JP6059305B2 - ウエハ研磨装置 - Google Patents

Description

実施例は、ウエハ研磨装置に関する。

ＤＳＰ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程は、スラリー（ｓｌｕｒｒｙ）を研磨剤として使用して、定盤の加圧下にパッド（ｐａｄ）とウエハとの摩擦を通じて研磨を行い、ウエハの平坦度を決定することができる。

ＤＳＰ工程は、スラリーとウエハ表面の化学的作用を用いる化学的工程（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ）と、定盤の加圧下でパッドとウエハとの間の摩擦を用いる機械的工程（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ）との複合的な作用（Ｍｅｃｈａｎｏ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって行われ得る。

実施例は、ウエハの表面、背面及びエッジ部の研磨平坦度を向上させることができるウエハ研磨装置を提供する。

実施例に係るウエハ研磨装置は、下定盤、前記下定盤上に配置される上定盤、前記下定盤と前記上定盤との間に配置され、ウエハを収容するキャリア、及び前記キャリアの上部面が前記上定盤の下部面に接するように前記キャリアを上昇させるか、または前記キャリアの下部面が前記下定盤の上部面に接するように前記キャリアを下降させる昇降部を含む。

前記ウエハ研磨装置は、前記下定盤の中央に配置されるサンギヤ（Ｓｕｎ Ｇｅａｒ）、及び前記下定盤の外周面の周囲に配置されるインターナルギヤ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｇｅａｒ）をさらに含み、前記キャリアの外周面には、前記サンギヤ及び前記インターナルギヤと噛み合うギヤが形成され、前記昇降部は、前記サンギヤ及び前記インターナルギヤを上昇又は下降させる。

前記サンギヤは、複数の第１ピンを含む第１ピンギヤ（ｐｉｎ ｇｅａｒ）、及び前記複数の第１ピンを支持する第１支持部を含み、前記昇降部は、前記第１支持部を上昇又は下降させることができる。

前記インターナルギヤは、複数の第２ピンを含む第２ピンギヤ、及び前記複数の第２ピンを支持する第２支持部を含み、前記昇降部は、前記第２支持部を上昇又は下降させることができる。

前記昇降部は、前記第１支持部及び前記第２支持部を同時に上昇させるか、または同時に下降させてもよい。

前記サンギヤは、前記第１ピンのそれぞれの外周面から突出する第１支持リングをさらに含むことができる。

前記第１支持リングは、前記複数の第１ピンのそれぞれの下端に設けられ、前記第１支持部の上部面と接してもよい。

前記第１支持リングは、前記複数の第１ピンのそれぞれの上端と下端との間の外周面に設けられ、前記複数の第１ピンのそれぞれの下端及び上端と離隔してもよい。

前記複数の第１ピンのうち隣接する２つの第１ピンの外周面に設けられる第１支持リングは互いに離隔してもよい。

前記インターナルギヤは、前記第２ピンのそれぞれの外周面から突出する第２支持リングをさらに含むことができる。

前記第２支持リングは、前記複数の第２ピンのそれぞれの下端に設けられ、前記第２支持部の上部面と接してもよい。

前記第２支持リングは、前記複数の第２ピンのそれぞれの上端と下端との間の外周面に設けられ、前記複数の第２ピンのそれぞれの下端及び上端と離隔してもよい。

前記複数の第２ピンのうち隣接する２つの第２ピンの外周面に設けられる第２支持リングは互いに離隔してもよい。

前記下定盤は中空を備え、前記第１支持部は、前記下定盤の中空内に位置してもよい。

前記昇降部は、前記第１支持部の下に配置され、前記第１支持部を上昇又は下降させる第１昇降部、及び前記第２支持部の下に配置され、前記第２支持部を上昇又は下降させる第２昇降部を含むことができる。

前記第１支持リングの外周面の直径は、前記第１支持部の幅よりも大きくてもよい。

他の実施例に係るウエハ研磨装置は、下定盤、前記下定盤上に配置される上定盤、前記下定盤の中央に配置されるサンギヤ（Ｓｕｎ Ｇｅａｒ）、前記下定盤の外周面の周囲に配置されるインターナルギヤ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｇｅａｒ）、前記下定盤と前記上定盤との間に配置され、ウエハを収容し、外周面に前記サンギヤ及び前記インターナルギヤと噛み合うギヤが形成されるキャリア、及び前記キャリアの上部面が前記上定盤の下部面に接するように前記サンギヤ及び前記インターナルギヤを上昇させるか、または前記キャリアの下部面が前記下定盤の上部面に接するように前記サンギヤ及び前記インターナルギヤを下降させる昇降部を含む。

前記サンギヤは、複数の第１ピンを含む第１ピンギヤ（ｐｉｎ ｇｅａｒ）、及び前記複数の第１ピンを支持する第１支持部を含み、前記インターナルギヤは、複数の第２ピンを含む第２ピンギヤ、及び前記複数の第２ピンを支持する第２支持部を含み、前記昇降部は、前記第１支持部及び前記第２支持部を同時に上昇させるか、または同時に下降させてもよい。

