を垂直状態で軸支する軸受106とから構成されている。
【0005】
この軸受106には、定盤本体104の外周部を下方から支持し、回転軸105に対するスラスト荷重を受けるスラストベアリング107と、回転軸105の軸線方向の上部に配置され、回転軸105へのラジアル荷重を受けるラジアルベアリング108とが組み込まれている。このうち、ラジアルベアリング108は、スラストベアリング107よりも回転軸105の半径方向内側に配置され、回転軸105の外周面にベアリングの内輪を接している。
スラスト荷重は、主に定盤本体104を介して、研磨ヘッド103から回転軸105に作用する研磨圧であり、ラジアル荷重は、主にこの研磨ヘッド103が研磨布101上で往復動する際、この往復動に引きずられる定盤本体104を介して、回転軸105に作用する力である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の研磨装置100にあっては、研磨定盤102の軸受106の内部に、スラスト荷重を受けるベアリング(スラストベアリング107)と、ラジアル荷重を受けるベアリング(ラジアルベアリング108)とが、それぞれ単独で組み込まれていた。
そのため、長期間研磨を行っていると、スラストベアリング107の磨耗量と、ラジアルベアリング108の磨耗量とに違いが発生し、研磨中に回転軸105がガタつき、振動を起こしていた。これにより、シリコンウェーハWの平坦度を低下させ、この振動が激しくなれば、シリコンウェーハWの研磨面を傷つけるおそれもあった。
【0007】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、従来の研磨定盤の軸受に組み込まれた、スラストベアリングとラジアルベアリングとの2個1組のベアリング構造に代え、スラスト荷重とラジアル荷重とを同時に受けるクロスローラベアリングを採用すれば、このような回転軸の振動を抑制できることを知見し、この発明を完成させた。
また、特に往復動する1対の研磨ヘッドが搭載された研磨装置において、研磨定盤の軸線方向から視て、各研磨ヘッドの往復動軌跡とそれぞれ重なる位置にクロスローラベアリングを配置し、各研磨ヘッドを往復動しながら研磨すれば、この往復動研磨時、研磨ヘッドから研磨定盤に作用する研磨圧を、クロスローラベアリングによって良好に受けることができ、その結果、この往復動研磨時、研磨ヘッドの移動方向に向かって下方傾斜する研磨定盤の傾き量を低減することができることを知見し、この発明を完成させた。
【0008】
【発明の目的】
この発明は、研磨中の研磨定盤の回転軸の振動を防止し、この振動による半導体ウェーハの損傷などを低減させることができる研磨装置を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、往復動研磨時における研磨定盤の傾き量を低減させることができ、その結果、この研磨定盤の傾きを原因としたウェーハ平坦度の低下を防止することができる研磨装置を提供することを、その目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、回転自在に設けられた研磨定盤と、この研磨定盤に対向して配置され、この研磨定盤との対向面に半導体ウェーハが保持される研磨ヘッドとを備えた研磨装置において、上記研磨定盤の回転軸が、クロスローラベアリングにより軸支され、上記研磨ヘッドを1対としてこれらが往復動し、上記研磨定盤の軸線方向から視て、環状の上記クロスローラベアリングが、上記1対の研磨ヘッドの往復動軌跡とそれぞれ重なる位置に配置され、上記1対の研磨ヘッドの往復動方向を上記クロスローラベアリングの接線方向とし、該クロスローラベアリングは、上記研磨定盤の回転軸と平行で、かつ上記1対の研磨ヘッドの軸線の往復動軌跡の中間位置を通過する1対の仮想線上に配置されている研磨装置である。
【0010】
この研磨装置は、半導体ウェーハを研磨ヘッドに真空吸着する方式でも、半導体ウェーハを研磨ヘッドにワックス接着するワックスマウント方式でもよい。または、水を含むバックパッドによって半導体ウェーハを研磨ヘッドに保持するワックスレスマウント方式でもよい。その他、研磨ヘッドを研磨定盤の上方に対向して配置してもよいし、これとは上下を反対に配置してもよい。さらに、研磨ヘッドと研磨定盤との軸線方向をそれぞれ水平方向とした縦型の研磨装置でもよい。
研磨布は、通常、研磨定盤の露出面のうち、研磨ヘッドとの対向面に展張される。研磨布としては、例えば硬質ウレタンパッド、CeO2パッドなどが挙げられる。
【0011】
半導体ウェーハは、代表的なシリコンウェーハ以外にも、例えばガリウム砒素ウェーハなど、各種のウェーハを採用することができる。
研磨ヘッドは、研磨定盤との対向面に1枚の半導体ウェーハが保持される枚葉式でも、多数枚の半導体ウェーハが一括して保持されるバッチ式でもよい。また、この研磨ヘッドは、研磨布の表面に沿って往復動する方式でもよいし、往復動しない方式でもよい。往復動する場合には、半導体ウェーハの外周部の一部を研磨布の外部にはみ出して研磨してもよいし、そうでなくてもよい。研磨ヘッドの使用台数は限定されない。1機でもよいし、複数機でもよい。
