JP5128793B2 - 両面研磨装置および両面研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウエーハ等のワークを研磨する両面研磨装置および両面研磨方法に関する。

キャリアの透孔内に保持されたウェーハを上下定盤で挟み、上下定盤を回転させるとともに、下定盤の研磨面にスラリーを供給することによって、ワークの両面を機械的、化学的に研磨する両面研磨装置が知られている（特許文献１）。
図６は、この種の両面研磨装置であり、上面が研磨面とされた下定盤１０と、下定盤の上方に上下動自在に支持装置（シリンダ装置）１２により支持され、下面が研磨面とされた上定盤１４を具備する。上下定盤１０、１４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。

下定盤１０と上定盤１４との間に、ワークを保持する透孔を有するキャリアが配置される。キャリアは図示しないサンギアとインターナルギアとにより、自転、かつ公転するように回転駆動される。上定盤１４上には、スラリー供給源１６からスラリーが供給されるリング状の樋１８が配置されている。このリング状樋１８と上定盤とに設けられた流下孔を供給パイプ２０で連絡し、この供給パイプ２０を通じてスラリーが下定盤１０上に供給されるようになっている。
特開平１１−２６２８６２号公報

上記のようにスラリーを下定盤１０の研磨面に供給することによって、ワークは機械的、化学的に研磨される。したがって、スラリーは下定盤１０上に均一に供給されることが好ましい。従来においては、上定盤１４に形成されるスラリーの流下孔２２は、放射線上に位置するように設けられている。
内周側に設けられた流下孔２２から下定盤１０上に供給されたスラリーは、下定盤１０の回転による遠心力により、下定盤１０の外周側に移動する。流下孔２２は下定盤１０の外周側に疎となっているが、内周側からスラリーが移動するので、これによりスラリーは比較的均一に下定盤１０上に供給されることになる。

しかしながら、上記従来の両面研磨装置では、スラリーの供給量をコントロールすることまではできない。すなわち、図６のように、各供給パイプ２０はその長さにばらつきがあり、長い供給パイプ２０の場合には管路抵抗が大きく、また中途部が垂れ下がるなどすることによってスラリー溜りが生じやすく、スラリーのスムーズな供給が行えない。一方、短い供給パイプ２０の場合には、管路抵抗が小さく、またスラリー溜りも生じにくいので、スラリーは流下しやすくなる。このように、供給パイプ２０ごとに条件が異なるので、スラリーの供給量のコントロールは困難である。

なお、各供給パイプ２０に電磁弁を設けて、各供給パイプ２０ごとに供給量をコントロールするようにすることが考えられるが、制御が厄介であり、またコスト高となる課題がある。
そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、下定盤へのスラリーの供給量を簡易な機構でコントロールすることが可能な両面研磨装置および両面研磨方法を提供するにある。

本発明に係る両面研磨装置は、上面が研磨面とされた下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面が研磨面とされた上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、ワークを保持する透孔を有するキャリアと、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、前記上定盤上に配置され、前記スラリー供給源からスラリーが供給されるリング状の樋と、該リング状樋と前記上定盤とに設けられた複数の流下孔を連絡し、該流下孔を通じてスラリーを前記下定盤の研磨面上に流下させる供給パイプとを具備し、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ワークの両面を研磨する両面研磨装置において、前記リング状樋から、前記供給パイプを通じて、前記下定盤の同心状の研磨ゾーンの対応する各研磨ゾーンにスラリーを供給すべく、前記リング状樋が、前記上定盤上に同心状に複数個配置され、前記複数のリング状樋の各リング状樋に、異なるスラリー供給源からそれぞれスラリーを供給すべく、前記リング状樋と同数の複数の前記スラリー供給源が設けられ、前記リング状樋から、前記供給パイプを通じて、前記下定盤の同心状の研磨ゾーンの対応する各研磨ゾーンにスラリーを供給する際、前記複数のスラリー供給源のうちの少なくとも１つのスラリー供給源におけるスラリーの温度を調節して前記各研磨ゾーンにおけるワークの研磨速度の均一化を図る温度調節部が設けられていることを特徴とする。
また、前記スラリー供給源から、前記複数のリング状樋に供給するスラリー量を調整する流量調整弁が設けられていることを特徴とする。