更に他の実施例に係るウエハ研磨装置は、下定盤、前記下定盤上に配置される上定盤、前記下定盤と前記上定盤との間に配置され、ウエハを収容するキャリア、前記キャリアの上部面が前記上定盤の下部面に接するように前記キャリアを上昇させるか、または前記キャリアの下部面が前記下定盤の上部面に接するように前記キャリアを下降させる昇降部、及び前記昇降部が前記キャリアを上昇又は下降させるように制御する制御部を含み、前記制御部は、第１次研磨時に、前記キャリアの第１面が前記上定盤の第１面または前記下定盤の第１面のいずれか一方に接するように前記昇降部を制御し、第２次研磨時に、前記キャリアの第２面が前記上定盤の第１面または前記下定盤の第１面の残りの他方に接するように前記昇降部を制御することができる。

前記制御部は、第３次研磨時に、前記キャリアの第１面が前記上定盤の第１面または前記下定盤の第１面のうち前記いずれか一方に再び接するように前記昇降部を制御することができる。

実施例は、ウエハの表面、背面、及びエッジ部の研磨平坦度を向上させることができる。

実施例に係るウエハ研磨装置の断面図である。 図１に示された上定盤、下定盤、インターナルギヤ、サンギヤに対する概略的な斜視図である。 図１に示されたサンギヤの一実施例に係る拡大斜視図である。 図１に示されたサンギヤの他の実施例に係る拡大斜視図である。 図３Ａに示された第１支持リング上に着座されたキャリアのギヤに対する平面図である。 図１に示されたインターナルギヤの一実施例に係る拡大斜視図である。 図１に示されたインターナルギヤの他の一実施例に係る拡大斜視図である。 図５Ａに示された第２支持リング上に着座されたキャリアのギヤに対する平面図である。 実施例に係るウエハ研磨方法を示す図である。 実施例に係るウエハ研磨方法を示す図である。 他の実施例に係るウエハ研磨方法を示す図である。 他の実施例に係るウエハ研磨方法を示す図である。 他の実施例に係るウエハ研磨方法を示す図である。 図７Ａ及び図７Ｂでのキャリアの位置を示す図である。 図８Ａ乃至図８Ｃでのキャリアの位置を示す図である。 一般的なウエハの研磨装置の断面図である。

以下、各実施例は、添付の図面及び各実施例についての説明を通じて明白になる。実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターン又は構造物が基板、各層（膜）、領域、パッド又はパターンの「上／上部（ｏｎ）」に又は「下／下部（ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合において、「上／上部（ｏｎ）」と「下／下部（ｕｎｄｅｒ）」は、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」又は「別の層を介在して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されることを全て含む。また、各層の上／上部又は下／下部に対する基準は、図面を基準にして説明する。

図において、大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されたり、省略されたり、又は概略的に示されている。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを全的に反映するものではない。また、同一の参照番号は図面の説明を通じて同一の要素を示す。

図１は、実施例に係るウエハ研磨装置１００の断面図を示し、図２は、図１に示された上定盤、下定盤、インターナルギヤ、サンギヤに対する概略的な斜視図を示す。

図１及び図２を参照すると、ウエハ研磨装置１００は、下定盤１１０、下定盤回転部１２０、支持部１３０、上定盤１４０、上定盤回転部１５０、サンギヤ（ｓｕｎ ｇｅａｒ）１６０、インターナルギヤ（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｅａｒ）１７０、少なくとも１つのキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）１８０−１，１８０−２、昇降部１９０、及び制御部２００を含むことができる。

下定盤１１０は、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２にローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）されたウエハＷ１，Ｗ２を支持し、中空１１１を有する環状の円板形状であってもよい。下定盤１１０の上部面には、ウエハを研磨するための研磨パッドが装着されてもよい。

下定盤回転部１２０は下定盤１１０の下に配置され、下定盤１１０を回転させる。

下定盤回転部１２０は、下定盤１１０を回転させる第１回転軸１２２を備えることができ、第１回転軸１２２は、下定盤１１０の下部面に連結可能であり、下定盤１１０を支持することができ、下定盤１１０を第１方向に回転させることができる。

例えば、駆動モータ（図示せず）の回転によって、第１回転軸１２２は第１方向（例えば、反時計方向）に回転することができ、第１回転軸１２２の回転力によって、下定盤１１０は第１方向（例えば、反時計方向）に回転することができる。

上定盤１４０は、下部面が下定盤１１０の上部面と対向するように下定盤１１０上に位置することができ、中空１４１を有する環状の円板形状であってもよい。上定盤１４０の下部面には、ウエハを研磨するための研磨パッドが装着されてもよい。

