JPH1170461A

JPH1170461A - 半導体ウェハの研磨装置

Info

Publication number: JPH1170461A
Application number: JP14982498A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Nakayoshi; 雄一中吉
Original assignee: Komatsu Electronic Metals Co Ltd
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: JP4127425B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構造でウェハの表面を均一に研磨するの
に有効な半導体ウェハの研磨装置を提供する。【解決手段】上記目的を達成するため、本発明は、ピス
トン構造を用いて流体を収容する点に着目し、図１に示
す構成を考え出した。この構成によれば、押圧部材（１
２）が流体（１４）に加えた圧力は、流体（１４）内で
均一に分散するため、ウェハ（２０）の表面が均一な圧
力で押圧される。その結果、研磨されたウェハ（２０）
の表面は、平坦となる。本発明の一実施例は、図４に示
すように、回転軸（３０）に固定されたピストン（４
６）と、シリコーンジェル（３８）を介して、該ピスト
ン（４６）に対向して配設されたセラミック板（４０）
と、これらを収容するシリンダ（３２）によってピスト
ン構造を構成し、シリンダ（３２）の底面にバッキング
パッド（４２）で固定したウェハ（２０）を押圧しなが
ら回転させて研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハの研
磨装置に関し、特に、簡易な構造でウェハの表面を均一
に研磨するのに有効な半導体ウェハの研磨装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハの研磨は、従来以下のよう
な手順によって行われていた。

【０００３】１）研磨剤を介して、半導体ウェハを研磨
クロスに接触させる。

【０００４】２）前記半導体ウェハに圧力を加えて、該
半導体ウェハを前記研磨クロスに押しつける。

【０００５】３）上記押圧状態で半導体ウェハを回転さ
せる。

【０００６】上記一連の手順を実行する装置として、次
のような構成を有するものが知られている。

【０００７】１）ウェハの直径よりも大きな円盤２）前記円盤の中心に固定された回転軸３）前記回転軸に動力を供給し、前記円盤の底面でウェ
ハを押圧する機構

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
装置では、押圧力が回転軸を介して円盤に加えられるた
め、加重が円盤の中心付近に集中する。従って、当該円
盤からウェハに加わる圧力分布にも偏りが生じ、ウェハ
の研磨面にムラが発生するという問題があった。

【０００９】この問題を解決する手段として、ウェハと
円盤との間に流体を供給する技術が知られている（特開
平６−１５５６３号公報、特開平５−６９３１４号公
報）。これらの技術を用いる場合には、流体を供給する
ための機構がウェハの研磨装置に設けられる。

【００１０】しかし、一般に流体の供給機構は複雑な構
造を有している。特に、回転軸に固定された円盤は、ウ
ェハの研磨時に高速で回転するため、流体の供給が難し
く、実施が困難であった。

【００１１】そこで、本発明は、簡易な構造でウェハの
表面を均一に研磨するのに有効な半導体ウェハの研磨装
置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、流体（１４）を密封収容す
る収容部材（１０）と、前記収容部材（１０）内で前記
流体（１４）の少なくとも一部を上方から押圧する押圧
部材（１２）と、前記収容部材（１０）内で前記流体
（１４）を下方から支持する支持部材（１６）と、前記
収容部材（１０）の底面に配設され、ウェハ（２０）を
保持するウェハ保持部材（１８）と、前記ウェハ保持部
材（１８）に保持されたウェハ（２０）に接触させて該
ウェハ（２０）の表面を研磨する研磨部材（２２）とを
具備する。

【００１３】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記収容部材（１０）は、前記ウェ
ハ（２０）の直径よりも大きい内径を有する。

【００１４】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載または請求項２記載の発明において、前記ウェハ保持
部材（１８）に保持されたウェハ（２０）と前記研磨部
材（２２）とを相対的に回転させる駆動手段（２４）を
さらに具備する。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の発明において、前記押圧部材（１２）と前記収容部
材（１０）を係合させる係合部（２８）をさらに具備
し、前記駆動手段（２４）は、前記押圧部材（１２）に
回転力を加えて、該押圧部材（１２）を自転させる。

【００１６】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記流体
（１４）は、シリコーンオイルである。

【００１７】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の発明において、前記シリコーンオイルは、１０〜１
０００ｃｓｔの粘性を有する。

【００１８】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記流体
（１４）は、液状シリコーンゴムである。

