JP2019195866A

JP2019195866A - 両面研磨装置用キャリアの保管方法及びウェーハの両面研磨方法

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Publication number: JP2019195866A
Application number: JP2018090117A
Authority: JP
Inventors: 大地北爪; Daichi Kitatsume
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2038-05-08
Also published as: JP6977657B2

Abstract

【課題】キャリアの保管時とウェーハの両面研磨加工時との間における、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化を抑制し、これを用いてウェーハを研磨した場合の研磨後のウェーハの平坦度を向上させる両面研磨装置用キャリアの保管方法を提供する。【解決手段】研磨布が貼付された上下定盤を有する両面研磨装置で用いられ、ウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア本体と、前記保持孔の内周に沿って配置され、前記ウェーハの周縁部と接する内周面を有するリング状のインサート材とを有するキャリアの保管方法であって、前記キャリアを、前記ウェーハの両面研磨に用いられる研磨剤又はアルカリ溶液中に保管することを特徴とする両面研磨装置用キャリアの保管方法。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハの両面を同時に研磨する際に用いる両面研磨装置用のキャリアの保管方法に関し、該キャリアを用いてウェーハの両面を研磨する方法に関する。

両面研磨装置は、１バッチ当り例えば５枚程のウェーハの両面を同時に研磨するため、ウェーハ枚数と同数の保持孔を有する両面研磨機用キャリアを定盤上に設置する。さらに、キャリアの保持孔によりウェーハが保持され、上下定盤に設けられた研磨布により両面からウェーハが挟み込まれ、研磨面に研磨剤を供給しながら研磨が行われる。

両面研磨用のキャリアは、ウェーハよりも薄い厚みに形成され、例えばステンレス鋼やチタン等の金属、またはガラスエポキシ等の硬質樹脂で構成されている。ここで、金属製のキャリアは、ウェーハ保持孔の内周部がウェーハの外周部と接して破損させることを防ぐために、ウェーハ保持孔の内側に樹脂製のインサート材を有している。このインサート材は嵌め込みか射出成型により形成される。ここで、インサート材の内周部はウェーハの外周部と接するため、ウェーハのエッジ形状を作り込む上で重要となる。このインサート材はキャリア本体の高さと同等であることが望まれ、このインサート材の厚みは一定であることが好ましい。インサート材が金属部分よりも飛び出している場合は突出部分をキャリア立上研磨によって加工する必要がある（特許文献１参照）。これにより初期のインサート材の厚みが定まる。

特開２０１６−１９８８６４号公報

従来、ウェーハ加工間に定期的に行う研磨布のコンディショニングや研磨布の交換等のためにキャリアを研磨装置内から取り出した際には、水中又は乾燥状態で一時的に保管して、キャリアを管理していた（図９参照）。

しかし、水中又は乾燥状態でインサート材を保管した場合、膨潤・収縮が起こることがある。膨潤や収縮が起こるとインサート材の厚みが変化して、ウェーハの平坦度にも影響を与えてしまうという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、キャリアの保管時とウェーハの両面研磨加工時との間における、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化を抑制し、保管後のキャリアを用いてウェーハを研磨した場合の研磨後のウェーハの平坦度を向上させる両面研磨装置用キャリアの保管方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明では、研磨布が貼付された上下定盤を有する両面研磨装置で用いられ、ウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア本体と、前記保持孔の内周に沿って配置され、前記ウェーハの周縁部と接する内周面を有するリング状のインサート材とを有するキャリアの保管方法であって、前記キャリアを、前記ウェーハの両面研磨に用いられる研磨剤又はアルカリ溶液中に保管することを特徴とする両面研磨装置用キャリアの保管方法を提供する。

このような本発明の両面研磨装置用キャリアの保管方法であれば、キャリアの保管時とウェーハの両面研磨加工時との間における、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化を抑制し、保管後のキャリアを用いてウェーハを研磨した場合の研磨後のウェーハの平坦度を向上させることができる。

