JPS5981057A - 両面研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明ｔＪ１両而研面ＦＦ装置Ｉ／Ｃ開する。ｌ庁に、
きわめＣ薄いウェハを被加工物として、これを研磨する
のに好適に用い得る両面ｊＪＦ時装置に関する。

〔従来技術〕

従来よル例えばＳｌやＧ　、Ｇ、ＣＪ等のきわめて薄い
ウェハは、高密度化・高Ｎ度化のために両面研磨が行わ
れている。従来のこの種の両面研磨装置け、きわめて薄
いウニ／為の両面同時研磨を達成するため、第１図に示
す様ＦＣＰ！いウニ／Ｓ１（例えば板厚５００μｍ）よ
ルもさらＩ／ｃ薄いキャリア２を用い、このキャリア２
Ｆｃ第４図の如く設けた空孔部１０ｉＣ該ウエノ・１を
適合させて保持し、ウエノ・１０両面はボリッシャとし
ての弾性体不織布５に接触させつつ、キャリア２を加工
定盤３．４上で遊星運動させて研磨を行っている。キャ
リア２の遊星運動は、キャリア２の外周ＶＣ設けた歯を
センターギア６とインターナルギア７とに噛合させる仁
とによって、両ギア６．７間て回転させること忙よシ達
成する。

ところが上記の如く研磨されるべきウエノ１１もこれを
保持するキャリア２もとも忙きわめて薄いものであるた
め、従来技術では研磨妃際してウニ／％”ｌが割れたヤ
キャリア２が破撰してしまうなどの虞があるものであっ
た。

この問題につき、第２図を参照して説明すると次の通）
である。第２図はウエノ１１とキャリア２とが上定盤３
．下定盤４にそれぞれ接着固定された不織布５に接触し
て、研磨を行って込る状態を拡大して示したものである
。上定盤５Ｆｃよルウエバ１とキャリア２とに加圧する
と、上下定盤３゜４に接着されている弾性不織布５け、
第２図の如くウェハ１とキャリア２との接触部で１弾性
変形する。この弾性不織布５の弾性変形ＭＫ、対応して
ウェハ１とキャリア２は摩擦力を受ける。この場合、キ
ャリア２はギヤリア２自体にかかる摩擦力と、キャリア
２が保持するウェハにかかる摩擦力との双方の摩擦抵抗
力を受けること忙なる。即ちキャリア２は、ウェハ１を
定盤上を遊星運動させる時、ギヤリア２自体が上下定盤
３，４から受ける摩擦抵抗力に加えて、ウェハ１を研磨
するために該ウェハ１が受ける研磨圧による摩擦抵抗力
をも受りる。キャリア２はウェハ１を保持するものだか
らである。ウェハ１を能率良く研磨するためには研磨圧
力を上昇させる必要があるが、一方研磨圧力を上昇させ
るとキャリア２への負荷が大きくなル、上述の様にキャ
リア２は二重に摩擦抵抗力を受りているが故にキーＹリ
ア２がその負荷に耐見られず、結局キャリア２が破損す
る場合がある。

このよう忙キャリア２が破損すると、ウェハ１はキャリ
ア２の空孔部１０から飛び出し、過負荷を受けて破損す
るとｂう現象が生じる。

一方つエバ１についても、研磨圧力の小さい時は該ウェ
ハ１に対する研磨能率は低く、しかし研磨圧力を大きく
するとウェハ１が負荷に耐えられず釦破損する場合があ
る。

上従した如く、従来の両面研磨装置は、片面研磨装置に
比して高い寸法精度を得られるという利点を有するが、
結局安定した加工条件が得られず、製品の歩留）が悪い
とｂう問題を残している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、きわめて薄ｂウェハであってもその両
面を同時に研磨加工する場合ＦＣおいて安定した加工状
態を実現でき、従ってウェハの破損もキャリアの破損も
生じることがなく、また安定した研磨状態を実現するこ
とできわめて表面精度の良い研磨を達成できる両面研磨
装置を提供することにある。また合せて、研磨剤の必要
量を低減できる構成忙することをも目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成すべく、本発明の両面研磨装置は、その
キャリア釦ウェハ保持用の空孔部の他に少なくとも１つ
の孔部を設け、かつこの孔部は研磨剤を保持できるよう
に構成する。

