JPS6362668A

JPS6362668A - 研摩装置

Info

Publication number: JPS6362668A
Application number: JP61205759A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tanaka; 好一田中
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1986-09-03
Filing date: 1986-09-03
Publication date: 1988-03-18
Also published as: JPH0317622B2

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】（産業１−５の利用分野）本発明は、例えば半導体ウェーハを鏡面研摩するための
ω「庁装置に係り、特にこれの定盤とプレー１へとの”
Ｉ’ｌ＋度な高く保つ平行度維持機構を設けた研摩装置
及び該平行度Ｍ［持機構の作動抵抗の低減を図ったω［
摩装置に関する。

（従来の技術）第８図に研摩装置による研摩のＭ埋置を示すか１例えば
゛１′３９体ウェーハＷはプレー１〜ＩＱ４のド面にマ
ウンデインク材、ワックス１２１等を介して接着され、
そのド面を所定の速度て水平旋回引る定盤１０１１−に
貼設された研摩面（クロス）１０２１：：に所定の力Ｐ
て抑圧され、ノズル１２２からの研摩剤１２３の供給を
受りて１〕記研摩布１０２との間に相対滑りを生して１
１′１該゛１′−導体ウェーハＷのＦ面か鏡面研摩され
る。

ところで、近イ（′の゛１′、導体デバイスの高集積化
等に付い、甲導体ウェーハ等の被研摩物に＋；ｔ：　！
’７＋・１・ｌ？ｉ度及び高平担度か要求されるか、こ
の２２束を満ｌ、・すためには研摩中において前記ｅｊ
ｌ’ＨＩ　Ｏｌとプレート１０４との１ｉ行か保たれな
（Ｊればならない。

第９図乃至第１２図に定盤とプレートとの・１・杓を保
つ各種機構の説明図を示す。即ち、第９１メ１に示すも
のは機械的固定方式てあっ乙これに１プレー１〜２０４
に一体に数句けられた１ｈＩＩ２０３を軸受２３０にて
回転目イ１に支承し、プレー１−２０４の振れを防ぐよ
うにｌ）たものである。又、第＋０１′ｉｌに示すもの
は、プｌ／−１〜追随力式てあっ乙こわは輔３０３とプ
レー１−３０４との間に軸受３３０を介イ［さすてプレ
ー１へ３０４をｅｉｌ盤３０１の傾ネ：１に沿って追随
させるようにしたものである。更に、第１１図に小すも
のはピホット・軸受力弐°Ｃあって、これはヒホウ１〜
軸受４３０な介し゛Ｃブレー１〜４０４を軸４０３に対
して傾動自イ１に支４冒ム該プレート４０４の作動中心
０のイ１“ｌ置をドげた６のである。（例えば、特開昭
５５−８６１２０号、同５７−２０４３６号−１同６Ｏ
−８０５５８ｔ′ｉ公報参照）。更に又、第１２図に示
すものは外周保持方式゛（あって、これは図示の如くプ
レート５０４の外周を回転自在な［１−ラ５４０．５４
０にて保持するものである。尚、第１２図（ａ）は研摩
装置のｔ面図、同図（ｂ）は同研摩装置の側面図′Ｃあ
り、図中５０１は図示矢印方向に回転する定盤である。

（９，明か解決しようとする問題点）しかしなから、１；記従来の各種方式による１１行Ｉｆ
ｆ維持機構には各々次のような問題点かある。即ち、第
９図に示す機械的固定方式によるものにあっては、高精
度の研摩機か心安である−１−１輔２０３の傾斜、定盤
２０１の而振れ笠か発生した場合には平行か維↓、〜で
きず、第１Ｏ図に小すプレー１〜追随力式にあっては、
軸受３３０の作用中心か研摩面上にあるため、研摩面に
作用する摩擦力によって定盤３０１とプレー１へ３０４
との平行かＭ１持されず、従って、被研摩物を保持する
マウンう＝インク材（図示せず）及び定ｆｆ１３０］、
Ｉ−に貼設される研摩１ｊ１（図示せず）に加わる用縮
力の分４ｉか不均一どなってこれらマウンデインク材及
びω［摩布か不拘・な変形をするため、高ＩＩｉ行１■
、高１ｉ坦度の゛ト導体ウェーハを得ることかできない
という問題かある。又、第１１図に小オビボッ１〜軸受
方式にあっては、プレー１〜４０４の中心部か変形して
これの平担度か維持できないばかりか、ｊｋプレー１〜
４０４に高荷重を加えることかできないという問題があ
り、第１２図に示す外周保持方式にあっては、プレート
５０４の径か小さい場合には適用か困難てあり、油圧シ
リンタ笠てプレー１〜５０４を強制加圧した状態て（ｄ
ｒ摩することかできないという問題がある。