またこのとき、前記研磨剤及び前記アルカリ溶液として、ｐＨが１０以上１２以下であるものを用いることができる。

本発明においては、キャリアの保管にこのようなｐＨの範囲の研磨剤やアルカリ溶液を好適に用いることができる。

また、前記インサート材の材質として、吸水率が０．１％以上である樹脂を用いることができる。

吸水率が０．１％以上である樹脂をインサート材の材質として用いる場合、従来法では、保管時及びウェーハの両面研磨加工時の間における、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化がより顕著となってしまう。そのため、キャリアの保管時とウェーハの両面研磨加工時との間における、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化を抑制できる、という本発明の利点をより享受することができる。

また、前記インサート材の材質として、ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、及びフッ素系樹脂のいずれかからなる樹脂を使用することができる。

本発明では、インサート材の材質としてこれらの樹脂を好適に用いることができる。

また、本発明は、上記のいずれかの方法により前記キャリアを保管し、該保管したキャリアを用いて、前記ウェーハを研磨することを特徴とするウェーハの両面研磨方法を提供する。

本発明のキャリアの保管方法により保管したキャリアは、上記のように、キャリアの保管時とウェーハの両面研磨加工時との間における、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化を抑制できる。したがって、この保管したキャリアを用いてウェーハの研磨加工を行うことにより、インサート材の厚みの変化の影響が最も出るウェーハのエッジ部分の初期フラットネスを向上させることができる。

本発明のキャリアの保管方法では、キャリアをウェーハの両面研磨に用いられる研磨剤又はアルカリ溶液中に保管するため、保管中と実際の両面研磨加工時とでキャリアのインサート材を同様の状態とすることができる。これにより、保管中のインサート材の膨潤・収縮を抑制することができる。また、本発明のウェーハの両面研磨方法ではこの保管したキャリアを用いるため、ウェーハの再加工開始時のエッジ部分の初期フラットネスを向上させることができる。

本発明のキャリアの保管方法及びウェーハの両面研磨方法の流れを示すフロー図である。インサート材の膨潤率を示すグラフである。実施例及び比較例における、保管後のキャリアを用いてウェーハを両面研磨した際のバッチごとのフラットネスの推移を示すグラフである。実施例及び比較例における、保管後のキャリアを用いてウェーハを両面研磨した際の初期フラットネスを示すグラフである。本発明で用いることができる両面研磨装置用のキャリアの一例を示した概略図である。本発明における両面研磨装置用のキャリアを用いることができる両面研磨装置の一例を示した概略図である。ウェーハにおけるＥＳＦＱＲを説明するための概略図である。図７に示した矩形領域の一個を拡大した概略図である。従来のキャリアの保管方法及びウェーハの両面研磨方法の流れを示すフロー図である。

上述のように、キャリアの保管時とウェーハの両面研磨加工時との間における、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化を抑制し、保管後のキャリアを用いてウェーハを研磨した場合の研磨後のウェーハの平坦度を向上させることができる両面研磨装置用キャリアの保管方法の開発が求められていた。

本発明者らは、研磨剤（アルカリ水溶液）と水とで浸透圧が異なることに着目し、キャリアを保管する際に、ウェーハの両面研磨に用いられる研磨剤又はアルカリ溶液を用いれば、保管中と実際の両面研磨加工時とでキャリアのインサート材を同様の状態とすることができ、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、研磨布が貼付された上下定盤を有する両面研磨装置で用いられ、ウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア本体と、前記保持孔の内周に沿って配置され、前記ウェーハの周縁部と接する内周面を有するリング状のインサート材とを有するキャリアの保管方法であって、前記キャリアを、前記ウェーハの両面研磨に用いられる研磨剤又はアルカリ溶液中に保管することを特徴とする両面研磨装置用キャリアの保管方法である。

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図５に、本発明で用いることができる両面研磨装置用のキャリアの一例を示す。本発明で保管するキャリア１は、図５に示したように、ウェーハを保持するための保持孔２が形成されたキャリア本体３と、保持孔２の内周に沿って配置され、ウェーハの周縁部と接する内周面を有するリング状のインサート材４を有する。インサート材４によりウェーハの面取り部を保護することができる。

キャリア本体３は、ステンレス鋼やチタンなどの金属製を好適に用いることができる。また、キャリア本体３は表面硬化処理を施したものであってもよい。例えば、キャリア本体３は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）により表面硬化処理が施されたものでもよい。

