(57)【要約】【課題】半導体ウェハなどの硬質脆性板のラッピングないしポリシングに使用する研磨装置に関し、工作物を一枚ずつ加工する装置において、工作物径と定盤径の比を小さくして装置の小型化を図り、これに伴った悪化する摩耗距離特性を改善する。【解決手段】定盤を小径化することにより悪化する摩耗距離特性の改善を図るため、硬質脆性板を摺擦する回転定盤を円形の分割線３により内定盤４と外定盤５とに分割し、それらを異なる角速度で回転駆動する。硬質脆性板を上下の定盤で挟持する構造の研磨装置においては、上下の定盤のそれぞれが内定盤４と外定盤５に分割され、これらが異なる角速度で回転駆動される。定盤に適当な形状の溝を配置することにより、摩耗距離特性の改善を行うことができる。【選択図】　　　図１
2004106131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質脆性板の面を定盤の研磨面に押接して当該硬質脆性板及び定盤を回転させることにより硬質脆性板をラッピングないしポリシング加工する硬質脆性板の研磨装置において、研磨面が円形の分割線（３）により分割された内定盤（４）と外定盤（５）とで形成され、当該内定盤と外定盤とが異なる角速度で回転駆動される、硬質脆性板の研磨装置。
【請求項２】
硬質脆性板の上下面を上下の定盤の研磨面で挟持して当該硬質脆性板及び定盤を回転させることにより硬質脆性板をラッピングないしポリシング加工する硬質脆性板の研磨装置において、上下の研磨面がそれぞれ円形の分割線（３）により分割された内定盤（４）と外定盤（５）とで形成され、それぞれの内定盤と外定盤とが異なる角速度で回転駆動される、硬質脆性板の研磨装置。
【請求項３】
外定盤が内定盤より遅い角速度で同方向に回転駆動される、請求項１又は２記載の硬質脆性板の研磨装置。
【請求項４】
定盤径が加工する硬質脆性板の径の１．５ないし２倍である、請求項１、２又は３記載の硬質脆性板の研磨装置。
【請求項５】
内定盤及び外定盤の研磨面に摩耗距離特性を改善するための円形溝（１２）及び／又は直線溝（１３）が設けられている、請求項４記載の硬質脆性板の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハで代表される硬質脆性板表面のラッピングないしポリシングに使用する研磨装置に関するもので、特に加工する硬質脆性板を回転する定盤（研磨定盤）に押接する構造の上記装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハの製造工程は、半導体インゴットを切断し、切断されたウェハのクラック層をラッピングにより除去すると共に所定の厚みに揃え、エッチング等による化学的研磨によって加工歪みを除去し、その後、ポリシングにより鏡面加工されウェハが完成する。
【０００３】
半導体ウェハの製造工程の一つである平面ラッピングを行う加工装置としては、現在４ウェイラップ盤が主流となっている。４ウェイラップ盤は、工作物の自転、定盤軸を中心とした工作物の遊星運動（公転）、及び上下定盤でそれぞれ反対方向の回転の４方向の動作が加えられるラップ盤である。ラップ盤による加工では、加工量は加工圧力と工作物とラップ定盤間の相対摩耗距離に比例する。よって、加工圧力が一定であれば工作物表面の摩耗距離は均一である方が良い平行平面を得られる。４ウェイラップ盤では、工作物に比して大きなラップ定盤を使うほど、均等に分布した良い摩耗距離特性を得ることができ、より良好な平行平面が得られる。一般的なラップ盤では、工作物径とラップ定盤径の比が４倍程度である。ここで言う摩耗距離特性は、工作物表面のラップ定盤に対する相対摺動距離の均一さの程度を意味し、１に近いほど均一度が高い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体の生産性を高め製造コストの低減を図るために、半導体ウェハの直径が大きくなっている。４ウェイラップ盤は工作物径に比例して工作機械も大きくなるので、工作物の大口径化に伴ってラップ定盤及びこれを装着する工作機械が巨大化している問題がある。工作機械の大型化によって起こる問題としては、据付面積の増大以外にも、モーターや加工で発生する熱による定盤の熱変形の増大や自重の増大による変形による定盤精度の悪化がある。また、自重の増大によっては定盤の取外しや修正などの作業性を非常に悪化させる原因となる。
【０００５】