このような構成をとれば、キャリアは形成した孔部の分
だけ接触面積が小さくなり、従って受ける摩擦抵抗も減
少する。従ってキャリアが受ける負荷は小さくなシ、そ
の破損の可能性は十分低減される。また孔部は研磨剤を
保持する結果、ここからの研磨剤により、ウニ／Ｓ及び
キャリアと研磨部利との間で均一な研磨剤液層が形成さ
れ、キャリアの振動等もここで吸収され、キャリア及び
ウェハの破損の可能性が、Ｈ＜低減される。かつ、孔部
の研磨剤保持機能により、必要とされる研磨剤の量も少
なくてすむようになる。

本発明は、以下の知見に基づいて達成されたものである
。即ち、ウェハがキャリアから飛び出して破損する原因
として、次の２事項が考えられる。

ＭＩＦｉ、キャリア２をセンターギア６とインターナル
ギア７等で遊星運動させると、ギヤリア２に作用する摩
擦抵抗力は歯車のかみ合せ部分ＶＣ集中するので、結局
キャリア２の歯山は歯厚が薄いためにせん断破壊［、キ
ャリア２が破損してウェハな保持できなくなる場合であ
る。

第２は、ウェハ１やキャリア２の振動による場合である
。つ＊Ｊ、′ウェハ１と上下定盤３，４との接触や、キ
ャリア２と上下定盤３，４との接触状態は、介在する研
磨剤の液層の状態で異なる。

また研磨剤の液層の膜厚は、上定盤３内の研磨剤注入口
８から滴下して定盤の回転に伴う遠心力により外周へは
じき飛ばされる液の軌跡によって異なる。ゆえに、レエ
ハ１とキャリア２上の研磨剤の艇庫が異な少、各部分の
摩擦抵抗力が異なること釦なる。このためウェハ１とキ
ャリア２は上下定盤３，４から不均一な摩擦抵抗力ある
いけ吸着力を受け、結果としてウェハ１とキャリア２は
上下定盤３．４の間を上下動して振動する。従ってこの
ような振動によシ、ウェハｌｔキャリア２の突孔部１０
から飛び出して破損する場合が出て来る。

実際によく起こ９得ることは、ウェハ１が不織布５１Ｃ
＠着され、この吸着力はかなシ大きいためウェハ１が不
織布５に吸引されて両者１，５の間に研磨剤液がなくな
る状態が生じ、このような液切れのため建不均−状態が
発生して、ウェハＮＣ振動が生ずる場合である。キャリ
ア２はウェハ１よシ薄いので、ギヤリア２と不織布５と
の間には常に研磨剤液層が存在することが期待されるが
、実際にはキーＹリア２とウェハ１との厚みの差は極め
て僅かであるので、キャリア２と不織布５との間でもこ
のような液切れが起こることもあり、これがキャリア２
１Ｃ振動をもたらすことになる。

以上よル、キャリア２に過負荷を加えないためには、第
１にキャリア２が受ける摩擦抵抗を減少させればよく、
第２にウェハ１やキャリア２が不均一な吸着力や摩擦力
を受けることを防市すべく、ウェハ１やキャリア２と不
織布５との間釦常如研磨剤液を保持して液切れを防ぐと
共に、該研磨剤の液層を均一化することが要せられるこ
とがわかる。

これを検討すると、キャリア２が上下定盤３゜４から受
ける摩擦抵抗はキャリア２と上下定盤３゜４との接触面
積に比例するから、第１に、該接触面積を小さくして摩
擦抵抗を減少させるとｂうことがある。次に一層２に、
ウェハ１及びキャリア２と上下定盤３．４（不織布５）
の間に常に研磨剤液が存在するようにし、かつそれを均
一な研磨剤の液層に形成させるということがある。