【００１９】また、請求項８記載の発明は、請求項７記
載の発明において、前記液状シリコーンゴムは、１００
０〜８０００ｐｏｉｓｅの粘性を有する。

【００２０】また、請求項９記載の発明は、弾性体（２
６）を収容する収容部材（１０）と、前記収容部材（１
０）内で前記弾性体（２６）の少なくとも一部を上方か
ら押圧する押圧部材（１２）と、前記収容部材（１０）
内で前記弾性体（２６）を下方から支持する支持部材
（１６）と、前記収容部材（１０）の底面に配設され、
ウェハ（２０）を保持するウェハ保持部材（１８）と、
前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２
０）に接触させて該ウェハ（２０）の表面を研磨する研
磨部材（２２）とを具備する。

【００２１】また、請求項１０記載の発明は、請求項９
記載の発明において、前記収容部材（１０）は、前記ウ
ェハ（２０）の直径よりも大きい内径を有する。

【００２２】また、請求項１１記載の発明は、請求項９
記載または請求項１０記載の発明において、前記ウェハ
保持部材（１８）に保持されたウェハ（２０）と前記研
磨部材（２２）とを相対的に回転させる駆動手段（２
４）をさらに具備する。

【００２３】また、請求項１２記載の発明は、請求項１
１記載の発明において、前記押圧部材（１２）と前記収
容部材（１０）を係合させる係合部（２８）をさらに具
備し、前記駆動手段（２４）は、前記押圧部材（１２）
に回転力を加えて、該押圧部材（１２）を自転させる。

【００２４】また、請求項１３記載の発明は、請求項９
乃至請求項１２のいずれかに記載の発明において、前記
弾性体（２６）は、シリコーンゴムである。

【００２５】また、請求項１４記載の発明は、請求項１
３記載の発明において、前記シリコーンゴムは、Ｈｓ４
０〜６０の硬さを有する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して詳細に説明する。

【００２７】（発明の概要）上記目的を達成するため、
本発明は、ピストン構造を用いて流体を収容する点に着
目し、図１に示す構成を考え出した。この構成によれ
ば、押圧部材１２が流体１４に加えた圧力は、流体１４
内で均一に分散するため、ウェハ２０の表面が均一な圧
力で押圧される。その結果、研磨されたウェハ２０の表
面は、平坦となる。

【００２８】（第１の形態）図１は、本発明の第１の形
態に係るウェハ研磨装置の構成を示す概念図である。以
下、この第１の形態に係るウェハ研磨装置の構成を各構
成要件ごとに説明する。

【００２９】収容部材１０は、押圧部材１２および支持
部材１６とともに、流体１４を収容する部材である。こ
の収容部材１０は、同図に示すようにシリンダ形状であ
ることが好ましい。収容部材１０の内径は、ウェハ２０
の直径よりも大きく形成しておくことが好ましい。

【００３０】押圧部材１２は、流体１４に上方から圧力
を加える部材である。この押圧部材１２は、収容部材１
０の内壁に沿って摺動自在に配設される。流体１４の粘
度が低い場合には、押圧部材１２と収容部材との接触面
にシリンダリング等のシール部材が設け、流体１４を密
封する。好ましくは、押圧部材１２をステンレス等の剛
体で形成し、押圧力に耐えるように構成する。

【００３１】支持部材１６は、押圧部材１２によって押
圧された流体１４を下方から支持する部材である。この
支持部材１６は、同図に示すように、押圧部材１２と対
向して配設される。好ましくは、支持部材１６をセラミ
ックで形成する。支持部材１６をセラミックで形成する
ことにより、アルカリに対する腐食防止と、押圧時に発
生した熱による膨張を防止することができる。また、セ
ラミックは、加工精度が出しやすいという点でも好まし
い材料である。

【００３２】流体１４は、押圧部材１２から加えられた
圧力をウェハ２０の表面に沿って均一に分散させるため
の材料である。この流体１４は、同図に示すように、押
圧部材１２と支持部材１６との間に介在した状態で収容
される。このように、押圧部材１２と支持部材１６との
間に流体１４を介在させる理由は、次の通りである。

【００３３】即ち、押圧部材１２を下降させる場合に
は、上方から該押圧部材１２の少なくとも一部に下向き
の力が加えられる。この下向きの力は、例えば、同図に
示すような押圧部材１２の上部に設けられた軸から加え
られる。その結果、押圧部材１２から下方の部材に加え
られる押圧力は、軸付近に集中する。このように一点に
集中した押圧力は、ウェハ２０の研磨に研磨ムラを形成
する原因となるため、押圧力を分散させる必要がある。

