JPH0323304B2

JPH0323304B2 -

Info

Publication number: JPH0323304B2
Application number: JP56135122A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Kinoshita
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-08-28
Filing date: 1981-08-28
Publication date: 1991-03-28
Also published as: JPS5840265A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はたとえば半導体ウエハなどのポリシ
ングを行なう両面ポリシング装置に関する。

回転駆動する上下定盤間にポリシング液を保留
し、このポリシング液中に半導体ウエハを介入し
てポリシングを行なうポリシング装置は、上下定
盤にポリシング液を冷却するための冷却水路が設
けられている。そして、この冷却水路に対する冷
却水の流入を開閉することによりポリシング液の
温度を制御しているが、設定した温度に対してオ
ーバシユートやハンチングなどが大きく、制御温
度幅を１℃以内に抑えることが難しい。ポリシン
グ温度を制御する方法として、従来から、ポリシ
ング定盤内に冷却水を流す方法がとられている。
この方法では、何らかの方法でポリシング温度を
測定し、それが設定した温度になるように冷却
水をON−OFF制御する方、また、冷却水量を
あらかじめ３段階程度に変化できるようにして、
随時水量を切りかえるやり方などがある。しかし
ながらこれらの方法ではポリシング温度を１℃以
内に制御することは難しい。その理由として、ポ
リシング温度のオーバシユート、ハンチングが生
じることがあげられる。すなわち、冷却水量は
の場合は間欠的に供給されるため、温度変化が大
きいこと、の場合はあらかじめ設定された３段
階の冷却水量が必ずしも適当でない場合が多く、
やはり、水量変化にともなう温度変化が大きくで
てきてしまうことである。この難点を解決してや
るためには、冷却水量を上記のように大きく、離
散的に変化させるのではなく温度変化に対して、
小きざみに水量を変化させるやり方が、あるいは
連続的に滑らかに変化させるやり方を工夫する必
要がある。一方、シリコンウエハのような半導体
材料のポリシングではメカノケミカル作用をもつ
ポリシング液を用いるためポリシング液の温度変
化は加工能力に影響し、ポリシングの安定性、ポ
リシングされたウエハの寸法形状精度に大きく影
響を与える。このため、ポリシング液の温度を常
に一定に保ち、また、何回ものポリシングでも同
じポリシング条件が再現されることが重要であ
る。

ポリシング液の温度はポリシング中におけるポ
リシング液の温度を直接測定するのが最も正確で
あり、第１図で示すように、ポリシング定盤上に
供給する時のポリシング液の温度が一定のとき、
ポリシング中におけるポリシング液の温度上昇曲
線は上に凸の曲線として単調に増加する。

一方、上下定盤に一定温度の冷却水を一定流量
で流してポリシングしたときのポリシング液の温
度上昇曲線は第２図で示すようになり、ある勾配
で温度上昇したのち一定のポリシング液温度に達
する。したがつて、ポリシング液温度をある設定
温度に制御するときは第２図の性質を利用して冷
却水の流量を滑らかに制御してやればオーバシユ
ート、ハンチングもなく、また速やかに設定温度
に達するような最適なポリシング液温度制御を行
なうことができる。

この発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、ポリシング中にお
けるポリシング液の温度を検出して冷却水の流量
を精密に制御することにより、ポリシング液の温
度を一定に保ち、常に一定条件のポリシングを行
なうことができる両面ポリシング装置を提供しよ
うとするものである。

