JPH0413567A

JPH0413567A - 研磨装置

Info

Publication number: JPH0413567A
Application number: JP2114543A
Authority: JP
Inventors: Sadanobu Yamada; 定信山田; Hisao Yoshitani; 吉谷　尚雄
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-17

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体ウェーハ等、特に、５ｏｌ（Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｅｒ）基板のような被研
磨材の表面を研磨する研磨装置に関する。

〔従来の技術〕

上面が研磨面となっている定盤が剛体である場合、被研
磨材を上記研磨面に接触する時点において、咳研磨材が
半導体ウェーハ等の硬脆性材料のために、上記被研磨材
に欠けが発生したり、あるいは強制駆動をかけた際に割
れが生じ易く、熟練した作業者の手動操作による研磨作
業に頼っていた。

また、現在までの研磨布を使用したメカノケミカル研磨
においては、ウェーハと研磨布との間に摩擦熱が生じ、
キャリアプレートの熱歪みによるたわみが避けがたいと
いう問題があり、研磨布の代わりに剛体を使用する場合
には、剛体とウェーハとの間の摩擦熱の発生が少なく、
ケミカル研磨の能率を上げるために、研磨スラリー及び
剛体の下定盤を加温する必要がある。そして、研磨布を
使用したメカノケミカル研磨と同様に剛体の下定盤を使
用した研磨においても、キャリアプレートの上面とウェ
ーハ取付面との間とで温度差が生じ、キャリアプレート
の熱歪みによるたわみが発生する。この熱歪みによるキ
ャリアプレートのたわみは、キャリアプレートに吸着す
るウェー／％を弾性変形させ、その状態で研磨されるた
めに、研磨精度、特にＴ　Ｔ　Ｖ　（Ｔｏｔａｌ　Ｔｈ
１ｃｋｎｅｓｓ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）か悪いものにな
る（第２図参照、ここで符号１は下定盤、２はキャリア
プレート、３はウェーハ４は支持部材、５は加圧軸を示
している）。

そこで、この問題を解決するために、第３図に示すよう
に、キャリアプレート２と支持部材４との間にＯリング
６を配置して、キャリアプレート２の上面に空隙を設け
て断熱を図ると、キャリアプレート２の加圧時に、キャ
リアプレート２が弾性変形して良好な研磨面を得られな
いという問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

このため、キャリアプレートの上面に均一な所定の流体
圧力を作用して、キャリアプレート上面の押圧力を等分
布として研磨精度の向上を達成するものが提案されてい
る（特開昭６４−２８５７号、実開昭６２−１６５８４
９号及び特開昭６４４５５６６号公報参照）。

しかしながら、」１記いずれの方法にあっても、研磨時
の下定盤とウェーハとの間に発生する摩擦力（ラジアル
荷重）を支持案内できず、加圧力及び回転速度を大きく
てきないという問題があった。

また、キャリアプレートの側面で熱か放散し易く、熱歪
みが発生し易い状態となり、研磨温度を高く上げられな
い問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、研磨時に定盤と被研磨材（ウェーハ）
との間に発生するラジアル荷重を円滑にかつ確実に支持
案内することができ、加圧力及び回転速度を大幅に上げ
ることができる上に、キャリアプレートでの熱放散を低
減することかできて、熱歪みを抑制することができ、か
つ研磨温度を高く上げることができると共に、被研磨材
と定盤との接触時あるいは強制駆動時においても、被研
磨材に欠け１割れ等が生じることを防止できる研磨装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の研磨装置は、下面
に被研磨材が固定されたキャリアプレートを、上面か研
磨面となっている定盤に、押圧した状態で上記キャリア
プレート及び定盤を同一方向に回転させて、上記被研磨
材の表面と上記定盤の研磨面との間に相対運動を与えつ
つ上記定盤の研磨面に研磨液を供給して、被研磨材表面
を研磨する研磨装置において、上記キャリアプレートの
上面にベローズを配置し、かつ上記キャリアプレートの
側面に、研磨時のラジアル負荷を保持するガイドを設け
たものである。