本発明者は鋭意研究の結果、この第１．第２を同時に満
たす技術として、ウエノ・保持用の空孔部以外の孔部を
キャリアに１つ以上設け、かつこの孔部は研磨剤を保持
し得る構成とすることに到達したものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。この
例は第３図に示す如く本発明を薄板円板状の被加工物の
両面同時研磨装置に具体化し念ものである。

被加工物であるウェハ１はキャリア２の空孔部１０に適
合して、保持されている。キャリア２けこのウェハ保持
用を孔部１０の＃牙か、孔部１１を有している。孔部１
１は少なくとも１個開設すればよいものであるが、本例
で／Ｉ′ｉｍ５図に示す如く数個形成しである。この孔
部１１はここに研磨剤の液１２を保持できるものである
。

次に本実施例の構成を一層詳細ＩＣ述べると共に、その
作用につき説明する。

ウェハ１は上定盤３と下定盤４のそれぞれに接着された
弾性体の不織布５にはさまれてｂる。この不織布５がこ
の場合ボリッシャの役割を果たす。

その他適宜の部材をボリッシャとして用することができ
る。キャリア２は内周のセンタギア６と外周のインター
ナルギア７０両歯車６，７間に保持されている。下定盤
４の下方に駆動軸９があり、これは上定盤３．下定盤４
．センタギア６、インターナルギア７を独立に正逆方向
に無段変速で回転させる役割を果たす。上定盤３には、
遊離砥粒を含む研磨剤を通過させる注入口８が形成され
ている。

次建加工手胴に従ｈ、本実施例の動作を説明する。

ウェハ１は、センタギア６とインターナルギア７との間
を遊星歯車運動するキャリア２に保持されながら、上定
盤３と下定盤４上の不織布５にはさまれて、遊離砥粒を
含む研磨剤液１２によシ研磨される。

かかる研磨に際して、保持されたウエノ１１の周辺に形
成されている孔部１１は：ここに研磨剤液１２を一時た
くわえて、該研磨剤液をウエノ・１とキャリア２に漸時
に供給する作用を果たす。このような孔部１１からの研
磨剤液１２によシ、ウェハ１と不織布５との間、及びキ
ャリア２と不織布５との間には、常忙研磨剤液１２が存
在することになシ、液切れが防止される。同時に、それ
ぞれの間の研磨剤液は、均一な液Ｎ４に形成されること
になる。

上記のような構成であるから、まず第１に孔部１１の開
設によシキャ、リア２が上下定盤３，４（不織布５）と
接触する接触面積が減少し、従ってキャリア２と不織布
５との摩擦抵抗は低減される。

また第２に、ウエノ・１やキャリア２と不織布５の吸着
力が上下定盤３，４間を移動して変動するために発生す
るそれぞれの振動、特に吸着に基づく液切れによって生
ずる振動や、あるいは摩擦抵抗力の変動忙基づくキャリ
ア２の振動は、上述の通シ孔部１１からの供給によシウ
エノＳｊ、キャリア２と不織布５との間に常に研磨剤液
が存在し°Ｃ液切れが生じず、更にはウエノ・１及びキ
ャリア２と不織布５との間の該研磨剤液層が孔部１１か
らの研磨剤液１２によっ°Ｃ均一化されるため、十分に
低減される。

以上姥より、ウエノＳ１はキャリア２内に安定した状態
で保時され、きわめて薄いウエノＳ１も破損等のトラブ
ルなく良好に能率良く両面研磨されるものである。夾際
本夾施例姥よりて、きわめて薄い、板厚５００μｍ以下
のウエノ１も、その両面研磨による鏡面仕上げがきわめ
て安定な研磨状態において、良好な仕上げの表面形状を
もって達成された。

第６図は、本発明のキャリア２の別の一例である。第５
図の例が、ウェハ１がキャリア２の中心から偏心するよ
うに空孔部１０を形成したものであるのに対し、この第
６図の例は、ウェハ１とキャリア２の中心が一致するよ
うに空孔部１０を形成したものである。

