JPH0572359U - 半導体基板研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工精度を保ちつつ能率的に半導体基板を研
磨する。 【構成】 複数の研磨工具１２で半導体基板Ｐの面をＸ
軸移動装置１３とＹ軸移動装置１４でジクザクに掃引し
つつ、半導体基板Ｐの表面の多数の厚さ測定点Ｔに設定
した研磨除去量を制御装置１５に入力し、アクチュエー
ター４による研磨工具１２の半導体基板Ｐへの接触圧力
と、モータ８による研磨工具１２の回転速度を、制御装
置１５で最も誤差の小さくなる最適値になるように制御
する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体基板の各部分の厚さを均一に研磨する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体基板の研磨装置として、基板全面に亙って基板の厚さを多点測定し、測 定値と仕上げ厚さの目標値とから各測定点に代表される加工領域毎に研磨除去量 の目標値を設定し、基板径に比して小径の単一の研磨工具を用い、加工領域毎の 研磨工具の回転速度、研磨工具と基板との接触圧力或は研磨工具の移動速度を変 えて、加工領域毎の研磨除去量を調節するようにした装置が提案されている。こ の装置では基板上の薄膜の研磨にも膜厚を測定して同様にして用いることができ る。この装置を用いて、加工領域毎の研磨工具の回転速度と研磨工具と基板との 接触圧力を調整しながら研磨すれば、精度のよい研磨をすることができるが、基 板径に比して小径の単一の研磨工具を用いるため、加工能率の点で問題がある。

【０００３】 この問題を解決する手段として、複数の研磨工具を同一回転速度で回転させ、 移動しつつある研磨工具と基板との接触圧力を加減して、加工領域毎の研磨除去 量が所定量となるようにした装置が提案されている。この装置では研磨除去量の 制御を、研磨工具と基板との接触圧力の調節のみで行っているため、研磨除去量 の可変幅が狭く、加工精度と加工能率を両立させることが困難である。また要求 される接触圧力が低い場合程、装置各部の摩擦などの影響を受け易くなるため、 接触圧力の制御は困難となる。このことは、必要とされる研磨除去量が少ない部 分ほど、その制御が困難なことを意味し、仕上がりに近い部分ほど制御性が悪化 するという問題があった。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、加工精度と加工能率の両者を両立しうる半導体基板の研磨装置を提 供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案は、ベースプレートと、ベースプレート上に固定された半導体基板の支 持皿と、支持皿の上方に配置した研磨ヘッドと、作用軸を支持皿の上面に垂直に なるように支持皿の方に突出させ研磨ヘッドに複数列に設けたアクチュエーター と、各アクチュエーターの作用軸に連結器を介し軸方向移動可能で回転可能に同 軸に連結された複数のシャフトと、各シャフトをそれぞれ回転する研磨ヘッドに 設けた複数のモータと、各シャフトの支持皿側端部に支持皿の上面と平行する面 にほぼ揃えて取り付けた研磨工具と、研磨ヘッドを支持し研磨ヘッドを支持皿の 上面と平行な直線に沿い間欠移動させるＸ軸移動装置と、Ｘ軸移動装置を支持し Ｘ軸移動装置上の研磨ヘッドの移動方向と直交し支持皿の上面と平行な直線に沿 いＸ軸移動装置を往復移動させるベースプレートに取り付けたＹ軸移動装置と、 支持皿に固定された半導体基板の各測定点における研磨除去量の目標値を入力で き、この入力に応じて各測定点における研磨工具の実際の研磨除去量の変動値が 最小となるように、研磨工具の回転数を前記各モータを介して制御し、同時に研 磨工具の半導体基板への接触圧力を前記各アクチュエーターを介して制御する制 御装置とを備えている半導体基板研磨装置にある。

【０００６】

【作用】

研磨工具を一定の移動速度で移動させながら研磨を行う場合、研磨工具の移動 軌跡上の一点の研磨除去量は、研磨工具の回転速度と、研磨工具と基板との接触 圧力に比例し、実際の研磨においては、この研磨除去量はある幅の変動を伴う。 この変動幅は研磨加工の制御精度、即ち加工精度を意味し、回転速度と接触圧力 に依存する。実験によれば、この変動幅は、回転速度や接触圧力が大きい程、そ の絶対値が大きく、回転速度や接触圧力がある大きさよりも小さい場合には研磨 除去量に対する割合が著しく大きくなることが分かった。必要とされる研磨除去 量に対する回転速度と接触圧力との組み合わせは多数あるので、常にその中から 研磨除去量の変動幅が最も小さな組み合わせを実験により求めて、これを用いて 研磨を行えばよい。接触圧力に加えて研磨工具の回転速度が工具毎に調節可能の 本考案装置の場合、加工能率と加工精度の両立を可能とすることができる。