本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたもので、その
ｌＩ的とする処は、研摩面に摩擦力かｆ１川してもプレ
ートと定盤との平行を厳密に保ｌ）、高平行度及び高ｑ
ｉ４ｎ度の研摩油１．を実施することかてきる研摩装置
を提供するにある。

（問題点を解決するだめのＬ段）］−記ＩＩ的を化１表ずべく本発明ζ；１、プレー１−
に保持された被研摩物を所定速度゛Ｃ回転する定盤１に
貼設された研摩布１−に所定の力で押圧することによっ
て該被研摩物表面を鏡面研摩するようにした研摩装置に
おいて、前記プレートの作動中心を研庁面−トに位置せ
しめるモ行度維持機構を設けた。

（作用）而して、Ｉ：Ｊの如くプレートの作動中心か研摩面１−
に位置するため、研摩面」−に作用する摩擦力Ｆの作用
点とプレー１−の作動中心間の距＃Ｌか零（Ｌ＝Ｏ）と
なり、研摩力Ｆと距ＭＬとの積て表わされるところのプ
レートを傾けようとするモーメンｌ−Ｍか零となり（Ｍ
＝ＦＸＬ＝Ｏ）、研摩面に摩擦力か作用するにも拘らず
、プレー１−と定盤との１１行を厳密に維持することか
てき、これによって高・１１行度及び高平担度のω［摩
加玉か可能となる。

（実施例）以ドに本発明の実施例を添伺図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る研摩装着の縦断面図てあリ、同図
におい°Ｃ１は円板状の定盤てあ−、゛乙これは本図ン
バの駆動装置こ旨こ」：ってその中心軸周りに水１１に
回転駆動され、その１４面にに１１度の弾に１を有する
Ｍ　庁！＋ｉ　（クロス）２か貼設されている。

又、この定盤１の外周部のＬ力に＋：１１ｈｌ＋　３か
穿設されており、該軸３のド端部には１１’　ｌｌｉ　
Ｉｎ：　＃Ｉ　Ｌ〜機描ＩＯを介して円板状のプレー１
〜４か軸３に対して傾動自在に取イ・１りられている。

尚、このプレーＩ−４はステンレス鋼（ＳＵＳ）　、セ
ラミラフ等の剛性の高い材料に゛Ｃ構成され、これに（
：１多数の小孔４ａ・・・か穿設されている。又、前記
輔３は中空状てあって、これの中心部に貫１没された孔
３ａは図示の如く真空ポンプ５に連通されており、＋ｉ
＆孔３ａの端部は前記１／行度維）ＩＩ機構ｌＯとプレ
ー１へ４とて囲まれて形成される空間Ｓ内に開口してい
る。そして、プレー１〜４の下面には被研ｊｔ鞠である
薄板状の゛ｒ−導体ウエつハＷか後述の１段によって吸
着されており、該半導体ウェーハＷは所定の力Ｐにて研
摩布２１−に押圧されている。

ところで、前記平行度維持機構ＩＯはプレー１〜４の作
動中心０をＶ・導体ウェーハＷと研摩布２との接触面、
即ち研摩面ｆ１−に位置せしめるものであって、Ｊ４体
的には球面軸受にて構成されている。この球面軸受は部
材１１と部材１２とをポル１〜１３・・・にて組伺　一
体化して成るフロック１４と、該フロック１４に球面接
触するブロック１５とで構成され、フロック１４はホー
ルベアリング１６を介して軸３の外周に回転ｒ：Ｉ在に
取付けられている。又、他方のフロック１５の４一部に
は半径ｒの球面座１５ａか形成され、該球面座１５ａは
ブロック１４のド面に形成された同一Ｖ−径ｒの球状門
面座１４ａに滑り接触している。そして、このフロック
１５の下部には前記プレー１〜４かポル）−１７−・・
にて該フロック１５に締結された支持部材１８を介して
増刊支持されて４６す、該ブロック１５のド面には前記
空間Ｓに連通ずる複数の環状？＋ｌｆｆ　ｌ　９・・・
か回心状に形成されている。尚、図中、２０ばオイルシ
ールである。

