JPH08359B2 - 研磨装置 - Google Patents
研磨装置Info
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- JPH08359B2 JPH08359B2 JP1246622A JP24662289A JPH08359B2 JP H08359 B2 JPH08359 B2 JP H08359B2 JP 1246622 A JP1246622 A JP 1246622A JP 24662289 A JP24662289 A JP 24662289A JP H08359 B2 JPH08359 B2 JP H08359B2
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- polishing
- wafer
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- shaft
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- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 82
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
- B24B37/08—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for double side lapping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
- B24B7/10—Single-purpose machines or devices
- B24B7/16—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
- B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
- B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
- B24B7/228—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、半導体素子の製造に用いられるウエハを機
械的に研磨する装置に関する。
械的に研磨する装置に関する。
B.従来技術 VLSI技術などで半導体素子の小型化が進むと、このよ
うな素子に関連する配線技術では、配線ピツチを一層縮
小しなければならない。その上、多数の配線レベルが存
在する。素子の製造時に各配線レベルが追加されると、
同一のステツプによって、表面形状は更に厳しいものに
なる。ウエハは本来は表面が粗いため、フォトリソグラ
フィ、RIEエッチング、絶縁、メタライゼーションなど
の後処理それぞれに困難が付きまとう。したがって、半
導体素子の製造での第１の要件は、まず平坦度の高いウ
エハを用いることである。機械的な平坦化方法が知られ
ているが、このステップに用いられるツールは人手によ
って装着され、準備にかなり時間がかかり、ウエハは平
坦化の後にブラシ洗浄装置に再度装填しなければならな
い。したがって、従来技術の１つの欠点としては、スル
ープットが高く、しかもウエハの高度の平坦化を達成で
きる装置がなかったことが挙げられる。
うな素子に関連する配線技術では、配線ピツチを一層縮
小しなければならない。その上、多数の配線レベルが存
在する。素子の製造時に各配線レベルが追加されると、
同一のステツプによって、表面形状は更に厳しいものに
なる。ウエハは本来は表面が粗いため、フォトリソグラ
フィ、RIEエッチング、絶縁、メタライゼーションなど
の後処理それぞれに困難が付きまとう。したがって、半
導体素子の製造での第１の要件は、まず平坦度の高いウ
エハを用いることである。機械的な平坦化方法が知られ
ているが、このステップに用いられるツールは人手によ
って装着され、準備にかなり時間がかかり、ウエハは平
坦化の後にブラシ洗浄装置に再度装填しなければならな
い。したがって、従来技術の１つの欠点としては、スル
ープットが高く、しかもウエハの高度の平坦化を達成で
きる装置がなかったことが挙げられる。
ウエハ研磨用ツールの１つの従来例を第４図に示して
いる。このツールは、ウエハ基板を回転研磨ホイールに
当ててウエハを機械的に研磨する。すなわち、ウエハ10
は人手によってウエハ・テンプレート12に配置され、大
きな研磨ホイール14上に位置づけられる。テンプレート
12は回転式ホルダ16に装着され、ホルダ16はアーム18に
よって所定位置に保持され、これによりホイール14に対
して必要な圧力が与えられる。ホイール14とホルダ16が
