JPH079327A - 圧力が精密制御されるウエハ−研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 ウエハを下定盤に押圧し研磨加工を行うにあ
たり、流体圧発生器１２からウエハ加圧機構への流体供
給管９の圧力発生器側に始端圧力センサ１５を、ウエハ
加圧機構側に終端圧力センサ１９を取り付ける。それぞ
れの検出値を比較する第一比較器１６と、始端側と終端
側との圧力の減衰の許容値を設定する許容圧力範囲設定
器１７と、その設定器の設定値と前記第一比較器１６の
出力とを比較する第二比較器１８を設ける。第二比較器
１８の出力によりサーボバルブ１４を制御する。 【効果】 従来のウエハ研磨装置における圧力設定精度
がせいぜい 1.5％程度であったのに対し、 0.5％にまで
高められる。従って、厚さが均一且つ表面平滑性の優れ
た、実用的にも工業的にも極めて望ましいウエハが得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ−（ワ−
ク）等のラッピングやポリッシングに有用な押圧力調整
装置に関し、特に好ましくは、空気によって押圧力が精
密に微調整されるウエハ−研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハ−等をラッピングす
る技術分野では、各種の方法や装置が提案され実用され
ている。例えば、半導体ウエハ−等を研磨するラッピン
グ装置では、上定盤と下定盤との間にワ−クを挾み、ス
ラリ−を供給しながら両定盤とワ−クとを相対的に回転
させてワ−クを研磨する装置が知られている。このよう
な装置では、上定盤に適宜ウェイトを載せ、その荷重を
適切に選択することによってウエハ−への押圧力が調整
されている。しかし、この装置では、加工における荷重
押圧力がウエハ−全体に均一に作用し難いため、しばし
ばウエハ−が破損するという不利が避けられなかった。

【０００３】また、上定盤をシリンダ−内のピストンロ
ッド（シャフト）に吊下、保持している場合には、ピス
トンの上側のシリンダ−室を大気中に開放し、下側のシ
リンダ−室に供給される流体（エア−）の供給圧を調整
することによって上定盤のウエ−ハに対する押圧力を制
御していたが、従来は、精密レギュレ−タ−を用いてシ
リンダ−へ供給する流体圧力が制御されていた。

【０００４】その場合、押圧力は、上定盤及びシリンダ
−のピストンの重量とシリンダ−の下側圧力室内の圧力
によるピストンを上昇させる圧力との差によって調整さ
れるが、微妙な流体圧力の違いが、シリンダ−内では、
単位面積当たりの圧力として押圧力に大きな差が生じる
ので、シリンダ−の下側圧力室内に供給される流体圧力
は正確に制御される必要がある。しかし、従来の精密レ
ギュレ−タ−では、その設定圧力精度はせいぜい 1.5％
程度であって、これ以上正確な圧力設定はできなかっ
た。

【０００５】更にまた、特開昭６１−５５７１５号公報
には、精密レギュレ−タ−に換えてサ−ボバルブを用い
る圧力発生装置が開示されている。この装置では、圧力
設定精度を 0.5％程度に向上させることができるが、圧
力制御された流体が経路に供給されてから、実際にシリ
ンダ−内の下側圧力室に入るまでの間には、継手等が存
在し、また経路自体の破損等の問題によって流体漏れ
（リ−ク）を生じると、実際にシリンダ−に供給される
流体圧力が設定値より低下して正常な加工を行うことが
できなかった。また、従来は、圧力設定にダイヤル等を
用いたアナログ設定のために精確に圧力を設定すること
が困難であった。