次に木研庁装置の作用を説明する。

薄板状の゛ｒ、導体導体ウェーハブレート４に穿設され
た小孔４ａ・・・、空間Ｓ、軸３内の孔３ａを紅て真空
ポンプ５によって引かれる負圧によっ゛（プレー１−４
のド面に吸着される。

・方、定盤ｌは不図示の駆動機構によっ゛（その中心軸
の回りに一定速度で水４１に回転駆動されており、」二
記半導体ウェーハＷは該定盤１１に貼設された研摩７０
２上面に所定の力Ｐにて押圧される。すると、半導体ウ
ェーハＷと研摩７１１２との間には相対滑りか生し、こ
の滑りによって土、導体ウェーハＷは本図ｚｌ’＜のノ
ズルからω［片側の供船を受けなから研摩布２によって
鏡面研摩され、ω［片面ｆには摩擦力Ｆか発生する。尚
、定盤ｉ　ｌのｌ’　ｆ５ｆ力向の周速度の相違によっ
て゛Ｖ−導体導体ウェーハブレー１〜４及びｔ行度給持
機構ＩＯはボールベアリンク１６を介して軸３の周りを
回転する。

ところて、プレー　１〜４は球面軸受にて構成される平
行度維持機構ｉｏを介して＠１１３に対して傾動自在に
支持されるため、該プレー１〜４は定盤ｌの傾斜に追随
しＣ傾く。尚、実際には・１伺１−　ＩＡ随持機構ｌＯ
の球面座１５ａと球状四面座１．４　ａ間には潤滑油に
よる油膜か形成されており、プレー１〜４の傾動は極め
て円滑になされる。このとき、平行ＩＷ＃持機構１０は
前述の如くプレー１〜４の作動中心０を研摩面ｆ　１．
に位置せしめるため、研摩面ｆ１−に作用する摩擦力Ｆ
の作用点とプレー１〜４の作用中心０とか一致し、両者
間の距離りか零（Ｌ＝Ｏ）となり、摩擦力Ｆと距１１１
Ｌとの積で表わされるところのプレー１〜４を傾けよう
とするモーメンｌ−Ｍか零となり（Ｍ＝ＦｘＯ）、研摩
面ｆに摩擦力Ｆか作用するにも拘らず、プレー１〜４と
定盤ｌとの１１行を厳密に維持することができ、被研摩
物たる゛Ｖ−導体導体ウェーハブする高・１／、行度及
び高１１坦１■のω「庁加りか可能となる。尚、プレー
１〜４の作動中心０には荷重Ｐと摩擦力Ｆの合力Ｑか図
示矢印方向に作用する。

第２図に以り説明した本発明に係る研摩装置にて研摩さ
れた゛Ｖ−導体導体ウェーハ面表面ｌｉｔ［１度の実＾
）１１結果を、従来装置にて研摩した場合の実測結果ど
の比較に１：；いて示す。尚、第２図（ａ）は゛１′導
体ウェーハＷのＸ−ｘ方向の実測結果を、同図（ｂ）は
Ｙ−Ｙ方向の実測結果なそれぞれ小し、図中、実線ａは
本発明装置にて研摩した場合、破線すは第１０図に示す
プレート追随方式を採１１目−る従来装置にて研摩した
場合、鎖線Ｃは第１１図に示すピボット軸受力式を採用
する従来装置に゛Ｃ研摩した場合の実測結果をそれぞれ
、Ｊ＜す。又、実測は荷重３７０ｇ／ｃｒｎ’、定盤の
回転数４０ｒｐｍの条件のドに行なわれ、了・ｎ体つェ
ーハＷのプレー１〜への接着法としてはワックスレス状
か用いられた。