インサート材４の材質として、吸水率が０．１％以上である樹脂を用いることができる。吸水率が０．１％以上である樹脂をインサート材の材質として用いる場合、従来法では、保管時及びウェーハの両面研磨加工時の間における、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化がより顕著となってしまう。そのため、このようなインサート材を用いる場合に、ウェーハの両面研磨加工時とキャリアの保管時の間における、膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化を抑制でき、本発明が有効である。具体的には、インサート材４の材質として、ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、及びフッ素系樹脂のいずれかからなる樹脂を使用することができる。インサート材の材質としてはこれらの樹脂を好適に用いることができるが、これらに限定されるものではない。インサート材の材質である樹脂には、必要に応じてフィラーを混合したものを用いることもできる。

このようなキャリア１は、例えば、図６に示すような４ｗａｙ式の両面研磨装置１０においてウェーハＷを両面研磨する際に用いられる。両面研磨装置１０は、上下に相対向して設けられた上定盤１１と下定盤１２を備えている。上下定盤１１、１２には、それぞれ研磨布１３が貼付されている。上定盤１１と下定盤１２の間の中心部にはサンギア１４が、周縁部にはインターナルギア１５が設けられている。

サンギア１４及びインターナルギア１５の各歯部にはキャリア１の外周歯が噛合しており、上定盤１１及び下定盤１２が不図示の駆動源によって回転されるのに伴い、キャリア１は自転しつつサンギア１４の周りを公転する。このとき、キャリア１の保持孔２で保持されたウェーハＷの両面は、上下の研磨布１３により同時に研磨される。ウェーハＷの研磨時には、研磨剤供給装置１６から研磨剤１７がウェーハＷの研磨面に供給される。

本発明は、上述したような両面研磨装置１０に用いられるキャリア１を保管する方法である。

図１のフロー図に従って、本発明の両面研磨装置用キャリアの保管方法及びウェーハの両面研磨方法について説明する。

図１に示したように、本発明のキャリアの保管方法は、例えば、ウェーハを両面研磨するために初めて両面研磨機に設置する場合に適用することができる。キャリア交換で、メーカーから納品された新品のキャリアを使用前に保管する場合が考えられる。
また、既にウェーハの両面研磨に用いたキャリアを両面研磨機から取り外して、次のウェーハを両面研磨するために両面研磨機に再度設置する間の一時保管に適用することもできる。研磨布のコンディショニング時や、研磨布のライフエンドによる交換作業と立上作業時に、両面研磨機から一旦取り外したキャリアの保管にも適用できる。

本発明の保管方法では、キャリアはウェーハの両面研磨に用いられる研磨剤又はアルカリ溶液中に保管する。上記研磨剤及びアルカリ溶液は、ウェーハの両面研磨に用いられるものであれば特に限定されないが、ｐＨ９−１４、好ましくは１０−１２の研磨剤やＫＯＨ又はアンモニアベースのアルカリ水溶液とすることが好ましい。また、保管後にウェーハの両面研磨に実際に用いるものと同一の研磨剤又はアルカリ溶液中に保管すれば、研磨加工中と同条件で保管ができるためより好ましい。

例えば、研磨剤としては、シリカ系砥粒であるフジミインコーポレーテッド製のＲＤＳ−Ｈ１１２０１とＲＤＳ−Ｈ１１２０２（平均粒径７５ｎｍおよび９０ｎｍ）を混合比１：１で砥粒濃度２．４質量％とし、ｐＨ１０．５のＫＯＨベースのアルカリ性水溶液を例示することができる。

このようにして保管したキャリアを、図６に示したような研磨装置１０内へ設置し、ウェーハを両面研磨することができる。

このように、研磨加工中やそうでない時も常にキャリアを同様の状態下に置くことで、材料そのものの物性変化による影響をなくすことができる。

上述のように本発明においては、従来のように水中や乾燥状態でキャリアを保管していないため、保管時及び研磨加工時での膨潤・収縮によるインサート材の厚みの変化を抑制することができる。従って、本発明の保管方法で保管したキャリアを用いてウェーハの研磨加工を行うことにより、インサート材の厚みの変化が最も大きく出るウェーハのエッジ部分の初期フラットネスを向上させることができる。

