JP5151800B2 - 両面研磨装置用キャリア及びこれを用いた両面研磨装置並びに両面研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、両面研磨装置において、ウェーハを研磨する際にウェーハを保持する両面研磨装置用キャリア及びその装置を用いた両面研磨方法に関する。

ウェーハの両面をポリッシング等で同時に研磨する際、両面研磨装置用キャリアによってウェーハを保持している。この両面研磨装置用キャリアは、ウェーハより薄い厚みに形成され、両面研磨装置の上定盤と下定盤の間の所定位置にウェーハを保持するための保持孔を備えている。この保持孔にウェーハが挿入されて保持され、上定盤と下定盤の対向面に設けられた研磨布等の研磨具でウェーハの上下面が挟み込まれ、研磨面に研磨剤を供給しながら研磨が行われる。

ここで、このようなウェーハの両面研磨に使用している両面研磨装置用キャリアは、金属製のものが主流である。
このため、ウェーハの周縁部を金属製の両面研磨装置用キャリアによるダメージから保護するために樹脂リングが保持孔の内周部に沿って取り付けられている。
このように、キャリアの保持孔とウェーハの間に樹脂リングを取り付けて研磨することでウェーハの周縁部が破損するのを防ぐことができる。

しかし、上述のようにして両面研磨を行う場合、ウェーハの外周部分に圧力が集中すると、研磨スラリーや研磨布の粘弾性の影響等により、ウェーハの外周部のみが過剰に研磨されて外周ダレが生じてしまうという問題があった。そして、この外周ダレがウェーハの平坦度を悪化させる１つの原因となっていた。

ところで、ウェーハの平坦度に関し、両面研磨時に両面研磨装置用キャリアの保持孔に保持されるウェーハを自転させることで、ウェーハの研磨面にテーパが発生するのを抑制し、平坦度を向上することができることが知られている。

また、前記のような外周ダレを低減する方法として、第１次両面研磨工程で生じた外周ダレを修正する第２次両面研磨工程を行う方法が開示されている（特許文献１参照）。
しかし、この方法では外周ダレを修正する第２次両面研磨工程を行うことで工程が増えるという欠点があり、より簡便に外周ダレを低減する両面研磨方法が求められていた。
また、研磨前のウェーハの外周部にサポートリングを装着することによってサポートリング付ウェーハを形成し、該サポートリング付ウェーハの状態で研磨することで外周ダレを低減するウェーハの製造方法が開示されている（特許文献２参照）。

特開２００５−１５８７９８号公報 特開２００４−２４１７２３号公報

両面研磨時に発生する外周ダレの原因の１つとして、研磨布の粘弾性特性に伴うクリープ変形による影響がある。これは、図７に示すように、研磨するウェーハＷの周縁部に面取りが施されている場合、樹脂リング１０２の内周部とウェーハの面取り部１１２との間に隙間が生じ、その隙間にクリープ変形した研磨布１０５が入り込むことによってウェーハＷの最外周にダレが生じてしまうという問題である。

このような、研磨布のクリープ変形によるダレの発生は、例えば上述したような、ウェーハの外周部にサポートリングを装着して研磨することにより防ぐことはできるものの、このような従来方法では、研磨中にウェーハが固定されてしまうので、ウェーハが自転することによるウェーハの研磨面のテーパ発生の低減効果を奏することができず、平坦度の向上効果が十分であるとは言えない。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、研磨布のクリープ変形によるウェーハの外周ダレの発生を抑制しつつ、研磨中においてウェーハを自転させることによって研磨面のテーパの発生を低減し、平坦度を向上することができる両面研磨装置用キャリア及びこれを用いた両面研磨装置並びに両面研磨方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、周縁に面取り部を有するウェーハの両面を研磨する両面研磨装置における両面研磨装置用キャリアであって、少なくとも、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれる前記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母体と、該キャリア母体の保持孔の内周に沿って配置され、前記保持されるウェーハの面取り部と接して該面取り部を保護するリング状の樹脂リングとを具備し、前記樹脂リングの内周に凹溝を有し、該凹溝に形成された上下のテーパ面と前記ウェーハの面取り部とが断面点接触で接して前記ウェーハが保持されるものであることを特徴とする両面研磨装置用キャリアを提供する（請求項１）。