ここで、研磨剤をたくわえるためのキャリア２の孔部１
１の形成に＃′ｉ、次の配慮が必要である。

まず、孔部１１の面積が太きｂ相接触面積は小さくな夛
、摩擦抵抗も小釦なって有利である。第７図は、孔部１
１の面ｆｊｔｓｚとキャリアの面積Ｓ。

の比Ｓ２／Ｓ、と、そのように孔部１１を形成した時の
摩擦抵抗力Ｆ２　と孔部１１を形成しないキャリアの摩
擦抵抗力Ｆ、の比Ｆ２／Ｆｌとの関係を表したグラフで
あるが、当然孔部１１の面積が大きくなってキャリア２
の面積に近づく程、摩擦抵抗の減少率は太き”ｏ　シか
し無制限に孔部１１を大きくできるわけではなく、かつ
その形成位置も配慮が必要である。キャリア２は、該キ
ャリア２の外周と空孔部１０または孔部１１の外周との
距離が最小の部分から破断しやすい。最も幅狭になる部
分が屑も弱すので、そこに負荷が集中し、キャリア２の
歯先部分に不均一な力が加わることにもなって、破断が
起こりやすｂからである。従って、空孔部１０や孔部１
１の外周とキャリア２の外周との距ｍを均等とし、更に
空孔部１０と孔部１１゜孔部１１が１！Ｊ！数の場合は
孔部１１回士の距離もその距離と等しくすることが望ま
しい。このようにすれば特に幅狭の部分が生じない結果
、外力は均等に加わって、破損の六やそれに伴うトラブ
ルが回避できる。

この点用５園、第６図の例は上記のことを考慮して形成
さｉしてお夛、かつ図示の如く空孔部１０や孔部１１は
キャリア２の全面に対して均等に孔を開けて形成されて
いるのて、キャリア２の各々の歯先部分に均一な負荷が
作用するため、キャリア２の破損の可能性は確実忙防止
され、かつキャリア２の寿命も向上するものである。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明の両面研磨装置によれば、きわめて
薄いウェハを両面研磨する場合であっても、過大な摩擦
抵抗がかかることを防止でき、かつ摩擦抵抗の急激な変
動や振動の発生も防止でき、従って安定した加工状態で
研磨を達成できる。このためウェハの破損やキャリアの
破損の可能性をきわめて小さくすることができる。更に
、安定した研磨状態をつ〈シ出せるので、表面精度が非
常に高度であって、表面形状がきわめて良好なものを得
ることができる。また、孔部は研磨剤の保持機能を有す
るので、従来必要とした研磨剤所を大きく低減できると
いう経済効果がある。

なお当然のことではあるが、本発明は図示の実施例にの
み限定されるものではな−。

【図面の簡単な説明】

８１図及び第２図は従来の両面研磨装置を示し、第１図
はその断面図、第２図はそのウェハ両面研磨状態におけ
る拡大断面図である。第３図は本発明の一実施例に係る
両面研磨装置の断面図である。 第４図は従来のキャリアの一例の土面図である。 第５図及び第６図は各り本発明において用い得るキーＹ
リアの一実施例を示す上面図である。第７図は本発明の
詳細な説明するためのグラフである。 １・・・ウエノ為、２・・・キ、Ｙリア、５・・・弾性
部材（不織布）、１０・・・ウエノ・保持用空孔部、１
１・・・孔部、１２・・・研磨剤（液）。 才　／　図 １　薦 第２　図 第３　図 第４１Ｉ２１ 第５　図 オ６１ オフ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被加工物であるウェハをキャリアに設けた空孔部に適合
   させて保持し、該ウエノ・の両面は弾性部材忙接触させ
   、該ウェハをキャリアによシ摺動さぜ°Ｃ研磨剤を介し
   てのウェハ両面の研磨を行う両面研磨装置において、キ
   ャリア忙は前記ウエノ１保持用の空孔部の他に少なくと
   も１つの孔部を設けて、該孔部建研磨剤を保持させる構
   成としたことを特徴とする両面研磨装置。