JPH11138429A - 研磨装置 - Google Patents

研磨装置

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JPH11138429A
JPH11138429A JP30864897A JP30864897A JPH11138429A JP H11138429 A JPH11138429 A JP H11138429A JP 30864897 A JP30864897 A JP 30864897A JP 30864897 A JP30864897 A JP 30864897A JP H11138429 A JPH11138429 A JP H11138429A
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JP
Japan
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polishing
semiconductor wafer
polished
head
polishing head
Prior art date
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JP30864897A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Komuro
善昭 小室
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Priority to US09/188,354 priority patent/US6425810B2/en
Publication of JPH11138429A publication Critical patent/JPH11138429A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27Work carriers
    • B24B37/30Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25BTOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B11/00Work holders not covered by any preceding group in the subclass, e.g. magnetic work holders, vacuum work holders
    • B25B11/005Vacuum work holders

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハの研磨に当たって、研磨した面
が面内均一性よく研磨できる研磨装置を得ること。 【構成】 本発明の研磨装置1Aは、回転研磨ヘッド5
0により保持された薄板状被研磨物Sの被研磨面Saを
回転研磨定盤2の表面に装着された研磨パッド3により
研磨を行うに当たって、研磨ヘッド50には吸引溝5
1、貫通孔61などの吸引手段が設けられており、そし
て前記研磨ヘッドの被研磨物の保持面に複数の貫通孔8
1が開けられた弾力性のある保持フィルム80が取り付
けられていて、この保持フィルム80を介して研磨ヘッ
ド50に被研磨物Sを真空吸引力により吸着、保持して
研磨するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、L
CD用ガラス板のような薄板状被研磨物の被研磨面積の
広い被研磨面を理想的な表面基準に出来るだけ近い状態
で面内均一性良く研磨できる研磨装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】先ず、図2を参照しながら、従来技術の
研磨装置を説明する。図2は研磨状態における従来技術
の研磨装置の一部を示した断面図である。薄板状被研磨
物、例えば、半導体ウエハ(以下、研磨しようとする薄
板状被研磨物として「半導体ウエハ」を例示して説明す
る)を研磨する場合には、図2に示した構成の研磨装置
1を用いて行われている。この研磨装置1は、大別し
て、研磨定盤2、研磨ヘッド5、研磨剤供給ホース10
とから構成されている。
【0003】前記研磨定盤2は、例えば、半導体ウエハ
Sの直径の2倍以上の直径からなる面積の平面を備え、
その平面には、例えば、ポリエステル樹脂製の不織布な
どの研磨パッド3が両面接着テープなどの接着剤などで
貼着、固定されていて、回転軸4を中心に、例えば、3
0rpmで矢印Raの方向に回転するように構成されて
いる。前記研磨ヘッド5は回転軸6を介してシリンダ7
に固定されており、そして前記研磨定盤2の上方に位置
し、研磨定盤2の回転軸4から外れた、例えば、研磨定
盤2の半径の中央部に回転軸6を中心にして、例えば、
前記研磨定盤2の回転数と同数の30rpmで、かつ同
一の回転方向(矢印Rb)に回転する。
【0004】この研磨ヘッド5の下面には、半導体ウエ
ハSを保持するための、そして緩衝材でもある吸着フィ
ルム8が固定されている。更に吸着フィルム8の外周面
に半導体ウエハSの飛び出しを防止するための内径が半
導体ウエハSの外径より僅かに大きい寸法のエポキシ樹
脂、ポリアセタール樹脂製リテーナーリング9が固定さ
れている。また、前記研磨剤供給ホース10は研磨液供
給装置に接続されており、前記研磨定盤2の回転中心部
付近で研磨パッド3と半導体ウエハSとの間に研磨液L
を供給する。
【0005】前記吸着フィルム8は、厚さが0.5mm
