JP2010280026A

JP2010280026A - 両面研磨装置および両面研磨方法

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Publication number: JP2010280026A
Application number: JP2009134449A
Authority: JP
Inventors: Masanori Furukawa; 昌徳古川
Original assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Current assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: CN101905442A; US20100311312A1; TWI500479B; KR20100130557A; JP5452984B2; TW201043394A; MY163693A; CN101905442B; US8485864B2

Abstract

【課題】ウェーハの均一研磨が可能となり、また、ウェーハの外周部の傷の発生も可及的に減少させることのできる両面研磨装置を提供する。
【課題を解決するための手段】キャリア本体４４ａの上下面であって、透孔４９の周縁部に、耐摩耗性を有する材料により、所定幅、所要厚さのコーティング層５１が形成され、かつ透孔４９の内周壁に、キャリア本体４４ａと同一厚さで所要幅を有する樹脂製の緩衝リング５３が取り付けられ、該緩衝リング５３内にウェーハ５５が保持されることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウェーハの両面研磨装置およびウェーハの両面研磨方法に関する。

半導体ウェーハを両面研磨する際、平坦性に優れかつウェーハ外周部のダレが小さい鏡面ウェーハを得るため、ウェーハの仕上がり厚さと同等厚さのキャリアを用い、研磨時の研磨布の沈み込み量を抑えるようにしている。
しかしながら、ウェーハの仕上がり寸法に近づくとキャリアが研磨布に接触し、磨耗してしまうため、キャリアの厚さが薄くなり、頻繁に新しいキャリアと交換しなければならない。当然、薄くなったキャリアは再利用ができない。また、仕上がり寸法付近ではウェーハおよびキャリアの全面と研磨布が接触するため、研磨抵抗が増大し、装置に機械的負荷がかかると共に研磨機の駆動電力が増大するという問題がある。

特許文献１のものでは、キャリアの透孔（ウェーハの保持孔）の周辺に肉厚調整部材を設けて、当該部位をキャリア本体よりも厚くすることによって、ウェーハの仕上がり厚みを調整でき、また、肉厚調整部材が磨耗した場合に肉厚調整部材を交換することによって、キャリア本体の磨耗を防止して上記問題を解決している。

特開平１１−２５４３０５

ところで、従来の上記特許文献１のものでは、キャリアの透孔の周辺に肉厚調整部材を設けているので、ウェーハの仕上がり厚さにおいて、肉厚調整部材の直近内側であるウェーハ外周部の厚さが中心部の厚さよりも厚くなる傾向にあり、平坦性に欠けるという課題がある。また、ウェーハの外周部がキャリア本体の透孔の内壁面に衝突し、当該外周部に傷が発生しやすいという課題もある。

本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、ウェーハの均一研磨が可能となり、また、ウェーハの外周部の傷の発生も可及的に減少させることのできる両面研磨装置および両面研磨方法を提供するにある。

上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る両面研磨装置は、上面に研磨布が貼付された下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に研磨布が貼付された上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、キャリア本体にウェーハを保持する透孔が形成されたキャリアと、前記上下定盤を軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、前記キャリアを回転駆動するキャリア駆動装置と、スラリー供給源とを具備し、スラリーを前記下定盤上に供給しつつ、上下定盤を回転させ、かつキャリアを回転させることにより、上下定盤間に挟まれたウェーハの両面を研磨する両面研磨装置において、前記キャリア本体の上下面であって、前記透孔の周縁部に、耐摩耗性を有する材料により、所定幅、所要厚さのコーティング層が形成され、かつ前記透孔の内周壁に、キャリア本体と同一厚さで所要幅を有する樹脂製の緩衝リングが取り付けられ、該緩衝リング内にウェーハが保持されることを特徴とする。

あるいは、前記キャリア本体の透孔が、該透孔の周縁の一部がキャリア本体の周縁部に接近するようにして周方向に同一間隔をおいて複数個設けられ、前記キャリア本体の上下面の周縁部であって、前記各透孔の周縁部の一部を含むエリアに、耐摩耗性を有する材料により、所定幅、所要厚さのコーティング層が形成され、かつ前記透孔の内周壁に、キャリア本体と同一厚さで所要幅を有する樹脂製の緩衝リングが取り付けられ、該緩衝リング内にウェーハが保持されることを特徴とする。