そこでこの発明は、益々大型化が進むと考えられる研磨盤の省スペース化を図るため、ウェハを一枚ずつ加工する枚葉研磨盤を開発することを目的としている。更に本発明では、工作物を一枚ずつ加工する枚葉ラッピングないし枚葉ポリシングを行う研磨盤において、工作物径と研磨定盤径の比を小さくすると共に、悪化する摩耗距離特性を改善することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本願請求項１の発明に係る硬質脆性板の研磨装置は、硬質脆性板の面を定盤の研磨面に押接して当該硬質脆性板及び定盤を回転させることにより硬質脆性板をラッピングないしポリシング加工する硬質脆性板の片面ないし両面研磨装置において、円形の分割線３により内定盤４と外定盤５とに分割された研磨面を備え、当該内定盤と外定盤とが異なる角速度で回転駆動されるというものである。
【０００７】
硬質脆性板の上下面を上下の定盤の研磨面で挟持して当該硬質脆性板及び定盤を回転させることにより硬質脆性板を両面ラッピングないし両面ポリシング加工する両面研磨装置においては、上下の研磨面のそれぞれを円形の分割線３により内定盤４と外定盤５とに分割し、それぞれの内定盤と外定盤とを異なる角速度で回転駆動するのが好ましい。
【０００８】
請求項３の発明は、上記手段を備えた硬質脆性板の研磨装置において、外定盤が内定盤より遅い角速度で同方向に回転駆動されることを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明の研磨装置における定盤径（研磨面の径、外定盤の外径と同じ）は、装置寸法及び加工特性の点で、加工する硬質脆性板の径の１．５ないし２倍とするのが適当である。
【００１０】
摩耗距離特性の改善のためには、内定盤及び外定盤の研磨面に摩耗距離特性を改善するための円形溝１２及び／又は直線溝１３を設ける。
【００１１】
一般に、研磨装置の小型化を図るために定盤の回転中心と工作物の中心との偏心量を小さくとり、工作物径と定盤径の比（以下、単に「径比」という）を小さく取れば摩耗距離特性は悪化する。この出願の発明は、定盤を小径化することにより悪化する摩耗距離特性の改善を図るため、第１に、硬質脆性板を摺擦する回転定盤を円形の分割線３により内定盤４と外定盤５とに分割し、それらを異なる角速度で回転駆動することにより、上記課題を解決している。硬質脆性板を回転する上下の定盤で挟持する構造の研磨装置においては、上下の定盤のそれぞれが内定盤４と外定盤５に分割され、これらが異なる角速度で回転駆動される。好ましい駆動形態は、上下の定盤をそれぞれ反対方向に回転駆動し、外定盤を内定盤より低速で同方向に駆動するというものである。すなわち、外定盤５に内定盤４よりも小さい角速度を与え工作物外側の摩耗距離を減少させて摩耗距離特性を改善する。
【００１２】
径比が１〜２の場合と２以上の場合では、装置の構造が異なってくる。前述したように通常の４ウェイラップ盤では、定盤軸中心に配置される太陽ギヤと定盤の外に配置されるインターナルギヤにより工作物に公転が加えられる。しかし径比を２倍以下としたときには、太陽ギヤが配置できないことから、工作物に公転を加えることは難しい。一方、径比を２倍以下とすることにより、大径の硬質脆性板を加工可能な小型の枚葉ラップ盤が得られる。
【００１３】
この発明では、径比を小さくすることにより悪化する摩耗距離特性を改善するために、第２に、定盤の研磨面に溝１０、１１、１２、１３を設けている。通常のラップ盤でも加工部への砥粒の進入を促進すると共に工作物の定盤への吸着を避けるために溝加工が施されている。溝部では工作物と定盤の摩擦がないため加工が行われない。ラップ定盤に適当な形状の溝を配置することにより、摩耗距離特性の改善を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１ないし図３は、この発明の第１実施例を示した図で、図１は定盤面とワークとの関係を示す平面図、図２はワークを保持するキャリアの回転駆動系を示す平面図、図３は摩耗距離特性を示す図である。
【００１５】
ワークを研磨する定盤面（研磨面）１は、定盤の回転中心２と同心の円形の分割線３で内定盤４と外定盤５とに分割されている。外定盤５の直径Ｄは、ワークの直径Ｗの１．６倍（径比＝１．６）である。内定盤４と外定盤５の定盤面は同一平面上にあり、外定盤径４０４ｍｍに対して分割線の径は２６０ｍｍである。内定盤４は、中心軸２回りにπ／２ｒａｄ／ｓの角速度で回転し、外定盤５は同方向にπ／３ｒａｄ／ｓの角速度で回転する。一方、工作物を保持するキャリア６は、三方を歯車７、８、９で保持されており、その１個を駆動することにより、π／４ｒａｄ／ｓの角速度で回転駆動されている。
【００１６】
