JP2015047656A - ワークの両面研磨装置及び両面研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの厚みを研磨を実施しながら正確に把握し、適切なタイミングで研磨を終了できる、両面研磨装置及び両面研磨方法を提供する。
【解決手段】両面研磨装置は、上面から下面まで貫通した１つ以上の穴１０を有する上定盤２又は下定盤３を有し、ワークＷの両面研磨中にワークの厚みを計測可能な、１つ以上のワーク厚み計測器１１と、サンギア５及びインターナルギア６の回転とを同期させる制御部１２とを備える。両面研磨方法は、キャリアプレート９を自転及び公転させてワークの両面を研磨する第１の研磨工程と、該第１の研磨工程中にワークの厚みを計測する工程と、所定の厚みに達した場合にキャリアプレートの公転を停止させる工程と、キャリアプレートを自転のみさせながらワークの両面を研磨する第２の研磨工程と、該第２研磨工程中にワークの所定の位置における厚みを計測する工程と、該計測の結果に基づき研磨終了時期を判定する工程とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、ワークの両面研磨装置及び両面研磨方法に関し、特に、高い平坦度が要求される半導体ウェーハなどの円形状ワークの研磨を実施しながら該ワークの厚みを正確に把握することにより、適切なタイミングで研磨を終了させることのできるワークの両面研磨装置及び両面研磨方法に関するものである。

研磨に供するワークの典型例であるシリコンウェーハなどの半導体ウェーハの製造において、より高精度なウェーハの平坦度品質や表面粗さ品質を得るために、ウェーハの表裏面を同時に研磨する両面研磨工程が一般的に採用されている。

特に近年、半導体素子の微細化と、半導体ウェーハの大口径化により、露光時における半導体ウェーハの平坦度要求が厳しくなってきているという背景から、適切なタイミングで研磨を終了させる手法が強く希求されている。

図１は、一般的な両面研磨における、研磨時間に対するウェーハの全面及び外周の形状の変化の様子を、ウェーハの厚みとキャリアプレートの厚みとの関係と共に示す図である。図１中、左図は、ウェーハ厚みの断面形状を示しており、横軸は、ウェーハ中心からの距離を、ウェーハ半径をＲとして表している。また、ウェーハの縁部（エッジ）周辺については、右図に拡大図を示している。ここで、一般に、両面研磨においては、弾性体である研磨パッドを用いてウェーハの表裏面を同時に研磨することから、図１の状態Ａ〜状態Ｅに示すようにウェーハが研磨されていく。

すなわち、図１に示すように、研磨初期（状態Ａ）では、ウェーハの全面形状は、上に凸の形状であり、ウェーハ外周でも大きなダレ形状が見られる。このとき、ウェーハの厚みはキャリアプレートの厚みより十分に厚い。次に、研磨が進むと（状態Ｂ）、ウェーハの全面形状は、平坦に近づくものの、ウェーハ外周ではダレ形状が残っている。このとき、ウェーハの厚みは、キャリアプレートの厚みより少し厚い状態である。さらに研磨が進むと（状態Ｃ）、ウェーハの全面形状は、ほぼ平坦な形状となり、ウェーハ外周のダレ量が小さくなる。このとき、ウェーハの厚みとキャリアプレートの厚みは、ほぼ等しい。その後、研磨を進めると（状態Ｄ）、ウェーハの形状が段々と中心部が凹んだ形状となり、ウェーハの外周が切上がり形状となる。状態Ｄにおいては、キャリアプレートの厚みが、ウェーハの厚みより厚い状態となる。そして、さらに研磨を進めた状態Ｅにおいては、状態Ｄよりさらに、ウェーハの形状が、中央部が凹んだ形状となり、ウェーハの外周の切上がり量がさらに大きくなる。状態Ｅにおいては、状態Ｄと比べて、キャリアプレートの厚みが、ウェーハの厚みよりさらに厚くなっている。

以上のことから、全面及び外周の平坦度の高いウェーハを得るために、ウェーハの厚みがキャリアプレートの厚みにほぼ等しくなるまでウェーハの研磨を行うのが一般的であり、作業者が研磨時間を調整することにより、それを制御していた。

ところが、作業者による研磨時間の調整では、研磨副資材の交換時期や、装置の停止のタイミングのずれなど、研磨環境による影響を大きく受けてしまい、研磨量を必ずしも正確に制御できず、結局作業者の経験に頼るところが大きかった。

