JPH012857A

JPH012857A - ウエーハの研摩方法及び研摩装置

Info

Publication number: JPH012857A
Application number: JP62-272658A
Authority: JP
Inventors: 橘田　知
Original assignee: 不二越機械工業株式会社
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1989-01-06
Anticipated expiration: 2010-05-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、半導体、ガラス等のウェーハの研摩に好適な
研摩方法及び研摩装置に関する６（従来の技術）従来半導体ウェーハの研摩は第７図（ａ）に示すように
して行なわれていた。すなわちウェーハＷをプレート１
の一面にマウンティング材、ワックス等で貼付し、この
プレート１を、上面にパフ（研摩布）２を接着した水平
旋回するターンテーブル３上に、ウェーハを貼付した面
を下にして載せ、プレート１上面をウェイト４を載せた
逆皿状のトップリング５で押圧し、ノズル６から砥液７
を供給しながら上記バフ２とウェーハＷとの間に相対滑
りを生じさせ研摩するものである。

あるいは第７図（ｂ）に示すように、ターンテーブル３
に載せたプレート１を、上下駆動される下面が逆皿状の
回転トップリング基で押圧し、プレ−ト１上面に冷却水
を循環させながら研摩する。

弾性シールリング９は冷却水の漏出を防ぐものである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の研摩装置では、第７図（ａ）
、（ｂ）から明らかなように、プレート１が逆皿状のト
ップリング５または旦によってその上面周縁を局部的に
抑圧されるため、第８図（ａ）、（ｂ）に示すように、
プレート面が中高の曲面となり、ウェーハ而に外ずり（
プレートの周辺側１こ位置する部分が多く削られること
）を生じ平行度が損なわれるという欠点があった。

近年半導体デバイスの高集積化等に伴い、半導体ウェー
ハには従来よりさらに高平行度及び高平坦度が要求され
るようになったので、前記欠点を全く解消しなければこ
れに対応できない情勢となり、研摩時に前記プレート１
に撓み変形を生ぜず。

より高い平坦度が保たれる方法及び装置が要望されてき
た。

かかる問題点を解決する手段として、第７図（、）の場
合、プレー１〜１の中心部の荷重が周辺部の荷重よりも
大きくなるようプレートに荷重を加える方法が提案され
ている（特開昭５７−１９４８７４）。この方法は、プ
レート中央に鋼球とこの鋼球を受ける半球状の窪みから
なる受座を設け、プレートを連結体を介して支軸に対し
揺回動自在に支持し。

上記鋼球を介して支軸により上方から連結体に荷重を加
えるようにしたものである。

しかし、上記方法では、プレート中心に荷重がかかるた
め周辺部への荷重が減少し、プレート全体にわたる均一
な抑圧を実現することは不可能である。

また、第７図（ｂ）の場合は、冷却水の温度を下げてプ
レート１の上面を冷却、収縮させ、プレートを平面化す
ることもできるが、トップリングの重さ、ウェーハの大
きさと枚数、冷却水の温度と流量等の多数の条件を調節
しなければならず、非常に複雑で実用的でない。

（問題点を解決するための手段）本発明はかかる問題点を解決するため、研摩時のプレー
トの平坦度を高く保ってウェーハが高精度の平行、平坦
面を有するように研摩する研摩方法及び研摩装置を提供
するするもので、第１の発明は、一面にウェーハを貼付
した回転可能なプレートを、ターンテーブル上に鎖部を
下にして載せ、下部が逆皿状のトップリングで該プレー
トを押圧し、ウェーハとターンテーブルとの相対滑りに
よってウェーハを鏡面研摩する°にあたり、該トップリ
ング下面に可撓性薄膜を張設して密閉空間を形成し、該
密閉空間に圧力流体を供給して該プレートを押圧するこ
とを特徴とするウェーハの研摩方法であり、第２の発明は、一面にウェーハを貼付した回転可能なプ
レートと、該プレートを核部を下にして載せるターンテ
ーブルと、該プレートを押圧する下部が逆皿状トップリ
ングとよりなり、ウェーハとターンテーブルとの相対滑
りによってウェーハを鏡面研摩する研摩装置において、
該トップリング下面に可撓性薄膜を張設して密閉空間を
形成し、該密閉空間に圧力流体を供給する流体供給源と
該圧力流体の圧力調節機構を設けてなることを特徴とす
るウェーハの研摩装置である。