また本発明に係る両面研磨方法は、上記いずれかの両面研磨装置を用いてウェーハを研磨する際、ウェーハの厚みが、上下のコーティング層の上下面間の厚さよりも薄い厚さから、キャリア本体の厚みと同一の厚さの範囲にまで研磨が進んだ段階で研磨を停止することを特徴とする。

本発明によれば、エッジ部が適度に立った（ダレが生じていない）、平坦性に優れる研磨が可能となる。
また、緩衝リングが介在することによって、ウェーハのエッジ部における傷発生も可及的に減少することができた。
さらに、耐磨耗性に優れるコーティング層が存在するから、キャリアの長寿命化も図れる。

研磨装置の説明図である。キャリアの説明図である。キャリアの一実施形態を示す説明図である。仕上がり時のウェーハとキャリアの関係を示す説明図である。緩衝リングの取り付け構造を示す説明図である。キャリアの他の実施の形態を示す説明図である。従来のキャリアとウェーハの状態を示す説明図である。本実施の形態におけるキャリアとウェーハの関係を示す説明図である。キャリアのさらに他の実施の形態を示す説明図である。図９の部分拡大図である。

以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は両面研磨装置３０の一例を示す正面説明図である。両面研磨装置３０の基本的な構造は公知のものを採用しうるので、以下簡単に説明する。
両面研磨装置３０は、上面が研磨面とされた下定盤３２と、下定盤３２の上方に上下動自在に支持され、下面が研磨面とされた上定盤３６を具備する。

上下定盤３２、３６は駆動装置により軸線を中心として互いに反対方向に回転される。すなわち、上定盤３６は、基台３８に配設された駆動装置４０によって、軸線を中心に回転自在、かつ上下動自在に設けられている。駆動装置４０は、上下動機構として例えばシリンダ装置（図示せず）を有し、また回転機構としてモータ（図示せず）を有している。
４２は下定盤３２を回転駆動するモータである。

下定盤３２と上定盤３６との間に、ウェーハを保持する透孔を有するキャリア４４が配置される。キャリア４４は、下定盤３２の中心孔に配置されたサンギア（内側ピン歯車）４６とインターナルギア（外側ピン歯車）４８とにより、自転、かつ公転するように回転駆動される（図２）。サンギア４６、インターナルギア４８も公知の機構により回転される。

上定盤３６上には、複数本の支持ロッド５０を介して上定盤３６に取付けられ、上定盤３６とともに回転する回転円板５２が配設されている。
回転円板５２上には、複数（図示の場合２個）のリング状樋５４、５６が同心状に固定されている。
リング状樋５４、５６の底面には、スラリーの流下孔６０が設けられている。

リング状樋５４、５６には、配管６２を介してスラリー供給源６４からスラリーが供給される。配管６２中には流量調整弁６６が配設されている。
配管６２から、まず、アーム６８上に立設された受けパイプ７０内にスラリーが供給される。この受けパイプ７０からは図示しない分配チューブを介して、スラリーがそれぞれリング状樋５４、５６に流下される。アーム６８等は、図示しない支持部により基台３８に支持されている。

上定盤３６には、放射状に所定間隔をおいてスラリーの流下孔７６が形成され、この上定盤３６の流下孔７６と、リング状樋５４、５６に設けられた流下孔６０とが供給パイプ７８により連絡されている。この供給パイプ７８を通じて、下定盤３２の研磨面上にスラリーが供給される。

そして、同心状のリング状樋のうち、内側のリング状樋５４からは、上定盤３６に設けた流下孔７６のうち、内周側の３つの流下孔７６にスラリーを供給するようにして、下定盤３２の研磨面の内周側のゾーンにスラリーを供給するようにする。
外側のリング状樋５６からは、上定盤３６に設けた流下孔７６のうち、外周側の３つの流下孔７６にスラリーを供給するようにして、下定盤３２の研磨面の外周側のゾーンにスラリーを供給するようにする。
下定盤３２から流下したスラリーは回収樋８０、戻しパイプ８２によりスラリー供給源６４に戻され、循環して用いられる。
なお、スラリーの供給機構は上記のようなリング状樋を用いるものでなくともよい。

次に、キャリア４４の具体的な実施の形態について説明する（なお、図２は一般的なキャリアを示したにすぎない）。
図３は、キャリア４４の一実施の形態を示す平面図である。
本実施の形態におけるキャリア４４は、キャリア本体４４ａにウェーハ５５（図４）を保持する透孔４９が周方向に同一間隔をおいて３つ設けられている。なお、透孔４９の数は限定されるものではない。図６は、透孔４９を１つのみ設けたキャリア４４の例を示す。６１は、スラリーを通過させるための透孔である。
透孔４９の周縁部には、耐摩耗性を有する材料により、所定幅、所要厚さのコーティング層５１が形成されている。このコーティング層５１はキャリア本体４４ａの上下面に形成されている。