第２図に示す結果より明らかな如く本発明装置によれば
、半導体ウェーハＷの１弓１ｊｌｌをその仝而に亘って
極めて高く保つことかできる。

次に本発明の変更実施例を第３国に小す。

尚、第３図においてはｆｌ’％　１図にて示したど同・
星素にば同一符号をイ・１し、それらについての説明ｆ
ｉｌ省略する。

本変更実施例においては、平行度Ｍ１持機構ＩＯを構成
する球面軸受のフロック１４．１５の凹凸面部１４ａ、
１５ａ間にゴム等を素４１とする環状の軟質弾性体２１
（共体的には０リンク）を介在させている。即ち、ブロ
ック１５の球面座１５ａの表面には環状の門構１５ｂか
形成され、該門構１５ｂ内に］−記軟質りｉ外体２１が
嵌設されている。尚、軟質弾性体２１の硬度としては、
凹凸面部１４ａ、３．５ａ回】１−が直接金属接触しな
い程度に変形する（（ｉか好ましい。

而して、１．記軟質弾ＰＩ体２１を設けることによって
１・−行度紹持機構１０を構成する球面軸受の作動抵抗
を著しく低減することかできるか、これは次の理由によ
る。即ち、軟質弾性体２１に加わる力Ｒと変位９とは第
４図の直線ｄにて示す如く、比例関係にあり、球面軸受
を構成するフロック１４．１５の凹凸面外１４ａ、１５
ａの間の必要ＩＭ動距層は実際には非常に僅かである。

従って、第４図に示す如く成る変位す。、成る力Ｒ８て
］ｌ衡を保っている軟質弾性体２１を更に６文たけ変（
☆させるに必要な力はΔＲである。上述の如く球面軸受
を構成するフロック１４．１５の凹凸面部１４ａ、１５
ａ間の必要摺動距離は実際には非常に僅かであることか
ら、この凹凸面外１４　ａ　。

１５ａ間に介設される軟質弾性体２１の変位Δ文は殆ん
と零となり（Δ立−〇）、この変位Δ見に比例する力Δ
Ｒも殆んど零となって（ΔＲ＝１１）、結果的にこの力
ΔＲに相当する球面軸受の曽動抵抗か著しく低減するこ
ととなる。

次に軟質弾性体として一般に重数されている０リンクを
使用した研摩装置（以ド、弾＋１休介イ１型装置と称す
）と使用しない装置（以］・、摺動型装置と称す）に対
して行なった種々の試験結果を以ドに示す。

先ず、球面軸受の球面を「て押して該球ｎ’ｉ　＋Ｉｂ
受の作動抵抗を−ｒの感触で把握した結果、摺動型装置
ては間欠的な動きか感しられ、ひっかかり感かあったの
に対し、弾性体介在型装置ではスムーズな動きか感しら
れた。又、次式にて定義されるつれ廻り率な両装置に対ｂ−Ｃ算出した
結果、摺動型装置の（（ｉか３６％であるのに対し、り
ｒ外体介在型装置のそれは８９％てあった。

因に、球面軸受か理想状態に近づく程、プレー１〜の回
転数（Ｊ定盤の回転数に近づき、−■−記っれ廻り率の
値は高くなる。弾性体介在型置は、Ｏリングの使用によ
って軸受の抵抗か著しく低減されるので、プレートの回
転数か定盤の回転数に近づくのである。

つれ廻り率か低くなると、面精度か悪化し、゛ト導体ウ
ェーハは中心が凸の球面になる場合がある。従って、軸
受抵抗を下げてつれ廻り率を高めるのは、？Ｉ’導体ウ
ェーへの研摩代を均一化するのに効果がある。

軸受の抵抗低下に伴う半導体ウェーへ面の研摩代の均・
化についてのもう一つの効果について説明する。

理想的な状態では定盤とプレー１〜は平行で密着ｌ］て
いるか、定盤のにに貼設された研摩布（クロス）か定盤
に均一に貼設されなかったり、研摩布自身か厚さに不均
一かあったり、或は研摩作業の進行によりＤ゛（部か斤
耗した等の理＋ｌ＋で、プレー１−か定盤に対して部分
的に密着ゼず、平行１＾を失う場合か生ずる。斯かる状
態は、シレーｌ−への／、ＪＦ摩軸からの前玉或はプレ
ー１−自身の自利で解消さｌシーる筈であるか、摺動型
装置てはそのＩＩＭ動面のｊ′？擦のため迅速な姿勢調
整か困難であり、しばしば゛１′導体ウェーへの／１１
［庁代の不拘　慴を６たらず。