【0012】
定盤本体の素材は限定されない。ただし、セラミックス、低膨張率の金属(合金を含む)、鋳鉄、鉄鋼などが好ましい。
軸受には、回転軸に作用するスラスト荷重とラジアル荷重とを同時に受けることができるクロスローラベアリングが、1個または複数個組み込まれていればよい。クロスローラベアリングが複数個の場合、それぞれのクロスローラベアリングを近接配置してもよいし、互いに離反状態で配置してもよい。また、2個以上の場合には、各クロスローラベアリングはそれぞれ同じ直径としてもよいし、異なる直径としてもよい。
【0013】
クロスローラベアリングの構造は限定されない。例えば、内輪と外輪との間において、多数個のローラを一括して回転自在に保持する環状の保持板を有するものでも、この保持板を有しないものでもよい。要は、これらの内輪と外輪との間に、周方向へ向かって所定個数置きに、隣り合うもの同士の軸線がそれぞれ交差するように各ローラが配置されていればよい。
研磨定盤を駆動回転する手段には、例えば電動モータ、油圧モータなどが挙げられる。
【0014】
クロスローラベアリングは、研磨定盤の軸線方向から視て、1対の研磨ヘッドの往復動軌跡と一部分でも重なっていればよい。
【0015】
ただし、各研磨ヘッドの往復動方向は、それぞれクロスローラベアリングの接線方向とし、しかも研磨定盤の回転軸と平行で、各研磨ヘッドの往復動中心を通過する仮想線上にクロスローラベアリングを配置するものとする。これにより、1対の研磨ヘッドをクロスローラベアリングの接線方向へ往復動しながら研磨する際、その往復動研磨時の大半において、研磨ヘッドから研磨定盤に作用する研磨圧を、その圧力方向に配置されたクロスローラベアリングにより受けることができる。その結果、クロスローラベアリングを1対の研磨ヘッドの各往復動軌跡と重なる位置にそれぞれ配置した場合の中でも、往復動研磨中の研磨定盤の傾き量をより低減することができる。
研磨ヘッドを往復動させる往復動手段の構造は限定されない。要は、研磨布に半導体ウェーハを接触させた状態で、この研磨ヘッドを所定の往復動ストロークで往復動させることができればよい。
【0016】
【作用】
この発明によると、半導体ウェーハの研磨時には、研磨布に研磨剤を供給し、回転手段により回転軸を回転させることで定盤本体および研磨布を一体的に回転させる一方、回転中の研磨布の研磨作用面に、研磨ヘッドに保持された半導体ウェーハを所定圧力で摺接させ、半導体ウェーハを研磨する。その際、必要により研磨ヘッドを、この研磨作用面上で往復動させる。
研磨定盤の軸受には、クロスローラベアリングが配置されている。これにより、研磨時に回転軸に作用するスラスト荷重とラジアル荷重とは、いずれもクロスローラベアリングが受ける。その結果、長期間研磨を行っても、例えばスラストベアリングとラジアルベアリングとを組み合わせた従来の軸受の場合とは異なり、スラスト荷重を受けるベアリングと、ラジアル荷重を受けるベアリングとの磨耗量が、常時、略同じになる。これにより、従来、両ベアリングの磨耗量の違いによって発生していた研磨中の回転軸の振動を防止し、この振動による半導体ウェーハの損傷などを低減することができる。
【0017】
しかも、環状のクロスローラベアリングを、研磨定盤の軸線方向から視て、1対の研磨ヘッドの往復動軌跡とそれぞれ重なる位置に配置したので、往復動研磨時、研磨ヘッドから研磨定盤に作用する研磨圧を、その圧力方向に配置されたクロスローラベアリングの一部分によって受けることができる。その結果、この往復動研磨中の研磨定盤の傾き量を低減させることができる。よって、この研磨定盤の傾きを原因とした半導体ウェーハの平坦度の低下を防止することができる。
さらに、両研磨ヘッドの往復動方向をクロスローラベアリングの接線方向とし、クロスローラベアリングを、研磨定盤の回転軸と平行で、かつ両研磨ヘッドの軸線の往復動軌跡の中間位置を通過する1対の仮想線上に配置している。その結果、1対の研磨ヘッドをクロスローラベアリングの接線方向へ往復動しながら研磨する際、その往復動研磨時の大半において、研磨ヘッドから研磨定盤に作用する研磨圧を、その圧力方向に配置されたクロスローラベアリングによって受けることができまる。これにより、クロスローラベアリングを、1対の研磨ヘッドの往復動軌跡とそれぞれ重なる位置に配置した場合の中でも、往復動研磨中の研磨定盤の傾き量をさらに低減することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は、この発明の一実施例に係る研磨装置の要部縦断面図である。図2は、この発明の一実施例に係る研磨装置の研磨ヘッドの往復動状態を示す概略平面図である。図3は、この発明の一実施例に係る研磨装置に組み込まれたクロスローラベアリングの斜視図である。図4は、この発明の一実施例に係る研磨装置に組み込まれたクロスローラベアリングの要部拡大断面図である。