また本発明に係る両面研磨方法は、上面が研磨面とされた下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面が研磨面とされた上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、ワークを保持する透孔を有するキャリアと、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、前記上定盤上に配置され、前記スラリー供給源からスラリーが供給されるリング状の樋と、該リング状樋と前記上定盤とに設けられた複数の流下孔を連絡し、該流下孔を通じてスラリーを前記下定盤の研磨面上に流下させる供給パイプとを具備し、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ワークの両面を研磨する両面研磨装置であって、前記リング状樋から、前記供給パイプを通じて、前記下定盤の同心状の研磨ゾーンの対応する各研磨ゾーンにスラリーを供給すべく、前記リング状樋が、前記上定盤上に同心状に複数個配置され、前記複数のリング状樋の各リング状樋に、異なるスラリー供給源からそれぞれスラリーを供給すべく、前記リング状樋と同数の複数の前記スラリー供給源が設けられ、前記複数のスラリー供給源のうちの少なくとも１つのスラリー供給源におけるスラリーの温度を調節する温度調節部が設けられた両面研磨装置を用い、前記温度調節部によりスラリーの温度を調節すると共に、前記リング状樋から、前記供給パイプを通じて、前記下定盤の同心状の研磨ゾーンの対応する各研磨ゾーンにスラリーを供給して、前記各研磨ゾーンにおけるワークの研磨速度の均一化を図ることを特徴とする。

本発明に係る両面研磨装置および両面研磨方法によれば、リング状樋を、上定盤上に同心状に複数個配置し、該複数の同心状のリング状樋の各リング状樋から、前記供給パイプを通じて、前記下定盤の同心状の研磨ゾーンの対応する各研磨ゾーンにスラリーを供給するようにしたから、供給パイプを短く、かつ長さのばらつきも小さなものとすることができ、管路抵抗が小さく、またスラリー溜りも生じにくいので、スラリーの供給量のコントロールを行いやすくなる。またスラリーの温度を調整することによって、各研磨ゾーンにおける研磨速度の均一化が行える。

以下本発明の好適な実施例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、ワーク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、７０内にスラリーが供給される。この受けパイプ７０、７０からは図示しない分配チューブを介して、図３に示されるように、放射状に配設された４本の支持アーム７２に設けた流下口７３、７４から、スラリーがそれぞれリング状樋５４、５６に流下される。
これらアーム６８、支持アーム７２は、図示しない支持部により基台３８に支持されている。

図４に示すように、上定盤３６には、放射状にスラリーの流下孔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。

本実施の形態は上記のように形成されている。
したがって、スラリーを供給パイプ７８を通じて下定盤３２上に供給しつつ、上下定盤３２、３６を回転させ、かつキャリア４４を回転させることにより、上下定盤３２、３６間に挟まれたワークの両面を研磨することができる。

その際、下定盤３２の内周側ゾーンには、内側のリング状樋５４から供給パイプ７８を通じてスラリーが供給され、外周側ゾーンには、外側のリング状樋５６から供給パイプ７８を通じてスラリーを供給される。これにより、従来のように、１つのリング状樋から供給パイプを通じてスラリーを供給するのに比して、供給パイプを短く、かつ長さのばらつきも小さなものとすることができ、管路抵抗が小さく、またスラリー溜りも生じにくいので、スラリーの供給量のコントロールを行いやすくなる。
すなわち、各供給パイプ７８にほぼ均一な量のスラリーを供給することができ、流量調整弁６６で流量を調整することによって、流量のコントロールがし易いくなるのである。

なお、上記実施の形態では２つのリング状樋を設けたが、３つ以上の複数のリング状樋を同心状に配設するようにしてもよい。
この場合、下定盤３２の、リング状樋と同数の複数の同心状ゾーンに、対応するリング状樋から供給パイプを通じてスラリーを供給するのである。
また、上記実施の形態では流下孔７６を内周側ゾーンに３つ、外周側ゾーンに３つそれぞれ設けたが、これに限定されないことはもちろんである。

図５は他の実施の形態を示す説明図である。
本実施の形態では、リング状樋の数と同数のスラリー供給源（図示の例では２個）６５、６７を設け、スラリー供給源６５から配管５９を通じてリング状樋５４にスラリーを供給し、スラリー供給源６７から配管６１を通じてリング状樋５６にスラリーを供給するようにしている。また、各配管５９、６１中のそれぞれ流量調整弁５５、５７を設けている。
本実施の形態によれば、各流量調整弁５５、５７によって、各リング状樋５４、５６に個別にスラリーの供給量を調整して供給できるので、下定盤３２の各ゾーンへのスラリーの供給量のコントロールをより容易に行える。