【０００７】 実施例 図１、図２に示した本案装置の実施例について説明する。ベースプレート１の 上には半導体基板Ｐをその表面に固定して支持する支持皿２が設けられている。 支持皿２の上方には研磨ヘッド３が配置されている。研磨ヘッド３の上部には、 それぞれの作用軸５を支持皿２の上面に垂直になるように支持皿２の方に突出さ せ、複数個のアクチュエーター４が矩形内に複数列に設けてある。各アクチュエ ーター４の作用軸５の支持皿２側の端部には、連結器６を介してシャフト７が連 結されている。アクチュエーター４は作用軸５を軸方向に上下させ、圧縮バネと スラスト軸受けを内蔵する連結器６は、シャフト７を回転可能に支持すると同時 にシャフト７を上下させる。

【０００８】 研磨ヘッド３には、またシャフト７と同数のモータ８が設けてあり、各モータ ８はそれぞれ、各モータ８に取り付けたプーリー９からベルト１０及びシャフト ７に設けたプーリー１１を介してシャフト７をそれぞれ回転させるようになって いる。各シャフト７の支持皿２側端部に、支持皿２の上面と平行する面にほぼ揃 えて研磨工具１２が取り付けられている。研磨ヘッド３はＸ軸移動装置１３に支 持されており、Ｘ軸移動装置１３は研磨ヘッド３を支持皿２の上面と平行な直線 に沿い一方から他方に間欠移動させるようになっている。Ｘ軸移動装置１３はＹ 軸移動装置１４に支持され、Ｘ軸移動装置１３上の研磨ヘッド３の移動方向に直 角で支持皿２の上面に平行な直線に沿いＸ軸移動装置１３を往復移動させるよう になっている。

【０００９】 Ｙ軸移動装置１４とＸ軸移動装置１３は交互に動作し、Ｙ軸移動装置１４がＸ 軸移動装置１３を一方から他方に移動すると、次にＸ軸移動装置１３が研磨ヘッ ド３を一方向に僅かに移動し、次いでＹ軸移動装置１４がＸ軸移動装置１３を他 方から一方に移動させ、次いでＸ軸移動装置１３が一方向に僅かに移動するとい う動作を繰り返すようになっている。この動作はシーケンスが組まれており、ス イッチを入れると、自動的に研磨工具１２が半導体基板Ｐの上を、上記の動作を 繰り返すことにより掃引するようになっている。

【００１０】 １５は制御装置で、研磨すべき半導体基板Ｐの厚さの各測定点毎に与える研磨 除去量を入力できるようになっており、入力された研磨除去量に応じて、各測定 点において、各研磨工具１２に最適の回転速度と、半導体基板Ｐへの接触圧力を 与えるために、各アクチュエーター４と各モータ８を制御するようになっている 。

【００１１】 半導体基板Ｐの研磨に当たっては、図３に示すように、研磨すべき半導体基板 Ｐの各点の厚さを測定して行われる。この厚さの測定は研磨工具１２の直径の間 隔で縦横に格子状に直交する複数の線の交点を測定し、基板Ｐの厚さを均一にす るため、研磨後の基板Ｐの厚さの目標値を、測定値の中で最も小さい値を目標値 とし、各測定値からこの目標値を差し引いた値を個々の測定点Ｔに与える研磨除 去量とする。

【００１２】 この実施例では直径１０ｍｍの研磨工具１２をＸ方向に沿い中心間の間隔２２ .５ｍｍで８個並べ、これをＹ方向に中心間の間隔２２.５ｍｍで３列配置してあ る。個々の測定点Ｔの厚さを測定した直径１５０ｍｍの半導体基板Ｐは測定点Ｔ が一列に並んでいる縦横の方向をＸ方向及びＹ方向に平行させて支持皿２に固定 される。このとき基板Ｐは、研磨工具１２の列の図３で示す右端の列が基板Ｐの 円に内接して通過する位置に支持皿２に取り付けられる。支持皿２内には研磨液 を入れ研磨工具１２の下面には研磨バッドを備えている。