図1において、10はこの発明の一実施例に係る研磨装置であり、この研磨装置10は、研磨定盤11と、これに対向して上方に配設され、各下面のウェーハ保持面に1枚のシリコンウェーハWがそれぞれ真空吸着される1対の研磨ヘッド12,12とを備えている。研磨定盤11の上面には、図示しない厚地のスポンジゴムを介してポリウレタン製の研磨布13が展張されている。この研磨装置10では、1対の研磨ヘッド12,12の各シリコンウェーハWを研磨布13の研磨作用面に摺接させたまま往復動することにより、各シリコンウェーハWの表面を1枚ずつ鏡面研磨する。
【0019】
図1および図2に示すように、研磨ヘッド12,12は、後述する研磨定盤11の回転軸18を中心とした対称位置にそれぞれ配置されている。これらの研磨ヘッド12,12は、平面視して円形状のヘッド本体14,14をそれぞれ有している。各ヘッド本体14,14の下部には、ウェーハ保持面(下面)にシリコンウェーハWが真空吸着されるワークチャック15,15がそれぞれ固着されている。また、各ヘッド本体14,14の中央上部には、回転軸16,16がそれぞれ立設されている。
【0020】
図示しない1対のエアシリンダのロッドを出し入れすると、対応する回転軸16,16を介して、研磨ヘッド12,12がそれぞれ垂直に昇降する。また、図示しない1対の回転モータによって各対応する回転軸16,16を回転させると、1対の研磨ヘッド12,12がそれぞれ所定方向へ回転する。これらの研磨ヘッド12,12は、図示しない往復動手段により所定方向へ往復動する。その具体的な往復動方向は、後述するクロスローラベアリング25の接線方向である。この往復動時、それぞれの研磨ヘッド12,12は、互いの移動方向が常に同じとなるように制御される。ただし、各研磨ヘッド12,12の移動方向を、常時反対となるように制御してもよい。こうすれば、各研磨ヘッド12,12からの研磨圧は、常に、研磨定盤11の回転軸18を中心とした対称位置にそれぞれ作用することになる。その結果、クロスローラベアリング25により、これらの研磨ヘッド12,12からの研磨圧をバランス良く受けることができ、往復動研磨中の研磨定盤11の傾き量をさらに低減することができる。
【0021】
次に、図1〜図4を参照して、研磨定盤11の構成を説明する。
図1および図2に示すように、この研磨定盤11は、定盤本体17と、この定盤本体17に展張される上記研磨布13と、この定盤本体17の下面中央部に垂設された上記回転軸18と、ジョイント19を介して、この回転軸18を所定の回転速度で回転させる回転モータ20と、これらの回転軸18、エアシリンダおよび回転モータ20がそれぞれ所定位置に固定される定盤架台21と、この定盤架台21の一部を構成する上枠部21aと上記定盤本体17との間に取り付けられた軸受22とを有している。以下、各構成要素を詳細に説明する。
【0022】
定盤本体17は、平面視して円形状の厚肉な板材である。この定盤本体17の下面外周部には、短尺な円筒形状の内輪ハウジング23が垂設されている。内輪ハウジング23に対する短尺な円筒形状の外輪ハウジング24は、上記上枠部21aに穿設された回転軸挿通孔21cの形成部分の周縁上に立設されている。これらの内輪ハウジング23と外輪ハウジング24との間に、大径な上記クロスローラベアリング25が組み込まれている。軸受22は、主に、これらの内輪ハウジング23、外輪ハウジング24およびクロスローラベアリング25によって構成されている。
回転モータ20は、定盤架台21の別の一部を構成する下枠部21bに立設された門型のモータ取り付け枠21dの上枠部分に垂設されている。その出力軸20aは上向きで、その上端部が回転軸挿通孔21cの内部にゆとりをもって収納されている。もちろん、この出力軸20aと連結される回転軸18の下端部も回転軸挿通孔21cの内部に収納されている。回転モータ20により出力軸20aを回転すると、ジョイント19を介して回転軸18が回転する。これにより、クロスローラベアリング25を介して、研磨布13とともに定盤本体17が所定方向へ水平回転する。
【0023】
次に、図1および図3を参照して、上記クロスローラベアリング25を詳細に説明する。
クロスローラベアリング25は、回転軸18に対して軸線方向から作用するスラスト荷重と、この回転軸18に対して軸線方向に直交する方向から作用するラジアル荷重とを同時に受ける特殊な構造のベアリングである。
具体的には、内輪25aと、外輪25bと、これらの間に配置される多数個のローラ25cと、これらのローラ25cを一括して回転自在に保持する環状のスペーサリテーナ25dとを有している。外輪25bは、その軸線方向の中間位置で2分割されている。また、各ローラ25cは、隣接するもの同士が互いの軸線を交差するようにそれぞれ配列されている。スペーサリテーナ25dは、厚肉で、各ローラ25cとの有効接触長さが長い保持リングである。
【0024】