上定盤回転部１５０は、上定盤１４０を回転させ、上定盤１４０を上下運動させることができる。

上定盤回転部１５０は、上定盤１４０と連結され、上定盤１４０を回転させる第２回転軸１５２を備えることができる。

第２回転軸１５２は、上定盤１４０の上部面と連結可能であり、上定盤１４０を第２方向に回転させることができ、上定盤１４０を上下移動させることによって、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２にローディングされたウエハＷ１，Ｗ２に加えられる上定盤１４０の荷重を調節することができる。ここで、第２方向は、第１方向の反対方向（例えば、時計方向）であり得る。

例えば、第２回転軸１５２は駆動モータ（図示せず）に連結されてもよく、駆動モータの回転によって、第２回転軸１５２は第２方向に回転することができ、第２回転軸１５２の回転力によって、上定盤１４０は第２方向に回転することができる。

また、第２回転軸１５２は、空圧又は油圧シリンダー（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）（図示せず）と連結されてもよく、空圧又は油圧シリンダーによって上定盤１４０の荷重（ｗｅｉｇｈｔ）を制御することができる。研磨時に、上定盤１４０は、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２にローディングされたウエハＷ１，Ｗ２に圧力を加えることができる。例えば、空圧又は油圧シリンダー（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）（図示せず）によって、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２にローディングされたウエハＷ１，Ｗ２に加えられる上定盤１４０の荷重を調節することができる。

サンギヤ１６０は、多数の第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞１である自然数）、及び多数の第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞１である自然数）を支持する第１支持部１６１を含むことができる。

第１支持部１６１は、下定盤１１０の中空１１１内に位置し、環状の円板形状であってもよいが、その形状がこれに限定されるものではない。例えば、第１支持部１６１はリング状であってもよいが、これに限定されるものではない。

多数の第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞１である自然数）は、第１支持部１６１の上面上に一列に互いに離隔して配置されてもよい。図２に示されたサンギヤ１６０は、多数の第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞１である自然数）を含むピン（ｐｉｎ）ギヤ、及び第１支持部１６１を含むことができる。

インターナルギヤ１７０は、下定盤１１０の外周縁に位置してもよい。例えば、インターナルギヤ１７０は、その内周面が下定盤１１０の縁部の外周面を取り囲む環状の円板形状であってもよい。

インターナルギヤ１７０は、多数の第２ピン１７２−１〜１７２−ｎ（ｎ＞１である自然数）、及び多数の第２ピンを支持する第２支持部１７１を含むことができる。

第２支持部１７１は、下定盤１１０の外周縁に位置し、環状の円板形状を有することができる。例えば、第２支持部１７１はリング状であってもよいが、これに限定されるものではない。

多数の第２ピン１７２−１〜１７２−ｎ（ｎ＞１である自然数）は、第２支持部１７１の上面上に一列に互いに離隔して配置されてもよい。図２に示されたインターナルギヤ１７０は、多数の第２ピン１７２−１〜１７２−ｎ（ｎ＞１である自然数）を含むピン（ｐｉｎ）ギヤ、及び第２支持部１７１を含むことができる。

少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は、下定盤１１０の上部面と上定盤の下部面との間に配置され、研磨するウエハＷ１，Ｗ２を収容又はローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）することができる。

少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は、ウエハＷ１，Ｗ２を収容するウエハ装着孔１８３、ウエハ装着孔１８３と離隔し、スラリーが通過する少なくとも１つのスラリー孔１８４が設けられるキャリアボディー１８０（図４参照）、及びキャリアボディー１８０の外周面に設けられるギヤ１８８を含むことができる。

スラリー孔１８４の直径は、互いに同一または異なっていてもよく、ウエハ装着孔１８３の直径よりも小さくてもよい。

少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は、エポキシガラス（ｅｐｏｘｙ ｇｌａｓｓ）、ＳＵＳ、ウレタン、セラミック、またはポリマー材質であってもよい。

キャリアボディー１８０は円盤状であってもよいが、これに限定されるものではない。

キャリア１８０−１，１８０−２の縁部の外周面に形成されるギヤ１８８は、サンギヤ１６０の第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞１である自然数）及びインターナルギヤ１７０の第２ピン１７２−１〜１７２−ｎ（ｎ＞１である自然数）と互いに噛み合ってもよい。少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は、サンギヤ１６０及びインターナルギヤ１７０と噛み合って、研磨工程時に回転運動をすることができる。

昇降部１９０は、下定盤１１０の上部面上に配置される少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２を上昇又は下降させることができる。

昇降部１９０は、サンギヤ１６０及びインターナルギヤ１７０を上昇又は下降させることができる。例えば、昇降部１９０は、サンギヤ１６０及びインターナルギヤ１７０を同時に上昇させるか、または同時に下降させることができる。