【００１３】 Ｙ軸移動装置１４により、研磨工具１２は図３の基板Ｐの外のＡ位置から、基 板Ｐを通りＹ方向へ１５ｍｍ／秒の移動速度で２０５ｍｍ移動して基板Ｐをちょ うど越えたＢ位置に至り一旦停止する。ここでＸ軸移動装置１３により図３で右 に０.２５ｍｍだけ移動され一旦停止し、次いでＹ軸移動装置１４によりＢ位置 からＡ位置に移動される。このようにして図３で左端の列の研磨工具１２が基板 Ｐに内接して通過した後、研磨工具１２の移動を終わらせる。上記の条件での１ 回の研磨時間は２０分弱である。

【００１４】 上記の研磨に際して、制御装置１５には各測定点Ｔの研磨除去量が入力される 。この入力により、制御装置１５は各測定点Ｔにおける各研磨工具１２の回転速 度と半導体基板Ｐへの接触圧力を、アクチュエーター４と、モータ８とを制御し て最適の値にする。実験から求めたこの回転速度と接触圧力の組み合わせの最適 値を図４に示す。この組み合わせを用いて、図５に示す研磨前の厚さ分布を有す る半導体基板Ｐを１回研磨した後の厚さの分布を図６に示す。これに対して、比 較例として、回転速度を一定にした以外は同一条件で１回研磨した後の半導体基 板Ｐの厚さの分布を図７に示す。この結果から、多数の研磨工具を用いて、その 回転速度と接触圧力を調節すると研磨速度と加工精度の両者を同時に改善できる ことが分かる。なお、この装置で複数の半導体基板を同時に研磨することも出来 る。

【００１５】

【考案の効果】

本考案装置によれば、半導体基板の研磨に当たり、加工精度を保ちながら従来 よりも研磨速度を早く出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による半導体基板研磨装置の１実施例の
斜視図である。

【図２】図１の一部断面側面図である。

【図３】半導体基板の厚さ測定点と研磨工具の半導体基
板に対する配置位置及び研磨工具の移動状態の説明図で
ある。

【図４】研磨工具の回転速度と半導体基板への接触圧力
の最適組み合わせ関係を示した図である。

【図５】実施例の研磨前の半導体基板の厚さの分布図で
ある。

【図６】実施例の研磨後の半導体基板の厚さの分布図で
ある。

【図７】研磨工具の回転速度を一定とした以外は実施例
と同様にして研磨した後の、比較例の半導体基板の厚さ
の分布図である。

【符号の説明】

１ ベースプレート ２ 支持皿 ３ 研磨ヘッド ４ アクチュエーター ５ 作用軸 ６ 連結器 ７ シャフト ８ モータ ９ プーリー １０ ベルト １１ プーリー １２ 研磨工具 １３ Ｘ軸移動装置 １４ Ｙ軸移動装置 １５ 制御装置

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースプレートと、ベースプレート上に
   固定された半導体基板の支持皿と、支持皿の上方に配置
   した研磨ヘッドと、作用軸を支持皿の上面に垂直になる
   ように支持皿の方に突出させ研磨ヘッドに複数列に設け
   たアクチュエーターと、各アクチュエーターの作用軸に
   連結器を介し軸方向移動可能で回転可能に同軸に連結さ
   れた複数のシャフトと、各シャフトをそれぞれ回転する
   研磨ヘッドに設けた複数のモータと、各シャフトの支持
   皿側端部に支持皿の上面と平行する面にほぼ揃えて取り
   付けた研磨工具と、研磨ヘッドを支持し研磨ヘッドを支
   持皿の上面と平行な直線に沿い間欠移動させるＸ軸移動
   装置と、Ｘ軸移動装置を支持しＸ軸移動装置上の研磨ヘ
   ッドの移動方向と直交し支持皿の上面と平行な直線に沿
   いＸ軸移動装置を往復移動させるベースプレートに取り
   付けたＹ軸移動装置と、支持皿に固定された半導体基板
   の各測定点における研磨除去量の目標値を入力でき、こ
   の入力に応じて各測定点における研磨工具の実際の研磨
   除去量の変動値が最小となるように、研磨工具の回転数
   を前記各モータを介して制御し、同時に研磨工具の半導
   体基板への接触圧力を前記各アクチュエーターを介して
   制御する制御装置とを備えている半導体基板研磨装置。