回転するとき、ホルダ16の付近にスラリーが供給され
る。第５図は運動の方向を示す。一様に研磨するため、
ホルダの回転速度と圧力が調節される。各変数を調整
し、研磨用ホイール14の所与の速度において均一性を最
大にするホルダ16の速度を求めるためには、コンピュー
タ・モデルを用いることができる。第５図に示すよう
に、大型の研磨用ホイール14が反時計回りに回転すると
き、比較的小型のホルダも回転する。一般に、ウエハ・
ホルダ16の直径は研磨用ホイール14の半径より小さいた
め、ホイール14の縁と中心の間のホルダ16の往復運動に
よって、材料を除去する際の均一性を高めることができ
る。回転式ホルダ16がウエハを研磨用ホイール14に押し
付ける圧力は、平方インチ当たり約10ポンド（平方セン
チメートル当たり約0.7kg）である。
いる。このツールは、ウエハ基板を回転研磨ホイールに
当ててウエハを機械的に研磨する。すなわち、ウエハ10
は人手によってウエハ・テンプレート12に配置され、大
きな研磨ホイール14上に位置づけられる。テンプレート
12は回転式ホルダ16に装着され、ホルダ16はアーム18に
よって所定位置に保持され、これによりホイール14に対
して必要な圧力が与えられる。ホイール14とホルダ16が
回転するとき、ホルダ16の付近にスラリーが供給され
る。第５図は運動の方向を示す。一様に研磨するため、
ホルダの回転速度と圧力が調節される。各変数を調整
し、研磨用ホイール14の所与の速度において均一性を最
大にするホルダ16の速度を求めるためには、コンピュー
タ・モデルを用いることができる。第５図に示すよう
に、大型の研磨用ホイール14が反時計回りに回転すると
き、比較的小型のホルダも回転する。一般に、ウエハ・
ホルダ16の直径は研磨用ホイール14の半径より小さいた
め、ホイール14の縁と中心の間のホルダ16の往復運動に
よって、材料を除去する際の均一性を高めることができ
る。回転式ホルダ16がウエハを研磨用ホイール14に押し
付ける圧力は、平方インチ当たり約10ポンド（平方セン
チメートル当たり約0.7kg）である。
従来技術によるこの研磨装置にはいくつか欠点があ
る。ウエハの直径が大きくなると、このような従来から
の研磨具では、大きさもコストも大幅に増加する。その
上、ウエハを高圧で研磨ホイールに押し付けるため、ウ
エハの背面か、これに接する装置のいずれかに不均一な
部分があれば、材料を研磨面で均一に除去できなくな
る。さらに、材料を除去する速度は、ウエハと研磨ホイ
ールの速度差に比例するため、ウエハ表面の研磨速度
は、ウエハが静止状態に保たれる場合は連続的に変化す
る。研磨速度のこの不均一性には、ウエハの回転速度
を、回転する研磨ホイールの速度に応じて変化させるこ
とで対応できるが、この方法では、22インチ（約56cm）
の研磨ホイール上で８インチ（約20cm）のウェハを研磨
する場合、材料除去速度の均一性は理論上は95％にとど
まる。
る。ウエハの直径が大きくなると、このような従来から
の研磨具では、大きさもコストも大幅に増加する。その
上、ウエハを高圧で研磨ホイールに押し付けるため、ウ
エハの背面か、これに接する装置のいずれかに不均一な
部分があれば、材料を研磨面で均一に除去できなくな
る。さらに、材料を除去する速度は、ウエハと研磨ホイ
ールの速度差に比例するため、ウエハ表面の研磨速度
は、ウエハが静止状態に保たれる場合は連続的に変化す
る。研磨速度のこの不均一性には、ウエハの回転速度
を、回転する研磨ホイールの速度に応じて変化させるこ
とで対応できるが、この方法では、22インチ（約56cm）
の研磨ホイール上で８インチ（約20cm）のウェハを研磨
する場合、材料除去速度の均一性は理論上は95％にとど
まる。
IBM Technical Disclosure Bulletin、VOL.21、No.7
（1978年12月）、P.2733、“ウェハ底面の研磨制御”
（Controled Wafer Backside Polishing）は、研磨ホイ
ールの研磨面に不連続性を導入することによって研磨速
度、したがって研磨プロフィールを制御するという概念
を示している。
（1978年12月）、P.2733、“ウェハ底面の研磨制御”
（Controled Wafer Backside Polishing）は、研磨ホイ
ールの研磨面に不連続性を導入することによって研磨速
度、したがって研磨プロフィールを制御するという概念
を示している。
米国特許第1899463号、同第2536444号、同第3748677
号、同第3907471号、同第4256535号は、１個以上の平形
の水平回転式研磨ホイールを用いる代表的な研磨装置を
示している。
号、同第3907471号、同第4256535号は、１個以上の平形
の水平回転式研磨ホイールを用いる代表的な研磨装置を