なお、ウェーハの外周部の平坦度の指標として、具体的には、ＥＳＦＱＲ_ｍａｘを用いることができる。ＥＳＦＱＲ（ＥｄｇｅＳｉｔｅＦｒｏｎｔｌｅａｓｔｓＱｕａｒｅｓＲａｎｇｅ）とは、外周部の平坦度を示すフラットネス指標であり、エッジ（外周部）でのＳＦＱＲ（ＳｉｔｅＦｒｏｎｔｌｅａｓｔｓＱｕａｒｅｓＲａｎｇｅ）に相当するものである。ＳＦＱＲとは、ウェーハ表面上に任意の寸法のセルを決め、このセル表面について最小２乗法にて算出した面を基準面としたときの、この基準面からの正および負の偏差の範囲と定義される。

ここで、ＥＳＦＱＲのセルの取り方の一例を図７、図８を参照して説明する。図７はウェーハの上面図を示し、その外周部が矩形領域２０（セル）で分割されているところが示されている。例えば、ウェーハＷの円周方向で７２個に分割することができる。図８は、図７における矩形領域２０の一個を拡大した図であり、図８中に示されるように、矩形領域２０は外周端から直径方向に伸びる直線Ｌ_２（例えば、３５ｍｍ）と、ウェーハ外周部の周方向（例えば、５°）に相当する弧Ｌ_１により囲まれており、外周端から直径方向にＬ_３（例えば、２ｍｍ）の外周除外領域（ＥｄｇｅＥｘｃｌｕｓｉｏｎ：Ｅ．Ｅ．）は含まれない。すなわち、ＥＳＦＱＲとは、この矩形領域２０（セル）のＳＦＱＲ値（領域内最小二乗面からの正及び負の偏差の範囲）である。そして、ＥＳＦＱＲ_ｍａｘの値は所与のウェーハ上の各サイト中のＥＳＦＱＲの最大値を表す。

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例においては、実際にウェーハの研磨加工に用いる研磨剤のｐＨを１０．５と想定しているが、これに限定されるものではない。

＜保管溶液のｐＨとインサート樹脂厚みの評価＞
図５に示したようなキャリアを、純水（ｐＨ７．５）、ｐＨを変えたアルカリ水溶液、又は実際に加工研磨に用いる研磨剤のｐＨを１０．５と想定した場合と同等の研磨剤中に２４時間浸漬（保管）して膨潤率を測定して比較した。結果を図２に示した。

インサート材には、吸水率が２．０−３．０％の白崎製作所製の６６ナイロン−ガラスフィラー４３％の樹脂を用いた。キャリア本体は、純チタンを基板として、両面に約２μｍのＤＬＣコーティング処理を施したキャリアを使用した。コーティング後の厚みが約７７６μｍのキャリアを用いた。
アルカリ水溶液には、ＫＯＨベースのアルカリ水溶液を用いた。
また、キャリア保管用の研磨剤としては、シリカ系砥粒であるフジミインコーポレーテッド製のＲＤＳ−Ｈ１１２０１とＲＤＳ−Ｈ１１２０２（平均粒径７５ｎｍおよび９０ｎｍ）を混合比１：１で砥粒濃度２．４質量％とし、ｐＨ１０．５のＫＯＨベースのアルカリ性水溶液を用いた。

なお、膨潤率は、乾燥状態のインサート材の厚みとの比較で、浸漬後（保管後）に膨潤により厚みが増加した割合を示している。各キャリアのインサート材の厚みは、ミツトヨ製のマイクロメータを用いて測定した。