上記トップリング内に形成される密閉空間に圧力流体を
供給すれば、該圧力流体が可撓性薄膜（以下押し板とい
う）を介してプレート上面を押圧し、圧力調節機構で流
体圧力を調節することによりプレート１の撓み変形を実
質的になくシ、これの平坦度を高く保ち、この結果、半
導体ウェーハ等を高精度の平行、平坦面を有するように
研摩することができる。

（作用）以下に本発明の作用を添付図面に基いて詳しく説明する
。

まず、本発明の装置の一例を原理的に示す第１図及び第
２図（ａ）、（ｂ）によって説明すると、３は図示矢印
方向に一定速度で水平に回転駆動されるターンテーブル
であり、この上にはバフ２が接着され、外周部上方には
回転自在のトップリング８が垂下している。トップリン
グ旦の下部には四部が形成され、中に逆皿状の押圧箱１
ｏが収納されており、その下面は前記押し板１１で閉塞
され密閉空間１２が形成される。この密閉空間１２には
圧力調節機［１３を経て二重円筒構造をなす流体供給管
１４及び流体排出管１５が開口している。

つぎに下面に複数の半導体ウェーハＷを貼付したプレー
ト１をウェーハ貼付面を下にしてターンテーブル３のバ
フ２上に載置し、上方からトップリング乱を下降させ、
この下面に張設した押し板１１をプレート１の上面に接
触させる。ついで、流体供給管１４から圧縮エアーを密
閉空間１２に供給すれば、該圧縮エアーの圧力は押し板
１１を介してプレート１上面に作用し、これを押圧する
。

ここで、圧力調節機構１３によって圧縮エアーの圧力を
調節しプレート１上面に作用する圧力を変えると、押し
板１１及びプレート１が第２図（ａ）。

（ｂ）に示すように撓み変形する。すなわち前記抑圧箱
ｌＯの下端周縁圧力よりエアー圧力を低くすれば、第２
図（ａ）に示すように押し板１１とプレート１は上に凸
の中高曲面をなし、ウェーハ面は外すすされ、逆に高く
すれば、第２図（ｂ）に示すように下に凸の中低曲面と
なり、ウェーハ面は中すり（プレートの中心付近に位置
する部分が多く削られること）される。

したがって圧力調節機構１３によって圧縮エアーの圧力
を調節し、押し板１１を介してプレート１上面に均一に
圧力が作用するようにすれば、第２図（ａ）、（ｂ）と
は異なる中間の状態、すなわちプレート１に撓み変形が
生じない状態を得ることができ、この結果プレート１の
下面に貼付された半導体ウェーハＷを高精度の平行、平
坦面を有するように研摩することができる。なお゛姓導
体つェーハＷを研摩する際に発生する摩擦熱は、ノズル
６から噴出する砥液７またはターンテーブル３の図示し
ない冷却水の温度を下げて取り去るようにすればよい。

第３図（ａ）、（ｂ）には本発明の他の例を示すが、押
し板１１を環状に成形し、これを押圧箱１０の下面周囲
にねじ１６によって張り付けている。これによれば、半
導体ウェーハＷを貼付していないプレート１の中心部は
押圧されないため、半導体ウェーハＷの研摩面は一層均
等に押圧され高精度に研摩される。

また第４図には本発明のさらに他の例を示すが。

トップリング乱に半導体ウェーハＷと同数の抑圧箱１０
（たとえば６個）を設け、各抑圧箱ｌＯの下面に押し板
１１を張設して各抑圧箱１０内に形成される密閉空間１
２に圧縮エアーを供給するようにしたものである。これ
によればさらにウェーハの研摩精度をあげることができ
る。