このように、少なくとも、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれる前記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母体と、該キャリア母体の保持孔の内周に沿って配置され、前記保持されるウェーハの面取り部と接して該面取り部を保護するリング状の樹脂リングとを具備し、前記樹脂リングの内周に凹溝を有し、該凹溝に形成された上下のテーパ面と前記ウェーハの面取り部とが断面点接触で接して前記ウェーハが保持されるものであれば、ウェーハの面取り部と樹脂リングの内周部との隙間を小さくして外周ダレの発生を抑制しつつ、研磨中にウェーハの自転を行わせて研磨面にテーパが発生するのを抑制することができ、研磨するウェーハの平坦度を向上することができる。

このとき、前記樹脂リングの上下主面に対する前記凹溝のウェーハが接触するテーパ面の角度をβとし、前記ウェーハの面取り角をθとしたとき、θ＜β＜９０°を満たすことによって前記凹溝の上下のテーパ面と前記ウェーハの面取り部とが断面点接触で接するものであることが好ましい（請求項２）。
このように、前記樹脂リングの上下主面に対する前記凹溝のウェーハが接触するテーパ面の角度をβとし、前記ウェーハの面取り角をθとしたとき、θ＜β＜９０°を満たすことによって、前記凹溝の上下のテーパ面と前記ウェーハの面取り部とを確実に断面点接触で接するものとすることができる。

またこのとき、前記樹脂リングの上下主面に対する前記凹溝のウェーハが接触するテーパ面の角度βが、θ＜β≦θ＋７°を満たすものであることが好ましい（請求項３）。
このように、前記樹脂リングの上下主面に対する前記凹溝のウェーハが接触するテーパ面の角度βが、θ＜β≦θ＋７°を満たすものであれば、ウェーハの面取り部と樹脂リングの内周部との隙間を十分に小さくすることができ、外周ダレの発生をより効果的に抑制することができる。また、ウェーハの保持力を高めることができる。

また、本発明によれば、少なくとも、前記本発明に係る両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置を提供する（請求項４）。
このように、前記本発明に係る両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置であれば、研磨するウェーハの外周ダレ及びテーパの発生を抑制して平坦度を向上することができる。

また、本発明によれば、ウェーハを両面研磨する方法であって、研磨布が貼付された上下定盤の間に前記本発明に係る両面研磨装置用キャリアを配設し、該キャリアの保持孔の内周に配置された前記樹脂リングの凹溝の上下のテーパ面と前記ウェーハの面取り部とを断面点接触させて保持し、前記上下定盤の間に前記ウェーハを挟み込んで両面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（請求項５）。

このように、研磨布が貼付された上下定盤の間に前記本発明に係る両面研磨装置用キャリアを配設し、該キャリアの保持孔の内周に配置された前記樹脂リングの凹溝の上下のテーパ面と前記ウェーハの面取り部とを断面点接触させて保持し、前記上下定盤の間に前記ウェーハを挟み込んで両面研磨すれば、研磨するウェーハの外周ダレ及びテーパの発生を抑制して平坦度を向上することができる。

本発明では、両面研磨装置用キャリアにおいて、樹脂リングの内周に凹状の溝を有し、該凹溝に形成された上下のテーパ面とウェーハの面取り部とが断面点接触で接してウェーハが保持されるものであるので、この両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置を用いて研磨を行えば、ウェーハの面取り部と樹脂リングの内周部との隙間を小さくして外周ダレの発生を抑制しつつ、研磨中にウェーハの自転を行わせて研磨面にテーパが発生するのを抑制することができ、研磨するウェーハの平坦度を向上することができる。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来のウェーハの両面研磨において、研磨中に研磨布の粘弾性特性に伴うクリープ変形が発生し、ウェーハの周縁部に面取りが施されている場合には、樹脂リングの内周部とウェーハの面取り部との間の隙間にクリープ変形した研磨布が入り込むことによってウェーハの外周にダレが生じてしまう場合があり、ウェーハの平坦度を悪化させる原因となっていた。

従来、このような外周ダレを抑制するために、例えば、ウェーハと接する樹脂リングの内周部の形状をウェーハの面取り部の形状に合わせて形成し、接着して研磨することで、このような外周ダレを抑制することはできたが、研磨時のウェーハの自転をも阻害してしまうため、ウェーハの研磨面にテーパが発生するのを抑制する効果を奏することができず、平坦度を十分に向上させることができなかった。

そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、樹脂リングの内周部に凹状の溝を形成してウェーハの面取り部と樹脂リングの内周部との隙間を小さくしてクリープ変形した研磨布がその隙間に入り込むのを抑制しつつ、樹脂リングの凹溝に形成した上下のテーパ面とウェーハの面取り部とを断面点接触で接触させてウェーハを保持すれば、ウェーハの自転を極力阻害しないようにすることができ、外周ダレ及びテーパの発生の両方を抑制することができることに想到し、本発明を完成させた。

ここで、図１に本発明の両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置の概略断面図、図２に平面視による両面研磨装置の内部構造図を示す。

図１、図２に示すように、本発明の両面研磨装置用キャリア１を具備した両面研磨装置２０は、上下に相対向して設けられた上定盤６と下定盤７を備えており、各定盤６、７の対向面側には、それぞれ研磨布５が貼付されている。そして上定盤６と下定盤７の間の中心部にはサンギヤ１３が、周縁部にはインターナルギヤ１４が設けられている。ウェーハＷは両面研磨装置用キャリア１の保持孔４に保持され、上定盤６と下定盤７の間に挟まれている。

また、サンギヤ１３及びインターナルギヤ１４の各歯部には両面研磨装置用キャリア１の外周歯が噛合しており、上定盤６及び下定盤７が不図示の駆動源によって回転されるのに伴い、両面研磨装置用キャリア１は自転しつつサンギヤ１３の周りを公転する。このときウェーハＷは両面研磨装置用キャリア１の保持孔４で保持されており、上下の研磨布５により両面を同時に研磨される。また、研磨時には、不図示のノズルから研磨液が供給される。

また、図３に示すように、両面研磨装置用キャリア１はウェーハＷを保持するための保持孔４が形成された金属製のキャリア母体３を有している。そして、そのキャリア母体３の保持孔４の内周面に沿って樹脂リング２が配置されている。この樹脂リング２により、研磨中にウェーハＷが金属性のキャリア母体３と接触することによってウェーハＷの周縁部にダメージが発生するのを防ぐことができる。
そして、このような樹脂リング２が内周面に配置された両面研磨装置用キャリア１の保持孔４にウェーハＷが挿入されて保持されるようになっている。

ここで、図４にウェーハＷが両面研磨装置用キャリア１の保持孔４に挿入され、ウェーハＷの周縁部が樹脂リング２の内周と接触した様子を表わした概略断面図を示す。
図４に示すように、研磨するウェーハＷの周縁部には面取りが施されており、面取り部１２を有している。また、樹脂リング２の内周には凹状の溝８が形成されている。また、その凹溝８には上下にテーパ面９が形成されている。

そして、この凹溝８の上下のテーパ面９とウェーハＷの面取り部１２とが断面点接触で接するようになっており、ウェーハＷはこのような断面点接触の状態で保持されるようになっている。ここで、断面点接触とは、接触箇所を断面にして見たときに点接触している状態のことを言う。従って、本発明では、上下のテーパ面９とウェーハＷの面取り部１２とが上下２点で接触していることになる。
このように、樹脂リング２の凹溝８に形成した上下のテーパ面９とウェーハＷの面取り部１２とを断面点接触で接触させてウェーハＷを保持すれば、研磨中にウェーハＷの自転を極力阻害しないようにすることができる。

このように、樹脂リング２の内周に凹状の溝８を形成し、凹溝８の上下のテーパ面９とウェーハＷの面取り部１２とが断面点接触で接してウェーハＷが保持される両面研磨装置用キャリアであれば、この両面研磨装置用キャリアを具備した本発明に係る両面研磨装置を用いて研磨することにより、ウェーハＷの面取り部１２と樹脂リング２の内周部との隙間Ｌを小さくすることができ、クリープ変形した研磨布５がその隙間に入り込むのを抑制して外周ダレを抑制することができる。

さらに、これに加えて、凹溝８の上下のテーパ面９とウェーハＷの面取り部１２とを断面点接触で接触させて保持することで研磨中にウェーハＷの自転を行わせることができ、研磨面にテーパが発生するのを抑制することもできる。これらの結果、特に研磨工程を増やして平坦度を向上するための工程を行う必要もなく、１つの研磨工程だけで研磨するウェーハＷの平坦度を向上することができる。