図２に示したように、ｐＨが高い程インサート材の厚みは薄くなっており、アルカリ水溶液のｐＨの違いから浸透圧がそれぞれ異なり樹脂の膨潤・収縮が起こることが確認された。さらに、ウェーハ研磨加工条件と同様のｐＨ１０．５の研磨剤においても水の浸透圧が異なることから樹脂の膨潤・収縮が若干起こってインサート樹脂の厚みが変化していることが確認された。ここでは、純水（ｐＨ７．５）とアルカリ水溶液のｐＨ９では膨潤率が実際の研磨剤（ｐＨ１０．５を想定）に比べて大きく、インサート材の厚みがやや厚くなってしまった。一方、ｐＨ１３．５では膨潤率が研磨剤（ｐＨ１０．５を想定）よりも小さいため、インサート樹脂厚みが薄くなってしまう。したがって、ｐＨ１０以上ｐＨ１２以下の範囲で保管するのが、インサート樹脂厚みの変化が実際の研磨剤（ｐＨ１０．５を想定）と比較して少ないためより好ましいことがわかった。

＜保管後のキャリアを用いて両面研磨加工したウェーハのフラットネス評価＞
（実施例）
本発明の保管方法によりキャリアを保管し、保管後のキャリアを図６に示したような両面研磨装置１０に設置して実際にウェーハの研磨加工を行い、エッジに関するフラットネス評価を行った。

キャリアをウェーハの研磨加工に用いるｐＨ１０．５の研磨剤に２４時間保管し、保管後のキャリアを用いて直径３００ｍｍのシリコンウェーハを２５枚両面研磨した。

キャリアの保管及びウェーハの研磨加工に用いた研磨剤としては、シリカ系砥粒であるフジミインコーポレーテッド製のＲＤＳ−Ｈ１１２０１とＲＤＳ−Ｈ１１２０２（平均粒径７５ｎｍおよび９０ｎｍ）を混合比１：１で砥粒濃度２．４質量％とし、ｐＨ１０．５のＫＯＨベースのアルカリ性水溶液を用いた。
ウェーハ研磨加工には不二越機械工業の両面研磨装置ＤＳＰ−２０Ｂを使用し、研磨布はショアＡ硬度９０の発泡ウレタンパッドであるフジボウ愛媛製のＳＦ４５００を用いた。

研磨加工後のウェーハのフラットネス測定には、ＫＬＡＴｅｎｃｏｒ社製のＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ２を用いた。フラットネス測定の結果を図３及び図４に示した。なお、ウェーハのエッジ部（外周部）の平坦度の指標はＥＳＦＱＲ_ｍａｘである。

（比較例）
キャリアをｐＨ７．５の純水中で保管したこと以外は、実施例と同様にしてキャリアを保管し、保管後のキャリアを用いてウェーハを両面研磨して、研磨後のウェーハのフラットネスを評価した。

図３に示したように、比較例であるキャリアを純水に浸漬させた状態で保管した場合と比べて、実施例では研磨加工中と同条件で保管されていたためインサート材の厚み変動がなくなり、バッチ初期のエッジフラットネスが向上していることが確認された。図４に示したようなヒストグラムからも実施例のエッジフラットネスの方が向上していることが確認された。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…キャリア、２…保持孔、３…キャリア本体、４…インサート材、
１０…両面研磨装置、１１…上定盤、１２…下定盤、１３…研磨布、
１４…サンギア、１５…インターナルギア、１６…研磨剤供給装置
１７…研磨剤、
２０…矩形領域、Ｗ…ウェーハ。

Claims

研磨布が貼付された上下定盤を有する両面研磨装置で用いられ、ウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア本体と、前記保持孔の内周に沿って配置され、前記ウェーハの周縁部と接する内周面を有するリング状のインサート材とを有するキャリアの保管方法であって、
前記キャリアを、前記ウェーハの両面研磨に用いられる研磨剤又はアルカリ溶液中に保管することを特徴とする両面研磨装置用キャリアの保管方法。
前記研磨剤及び前記アルカリ溶液として、ｐＨが１０以上１２以下であるものを用いることを特徴とする請求項１に記載の両面研磨装置用キャリアの保管方法。
前記インサート材の材質として、吸水率が０．１％以上である樹脂を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の両面研磨装置用キャリアの保管方法。
前記インサート材の材質として、ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、及びフッ素系樹脂のいずれかからなる樹脂を使用することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の両面研磨装置用キャリアの保管方法。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の保管方法により前記キャリアを保管し、
該保管したキャリアを用いて、前記ウェーハを研磨することを特徴とするウェーハの両面研磨方法。