このように、隣接するローラ25c同士が互いの軸線を交差して配列されているため、内輪25aまたは外輪25bに作用する上記スラスト荷重やラジアル荷重は、それぞれの軸線方向が所定方向に向いた各ローラ25cが受ける。また、スペーサリテーナ25dによりそれぞれのローラ25cを保持するため、従来の各ローラを軸支する環状の薄い鉄板に比べて、各ローラ25cの有効接触長さが長くなり耐負荷性能も大きくなり、ローラ25cの倒れの防止効果が得られる。しかも、クロスローラベアリング25への負荷が増大した場合でも、摩擦抵抗によるローラ25cの円滑な回転が阻害されるおそれは少ない。
また、この一実施例では、クロスローラベアリング25と、上記1対の研磨ヘッド12,12との間に、次の位置関係が存在する。すなわち、各研磨ヘッド12,12の往復動方向が、それぞれクロスローラベアリング25の接線方向で、しかも研磨定盤11の回転軸18と平行で、各研磨ヘッド12,12の往復動中心を通過する1対の仮想線a,a上に、クロスローラベアリング25が配置されている。それぞれの研磨ヘッド12,12の往復動中心とは、各研磨ヘッド12,12の軸線の往復動軌跡の中間位置を意味する。
【0025】
次に、研磨装置10によるシリコンウェーハWの研磨方法を説明する。
図1に示すように、研磨時には、まず図示しない真空発生装置により発生した負圧力により、各研磨ヘッド12,12のワークチャック15,15のウェーハ保持面にシリコンウェーハWをそれぞれ真空吸着する。
その後、定盤本体17の表面に展張された研磨布13の中心部上に、図示しないスラリーノズルを介して研磨剤を5リットル/分で供給する。この研磨剤の供給を維持しながら、図示しない1対の回転モータにより、対応する研磨ヘッド12,12を所定の回転速度でそれぞれ回転する。さらに、図示しないエアシリンダの所定量のロッドの突出により研磨ヘッド12,12を下降させ、各シリコンウェーハWに所定の研磨圧をそれぞれ作用させる。これらの研磨圧を維持して、各シリコンウェーハWの研磨面を研磨布13の研磨作用面に押し付ける。このときの具体的な押し付け位置は、前述した1対の仮想線a,a上となる。これにより、それぞれの押し付け位置の真下には、クロスローラベアリング25が存在する。
【0026】
しかも、図示しない往復動機構により、これらの研磨ヘッド12,12は、クロスローラベアリング25の上記各対向する部分の接線方向へ向かってそれぞれ往復動する(図2参照)。このとき、それぞれのシリコンウェーハWの外周部の一部は研磨布13の外部にはみ出される。
これにより、研磨定盤11上で1対の研磨ヘッド12,12がそれぞれ回転し、しかも各研磨ヘッド12,12は前述した方向へ往復動しながら、それぞれのシリコンウェーハWが、研磨剤を保有した研磨布13によって表面研磨される。
【0027】
このように、クロスローラベアリング25を、1対の研磨ヘッド12,12の往復動軌跡とそれぞれ重なる位置に配置したので、研磨ヘッド12,12から研磨定盤11に作用する研磨圧を、その圧力方向に配置されたクロスローラベアリング25によって受けることができる。その結果、往復動研磨中の研磨定盤11の傾き量を低減させることができる。よって、このような研磨定盤11の傾きを原因としたシリコンウェーハWの平坦度の低下を防止することができる。
しかも、各研磨ヘッド12,12の往復動方向を、それぞれクロスローラベアリング25の接線方向とし、しかも研磨定盤11の回転軸18と平行で、各研磨ヘッド12,12の往復動中心を通過する1対の仮想線a,a上にクロスローラベアリング25を配置したので、1対の研磨ヘッド12,12をクロスローラベアリング25の接線方向へ往復動しながら研磨する際、その往復動研磨時の大半において、研磨ヘッド12,12から研磨定盤11に作用する研磨圧を、その圧力方向に配置されたクロスローラベアリング25によって受けることができる。これにより、クロスローラベアリング25を、1対の研磨ヘッド12,12の往復動軌跡とそれぞれ重なる位置に配置した場合の中でも、往復動研磨中の研磨定盤11の傾き量をさらに低減することができる。
【0028】
また、往復動研磨中、回転軸18には、1対の研磨ヘッド12,12からのスラスト荷重と、1対の研磨ヘッド12,12の往復動力などによるラジアル荷重とが同時に作用する。これらのスラスト荷重とラジアル荷重とは、ともに軸受22に組み込まれた1個のクロスローラベアリング25が受ける。具体的には、上記スラスト荷重は、クロスローラベアリング25の全周において、外輪25bと各ローラ25cとの間の位置Paの周辺で受ける(図2参照)。また、1対の研磨ヘッド12,12の往復動に伴うラジアル荷重は、内輪25aにおけるヘッド往復動方向の両側に該当する対抗位置Pb,Pbの周辺で受ける。
その結果、長期間にわたって研磨作業を行っても、例えば従来のスラストベアリングとラジアルベアリングとを組み合わせた軸受の場合とは異なり、スラスト荷重を受けるベアリングと、ラジアル荷重を受けるベアリングとの磨耗量が、常時、略同じになる。そのため、研磨中の回転軸18の振動を防止し、この振動によるシリコンウェーハWの平坦度の低下、シリコンウェーハWの損傷などを低減させることができる。