以下、この発明を図面に示す一実施例にもとづ
いて説明する。第３図中１は上定盤、２は下定盤
であり、これらは円盤状をなしそれぞれ回転軸
３，４を介して駆動源（図示しない。）に連結さ
れ互いに逆方向に回転するようになつている。こ
の上定盤１および下定盤２の互いに対向する面に
研摩布５，５が粘着され、これら研摩布５，５間
にはポリシング液６が介在されている。上記研摩
布５，５はポリウレタン含浸ポリエステル不織布
によつて形成され、ポリシング液６はシリカゲル
微粉末を含むPH10.4のアルカリ性溶液が用いられ
ている。さらに、上記上定盤１と下定盤２との間
には太陽歯車７を中心として自転しながら公転す
る遊星歯車８…およびインタナルギヤ９からなる
歯車機構１０が設けられ、上記遊星歯車８…にそ
れぞれ被ポリシング材としての半導体ウエハａ…
が装着されている。これら半導体ウエハａ…の公
転軌跡上に対向する上記上定盤１には第４図で示
すように研摩布５を貫通する透孔１ａが穿設さ
れ、この透孔１ａには温度検出子１１がその感知
部１１ａをポリシング液６に接触するようにして
設けられている。この温度検出子１１は、後述す
る温度計２３の一部をなしている。また、下定盤
１および下定盤２には冷却水路１２ａ，１２ｂが
螺旋状に設けられ、これらの一端は上記回転軸
３，４に設けた流入口１３と流出口１４とに連通
している。そして、上定盤１の冷却水路１２ａと
下定盤２の冷却水路１２ｂとは冷却水循環器１５
によつて直列に連通されている。さらに、この冷
却水循環路１５の中途部には冷却水の温度を一定
に保つ冷却水タンク１６、ポンプ１７および冷却
水の流量制御を行なうニードル弁からなる流量制
御弁１８が設けられている。この流量制御弁１８
はカツプリング１９を介してステツプモータ２０
に連結され、このステツプモータ２０の回転をカ
ツプリング１９を介して流量制御弁１８に伝動し
てその開口度を変化するようになつている。さら
に、上記ステツプモータ２０はドライバ２１、パ
ルス発生器２２を介して温度制御手段２４に接続
されている。この温度制御手段２４は、前記温度
検出子１１にて検出したポリシング液温度をサン
プリングするとともにサンプリングされたポリシ
ング液温度に基づいてポリシング液温度のポリシ
ング時間に対する微係数を算出する温度計２３
と、この温度計２３にて算出された微係数がポリ
シング時間に対して反比例するように冷却水流量
が一定の条件下におけるポリシング時間と上記微
係数との関係を示すあらかじめ設定されたデータ
（第６図参照）に基づいて出力された制御信号に
よりパルスモータ２０にパルス信号を印加して上
記流量制御弁１８の開閉量を制御するパルス発生
器２２とからなつている。そうして、パルス発生
器２２からの出力信号はドライバ２１を介してス
テツプモータ２０に入力するようになつている。
このパルス発生器２２からのパルス信号は、温度
計２３にて算出されたポリシング液温度の微係数
がポリシング時間に対して反比例するように、第
６図に示す冷却水流量が一定の条件下におけるポ
リシング時間と上記微係数との関係を示すデータ
に基づいて、パルスモータ２０を駆動して流量制
御弁１８の開閉量を制御するものである。

つぎに、上記実施例の作用について説明する。
まず、上定盤１を45rpm、下定盤２を70rpm、太
陽歯車７を70rpmおよびインタナルギヤ９を
0rpmに設定するとともにポリシング圧力を300
ｇ／cm²、ポリシング液６の設定温度を30℃にして
ポリシングを開始し、同時にポンプ１７を作動さ
せると、冷却水は冷却水循環路１５を介して上定
盤１の冷却水路１２ａ→下定盤２の冷却水路１２
ｂの順に流れてポリシング液６を冷却する。この
とき、ポリシング中におけるポリシング液６の温
度は温度検出子１１によつて検出され、この検出
信号は温度計２３に入力されることになる。

今、第５図に示すような理想的なポリシング液
温度に制御する場合、第６図に示すポリシング液
温度微係数曲線を利用する。この第６図は第１図
および第２図のポリシング液温度上昇曲線のそれ
ぞれの微係数をグラフ化したものであり、A₁は
水冷しないときのもの、A₂〜A_Xは水冷したとき
のものでそれぞれ異なつた冷却水流量による場合
である。このグラフ上で、A₁の出発点とA₄のゼ
ロ点を点線Ｂのように結ぶ。この曲線A₄の微係
数ゼロ点はこの曲線のパラメータの冷却水流量を
流したときに到達するポリシング液温度一定値に
対応する。したがつて、冷却水の流量を点線Ｂに
沿つて変化していく、すなわち第７図の曲線に示
すようにすれば、最適なポリシング液温度に制御
することができる。

