JP2015098065A - ワークの両面研磨装置及び両面研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い研磨レートを維持しつつも、所望のワークの形状を得ることのできる、ワークの両面研磨装置及び研磨方法を提供する。【解決手段】両面研磨装置１は、上定盤２及び下定盤３を有する回転定盤４と、前記回転定盤４の中心部に設けられたサンギア５と、前記回転定盤４の外周部に設けられたインターナルギア６と、前記上定盤２と前記下定盤３との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上の保持孔を有するキャリアプレート７と、を備え、さらに研磨スラリーを自然滴下により前記上下定盤間に供給する滴下供給部８と、研磨スラリーを圧送により前記上下定盤間に供給する圧送供給部１６とを備え、前記滴下供給部８及び前記圧送供給部１６から研磨スラリーを前記上定盤２と前記下定盤３との間に同時に供給可能である。【選択図】図１

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採用されている。

この両面研磨は、一般的に、ワークを保持する孔が設けられたキャリアプレートを上下定盤の間に有する両面研磨装置を用い、このキャリアプレートの保持孔にワークを保持し、研磨スラリーを供給しながら上下定盤を回転させることにより、上下定盤に貼布した研磨パッドとワークの表裏面とを摺動させて、ワークの両面を同時に研磨するものである。

ここで、通常、研磨スラリーは、スラリー供給源から上定盤の上方に設けられたスラリーリングへと一時的に供給され、そこから自然滴下されることにより、上定盤を貫通するスラリー供給穴を通って研磨パッド上に供給される。

しかしながら、自然滴下による研磨スラリーの供給方法では、研磨スラリーの流量を調整して流量を多くしても、研磨スラリーが研磨面へと十分に流れ込むことができない場合があり、そのような場合に、研磨スラリーの供給量が不足して、研磨レートの低下やワークの凸形状化等を招くおそれがあった。このような問題は、特に４５０ｍｍ以上の大口径のワークを用いる場合等に顕著な問題となる。

これに対し、圧送ポンプを用いて、上下定盤間に研磨スラリーを直接圧送する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この手法によれば、研磨スラリーを圧送するため、研磨面における研磨スラリーの供給量を確保することができ、ワークの形状制御の精度を向上させることができる。

特許第４１６３４８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、研磨スラリーを圧送する方式では、研磨スラリーの流量が増加するほど背圧が増大し、定盤によるワークへの研磨圧力が適正でなくなり、研磨レートの低下を招くという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、その目的は、高い研磨レートを維持しつつも、所望のワークの形状を得ることのできる、ワークの両面研磨装置及び研磨方法を提供することにある。

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
本発明のワークの両面研磨装置は、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つ以上の保持孔を有するキャリアプレートと、を備え、
研磨スラリーを自然滴下により前記上下定盤間に供給する滴下供給部と、
研磨スラリーを圧送により前記上下定盤間に供給する圧送供給部と、さらに備え、
前記滴下供給部及び前記圧送供給部から研磨スラリーを前記上下定盤間に同時に供給可能であることを特徴とする。
ここで、「自然滴下」とは、定盤間へ圧送供給ではなく重力落下により供給されるスラリー滴下方式のことをいう。

また、本発明のワークの両面研磨装置にあっては、前記滴下供給部及び前記圧送供給部は、それぞれ、研磨スラリーの流量を調整する流量調整弁を有することが好ましい。

さらに、本発明のワークの両面研磨装置では、前記滴下供給部及び前記圧送供給部は、それぞれ、スラリー供給穴を有することが好ましい。

さらにまた、本発明のワークの両面研磨装置においては、前記圧送供給部は、前記サンギアの上方に設けられてなることが好ましい。

ここで、本発明のワークの研磨方法は、ワークを保持する１つ以上の保持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、
研磨スラリーを自然滴下により前記上下定盤間に供給するのと同時に、研磨スラリーを圧送により前記上下定盤間に供給することを特徴とする。

また、本発明のワークの研磨方法では、圧送による研磨スラリーの流量は、研磨スラリーの総流量の５％〜５０％であることが好ましい。
なお、「研磨スラリーの総流量」とは、自然滴下による研磨スラリーの流量と圧送による研磨スラリーの流量との和を意味する。

