JP5212041B2 - 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、ウェーハと接触するため、研磨中にウェーハ周縁部が破損することを防止するために、例えば樹脂とガラス繊維との複合基材からなる一体成形物が用いられることがある。

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、キャリア１０２の保持孔内周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、ウェーハの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、本発明は、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一体成形物であり、前記保持孔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、保持孔の内周に凹状の溝を有することにより、ウェーハ面取り部と保持孔内周部との隙間が小さくなり、クリープ変形した研磨布が隙間に入り込むのを防止できるため、研磨によるウェーハの外周ダレの発生を抑制することができる。さらに、ウェーハを凹溝のテーパ面と断面点接触で接するのみで保持するため、研磨中にウェーハが自転して研磨面にテーパが発生することも抑制できる。また、キャリアが一体成形物であるため、凹溝等も比較的容易に形成することができる上に、強度も確保される。
以上より、本発明の両面研磨装置用キャリアを用いることで、外周ダレとテーパの発生を防止しながら両面研磨を行うことができるため、効率良くウェーハの平坦度を向上させることができる。

このとき、前記キャリア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）。
このような凹溝のテーパ面の角度であれば、テーパ面とウェーハの面取り部とがより確実に断面点接触で接するようにウェーハを保持することができる。

このとき、前記キャリア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）。
このような凹溝のテーパ面の角度であれば、ウェーハの面取り部とキャリアの保持孔内周との隙間を十分に小さくすることができるため、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、研磨時のウェーハの保持力を高めることもできる。

このとき、前記凹溝の前記保持孔最内周からの深さＬが、Ｌ＜１５００μｍを満たすものであることが好ましい（請求項４）。
このような深さの凹溝であれば、凹溝の部分を十分な強度にすることができ、キャリアのライフを延ばすことができる。

このとき、前記キャリアの材質が、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂のいずれかであることが好ましい（請求項５）。
このような材質であれば、一体成形により本発明のキャリアを容易に作製することができ、研磨時にウェーハのキャリアとの接触部分が破損することも効果的に防止することができる上に、ウェーハにキズや汚染を生じさせることもない。

また、本発明は、少なくとも、本発明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を提供する（請求項６）。
このように、本発明のキャリアを具備した両面研磨装置であれば、研磨時の外周ダレと研磨面のテーパの発生を防止して平坦度高く、効率的にウェーハを両面研磨することができる。

また、本発明は、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本発明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内周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７）。
このように、本発明のキャリアを用いた両面研磨方法であれば、簡易な方法により外周ダレとテーパの発生を防止しながら両面研磨を行うことができるため、効率良くウェーハの平坦度を向上させることができる。

本発明の両面研磨装置用キャリア、両面研磨装置、両面研磨方法を用いることで、外周ダレとテーパの発生を防止しながら両面研磨を行うことができるため、効率良くウェーハの平坦度を向上させることができる。

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、キャリアのウェーハ保持孔の内周部とウェーハの面取り部と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、ウェーハと接する保持孔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たキャリアを用いて研磨することで、このような外周ダレを抑制することはできたが、ウェーハとキャリアとの接触する領域が大きくなり、研磨時のウェーハの自転を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はできなかった。しかも、ウェーハ面取り部形状に合せた形状のキャリアの保持孔内周部の先端はするどい鋭角となり、破損し易いとの問題も生じた。

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、一体成形物のキャリアの保持孔内周に凹状の溝を形成して、ウェーハの面取り部とウェーハ保持孔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、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とともに、保持孔内周部先端の強度も確保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３に本発明の両面装置用キャリアの概略図を示す。図４、５にウェーハの周縁部（面取り部）が本発明の両面研磨装置用キャリアの保持孔内周（凹溝の上下テーパ面）と断面点接触した様子と保持孔内周の凹溝の形状を表わした概略断面図を示す。

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２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。

そして、図３、４，５に示すように、本発明の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が形成された一体成形物であり、その保持孔４の内周に凹状の溝８を有し、その凹溝８には上下のテーパ面９が形成されている。
このような本発明の両面研磨装置用キャリア１を用いて両面研磨する際に、図４、５に示すように凹溝８に形成された上下のテーパ面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。

