JPH1029152A - 薄板の研磨装置および研磨方法 - Google Patents

薄板の研磨装置および研磨方法

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JPH1029152A
JPH1029152A JP18381996A JP18381996A JPH1029152A JP H1029152 A JPH1029152 A JP H1029152A JP 18381996 A JP18381996 A JP 18381996A JP 18381996 A JP18381996 A JP 18381996A JP H1029152 A JPH1029152 A JP H1029152A
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JP
Japan
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plate
polishing
grinding
wafer
thin plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP18381996A
Other languages
English (en)
Inventor
Koichi Tanaka
好一 田中
Toshihiro Tsuchiya
敏弘 土屋
Koji Morita
幸治 森田
Tsutomu Takaku
勉 高久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shin Etsu Handotai Co Ltd filed Critical Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Publication of JPH1029152A publication Critical patent/JPH1029152A/ja
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ面上における研磨圧力の分布を均一
化し、これにより研磨代を一定にし、もって高平坦度の
研磨を可能にすることができる薄板の研磨方法および研
磨装置を提供する。 【解決手段】 プレートの薄板保持面に薄板を保持し、
前記プレートの背面に押圧力を付与することによって前
記薄板を研磨手段に押し付け当該研磨手段との間で挟持
摺擦して研磨するにあたり、前記プレートの背面の領域
のうち、直下に前記薄板が保持されている領域にのみ押
圧力を作用させつつ研磨を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄板の研磨技術に
係り、特に半導体ウェーハを高平坦度に研磨することが
できる薄板の研磨方法および研磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、半導体集積回路製造プロセスに
おいては、近年のデバイスの高集積化にともない、デバ
イスのデザインルールは狭くなり、ホトリソグラフィ工
程におけるステッパの焦点深度も浅くなってきている。
このため、ウェーハの研磨工程でのウェーハに対する平
坦性の要求も高くなってきている。なお、ホトリソグラ
フィ工程などにおいては、ウェーハは真空吸着等により
保持され、若干の歪みが矯正されることになるため、こ
こでいう「平坦度」とは、ウェーハの板厚のばらつきの
ことをいう。
【0003】ところで、ウェーハの研磨装置において
は、円板状のプレートの下面に複数のウェーハを貼付
け、このウェーハを、主面に不織布を貼付けた定盤面に
押しつけて、両者の間で挟持摺擦することで研磨してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
研磨装置では、プレートが均一の厚みの並行平板として
構成されていたため、ウェーハ面の研磨代(研磨による
除去量)が完全に一定にはならずに、ウェーハの厚みに
ばらつきが生じるという問題があった。
【0005】一般に、研磨代は、研磨時間と、ウェーハ
と研磨布の摺擦速度と、ウェーハと研磨布の接する研磨
圧力とに比例すると考えられる。このうち研磨時間は容
易に調節でき、またウェーハと研磨布の摺擦速度も、定
盤の回転速度を変えることにより容易に調節できる。し
かし、ウェーハと研磨布の接する研磨圧力については調
節が難しい。
【0006】これを図5を用いて説明すれば、もともと
プレート20は均一の厚みを有する平行平板として構成
されているので、プレート20が変形しないとすれば、
ウェーハ22を研磨する場合、そのウェーハ22に加わ
る圧力分布が均一になるはずである。しかし、現実に
は、プレート20の上面と下面に加わる荷重の作用範囲
が異なることに起因して、同図に示すようにプレート2
0が弾性変形を起こすことになる。つまり、プレート2
0の上面には全域にわたって均一な荷重21が加えられ
るのに対して、プレート20が下面から受ける力はウェ
