JPH10138125A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨加工中の上定盤の熱変形による被加工物
の平坦度の劣化を防止して、研磨歩留りの向上並びに研
磨効率の向上を図るようにする。 【解決手段】 下定盤と上定盤１５との間に被加工物を
挟み、研磨剤を供給して所定の圧力を加えながら両定盤
の少なくともいずれか一方を回転させることにより、被
加工物を研磨するものにおいて、上記上定盤１５をその
内外周間の重心を結ぶ円周（直径Ｇ11）の位置から外周
までの間で支柱１６により吊上げ支持することにより、
従来研磨加工中に発生する熱によって反り上がり変形し
ていた上定盤１５の外周寄りの部分を上方より押え込
み、上定盤１５の平坦度を保つようにした。この場合、
上定盤１５を半径方向の拘束を解いて吊上げ支持するこ
とにより、上定盤１５の全体が半径方向に自由膨張でき
るようにして、上定盤１５の平坦度が影響を及ぼされな
いようにしたものでも良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンウエハーの
ラッピング等に使用する研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シリコンウエハーのラッピング
等においては、下定盤と上定盤との間に被加工物（シリ
コンウエハー）を挟み、スラリー状の研磨剤を供給し
て、所定の圧力を加えながら両定盤を回転させることに
より、研磨剤の持つ切刃で被加工物の表面に微小破壊を
生じさせ研磨するものであり、これによって、定盤の持
つ平坦度を被加工物に現す方法がとられている。又、こ
のような研磨は、シリコンウエハーのみならず、ガラ
ス、光学レンズ、宝石、金属、セラミックス等の表面を
研磨する目的で多く使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、シリコンウエハ
ーの研磨では被加工物の大きさによって直径４００ｍｍ
から３５００ｍｍの定盤が使用され、近年のシリコンウ
エハーの大径化に伴い、直径の大きい定盤の使用が急速
に増加している。又、同じ大きさのシリコンウエハーを
研磨する場合、直径の大きい定盤を使用した方がバッチ
ごとの研磨枚数が多くなり、研磨効率が向上する。

【０００４】一方、シリコンウエハーの研磨では研磨剤
としてアルミナやジルコニア等の微細砥粒が用いられ、
これが被加工物の表面に微小破壊を生じさせる際、熱の
発生を伴う。これにより、定盤の温度は研磨前に比べて
約４〜６℃上昇する。このため、熱膨張により定盤に変
形が生じラッピング面の平坦度が劣化する。上述のよう
にシリコンウエハーの研磨では定盤の平坦度が直接シリ
コンウエハーに現されるので、この定盤の平坦度の劣化
はシリコンウエハーの平坦度の劣化を招き、シリコンウ
エハーの研磨歩留りを著しく低下させると共に、定盤の
有効面積が減少するので、研磨効率も低下する。特に直
径１０００ｍｍ以上の定盤ではこの傾向が著しく、大径
定盤の使用には限界があった。

【０００５】これについて詳述すると、図９ないし図１
１に示すように、シリコンウエハーのラッピングに使用
される下定盤１と上定盤２は、いずれもドーナツ状で、
対向面に研磨材を溜め込むための溝１ａ，２ａを有して
いる。これらの定盤１，２の間にシリコンウエハー３を
セットし、図示しない研磨剤を供給し且つ所定の圧力を
加えながら、定盤１，２に回転を加えて研磨加工を行
う。定盤１，２の寸法は、通常、外径が４００〜３５０
０ｍｍ、内径が１２０〜１４００ｍｍ、板厚が２５〜１
５０ｍｍのものが使用される。

【０００６】次に、定盤１，２の支持構造について説明
すると、下定盤１は下定盤１と同心の円周上に等間隔に
配置された複数の直方体状の支持体３の上にそれぞれや
ゝ大きめの穴４に嵌まる位置決めピン５を介して設置さ
れ、下方より受け支持されている（図１２参照）。又、
上定盤２は上定盤２と同心の円周上に等間隔に配置され
た多数の支柱６にそれぞれボルト７にて締結され、上方
より吊上げ支持されている。