このとき、樹脂リング２の上下主面１０、１１に対する凹溝８のウェーハＷが接触するテーパ面９の角度をβとし、ウェーハＷの面取り角をθとしたとき、θ＜β＜９０°を満たすことによって凹溝８の上下のテーパ面９とウェーハＷの面取り部１２とが断面点接触で接するものであることが好ましい。
このように、θ＜β＜９０°を満たすことによって、凹溝８の上下のテーパ面９とウェーハの面取り部１２とが確実に断面点接触で接するようにすることができる。

ここで、ウェーハの面取り角θは、図４、図５に示すような角度θであり、その定義はウェーハＷの面取り部１２のウェーハ表面側へ向うＲ端部の接線とウェーハ表面からの水平線との交点角である。

なお、図２、図３では各両面研磨装置用キャリア１がそれぞれ１枚のウェーハＷを保持するようになっているが、複数の保持孔を有する両面研磨装置用キャリアを用いて、各両面研磨装置用キャリア内に複数枚のウェーハＷを保持してもよい。
ここで、樹脂リング２の凹溝８の形状は、ウェーハＷの面取り部１２と断面点接触で接する上下のテーパ面９が形成されていれば良く、例えば、凹溝８の最深部の形状等は特にＶ溝に限定されない。例えば、図５に示すような台形状の凹溝８であっても良い。

このとき、樹脂リング２の上下主面１０、１１に対する凹溝８のウェーハＷが接触するテーパ面９の角度βが、θ＜β≦θ＋７°を満たすものであることが好ましい。
例えば、ウェーハＷの面取り角が１８°の場合、樹脂リング２の上下主面１０、１１に対する凹溝８のウェーハＷが接触するテーパ面９の角度βが、１８°＜β≦２５°を満たせば、ウェーハＷの面取り部１２と樹脂リング２の内周部との隙間Ｌを十分に小さくすることができ、クリープ変形した研磨布５がその隙間に入り込むのをより効果的に抑制することができる。また、ウェーハの保持力を高めることができる。

また、本発明に係るウェーハの両面研磨方法では、例えば図４、５に示すような樹脂リング２を有した図３に示すような両面研磨装置用キャリア１、及びその両面研磨装置用キャリア１を具備した図１に示すような両面研磨装置２０を用い、まず、両面研磨装置２０の研磨布５が貼付された上下定盤６、７の間に両面研磨装置用キャリア１を配設する。

次に、両面研磨装置用キャリア１の保持孔４にウェーハＷを挿入し、両面研磨装置用キャリア１の保持孔４の内周に配置された樹脂リング２の凹溝８の上下のテーパ面９とウェーハＷの面取り部１２とを断面点接触させて保持する。
そして、上下定盤６、７に貼付された研磨布５でウェーハＷの上下研磨面を挟み込み、研磨面に研磨剤を供給しながら研磨を行う。

このようにして研磨すれば、ウェーハＷの面取り部１２と樹脂リング２の内周部との隙間Ｌを小さくしてクリープ変形した研磨布５がその隙間に入り込むのを抑制して外周ダレを抑制しつつ、研磨中にウェーハＷの自転を行わせて研磨面にテーパが発生するのを抑制することができる。この結果、特に研磨工程を増やすこともなく、１つの研磨工程だけで研磨するウェーハＷの平坦度を向上することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより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。

（実施例）
図３、図４に示すような両面研磨装置用キャリア、及びその両面研磨装置用キャリアを具備した図１のような両面研磨装置を用いて、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ２５０枚を両面研磨し、研磨後のウェーハ表面の平坦度（ＳＦＱＲ（ｍａｘ））を平坦度測定器（ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ Ｍ４９モード／Ｃｅｌｌ Ｓｉｚｅ：２６×８ｍｍ／Ｏｆｆｓｅｔ：０×０ｍｍ／Ｅｄｇｅ Ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ：２ｍｍ）で測定した。

なお、ＳＦＱＲ（ｓｉｔｅ ｆｒｏｎｔ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｒａｎｇｅ）とはウェーハ裏面を平面に矯正した状態で、設定されたサイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準平面とし、各サイト毎のこの平面からの最大、最小の位置変位の差を示す。（ｍａｘ）とは、各サイト毎のその差のうち最大のものを指す。