ーハ22を介しての定盤23からの反力のみである。そ
の結果、プレート20の上下で力の分布にアンバランス
を生じて、同図に示すようにプレート20のウェーハ保
持面が凹曲面となるように変形してしまい、ウェーハ2
2の中央部に比べて周辺部が強く定番23に押し付けら
れる結果となり、周辺部が中央部に比べて多く研磨され
ることとなってしまう。なお、図5において、符号24
は研磨布を示している。
【0007】上記のようなプレート20の変形を防ぐ対
策としては、プレート20の高剛性化を図ることが考え
られる。例えば、プレート20の材質にヤング率の大き
いAl2O3やSiC等のセラミックスを用いれば、プレ
ート20の変形量は小さくなる。しかし、それでは高価
になってしまう。また、他の手段としてプレート20の
肉厚を大きくすることが考えられるが、重くなり、ハン
ドリングが困難になる。このような不都合は、特にウェ
ーハの大口径化が進展すると、それに伴いプレートも大
きくなるために顕著になる。かかる問題は、ウェーハに
限らず、薄板の研磨一般に生じるところである。
【0008】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、ウェーハ面上における研磨圧力の分布を
均一化し、これにより研磨代を一定にし、もって高平坦
度の研磨を可能にすることができる薄板の研磨方法およ
び研磨装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の研磨方法
は、プレートの薄板保持面に薄板を保持し、前記プレー
トの背面に押圧力を付与することによって前記薄板を研
磨手段に押し付け当該研磨手段との間で挟持摺擦して研
磨するにあたり、前記プレートの背面の領域のうち、直
下に前記薄板が保持されている領域にのみ押圧力を作用
させつつ研磨を行うことを特徴とする。
【0010】請求項2記載の研磨装置は、薄板保持面に
薄板を保持するプレートと、このプレートの背面に押圧
力を作用させる押圧力付与手段と、この押圧力付与手段
による押圧力の付与によって前記プレートに保持された
前記薄板が押し付けられ当該プレートとの間で挟持摺擦
して研磨する研磨手段とを備える、薄板の研磨装置にお
いて、前記押圧力付与手段は、前記プレートの背面の領
域のうち、直下に前記薄板が保持されている領域にのみ
押圧力を作用させるように構成されていることを特徴と
する。
【0011】請求項3記載の研磨装置は、請求項2記載
の研磨装置において、前記押圧力付与手段は、前記プレ
ートに保持されるべき前記薄板と同数のベローズによっ
て押圧力を付与するように構成されていることを特徴と
する。
【0012】請求項4記載の研磨装置は、請求項2記載
の研磨装置において、前記押圧力付与手段は、前記プレ
ートに保持されるべき前記薄板と同数のダイヤフラムに
よって押圧力を付与するように構成されていることを特
徴とする。
【0013】請求項5記載の研磨装置は、請求項3記載
の研磨装置において、前記ベローズを複数備えると共
に、これらすべてのベローズの内部の空間が相互に連通
されていることを特徴とする。
【0014】請求項6記載の研磨装置は、請求項4記載
の研磨装置において、前記ダイヤフラムを複数備えると
ともに、これらすべてのダイヤフラムの背面の空間が相
互に連通されていることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る薄板の研磨方法および研磨装置の実施形態を説明す
る。
【0016】まず、本発明の実施形態1を説明する。図
1は、薄板の研磨装置の全体構成を模式的に示す正面図
である。
【0017】同図において、符号1は本実施形態の研磨
装置で研磨されるウェーハを指示している。このウェー
ハ1は、予め単結晶インゴットから内周刃等の切断装置
でスライスした後、ラッピング工程などを経て、両面が
高精度な平行面で均一な厚さになるように加工されたも
のである。
【0018】このウェーハ1の複数枚をウェーハ保持面
に保持するプレート2は、両面ともに高精度な平行平面
に加工されている。
【0019】全体形状が円板状であって水平に配設され
た定盤3は、底面中央部に取付けられた回転軸4を中心
として所定速度で回転駆動されるようになっている。こ
の定盤3の上面は高精度な平面に加工され、さらにその
表面に研磨布5が貼付けられている。この研磨布5は不
織布からなり、適度な粘りと弾力をもった粘弾性体にな
っている。また、定盤3の中央部上方には、図示しない
スラリー供給ノズルが設けられている。そして、このス
ラリー供給ノズルからは、研磨布5の中央にコロイダル
シリカからなるスラリーが図示しないポンプによって供
給されるようになっている。
【0020】前記プレート2の上面に押圧力を付与する
押圧力付与手段としてのヘッド6は、回転軸7の下端に
吊設されており、この回転軸7に取付けられた駆動機構
(図示省略)によって所定の回転速度で回転駆動され
る。そして、回転軸7の上端は複動式エアシリンダ8の
ピストン8aに取付けられており、エアシリンダ8に供
給する空気圧を制御することで、回転軸7を下方に向け