【０００７】この支柱６が配置された円周の直径を図９
に示すＤ1 、上定盤２の内周と外周との間の重心を結ぶ
円周の直径をＧ1 とすると、 Ｄ1 ＜Ｇ1 に定められており、すなわち、上定盤２はその内外周間
の重心を結ぶ円周の位置より内周寄りの位置において吊
上げ支持されている。なお、上定盤２の内外周間の重心
を結ぶ円周の直径Ｇ1 は下記の式によって求められる。

【０００８】

【数１】 この場合、Ｒ1 は上定盤２の内周の半径であり、Ｒ2 は
上定盤２の外周の半径である。

【０００９】さて、この構造で、研磨加工が開始される
と、加工熱により両定盤１，２の温度が上昇し、熱変形
を起こす。たゞし、下定盤１の場合は穴４と位置決めピ
ン５との間の寸法の余裕により支持体３との間に拘束が
ないため、全体が自由膨張し、下定盤１の平坦度に影響
を及ぼすことはない。しかし、上定盤２の場合は、ボル
ト７により締結された支柱６によって拘束を受けている
ため、その拘束を受けた上面部が膨張し切れず、拘束を
受けない下面部のみが膨脹して、大きく熱変形し、平坦
度が大きく劣化する。

【００１０】この場合、２８Ｂ定盤（外径１８３０ｍ
ｍ、内径７１０ｍｍ、板厚６０ｍｍ）を例にとって、そ
の熱変形量をコンピュータシュミレーションにより計算
した結果を図１３、図１４、及び図１５に示す。これら
の図からも分かるように、下定盤１の平坦度はほとんど
変化しないが、上定盤２は支柱６から外周までの部分が
反り上がるように変形し、その最大値は４４μｍにも達
する。このため、シリコンウエハーの平坦度が劣化し、
研磨歩留りが低下すると共に、定盤の有効面積が減少す
るので、研磨効率も低下するのである。

【００１１】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、従ってその目的は、研磨加工中の上定盤の熱変
形による被加工物の平坦度の劣化を防止し、研磨歩留り
の向上並びに研磨効率の向上を図り得る研磨装置を提供
するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の研磨装置においては、下定盤と上定盤との
間に被加工物を挟み、研磨剤を供給して所定の圧力を加
えながら両定盤の少なくともいずれか一方を回転させる
ことにより、被加工物を研磨するようにしたものにあっ
て、第１に、上記上定盤をその内外周間の重心を結ぶ円
周の位置から外周までの間で吊上げ支持したことを特徴
とし、第２に、上記上定盤を半径方向の拘束を解いて吊
上げ支持したことを特徴とする。

【００１３】上記第１の手段によれば、従来研磨加工中
に発生する熱によって反り上がるように変形していた上
定盤の外周寄りの部分を上方より押え込み、その変形が
生じないようにして、上定盤の平坦度を保つことができ
る。第２の手段によれば、上定盤が研磨加工中に発生す
る熱によって膨張するとき、全体が半径方向に自由膨張
できるようになって、上定盤の平坦度が影響を及ぼされ
ず、上定盤の平坦度を保つことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につ
き、図１ないし図４を参照して説明する。まず図２は下
定盤１１を示しており、これは従来同様のドーナツ状に
て、図３に示す上面部に研磨材を溜め込むための溝１１
ａを有しており、同心の円周上に等間隔に配置された複
数の直方体状の支持体１２の上にそれぞれやゝ大きめの
穴１３に嵌まる位置決めピン１４を介して設置され、下
方より受け支持されている。

【００１５】これに対して、図１は上定盤１５を示して
おり、これも従来同様のドーナツ状にて、図４に示す下
面部に研磨材を溜め込むための溝１５ａを有しており、
同心の円周上に等間隔に配置された多数の支柱１６にそ
れぞれボルト１７にて締結され、上方より吊上げ支持さ
れている。

【００１６】この支柱１６が配置された円周の直径を図
１に示すＤ11、上定盤１５の内周と外周との間の重心を
結ぶ円周の直径をＧ11とすると、 Ｄ11≧Ｇ11 に定められており、すなわち、上定盤１５はその内外周
間の重心を結ぶ円周の位置から外周までの間で吊上げ支
持されている。