これに対し、例えば、特許文献１では、上定盤の上方（又は下定盤の下方）の監視穴から研磨中のウェーハの厚みをリアルタイムで計測し、当該計測結果に基づいて研磨の終了時期を判定することのできるウェーハの両面研磨装置が提案されている。

特開２０１０−０３００１９号公報

特許文献１に記載の手法によれば、ウェーハの厚みを直接計測するため、研磨環境の変化による影響を受けずに、研磨終了時期を判定することができる。しかしながら、一般に両面研磨においては、バッチ処理を行うものであり、特許文献１による手法では、どのウェーハのどの位置の厚さを計測しているかまでは把握することが困難である。特に、図１に示したように、ウェーハの中心と外周とでは、同じ研磨時間が経過した場合でも厚さが異なるため、特許文献１の手法では、必ずしもウェーハの厚みを正確に把握できないという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、ワークの研磨を実施しながらワークの厚みを正確に把握することにより、適切なタイミングで研磨を終了させることのできる、ワークの両面研磨装置及び両面研磨方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた。
その結果、キャリアプレートを自転運動させながら、その公転運動を止めた状態でワークの厚みの計測をすることにより、研磨中のワークの所定の位置での厚みを計測することができ、これにより、所期した目的を有利に達成することができるという新規知見を得て、本発明を完成するに至った。

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
本発明の両面研磨装置は、上定盤及び下定盤を有する回転定盤と、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上の孔が設けられたキャリアプレートと、を備え、前記上定盤又は前記下定盤は、該上定盤又は該下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の穴を有し、前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの厚みを前記１つ以上の穴からリアルタイムで計測可能な、１つ以上のワーク厚み計測器と、前記サンギアの回転と前記インターナルギアの回転とを同期させる制御部と、をさらに備えたことを特徴とするものである。
この構成によれば、制御部によりサンギアの回転とインターナルギアの回転とを同期させて、キャリアプレートの公転運動を停止させることができるため、ワークの所定の位置の厚みを計測することができる。よって、ワークの両面研磨を実施しながらワークの厚みを正確に把握することができ、適切なタイミングで研磨を終了させることができる。

また、本発明のワークの両面研磨装置にあっては、前記サンギアの回転、前記インターナルギアの回転、及び前記１つ以上の穴を有する前記上定盤又は前記下定盤の回転を同期させる制御部を備えることが好ましい。
この構成によれば、キャリアプレートの自転運動と、１つ以上の穴を有する回転定盤の回転とを同期させることができるため、ワークの所定の位置の厚みを計測するスループットを向上することができる。

さらに、本発明のワークの両面研磨装置では、前記穴は、前記キャリアプレートが自転運動のみをする際に、前記ワークの中心の厚みを計測可能な位置に配置されていることが好ましい。
この構成によれば、ワークの中心及び外周のそれぞれにおける該ワークの厚みを測定することができるため、ワークの厚みのみならず、ワークの形状も考慮して、両面研磨の終了のタイミングを適切に把握することができる。
ここで、「ワークの中心」とは、平面視において、ワークの重心位置を中心に半径１０ｍｍ以内の領域をいうものとする。
また、「自転運動のみ」とは、キャリアプレートの公転運動がほぼ停止していることを意味するが、完全に停止している場合には限定されず、ウェーハの所定の位置での厚みを計測するのに影響を与えない程度の公転運動は、上記「自転運動のみ」に含めるものとする。

加えて、本発明のワークの両面研磨装置においては、前記ワーク厚み計測器を２つ以上備え、前記穴は、前記キャリアプレートが自転運動のみをする際に、前記２つ以上のワーク厚み計測器により、前記ワークの径方向の異なる２以上の位置における該ワークの厚みを同時に計測できるように２つ以上設けられていることが好ましい。
この構成によれば、ワークの径方向の異なる位置（例えば、ワークの中心と外周）での厚みを同時に計測することができる。このため、ワークの厚みのみならず、ワークの形状も高いスループットで把握することができる。