ここで、ウェーハは研磨前に面取り加工を施し、その面取り角を１８°とした。また、樹脂リングの内径を３００．５ｍｍとし、樹脂リングの幅を１７００μｍ、βを２５°とした。樹脂リングの内径はウェーハ直径に対して差を２ｍｍ以下にしてウェーハを保持するのが好ましい。また、樹脂リングの幅は１５００〜２０００μｍの範囲にするのが強度的に好ましい。このとき、ウェーハの面取り部と樹脂リングの内周部との隙間Ｌは４２μｍであった。
その結果を図６に示す。図６に示すように、後述する比較例の結果と比べＳＦＱＲ（ｍａｘ）が改善されていることが分かる。そして、ＳＦＱＲ（ｍａｘ）の平均値は２６．６５ｎｍであり、比較例の３２．５６ｎｍと比べ改善されており、その改善比率は２２．１８％であった。

このように、本発明の両面研磨装置用キャリアを用いて両面研磨することにより、クリープ変形した研磨布がその隙間に入り込むのを抑制して外周ダレを抑制しつつ、研磨中にウェーハの自転を行わせて研磨面にテーパが発生するのを抑制することができ、研磨するウェーハの平坦度を向上することができることが確認できた。

（比較例）
図７に示すような従来の凹溝のない樹脂リングを有した両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置を用いた以外、実施例と同様な条件で２５０枚のウェーハを研磨し、実施例と同様な方法で平坦度を測定した。
その結果を図６に示す。また、ＳＦＱＲ（ｍａｘ）の平均値は３２．５６ｎｍであった。このように、実施例の結果と比べると平坦度が悪化していることが分かった。

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。

本発明に係る両面研磨装置の一例を示した概略断面図である。 平面視による本発明の両面研磨装置の内部構造図である。 本発明に係る両面研磨装置用キャリアの一例を示した概略図である。 ウェーハの周縁部（面取り部）が本発明の両面研磨装置用キャリアの樹脂リングの内周（凹溝の上下テーパ面）と断面点接触した様子と樹脂リングの凹溝の形状を表わした概略断面図である。 本発明に係る両面研磨装置用キャリアの樹脂リングの凹溝の別の形状を表わした概略断面図である。 実施例と比較例の結果を示す図である。 従来の両面研磨装置用キャリアにおける樹脂リングを用いて研磨したときの、クリープ変形した研磨布が樹脂リングの内周部とウェーハの面取り部との間の隙間に入り込んだ様子を示した説明図である。

符号の説明

１…両面研磨装置用キャリア、２…樹脂リング、３…キャリア母体、
４…保持孔、５…研磨布、６…上定盤、７…下定盤、
８…凹溝、９…テーパ面、１０…上主面、１１…下主面、
１２…面取り部、１３…サンギア、１４…インターナルギア、
２０…両面研磨装置、Ｗ…ウェーハ。

Claims (5)

1. 周縁に面取り部を有するウェーハの両面を研磨する両面研磨装置における両面研磨装置用キャリアであって、少なくとも、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれる前記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母体と、該キャリア母体の保持孔の内周に沿って配置され、前記保持されるウェーハの面取り部と接して該面取り部を保護するリング状の樹脂リングとを具備し、前記樹脂リングの内周に凹溝を有し、該凹溝に形成された上下のテーパ面と前記ウェーハの面取り部とが断面点接触で接して前記ウェーハが保持されるものであることを特徴とする両面研磨装置用キャリア。
2. 前記樹脂リングの上下主面に対する前記凹溝のウェーハが接触するテーパ面の角度をβとし、前記ウェーハの面取り角をθとしたとき、θ＜β＜９０°を満たすことによって前記凹溝の上下のテーパ面と前記ウェーハの面取り部とが断面点接触で接するものであ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。
3. 前記樹脂リングの上下主面に対する前記凹溝のウェーハが接触するテーパ面の角度βが、θ＜β≦θ＋７°を満たすものであることを特徴とする請求項２に記載の両面研磨装置用キャリア。
4. 少なくとも、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の両面研磨装置用キャリアを具備したものであることを特徴とする両面研磨装置。
5. ウェーハを両面研磨する方法であって、研磨布が貼付された上下定盤の間に請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の両面研磨装置用キャリアを配設し、該キャリアの保持孔の内周に配置された前記樹脂リングの凹溝の上下のテーパ面と前記ウェーハの面取り部とを断面点接触させて保持し、前記上下定盤の間に前記ウェーハを挟み込んで両面研磨することを特徴とするウェーハの両面研磨方法。

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