キャリア本体４４ａの材質は、ステンレススチール等の金属製のものとする。コーティング層５１の材質は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）が好適である。
ＤＬＣ膜の形成は、例えば特開２００５−２５４３５１に示されているプラズマＣＶＤ法によって行うことができる。このプラズマＣＶＤ法は公知であるので、特に説明しない。ＤＬＣ膜は、ダイヤモンド並みの高い硬度を有し、またダイヤモンドにはない優れた平滑性と低い磨耗係数を示す。したがって、キャリア本体４４ａにＤＬＣ膜を形成することによって、キャリア本体４４ａの磨耗を減じることができ、キャリア４４の寿命を延ばすことができる。
コーティング層５１は、ＤＬＣのほか、硬度の高い硬質セラミックスを用いて形成するようにしてもよい。

キャリア本体４４ａの厚みは、ウェーハ５５の仕上がり寸法とほぼ同一の厚さ、例えば、０．７ｍｍ〜０．８ｍｍとする。
コーティング層５１の厚さは、２μｍ程度が好ましい。また、コーティング層５１の幅は８ｍｍ〜１５ｍｍ程度、特には１０ｍｍ幅が好適である。
因みにウェーハ５５の大きさは、８〜１２インチのものである。

また、本実施の形態では、透孔４９の内周壁に、キャリア本体４４ａと同一厚さで、３〜６ｍｍ、好適には５ｍｍの幅を有する樹脂製の緩衝リング５３が取り付けられている。緩衝リング５３の内径は、ウェーハ５５よりも若干大きめに形成され、この緩衝リング５３内にウェーハ５５が保持される。
緩衝リング５３の材質は特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂等を用いることができる。

緩衝リング５３は、金属よりも軟質のものであるので、内部に保持されるウェーハ５５の緩衝材として作用し、ウェーハ５５の外周に傷が発生するのを防止する。
緩衝リング５３は、透孔４９の内周壁に着脱可能に、すなわち交換可能に設けると好適である。緩衝リング５３は樹脂製のものであるので、キャリア本体４４ａよりは磨耗がしやすいからである。

緩衝リング５３を着脱可能にするために、図５に示すように、透孔４９の内周壁に、平面視逆台形状（内側の方が幅広）の突起５７を多数設け、一方、緩衝リング５３側には、外周に、上記突起５７間の隙間に嵌合（係合）する逆台形状の突起５９を設けて、両者を凹凸係合させて着脱可能に設けるようにすると好適である。なお、両者の接合部間には接着剤を塗布して、両者間を接着するようにするとよい。

本実施の形態は上記のように構成されている。
上記キャリア４４内にウェーハ５５を保持し、ウェーハ５５の研磨を行う。
研磨の終点は、ウェーハ５５の仕上がり厚さが、図４に示すように、キャリア本体４４ａ（＝緩衝リング５３）の厚さｄ１と、上下のコーティング層５１の上下面間の厚さｄ２との間の厚さに至った段階とする（ｄ１とｄ２の厚さと等しい場合も含む）。

研磨の終点を上記のようにすることで、ウェーハのエッジ部にダレの生じない平坦な研磨が可能となった。
通状、ウェーハの研磨は、研磨布がウェーハの側壁部にまで進入する傾向にあることから、エッジ部がアール状になる、いわゆるダレが生じ、一方ウェーハの中心部側が端縁部側よりも薄く研磨される傾向にある。

この点、前記の特許文献１のものでは、図７に示すように、キャリア４４の透孔４９の周辺に肉厚調整部材５１を設けて、当該部位をキャリア本体４４ａよりも厚くすることによって、ウェーハ５５の仕上がり厚みを調整できるとしている。
しかし、この図７に示すものでは、ウェーハ５５が肉厚調整部材５１の直近内側に位置していることから、逆にエッジ部が中心部よりも研磨されにくくなり、いわゆるエッジ部が立ちすぎて（厚くなりすぎて）平坦性に欠けるという課題が生じるようになった。

この点、本実施の形態では、肉厚調整部材に相当するコーティング層５１とウェーハ５５のエッジ部との間に、幅３〜６ｍｍ程度の緩衝リング５３が介在することから、研磨布がウェーハ５５の側壁部に進入しようとしてダレを生じさせようとするのと、コーティング層５１が存在することによるエッジ部の立ち現象とが相殺され、エッジ部が適度に立った（ダレが生じていない）、平坦性に優れる研磨が可能となった。