昇降部１９０は、回転する上定盤１４０及び下定盤１１０によって、サンギヤ１６０とインターナルギヤ１７０との間で回転するキャリア１８０−１，１８０−２に収容されるウエハを研磨する工程中に、サンギヤ１６０及びインターナルギヤ１７０を上昇又は下降させることもできる。

昇降部１９０は、サンギヤ１６０を上昇又は下降させる第１昇降部１９２−１，１９２−２、及びインターナルギヤ１７０を上昇又は下降させる第２昇降部１９４−１，１９４−２を含むことができる。

例えば、第１昇降部１９２−１，１９２−２は第１支持部１６１の下に配置することができ、第１支持部１６１を上昇又は下降させることができる。

第１昇降部１９２−１，１９２−２の数は１つ以上であってもよい。例えば、第１昇降部１９２−１，１９２−２は複数個であってもよく、複数の第１昇降部１９２−１，１９２−２のそれぞれは、第１支持部１６１の互いに異なる部分を同時に上昇又は下降させることができる。

第２昇降部１９４−１，１９４−２は第２支持部１７１の下に配置することができ、第２支持部１７１を上昇又は下降させることができる。

第２昇降部１９４−１，１９４−２の数は１つ以上であってもよい。例えば、第２昇降部１９４−１，１９４−２は複数個であってもよく、複数の第２昇降部１９４−１，１９４−２のそれぞれは、第２支持部１７１の互いに異なる部分を同時に上昇又は下降させることができる。

第１昇降部１９２−１，１９２−２、及び第２昇降部１９４−１，１９４−２のそれぞれは、油圧又は空圧シリンダーを含むことができ、油圧又は空圧シリンダーから供給される圧力により第１支持部１６１及び第２支持部１７１を上昇又は下降させるように具現することができる。

または、他の実施例において、第１昇降部１９２−１，１９２−２、及び第２昇降部１９４−１，１９４−２のそれぞれは、アップダウン（ｕｐ−ｄｏｗｎ）モータ（ｍｏｔｏｒ）を備えてもよく、モータの駆動による回転力を上下方向の直線運動に変換し、変換された直線運動による垂直力によって第１支持部１６１及び第２支持部１７１を上昇又は下降させるように具現してもよい。

第１支持部１６１が上昇又は下降するに伴って、第１支持部１６１に固定される第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞１である自然数）、及び第２支持部１７１に固定される第２ピン１７２−１〜１７２−ｎ（ｎ＞１である自然数）も共に上昇又は下降し得る。

第１支持部１６１及び第２支持部１７１が上昇又は下降するに伴って、第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞１である自然数）及び第２ピン１７２−１〜１７２−ｎ（ｎ＞１である自然数）と噛み合う少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は共に上昇又は下降し得る。

第１昇降部１９２−１，１９２−２及び第２昇降部１９４−１，１９４−２によって第１支持部１６１と第２支持部１７１は同時に上昇したり、または同時に下降してもよく、これによって、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は上昇又は下降し得る。

少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２が上昇又は下降しても、ウエハ装着孔１８３内に収容されるウエハＷ１，Ｗ２は上昇又は下降せず、下定盤１１０上に位置する状態を維持する。

図３Ａは、図１に示されたサンギヤの一実施例１６０−１に係る拡大斜視図を示す。

図３Ａを参照すると、サンギヤ１６０−１は、第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞１である自然数）のそれぞれの外周面から突出する第１支持リング３１０をさらに含むことができる。

第１支持リング３１０は、第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞である自然数）のそれぞれの下端に設けることができ、第１支持部１６１の上部面と接することができる。

第１支持リング３１０は、キャリア１８０−１，１８０−２の外周面に形成されるギヤ１８８を支持する係止段部の役割を果たす。

隣接する２つの第１ピンのそれぞれに設けられる第１支持リングは互いに離隔してもよい。キャリア１８０−１，１８０−２の外周面に形成されるギヤ１８８を安定的に支持するために、第１支持リング３１０の外周面の直径Ｄ１は第１支持部１６１の幅Ｐ１よりも大きくてもよいが、これに限定されるものではない。

図４は、図３Ａに示された第１支持リング３１０上に着座されたキャリア１８０−１のギヤ１８８に対する平面図を示す。

図４を参照すると、第１支持リング３１０は、キャリア１８０−１，１８０−２の外周面に形成されるギヤ１８８との接触面積を増加させることによって、昇降部１９０によってキャリア１８０−１，１８０−２が上昇又は下降するとき、キャリア１８０−１，１８０−２を安定的に支持することができる。

図３Ｂは、図１に示されたサンギヤの他の実施例１６０−２に係る拡大斜視図を示す。

図３Ｂを参照すると、サンギヤ１６０−２は、第１ピン１６２−１〜１６２−ｍ（ｍ＞１である自然数）のそれぞれの下端と上端との間の外周面から突出する第１支持リング３２０をさらに含むことができる。