示している。
米国特許第1899463号は、被加工物の２面を同時に研
磨する上下の研磨ローラを示す。米国特許第253644号で
は、細長い材料の表面を研磨するため研削ドラムが向か
い合わせに配列される。米国特許第3748677号では、ウ
エハ用の回転式キャリアによって、向き合った２つの回
転ブラシの間をウエハが順次に搬送される。
磨する上下の研磨ローラを示す。米国特許第253644号で
は、細長い材料の表面を研磨するため研削ドラムが向か
い合わせに配列される。米国特許第3748677号では、ウ
エハ用の回転式キャリアによって、向き合った２つの回
転ブラシの間をウエハが順次に搬送される。
米国特許第1899463号では、垂直回転ローラが互いに
平行に機械的に装着される。この特許の文脈によると、
被加工物の両面を研磨できる。この装置は、高い制度が
要求される片面研磨には適していない。
平行に機械的に装着される。この特許の文脈によると、
被加工物の両面を研磨できる。この装置は、高い制度が
要求される片面研磨には適していない。
C.発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、研磨の精度と均一性を高めることが
できる研磨装置を提供することにある。
できる研磨装置を提供することにある。
D.問題点を解決するための手段 本発明の研磨装置は、第１の軸の回りで回転可能に支
持された研磨ローラ、研磨ローラを回転させる駆動手
段、研磨ローラと対面するように被加工物を保持する手
段、保持手段を弾力的に支持する手段、保持手段を第１
の軸と直交する第２の軸の回りで回転させる駆動手段、
および保持手段の下側にあって、被加工物を研磨ローラ
に対して係合させるように弾力的に装着され、かつ第１
の軸と平行な第３の軸の回りで回転可能に支持された従
動型の分割された下部ローラを有する。
持された研磨ローラ、研磨ローラを回転させる駆動手
段、研磨ローラと対面するように被加工物を保持する手
段、保持手段を弾力的に支持する手段、保持手段を第１
の軸と直交する第２の軸の回りで回転させる駆動手段、
および保持手段の下側にあって、被加工物を研磨ローラ
に対して係合させるように弾力的に装着され、かつ第１
の軸と平行な第３の軸の回りで回転可能に支持された従
動型の分割された下部ローラを有する。
回転する被加工物に対して回転研磨ローラを接触させ
る本発明によれば、研磨の均一性を改善することができ
る。すなわち、研磨によって除去される材料の量は、後
述するように、研磨ローラと被加工物の速度差、ならび
に被加工物の同じ点が研磨ローラと接触する時間（ドエ
ル時間）に依存するが、この速度差は被加工物の回転半
径に比例し、ドエル時間は被加工物の回転半径に反比例
するから、被加工物の表面上の各位置では、両者が相殺
される形になる。したがって被加工物が、高度の平坦性
が要求される大きなウエハのような場合でも、研磨の均
一性を維持することができる。もちろん、研磨ローラが
被加工物と実際に接触している任意の瞬間では、被加工
物の回転中心に関して一方の半径側では研磨ローラと被
加工物の回転方向が同じであり、他方の半径側では研磨
ローラと被加工物の回転方向が反対になり、大きな速度
差が生じるが、この速度差は、被加工物が回転すること
によって補償される。
る本発明によれば、研磨の均一性を改善することができ
る。すなわち、研磨によって除去される材料の量は、後
述するように、研磨ローラと被加工物の速度差、ならび
に被加工物の同じ点が研磨ローラと接触する時間（ドエ
ル時間）に依存するが、この速度差は被加工物の回転半
径に比例し、ドエル時間は被加工物の回転半径に反比例
するから、被加工物の表面上の各位置では、両者が相殺
される形になる。したがって被加工物が、高度の平坦性
が要求される大きなウエハのような場合でも、研磨の均
一性を維持することができる。もちろん、研磨ローラが
被加工物と実際に接触している任意の瞬間では、被加工
物の回転中心に関して一方の半径側では研磨ローラと被
加工物の回転方向が同じであり、他方の半径側では研磨
ローラと被加工物の回転方向が反対になり、大きな速度
差が生じるが、この速度差は、被加工物が回転すること
によって補償される。
また、自由に回転する従動型の分割された下部ローラ
は弾力的に浮動状態に支持され、被加工物の輪郭外形に
追従することができる。したがって、被加工物の背面に
不均一があった場合、これを補償することができる。こ
のような浮動式下部ローラは、スプリングによって支持
されたジンバル装着機構のような設計によって達成でき
る。
は弾力的に浮動状態に支持され、被加工物の輪郭外形に
追従することができる。したがって、被加工物の背面に
不均一があった場合、これを補償することができる。こ
のような浮動式下部ローラは、スプリングによって支持