しかも、研磨の終点を、ウェーハ５５の厚みが上記ｄ１とｄ２の間という、幅のある厚さの間としても、均一厚さの研磨が行えることが明らかとなっている。したがって、研磨の終点の管理が容易となる利点がある。研磨の仕上がり厚さが上記ｄ１とｄ２の間であっても平坦性が確保できるのは、コーティング層５１とウェーハ５５のエッジ部との間に、キャリア本体４４ａと同じ厚さで、コーティング層５１よりも厚さの薄い緩衝リング５３が、３〜６ｍｍ程度の幅に亙って介在しているからと考えられる。

図８は、緩衝リング５３が介在することによる、研磨布５８からウェーハ５５への押圧力の分布を示す説明図である。所要幅の緩衝リング５３が介在することによって、研磨布５８からの押圧力がウェーハ５５面でほぼ均一となることが理解される。
また、緩衝リング５３が介在することによって、ウェーハ５５のエッジ部における傷発生も可及的に減少することができた。
さらに、耐磨耗性に優れるコーティング層５１が存在するから、キャリアの長寿命化も図れる。

また、コーティング層５１は、リテーナ−となる緩衝リング５３の磨耗を低減するストッパーとしても機能する。緩衝リング５３の磨耗を低減できるので、緩衝リング５３の交換の頻度を少なくでき、コストの低減化ができる。
なお、コーティング層５１を形成する範囲をキャリア本体４４ａの部分的範囲にとどめ、緩衝リング５３やピン歯車などには形成しないので、コーティング層５１の剥がれを極力防止でき、ウェーハに傷がつくのを防止できる。

図９、図１０は他の実施の形態を示す。
本実施の形態では、キャリア本体４４ａの透孔４９が、該透孔４９の周縁の一部がキャリア本体４４ａの周縁部に接近するようにして周方向に同一間隔をおいて複数個（３個）設けられている。そして、キャリア本体４４ａの周縁部であって、各透孔４９の周縁部の一部を含むエリア（図の斜線部のエリア）に、耐摩耗性を有する材料により、所定幅、所要厚さのコーティング層５１が形成されている。コーティング層５１はキャリア本体４４ａの上下面に設けられている。

コーティング層５１は、上記と同様にＤＬＣで形成するのが好適である。
また、コーティング層５１は厚さが２μｍ程度、幅は５０ｍｍ程度が好ましい。
因みに、透孔４９は直径が約８インチのものである。
そして、前記実施の形態と同様に、透孔４９の内周壁に、キャリア本体４４ａと同一厚さで３〜６ｍｍ程度の幅を有する樹脂製の緩衝リング５３が取り付けられ、該緩衝リング５３内にウェーハ５５が保持されるようになっている。

本実施の形態では、透孔４９の全周に亙ってはコーティング層５１が形成されてはいないが、キャリア本体４４ａの外周の全集に亙って（透孔４９の周縁部の一部を含むエリア）コーティング層５１を、しかも５０ｍｍと幅広に形成している。また、透孔４９の内周壁にキャリア本体４４ａと同一厚さで、上下のコーティング層５１の上下面間の厚さよりも薄い緩衝リング５３を設けたことにより、前記の実施の形態と同一の作用効果を得ることができ、ウェーハ５５の均一研磨が可能である。
また、ウェーハ５５のエッジ部の傷発生を防止でき、キャリア４４の長寿命化も図れる。

３０両面研磨装置
３２下定盤
３６上定盤
３８基台
４０駆動装置
４２モータ
４４キャリア
４４ａキャリア本体
４６サンギア
４８インターナルギア
４９透孔
５１コーティング層
５２回転円板
５３緩衝リング
５４、５６リング状樋
６０流下孔
７６流下孔