（実施例）つぎに本発明の装置の実施例を第５図、第６図によって
さらに詳しく説明する。

円板状のターンテーブル３はモータ等を含む図示しない
駆動装置によって中心軸まわりに所定の速度で水平に回
転駆動され、その上面には適度の弾性を有するバフ２が
接着されている。またこのターンテーブル３の外周部上
方には複数（本実施例では４本）のロッド１７（図では
１本のみ表示）が垂設され、各ロッド１７は上部ロッド
１７ａと下部ロッド１７ｂとをフランジ１８．１９及び
ボルト２０にて連結一体化して構成される。ロッド１７
は上部ロッド１７ａに結着された上下作動板２１を介し
て図示しない上下駆動装置によって上下駆動され、その
下端部にはステンレス鋼（ｓｕｓ３０４）にて逆皿状に
成形されたトップリング旦が上下動自在に遊嵌されてい
る。　そして、上記トップリング−〇−の上面には円筒
状の保護パイプ２２が下部ロッド１７ｂの外周を被うよ
うにしてボルト２３にて結着され、ロッド保護パイプ２
２の外周側には鉛にてリング状に成形された複数枚（図
示例では９枚）のウェイト２４が載置されており、これ
らウェイト２４はねじ２５によって一体的に固定され、
その上面及び外周部はステンレス鋼（ｓｕｓ３０４）製
のウェイトカバー２６，２７にて被われる。またトップ
リング旦の下面にはＶリング当て金２８とスライダー押
さえリング２９とが上下２段にボルト３０．３１にて結
着され、これらＶリング当て金２８とスライダー押さえ
リング２９との間に形成される空間内にはリング状のス
ライダー３２が摺動自在に嵌装されている。そして、こ
のスライダ−３２内周部には前記下部ロッド１７ｂの下
端外周に摺接するオイルシール３３が上下２段に保持さ
れ、スライダー３２の外周部には前記Ｖリング当て金２
８の下面に摺接するＶリング３４が嵌合保持されている
。なおＶリング当て金２８のトップリング炙下面への接
合部はＯリング３５によって気密が保たれる。

またトップリング基の下面はシリコンゴムにて薄円板状
に成形された押し板１１にて閉塞されるが、トップリン
グ基の下面周縁には２つのリング状凹溝８ａ、８ｂが同
心状に形成され、他方押し板１１の上面周縁には同心状
に２つのリング状突起１１ａ、１１ｂが突設され、それ
ぞれ前記凹溝８ａ、８ｂ内に嵌合させることによって押
し板１１はトップリング下面に気密に張設される。かく
て、トップリング８内には気密にシールされた密閉空間
１２が形成され、この空間には前記ロッド１７内に穿設
された流体供給孔３６の一端が開口している。そして密
閉空間１２には第６図に示す流体供給系を経て所定圧力
の圧縮エアーが供給される。

しかして、上記押し板１１で前記バフ２に押圧されてい
るプレート１はセラミック等の剛性の高い材料にて平板
状に形成され、該プレート１の下面には複数枚（本実施
例では４枚）のウェーハである薄円板状のウェーハＷが
ワックス等で貼付されている。プレート１の外周は回転
自在な支持ローラ３７によって支えられているので、プ
レート１がトップリング基から脱落することはない。

つぎに、前記トップリング鼻内に形成される密閉空間１
２へ所定圧力の圧縮エアーを供給する流体供給系競の構
成を第６図に基いて説明する。３は図示矢印方向に回転
駆動される前記ターンテーブルであり、その上面側には
複数（図示例では４つ）のトップリング基が等角度ピッ
チ（図示例では９０゜ピッチ）でその中心軸周りに回転
可能に配されており、各トップリング−β−の下部には
前記密閉空間１２が形成されている。

また３９はエアーコンプレッサー等のエアー供給源で、
その吐出側に接続される管路ａの中間にエアーフィルタ
ー４０及びエアーレギュレーター４１が介設されている
。そして、管路ａからは管路ｂ、各管路すからはさらに
管路Ｃが分岐し、各管路Ｃの端部はロッド１７内に嵌設
された前記流体供給孔３６に接続される。なお各管路Ｃ
にはブースターリレー４４．電磁弁４３及び圧力センサ
ー４２が介設され。