ここで、本発明のワークの両面研磨方法は、ワークを保持する１つ以上の孔が設けられたキャリアプレートにワークを保持し、該ワークを上定盤及び下定盤からなる回転定盤で挟み込み、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアの回転と、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアの回転とにより、前記キャリアプレートの自転及び公転を制御し、これにより、前記回転定盤と前記キャリアプレートとを相対回転させて前記ワークの両面を同時に研磨するワークの両面研磨方法であって、前記上定盤又は前記下定盤は、該上定盤又は該下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の穴を有し、
前記ワークの両面研磨方法は、前記ワークの厚みが所定の厚みに達するまで、前記キャリアプレートを自転及び公転させて、前記ワークの両面を研磨する第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程中に、前記ワークの厚みを前記１つ以上の穴からリアルタイムで計測する、第１の計測工程と、前記第１の計測工程において、前記ワークの厚みが前記所定の厚みに達したことが計測された場合に、前記サンギアの回転と前記インターナルギアの回転とを同期させ、前記キャリアプレートの公転運動を停止させる工程と、前記キャリアプレートを自転運動のみさせながら前記ワークの両面を研磨する第２の研磨工程と、前記第２研磨工程中に、前記１つ以上の穴から前記ワークの所定の位置における厚みを計測する、第２の計測工程と、前記第２の計測工程における、前記ワークの厚みの計測結果に基づいて、研磨を終了する時期を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
この方法によれば、第１の研磨工程では、通常の両面研磨を行うことができ、第２の研磨工程においては、ウェーハの所定の位置での厚みを高精度に把握して、研磨の終了時期を正確に判定することができる。すなわち、この方法では、サンギアの回転とインターナルギアの回転との同期により、キャリアプレートの公転運動を停止させ、ワークの所定の位置の厚みを計測することができるため、ワークの両面研磨を実施しながらワークの厚みを正確に把握することができ、適切なタイミングで研磨を終了させることができる。

本発明によれば、ワークの研磨を実施しながらワークの厚みを正確に把握することにより、適切なタイミングで研磨を終了させることのできる、ワークの両面研磨装置及び両面研磨方法を提供することができる。

研磨時間に対するウェーハの全面及び外周の形状の変化の様子を、ウェーハの厚みとキャリアプレートの厚みとの関係と共に示す図である。 本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置の上面図である。 図２における、Ａ−Ａ断面図である。 キャリアプレートに自転及び公転をさせて両面研磨する様子を示す平面図である。 キャリアプレートに自転のみをさせて両面研磨する様子を示す平面図である。 研磨時間とＰＶ値との関係を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）実施例の試験結果を示す図である。

＜ワークの両面研磨装置＞
以下、本発明のワークの両面研磨装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。図２は、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置の上面図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。図２、図３に示すように、この両面研磨装置１は、上定盤２及びそれに対向する下定盤３を有する回転定盤４と、回転定盤４の回転中心部に設けられたサンギア５と、回転定盤４の外周部に円環状に設けられたインターナルギア６とを備えている。図３に示すように、上下の回転定盤４の対向面、すなわち、上定盤２の研磨面である下面側及び下定盤３の研磨面である上面側には、それぞれ研磨パッド７が貼布されている。

また、図２、図３に示すように、この装置１は、上定盤２と下定盤３との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上（図示例では３つの）の孔８を有する、図示例で１つのキャリアプレート９を備えている。なお、図示例では、この装置１は、キャリアプレート９を１つのみ有しているが、複数のキャリアプレート９を有していても良く、また、孔８の数も１つ以上であれば良く、３つの場合に限られない。図示例では、孔８にワーク（本実施形態ではウェーハ）Ｗが保持されている。

ここで、この装置１は、サンギア５とインターナルギア６とを回転させることにより、キャリアプレート８に、公転運動及び自転運動の遊星運動をさせることができる、遊星歯車方式の両面研磨装置である。すなわち、研磨スラリーを供給しながら、キャリアプレート９を遊星運動させ、同時に上定盤２及び下定盤３をキャリアプレート９に対して相対的に回転させることにより、上下の回転定盤４に貼布した研磨パッド７とキャリアプレート９の孔８に保持したウェーハＷの両面とを摺動させてウェーハＷの両面を同時に研磨することができる。

さらに、図２、図３に示すように、本実施形態の装置１では、上定盤２は、該上定盤２の上面から研磨面である下面まで貫通した１つ以上の穴１０が設けられている。図示例では、穴１０は、上定盤２の径方向に２つ並べて配置されている。また、図示例では、２つの穴１０のうち一方は、ウェーハＷの中心の上方に位置しており、他方は、ウェーハＷの外周（ウェーハの外縁から１ｍｍ径方向内側までの領域）の上方に位置している。なお、この例では、穴１０は、上定盤２に設けているが、下定盤３に設けても良く、上定盤２及び下定盤３のいずれかに穴１０を１つ以上設ければ良い。また、図２、図３に示す例では、穴１０を２つ設けているが、上定盤２の周上（図２における一点鎖線上）に複数配置しても良い。ここで、図３に示すように、上定盤２に貼布した研磨パッド７にも穴が貫通しており、上定盤２の上面から研磨パッド７の下面まで穴１０が貫通した状態である。