【００１７】なお、上定盤１５の内外周間の重心を結ぶ
円周の直径Ｇ11は下記の式によって求められる。

【００１８】

【数２】 この場合、Ｒ11は上定盤１５の内周の半径であり、Ｒ12
は上定盤１５の外周の半径である。

【００１９】しかして、下定盤１１及び上定盤１５の間
には図４に示すように被加工物（例えばシリコンウエハ
ー）１８をセットし、図示しない研磨剤（例えばアルミ
ナやジルコニア等の微細砥粒）を供給し且つ所定の圧力
を加えながら、下定盤１１及び上定盤１５に回転を加え
て研磨加工を行う。

【００２０】研磨加工は研磨剤の持つ切刃で被加工物１
８の表面に微小破壊を生じさせ研磨するものであるが、
同時に熱の発生を伴うもので、これにより両定盤１１，
１５の温度は研磨前に比べて約４〜６℃上昇し、熱膨張
する。この場合、下定盤１１は穴１３と位置決めピン１
４との間の寸法の余裕により支持体１２との間に拘束が
ないため、全体が自由膨張し、下定盤１１の平坦度に影
響を及ぼすことはない。一方、上定盤１５については、
上述の研磨加工中に発生する熱によって従来反り上がる
ように変形していた外周寄りの部分がここを支持した支
柱１６によって上方より押え込まれ、その変形が生じな
いようにされる。かくして、上定盤１５の平坦度を保つ
ことができるもので、このため、被加工物１８の平坦度
も劣化せず、研磨歩留りの向上を達成できると共に、研
磨効率の向上も達成することができる。

【００２１】ちなみに、２０Ｂ定盤（外径１３５５ｍ
ｍ、内径４２７ｍｍ、板厚５０ｍｍ）において、上定盤
１５の支持位置を直径１２４０ｍｍのところとしてシリ
コンウエハーの研磨を行った結果、定盤寿命までに研磨
されたシリコンウエハーの不良率は、従来の支持位置
（直径９６０ｍｍのところ）の場合と比較して１／６に
減少した。又、１バッチにおけるシリコンウエハーの研
磨時間は１／３に減少した。

【００２２】又、先の２８Ｂ定盤において、上定盤１５
の支持位置を直径１６８０ｍｍのところとしてシリコン
ウエハーの研磨を行った結果、定盤寿命までに研磨され
たシリコンウエハーの不良率は、従来の支持位置（直径
１３８５ｍｍのところ）の場合と比較して１／７に減少
した。又、１バッチにおけるシリコンウエハーの研磨時
間は１／３に減少した。

【００２３】更に、１５Ｂ定盤（外径１０３０ｍｍ、内
径２７０ｍｍ、板厚５０ｍｍ）において、上定盤１５の
支持位置を直径８８０ｍｍのところとしてシリコンウエ
ハーの研磨を行った結果、定盤寿命までに研磨されたシ
リコンウエハーの不良率は、従来の支持位置（直径４４
０ｍｍのところ）の場合と比較して１／６に減少した。
又、１バッチにおけるシリコンウエハーの研磨時間は１
／２に減少した。

【００２４】以上に対して、図５及び図６は本発明の第
２実施例を示すもので、上定盤１５と支柱１６との間
に、上定盤１５を半径方向に移動可能に支持する、レー
ル２１、玉２２，２３、及びホールドブロック２４を設
けて、上定盤１５を半径方向の拘束を解いて吊上げ支持
するようにしたものを示している。

【００２５】このものでは、上定盤１５が研磨加工中に
発生する熱によって膨張するとき、全体が半径方向に自
由膨張できることから、上定盤１５の平坦度が影響を及
ぼされることはなく、上定盤１５の平坦度を保つことが
できるので、これによっても、被加工物１８の平坦度は
劣化せず、研磨歩留りの向上、並びに研磨効率の向上を
達成することができる。

【００２６】ちなみに、この場合、２０Ｂ定盤におい
て、シリコンウエハーの研磨を行った結果、定盤寿命ま
でに研磨されたシリコンウエハーの不良率は従来のボル
トによる支持構造の場合と比較して１／８に減少した。
又、１バッチにおけるシリコンウエハーの研磨時間は１
／３に減少した。

【００２７】又、２８Ｂ定盤において、シリコンウエハ
ーの研磨を行った結果、定盤寿命までに研磨されたシリ
コンウエハーの不良率は従来のボルトによる支持構造の
場合と比較して１／８に減少した。又、１バッチにおけ
るシリコンウエハーの研磨時間は１／３に減少した。