〔作用〕

本発明の研磨装置にあっては、ベローズによって、キャ
リアプレートを上下方向に移動自在に支持すると共に、
ガイドによって、研磨時に定盤と被研磨材との間に発生
する摩擦力（ラジアル荷重）を保持して安定した研磨状
態を得ると共に、ガイドによりキャリアプレートの側面
を保持することによって、キャリアプレートの側面での
熱の放散を抑制し、かつベローズとガイドとによって支
持されたキャリアプレートによって、被研磨材と定盤と
の接触時あるいは強制駆動時に、被研磨材に急激に大き
な負荷かかかることかなく、被研磨材の欠け１割れ等の
損傷か未然に防止される。

〔実施例〕

以下、第１図に基ついて本発明の一実施例を説明する。

第１図において符号１０は、回転軸線ｅ、を中心にして
回転自在に設けられた剛体製の定盤であり、この定盤１
０の上面１０ａか研磨面とされている。

そして、上記定盤１０の上方には、円盤状のキャリアプ
レート１１か接近、離間自在に設けられており、このキ
ャリアプレート１１の下部は上部に比べて小径に形成さ
れている。また、上記キャリアプレート］】の小径の下
部の外周面には環状のガイド部材１２が設けられ、かつ
このガイド部材１２の上面には筒状のガイド部材１３が
取付けられている。そして、これらのガイド部材１２，
１３によって、上記キャリアプレート１１は、上下動可
動にかつ水平面に対してキャリアプレート１１の軸線を
中心にして若干傾斜可能に支持されている。さらに、上
記キャリアプレート１１の上面外縁部には、連結プレー
ト１４を介して、金属へローズ１５が取付けられており
、この金属ベローズ１５の上端及び上記ガイド部材１３
の上面には、リング状の支持部材１６を介して、加圧軸
１７が取付られている。

上記加圧軸１７は、その回転軸線１を中心にして回転自
在に設けられており、この加圧軸１７には、上記定盤１
０と同一方向に加圧軸１７を回転させる回転駆動機構（
図示せず）が設けられている。また、上記加圧軸１７の
内部には、金属ベローズ１５．連結プレート１４及びキ
ャリアプレート１１で構成された空間内に加圧気体を供
給するエア通路１８が形成されていると共に、上記空間
内を通る配管１９及びキャリアプレー１−１１の中央内
部を貫通して形成された挿通孔２０を介して、上記キャ
リアプレート１１の下面１１Ｈにシリコンウェーハ（被
研磨材）２１を吸着するための吸引通路２２が形成され
ている。そして、上記エア通路１８には、加圧気体源及
び真空吸引源かそれぞれ切換可能に連結され、かつ吸引
通路２２には、真空吸引源が連結されている。

上記のように構成された研磨装置を用いてシリコンウェ
ーハ２１の表面を研磨する場合には、まず、定盤１０と
キャリアプレート１１を離間した状態において、加圧軸
１７の吸引通路２２．配管１９、キャリアプレート１１
の挿通孔２０を介して真空吸引によってキャリアプレー
ト１１の下面１１ａにシリコンウェーハ２１を吸着する
と共に、加圧軸１７のエア通Ｆ！＠１８に真空吸引源を
連結して真空吸引することにより、キャリアプレート１
１及び金属ベローズ１５を加圧軸１７方向に吸弓して、
キャリアプレート１１及び金属ベローズ１５の荷重をほ
ぼＯとした状態において、加圧軸１７を定盤１０に高速
で接近させる。この場合、キャリアプレート１１及び金
属ベローズ１５の荷重が真空吸引の吸引力によって相殺
されているので、キャリアプレート１１の下面１１Ｈに
吸着されているシリコンウェーハ２１は、定盤１０に衝
撃を与えられることな（円滑に接触し、／リコンウェー
ハ２１か欠ける等の不具合か発生しない。

次いて、定盤１０と加圧軸１７とを、それぞれ各回転軸
線（１，、Ｑ、を中心にして同一方向に強制回転サセ、
滑かに設定回転数まで上昇させる。この場合にも、キャ
リアプレー）１１及び金属へローズ１５の荷重かほぼＯ
とされているから、強制駆動時に７リコンウエーハ２１
か割れることかない。

そして、加圧軸１７のエア通路１８に加圧気体源を連結
して、金属ベローズ１５．連結プレート１４及びキャリ
アプレート１１とて構成される空間内に加圧気体を供給
して、キャリアプレート１１を定盤１０９１１１に押し
付けると共に、スラリーを定盤１０　ノ研磨面１０　ａ
に供給してメカノケミカル研磨を行う。この場合、キャ
リアプレート１】は、そのランアル荷重をガイド部材１
２によって支持され、かつ上下動可能にかつ水平面に対
して若干傾斜可能に設けられているから、定盤１ｏの研
磨面１０ａに追従して動き回転することができる。