第１支持リング３２０は、第１ピン（例えば、１６２−１）の下端及び上端のそれぞれと離隔してもよく、第１支持リング３２０の直径は第１支持部１６１の幅よりも大きくてもよいが、これに限定されるものではない。

図５Ａは、図１に示されたインターナルギヤの一実施例１７０−１に係る拡大斜視図を示す。

図５Ａを参照すると、インターナルギヤ１７０−１は、第２ピン１７２−１〜１７２−ｎ（ｎ＞１である自然数）のそれぞれの外周面から突出する第２支持リング３３０をさらに含むことができる。

第２支持リング３３０は、第２ピン１７２−１〜１７２−ｎ（ｎ＞である自然数）のそれぞれの下端に設けることができ、第２支持部１７１の上部面と接することができる。

第２支持リング３３０は、キャリア１８０−１，１８０−２の外周面に形成されるギヤ１８８を支持する係止段部の役割を果たす。

隣接する２つの第２ピンのそれぞれに設けられる第２支持リングは互いに離隔してもよい。キャリア１８０−１，１８０−２の外周面に形成されるギヤ１８８を安定的に支持するために、第２支持リング３３０の外周面の直径Ｄ２は第２支持部１７１の幅Ｐ２よりも大きくてもよいが、これに限定されるものではない。

図６は、図５Ａに示された第２支持リング３３０上に着座されたキャリア１８０−１のギヤ１８８に対する平面図を示す。

図６を参照すると、第２支持リング３３０は、キャリア１８０−１，１８０−２の外周面に形成されるギヤ１８８との接触面積を増加させることによって、昇降部１９０によってキャリア１８０−１，１８０−２が上昇又は下降するとき、キャリア１８０−１，１８０−２を安定的に支持することができる。

図５Ｂは、図１に示されたインターナルギヤの他の実施例１７０−２に係る拡大斜視図を示す。

図５Ｂを参照すると、インターナルギヤ１７０−２は、第２ピン１７２−１〜１７２−ｎ（ｎ＞１である自然数）のそれぞれの下端と上端との間の外周面から突出する第２支持リング３４０をさらに含むことができる。

第２支持リング３４０は、第２ピン（例えば、１７２−１）の下端及び上端のそれぞれと離隔してもよく、第２支持リング３４０の直径は第２支持部１７１の幅よりも大きくてもよいが、これに限定されるものではない。

制御部２００は、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２を上昇又は下降させるように昇降部１９０を制御する。

例えば、制御部２００は、第１支持部１６１を上昇又は下降させるように第１昇降部１９２−１，１９２−２を制御することができ、第２支持部１７１を上昇又は下降させるように第２昇降部１９４−１，１９４−２を制御することができる。

図１０は、一般的なウエハの研磨装置の断面図を示す。

図１０を参照すると、一般に、ウエハＷ１，Ｗ２が収容されたキャリア３０−１，３０−２をサンギヤ４０及びインターナルギヤ５０に装着し、下定盤１０の上部面上に着座させた後、上定盤２０及び下定盤１０によってウエハＷ１，Ｗ２を研磨することができる。

このとき、キャリア３０−１，３０−２と研磨加工前のウエハの最初の厚さとの差により、上定盤２０と接触するウエハの上部面のエッジに対する加工負荷７０が、ウエハの上部面の他の部分に対する加工負荷よりも大きくなり、ウエハの上部面の平坦度が悪くなることがある。

図７Ａ及び図７Ｂは、実施例に係るウエハ研磨方法を示す。

実施例に係るウエハ研磨方法は、図７Ａに示された第１次研磨ステップ、及び図７Ｂに示された第２次研磨ステップを含むことができる。

図７Ａを参照すると、下定盤１１０の上部面上に、ウエハＷ１，Ｗ２を収容する少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２を着座させる。

研磨加工前のウエハの最初の厚さｔ１は、キャリア１８０−１，１８０−２の厚さｔ２と差を有し得る。例えば、研磨加工前のウエハＷ１，Ｗ２の最初の厚さｔ１は、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の厚さｔ２よりも厚い厚さを有し得る（ｔ１＞ｔ２）。

このような研磨加工前のウエハの最初の厚さｔ１とキャリア１８０−１，１８０−２の厚さとの差により、下定盤１１０の上部面を基準として下定盤１１０の上部面に配置されるウエハの上面は、キャリア１８０−１，１８０−２の上部面よりも高く位置し得る。

すなわち、上定盤１４０の下部面がキャリア１８０−１，１８０−２に収容されたウエハＷ１，Ｗ２の表面に接触するとき、ウエハの上部面は上定盤１４０の下部面に接することができるが、キャリア１８０−１，１８０−２の上部面は上定盤１４０の下部面から離隔し得る。