内定盤４の定盤面には、半径１０５ｍｍ、１１４ｍｍ、１１８ｍｍ及び１２２ｍｍの位置に幅１ｍｍの円形溝１０が設けられている。更に内定盤４の定盤面には、円周を８等分する位置に内端の半径１１０ｍｍから外端の半径１３０ｍｍまでの長さで幅２ｍｍの直線溝１１が設けられている。また、外定盤５の定盤面には、半径１５５ｍｍ、１７０ｍｍ、１８５ｍｍ、１９５ｍｍ及び２００ｍｍの位置に幅１ｍｍの円形溝１２が設けられており、更に円周を８等分する位置に半径１５０ｍｍから外周端まで長さで幅２ｍｍの直線溝１３が設けられている。これらの溝は、内定盤及び外定盤の外周部での摩耗距離を調整するために設けられたものである。
【００１７】
上述のような定盤４、５を備えたラップ盤で工作物１４を研磨したときの摩耗距離特性を図３に示す。図の横軸は工作物表面の中心からの距離、縦軸は摩耗距離特性で、工作物中心の摩耗距離を１として、工作物の各半径位置において摩耗距離特性がどれだけ偏倚するかを示している。
【００１８】
図３に示すように、定盤を分割構造として円形溝１０、１２と直線溝１１、１３とを設けることにより、工作物中心と外周との摩耗距離の偏倚が約５％まで低下している。一方、工作物中心からの距離が７０ｍｍの付近では分割溝の影響から磨粍距離が工作物中心より約１％減少している。摩耗距離が最大となる点と最小となる点での摩耗距離の差は、約６％まで低下している。
【００１９】
内外の定盤の回転方向は正方向である方が、逆向きの回転を与えた場合よりも良い摩耗距離特性を得ることが可能である。また、工作物の自転は正方向の回転で、できるだけ小さい角速度をとるのが良い。
【００２０】
図４ないし図６は第２実施例を示す図で、図４は定盤の平面図、図５は工作物を保持するキャリアの駆動機構を示す図、図６は摩耗距離特性を示す図である。この第２実施例は、径比が２．４で３枚のワークを同時に加工することができる研磨装置において定盤を分割構造としたものの例である。
【００２１】
図中、３は分割線、４は内定盤、５は外定盤、６はキャリアであり、外定盤の径Ｄ＝３７４ｍｍ、内定盤４の外径（分割溝の径）ｄ＝２６０ｍｍ、工作物１４の径ｗ＝１５２ｍｍ（６インチ）工作物の偏心量ｒ１＝１１１ｍｍである。この第２実施例の定盤面には、溝は設けていない。内定盤４の角速度はπ／２ｒａｄ／ｓ、外定盤の角速度はπ／３ｒａｄ／ｓ、工作物の角速度はπ／４ｒａｄ／ｓである。なお、工作物１４を保持するキャリア６の回転駆動機構は、図５に示すように、太陽歯車１５とインターナルギア１６による従来の４ウェイラップ盤と同様な構造のものであるが、キャリア６の公転は行っていない。
【００２２】
上記構造の装置における摩耗距離特性を図６に示す。定盤を分割構造にすることにより、摩耗距離の最大値と最小値との偏倚が約１．２％と大幅に改善されていることが分かる。この第２実施例では、溝を設けてないが、図１に示したような円形溝や直線溝を設けることにより、摩耗距離特性を更に改善することができる。
【００２３】
具体的な装置では、図１や図４に示すような分割構造の定盤が上下に配置されて工作物１４の上下面を同時に研磨する構造となる。内定盤と外定盤は、内軸と中空の外軸とで個別に支持して駆動する。外定盤５は、旋回軸受で支持することもできる。上下の内定盤と外定盤とは個別駆動とするか、あるいは適当な歯車列を介して一定の速度比で駆動されるようにする。内定盤４と外定盤５の回転速度比は、一旦設定すれば変更する必要がないから、後者の構造とするのが実際的である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したこの発明によれば、定盤径がワーク径の２倍以下の、従って大口径の半導体ウェハのラッピングないしポリシング加工を行うことが可能な小型の研磨装置を得ることができ、工作物の径と定盤の径の比が小さくなることによる摩耗特性の悪化を回避した研磨装置を得ることができるという効果がある。また、工作物の径と定盤の径の比が２倍以上の研磨装置においても摩耗距離特性を改善することができ、従ってより小型の定盤を用いて大口径の半導体ウェハのラッピングないしポリシングを行うことができる研磨装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の定盤の平面図
【図２】第１実施例のキャリアの駆動機構を示す平面図
【図３】第１実施例の摩耗距離特性を示す図
【図４】第２実施例の定盤の平面図
【図５】第２実施例のキャリアの駆動機構を示す平面図
【図６】第２実施例の摩耗距離特性を示す図
【符号の説明】
３　分割線
４　内定盤
５　外定盤
１２　円形溝
１３　直線溝
【図１】
2004106131.tif 000003
【図２】
2004106131.tif 000004
【図３】
2004106131.tif 000005
【図４】
2004106131.tif 000006
【図５】
2004106131.tif 000007
【図６】
2004106131.tif 000008