されたジンバル装着機構のような設計によって達成でき
る。
下部ローラは分割されており、分割されたローラ部分
は互いに逆方向に回転する。したがって、被加工物に対
する下部ローラの摩擦抵抗力を減じて、研磨効率を高め
ることができる。被加工物を高速に回転させても研磨の
均一性を維持でき、スループットを向上させることがで
きる。
は互いに逆方向に回転する。したがって、被加工物に対
する下部ローラの摩擦抵抗力を減じて、研磨効率を高め
ることができる。被加工物を高速に回転させても研磨の
均一性を維持でき、スループットを向上させることがで
きる。
E.実施例 第１図、第２図、第３図とあわせて本発明の実施例を
述べる。研磨対象のウエハ100は、上部ローラ102と下部
ローラ104の２つのローラの間に置かれる。上部ローラ1
02は、表面に研磨部材を有する研磨ローラである。ウエ
ハ100は、ウエハ・ホルダ106の一部を構成する２つの環
状リングの間にその周囲部が固定される。ウエハ・ホル
ダ106は浮動板108（第１図）を有し、浮動板108は、そ
の四隅で、スプリングとベアリングのアセンブリ110
（第２図）によって支持される。これによって、ウエハ
・ホルダ106はスプリング作用によって弾力的に支持さ
れる。また、ウエハ・ホルダ106は浮動板108に対して回
転可能に支持される。
述べる。研磨対象のウエハ100は、上部ローラ102と下部
ローラ104の２つのローラの間に置かれる。上部ローラ1
02は、表面に研磨部材を有する研磨ローラである。ウエ
ハ100は、ウエハ・ホルダ106の一部を構成する２つの環
状リングの間にその周囲部が固定される。ウエハ・ホル
ダ106は浮動板108（第１図）を有し、浮動板108は、そ
の四隅で、スプリングとベアリングのアセンブリ110
（第２図）によって支持される。これによって、ウエハ
・ホルダ106はスプリング作用によって弾力的に支持さ
れる。また、ウエハ・ホルダ106は浮動板108に対して回
転可能に支持される。
このようなウエハ・ホルダ106の自由浮動式の支持機
構により、ウエハ・ホルダ106は上部ローラ102と下部ロ
ーラ104に対して相対移動することができる。本発明に
より、ウエハ・ホルダ106はベルト114に係合する溝112
を有する円形プーリを持つように形成される。ベルト11
4は駆動プーリ116によって駆動され、プーリ116は出力
シャフト120を介してモータ118によって回転される。装
置に不整合がある場合、伝動シャフト126を介して、一
対の自在継手122、124がこれを補償する。出力シャフト
128はプーリ116に連結されてベアリング・アセンブリ13
0を通り、アセンブリ130は枠132に装着される。枠132
は、第３図からわかるように、プーリ116を覆うシール
ドも支持する。
構により、ウエハ・ホルダ106は上部ローラ102と下部ロ
ーラ104に対して相対移動することができる。本発明に
より、ウエハ・ホルダ106はベルト114に係合する溝112
を有する円形プーリを持つように形成される。ベルト11
4は駆動プーリ116によって駆動され、プーリ116は出力
シャフト120を介してモータ118によって回転される。装
置に不整合がある場合、伝動シャフト126を介して、一
対の自在継手122、124がこれを補償する。出力シャフト
128はプーリ116に連結されてベアリング・アセンブリ13
0を通り、アセンブリ130は枠132に装着される。枠132
は、第３図からわかるように、プーリ116を覆うシール
ドも支持する。
ウエハ・ホルダ106によって支持されたウエハ100を回
転させるためのモータ118は、溶接物であるモータ支持
具134に装着され、モータ支持具134はモータ板136に固
定される。モータ板136は側面板に固定され、側面板は
溶接物である枠172に固定される。モータ118には、Bodi
neモデルNo.224を使用できるが、ウエハを回転させる動
力源としては、他の精巧な高速モータも使用できる。
転させるためのモータ118は、溶接物であるモータ支持
具134に装着され、モータ支持具134はモータ板136に固
定される。モータ板136は側面板に固定され、側面板は
溶接物である枠172に固定される。モータ118には、Bodi
neモデルNo.224を使用できるが、ウエハを回転させる動
力源としては、他の精巧な高速モータも使用できる。
上部ローラ102はシャフト140に装着される。シャフト
140の一端は、駆動支持板142で回転可能に軸受けされて
いる。上部ローラ102の他端では、シャフト140にプーリ
144が装着される。シャフト140の他端は、駆動支持板14
6に回転可能に軸受けされている。以下に述べるとお
り、支持板142、146は可動に支持され、上部ローラ102
を押し下げることによってウエハに力を加えることがで
