JPH11347898A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨装置の小型化が図れるばかりか、研磨速
度等の研磨性能も良好にできる研磨装置を提供する。 【解決手段】 ７本の回転する円筒型の砥石１０と、各
砥石１０を回転駆動する手段と、各砥石１０の外周面に
同時に当接させる半導体ウエハ１００と、半導体ウエハ
１００を回転駆動する手段とを具備する。各砥石１０の
外周面に半導体ウエハ１００の被研磨面を当接させた状
態で各砥石１０と半導体ウエハ１００とを相対運動させ
ることによって半導体ウエハ１００の被研磨面を研磨す
る。各砥石１０の半導体ウエハ１００を研磨する側の反
対側に、各砥石１０を半導体ウエハ１００方向に向けて
押圧する押圧治具４０を設置する。

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や各種
ハードディスク、ガラス基板、液晶パネル等の被研磨物
を研磨する研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体集積回路装置の製造工程に
おいて用いられるＣＭＰ（化学機械研磨）装置は、ター
ンテーブル上に貼り付けた研磨クロス面上に、回転する
トップリングに装着された被研磨基板を当接すると共
に、研磨クロス上に研磨スラリを供給しながら、被研磨
基板の被研磨面を研磨（遊離砥粒研磨）するように構成
したものである。しかしながらこのＣＭＰ装置の場合、
被研磨面のパターンの種類や段差（凹凸）の状態によっ
ては十分に平坦化できないという問題等があった。

【０００３】そこで上記構造のＣＭＰ装置の代わりに、
砥石を被研磨基板に押し付けて砥石面に砥液（溶液）を
供給しながら双方を相対運動させることで被研磨基板を
研磨する、固定砥粒研磨法が開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記砥石
による研磨装置においても、半導体ウエハ等の被研磨物
が大口径化すればするほど、これを研磨する砥石が大型
化し、研磨装置全体が大型化してしまうという問題点が
あった。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
ありその目的は、研磨装置の小型化が図れるばかりか、
研磨速度等の研磨性能も良好にできる研磨装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、２本以上の回転する円筒型又は円柱型の砥
石と、前記各砥石を回転駆動する手段と、各砥石の外周
面に同時に当接させる被研磨面を有する被研磨物と、前
記被研磨物を回転駆動する手段とを具備し、前記各砥石
の外周面に被研磨物の被研磨面を当接させた状態で各砥
石と被研磨物とを相対運動させることによって被研磨物
の被研磨面を研磨するように構成した。また本発明は、
前記各砥石の被研磨物を研磨する側の反対側に、該各砥
石を被研磨物方向に向けて押圧する砥石押圧手段を設置
して構成した。また本発明は、前記砥石押圧手段を、こ
れに当接する各砥石外周面の目立てを行なう砥石目立て
治具で構成した。また本発明は、前記研磨装置に、並列
に配置した各砥石の間に砥粒を含んだスラリ又は水又は
薬液を供給する液体供給手段を設置して構成した。また
本発明は、前記被研磨物を円板形状にし、且つ前記砥石
の直径を、被研磨物の半径よりも小さく構成した。また
本発明は、前記１本の砥石を一体で又は複数に分割して
構成し、且つ該１本の砥石全体の長さを、前記被研磨物
の外径寸法よりも長く形成した。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１乃至図４は本実施形態に
かかる研磨装置を示す図であり、図１は側面図、図２は
平面図、図３は図１のＢ−Ｂ線概略矢視図、図４は図２
のＣ−Ｃ線概略矢視図である。

【０００８】これらの図に示すようにこの研磨装置は、
７本の円筒型の砥石１０を並列に接近させて配置し、そ
の上に押圧治具（砥石押圧手段）４０を、その下に半導
体ウエハ（被研磨物）１００を保持するウエハホルダ６
０を設置している。

【０００９】ウエハホルダ６０はその内部に半導体ウエ
ハ１００を回転駆動する図示しないモータを内蔵してい
る。またウエハホルダ６０は移動用テーブル６３上に載
置されたエアシリンダ６４の上面から突出するシャフト
６１に支持されている。移動用テーブル６３はボールネ
ジ６５の一端に取り付けたモータ６７を駆動することで
Ｘ軸方向に往復直線運動する。またエアシリンダ６４は
これを駆動することでウエハホルダ６０を上下動するよ
うに構成されている。

【００１０】一方押圧治具４０は円板形状であって少な
くともその下面全体をアルミナ等の研磨されにくい硬質
材で形成して構成されている。そしてその上面中央に取
り付けたシャフト４１を枠部材８１に固定したエアシリ
ンダ４３に接続し、これによってエアシリンダ４３を駆
動することで押圧部材４０が上下動すると共に、枠部材
８１に固定したモータ４５によって前記シャフト４１及
び押圧治具４０を図示しない動力伝達機構を介して回転
駆動するように構成されている。