このように、保持孔の内周に凹状の溝を有することにより、ウェーハ面取り部と保持孔内周部との隙間ｈが小さくなり、研磨時にクリープ変形した研磨布が隙間部分に入り込むのを防止できるため、ウェーハの外周ダレの発生を抑制することができる。さらに、ウェーハを凹溝のテーパ面と断面点接触で接するのみで保持するため、研磨中にウェーハが自転して研磨面にテーパが発生することを抑制できる。また、一体成形物であるため、凹溝の形成も容易である。しかも、凹溝部の強度も十分に確保される。

ここで、凹溝８の形状としては、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よく、特に限定されないが、例えば図４に示すようなＶ状の凹溝や、又は図５に示すような台形状の凹溝であってもよい。

このとき、キャリア１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１０、１１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。
このような凹溝のテーパ面の角度であれば、テーパ面とウェーハの面取り部とがより確実に断面点接触で接するようにウェーハを保持することができる。しかも、βが鋭角になり過ぎることがないので、強度が確保され、カケ等が発生する恐れも少ない。

ここで、ウェーハの面取り角θは、図４、５に示すような角度θであり、その定義はウェーハ主上面３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。

このとき、キャリア１の上下主面１０、１１に対する凹溝８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。
例えば、ウェーハの面取り角が１８°の場合、キャリアの上下主面に対する凹溝のウェーハが接触するテーパ面の角度βが、１８°＜β≦２５°を満たせば、ウェーハの面取り部と保持孔の内周との隙間ｈを十分小さくすることができ、クリープ変形した研磨布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もできる。

ここで、本発明の両面装置用キャリア１の保持孔径（最内周径）Ｒとしては、特に限定されないが、ウェーハＷの直径Ａに対してＡ≦Ｒ≦Ａ＋２ｍｍの範囲であれば、研磨時のウェーハ保持力が十分に高いため好ましい。

このとき、本発明の両面研磨装置用キャリア１の凹溝８の保持孔４最内周からの溝深さＬとしては、特に限定されないが、Ｌ＜１５００μｍを満たすものであることが好ましい。
このような深さの凹溝であれば、十分な強度のキャリアとすることができ、キャリアのライフが延びる。従って、上下のテーパ面の角度によっては、例えば図５に示すような台形状の凹溝が、その深さを調節するのに好適な場合もある。

このとき、本発明の両面研磨装置用キャリア１の材質としては、特に限定されないが、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂のいずれかであることが好ましい。
本発明のキャリアは一体成形物であるため、上記のような材質を用いることで、保持孔や凹溝を比較的容易に形成することができ、また、金属よりも軟質な材質であるため、研磨時にウェーハの接触する部分が破損することも防止できるとともに、ウェーハを金属汚染させることもない。

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。

また、本発明に係るウェーハの両面研磨方法では、図３に示すような本発明の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２を用い、まず、両面研磨装置２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、本発明の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内周の凹溝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。

以上のように、本発明の両面研磨装置用キャリア、両面研磨装置、両面研磨方法を用いることで、簡易な方法により研磨されたウェーハの外周ダレとテーパの発生を防止しながら両面研磨を行うことができるため、効率良くウェーハの平坦度を向上させることができる。

以下、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。

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、ウェーハ保持孔径を３０２ｍｍとし、βを２５°とした。このとき、ウェーハの面取り部と保持孔の内周部との隙間ｈは４０μｍ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２７．０８ｎｍであり、比較例の３３．３９ｎｍと比べて改善されており、その改善率は１８．９０％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防止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できたため、研磨するウェーハの平坦度を向上することができた。

（比較例）
図７に示すような従来の凹溝のない一体成形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。このときのＳＦＱＲ（ｍａｘ）の平均値は３３．３９ｎｍ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。上記実施形態は単なる例示であり、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保持孔内周（凹溝の上下テーパ面）と断面点接触した様子と保持孔内周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保持孔内周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研磨の際に、クリープ変形した研磨布がキャリアの保持孔内周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…両面研磨装置、 ３…ウェーハ主上面、
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…キャリアの上主面、
１１…キャリアの下主面、 １２…面取り部、 １３…サンギア、
１４…インターナルギア、 Ｗ…ウェーハ。

Claims (7)

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一体成形物であり、前記保持孔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. 前記キャリア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. 前記キャリア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１又は請求項２に記載の両面研磨装置用キャリア。
4. 前記凹溝の前記保持孔最内周からの深さＬが、Ｌ＜１５００μｍを満たすものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の両面研磨装置用キャリア。
5. 前記キャリアの材質が、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の両面研磨装置用キャリア。
6. 少なくとも、請求項１乃至請求項５のいずれか一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。
7. 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５のいずれか一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内周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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