て押圧したり、上方に引上げたりすることができるよう
になっている。なお、符合9は研磨装置のフレームを指
示している。
【0021】次に、前記ヘッド6の内部構造を図2に基
づき説明する。ヘッド6の底面には、前記プレート2に
保持されるウェーハ1の枚数と同一数のダイヤフラム1
0が設けられている。ダイヤフラム10はステンレス薄
板などのような耐久性を有する可撓性部材からできてお
り、その下面にはプレート2との隙間を埋めるためのゴ
ム板11が貼付けられている。このゴム板11は、プレ
ート2との接触の摩擦力を確保する働きもする。ウェー
ハの研磨中には、研磨布5とウェーハ1の摺擦による摩
擦力がプレート2に作用するが、これに耐えてプレート
2とダイヤフラム10との相対位置を固定しておく働き
である。なお、プレート2とヘッド6との位置ズレを防
止するためには、それぞれにガイドローラおよびセンタ
ーローラを設けるようにしてもよい。
【0022】ゴム板11の外形はウェーハの外形と等し
くなっており、さらにその取付け位置は、プレート2の
下面に貼付けられたウェーハの真上に位置するように設
定されている。これにより、ヘッド6がプレート2に作
用させる押圧力の範囲は、プレート2の上面の領域のう
ち、直下にウェーハ1が保持されている領域に限定され
ることとなる。
【0023】ダイヤフラム10のそれぞれの背面の空間
には、孔6a、連通管12および孔7aを順次通して空
気圧が供給されるようになっているが、連通管12によ
って個々のダイヤフラムは連通しており、すべてのダイ
ヤフラム内の圧力は等しくなっている。なお、13はダ
イヤフラムを固定する固定部材、14はプレート2の外
周をガイドするガイドリングである。
【0024】上記構成からなる本実施形態の研磨装置に
よってウェーハ1を研磨するに際しては、プレート2の
ウェーハ保持面にウェーハ1を貼付けて、研磨布6の上
面に載置してから、ヘッド6を下降させるとともにダイ
ヤフラム10内を所定の空気圧で加圧する。そして、定
盤3とヘッド6とを相対的に回転させつつウェーハ1を
摺擦研磨する。
【0025】本実施形態によれば、プレート2の上面と
下面の力がバランスするので、プレート2が変形するこ
とはなく、従って平坦に作製されたプレート2は、研磨
作業中においても平坦状態のままである。この結果、ウ
ェーハ1の面上における研磨圧力の分布は均一となり、
研磨代も一定となる。
【0026】また、エアシリンダ8が下方に押圧する力
が、ダイヤフラム10内の空気によりヘッドを上方へ押
し上げる力よりも大きくなるような条件の下で、ダイヤ
フラム10内の空気圧を調整することにより、ウェーハ
1の研磨圧力を任意に変更することができる。
【0027】研磨作業が完了したら、エアシリンダ8を
駆動してヘッド6を引上げる。このとき、ダイヤフラム
10に過剰な負担がかからないようにするため、孔6a
に供給する空気圧はあらかじめ大気圧に開放しておく。
【0028】なお、上記実施形態ではダイヤフラムの下
面に摩擦部材を貼付けて、ダイヤフラム表面からプレー
トまでの距離をかせいだが、逆に、図3に示すように、
プレートの上面に保持すべきウェーハ1と同一形状でか
つ同一数のウェーハ保持部2aを突出して設けるように
してもよい。
【0029】次に、本発明の別の実施形態を図4につい
て説明する。この実施形態では、ダイヤフラムに変えて
ベローズ15を用いた点が前記実施形態とは異なってい
る。このベローズ15はプレート2の下面に保持される
ウェーハ1と同一の断面形状を有しており、ウェーハ1
と同一数だけ設けられている。ベローズ15を用いた場
合には、ダイヤフラムの場合と異なり、前記凸部をプレ
ートに形成したり、押圧部材を設ける必要はなくなる。
ここで、ベローズ15の下面にプレート2との摩擦力を
増すための滑止め部材を貼付けておくとよい。
【0030】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、上記実施形態ではベローズまたはダイヤ
フラムに作用させる流体を空気としたが、他の気体や液
体を用いてもよい。液体を用いる場合には、上記実施形
態と同様に圧力を制御してもよいが、単に密閉封入する
構造にすることもできる。
【0031】また、プレートに荷重を付与する方法とし
ては、一般に、可変荷重方式と固定荷重方式の2つの方
法が採用されており、上記実施形態では可変荷重方式の
場合について説明したが、本発明は固定荷重方式の研磨
装置にも適用することが可能である。固定荷重方式の研
磨機では、プレート上に死荷重(おもり)が載ってい
る。この方式においては、プレートに加わる荷重は一定
であり、変えることはできない。ここで、ベローズまた
はダイヤフラムへの理想的な流体圧力の計算値は次式の
値となる。
【0032】P=W/(N・S) ここで、 W:死荷重の重量 N:ウェーハ枚数(=ベローズまたはダイヤフラムの
数) S:ウェーハ面積(=ベローズまたはダイヤフラムの面
積) P:流体圧力 このとき、現実には、流体圧力は若干ばらついて制御さ
れるが、ぱらつき量がわずかならば、プレートの剛性効