従って、キャリアプレート１１に吸着されたシリコンウ
ェーハ２１は定盤１ｏの研磨面１０ａに密着して良好に
研磨される。

また、上記研磨中においては、ステ１ノー及び定盤１０
は、所定温度に加温されており、この熱がシリコンウェ
ーハ２１及びキャリアプレート１１に伝わるが、上記キ
ャリアプレート１１の側方は、ガイド部材１２．１３に
よって保温され、かつキャリアフレート１１の上方は、
金属へローズ１５内の空間により断熱されているため、
連結プレート１４及び金属へローズ１５を介して放熱す
るのみであり、従って、迅速にかつ確実にキャリアプレ
ート１１の上下面は同−ｉ１ｔに保持できて、手中リア
プレート１１か熱歪みにより変形することがなく、シリ
コンウェーハ２１が高精度に支持される。

続いて、研磨最終工程（仕上げ工程）においては、今ま
で加圧軸１７のエア通路１８を介して供給していた加圧
気体の量をほぼＯとすることにより、キャリアプレート
１１側の加圧力を軽減して、シリコンウェーハ２Ｉに極
めて良好な鏡面を形成することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の研磨装置は、下面に被研
磨材が固定されたキャリアプレートを、上面が研磨面と
なっている定盤に、押圧した状態で上記キャリアプレー
ト及び定盤を同一方向に回転させて、上記被研磨材の表
面と上記定盤の研磨面との間に相対運動を与えつつ上記
定盤の研磨面に研磨液を供給して、被研磨材表面を研磨
する研磨装置において、上記キャリアプレートの上面に
ベローズを配置し、かつ上記キャリアプレートの側面に
、研磨時のラジアル負荷を保持するガイドを設けたもの
であるから、キャリアプレートが、上記ガイドによって
保諷され、かつ上記ベローズの構成する空間によって断
熱されることにより、キャリアプレートの上下面におけ
る温度差を小さく抑制できて、熱歪みを軽減することが
でき、従って、被研磨材をより高精度に支持することが
できる上に、ガイドによって、キャリアプレートにかか
るラジアル荷重を低く保持することにより、研磨ユニッ
ト全体の傾きもなく、定盤に対して被研磨材か浮上しに
くくて、キャリアプレートかカイトによって保持されな
から上下方向に円滑に昇降することかでき、かつベロー
ズによって下方に加圧されることによって、被研磨材か
定盤に円滑に密着するため、被研磨材の研磨精度か、剛
体あるいは半剛体の定盤の場合、著しく良好になると共
に、被研磨材を定盤に接触する際に、上記へローズ内を
吸引することにより、ベローズ及びキャリアプレートの
荷重をほぼＯとした状態で、キャリアプレートに吸着し
た被研磨材を定盤に円滑に接触でき、従って、被研磨材
に欠けが生しることを防止でき、しかも仕上げ研磨時に
は、キャリアプレート側の加圧をほぼＯとした状態で保
持てきるため、極めて良好な鏡面仕上げを行うことがで
きる。これにより、研磨時の加圧力及び回転速度研磨温
度を上昇させることができ、研磨効率を同上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は従来
の研磨装置の一例を示す断面図、第３図は従来の研磨装
置の他の一例を示す断面図である。第２図０・・定盤、１トキャリアプレート、１２　ガド部材、
１５・金属へローズ、２１　ンリコンエーハ（被研磨材
）、１０ａ　上面（研磨面）、１ａ　・下面。

Claims

【特許請求の範囲】

　下面に被研磨材が固定されたキャリアプレートを、上
面が研磨面となっている定盤に、押圧した状態で上記キ
ャリアプレート及び定盤を同一方向に回転させて、上記
被研磨材の表面と上記定盤の研磨面との間に相対運動を
与えつつ上記定盤の研磨面に研磨液を供給して、被研磨
材表面を研磨する研磨装置において、上記キャリアプレ
ートの上面にベローズを配置し、かつ上記キャリアプレ
ートの側面に、研磨時のラジアル負荷を保持するガイド
を設けたことを特徴とする研磨装置。