上定盤１４０の下部面をキャリア１８０−１，１８０−２に収容されたウエハＷ１，Ｗ２の表面に接触させる。

下定盤１１０に着座された少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の上部面は上定盤１４０の下部面に接し、キャリア１８０−１，１８０−２の下部面は下定盤１１０の上部面と離隔するように、昇降部１９０によって少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２を上昇させる。

例えば、第１及び第２昇降部１９２−１，１９２−２，１９４−１，１９４−２によって第１支持部１６１及び第２支持部１７１を上昇させることによって、下定盤１１０に着座された少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の上部面は上定盤１４０の下部面に接することができ、キャリア１８０−１，１８０−２の下部面は下定盤１１０の上部面と離隔し得る。

そして、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の上部面が上定盤１４０の下部面に接した状態で、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２に収容されたウエハＷ１，Ｗ２を第１次研磨する。

第１次研磨ステップは、研磨されたウエハの厚さが第１厚さになるまで行ってもよい。例えば、第１厚さは、研磨前のウエハの最初の厚さｔ１と所望のウエハの最終のターゲット（ｔａｒｇｅｔ）厚さとの差の１０％〜６０％であってもよい。

図７Ａに示されたように、第１次研磨ステップでは、キャリア１８０−１，１８０−２の上部面が上定盤１４０の下部面と接するので、ウエハＷ１，Ｗ２の上部面のエッジの加工負荷７１０は、ウエハＷ１，Ｗ２の下部面のエッジの加工負荷７２０よりも小さい。

ここで、加工負荷は、ウエハＷ１，Ｗ２が上定盤１４０から受ける力を意味し得る。または、上定盤１４０に第１研磨パッドが装着され、下定盤１１０に第２研磨パッドが装着される場合、加工負荷は、第１及び第２研磨パッドとウエハとの間の摩擦負荷を意味し得る。

ウエハＷ１，Ｗ２の上部面のエッジに対する加工負荷７１０は、図１０に示されたウエハの上部面のエッジに対する加工負荷７０よりも小さいので、第１次研磨ステップで研磨されたウエハＷ１，Ｗ２の上部面の平坦度を向上させることができる。

次に、図７Ｂに示されたように、第１次研磨ステップの完了後に、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の下部面が下定盤１１０の上部面に接触するように、昇降部１９０によって少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２を下降させる。

例えば、第１及び第２昇降部１９２−１，１９２−２，１９４−１，１９４−２によって第１支持部１６１及び第２支持部１７１を下降させることによって、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の下部面を下定盤１１０の上部面に接触させることができる。

少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の下部面を下定盤１１０の上部面に接触させた状態で、ウエハＷ１，Ｗ２の最終のターゲット厚さまで、第１次研磨されたウエハＷ１，Ｗ２を第２次研磨する。

例えば、第１厚さから最終のターゲット厚さを引いた差だけ、第１次研磨されたウエハを第２次研磨し得る。

第２次研磨ステップでは、キャリア１８０−１，１８０−２の下部面が下定盤１１０の上部面と接触するので、ウエハＷ１，Ｗ２の下部面のエッジに対する加工負荷７２０−１は、第１次研磨ステップでのウエハＷ１，Ｗ２の下部面のエッジに対する加工負荷７２０よりも小さい。

第２次研磨ステップでは、ウエハＷ１，Ｗ２の下部面のエッジに対する加工負荷７２０−１が第１次研磨ステップよりも減少するので、ウエハＷ１，Ｗ２の下部面の平坦度を向上させることができる。

実施例は、第１次研磨においてキャリア１８０−１，１８０−２の上部面が上定盤１４０の下部面と接するようにキャリア１８０−１，１８０−２を上昇させることによって、ウエハＷ１，Ｗ２の上部面の平坦度を向上させることができる。また、実施例は、第２次研磨においてキャリア１８０−１，１８０−２の下部面が下定盤１１０の上部面と接するようにキャリア１８０−１，１８０−２を下降させることによって、ウエハＷ１，Ｗ２の下部面の平坦度を向上させることができる。

図８Ａ乃至図８Ｃは、他の実施例に係るウエハ研磨方法を示す。

他の実施例に係るウエハ研磨方法は、図８Ａに示した第１次研磨ステップ、図８Ｂに示した第２次研磨ステップ、及び図８Ｃに示した第３次研磨ステップを含むことができる。

例えば、第１次研磨ステップにおいて、昇降部１９０による制御によって、キャリア１８０−１，１８０−２の第１面が上定盤１４０の第１面または下定盤１１０の第１面のいずれか一方に接するようにキャリア１８０−１，１８０−２を移動させることができる。

第２次研磨ステップにおいて、昇降部１９０による制御によって、キャリア１８０−１，１８０−２の第２面が上定盤１４０の第１面または下定盤１１０の第１面のうちの残りの他方に接するようにキャリア１８０−１，１８０−２を移動させることができる。

第３次研磨ステップにおいて、昇降部１９０による制御によって、キャリア１８０−１，１８０−２の第１面が上定盤１４０の第１面または下定盤１１０の第１面のいずれか一方に再び接するようにキャリア１８０−１，１８０−２を移動させることができる。