【0029】
【発明の効果】
この発明によれば、回転軸の軸受に、従来のスラストベアリングとラジアルベアリングとの2個1組のベアリング構造に代え、スラスト荷重とラジアル荷重とを同時に受けるクロスローラベアリングを組み込んだため、研磨中の研磨定盤の回転軸の振動を防止し、その振動による半導体ウェーハの損傷などを低減させることができる。
【0030】
また、環状のクロスローラベアリングを、研磨定盤の軸線方向から視て、1対の研磨ヘッドの往復動軌跡とそれぞれ重なる位置に配置したので、研磨ヘッドを研磨布の研磨作用面上で往復動しながら研磨する際、研磨ヘッドから研磨定盤に作用する研磨圧を、その圧力方向に存在するクロスローラベアリングが受ける。これにより、この往復動研磨中の研磨定盤の傾き量を低減させることができる。よって、この傾きを原因とした半導体ウェーハの平坦度の低下を防止することができる。
さらに、両研磨ヘッドの往復動方向をクロスローラベアリングの接線方向とし、クロスローラベアリングを、研磨定盤の回転軸と平行で、かつ両研磨ヘッドの軸線の往復動軌跡の中間位置を通過する1対の仮想線上に配置している。その結果、1対の研磨ヘッドをクロスローラベアリングの接線方向へ往復動しながら研磨する際、その往復動研磨時の大半において、研磨ヘッドから研磨定盤に作用する研磨圧を、その圧力方向に配置されたクロスローラベアリングによって受けることができまる。これにより、クロスローラベアリングを、1対の研磨ヘッドの往復動軌跡とそれぞれ重なる位置に配置した場合の中でも、往復動研磨中の研磨定盤の傾き量をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に係る研磨装置の要部縦断面図である。
【図2】 この発明の一実施例に係る研磨装置の研磨ヘッドの往復動状態を示す概略平面図である。
【図3】 この発明の一実施例に係る研磨装置に組み込まれたクロスローラベアリングの斜視図である。
【図4】 この発明の一実施例に係る研磨装置に組み込まれたクロスローラベアリングの要部拡大断面図である。
【図5】 従来手段に係る研磨装置の概略断面図である。
【符号の説明】
10 研磨装置、
11 研磨定盤、
12 研磨ヘッド、
18 回転軸、
22 軸受、
25 クロスローラベアリング、
W シリコンウェーハ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the vibration of the rotating shaft of the polishing surface plate during polishing caused by the difference in the amount of wear between the bearing that receives the thrust load and the bearing that receives the radial load, which is incorporated in the polishing surface plate bearing. The present invention relates to a semiconductor wafer polishing apparatus for preventing.
[0002]
[Prior art]
After the chamfering, the etched silicon wafer is subjected to mechanical chemical polishing on the surface of the silicon wafer in the next polishing step. Here, the surface is finished to a smooth and undistorted mirror surface by the polishing apparatus.
2. Description of the Related Art Conventionally, as a polishing apparatus, a polishing surface plate having a polishing cloth stretched on its upper surface, and a polishing head that is disposed facing the upper surface of the polishing surface plate and one silicon wafer is held on a lower surface by a predetermined holding structure There is known a single wafer polishing apparatus that reciprocates the polishing head in the radial direction of the platen during polishing.