ブースターリレー４４には精密コントローラ４５、圧力
計４６及びサイレンサー４７が併設される。精密コント
ローラ４５は前記圧力センサー４２から送られてくる電
気信号に基いて、トップリング見向の密閉空間１２へ供
給される圧縮エアーの圧力を所定値に保つべく制御する
ものである。

つぎに本研摩装置による研摩方法を説明する。

ターンテーブル３は図示しない駆動装置によってその中
心軸周りに一定速度で回転駆動されており、このとき各
トップリング見向に形成された密閉空間１２には第６図
に示す流体供給系並から所定圧力の圧縮エアーが供給さ
れる。すなわちエアーコンプレッサー３９で発生する圧
縮エアーは、エアーフィルター４０及びエアーレギュレ
ーター４１を経て管路ａから管路す、　ｃへと流れ、ブ
ースターリレー４４及び電磁弁４３を経て第５図に示す
各ロッド１７の流体供給孔３６からトップリング−βユ
内の密閉空間１２へ供給される。このとき密閉空間１ｚ
へ供給されるエアーの圧力ｐｃＬ□の大きさは、前記精
密コントローラ４５によって調節されるが、トップリン
グ基とウェイト２４との総重量Ｇ、ウェーハＷの総研摩
面積Ａ′と研摩圧力Ｐ、エアーの圧力ｐ（２ｉｆ及び押
し板１１のプレート１上面への接触面積Ａの間にはつぎ
の関係がなりたつ。

Ｇ＝ＰＸＡ’　＝＝ｐｃＬ、、ＸＡＡ′は一定であるから、上式より明らかなように、最適
Ｐを得るようＧを調節する。同時に押し板１１がプレー
ト１の全接触面積Ａを均一に押圧するようｐ、Ｚ□の値
を調節しなければならない。

第５図では、研摩圧力Ｐを変えるために、ウェイト２４
を増減するが、必ずしもウェイト２４の加減のみによら
ず、別の方法たとえばバネの伸縮応力、流体圧力（エア
ーシリンダー、油圧シリンダー等）などを利用してもよ
い。

このようにエアー圧力ｐ（２Ｌ□を適当に調節すれば、
プレート１上面にほぼ全面にわたって均一な荷重が押し
板１１を介して加わり、プレート１の撓み変形をなくし
てこれの平坦度を高く保ち、プレート１下面に貼付され
たすべてのウェーハＷは全面にわたって均一な圧力Ｐを
受ける。

しかして、ターンテーブル３上のバフ２には半径方向に
周速度差があるので、半導体ウェーハＷ。

プレート１、トップリング見、ウェイト２４等はロッド
１７の周りを回転する。この回転によって半導体ウェー
ハＷとバフ２との間には相対滑りが生じ。

各半導体ウェーハＷは図示しないノズルから砥液の供給
を受けながらバフ２によって鏡面研摩される。　ここで
エアー圧力ｐ、２．’）−の値を適当に調節すれば、プ
レート１の撓み変形をなくしてこれの平坦度を高く保つ
ことができるため、半導体ウェーハＷが高精度に研摩さ
れてその平行度及び平坦度が高く保たれ、近年の半導体
デバイスの高集積化に伴い半導体ウェーハに要求される
精度を充分満足し得るものとなる。

つぎに本発明方法及び従来方法によりウェーハを研摩し
たときの平坦度（厚さのばらつき単位μｍ）を下表に示
す。

いずれも試料４００枚の平均である。

また本発明によれば、ウェーハの表面を意図的に凹また
は凸あるいはウェーハの研摩面周辺端の面取りを行うこ
とも容易である。

なお以上の実施例においては、本発明に係わる研摩方法
及び研摩装置を特に半導体ウェーハを研摩する場合に限
って説明したが、ガラスその他任意のウェーハの研摩に
対しても適用可能である。

また上記実施例においては、プレート上面を抑圧する媒
体として特に圧縮エアーを用いたが、水等の液体その他
の流体を用いることもでき、この場合は、ウェーハ研摩
の際発生する摩擦熱の除去効果があるという利点が得ら
れる。