程度のポリウレタンまたはポリエステル樹脂製のシート
が用いられ、半導体ウエハSとの接触面に微小な吸盤状
の穴8Aが形成されており、半導体ウエハSを吸着、保
持し、研磨中に半導体ウエハSが研磨ヘッド5の中で移
動しないようにする機能を備えている。また、弾性を備
えているため、半導体ウエハSの厚みむらがあったり、
半導体ウエハSの裏面に塵埃などが付着しても、それら
による凹凸を吸収し、半導体ウエハSの被研磨面が均一
に研磨できるようになされている。
【0006】被研磨物である半導体ウエハSを研磨する
に当たっては、半導体ウエハSを、その被研磨面Saを
外側、即ち、下側にして吸着フィルム8に水吸着で保持
させ、図2に示したように、その保持状態で研磨ヘッド
5をシリンダ7を作動させて矢印Z方向に下降させ、前
記回転軸6を介して研磨定盤2の研磨パッド3面に所定
の押圧力で加圧し、研磨定盤2を前記回転数で矢印Ra
の方向に回転させ、そして研磨パッド3の表面に研磨剤
供給ホース10から研磨液Lを供給し、また、前記半導
体ウエハSを保持した研磨ヘッド5を前記回転数で矢印
Rbの方向に回転させながら、半導体ウエハSの被研磨
面Saを研磨パッド3と研磨液Lとでケミカルメカニカ
ルポリッシュ(以下、単に「研磨」と略記する)する。
研磨中、半導体ウエハSは研磨ヘッド5及び研磨定盤2
の回転により研磨面から飛び出そうとするが、前記リテ
ーナーリング9は研磨中の半導体ウエハSの飛び出しを
防止している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、研磨中、特
に研磨開始直後には、半導体ウエハSと研磨パッド3と
の間に研磨摩擦抵抗が生じ、それに伴い半導体ウエハS
と吸着フィルム8との間にもズレ応力が発生する。吸着
フィルム8の半導体ウエハSの保持力は吸盤状の穴8A
の大きさ、数のむらなどにより面内で必ずしも均一では
なく、保持力の強い部分と弱い部分とがあり、ずれ応力
が大きくなればなるほど吸着フィルム8の保持力の強い
所に応力が集中し、微小な歪み(凹凸)が生じ、それら
により半導体ウエハSの被研磨面に研磨むらが生じる。
【0008】更に研磨抵抗が大きくなり、吸着フィルム
8の保持力を越えると、半導体ウエハSが移動し、半導
体ウエハSがリテーナーリング9に衝突する。衝突によ
り半導体ウエハSの表面に微小な凹凸が生じ、研磨の均
一性を悪化させたり、衝撃により半導体ウエハSが割れ
たり、更にはリテーナーリング9が衝突による疲労破壊
により壊れ、半導体ウエハSは研磨ヘッド5外に飛び出
し、研磨が不可能な状態になる。
【0009】それ故、本発明はこのような課題を解決し
ようとするものであって、半導体ウエハなどの被研磨物
を保持する吸着力を高め、その被研磨面が面内均一性よ
く研磨できる研磨装置を得ることを目的とするものであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の研磨
装置は、研磨ヘッドにより保持された薄板状基板の被研
磨面を研磨定盤の表面に装着された研磨パッドにより研
磨を行う研磨装置において、前記研磨ヘッドに吸引手段
を設け、そして前記研磨ヘッドの薄板状基板の保持面に
弾力性があり、通気性の保持フィルムを取り付けて構成
し、前記課題を解決している。
【0011】従って、本発明の研磨装置によれば、薄板
状基板、前記の例では半導体ウエハは真空の吸引力によ
り保持され、半導体ウエハが研磨ヘッドの中で移動する
ことがない。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、図1を参照しながら、本発
明の研磨装置の一実施形態を説明する。図1は研磨状態
における本発明の研磨装置の一部を示した断面図であ
る。なお、図2に示した従来技術の研磨装置の構成部分
と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【0013】図1において、符号1Aは本発明の研磨装
置を指す。この研磨装置1Aの研磨定盤2側の構成は従
来技術のそれと同一の構成であるので、この部分の説明
は省略する。本発明の研磨装置1Aにおける研磨ヘッド
50は、従来技術の研磨ヘッド5と同様に、前記研磨定
盤2の上方に位置し、そして研磨定盤2の回転軸4から
外れた、例えば、研磨定盤2の半径の中央部に回転中心
があり、回転軸方向に貫通孔61が開けられた回転軸6
0と前記貫通孔61と整合した貫通孔(不図示)が形成
されているロータリージョイント11を介してシリンダ
7に接続されている。このロータリージョイント11は
回転する研磨ヘッド50の真空系統を外部の真空ポンプ
などへ接続するために設けられたものである。そして研
磨ヘッド50は回転軸60を中心にして、例えば、前記
研磨定盤2の回転数と同数の30rpmで、かつ同様の
回転方向(矢印Rb)で回転する。
【0014】従来技術と同様に、前記研磨ヘッド50の
被研磨物である半導体ウエハSを保持する下面には、複
数の吸引溝51が形成されており、そしてこれらの吸引
溝51は前記回転軸60の貫通孔61に接続されてい
る。また、研磨ヘッド50の下面には緩衝材でもある孔
開き保持フィルム80が貼り付けられ、固定されてい
る。この保持フィルム80にも多数の貫通孔81が開け
られており、前記吸引溝51及び貫通孔61に連通する
ものである。この吸着フィルム8にも、厚さが1.5m
m程度のポリウレタンまたはポリエステル樹脂製或いは
合成ゴム製のシートが用いられている。保持フィルム8
0は硬すぎると半導体ウエハSの厚みむらや裏面に付着