さらに、本発明のワークの研磨方法にあっては、前記サンギアの上方から、研磨スラリーを圧送により前記上下定盤間に供給することが好ましい。

本発明によれば、高い研磨レートを維持しつつも、所望のワークの形状を得ることのできる、ワークの両面研磨装置及び研磨方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置を示す断面図である。 圧送のみによる研磨スラリーの供給を行う場合について、研磨スラリーの流量を変化させたときの研磨レート及びＧＢＩＲの評価結果を示す図である。 自然滴下のみによる研磨スラリーの供給を行う場合について、研磨スラリーの流量を変化させたときの研磨レート及びＧＢＩＲの評価結果を示す図である。 自然滴下と圧送とを併用した方式で研磨スラリーの供給を行う場合について、研磨スラリーの流量を変化させたときの研磨レート及びＧＢＩＲの評価結果を示す図である。 研磨スラリーの総流量に対する、圧送による研磨スラリーの流量配分を変化させたときの、研磨レート及びＧＢＩＲの評価結果を示す図である。

以下、本発明の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１は、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置を示す断面図である。図１に示すように、この両面研磨装置１は、上定盤２及び下定盤３を有する回転定盤４と、回転定盤４の中心部に設けられたサンギア５と、回転定盤４の外周部に設けられたインターナルギア６と、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つ以上の保持孔（図示せず）を有するキャリアプレート７と、を備えている。なお、図示を省略しているが、上定盤２の研磨面である下面、及び、下定盤３の研磨面である上面には、それぞれ、研磨パッドが貼布されている。
ここで、図１に示すように、上定盤２の下面の中央部には、凹部が設けられており、この部分は、密閉された構造となっている。また、サンギア５と下定盤３とは、それぞれ独立に回転するが、サンギア３と下定盤３との間の隙間はシールされ、研磨スラリーが漏れない構造となっている。また、図１に示すように、サンギア５の上面は、キャリアプレート７の上面より上側に位置している。

また、図１に示すように、本実施形態の両面研磨装置１は、研磨スラリーを自然滴下により上下定盤２、３間に供給する、図示例では２つの滴下供給部８を備えている。
図示例では、この滴下供給部８は、研磨スラリーの供給源であるスラリー供給源９と、研磨スラリーの流量を調整する流量調整弁１０と、研磨スラリーが通過する二股の滴下用供給ホース１１と、滴下用供給ホース１１の先端に接続され、研磨スラリーが一時的に供給されるスラリーリング１２の上方に配置されるスラリー供給ノズル１３と、スラリーリング１２から滴下により研磨スラリーを上下定盤２、３間に供給する供給ホース１４と、上定盤２を貫通し、該供給ホース１４が接続されたスラリー供給穴１５とを有する。
なお、本実施形態では、両面研磨装置１は、滴下供給部８を２つ有しているが、滴下供給部８は１つ以上あればよく、個数は特には限定されない。
また、図示例では、１つのスラリー供給源９及び１つの流量調整弁１０から分岐して延びる二股の滴下用供給ホース１１を用いているが、各滴下供給部８がそれぞれスラリー供給源９及び流量調整弁１０を有していても良い。
さらに、図示例では、２つの滴下供給部８は、それぞれ供給ホース１４を３つ有しており、この３つそれぞれの供給ホース１４に対応する３つのスラリー供給穴１５を有しているが、本発明では、供給ホース１４やスラリー供給穴１５の個数は特に限定されない。

ここでまた、図１に示すように、本実施形態では、２つの滴下供給部８の３つのスラリー供給穴１５は、キャリアプレート７の上方に設けられている。

さらに、図１に示すように、本実施形態の両面研磨装置１は、研磨スラリーを圧送により上下定盤２、３間に供給する、図示例では１つの圧送供給部１６を備えている。
図示例では、この圧送供給部１６は、ポンプ作用により研磨スラリーを所定の圧力で圧送するスラリー供給ポンプ１７と、研磨スラリーの流量を調整する流量調整弁１８と、圧送された研磨スラリーが通過する圧送用供給ホース１９と、該圧送用供給ホース１９に接続され、上定盤２の中心部を貫通する圧送用供給ノズル２０とを有する。そして、図示例では、圧送供給部１６は、サンギア５の上方に設けられている。
なお、本実施形態では、両面研磨装置１は、圧送供給部１６を１つのみ有しているが、本発明では、両面研磨装置１は、圧送供給部１６を２つ以上有していても良い。