果により問題は生じない。ヘッド部の具体的な構造は前
記実施形態と同じである。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明の薄板の研磨方法
および研磨装置によれば、ウェーハ面内の各領域での研
磨圧力が均一になるので、研磨代も均一になり、従来よ
りも平坦度の高いウェーハを製造することができる。こ
れにより、更なるデバイスの高集積化に対応することが
可能となる。また、本発明によればプレートを従来より
も低剛性化、つまり軽量で薄型の構造にすることができ
る。このため、作業性を向上させたり、材質変更による
コストの低減などを達成することもできる。また、本発
明は、現行のWAX法と類似の技術であるため、現行の
装置、ノウハウが活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による薄板の研磨装置の全
体構成を模式的に示す正面図である。
【図2】図1の研磨装置の要部を拡大して示す縦断正面
図である。
【図3】図2の変形例を示す図である。
【図4】本発明の他の実施形態による薄板の研磨装置の
要部を拡大して示す縦断正面図である。
【図5】従来技術を示す要部正面図である。
【符号の説明】
1 ウェーハ(薄板) 2 プレート 3 定盤 4 回転軸 5 研磨布 6 ヘッド 7 回転軸 8 エアシリンダ 8a ピストン 9 フレーム 10 ダイヤフラム 11 ゴム板 12 連通管 13 固定部材 14 ガイドリング 15 ベローズ
フロントページの続き (72)発明者 森田 幸治 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社半導体白河 研究所内 (72)発明者 高久 勉 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社半導体白河 研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プレートの薄板保持面に薄板を保持し、
    前記プレートの背面に押圧力を付与することによって前
    記薄板を研磨手段に押し付け当該研磨手段との間で挟持
    摺擦して研磨するにあたり、前記プレートの背面の領域
    のうち、直下に前記薄板が保持されている領域にのみ押
    圧力を作用させつつ研磨を行うことを特徴とする薄板の
    研磨方法。
  2. 【請求項2】 薄板保持面に薄板を保持するプレート
    と、このプレートの背面に押圧力を作用させる押圧力付
    与手段と、この押圧力付与手段による押圧力の付与によ
    って前記プレートに保持された前記薄板が押し付けられ
    当該プレートとの間で挟持摺擦して研磨する研磨手段と
    を備える、薄板の研磨装置において、前記押圧力付与手
    段は、前記プレートの背面の領域のうち、直下に前記薄
    板が保持されている領域にのみ押圧力を作用させるよう
    に構成されていることを特徴とする薄板の研磨装置。
  3. 【請求項3】 前記押圧力付与手段は、前記プレートに
    保持されるべき前記薄板と同数のベローズによって押圧
    力を付与するように構成されていることを特徴とする請
    求項2記載の薄板の研磨装置。
  4. 【請求項4】 前記押圧力付与手段は、前記プレートに
    保持されるべき前記薄板と同数のダイヤフラムによって
    押圧力を付与するように構成されていることを特徴とす
    る請求項2記載の薄板の研磨装置。
  5. 【請求項5】 前記ベローズを複数備えると共に、これ
    らすべてのベローズの内部の空間が相互に連通されてい
    ることを特徴とする請求項3記載の薄板の研磨装置。
  6. 【請求項6】 前記ダイヤフラムを複数備えるととも
    に、これらすべてのダイヤフラムの背面の空間が相互に
    連通されていることを特徴とする請求項4記載の薄板の
    研磨装置。
JP18381996A 1996-07-12 1996-07-12 薄板の研磨装置および研磨方法 Pending JPH1029152A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012164932A (ja) * 2011-02-09 2012-08-30 Shin Etsu Chem Co Ltd シリコン薄膜転写ウェーハの製造方法および研磨装置
CN115415902A (zh) * 2022-09-28 2022-12-02 潍坊职业学院 一种余热回收的机械制造用打磨装置

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JP2012164932A (ja) * 2011-02-09 2012-08-30 Shin Etsu Chem Co Ltd シリコン薄膜転写ウェーハの製造方法および研磨装置
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