また、複数のスラリー供給源６５、６７のうちの少なくとも１つのスラリー供給源に、スラリーの温度を調節する温度調節部（図示せず）を設けるようにすると好適である。
ワークの研磨により、スラリーの温度が上昇する傾向にある。スラリーの温度が上昇すると、機械的、化学的研磨による研磨速度が上昇し、各ゾーンにおける研磨速度にばらつきが生じる可能性がある。本実施の形態では、スラリーの温度を調整することによって、各研磨ゾーンにおける研磨速度の均一化が行える。

なお、上記実施の形態では、キャリア４４は、サンギア４６、インターナルギア４８により、自転かつ公転するようにしたが、キャリアをキャリアホルダー（図示せず）に連結し、このキャリアホルダーを介してキャリアを、クランク機構等の旋回駆動装置により、自転しない旋回運動をさせるようにしてもよい。

研磨装置の説明図である。 キャリアの説明図である。 リング状樋の説明図である。 上定盤に設けた流下孔配列を示す説明図である。 他の実施の形態を示す説明図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

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
４６ サンギア
４８ インターナルギア
５２ 回転円板
５４ リング状樋
５５ 流量調整弁
５６ リング状樋
５７ 流量調整弁
５９ 配管
６０ 流下孔
６１ 配管
６２ 配管
６４ スラリー供給源
６６ 流量調整弁
７６ 流下孔
７８ 供給パイプ

Claims (4)

1. 上面が研磨面とされた下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面が研磨面とされた上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、ワークを保持する透孔を有するキャリアと、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、前記上定盤上に配置され、前記スラリー供給源からスラリーが供給されるリング状の樋と、該リング状樋と前記上定盤とに設けられた複数の流下孔を連絡し、該流下孔を通じてスラリーを前記下定盤の研磨面上に流下させる供給パイプとを具備し、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ワークの両面を研磨する両面研磨装置において、
   前記リング状樋から、前記供給パイプを通じて、前記下定盤の同心状の研磨ゾーンの対応する各研磨ゾーンにスラリーを供給すべく、前記リング状樋が、前記上定盤上に同心状に複数個配置され、
   前記複数のリング状樋の各リング状樋に、異なるスラリー供給源からそれぞれスラリーを供給すべく、前記リング状樋と同数の複数の前記スラリー供給源が設けられ、
   前記リング状樋から、前記供給パイプを通じて、前記下定盤の同心状の研磨ゾーンの対応する各研磨ゾーンにスラリーを供給する際、前記複数のスラリー供給源のうちの少なくとも１つのスラリー供給源におけるスラリーの温度を調節して前記各研磨ゾーンにおけるワークの研磨速度の均一化を図る温度調節部が設けられていることを特徴とする両面研磨装置。
2. 前記スラリー供給源から、前記複数のリング状樋に供給するスラリー量を調整する流量制御弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の両面研磨装置。
3. 上面が研磨面とされた下定盤と、該下定盤の上方に上下動自在に支持され、下面が研磨面とされた上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、ワークを保持する透孔を有するキャリアと、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、前記上定盤上に配置され、前記スラリー供給源からスラリーが供給されるリング状の樋と、該リング状樋と前記上定盤とに設けられた複数の流下孔を連絡し、該流下孔を通じてスラリーを前記下定盤の研磨面上に流下させる供給パイプとを具備し、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ワークの両面を研磨する両面研磨装置であって、前記リング状樋から、前記供給パイプを通じて、前記下定盤の同心状の研磨ゾーンの対応する各研磨ゾーンにスラリーを供給すべく、前記リング状樋が、前記上定盤上に同心状に複数個配置され、前記複数のリング状樋の各リング状樋に、異なるスラリー供給源からそれぞれスラリーを供給すべく、前記リング状樋と同数の複数の前記スラリー供給源が設けられ、前記複数のスラリー供給源のうちの少なくとも１つのスラリー供給源におけるスラリーの温度を調節する温度調節部が設けられた両面研磨装置を用い、
   前記温度調節部によりスラリーの温度を調節すると共に、前記リング状樋から、前記供給パイプを通じて、前記下定盤の同心状の研磨ゾーンの対応する各研磨ゾーンにスラリーを供給して、前記各研磨ゾーンにおけるワークの研磨速度の均一化を図ることを特徴とする両面研磨方法。
4. 前記スラリー供給源から、前記複数のリング状樋に供給するスラリー量を調整する流量制御弁が設けられた両面研磨装置を用いることを特徴とする請求項３記載の両面研磨方法。

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