この両面研磨装置１を用いて、ワークを保持する１つ以上の保持孔が設けられたキャリアプレート７にワークを保持し、該ワークを上定盤２及び下定盤３からなる回転定盤４で挟み込み、研磨スラリーを上下定盤２、３に貼布された研磨パッド（図示せず）上に供給しながら、サンギア５とインターナルギア６を回転させることにより、回転定盤４とキャリアプレート７とを相対回転させてワークの両面を同時に研磨することができる。
ここで、研磨スラリーの供給は、研磨スラリーを滴下供給部８によって滴下して上下定盤２、３間に供給するのと同時に、研磨スラリーを圧送供給部１６によって圧送して上下定盤２、３間に供給することで行う。このとき、滴下による研磨スラリーの流量及び圧送による研磨スラリーの流量は、流量調整弁１０、１８の弁の開閉量により調整することができる。
以下、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、研磨スラリーを滴下供給部８によって滴下して上下定盤２、３間に供給するのと同時に、研磨スラリーを圧送供給部１６によって圧送して上下定盤２、３間に供給することができることから、自然滴下のみでは研磨スラリーが供給不足となりがちなワーク中心部に対しても、圧送方式を併用しているため研磨スラリーを十分に供給することができ、ワークの凸形状化等の形状制御の悪化を防ぐことができる。一方で、圧送方式のみだと、研磨スラリーの流量を増大させると、背圧が生じ、所望の研磨圧力がワークにかからず、研磨レートが低下するおそれがあるが、本実施形態では、自然滴下による研磨スラリーの供給を併用しているため、研磨スラリーの流量を増加させても背圧が生じずに、高研磨レートで安定的な加工が可能となる。
このように、本実施形態によれば、自然滴下による研磨スラリーの供給と、圧送による研磨スラリーの供給とを併用することにより、高い研磨レートを維持しつつも、所望のワークの形状を得ることができる。

ここで、本発明にあっては、滴下供給部８及び圧送供給部１６は、それぞれ、研磨スラリーの流量を調整する流量調整弁１０、１８を有することが好ましい。そして、圧送による研磨スラリーの流量は、研磨スラリーの総流量の５％〜５０％に調整することが好ましい。後述の実施例で説明するように、この範囲とすることにより、特に、高い研磨レートを維持しつつも、平坦度の高い研磨後のワークを得ることができるからである。

また、本発明にあっては、滴下供給部８及び圧送供給部１６は、それぞれ、スラリー供給穴１５、２０を有することが好ましい。これにより、上定盤２の上方から、このスラリー供給穴１５、２０を介して、研磨スラリーを供給することができるからである。

さらに、本発明においては、圧送供給部１６は、サンギア５の上方に設けられてなり、そこから圧送された研磨スラリーを供給することが好ましい。これにより、圧送供給部１６から圧送された研磨スラリーは、サンギア５の上面から遠心力によりワークの中心部へと流れ込み、これにより、自然滴下のみでは研磨スラリーの供給量が不足しがちな箇所へも研磨スラリーを効率良く供給することができ、より一層研磨量を確保することができるからである。

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、発明例として、図１に示す両面研磨装置を用いて両面研磨を行い、研磨レート及びＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｉｄｅａｌ Ｒａｎｇｅ）を評価する試験を行った。
また、比較例１として、圧送のみにより研磨スラリーを供給した場合、比較例２として、自然滴下のみにより研磨スラリーを供給した場合について、同様の評価を行った。

ここで、上記の試験においては、発明例、及び比較例１、２とも共通に、以下の条件とした。
研磨パッドは、ロデールニッタ社製ｓｕｂａ８００を用い、研磨スラリーは、ロデールニッタ社製ｎａｌｃｏ２３５０を用いた。上下定盤の回転数は、２０〜３０ｒｐｍとし、加工面圧は３００ｇ／ｃｍ^２とした。また、用いた上下定盤の直径は、２０００ｍｍであり、ウェーハの直径は４５０ｍｍであった。さらに、キャリアプレートの厚さは、９２０μｍであり、目標とするウェーハの厚さは、９２３μｍとした。

ここで、研磨レートは、研磨終了後のウェーハの厚さと研磨開始前のウェーハの厚さの差を研磨量（μｍ）とし、該研磨量を研磨時間（ｍｉｎ）で除することにより求めた。
ウェーハの厚さは、キーエンス社製レーザー変位計を用いて測定した。
また、ＧＢＩＲは、研磨後の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該ウェーハの裏面を基準として、該ウェーハ全体の最大変位と最小変位との差を算出することにより求めたものであり、キーエンス社製レーザー変位計を用いて測定した。

＜比較例１＞
図２は、比較例１にかかる圧送のみによる研磨スラリーの供給を行う場合について、研磨スラリーの流量を１Ｌ／ｍｉｎ毎に変化させたときの研磨レート及びＧＢＩＲの評価結果を示す図である。
図２に示すように、圧送方式のみによる研磨スラリーの供給の場合、研磨スラリー流量を増大させると、ＧＢＩＲが小さくなり、ウェーハの平坦度は向上するものの、研磨レートは漸減していくことがわかる。