しかして、ポリシング中におけるポリシング液
６の温度を温度検出子１１によつて検出し、その
温度を温度計２３でサンプリングし、温度の微係
数を求める。そして、この微係数がポリシング時
間とともに比例して減少するように温度計２３か
らパルス発生器２２に毎秒一定パルス数発生させ
る入力を与える。したがつて、ステツプモータ２
０によつて流量制御弁１８の開口度は次第に大き
くなり、冷却水の流量は増加する。つぎに、冷却
水の流量が第６図の点線Ｂ上でB₁点を越えるよ
うになると、微係数の減少は時間に比例しなくな
る。そこで、温度計２３からは毎秒一定パルス数
を減じる信号を出すとパルス発生器２２からのパ
ルス数は毎秒一定パルス数づつ減じるので流量制
御弁１８の開口度は次第に小さくなる。そして、
サンプリングしている微係数がゼロになると、温
度計２３からはパルス増減なしの信号がパルス発
生器２２に入力し、流量制御弁１８の開口度は固
定され、一定流量の冷却水が流れる。したがつ
て、ポリシング液６の温度は一定に保たれる。

このような条件下で、50回の両面ポリシングを
行なつたときの仕上りウエハの寸法精度のバラツ
キを測定した。すなわち、ポリシング時間は45分
間で、ポリシング前のウエハの厚さは680μmであ
り、１回のポリシングでは４枚づつポリシングし
たところ、50回で合計200枚のポリシングの結果、
ウエハの厚さは626μm±3μmであり、ポリシング
除去速度は1.2±0.06μm／minという非常によい
再現性、安定性を示した。

なお、上記一実施例においては、冷却水をタン
クに貯水して一定温度に保つようにしたが、水温
が一定であれば水道と直結してもよく、水温の変
化がある場合には温度計で微係数をモニタした結
果にもとづいてパルス発生器２２にパルス数を増
減させる信号を与えればよい。

この発明は以上説明したように、ポリシング液
を冷却する冷却水の流量を流量制御弁によつて可
変するとともに、この流量制御弁をポリシング液
の温度を検出する温度検出子からの出力信号によ
つて制御し、ポリシング液温度の微係数がポリシ
ング時間とともに反比例するように冷却水の流量
を変化させるようにしたことを特徴とする。した
がつて、ポリシング液温度を一定に保つことがで
き、再現性、安定性の優れたポリシングができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はポリシング液の温度上昇
曲線を示すグラフ図、第３図はこの発明の一実施
例を示す両面ポリシング装置の断面図、第４図は
第３図部を拡大した断面図、第５図はポリシン
グ液の温度上昇曲線を示すグラフ図、第６図はポ
リシング液温度微係数曲線を示すグラフ図、第７
図は冷却水の流量変化を示すグラフ図である。１…上定盤、２…下定盤、１２ａ，１２ｂ…冷
却水路、１１…温度検出子、１８…流量制御弁、
２２…パルス発生器、２３…温度計、２４…温度
制御手段。

Claims

【特許請求の範囲】

１回転駆動される上下定盤間にポリシング液と
ともに被ポリシング材を介挿し、この被ポリシン
グ材の両面をポリシングする両面ポリシング装置
において、上記上下定盤に設けられ冷却水を循環
して上記ポリシング液を冷却する冷却水路と、こ
れら冷却水路を直列に接続する冷却水循環路と、
この冷却水循環路の途中に設けられ上記冷却水路
に供給する冷却水の流量を可変する流量制御弁
と、この流量制御弁の開閉量を調整するパルスモ
ータと、上記上定盤に温度感知部が上記ポリシン
グ液に接触するように内設され上記ポリシング液
の温度を検出する温度検出子を有しこの温度検出
子にて検出した上記ポリシング液温度をサンプリ
ングするとともにサンプリングされたポリシング
液温度に基づいて上記ポリシング液温度のポリシ
ング時間に対する微係数を算出する温度計及びこ
の温度計にて算出された微係数が上記ポリシング
時間に対して反比例するように上記冷却水流量が
一定の条件下におけるポリシング時間と上記微係
数との関係を示すあらかじめ設定されたデータに
基づいて出力された制御信号により上記パルスモ
ータにパルス信号を印加して上記流量制御弁の開
閉量を制御するパルス発生器からなる温度制御手
段とを具備することを特徴とする両面ポリシング
装置。