きる。プーリ144には駆動ベルト148があって、これが駆
動力を駆動プーリ150（第１図）からシャフト140へ伝え
る伝動機構をなす。駆動プーリ150は、ベアリングとシ
ャフトのアセンブリ152を通じて回転可能に装着され、
このアセンブリ152は駆動支持板146に装着される。
140の一端は、駆動支持板142で回転可能に軸受けされて
いる。上部ローラ102の他端では、シャフト140にプーリ
144が装着される。シャフト140の他端は、駆動支持板14
6に回転可能に軸受けされている。以下に述べるとお
り、支持板142、146は可動に支持され、上部ローラ102
を押し下げることによってウエハに力を加えることがで
きる。プーリ144には駆動ベルト148があって、これが駆
動力を駆動プーリ150（第１図）からシャフト140へ伝え
る伝動機構をなす。駆動プーリ150は、ベアリングとシ
ャフトのアセンブリ152を通じて回転可能に装着され、
このアセンブリ152は駆動支持板146に装着される。
プーリ・シャフト156（第１図）は、自在継手164を介
して駆動シャフト158に連結される。ウエハ・ホルダ106
を駆動するモータ118の場合と同様、駆動シャフト158は
自在継手164を介して駆動モータ162（第２図）の出力シ
ャフト160（第１図）に連結され、不整合があればこれ
を補償する。第１図からわかるとおり、モータの出力シ
ャフト160と駆動シャフト158を確実に連結するには、ア
ダプタ・シャフト166を使用できる。
して駆動シャフト158に連結される。ウエハ・ホルダ106
を駆動するモータ118の場合と同様、駆動シャフト158は
自在継手164を介して駆動モータ162（第２図）の出力シ
ャフト160（第１図）に連結され、不整合があればこれ
を補償する。第１図からわかるとおり、モータの出力シ
ャフト160と駆動シャフト158を確実に連結するには、ア
ダプタ・シャフト166を使用できる。
モータ162は、溶接物であるモータ支持具170（第１
図）に装着され、モータ支持具170は次いで枠172に装着
されている。
図）に装着され、モータ支持具170は次いで枠172に装着
されている。
研磨を行うには上部ローラ102に圧力を加えなければ
ならない。上部ローラ102への圧力はシリンダ180により
加えられ、シリンダ180は一端が枠182（第３図）に固定
され、枠182はモータ118の装着に使われるものと同じ板
材136に連結される。代表的なシリンダClippard No.CD
R−24は、行程が約１インチ（約2.54cm）である。他の
シリンダも、有効行程が充分であれば使用できる。出力
はシャフト184（第２図）によって与えられる。シャフ
ト184は、クレビス（Ｕリンク）アダプタ186によって、
駆動支持板142、146に装着された板材188に連結され
る。
ならない。上部ローラ102への圧力はシリンダ180により
加えられ、シリンダ180は一端が枠182（第３図）に固定
され、枠182はモータ118の装着に使われるものと同じ板
材136に連結される。代表的なシリンダClippard No.CD
R−24は、行程が約１インチ（約2.54cm）である。他の
シリンダも、有効行程が充分であれば使用できる。出力
はシャフト184（第２図）によって与えられる。シャフ
ト184は、クレビス（Ｕリンク）アダプタ186によって、
駆動支持板142、146に装着された板材188に連結され
る。
第１図および第２図に示すように、上部ローラ102が
装着されるシャフト140は駆動支持板142、146に装着さ
れている。駆動支持板142、146は第１図右端の位置にお
いて固定軸により回動可能に支持され、上部ローラ102
の位置においては板材188（第３図）を介して、シリン
ダ180のシャフト184に連結されている。その結果、シリ
ンダの出力が調節されると、圧力が、クレビス・アダプ
タ186、連結板188、駆動支持板142、146からなるリンク
機構を介して上部ローラ102に伝えられる。これによ
り、シャフト140はウエハホルダ106上に装着されたウエ
ハ100の方へ下向きに移動する。その結果、上部ローラ1
02を押し下げてウエハに力を加えることができる。ウエ
ハの位置が変わった時は、プーリ144が上下に移動す
る。プーリ144はシャフト140に一体に装着されている
が、プーリの上下方向での移動距離がベルト148の横方
向の走行距離に比べてきわめて短いため、ベルト148の
引張力はほぼ一定に保たれる。
装着されるシャフト140は駆動支持板142、146に装着さ
れている。駆動支持板142、146は第１図右端の位置にお
いて固定軸により回動可能に支持され、上部ローラ102
の位置においては板材188（第３図）を介して、シリン
ダ180のシャフト184に連結されている。その結果、シリ