【０００６】本発明者らは、ウエハ−のポリッシングマ
シンとしてトップリングを利用する装置を開発し、先
に、提案した（特公平 4-40848号公報）。薄い円盤状の
ウエハ−を研磨するこのマシンは、トップリングの下面
に、ウエハ−を貼り付けたプレ−トの周縁部分を押圧す
るための筒状の当接部を形成し、そのトップリングの内
側中央部に、プレ−ト中央部分を押圧するための押圧体
をトップリングと押圧体との間に形成したシリンダ−室
を介してトップリングに対して相対的に接触可能に、か
つ離脱不能に設け、そのトップリングにウェイトを配置
し、シリンダ室に流体を供給して押圧体をプレ−ト方向
に押圧するための流体供給部を設けたものであるが、こ
のような装置の場合は、前記のラッピング装置よりも更
に精密なコントロ−ルが必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記の
ような従来技術の欠点を解消すべく研究を重ねた結果、
実用的に極めて望ましい装置を開発した。すなわち、本
発明の課題は、精密レギュレ−タ−を用いることなく、
構造が簡単で且つ操作が容易であり、しかもウエハ−の
ポリッシングだけでなくラッピングにも好適に使用でき
る圧力を微調整し得るウエハ−研磨装置を提供すること
にある。また、他の課題は、操作性に優れるばかりでな
く、厚さが均一で工業的に望ましい半導体ウエハ−を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、流体を用いて
ウエハ−を下定盤に押圧し研磨加工を行うウエハ−研磨
装置において、流体圧発生器からウエハ−加圧機構への
流体供給管の流体圧力発生器側に始端圧力センサ−が、
またウエハ−加圧機構側に終端圧力センサ−が取り付け
られ、前記始端圧力センサ−及び終端圧力センサ−のそ
れぞれの検出値を比較する第一比較器と、前記流体供給
管の始端側と終端側との圧力の減衰の許容値を設定する
許容圧力範囲設定器と、前記許容圧力範囲設定器の設定
値と前記第一比較器の出力とを比較する第二比較器を設
けたことを特徴とする圧力が精密制御されるウエハ−研
磨装置を提供するものである。

【０００９】本発明の装置は、ピストンを備えたトップ
リングの内部中央に垂直方向の軸を有する円筒状のシリ
ンダ室が形成され、その円筒状シリンダ−室内壁面を摺
動するピストンを上下方向に移動させることによってウ
エハ−への荷重押圧力が調整される。その調整は、シリ
ンダ−の上端部と下端部にそれぞれ開口を設け、そのピ
ストン内の上側圧力室と下側圧力室のいずれか一方に圧
力発生源からの流体圧を流入又は流出させ、同時に他の
開口に、例えば、しぼり弁を取り付けてピストンの上下
移動の微調整が的確に行われる。

【００１０】シリンダ−室内への流体の加圧，減圧作用
は、トップリングの下側の外周縁部によって加えられる
プレ−ト外周縁部の押圧力と前記ピストンのロッド下端
に取り付けられた加圧板を介してプレ−ト中央部に加え
られる押圧力が適切にコントロ−ルされ、均一な厚さの
高精度のウエハ−加工が効率良く達成される。この流体
圧の適用は、シリンダ−の上側の室に行ってもよいし、
下側の室に行うこともできるが、通常、流体をシリンダ
−の下側の室に供給して上定盤の重みを軽減させ、研磨
の進行に従ってウエハ−への押圧力を徐々に増大させる
ように、流体圧を低減させる方法が好都合に採用され
る。

【００１１】

【作用】本発明の方法によれば、研磨等のウエハ−の表
面処理ないし加工において、トップリング自体の下部周
縁による上定盤の周縁部からのウエハ−への押圧力と、
トップリング内部のシリンダ−に内蔵されるピストンに
よる加圧板による上定盤中央部への押圧力が高精度で調
整されるので、極めて均一な厚さの加工されたウエハ−
が能率良く得られる。また、これを実施する装置も比較
的簡単な構造を有し、工業的に望ましいものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を添付図面により更に具体的に
説明する。図１は、本発明の装置の一例の模式的部材構
成図である。図において、複数枚の被加工ウエハ−１
は、キャリア２に保持され、研磨装置の下定盤３の上に
載置される。ウエハ−１を上定盤（加圧板）４で上方よ
り押圧し、上下各定盤３，４及びキャリア２を回転させ
ウエハ−１に遊星運動をさせて研磨が行われる。その
際、研磨材を含有するスラリ−が供給される。上定盤４
は、押圧装置の主軸の下端部に係着されたトップリング
の内部に形成されたシリンダ−５内のピストン６のロッ
ド７に吊下された中央部の加圧板であって、そのピスト
ン６は、流体供給管９を経て開口からシリンダ−５の下
側の圧力室８に供給される圧力流体により上下動し、上
定盤４のウエハ−１に対する押圧力を制御する。その
際、上側圧力室１１は、しぼり弁（図示せず）を備えた
開口１０によって極めて徐々に大気中に放出される。

【００１３】流体圧発生器１２内のポンプ１３によって
発生した圧力流体は、サ−ボバルブ１４を通り、流体供
給管９を経てシリンダ−５の下側圧力室８に供給され
る。しかして、流体供給管９の始端には、始端圧力セン
サ−１５が設けられ、その検知出力は、第一比較器１６
の一方の端子に加えられる。他方の端子には、流体供給
管９の終端に設けられた終端圧センサ１９の出力が加え
られ、両者を第一比較器１６が比較して、その差電圧を
第二比較器１８の一方の端子に加え、他方の端子に許容
圧力範囲設定器１７からの出力を加える。しかして第二
比較器１８の出力はサ−ボバルブ１４にフィ−ドバック
される。