また、図３に示すように、この装置１は、ウェーハＷの両面研磨中に、ウェーハＷの厚みを１つ以上の（図示例では２つの）穴１０からリアルタイムで計測可能な、１つ以上の（図示例で２つの）ワーク厚み計測器１１を、図示例で上定盤２の上方に備えている。この例では、ワーク厚み計測器１１は、波長可変型の赤外線レーザ装置である。例えば、このワーク厚み計測器１１は、ウェーハＷにレーザ光を照射する光学ユニットと、ウェーハＷから反射されたレーザ光を検出する検出ユニットと、検出したレーザ光からウェーハＷの厚みを計算する演算ユニットを備えることができる。このようなワーク厚み計測器１１によれば、ウェーハＷに入射させたレーザ光の、ウェーハＷの表側の表面で反射した反射光と、ウェーハＷの裏面で反射した反射光との光路長の差からウェーハＷの厚みを計算することができる。なお、ワーク厚み計測器１１は、ワークの厚みをリアルタイムで計測することができるものであれば良く、上記のような赤外線レーザを用いたものには特に限定されない。

そして、図３に示すように、本実施形態の両面研磨装置１は、サンギア５の回転とインターナルギア６の回転とを同期させる制御部１２を備えている。図３に示すように、この例では、制御部１２は、上下定盤２、３、サンギア５、インターナルギア６、及びワーク厚み計測器１１に接続されている。この例では、制御部１２は、サンギア５の回転とインターナルギア６の回転の他、上下の回転定盤４（２、３）の回転も高精度に管理し、同期させることができる。より具体的には、この例では、制御部１２は、サンギア５の回転、インターナルギア６の回転、上下の回転定盤４（２、３）の回転を管理・制御する管理・制御ユニットを有する。この管理・制御ユニットは、これらの回転速度を把握し、また制御することができ、さらに、上下の回転定盤４（２、３）に設けた穴１０の位置を把握することができる。また、制御部１２は、穴１０の位置が、ウェーハＷの所定の位置の上方となるタイミング（すなわち、ワーク厚み計測器１１により、穴１０からウェーハＷの所定の位置の厚みを計測可能となるタイミング）を計算する計算ユニットを有し、さらに、ワーク厚み計測器１１によるワークの厚みの計測結果から研磨の終了時期を判定するロジックを有する判定ユニットを有する。
以下、本実施形態のワークの両面研磨装置の作用効果について説明する。

本実施形態のワークの両面研磨装置１によれば、まず、通常の遊星歯車方式の両面研磨装置としての構成を備えているため、ウェーハＷが所定の厚みとなるまでは、図４に示すように、サンギア５の回転とインターナルギア６の回転とにより、キャリアプレート９を自転及び公転させて、通常のスループットの高い両面研磨を行うことができる。上記「所定の厚み」は、特には限定しないが、例えば、最終目標とするウェーハＷの厚みより０．０００１〜０．００５ｍｍ厚く設定することができる。そして、この装置は、ワーク厚み計測器１１を備えているため、両面研磨中にリアルタイムでウェーハＷの厚みを計測し、ウェーハＷが所定の厚みに達したか否かを判定することができる。

次に、ウェーハＷが所定の厚みに達すると、図５に示すように、制御部１２により、サンギア５の回転とインターナルギア６の回転とを同期させてキャリアプレート９の公転運動を停止させることができる。そして、所定の回転速度で回転する上定盤２に設けられた穴１０は、一定の周期で、ウェーハＷの所定の位置の上方に位置することとなり、その際にワーク厚み計測器１１により穴１０からウェーハＷの厚みが計測可能となる。すなわち、上記計算ユニットにより、キャリアプレート９の自転運動の周期と、上定盤２の回転の周期とから、ウェーハＷの所定の位置の上方に穴１０が位置するタイミングを計算することができる。そして、そのタイミングで、ワーク厚み計測器１１により穴１０からウェーハＷの厚みを計測することにより、ウェーハＷの所定の位置での厚みの情報を得ることができる。よって、ウェーハＷのどの位置での厚みを計測しているかを把握した上で、当該位置での厚みを両面研磨中にリアルタイムで計測することができる。