The polishing surface plate has a surface plate body on which the polishing cloth is stretched. A rotating shaft is suspended from the center of the lower surface of the surface plate body, and the polishing cloth rotates together with the surface plate body by rotating the rotating shaft by a rotation motor.
[0003]
During polishing, a silicon wafer is brought into sliding contact with the surface of the polishing cloth (polishing working surface) at a predetermined relative rotational speed and a predetermined polishing pressure while supplying an abrasive (slurry) containing abrasive grains to the polishing cloth. And polish. At this time, the polishing head is reciprocated in the radial direction of the surface plate, and a part of the outer peripheral portion of the silicon wafer is protruded outside the polishing cloth. As a result, the frictional heat is uniformized over the entire sliding surface of the polishing cloth with the silicon wafer, and the wafer flatness is increased.
[0004]
Here, with reference to the schematic sectional view of the polishing apparatus according to the conventional means of FIG. 5, the bearing structure of the rotating shaft of the conventional polishing surface plate will be specifically described.
That is, as shown in FIG. 5, in a
The
[0005]
The
The thrust load is a polishing pressure mainly acting on the rotating
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the
Therefore, when polishing is performed for a long period of time, a difference occurs between the wear amount of the thrust bearing 107 and the wear amount of the radial bearing 108, and the rotating
[0007]
Therefore, as a result of earnest research, the inventor has replaced the bearing structure of a pair of thrust bearings and radial bearings incorporated in the bearing of the conventional polishing surface plate, and is a cross that simultaneously receives thrust loads and radial loads. It has been found that if a roller bearing is used, such vibration of the rotating shaft can be suppressed, and the present invention has been completed.
In addition, in a polishing apparatus equipped with a pair of reciprocating polishing heads in particular, a cross roller bearing is disposed at a position overlapping with the reciprocal movement trajectory of each polishing head as viewed from the axial direction of the polishing surface plate, If polishing is performed while reciprocating the head, the polishing pressure acting on the polishing surface plate from the polishing head can be satisfactorily received by the cross roller bearing during this reciprocating polishing. As a result, during this reciprocating polishing, polishing is performed. The present invention was completed by discovering that the amount of inclination of the polishing surface plate inclined downward in the moving direction of the head can be reduced.
[0008]
OBJECT OF THE INVENTION
An object of the present invention is to provide a polishing apparatus that can prevent vibration of a rotating shaft of a polishing surface plate during polishing and reduce damage to a semiconductor wafer due to the vibration.
In addition, the present invention can reduce the amount of inclination of the polishing surface plate during reciprocating polishing, and as a result, a polishing apparatus capable of preventing a decrease in wafer flatness due to the inclination of the polishing surface plate. The purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 comprises: a polishing surface plate provided rotatably; and a polishing head disposed opposite to the polishing surface plate and holding a semiconductor wafer on a surface facing the polishing surface plate. In the polishing apparatus provided, the rotating shaft of the polishing platen is pivotally supported by a cross roller bearing , and the polishing head reciprocates as a pair, and the annular platen is viewed from the axial direction of the polishing platen. Cross roller bearings are arranged at positions that overlap with the reciprocation trajectories of the pair of polishing heads, respectively, and the reciprocation direction of the pair of polishing heads is a tangential direction of the cross roller bearings. The polishing apparatus is disposed on a pair of imaginary lines that are parallel to the rotation axis of the polishing surface plate and pass through an intermediate position of the reciprocation locus of the axis of the pair of polishing heads .
[0010]
This polishing apparatus may be a system that vacuum-sucks a semiconductor wafer to a polishing head or a wax mount system that wax-bonds a semiconductor wafer to a polishing head. Alternatively, a waxless mount method in which the semiconductor wafer is held on the polishing head by a back pad containing water may be used. In addition, the polishing head may be disposed above the polishing surface plate, or may be disposed upside down. Further, it may be a vertical polishing apparatus in which the axial directions of the polishing head and the polishing surface plate are horizontal.
The polishing cloth is usually spread on the surface of the polishing surface plate that faces the polishing head. Examples of the polishing cloth include a hard urethane pad and a CeO 2 pad.
[0011]
As the semiconductor wafer, various wafers such as a gallium arsenide wafer can be adopted in addition to a typical silicon wafer.
The polishing head may be a single wafer type in which one semiconductor wafer is held on the surface facing the polishing surface plate, or a batch type in which a large number of semiconductor wafers are held together. The polishing head may be reciprocated along the surface of the polishing pad or may be non-reciprocal. When reciprocating, a part of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer may be protruded outside the polishing cloth and may or may not be polished. The number of polishing heads used is not limited. There may be one or more.
[0012]
The material of the surface plate body is not limited. However, ceramics, low expansion metals (including alloys), cast iron, steel and the like are preferable.