【００３４】そこで、本発明では、パスカルの原理を利
用して、押圧力を分散させるため、押圧部材１２の下方
に流体１４が配置される。従って、本発明では、流体１
４として、液体や気体等のパスカルの原理が利用できる
物体を使用する。好ましくは、シリコーンオイルや液状
シリコーンゴム等の粘性がある流体を使用する。より好
ましくは、揮発性が低く安全性が高い流体を使用する。

【００３５】シリコーンオイルとしては、ジメチルシリ
コーンオイル等のストレートシリコーンオイル、アルキ
ルシリコーンオイル等の変形シリコーンオイル、あるい
は、これらに耐熱向上剤を添加した添加剤シリコーンオ
イルが使用できる。好ましくは、測定標準温度（２５
℃）における粘度が１０〜１，０００ｃｓｔ（０．０１
ｃｍ²／ｓｅｃ）、より好ましくは１０〜１００ｃｓｔ
のシリコーンオイルを使用する。

【００３６】液状シリコーンゴムとしては、液状ポリマ
ーシステムが使用できる。好ましくは、１，０００〜
８，０００ｐｏｉｓｅ（ｇ／ｃｍ・ｓｅｃ）、より好ま
しくは１，５００〜５，０００ｐｏｉｓｅの粘度を有す
る液状シリコーンゴムを使用する。

【００３７】ウェハ保持部材１８は、ウェハ２０を保持
する部材である。このウェハ保持部材１８は、収容部材
１０の底面に配設され、軟部材で形成される。ウェハ保
持部材１８としては、表面張力でウェハ２０の裏面を吸
着する部材や接着剤でウェハ２０の裏面を固着する部材
が使用できる。好ましくは、バッキングパッドを使用す
る。また、このウェハ保持部材１８には、研磨時にウェ
ハ２０が横ずれすることを防止するテンプレート等の部
材を設けてもよい。

【００３８】研磨部材２２は、ウェハ２０の表面を研磨
する部材である。この研磨部材２２は、研磨クロスと研
磨材との組み合わせで構成することが好ましい。また、
本発明がパスカルの原理を利用していることを考慮する
と、研磨部材２２の研磨面と支持部材の流体支持面は平
行かつ平坦であることが好ましい。

【００３９】駆動手段２４は、ウェハ２０の表面と研磨
部材２２との間に摩擦を生じさせる手段である。この摩
擦を生じさせる方法としては、収容部材１０または押圧
部材１２と研磨部材２２とを相対的に回転させる方法
や、これらを左右に動かす方法が考えられる。そこで、
駆動手段２４は、例えば、収容部材１０または押圧部材
１２を保持する部材と該部材を移動させる動力発生源で
構成する。

【００４０】以上説明した本発明の第１の形態によれ
ば、ピストン構造を利用して押圧部材１２とウェハ２０
の間に流体１４を介在させているため、簡単な構造でパ
スカルの原理を利用した研磨装置が構成できる。

【００４１】また、収容部材１０の内径をウェハ２０の
直径よりも大きく形成することにより、ウェハ２０の表
面全体に均一な押圧力が加わるため、より好ましい研磨
表面を得ることができる。

【００４２】（第２の形態）図２は、本発明の第２の形
態に係るウェハの研磨装置の構成を示す断面図である。
この第２の形態に係るウェハの研磨装置は、同図に示す
ように、駆動手段２４から押圧部材１２に対して回転力
を加え、ウェハ２０を自転させて該ウェハ２０の表面を
研磨するものである。

【００４３】この第２の形態では、第１の形態の構成に
加え、押圧部材１２と収容部材１０を係合させる係合部
２８が設けられる。この係合部２８は、同図に示すよう
に、押圧部材１２の一部に凸部を形成し、該凸部が形成
された位置に対応して、収容部材１０に凹部を形成する
ことにより構成される。この凸部および凹部は、押圧部
材１２が摺動でき、かつ流体１４が外部に漏れないよう
な形状で形成する。

【００４４】駆動手段２４から回転力を加えられた押圧
部材１２は、上記のように構成された係合部２８を介し
て、該回転力を収容部材１０に伝え、収容部材１０ごと
ウェハ２０を回転させる。

【００４５】以上説明した本発明の第２の形態によれ
ば、均一な力でウェハ２０を押圧しながら該ウェハ２０
を自転させるため、ウェハ２０の表面を均一かつ高速に
研磨できる。