【００１１】次に７本の円筒型の砥石１０は、その内部
にシャフト１１を通して固定し、該シャフト１１の両端
を枠部材８１内に収納した軸受１３，１５に回動自在に
軸支することで支持されている。また両軸受１３，１５
の外側にはシャフト１１の両端に係合してこれを回転駆
動するタイミングベルト１７，１９が設置されている。
両タイミングベルト１７，１９はその両端がシャフト２
１，２５に巻き掛けられている。

【００１２】一方のシャフト２１の中央には両軸モータ
２３が取り付けられ、他方のシャフト２５の中央にはこ
れを回動自在に枠部材８１に軸支する軸受２７が取り付
けられている。

【００１３】次にこの研磨装置の動作を説明する。まず
ウエハホルダ６０上に半導体ウエハ１００を保持する。
次にウエハホルダ６０内の図示しないモータを駆動する
ことで半導体ウエハ１００を例えば１０〔rpm〕以下で
回転駆動する。

【００１４】一方両軸モータ２３を駆動することでタイ
ミングベルト１７，１９を介して７本の砥石１０を同時
に同一方向に回転駆動する。各砥石１０の回転速度は例
えば１００〜５００〔rpm〕とする。

【００１５】そして図５に示すようにエアシリンダ６４
を駆動することでウエハホルダ６０を上昇し、回転する
半導体ウエハ１００の表面（被研磨面）を回転する砥石
１０の表面に所定圧力で押し付けて該被研磨面を研磨す
る。

【００１６】さらに半導体ウエハ１００の表面全体を均
一に研磨するため、前記研磨中はモータ６７を駆動する
ことで移動用テーブル６３やウエハホルダ６０等と共に
半導体ウエハ１００をＸ軸方向に往復直線運動させる。
これによって半導体ウエハ１００の被研磨面が均一に研
磨される。

【００１７】なおこの実施形態の場合、砥石１０の回転
数（１００〜５００〔rpm〕）に対して半導体ウエハ１
００の回転数（１０〔rpm〕以下）をできるだけ小さく
するようにしたので、半導体ウエハ１００の被研磨面全
体の各部の砥石１０に対する相対速度が略一定となり、
さらに被研磨面全体を均一に研磨できる。半導体ウエハ
１００の回転数をできるだけ小さくするのは、高速回転
させた場合、ウエハ中心とウエハ外周の相対速度差が研
磨面圧力に影響するからである。

【００１８】なお前記各砥石１０と半導体ウエハ１００
の接触状態が不良の場合や、そうでなくても各砥石１０
を半導体ウエハ１００の被研磨面に積極的に強く接触さ
せたい場合などは、必要に応じてエアシリンダ４３とモ
ータ４５を駆動することで、図６に示すように回転する
押圧治具４０を砥石１０の上面に押し付け、各砥石１０
を確実に所定の圧力によって半導体ウエハ１００表面に
押し付けることができる。

【００１９】ところで、上記実施形態の押圧治具４０を
砥石目立て治具として構成しても良い。即ち上記実施形
態では押圧治具４０の少なくとも下面全面を硬質材で構
成したが、その代りに例えば押圧治具４０の少なくとも
下面全体を目立て部材（ドレッサー）で構成することで
砥石目立て治具を構成する。目立て部材は、例えばその
下面全体に♯４００のダイヤモンドを電着することによ
って構成する。

【００２０】そしてこの砥石目立て治具（押圧治具）４
０を砥石１０の上面に押し当てて回転駆動し、各砥石１
０表面の目立てを行なう。

【００２１】このように構成すれば研磨している砥石１
０の砥石面を常時目立てするため、砥石１０の研磨性能
を一定に安定化でき、向上できる。

【００２２】なお上記目立て方法を用いれば、各砥石１
０の研磨と目立てが同時にできるが、砥石１０の非研磨
時に目立てを行なうのであれば、例えば以下の方法を用
いてもよい。

【００２３】前述のように押圧治具４０を砥石目立て
治具として構成しておき、ウエハホルダ６０に半導体ウ
エハ１００の代わりにダミーウエハ（石英板や硬質板）
を置き、半導体ウエハ１００の研磨時と同様の操作によ
って、砥石１０に前記砥石目立て治具（押圧治具）４０
を押し付けて砥石１０の目立てを行なう方法。

【００２４】ウエハホルダ６０に半導体ウエハ１００
の代わりに同じ大きさのダイヤモンドドレッサーを置
き、半導体ウエハ１００の研磨時と同様の操作によっ
て、ダイヤモンドドレッサーを砥石１０に押し付けるこ
とで目立てを行なう方法。この場合は砥石１０上面から
押圧部材４０で押圧しなくても良いが、押圧する場合は
押圧部材４０の下面は硬質材で構成されていても目立て
部材で構成されていても良い。