そして、ウェーハＷの厚みが最終目標となる厚みに達したことがワーク厚み計測器１１により計測されると、上記判定ユニットにより、研磨を終了すべき旨が判定され、これに従い研磨を終了することができる。本実施形態の装置によれば、このように、ウェーハＷの所定の位置のみの厚みを狙って計測することができるため、計測位置による誤差を排除することができる。従って、ウェーハＷの両面研磨中に、ウェーハＷの厚みを正確に把握することができ、よって適切なタイミングで研磨を終了させることができる。

以上のように、本実施形態のワークの両面研磨装置によれば、研磨量の正確な制御によって、研磨不足による再研磨の必要がなくなり、ウェーハ製造工程における生産性が向上する。さらに、所期した研磨量を超えないようにすることもできるため、ウェーハ不良の発生やキャリアプレートの摩耗を防止することもできる。

ここで、本発明の両面研磨装置１においては、上述した実施形態のように、サンギア５の回転、インターナルギア６の回転、及び１つ以上の穴１０を有する上定盤２又は下定盤３の回転を同期させる制御部１２を備えることが好ましい。これにより、キャリアプレート９の自転運動と、穴１０を有する上定盤２（又は下定盤３）の回転とを同期させることができるため、単位時間当たりにウェーハＷの所定の位置が上定盤２又は下定盤３に設けられた穴１０の位置と合致する頻度が最も高くなるように制御することができる。具体的には、例えば、キャリアプレート９の自転運動により、ウェーハＷの所定の位置が１周する（３６０°回転する）間に、上定盤２（又は下定盤３）の穴１０がＮ周（Ｎは自然数）するように、制御することができる。これにより、ワークＷの所定の位置の厚みを計測するスループットを向上することができる。

なお、ウェーハＷの所定の位置の厚みを計測するスループットを向上するのに、穴１０を上定盤２（又は下定盤３）の周上に（図２に示す例では、２つの一点鎖線上に）複数設けることもできる。例えば、図２に示す各一点鎖線上に等間隔に５つの穴１０を設けた場合、各一点鎖線上に１つの穴１０を設ける場合と比べて、５倍のスループットでウェーハＷの所定の位置での厚みのデータを取ることができる。これに対し、上記のように、上定盤２（又は下定盤３）を、キャリアプレート９の自転運動と同期させる場合、穴を複数設ける必要がないため、研磨の仕事量が低下しないようにしつつも、ウェーハＷの所定の位置での厚みを計測するスループットを向上することができる。

さらに、本発明においては、穴１０は、図５に示すように、キャリアプレート９が公転運動をせずに自転運動のみをする際に、ウェーハＷの中心の厚みを計測可能な位置に配置されていることが好ましい。具体的には、図２に示す例では、２つの一点鎖線のうち外周側の一点鎖線上に穴を配置することが好ましい。図５において、２つの穴のうち一方の穴１０（上定盤２の径方向外側の穴１０）は、図示の時点において、ウェーハＷの中心の上方に位置している。ここで、キャリアプレート９が自転運動をし、且つ、上定盤２（又は下定盤３）が回転をする場合、その一方の穴１０は、ウェーハＷの外周の上方も通過することとなる。そして、そのタイミングは、キャリアプレート９の自転速度や上定盤２（又は下定盤３）の回転速度から上記計算ユニットにより計算することができる。従って、穴１０をウェーハＷの中心の厚みを計測可能な位置に配置すれば、ウェーハＷの外周の厚みも計測可能となるのである。従って、ウェーハＷの中心及び外周のそれぞれにおける該ウェーハＷの厚みを測定することができるため、ウェーハの厚みのみならず、ウェーハの形状も考慮して、両面研磨の終了のタイミングをさらに適切に把握することができる。具体的には、例えば、ウェーハＷの中心の厚みとウェーハＷの外周の厚みの差を取り、その差が極小となった時点で研磨を停止させるロジックを適用することができる。また、このような配置によれば、穴１０を１つのみ設ければ良いため、穴を複数設ける場合に比して、研磨の仕事量の低下を抑制することができる。また、ワーク厚み計測器１１も１つのみ設ければ良いため、装置コストを削減することができる。