ンダの出力が調節されると、圧力が、クレビス・アダプ
タ186、連結板188、駆動支持板142、146からなるリンク
機構を介して上部ローラ102に伝えられる。これによ
り、シャフト140はウエハホルダ106上に装着されたウエ
ハ100の方へ下向きに移動する。その結果、上部ローラ1
02を押し下げてウエハに力を加えることができる。ウエ
ハの位置が変わった時は、プーリ144が上下に移動す
る。プーリ144はシャフト140に一体に装着されている
が、プーリの上下方向での移動距離がベルト148の横方
向の走行距離に比べてきわめて短いため、ベルト148の
引張力はほぼ一定に保たれる。
下部ローラ104は、２つの部分192、194に分割されて
いる。第２図および第３図に示すとおり、下部ローラの
分割部分192、194は、枠198で軸受けされるシャフト196
に装着される。第２図、第３図に示すように、枠198
は、一対のジンバル装着機構201を介してハウジング200
に装着される。ジンバル装着機構201は、シャフト196に
垂直な方向で軸受けされており、枠198を、シャフト196
に垂直な軸に関して回転可能に支持する。また、ジンバ
ル装着機構201は、スプリングで支持されてハウジング2
00に連結されている。ハウジング200は板材208に装着さ
れ、板材208は、枠172に取り付けられた側面支持板210
に連結される。この構造により、下部ローラ104はスプ
リング作用により弾力的に支持される。
いる。第２図および第３図に示すとおり、下部ローラの
分割部分192、194は、枠198で軸受けされるシャフト196
に装着される。第２図、第３図に示すように、枠198
は、一対のジンバル装着機構201を介してハウジング200
に装着される。ジンバル装着機構201は、シャフト196に
垂直な方向で軸受けされており、枠198を、シャフト196
に垂直な軸に関して回転可能に支持する。また、ジンバ
ル装着機構201は、スプリングで支持されてハウジング2
00に連結されている。ハウジング200は板材208に装着さ
れ、板材208は、枠172に取り付けられた側面支持板210
に連結される。この構造により、下部ローラ104はスプ
リング作用により弾力的に支持される。
ウエハは、もっとも基本的な動作モードでは、ほぼ水
平な平面内で回転するが、上部ローラ102と下部ローラ1
04との間で、ウエハ・ホルダ106とともに事実上自由に
浮動している。駆動される上部ローラ102には、シリン
ダ180により圧力が加えられ、ウエハはこれで研磨パッ
ドまたはスラリーによって研磨される。枠198、したが
って下部ローラ104は、スプリング支持されたジンバル
装着機構201によって浮動状態に支持されているから、
ウエハの背面またはウエハの背面に接する装置表面に不
規則な部分がある場合は、下部ローラ104がそれに応じ
て位置変動し、不規則性を補償する。ジンバル装着機構
を支持するスプリングは、下部ローラ104をウエハ100に
押しつけるように働く。また、下部ローラ104は、２つ
の部分192、194に分割されているから、左側部分192と
右側部分194は、ウエハの回転方向に応じて互いに反対
の方向に回転する。したがって、ウエハは下部ローラ10
4による摩擦抵抗力を受けることなく回転できる。下部
ローラが分割されていない場合は、ウエハは下部ローラ
との摩擦係合により回転が妨げられ、研磨効率が低下す
るだけでなく、回転むらによって研磨の品質が低下する
可能性がある。
平な平面内で回転するが、上部ローラ102と下部ローラ1
04との間で、ウエハ・ホルダ106とともに事実上自由に
浮動している。駆動される上部ローラ102には、シリン
ダ180により圧力が加えられ、ウエハはこれで研磨パッ
ドまたはスラリーによって研磨される。枠198、したが
って下部ローラ104は、スプリング支持されたジンバル
装着機構201によって浮動状態に支持されているから、
ウエハの背面またはウエハの背面に接する装置表面に不
規則な部分がある場合は、下部ローラ104がそれに応じ
て位置変動し、不規則性を補償する。ジンバル装着機構
を支持するスプリングは、下部ローラ104をウエハ100に
押しつけるように働く。また、下部ローラ104は、２つ
の部分192、194に分割されているから、左側部分192と
右側部分194は、ウエハの回転方向に応じて互いに反対
の方向に回転する。したがって、ウエハは下部ローラ10
4による摩擦抵抗力を受けることなく回転できる。下部
ローラが分割されていない場合は、ウエハは下部ローラ
との摩擦係合により回転が妨げられ、研磨効率が低下す
るだけでなく、回転むらによって研磨の品質が低下する
可能性がある。
この構造によって、従来の研磨装置の基本的な問題の
１つが解決される。具体的にいうと、このような従来の