【００１４】この場合、サ−ボバルブ１４は、始端圧力
センサ−１５の検知出力が許容圧力範囲設定器１７の出
力より大きければ流体圧力を下げ、小さければ圧力を上
げるように作動する。このように、サ−ボバルブ１４か
ら出る圧力流体は、常に、許容圧力範囲設定器１７の出
力にしたがって制御されるので、許容圧力範囲設定器１
７に予め与えられたスケジュ−ルにしたがって正確に圧
力変化をする圧力流体を流体供給管９に供給することが
できる。

【００１５】流体供給管９の研磨装置近傍部に取り付け
られた終端圧力センサ−１９の圧力は、前記始端圧力セ
ンサ−１５の圧力と第一比較器１６で比較され、その出
力差が許容圧力範囲設定器１７に設定された値と第二比
較器１８で比較され、その比較値の差が設定された許容
範囲以上になると警報器２０が警報を発する。始端圧力
センサ−と終端圧力センサ−との圧力差が許容範囲を超
えるのは、通常、流体供給管９の中に漏洩その他の事故
が発生した場合である。また許容圧力範囲設定器１７は
デジタル入力され、終端圧力センサ−及び始端圧力セン
サ−１９，１５は、デジタル表示されるので、流体圧ス
ケジュ−ル及び許容範囲は容易且つ正確に設定すること
ができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明のウエハ−研磨装置によれば、従
来のウエハ−研磨装置における圧力設定精度がせいぜい
1.5％程度であったのに対し、 0.5％にまで高められ
る。従って、半導体ウエハ−のラッピングやポリッシン
グ表面加工等において、ウエハ−は、高度に均一に押圧
研磨仕上げされるから、厚さが均一且つ表面平滑性の優
れた、実用的にも工業的にも極めて望ましいウエハ−が
得られ、その産業上の利用価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための一例の装置の模
式的部材構成図である。

【符号の説明】

１ ウエハ− ２ キャリア ３ 下定盤 ４ 上定盤 ５ シリンダ− ６ ピストン ７ シャフト ８ 下側圧力室 ９ 流体供給管 １０ 開口 １１ 上側圧力室 １２ 流体圧発生器 １３ ポンプ １４ サ−ボバルブ １５ 始端圧力センサ− １６ 第一比較器 １７ 許容圧力範囲設定器 １８ 第二比較器 １９ 終端圧力センサ− ２０ 警報器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体を用いてウエハ−を下定盤に押圧し研
   磨加工を行うウエハ−研磨装置において、流体圧発生器
   からウエハ−加圧機構への流体供給管の流体圧力発生器
   側に始端圧力センサ−が、またウエハ−加圧機構側に終
   端圧力センサ−が取り付けられ、前記始端圧力センサ−
   及び終端圧力センサ−のそれぞれの検出値を比較する第
   一比較器と、前記流体供給管の始端側と終端側との圧力
   の減衰の許容値を設定する許容圧力範囲設定器と、前記
   許容圧力範囲設定器の設定値と前記第一比較器の出力と
   を比較する第二比較器を設けたことを特徴とする圧力が
   精密制御されるウエハ−研磨装置。
2. 【請求項２】前記流体圧発生器は、サ−ボバルブによっ
   て圧力調整が行われることを特徴とする請求項１に記載
   のウエハ−研磨装置。
3. 【請求項３】前記許容圧力範囲設定器は、時間ごとの流
   体圧力スケジュ−ルの設定が可能であることを特徴とす
   る請求項１に記載のウエハ−研磨装置。
4. 【請求項４】前記許容圧力範囲設定器の設定値は、デジ
   タル方式により数値の直接入力が可能であることを特徴
   とする請求項１又は３に記載のウエハ−研磨装置。
5. 【請求項５】前記第一比較器の出力が、常に前記許容圧
   力範囲設定器の設定値の範囲内に入るように、前記第二
   比較器の出力により前記サ−ボバルブを調整する制御機
   構を備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載
   のウエハ−研磨装置。
6. 【請求項６】前記第二比較器からの信号に基づいて警告
   を発生するアラ−ム手段を備えてなることを特徴とする
   請求項１に記載のウエハ−研磨装置。