しかしなから、前述のように弾性体介在型装置に４６い
て、例えば０リンクを使用した場合には軸受の抵抗か著
しく低減するの“Ｃ２１、記プレー１−の姿勢調整は極
めて迅速に行われ、常にプレー１〜は定盤の多少の凹凸
にも拘らずこれに密）ｉし、定盤へのプレー１へのツ・
社外は完全に保ＩＹさ稍る。その結果、ｔ’＝　；９体
ウェーへのω［Ｉ￥代の均一性は＞、　１．　＜向１．
する。一方、摺動型装置の場合では、甲−・９体ウェー
ハの研摩代かその直径の一力で５メＬｍに対し、他力で
ｌ　５　ｊｒ、　ｍとなるような偏った研摩か（＋ねれ
る場合もある。

第５図において、ｉ、ｊは弾性体介在型装置、ｇ、ｈは
摺動型装置てＯリンクのような弾性体かない場合の゛Ｖ
導体ウェーハの研摩代の実測値を示す。

尚、本発明は第６図に示すように死荷重Ｗ。を印加する
方式の研摩装置に対しても適用し得る。

又、球面軸受はその加Ｔか困難であること、該球面軸受
の作動距離は実際には非常に僅かであることに鑑み、前
記平行度維持機構１０を第７図に示す如き〆Ｉ−いに嵌
合する円錐凹面　３０ａ、円錐凸面３０ｂにて構成され
る円錐軸受３０にて構成し、該円１（Ｅ軸受の上記円錐
凹凸面３０ａ、３０ｂｌｄに軟質弾性体２１を介在させ
てもよい。更に、以１−は被ω［厚物として特に半導体
ウェー八を取り１−げたか、本発明装置はその他任意の
被研摩物を加−１−する装置に対して適用し得ることは
勿論である。

（発明の効果）以１−の説明て明らかな如く本発明によれば、研摩装置
のプレートの作動中心を研摩布りに位置せしめる１１行
度維持機構を設りたため、該プレートを１１７７４−Ｊ
ようとするモーメンｌ〜を常に零とすることかてき、研
摩面に庁擦力か作用するにφ〕拘らず、プレー１〜と定
盤との平行を厳密に維持することかでき、これによって
高平行１ｍ及び高’ｌ′ＪＱｌ＾の研摩却下かｉＩｆ能
となるという効果か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る研ＩＩ？装置の縦断面図、第２図
は同研摩装置にて研摩された゛ｌ′導体導体ウェー面表
面坦度実測結果を示すクラツ、第３国は本発明の変更実
施例に係る研摩”Ａ置の一部破…１側面図、第４図は軟
質弾性体に加わる力と変位との関係を示す図、第５１Ｘ
Ｉは第３１：ｍに示す研摩装置に゛Ｃ研庁された゛Ｖ導
体ウェーへの研摩代の均一＋１の実測結果を小ずクラツ
、第６ＬＸＩ及び第７図は本・発明の別実施例を承す縦
断面図、第８図（、ｌωｆ　Ｉ’ｒ９　Ｗ目こよる研摩
加Ｉ：の原理説明図、第９国凸金第１２図は定盤とプレ
ートとの平１１を保つ名種機構の従来例を示す図である
。ｌ・・・定盤、２・−・研摩布、３・−輔、４−・プレ
ート、１０・−・平行度維持機構、１４．１５・−ツｒ
ｉ・ツク、１４ａ・・・球状門面座、１５ａ・・・球面
座、ｚｌ・・・軟質弾性体、３０・・・円錐軸受。詩語出願人　信越半導体株式会社代理人　漸理士　　山　Ｆ　亮　−・第３図第４図 υ　　　　　　　ｌｏ　　　　−変位ｌ第５図／ｌｌ’ｌ［：第６図第８図／υｌ第９図し−一一一■ 第１２図Ｌａｌ　　　（、、，５０４り５４０第１Ｏ図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プレートに保持された被研摩物を所定速度で回転
する定盤上に貼設された研摩布上に所定の力で押圧する
ことによって該被研摩物表面を鏡面研摩するようにした
研摩装置において、前記プレートの作動中心を研摩面上
に位置せしめる平行度維持機構を設けたことを特徴とす
る研摩装置。
（２）前記平行度維持機構は、前記プレートと該プレー
トを支持する軸との間に介設される球面軸受にて構成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の研摩
装置。
（３）前記球面軸受を構成する凹凸面座間にゴム等の軟
質弾性体を介設したことを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の研摩装置。
（４）前記軟質弾性体は、Ｏリングにて構成されること
を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の研摩装置。