One or a plurality of cross roller bearings that can simultaneously receive a thrust load and a radial load acting on the rotating shaft may be incorporated in the bearing. When there are a plurality of cross roller bearings, the cross roller bearings may be arranged close to each other or may be arranged apart from each other. In the case of two or more, each cross roller bearing may have the same diameter or different diameters.
[0013]
The structure of the cross roller bearing is not limited. For example, between the inner ring and the outer ring, it may have an annular holding plate that holds a large number of rollers in a rotatable manner, or may not have this holding plate. In short, it is only necessary that the rollers are arranged between the inner ring and the outer ring so that the axis lines of adjacent ones cross each other at a predetermined number in the circumferential direction.
Examples of means for driving and rotating the polishing surface plate include an electric motor and a hydraulic motor.
[0014]
The cross roller bearing only needs to partially overlap with the reciprocation locus of the pair of polishing heads when viewed from the axial direction of the polishing surface plate.
[0015]
However, the reciprocating direction of each polishing head is the tangential direction of the cross roller bearing, and the cross roller bearing is disposed on a virtual line passing through the center of reciprocation of each polishing head, parallel to the rotation axis of the polishing surface plate. Shall. As a result, when polishing a pair of polishing heads while reciprocating in the tangential direction of the cross roller bearing, in most of the reciprocating polishing, the polishing pressure acting on the polishing platen from the polishing heads in the pressure direction is increased. It can be received by the arranged cross roller bearing. As a result, it is possible to further reduce the amount of inclination of the polishing surface plate during the reciprocating polishing even when the cross roller bearings are arranged at positions overlapping with the reciprocating trajectories of the pair of polishing heads.
The structure of the reciprocating means for reciprocating the polishing head is not limited. In short, it is only necessary that the polishing head can be reciprocated with a predetermined reciprocating stroke while the semiconductor wafer is in contact with the polishing cloth.
[0016]
[Action]
According to the present invention, during polishing of the semiconductor wafer, the surface plate body and the polishing cloth are integrally rotated by supplying the polishing agent to the polishing cloth and rotating the rotating shaft by the rotating means. A semiconductor wafer held by a polishing head is brought into sliding contact with the polishing surface at a predetermined pressure to polish the semiconductor wafer. At that time, if necessary, the polishing head is reciprocated on the polishing surface.
A cross roller bearing is disposed in the bearing of the polishing surface plate. As a result, both the thrust load and the radial load acting on the rotating shaft during polishing are received by the cross roller bearing. As a result, even if grinding is performed for a long time, the amount of wear between the bearing that receives the thrust load and the bearing that receives the radial load is always different, for example, unlike a conventional bearing that combines a thrust bearing and a radial bearing. It becomes almost the same. As a result, it is possible to prevent the vibration of the rotating shaft during polishing, which has conventionally been caused by the difference in the amount of wear of both bearings, and to reduce damage to the semiconductor wafer due to this vibration.
[0017]
In addition, since the annular cross roller bearings are arranged at positions overlapping with the reciprocal movement trajectories of the pair of polishing heads as viewed from the axial direction of the polishing surface plate, the polishing head acts on the polishing surface plate during reciprocating polishing. The polishing pressure to be applied can be received by a part of the cross roller bearing arranged in the pressure direction. As a result, the amount of inclination of the polishing surface plate during the reciprocating polishing can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the flatness of the semiconductor wafer from being lowered due to the inclination of the polishing surface plate.
Further, the reciprocating direction of both polishing heads is the tangential direction of the cross roller bearing, and the cross roller bearing is parallel to the rotation axis of the polishing surface plate and passes through the intermediate position of the reciprocating locus of the axis of both polishing heads. It is arranged on a pair of virtual lines. As a result, when polishing a pair of polishing heads while reciprocating in the tangential direction of the cross roller bearings, the polishing pressure acting on the polishing platen from the polishing heads in the reciprocating polishing is mostly in the pressure direction. It can be received by the arranged cross roller bearing. Thereby, even when the cross roller bearings are arranged at positions overlapping with the reciprocating trajectories of the pair of polishing heads, the amount of inclination of the polishing surface plate during the reciprocating polishing can be further reduced.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part of a polishing apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view showing a reciprocating state of the polishing head of the polishing apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view of a cross roller bearing incorporated in a polishing apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a cross roller bearing incorporated in a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1,
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 2, the polishing heads 12 and 12 are respectively arranged at symmetrical positions around a
[0020]
When the rods of a pair of air cylinders (not shown) are taken in and out, the polishing heads 12 and 12 are vertically moved up and down via the corresponding
[0021]
Next, the configuration of the polishing
As shown in FIGS. 1 and 2, the polishing
[0022]
The
The
[0023]
Next, the
The
Specifically, it has an
[0024]
In this way, since the
In this embodiment, the following positional relationship exists between the
[0025]
Next, a method for polishing the silicon wafer W by the polishing
As shown in FIG. 1, at the time of polishing, first, the silicon wafer W is vacuum-sucked to the wafer holding surfaces of the work chucks 15 and 15 of the polishing heads 12 and 12 by a negative pressure generated by a vacuum generator (not shown).