【００２８】図７及び図８は本発明の第３実施例を示す
もので、上定盤１５に断面逆Ｔ字状にて半径方向に延び
る溝３１を形成し、これに支柱１６の下端部に形成した
断面逆Ｔ字状の挿入部１５ｂを挿入して、この支柱１６
に対する溝３１の移動で上定盤１５の半径方向への移動
を可能ならしめることにより、上定盤１５を半径方向の
拘束を解いて吊上げ支持したものを示している。

【００２９】このものでも、上定盤１５が研磨加工中に
発生する熱によって膨張するとき、全体が半径方向に自
由膨張できることから、上定盤１５の平坦度が影響を及
ぼされることはなく、上定盤１５の平坦度を保つことが
できるので、これによっても、被加工物１８の平坦度は
劣化せず、研磨歩留りの向上、並びに研磨効率の向上を
達成することができる。

【００３０】なお、上記各実施例では被加工物１８を研
磨するとき下定盤１１及び上定盤１５の双方を回転させ
るようにしたが、そのいずれか一方のみを回転させるよ
うにしても良い。又、被加工物１８はシリコンウエハー
に限られず、前述のガラス、光学レンズ、宝石、金属、
セラミックス等であっても良い。このほか、本発明は上
記し且つ図面に示した実施例にのみ限定されるものでは
なく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおりのもので、
下記の効果を奏する。請求項１の研磨装置によれば、従
来研磨加工中に発生する熱によって反り上がるように変
形していた上定盤の外周寄りの部分を上方より押え込
み、その変形が生じないようにして、上定盤の平坦度を
保つことができるから、被加工物の平坦度も劣化せず、
研磨歩留りの向上を達成できると共に、研磨効率の向上
も達成することができる。

【００３２】請求項２の研磨装置によれば、上定盤が研
磨加工中に発生する熱によって膨張するとき、全体が半
径方向に自由膨張できるようになって、上定盤の平坦度
が影響を及ぼされず、上定盤の平坦度を保つことができ
るから、上述同様、被加工物の平坦度も劣化せず、研磨
歩留りの向上を達成できると共に、研磨効率の向上も達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す上定盤及びこれを支
持した部品の上面図

【図２】下定盤及びこれを支持した部品の下面図

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図

【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿う上下両定盤の研磨加工状
態の部分拡大縦断面図

【図５】本発明の第２実施例を示す上定盤及びこれを支
持した部品の上面図

【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿う部分拡大断面図

【図７】本発明の第３実施例を示す上定盤及びこれを支
持した部品の上面図

【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿う部分拡大断面図

【図９】従来例を示す図１相当図

【図１０】図２相当図

【図１１】図９のＥ−Ｅ線に沿う上下両定盤の研磨加工
状態の部分拡大縦断面図

【図１２】図１０のＦ−Ｆ線に沿う拡大断面図

【図１３】下定盤の熱変形量をコンピュータシュミレー
ションにより計算した結果を示す図

【図１４】上定盤の熱変形量をコンピュータシュミレー
ションにより計算した結果を示す図

【図１５】上定盤の熱変形量を具体的に示す部分縦断面
図

【符号の説明】

１１は下定盤、１２は支持体、１３は位置決めピン、１
５は上定盤、１６は支柱、１７はボルト、Ｄ11は支柱が
配置された円周の直径、Ｇ11は上定盤の内周と外周との
間の重心を結ぶ円周の直径、１８は被加工物、２１はレ
ール、２２，２３は玉、２４はホールドブロック、３１
は溝、１５ｂは挿入部を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下定盤と上定盤との間に被加工物を挟
   み、研磨剤を供給して所定の圧力を加えながら両定盤の
   少なくともいずれか一方を回転させることにより、被加
   工物を研磨するようにしたものにおいて、前記上定盤を
   その内外周間の重心を結ぶ円周の位置から外周までの間
   で吊上げ支持したことを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 下定盤と上定盤との間に被加工物を挟
   み、研磨剤を供給して所定の圧力を加えながら両定盤の
   少なくともいずれか一方を回転させることにより、被加
   工物を研磨するようにしたものにおいて、前記上定盤を
   半径方向の拘束を解いて吊上げ支持したことを特徴とす
   る研磨装置。