キャリア１８０−１，１８０−２の第１面と第２面は互いに反対の面であり得、上定盤１４０の第１面が上部面である場合、下定盤１１０の第１面は下部面であり得、その反対であってもよい。第１次研磨ステップでのキャリア１８０−１，１８０−２の移動方向は、第２次研磨ステップでのキャリア１８０−１，１８０−２の移動方向と反対方向であり得る。また、第３次研磨ステップでのキャリア１８０−１，１８０−２の移動方向は、第２次研磨ステップでのキャリア１８０−１，１８０−２の移動方向と反対方向であってもよい。

図８Ａを参照すると、キャリア１８０−１，１８０−２の下部面が下定盤１１０の上部面と接するように、昇降部１９０によってキャリア１８０−１，１８０−２の位置を調節する。

例えば、キャリア１８０−１，１８０−２の下部面が下定盤１１０の上部面と接するように、第１及び第２昇降部１９２−１，１９２−２，１９４−１，１９４−２によって第１支持部１６１及び第２支持部１７１を下降させることができる。

少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の下部面が下定盤１１０の上部面に接した状態で、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２に収容されたウエハＷ１，Ｗ２を第１次研磨する。

第１次研磨ステップは、研磨されたウエハの厚さが第２厚さになるまで行ってもよい。例えば、第２厚さは、研磨前のウエハの最初の厚さｔ１と所望のウエハの最終のターゲット（ｔａｒｇｅｔ）厚さとの差の１０％〜８０％であってもよい。

第１次研磨ステップにおいて、ウエハＷ１，Ｗ２の上部面のエッジに対する加工負荷８１０に比べて、ウエハＷ１，Ｗ２の下部面のエッジに対する加工負荷８２０が小さいので、ウエハの上部面に比べて相対的にウエハの下部面の平坦度を向上させることができる。

図８Ｂを参照すると、第１次研磨ステップの完了後に、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の上部面が上定盤１４０の下部面に接し、キャリア１８０−１，１８０−２の下部面は下定盤１１０の上部面と離隔するように、昇降部１９０によって少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２を上昇させる。

少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２の上部面を上定盤１４０の下部面に接触させた状態で、第１次研磨されたウエハＷ１，Ｗ２を第２次研磨する。第２次研磨ステップは、第３厚さになるまで行ってもよい。例えば、第３厚さは、第２厚さと最終のターゲット厚さとの差の１０％〜７０％であってもよい。

第２次研磨ステップでは、ウエハＷ１，Ｗ２の上部面のエッジに対する加工負荷８１０−１は、第１次研磨ステップの加工負荷８１０に比べて小さいので、ウエハの上部面の平坦度を第１次研磨ステップよりも向上させることができる。

また、ウエハＷ１，Ｗ２の下部面のエッジに対する加工負荷８２０−１は第１次研磨ステップよりも大きいが、第１次研磨ステップによってウエハの厚さとキャリアの厚さとの差が減少したので、図７Ａでのウエハの下部面のエッジに対する加工負荷よりは小さくなり得る。したがって、第２次研磨ステップにおけるウエハの下部面に対する平坦度は、図７Ａでのウエハの下部面の平坦度よりは向上し得る。

図８Ｃを参照すると、第２次研磨ステップの完了後に、キャリア１８０−１，１８０−２の下部面が下定盤１１０の上部面と接するように、昇降部１９０によってキャリア１８０−１，１８０−２を下降させる。

キャリア１８０−１，１８０−２の下部面を下定盤１１０の上部面と接触させた状態で、第２次研磨されたウエハＷ１，Ｗ２を最終のターゲット厚さになるまで第３次研磨を行う。

第３次研磨ステップでは、キャリア１８０−１，１８０−２の下部面が下定盤１１０の上部面と接触するので、第２次研磨されたウエハの下部面のエッジに対する加工負荷８２０−１が減少することができ、これによって、ウエハの下部面の平坦度を向上させることができる。

また、第２次研磨ステップによって、ウエハＷ１，Ｗ２の厚さとキャリア１８０−１，１８０−２の厚さとの差がさらに減少したので、ウエハの上部面のエッジとウエハの上部面の他の部分との加工負荷の差を減少させることができ、これによって、ウエハの上部面の平坦度も向上させることができる。

図９Ａは、図７Ａ及び図７Ｂでのキャリアの位置を示す。

ｘ軸は、研磨加工時間を示し、ｙ軸はキャリアの高さを示す。

図９Ａを参照すると、第１研磨ステップ（０〜ｔ１区間）において、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は上昇し得、下定盤１１０の上部面を基準としてキャリア１８０−１，１８０−２の上部面の高さは第１高さＨ１となり得る。例えば、第１高さＨ１は、キャリア１８０−１，１８０−２の上部面が上定盤１４０の下部面に接するとき、下定盤１１０の上部面からキャリア１８０−１，１８０−２の上部面までの距離であり得る。