Thereafter, an abrasive is supplied at a rate of 5 liters / minute through a slurry nozzle (not shown) onto the center of the
[0026]
Moreover, the polishing heads 12 and 12 reciprocate in the tangential direction of the opposing portions of the
As a result, the pair of polishing heads 12 and 12 rotate on the polishing
[0027]
As described above, the
In addition, the reciprocating direction of each polishing
[0028]
Further, during reciprocating polishing, a thrust load from the pair of polishing heads 12 and 12 and a radial load due to the reciprocating power of the pair of polishing heads 12 and 12 act simultaneously on the
As a result, even if polishing work is performed over a long period of time, the amount of wear between the bearing receiving the thrust load and the bearing receiving the radial load is different from, for example, a combination of a conventional thrust bearing and a radial bearing. Always the same. Therefore, the vibration of the
[0029]
【The invention's effect】
According to this invention, instead of the conventional thrust bearing and radial bearing pair structure, the cross roller bearing that receives both the thrust load and the radial load is incorporated in the bearing of the rotary shaft. The vibration of the rotating shaft of the polishing surface plate can be prevented, and damage to the semiconductor wafer due to the vibration can be reduced.
[0030]
In addition, since the annular cross roller bearing is disposed at a position overlapping with the reciprocal movement trajectory of the pair of polishing heads as viewed from the axial direction of the polishing surface plate, the polishing head is reciprocated on the polishing surface of the polishing cloth. While polishing, the cross roller bearing existing in the pressure direction receives the polishing pressure acting on the polishing platen from the polishing head. Thereby, the amount of inclination of the polishing surface plate during the reciprocating polishing can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the flatness of the semiconductor wafer from being lowered due to this inclination.
Further, the reciprocating direction of both polishing heads is the tangential direction of the cross roller bearing, and the cross roller bearing is parallel to the rotation axis of the polishing surface plate and passes through the intermediate position of the reciprocating locus of the axis of both polishing heads. It is arranged on a pair of virtual lines. As a result, when polishing a pair of polishing heads while reciprocating in the tangential direction of the cross roller bearings, the polishing pressure acting on the polishing platen from the polishing heads in the reciprocating polishing is mostly in the pressure direction. It can be received by the arranged cross roller bearing. Thereby, even when the cross roller bearings are arranged at positions overlapping with the reciprocating trajectories of the pair of polishing heads, the amount of inclination of the polishing surface plate during the reciprocating polishing can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing a reciprocating state of a polishing head of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a cross roller bearing incorporated in a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a cross roller bearing incorporated in a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view of a polishing apparatus according to conventional means.
[Explanation of symbols]
10 Polishing device,
11 Polishing surface plate,
12 polishing head,
18 rotation axis,
22 bearings,
25 Cross roller bearing,
W Silicon wafer.
Claims (1)
この研磨定盤に対向して配置され、この研磨定盤との対向面に半導体ウェーハが保持される研磨ヘッドとを備えた研磨装置において、
上記研磨定盤の回転軸が、クロスローラベアリングにより軸支され、
上記研磨ヘッドを1対としてこれらが往復動し、
上記研磨定盤の軸線方向から視て、環状の上記クロスローラベアリングが、上記1対の研磨ヘッドの往復動軌跡とそれぞれ重なる位置に配置され、
上記1対の研磨ヘッドの往復動方向を上記クロスローラベアリングの接線方向とし、
該クロスローラベアリングは、上記研磨定盤の回転軸と平行で、かつ上記1対の研磨ヘッドの軸線の往復動軌跡の中間位置を通過する1対の仮想線上に配置されている研磨装置。A polishing surface plate provided rotatably,
In a polishing apparatus provided with a polishing head disposed opposite to the polishing surface plate and holding a semiconductor wafer on the surface facing the polishing surface plate,
The rotating shaft of the polishing surface plate is supported by a cross roller bearing ,
These polishing heads reciprocate as a pair,
When viewed from the axial direction of the polishing surface plate, the annular cross roller bearings are arranged at positions that respectively overlap with the reciprocating movement trajectories of the pair of polishing heads,
The reciprocating direction of the pair of polishing heads is the tangential direction of the cross roller bearing,
The cross roller bearing is disposed on a pair of imaginary lines that are parallel to the rotation axis of the polishing surface plate and pass through an intermediate position of the reciprocation locus of the axis of the pair of polishing heads .
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