【００４６】（第３の形態）図３は、本発明の第３の形
態に係るウェハの研磨装置の構成を示す概念図である。
この第３の形態に係るウェハの研磨装置は、パスカルの
原理を利用するために第１の形態に設けられた流体１４
に代えて、弾性体２６が設けられる。

【００４７】この弾性体２６としては、流体の性質に近
い物体が好ましく、例えば、室温硬化型のシリコーンゴ
ムが好適である。より好ましくは、Ｈｓ４０〜６０（Ｊ
ＩＳＡ）の硬さを有する弾性体を使用する。尚、弾性体
２６が十分な硬さを有している場合には、押圧部材１２
と収容部材１０との間の抵抗が無限大に近くなるため、
該弾性体２６をそれほど厳密に密封しなくてもよい。

【００４８】以上説明した第３の形態に係るウェハの研
磨装置によっても、第１の形態と同様に簡単な構造でパ
スカルの原理を利用した研磨装置が構成できる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
て詳細に説明する。

【００５０】（実施例の要約）本発明の一実施例は、図
４に示すように、回転軸３０に固定されたピストン４６
と、シリコーンジェル３８を介して、該ピストン４６に
対向して配設されたセラミック板４０と、これらを収容
するシリンダ３２によってピストン構造を構成し、シリ
ンダ３２の底面にバッキングパッド４２で固定したウェ
ハ２０を押圧しながら回転させて研磨する。

【００５１】（好ましい実施例）図４は、本発明に係る
ウェハの研磨装置の好ましい構造例を示す一部断面図で
ある。

【００５２】同図に示すように、本実施例に係るウェハ
の研磨装置は、回転軸３０と、該回転軸の下端に固定さ
れたピストン４６と、該ピストン４６に対向して配設さ
れたセラミック板４０と、ピストン４６とセラミック板
４０との間に介在するシリコーンジェル３８と、これら
を収容するシリンダ３２と、セラミック板４０およびシ
リンダ３２の底面に固定されたバッキングパッド４２
と、バッキングパッド４２の周縁に配設されたテンプレ
ート４４と、ウェハ２０の表面を研磨する研磨クロス４
８で構成される。

【００５３】同図に示すように、ピストン４６の周縁に
は、ボルト３４が埋め込まれ、該ボルト３４が埋め込ま
れた位置に対応して、シリンダ３２の内壁にスペース５
０が形成される。このスペース５０の大きさは、シリコ
ーンジェル３８の圧縮に十分な高さで、かつ、シリコー
ンジェル３８が外部に漏れないようにピストン４６の高
さよりも低い高さで形成される。このボルト３４とスペ
ース５０により、ピストン４６とシリンダ３２が係合状
態となる。

【００５４】ピストン４６の下部周縁には、シリコーン
ジェル３８を密封するために、ピストンリング３６が配
設される。このピストンリング３６は、セラミック板４
０の周縁にも同様に配設される。この構造により、シリ
ンダ３２内に密封空間が形成され、この密封空間にシリ
コーンジェル３８が充填された構造となる。

【００５５】同図に示すように、研磨の対象となるウェ
ハ２０は、裏面がバッキングパッド４２の中央部に固着
され、表面が研磨クロス４８に当接される。

【００５６】以下、上記のように構成されるウェハの研
磨装置の動作例を説明する。

【００５７】まず、ウェハ２０を研磨装置にセットす
る。その後、ウェハ２０と研磨クロス４８の接触部分に
研磨剤を供給する。

【００５８】次に、回転軸３０を回転させてウェハ２０
を所定の速度で自転させながら、該回転軸３０に下向き
の力を加えてシリコーンジェル３８を圧縮する。その結
果、シリコーンジェル３８に加えられた押圧力は、均一
に分散し、ウェハ２０の表面を均等に加圧する力とな
る。

【００５９】そして、この均等な力でウェハ２０を押圧
した状態で所定時間該ウェハ２０を回転させる。

【００６０】最後に、回転軸３０に加えた下向きの力と
回転力を開放し、研磨が終了したウェハ２０をバッキン
グパッド４２から取り外す。そして、次のウェハを研磨
装置にセットする。

【００６１】以上のような動作を繰り返し、連続してウ
ェハ２０を研磨してゆく。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易な構造でウェハの表面を均一に研磨するのに有効な
半導体ウェハの研磨装置を提供することができる。

【００６３】また、本発明の第１の形態によれば、ピス
トン構造を利用して押圧部材１２とウェハ２０の間に流
体１４を介在させているため、簡単な構造でパスカルの
原理を利用した研磨装置が構成できる。