ここでまた、本発明では、ワーク厚み計測器１１を２つ以上備え、穴１０は、図５に示すように、キャリアプレート９が公転運動をせずに自転運動のみをする際に、２つ以上のワーク厚み計測器１１により、ウェーハＷの径方向の異なる２以上の位置における該ウェーハＷの厚みを同時に計測できるように２つ以上設けられていることが好ましい。ウェーハＷの径方向の異なる２以上の位置は、具体的には、図５等に示すように、例えば、ウェーハＷの中心と外周とすることができる。これにより、ウェーハＷの径方向の異なる２以上の位置（例えば、ウェーハＷの中心と外周）での厚みを同時に計測することができる。このため、ウェーハＷの厚みのみならず、ウェーハＷの形状も高いスループットで正確に把握することができ、より正確に研磨の終了時期を判定することができる。

＜ワークの両面研磨方法＞
次に、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨方法について説明する。
本実施形態の方法では、例えば、図２、図３に示した装置を用いてウェーハＷの両面研磨を行うことができる。図２、図３に示す装置構成については既に説明しているため、再度の説明を省略する。まず、本発明の方法では、ウェーハＷの厚みが所定の厚みに達するまで、キャリアプレート９を自転及び公転させて、ウェーハＷの両面の研磨を行う（第１の研磨工程）。この第１の研磨工程においては、ウェーハＷを保持する１つ以上の孔８が設けられたキャリアプレート９にウェーハＷを保持し、ウェーハＷを上定盤２及び下定盤３からなる回転定盤４で挟み込み、回転定盤４の中心部に設けられたサンギア５の回転と、回転定盤４の外周部に設けられたインターナルギア６の回転とにより、キャリアプレート９の自転及び公転を制御し、これにより、回転定盤４とキャリアプレート９とを相対回転させてウェーハＷの両面を同時に研磨する。上記「所定の厚み」は、上述したように、特には限定しないが、例えば、最終目標とするワークの厚みより０．０００１〜０．００５ ｍｍ厚く設定することができる。

この第１の研磨工程中においては、ウェーハＷの厚みを１つ以上の穴１０からリアルタイムで計測する（第１の計測工程）。なお、上述したように、ウェーハＷの厚みの計測は、例えば、波長可変型の赤外線レーザ装置であるワーク厚み計測器１１を用いて行うことができる。

そして、上記第１の計測工程において、ウェーハＷの厚みが上記の所定の厚みに達したことが計測された場合に、サンギア５の回転とインターナルギア６の回転とを同期させ、キャリアプレート９の公転運動を停止させ、自転運動のみするように制御する。上述したように、該制御は、例えば、図３に示すように、サンギア５の回転、インターナルギア６の回転、上下の回転定盤４（２、３）の回転速度を管理・制御する管理・制御ユニットを有する制御部１２により行うことができる。

次いで、キャリアプレート９を自転運動のみさせながらウェーハＷの両面の研磨を行う（第２の研磨工程）。

第２研磨工程中においては、１つ以上の穴１０からウェーハＷの上記所定の位置における厚みを計測する（第２の計測工程）。第２の研磨工程中、上下の回転定盤４（２、３）も所定の速度で回転しているため、図２、図３に示す装置を用いる例では、ウェーハＷの所定の位置の上方には、一定の周期で上定盤２に設けた穴１０が位置することになり、このとき、上定盤２の上方に配置したワーク厚み計測器１１によりウェーハＷの厚みが計測可能となる。第１の計測工程と同様に、ウェーハＷの厚みの計測は、例えば、波長可変型の赤外線レーザ装置であるワーク厚み計測器１１を用いて行うことができる。

そして、第２の計測工程における、ウェーハＷの厚みの計測結果に基づいて、研磨を終了する時期を判定することができる。すなわち、ウェーハＷの所定の位置での厚みが目標とする厚みになったことが計測された場合に、例えば研磨を終了するようにすることができる。従って、本実施形態のワークの両面研磨方法によれば、ワークの研磨を実施しながらワークの厚みを正確に把握することにより、適切なタイミングで研磨を終了させることができる。

本発明のワークの両面研磨方法においては、上述したのと同様の理由により、第１計測工程においてウェーハＷの厚みが所定の厚みに達したことが計測された時点で、サンギア５の回転、インターナルギア６の回転のみならず、１つ以上の穴１０を有する上定盤２又は下定盤３の回転も同期させることが好ましい。また、上述したのと同様の理由により、第２の計測工程中、上定盤２又は下定盤３に設けた穴１０からウェーハＷの中心の厚みを計測することが好ましい。さらに、上述したのと同様の理由により、第２の計測工程中、２つ以上のワーク厚み計測器１１により、上定盤２又は下定盤３に設けた穴１０からウェーハＷの径方向の異なる２以上の位置における該ウェーハＷの厚みを同時に計測することが好ましく、特に、ウェーハＷの中心の少なくとも１点、外周の少なくとも１点での厚みを同時に計測することが好ましい。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。