した塵埃などの悪影響を受け、半導体ウエハSの被研磨
面の均一な研磨仕上げに悪い影響を与える。また柔らか
過ぎると、吸着力に圧縮され、厚みむらが生じたり、繰
り返し受ける圧縮力により疲労破壊するために寿命が短
くなる。従って、縦弾性係数が0.2〜100Kgr/
cm2 の材質を使うことが望ましい。
【0015】更にまた、前記研磨ヘッド50の下面の外
周部には、従来技術と同様に、内径が半導体ウエハSの
外径より僅かに大きい寸法のエポキシ樹脂製の環状のリ
テーナーリング24が形成されていて、前記研磨ヘッド
50の下面に保持された半導体ウエハSが研磨中に飛び
出すことを防止している。研磨剤供給ホース10は研磨
液供給装置であって、前記研磨定盤2の回転中心部付近
で研磨パッド3と半導体ウエハSとの間に研磨液Lを供
給する。
【0016】次に、本発明の研磨装置1Aの動作を説明
する。先ず、図1に示したように、半導体ウエハSを研
磨するに当たっては、真空ポンプを作動させ、ロータリ
ージョイント11、回転軸60の貫通孔61、研磨ヘッ
ド50の吸引溝51を通じて発生する吸引力により、研
磨ヘッド50の下面に取り付けられている保持フィルム
80に研磨しようとする半導体ウエハSを真空吸引し、
保持する。半導体ウエハSは、その被研磨面Saが外
側、即ち、下側にして保持する。次に、その保持状態で
シリンダ7により研磨ヘッド装置2を矢印Z方向に下降
させて、前記ロータリージョイント11、回転軸60を
介して研磨定盤2の研磨パッド3面に所定の押圧力で加
圧する。この時、同時に研磨定盤2を前記回転数で矢印
Raの方向に回転させ、研磨パッド3の表面に研磨剤供
給ホース10から研磨液Lを供給し、また、前記半導体
ウエハSを保持した研磨ヘッド50を前記回転数で矢印
Rbの方向に回転させながら、半導体ウエハSの被研磨
面Saを研磨パッド3と研磨液Lとで研磨する。
【0017】研磨中、本発明の研磨装置1Aは、研磨ヘ
ッド50が保持フィルム80を介して真空吸引力により
半導体ウエハSを保持するため、従来技術の研磨装置1
における保持力以上に吸着力が高まり、その結果、保持
した半導体ウエハSが研磨ヘッドの中で移動することが
無くなる。また、従来技術に見受けられたような移動に
よるフィルムのストレスが無くなり、保持フィルムの寿
命が延びる。更にまた、半導体ウエハSが研磨ヘッド5
0内で移動し難いため、リテーナーリングに衝突するこ
とが少なく、リテーナーリング9の寿命が保てる。
【0018】前記実施形態の研磨ヘッド50には複数の
吸引溝51を形成したが、これは溝である必要はなく、
複数の孔を開けてもよく、また、研磨ヘッド50自体を
気体が通過できるポーラスな物質で形成してもよい。ま
た、保持フィルム80は半導体ウエハSと研磨ヘッド5
0との間が貫通していればよく、必ずしも貫通孔81で
ある必要はなく、貫通した複数本のスリットなどを開け
ておいてもよいことを付言しておく。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の研磨装置によれば、被研磨物は真空吸引力により強固
に保持されているため研磨ヘッドの中で移動することが
無く、従って、保持フィルムにもストレスが発生せず、
この結果、被研磨物の被研磨面の研磨による面内均一性
が改善される。また、被研磨物が移動し難いため、被研
磨物がリテーナーリングに当たって損傷を受けることが
ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 研磨状態における本発明の研磨装置の一部を
示した断面図である。
【図2】 研磨状態における従来技術の研磨装置の一部
を示した断面図である。
【符号の説明】
1A…本発明の研磨装置、2…研磨定盤、3…研磨パッ
ド、4,60…回転軸、50…研磨ヘッド、51…吸引
溝、61,81…貫通孔、7…シリンダ、9…リテーナ
ーリング、10…研磨剤供給ホース、L…研磨液、S…
被研磨物(半導体ウエハ)、Sa…被研磨物の被研磨面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研磨ヘッドにより保持された薄板状被研
    磨物の被研磨面を研磨定盤の表面に装着された研磨パッ
    ドにより研磨を行う研磨装置において、 前記研磨ヘッドには吸引手段が設けられており、そして
    前記研磨ヘッドの被研磨物の保持面に弾力性があり、通
    気性の保持フィルムが取り付けられていることを特徴と
    する研磨装置。
  2. 【請求項2】 前記研磨ヘッドの吸引手段が吸引溝で構
    成されていることを特徴とする請求項1に記載の研磨装
    置。
  3. 【請求項3】 前記研磨ヘッドの吸引手段が吸引孔で構
    成されていることを特徴とする請求項1に記載の研磨装
    置。
  4. 【請求項4】 前記研磨ヘッドの吸引手段が多孔質物質
    で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の研
    磨装置。
JP30864897A 1997-11-11 1997-11-11 研磨装置 Pending JPH11138429A (ja)

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US09/188,354 US6425810B2 (en) 1997-11-11 1998-11-10 Polishing apparatus

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