Claims

上面に研磨布が貼付された下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に研磨布が貼付された上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、キャリア本体にウェーハを保持する透孔が形成されたキャリアと、前記上下定盤を軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、前記キャリアを回転駆動するキャリア駆動装置と、スラリー供給源とを具備し、スラリーを前記下定盤上に供給しつつ、上下定盤を回転させ、かつキャリアを回転させることにより、上下定盤間に挟まれたウェーハの両面を研磨する両面研磨装置において、
前記キャリア本体の上下面であって、前記透孔の周縁部に、耐摩耗性を有する材料により、所定幅、所要厚さのコーティング層が形成され、
かつ前記透孔の内周壁に、キャリア本体と同一厚さで所要幅を有する樹脂製の緩衝リングが取り付けられ、
該緩衝リング内にウェーハが保持されることを特徴とする両面研磨装置。
上面に研磨布が貼付された下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に研磨布が貼付された上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、キャリア本体にウェーハを保持する透孔が形成されたキャリアと、前記上下定盤を軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、前記キャリアを回転駆動するキャリア駆動装置と、スラリー供給源とを具備し、スラリーを前記下定盤上に供給しつつ、上下定盤を回転させ、かつキャリアを回転させることにより、上下定盤間に挟まれたウェーハの両面を研磨する両面研磨装置において、
前記キャリア本体の透孔が、該透孔の周縁の一部がキャリア本体の周縁部に接近するようにして周方向に同一間隔をおいて複数個設けられ、
前記キャリア本体の上下面の周縁部であって、前記各透孔の周縁部の一部を含むエリアに、耐摩耗性を有する材料により、所定幅、所要厚さのコーティング層が形成され、
かつ前記透孔の内周壁に、キャリア本体と同一厚さで所要幅を有する樹脂製の緩衝リングが取り付けられ、
該緩衝リング内にウェーハが保持されることを特徴とする両面研磨装置。
前記コーティング層がＤＬＣコーティング層であることを特徴とする請求項１または２記載の両面研磨装置。
前記コーティング層の厚さが２μｍであることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の両面研磨装置。
前記緩衝リングが前記透孔の内周壁に凹凸係合して交換可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の両面研磨装置。
前記緩衝リングの幅が３〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の両面研磨装置。
請求項１〜６いずれか１項記載の両面研磨装置を用いてウェーハを研磨する際、ウェーハの厚みが、上下のコーティング層の上下面間の厚さよりも薄い厚さから、キャリア本体の厚みと同一の厚さの範囲にまで研磨が進んだ段階で研磨を停止することを特徴とする両面研磨方法。
上面に研磨布が貼付された下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に研磨布が貼付された上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、キャリア本体にウェーハを保持する透孔が形成されたキャリアと、前記上下定盤を軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、前記キャリアを回転駆動するキャリア駆動装置と、スラリー供給源とを具備し、スラリーを前記下定盤上に供給しつつ、上下定盤を回転させ、かつキャリアを回転させることにより、上下定盤間に挟まれたウェーハの両面を研磨する両面研磨装置のキャリアにおいて、
前記キャリア本体の透孔の周縁部となる上下面に、耐摩耗性を有する材料により、所定幅、所要厚さのコーティング層が形成され、
かつ前記透孔の内周壁に、キャリア本体と同一厚さで所要幅を有する樹脂製の緩衝リングが取り付けられ、
該緩衝リング内にウェーハが保持されることを特徴とする両面研磨装置のキャリア。
上面に研磨布が貼付された下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面に研磨布が貼付された上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、キャリア本体にウェーハを保持する透孔が形成されたキャリアと、前記上下定盤を軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、前記キャリアを回転駆動するキャリア駆動装置と、スラリー供給源とを具備し、スラリーを前記下定盤上に供給しつつ、上下定盤を回転させ、かつキャリアを回転させることにより、上下定盤間に挟まれたウェーハの両面を研磨する両面研磨装置のキャリアにおいて、
前記キャリア本体の透孔が、該透孔の周縁の一部がキャリア本体の周縁部に接近するようにして周方向に同一間隔をおいて複数個設けられ、
前記キャリア本体の上下面の周縁部であって、前記各透孔の周縁部の一部を含むエリアに、耐摩耗性を有する材料により、所定幅、所要厚さのコーティング層が形成され、
かつ前記透孔の内周壁に、キャリア本体と同一厚さで所要幅を有する樹脂製の緩衝リングが取り付けられ、
該緩衝リング内にウェーハが保持されることを特徴とする両面研磨装置のキャリア。
前記コーティング層がＤＬＣコーティング層であることを特徴とする請求項８または９記載の両面研磨装置のキャリア。
前記コーティング層の厚さが２μｍであることを特徴とする請求項８〜１０いずれか１項記載の両面研磨装置のキャリア。
前記緩衝リングが前記透孔の内周壁に凹凸係合して交換可能に取り付けられていることを特徴とする請求項８〜１１いずれか１項記載の両面研磨装置のキャリア。