本発明の効果を確かめるため、本発明にかかる両面研磨装置及び両面研磨方法を用いて両面研磨の終点を検知した場合と、作業者による研磨時間の管理を行った場合とで、ウェーハの平坦度を比較する試験を行った。

上記試験においては、直径３００ｍｍ、結晶方位（００１）、ｐ型のシリコンウェーハを用いた。また、研磨パッドは、ｓｕｂａ８００（ロデールニッタ社製）を用い、研磨スラリーには、ｎａｌｃｏ２３５０（ロデールニッタ社製）を用いた。また、上下定盤の回転数は、２５〜３０ｒｐｍとし、加工面圧は、３００ｇ／ｃｍ^２とした。また、キャリアプレートは、７７５μｍの厚みのステンレス材のものを用い、最終目標とするウェーハの厚みは、７７７μｍとした。さらに、ワーク厚み計測器としては、ｃ１１０１１（浜松ホトニクス社製）のものを用いた。

なお、この試験には、図２、図３に示した構造を基本とした装置を用いた。ウェーハの厚みの計測に関しては、図２、３に示したように、上定盤２に２箇所の観測用の穴を設けた。

ここで、本実施例では、最初にキャリアプレートを自転及び公転させて両面研磨し、その間リアルタイムでウェーハの中心（重心位置）及び外周（最外周より約１ｍｍ径方向内側）での厚みを上記ワーク厚み計測器により計測した。そして、キャリアプレートの中心の厚みが７７６μｍとなった時点で、サンギアの回転とインターナルギアの回転とを同期させ、キャリアプレートの公転を停止させた。そして、キャリアプレートを（公転運動なしで）自転させ、その間、ウェーハの厚みを計測した。この計測は、研磨中のウェーハが上定盤の最内周にあるとき（例えば、図５に示す位置）のデータのみを抽出した。そして、図６に示すように、ウェーハの中心（重心位置）での厚みとウェーハの外周（最外周より約１ｍｍ径方向内側）での厚みの差をＰＶ（Ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ）値として算出し、ＰＶ値が極小を過ぎた時点で研磨を停止させるロジックを適用した。

上記研磨条件にて、連続５サイクルの研磨を行い１日停止後再度５サイクルの研磨を実施した。ここで、平坦度の指標としては、ウェーハの中心の厚みの他、全体形状の指標としてＧＢＩＲ（ＧｒｏｂａｌＢａｃｋｓｉｄｅ Ｉｄｅａｌ ｆｏｃａｌｐｌａｎｅ Ｒａｎｇｅ）、外周部の形状の指標としてＥＳＦＱＲ（Ｅｄｇｅ ｆｌａｔｎｅｓｓ ｍｅｔｒｉｃ， Ｓｅｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ， Ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ， Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅｓ Ｒａｎｇｅ）を用いた。ここで、ＧＢＩＲは、具体的には、ウェーハの裏面を完全に吸着したと仮定した場合におけるウェーハの裏面を基準として、ウェーハ全体の最大厚みと最小厚みとの差を算出することにより求められる。本実施例においては平坦度測定装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製：ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ）を用いて測定した。また、ＥＳＦＱＲとは、値が小さいほど平坦度が高いことを意味し、ウェーハ全周の外周領域に複数形成した扇形の領域（セクター）内のＳＦＱＲを測定したものである。本実施例では、平坦度測定装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製：ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ）を用いて測定した。なお、ＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅｓ Ｒａｎｇｅ）とは、ＳＥＭＩ規格にかかる、ウェーハの平坦度を示す指標である。このＳＦＱＲは、具体的にはウェーハから所定寸法のサンプルを複数取得し、取得した各サンプルについて最小二乗法により求められた基準面からの最大変位量を算出することにより求めるものである。