装置においては、ウエハが研磨ホイールに高い圧力で押
し付けられるので、ウェハの背面またはウェハ背面に接
する装置に不均一な部分がある場合は、研磨面で材料が
不均一に除去される。本装置では、下部ローラを浮動状
態に支持し、かつ２つに分割することによって、このよ
うな問題が解決される。
１つが解決される。具体的にいうと、このような従来の
装置においては、ウエハが研磨ホイールに高い圧力で押
し付けられるので、ウェハの背面またはウェハ背面に接
する装置に不均一な部分がある場合は、研磨面で材料が
不均一に除去される。本装置では、下部ローラを浮動状
態に支持し、かつ２つに分割することによって、このよ
うな問題が解決される。
回転するウエハと上部ローラの相対速度は、材料の除
去速度に大きく影響する。従来技術では、ウエハ表面の
研磨速度は事実上様々である。すなわち、ウエハと研磨
ホイールの半径が異なる場合、ウエハの外側は内側より
速く研磨される。従来技術は研磨ホイールに対してウエ
ハの回転速度を変えることで、この不均一性に対処して
いた。しかし、22インチ（約56cm）の研磨ホイール上で
８インチ（約20cm）のウエハを研磨する場合、研磨面の
均一性はほぼ95％にとどまる。本発明では上部ローラの
回転軸がウエハ直径に対して平行である。ウエハの中心
に関して一方の側では上部ローラとウエハは同一方向に
移動し、他方の側では互いに逆方向に移動する。ウエハ
表面上の１点を考えた場合、回転するウエハと回転する
研磨パッド（上部ローラ）の速度差は、ウエハ上のその
点からウエハの中心までの距離に正比例する。同時に、
“ドエル時間”（すなわち、ウエハ上の同じ点が実際に
研磨パッドの下にある時間）は、ウェハ上のその点から
ウエハの中心までの距離に反比例する。研磨によって除
去される材料の量は、速度差とドエル時間の積の関数で
あるから、上記の比例関係は相殺される。これは研磨パ
ッドと常に接触するウエハ部分、（すなわち、ウエハの
中心）にはあてはまらない。したがって、ウエハ中心を
除き、材料の研磨はウエハ表面全体で一定である。
去速度に大きく影響する。従来技術では、ウエハ表面の
研磨速度は事実上様々である。すなわち、ウエハと研磨
ホイールの半径が異なる場合、ウエハの外側は内側より
速く研磨される。従来技術は研磨ホイールに対してウエ
ハの回転速度を変えることで、この不均一性に対処して
いた。しかし、22インチ（約56cm）の研磨ホイール上で
８インチ（約20cm）のウエハを研磨する場合、研磨面の
均一性はほぼ95％にとどまる。本発明では上部ローラの
回転軸がウエハ直径に対して平行である。ウエハの中心
に関して一方の側では上部ローラとウエハは同一方向に
移動し、他方の側では互いに逆方向に移動する。ウエハ
表面上の１点を考えた場合、回転するウエハと回転する
研磨パッド（上部ローラ）の速度差は、ウエハ上のその
点からウエハの中心までの距離に正比例する。同時に、
“ドエル時間”（すなわち、ウエハ上の同じ点が実際に
研磨パッドの下にある時間）は、ウェハ上のその点から
ウエハの中心までの距離に反比例する。研磨によって除
去される材料の量は、速度差とドエル時間の積の関数で
あるから、上記の比例関係は相殺される。これは研磨パ
ッドと常に接触するウエハ部分、（すなわち、ウエハの
中心）にはあてはまらない。したがって、ウエハ中心を
除き、材料の研磨はウエハ表面全体で一定である。
ここで大切な点は、本発明により、ウエハを、従来の
装置よりもはるかに高速に回転できることである。ウエ
ハの回転速度を上げることで、所定時間に所定量の材料
を研磨するのに必要な圧力が低くなる。これがウエハの
均一性を高める。
装置よりもはるかに高速に回転できることである。ウエ
ハの回転速度を上げることで、所定時間に所定量の材料
を研磨するのに必要な圧力が低くなる。これがウエハの
均一性を高める。
本発明を採用することで、研磨の均一性は98％ないし
99％になる。さらに、研磨速度の面からは、所定時間に
処理可能なウエハの個数が増える。これにより、装置の
総スループットが向上し、製造工程全体のコストが低減
する。
99％になる。さらに、研磨速度の面からは、所定時間に
処理可能なウエハの個数が増える。これにより、装置の
総スループットが向上し、製造工程全体のコストが低減
する。
F.発明の効果 上述のように本発明によれば、研磨の精度と均一性を
高めることができ、しかも処理効率の高い研磨装置を達
成することができる。
高めることができ、しかも処理効率の高い研磨装置を達
成することができる。
第１図は、本発明による装置の上面図である。 第２図は、本発明による装置の前面図である。 第３図は、本発明による装置の側面図である。 第４図は、従来技術によるウェハ研磨具の側面図であ
る。 第５図は、第４図の従来技術によるウェハ研磨具の上面