＜比較例２＞
図３は、比較例２にかかる自然滴下のみによる研磨スラリーの供給を行う場合について、研磨スラリーの流量を１Ｌ／ｍｉｎ毎に変化させたときの研磨レート及びＧＢＩＲの評価結果を示す図である。
図３に示すように、自然滴下方式のみによる研磨スラリーの供給の場合、研磨スラリーの流量を増大させても、ＧＢＩＲは緩やかにしか改善されないことがわかる。一方で、研磨レートは、研磨スラリーの流量によっては、さほど変化しないことがわかる。

＜発明例＞
図４は、発明例にかかる自然滴下と圧送とを併用した方式で研磨スラリーの供給を行う場合について、研磨スラリーの流量を１Ｌ／ｍｉｎ毎に変化させたときの研磨レート及びＧＢＩＲの評価結果を示す図である。なお、図４において、圧送による研磨スラリーの流量は、研磨スラリーの総流量の２０％とした。
図４に示すように、本発明によれば、研磨レートは、研磨スラリーの流量によらずに、高いレベル（約０．５５μｍ／ｍｉｎ）で安定し、かつ、研磨スラリーの流量が変化した場合でも、良好なＧＢＩＲ（約０．２μｍ）を維持することができ、従って、研磨後のウェーハの形状の変化が小さく、同一の仕上がり形状に制御しやすいことがわかる。また、ＧＢＩＲの値も図２、図３に示す場合と比べて低く、研磨後のウェーハの平坦度が高いことがわかる。
このように、図４に示す結果から、本発明による、自然滴下方式と圧送方式との併用による相乗効果を確認することができた。

次に、図５は、発明例について、研磨スラリーの総流量に対する、圧送による研磨スラリーの流量配分を変化させたときの、研磨レート及びＧＢＩＲの評価結果を示す図である。なお、図５においては、研磨スラリーの総流量は、１３Ｌ／ｍｉｎで固定した。
図５に示すように、研磨スラリーの総流量に対する、圧送による研磨スラリーの流量配分を増大させるにつれ、ウェーハの凸形状が凹形状へと変化していくことがわかる。
特に、研磨レートは、圧送による研磨スラリーの流量が、研磨スラリーの総流量の５％〜７０％の範囲で良好であり、ＧＢＩＲは、圧送による研磨スラリーの流量が、研磨スラリーの総流量の５％〜５０％の範囲で良好である。すなわち、圧送による研磨スラリーの流量が、研磨スラリーの総流量の５％〜５０％の範囲で、高い研磨レートを維持しつつも、高い平坦度の研磨後のワークを得ることができたことがわかる。

本発明によれば、高い研磨レートを維持しつつも、所望のワークの形状を得ることのできる、ワークの両面研磨装置及び研磨方法を提供することができる。
本発明は、特に直径４５０ｍｍ以上の大口径のワークの両面研磨装置及び両面研磨方法として適している。

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 キャリアプレート
８ 滴下供給源
９ スラリー供給源
１０ 流量調整弁
１１ 滴下用供給ホース
１２ スラリーリング
１３ スラリー供給ノズル
１４ 供給ホース
１５ スラリー供給穴
１６ 圧送供給部
１７ スラリー供給ポンプ
１８ 流量調整弁
１９ 圧送用供給ホース
２０ スラリー供給穴

Claims (7)

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つ以上の保持孔を有する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、
   研磨スラリーを自然滴下により前記上下定盤間に供給する滴下供給部と、
   研磨スラリーを圧送により前記上下定盤間に供給する圧送供給部と、さらに備え、
   前記滴下供給部及び前記圧送供給部から研磨スラリーを前記上下定盤間に同時に供給可能であることを特徴とする、ワークの両面研磨装置。
2. 前記滴下供給部及び前記圧送供給部は、それぞれ、研磨スラリーの流量を調整する流量調整弁を有する、請求項１に記載のワークの両面研磨装置。
3. 前記滴下供給部及び前記圧送供給部は、それぞれ、スラリー供給穴を有する、請求項１又は２に記載のワークの両面研磨装置。
4. 前記圧送供給部は、前記サンギアの上方に設けられてなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
5. ワークを保持する１つ以上の保持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、
   研磨スラリーを自然滴下により前記上下定盤間に供給するのと同時に、研磨スラリーを圧送により前記上下定盤間に供給することを特徴とする、ワークの両面研磨方法。
6. 圧送による研磨スラリーの流量は、研磨スラリーの総流量の５％〜５０％である、請求項５に記載のワークの両面研磨方法。
7. 前記サンギアの上方から、研磨スラリーを圧送により前記上下定盤間に供給する、請求項５又は６に記載のワークの両面研磨方法。

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