【００６４】また、収容部材１０の内径をウェハ２０の
直径よりも大きく形成することにより、ウェハ２０の表
面全体に均一な押圧力が加わるため、より好ましい研磨
表面を得ることができる。

【００６５】また、本発明の第２の形態によれば、均一
な力でウェハ２０を押圧しながら該ウェハ２０を自転さ
せるため、ウェハ２０の表面を均一かつ高速に研磨でき
る。

【００６６】また、以上説明した第３の形態に係るウェ
ハの研磨装置によっても、第１の形態と同様に簡単な構
造でパスカルの原理を利用した研磨装置が構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の形態に係るウェハ研磨装置の構
成を示す概念図である。

【図２】本発明の第２の形態に係るウェハの研磨装置の
構成を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の形態に係るウェハの研磨装置の
構成を示す概念図である。

【図４】本発明に係るウェハの研磨装置の好ましい構造
例を示す一部断面図である。

【符号の説明】

１０…収容部材、１２…押圧部材、１４…流体、１６…
支持部材、１８…ウェハ保持部材、２０…ウェハ、２２
…研磨部材、２４…駆動手段、２６…弾性体、２８…係
合部、３０…回転軸、３２…シリンダ、３４…ボルト、
３６…ピストンリング、３８…シリコーンジェル、４０
…セラミック板、４２…バッキングパッド、４４…テン
プレート、４６…ピストン、４８…研磨クロス、５０…
スペース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体（１４）を密封収容する収容部材
（１０）と、前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）の少なくと
も一部を上方から押圧する押圧部材（１２）と、前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）を下方から
支持する支持部材（１６）と、前記収容部材（１０）の底面に配設され、ウェハ（２
０）を保持するウェハ保持部材（１８）と、前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２
０）に接触させて該ウェハ（２０）の表面を研磨する研
磨部材（２２）とを具備する半導体ウェハの研磨装置。
【請求項２】前記収容部材（１０）は、前記ウェハ（２０）の直径よりも大きい内径を有する請
求項１記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項３】前記ウェハ保持部材（１８）に保持され
たウェハ（２０）と前記研磨部材（２２）とを相対的に
回転させる駆動手段（２４）をさらに具備する請求項１
記載または請求項２記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項４】前記押圧部材（１２）と前記収容部材
（１０）を係合させる係合部（２８）をさらに具備し、前記駆動手段（２４）は、前記押圧部材（１２）に回転力を加えて、該押圧部材
（１２）を自転させる請求項３記載の半導体ウェハの研
磨装置。
【請求項５】前記流体（１４）は、シリコーンオイルである請求項１乃至請求項４のいずれ
かに記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項６】前記シリコーンオイルは、１０〜１０００ｃｓｔの粘性を有する請求項５記載の半
導体ウェハの研磨装置。
【請求項７】前記流体（１４）は、液状シリコーンゴムである請求項１乃至請求項４のいず
れかに記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項８】前記液状シリコーンゴムは、１０００〜８０００ｐｏｉｓｅの粘性を有する請求項７
記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項９】弾性体（２６）を収容する収容部材（１
０）と、前記収容部材（１０）内で前記弾性体（２６）の少なく
とも一部を上方から押圧する押圧部材（１２）と、前記収容部材（１０）内で前記弾性体（２６）を下方か
ら支持する支持部材（１６）と、前記収容部材（１０）の底面に配設され、ウェハ（２
０）を保持するウェハ保持部材（１８）と、前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２
０）に接触させて該ウェハ（２０）の表面を研磨する研
磨部材（２２）とを具備する半導体ウェハの研磨装置。
【請求項１０】前記収容部材（１０）は、前記ウェハ（２０）の直径よりも大きい内径を有する請
求項９記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項１１】前記ウェハ保持部材（１８）に保持さ
れたウェハ（２０）と前記研磨部材（２２）とを相対的
に回転させる駆動手段（２４）をさらに具備する請求項
９記載または請求項１０記載の半導体ウェハの研磨装
置。
【請求項１２】前記押圧部材（１２）と前記収容部材
（１０）を係合させる係合部（２８）をさらに具備し、前記駆動手段（２４）は、前記押圧部材（１２）に回転力を加えて、該押圧部材
（１２）を自転させる請求項１１記載の半導体ウェハの
研磨装置。
【請求項１３】前記弾性体（２６）は、シリコーンゴムである請求項９乃至請求項１２のいずれ
かに記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項１４】前記シリコーンゴムは、Ｈｓ４０〜６０の硬さを有する請求項１３記載の半導体
ウェハの研磨装置。