図である。 100……ウエハ、102……上部ローラ、104……下部ロー
ラ、106……ウエハホルダ、114……ベルト、118……モ
ータ、148……ベルト、162……モータ
る。 第５図は、第４図の従来技術によるウェハ研磨具の上面
図である。 100……ウエハ、102……上部ローラ、104……下部ロー
ラ、106……ウエハホルダ、114……ベルト、118……モ
ータ、148……ベルト、162……モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブライアン・ジヨン・マチエスニイ アメリカ合衆国ヴアーモント州バーリント ン、イーザン・アレン・パークウエイ429 番地 (72)発明者 ダニエル・ジヨン・ベンデイツテイ アメリカ合衆国ヴアーモント州エセツク ス・ジヤンクシヨン、リバー・ロード220 番地 (72)発明者 クリストフアー・ロバート・ウイタカー アメリカ合衆国ヴアーモント州ジエリコ、 ヘンリイ・レーン、ボツクス986番地 (56)参考文献 実開 昭54−151984（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭58−17724（ＪＰ，Ｙ２)
Claims (1)
- 【請求項１】被加工物からその材料を均一に除去する研
磨装置にして、 （ａ）第１の軸の回りで回転可能に支持された、円筒面
を研磨面とする研磨ローラと、 （ｂ）上記研磨ローラを回転させる駆動手段と、 （ｃ）上記研磨ローラの上記円筒研磨面と対面するよう
に上記被加工物を平板状に保持する手段と、 （ｄ）上記保持手段を弾力的に支持する手段と、 （ｅ）上記保持手段を上記第１の軸と直交する第２の軸
の回りで回転させる駆動手段と、 （ｆ）上記保持手段の下側にあって、上記被加工物を上
記研磨ローラに対して係合させるように弾力的に装着さ
れ、かつ上記第１の軸と平行な第３の軸の回りで回転可
能に支持された従動型の分割された下部ローラとを具備
する研磨装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/253,028 US4934102A (en) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | System for mechanical planarization |
| US253028 | 1988-10-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02139172A JPH02139172A (ja) | 1990-05-29 |
| JPH08359B2 true JPH08359B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=22958538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1246622A Expired - Lifetime JPH08359B2 (ja) | 1988-10-04 | 1989-09-25 | 研磨装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4934102A (ja) |
| EP (1) | EP0362516B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08359B2 (ja) |
| DE (1) | DE68911456T2 (ja) |
Families Citing this family (102)
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| US5938504A (en) * | 1993-11-16 | 1999-08-17 | Applied Materials, Inc. | Substrate polishing apparatus |
| US5733175A (en) | 1994-04-25 | 1998-03-31 | Leach; Michael A. | Polishing a workpiece using equal velocity at all points overlapping a polisher |
| US5607341A (en) | 1994-08-08 | 1997-03-04 | Leach; Michael A. | Method and structure for polishing a wafer during manufacture of integrated circuits |
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