【００２５】図７は上記研磨装置に液体を供給する液体
供給手段を取り付けた研磨装置を示す図である。

【００２６】砥石１０によって半導体ウエハ１００を研
磨している最中（ドレッシングしている最中でもよい）
に砥石１０に液体（研磨時は水又は薬液〔砥粒含まず〕
又はスラリ〔砥粒含む〕、ドレッシング時は水）を供給
するには種々の方法が考えられるが、例えば図７に示す
ように押圧治具４０に複数（例えば８個）の孔５５をリ
ング状に配列して設け、一方押圧部材４０上の孔５５が
通過する何れかの位置にその下端面が押圧部材４０の上
面に接触するように円筒部材５７を設置し（円筒部材５
７はこの位置に固定されている）、さらに該円筒部材５
７の上部に液体供給配管５９を設置する。

【００２７】そして研磨時又はドレッシング時に液体供
給配管５９から円筒部材５７内に液体を供給すれば、該
円筒部材５７の真下に回転してきた孔５５を介して並列
に配置した砥石１０の間から液体が供給され、研磨又は
ドレッシングに使用される。

【００２８】なお液体供給手段の構造・形状に種々の変
形が可能であることは言うまでもない。

【００２９】以上本発明の実施形態を説明したが本発明
はこれに限定されず例えば以下のような種々の変形が可
能である。

【００３０】砥石１０は円筒形状に限定されず、円柱
形状であっても良い。また砥石１０の数は１本または２
本以上であれば良い。また砥石１０の数を２本以上とす
るためには、砥石の直径を半導体ウエハ１００の半径よ
りも小さく構成すれば良い。

【００３１】上記実施形態にかかる１本の砥石１０を
一体物でなく、２以上に分割して構成しても良い。１本
の砥石１０を一体で構成する場合も、複数に分割して構
成する場合も、その全長は被研磨物の外径寸法よりも長
くすることが好ましい。

【００３２】各砥石や被研磨物を回転駆動する手段が
上記実施形態の構造のものに限定されないことは言うま
でもなく、要は各砥石の外周面に被研磨物の被研磨面を
当接させた状態で各砥石と被研磨基板とを相対運動させ
ることによって被研磨物の被研磨面を研磨することがで
きるように回転駆動するものであればどのような構造の
ものであっても良い。

【００３３】複数の砥石を同じ面圧力でウエハに接地
させるために、その方法として図示しないが平坦なドレ
ッサーで砥石を押圧して砥石面精度を制御することなど
が挙げられる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば以下のような優れた効果を有する。 砥石の設置面積は被研磨物の被研磨面の面積よりも多
少大きい程度でよいので、たとえ被研磨物が大口径化し
ても、研磨装置の小型化が図れる。

【００３５】少なくとも２本以上の砥石によって被研
磨物を研磨するので、砥石を１本のみで構成した場合に
比べて研磨速度を速くすることができる。

【００３６】各砥石の被研磨物を研磨する側の反対側
に、各砥石を被研磨物方向に向けて押圧する砥石押圧手
段を設置したので、砥石と被研磨物との接触状態を常に
良好に保てる。

【００３７】砥石押圧手段を砥石目立て治具として構
成した場合は、砥石面を常時目立てすることができ、砥
石の研磨性能を常に一定に維持できる。

【００３８】並列に配置した各砥石間から砥粒を含ん
だスラリ又は水又は薬液を供給する液体供給手段を設置
したので、研磨やドレッシングと同時にそれに必要な液
体を供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる研磨装置を示す側
面図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる研磨装置を示す平
面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線概略矢視図である。

【図４】図２のＣ−Ｃ線概略矢視図である。

【図５】研磨装置の動作説明図である。

【図６】研磨装置の動作説明図である。

【図７】液体供給手段を取り付けた研磨装置を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０ 砥石 ４０ 押圧治具（砥石目立て治具） ６０ ウエハホルダ ６３ 移動用テーブル １００ 半導体ウエハ（被研磨物） ５５ 孔（液体供給手段） ５７ 円筒部材（液体供給手段） ５９ 液体供給配管（液体供給手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 尚典 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本以上の回転する円筒型又は円柱型の
   砥石と、前記各砥石を回転駆動する手段と、各砥石の外
   周面に同時に当接させる被研磨面を有する被研磨物と、
   前記被研磨物を回転駆動する手段とを具備し、前記各砥
   石の外周面に被研磨物の被研磨面を当接させた状態で各
   砥石と被研磨物とを相対運動させることによって被研磨
   物の被研磨面を研磨することを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 前記各砥石の被研磨物を研磨する側の反
   対側に、該各砥石を被研磨物方向に向けて押圧する砥石
   押圧手段を設置するとともに、該砥石押圧手段をこれに
   当接する各砥石外周面の目立てを行なう砥石目立て治具
   で構成したことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 【請求項３】 前記１本の砥石は一体で又は複数に分割
   して構成されており、且つ該１本の砥石全体の長さは、
   前記被研磨物の外径寸法よりも長く形成されていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。