図７（ａ）〜（ｃ）は、上記試験の結果について示す図である。図７（ａ）に示すように、作業者による研磨時間の管理による手法では、目標とするウェーハの中心厚みからずれる場合があり、また、サイクル間でウェーハの中心厚みの仕上がりにばらつきが生じている。一方、本発明によれば、いずれのサイクルにおいても、ウェーハをほぼ狙い通りの中心厚みに仕上げることができており、サイクル間のばらつきも小さいことがわかる。また、図７（ｂ）に示すように、作業者による研磨時間の管理による手法では、全体的にＧＢＩＲが高めに出ており、サイクル間でのＧＢＩＲのばらつきも見られた。一方で、本発明によれば、ＧＢＩＲが各サイクルで小さく、従ってウェーハ全面の平坦度が高く、サイクル間のばらつきも小さいことがわかる。さらに、図７（ｃ）に示すように、作業者による研磨時間の管理による手法では、全体的にＥＳＦＱＲが高めに出ており、サイクル間のばらつきも見られた。一方で、本発明によれば、ＥＳＦＱＲが各サイクルで小さく、従ってウェーハ外周の平坦度が高く、サイクル間のばらつきも小さいことがわかる。以上のことから、本発明のワークの両面研磨装置及び両面研磨方法によれば、ワークの研磨を実施しながらワークの厚みを正確に把握することができ、これにより適切なタイミングで研磨を終了させることができたことがわかる。

本発明によれば、ワークの研磨を実施しながらワークの厚みを正確に把握することにより、適切なタイミングで研磨を終了させることのできる、ワークの両面研磨装置及び両面研磨方法を提供することができる。

１：両面研磨装置、２：上定盤、３：下定盤、４：回転定盤、５：サンギア、
６：インターナルギア、７：研磨パッド、８：孔、９：キャリアプレート、１０：穴、
１１：ワーク厚み計測器、１２：制御部、Ｗ：ワーク（ウェーハ）

Claims (5)

1. 上定盤及び下定盤を有する回転定盤と、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上の孔が設けられたキャリアプレートと、を備えた、ワークの両面研磨装置であって、
   前記上定盤又は前記下定盤は、該上定盤又は該下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の穴を有し、
   前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの厚みを前記１つ以上の穴からリアルタイムで計測可能な、１つ以上のワーク厚み計測器と、
   前記サンギアの回転と前記インターナルギアの回転とを同期させる制御部と、をさらに備えたことを特徴とする、ワークの両面研磨装置。
2. 前記サンギアの回転、前記インターナルギアの回転、及び前記１つ以上の穴を有する前記上定盤又は前記下定盤の回転を同期させる制御部を備えた、請求項１に記載の両面研磨装置。
3. 前記穴は、前記キャリアプレートが自転運動のみをする際に、前記ワークの中心の厚みを計測可能な位置に配置されている、請求項１又は２に記載の両面研磨装置。
4. 前記ワーク厚み計測器を２つ以上備え、
   前記穴は、前記キャリアプレートが自転運動のみをする際に、前記２つ以上のワーク厚み計測器により、前記ワークの径方向の異なる２以上の位置における該ワークの厚みを同時に計測できるように２つ以上設けられた、請求項１〜３のいずれか一項に記載の両面研磨装置。
5. ワークを保持する１つ以上の孔が設けられたキャリアプレートにワークを保持し、該ワークを上定盤及び下定盤からなる回転定盤で挟み込み、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアの回転と、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアの回転とにより、前記キャリアプレートの自転及び公転を制御し、これにより、前記回転定盤と前記キャリアプレートとを相対回転させて前記ワークの両面を同時に研磨するワークの両面研磨方法において、
   前記上定盤又は前記下定盤は、該上定盤又は該下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の穴を有し、
   前記ワークの両面研磨方法は、
   前記ワークの厚みが所定の厚みに達するまで、前記キャリアプレートを自転及び公転させて、前記ワークの両面を研磨する第１の研磨工程と、
   前記第１の研磨工程中に、前記ワークの厚みを前記１つ以上の穴からリアルタイムで計測する、第１の計測工程と、
   前記第１の計測工程において、前記ワークの厚みが前記所定の厚みに達したことが計測された場合に、前記サンギアの回転と前記インターナルギアの回転とを同期させ、前記キャリアプレートの公転運動を停止させる工程と、
   前記キャリアプレートを自転運動のみさせながら前記ワークの両面を研磨する第２の研磨工程と、
   前記第２研磨工程中に、前記１つ以上の穴から前記ワークの所定の位置における厚みを計測する、第２の計測工程と、
   前記第２の計測工程における、前記ワークの厚みの計測結果に基づいて、研磨を終了する時期を判定する工程と、を含むことを特徴とするワークの両面研磨方法。

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