この実施例においては、トップリング五が自由回転する
ように構成したが、研摩速度を高める必要等のためトッ
プリングを強制回転させるように構成してもよい。また
押し板１１の材質としてシリコンゴムを用いたが、これ
に代えてステンレス箔等の金属箔を用いてもよく、ウェ
ーハのプレートへの貼付はワックスレス法、減圧吸着法
によってもよい。

さらに本発明は、バフ研摩以外、たとえば粗い遊離砥粒
を用いて片面のみの平面仕上げ加工を行う金属、セラミ
ック、半導体ウェーハ等のラップ加工方法及び装置に対
しても適用可能である。

（発明の効果）以上の説明で明らかなように本発明の方法及び装置によ
れば、研摩時にプレート上面に均一に所定の流体圧力を
作用させるため、プレートの撓み変形を実質的になくし
てプレートの平坦度を高く保ち、ウェーハを高精度に研
摩することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一例を示す断面図を、第２図（
ａ）、（ｂ）は第１図の例の動作状況の説明図を、第３
図（ａ）、（ｂ）は本発明の装置の他の例を示す斜視図
と断面図を、第４図は本発明の装置のさらに他の例を示
す断面図を、第５図は本発明の実施例における装置の断
面図を、第６図は第５図の装置の流体供給系図を、第７
図（ａ）、（ｂ）は従来の研摩装置の断面図を、第８図
（ａ）、（ｂ）は第７図（ａ）、（ｂ）の装置の動作状
況の説明図を示す。Ｗ・・・ウェーハ、　　１・・・プレート、　　２・・
・バフ、３・・・ターンテーブル、　　４・・・ウェイ
ト、５・・・トップリング、　　６・・・ノズル。７・・・砥液、　−β−・・・トップリング、８ａ、８
ｂ・・・凹溝、　９・・・弾性シールリング。ＩＯ・・・押圧箱、　１１・・・可撓性薄膜（押し板）
、１２・・・密閉空間、　１３・・・圧力調節ａ４Ｍ、
１４・・・流体供給管、１５・・・流体排出管。１６・・・ねじ、　１７・・・ロッド、　１７ａ・・・
上部ロッド、１７ｂ・・・下部ロッド、　１８．１９・
・・フランジ、２０・・・ボルト、　２１・・・上下作
動板、２２・・・保護パイプ、　２３・・・ボルト、　
２４・・・ウェイト、２５・・・ねじ、２６．２７・・
・ウェイトカバー、２８・・・Ｖリング当て金。２９・・・スライダー押さえリング、３０．３１・・・ボルト、　３２・・・スライダー、３
３・・・オイルシール、　３４・・・Ｖリング、３５・
・・Ｏリング、３６・・・流体供給孔、３７・・・支持
ローラ、　３８−・・流体供給系、３９・・・エアーコ
ンプレッサー、４０・・・エアーフィルター、４１・・・エアーレギュレーター、４２・・・圧力センサー、　４３・・・電磁弁、４４・
・・ブースターリレー、４５・・・精密コントローラ、　４６・・・圧力計、４
７・・・サイレンサー、　ａ、ｂ、ｃ・・・管路。１−、シ′ 銅２図（ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）（ｂ）Ｗ　　　　　　　　　　　　Ｗ第５図第６図只第７図（ａ）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一面にウェーハを貼付した回転可能なプレートを
、ターンテーブル上に該面を下にして載せ、下部が逆皿
状のトップリングで該プレートを押圧し、ウェーハとタ
ーンテーブルとの相対滑りによってウェーハを鏡面研摩
するにあたり、該トップリング下面に可撓性薄膜を張設
して密閉空間を形成し、該密閉空間に圧力流体を供給し
て該プレートを押圧することを特徴とするウェーハの研
摩方法。
（２）一面にウェーハを貼付した回転可能なプレートと
、該プレートを該面を下にして載せるターンテーブルと
、該プレートを押圧する下部が逆皿状トップリングとよ
りなり、ウェーハとターンテーブルとの相対滑りによっ
てウェーハを鏡面研摩する研摩装置において、該トップ
リング下面に可撓性薄膜を張設して密閉空間を形成し、
該密閉空間に圧力流体を供給する流体供給源と該圧力流
体の圧力調節機構を設けてなることを特徴とするウェー
ハの研摩装置。