第２研磨ステップ（ｔ１〜ｔ２）において、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は下降し得、下定盤１１０の上部面を基準としてキャリア１８０−１，１８０−２の上部面の高さは第２高さＨ２となり得る。例えば、第２高さＨ２は、キャリア１８０−１，１８０−２の下部面が下定盤１１０の上部面に接するとき、下定盤１１０の上部面からキャリア１８０−１，１８０−２の上部面までの距離であり得る。

図９Ｂは、図８Ａ乃至図８Ｃでのキャリアの位置を示す。

図９Ｂを参照すると、第１研磨ステップ（０〜ｔ３区間）において、下定盤１１０の上部面を基準としてキャリア１８０−１，１８０−２の上部面の高さは第２高さＨ２となり得る。

第２研磨ステップ（ｔ３〜ｔ４）において、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は上昇し得、下定盤１１０の上部面を基準としてキャリア１８０−１，１８０−２の上部面の高さは第３高さＨ３となり得る。例えば、第３高さＨ３は、第２次研磨されたウエハが装着されたキャリア１８０−１，１８０−２の上部面が上定盤１４０の下部面に接するとき、下定盤１１０の上部面からキャリア１８０−１，１８０−２の上部面までの距離であり得る。

第３研磨ステップ（ｔ４〜ｔ２区間）において、少なくとも１つのキャリア１８０−１，１８０−２は下降し得、下定盤１１０の上部面を基準としてキャリア１８０−１，１８０−２の上部面の高さは第２高さＨ２となり得る。

実施例は、キャリア１８０−１，１８０−２の上昇又は下降によって、キャリア１８０−１，１８０−２の上部面とウエハＷ１，Ｗ２の上部面との段差、及びキャリア１８０−１，１８０−２の下部面とウエハＷ１，Ｗ２の下部面との段差を減少させることによって、ウエハの表面、背面、及びエッジ部の研磨平坦度を向上させることができる。

以上で各実施例に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例のみに限定されるものではない。さらに、各実施例で例示された特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野における通常の知識を有する者によって、他の実施例に対しても組み合わせ又は変形して実施可能である。したがって、このような組み合わせ及び変形に関する内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

１１０ 下定盤
１２０ 下定盤回転部
１３０ 支持部
１４０ 上定盤
１５０ 上定盤回転部
１６０ サンギヤ
１７０ インターナルギヤ
１８０−１、１８０−２ キャリア
１９０ 昇降部
２００ 制御部

Claims (14)

1. 下定盤と、
   前記下定盤上に配置される上定盤と、
   前記下定盤と前記上定盤との間に配置され、ウエハを収容するキャリアと、
   前記キャリアの上部面が前記上定盤の下部面に接するように前記キャリアを上昇させるか、または前記キャリアの下部面が前記下定盤の上部面に接するように前記キャリアを下降させる昇降部と、
   前記昇降部が前記キャリアを上昇又は下降させるように制御する制御部を含み、
   前記制御部は、
   第１次研磨時に、前記キャリアの第１面が、前記上定盤の下部面と前記下定盤の上部面のいずれか一方に接するように前記昇降部を制御し、
   第２次研磨時に、前記キャリアの第２面が、前記上定盤の下部面と前記下定盤の上部面のうちの残りの他方に接するように前記昇降部を制御する
   ことを特徴とする、ウエハ研磨装置。
2. 前記下定盤の中央に配置されるサンギヤ（Ｓｕｎ Ｇｅａｒ）と、
   前記下定盤の外周面の周囲に配置されるインターナルギヤ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｇｅａｒ）とをさらに含み、
   前記キャリアの外周面には、前記サンギヤ及び前記インターナルギヤと噛み合うギヤが形成され、
   前記昇降部は、前記サンギヤ及び前記インターナルギヤを上昇又は下降させることを特徴とする、請求項１に記載のウエハ研磨装置。
3. 前記サンギヤは、
   複数の第１ピンを含む第１ピンギヤ（ｐｉｎ ｇｅａｒ）と、
   前記複数の第１ピンを支持する第１支持部とを含み、
   前記昇降部は、前記第１支持部を上昇又は下降させることを特徴とする、請求項２に記載のウエハ研磨装置。
4. 前記インターナルギヤは、
   複数の第２ピンを含む第２ピンギヤと、
   前記複数の第２ピンを支持する第２支持部とを含み、
   前記昇降部は、前記第２支持部を上昇又は下降させることを特徴とする、請求項３に記載のウエハ研磨装置。
5. 前記昇降部は、
   前記第１支持部及び前記第２支持部を同時に上昇させるか、または同時に下降させることを特徴とする、請求項４に記載のウエハ研磨装置。
6. 前記サンギヤは、
   前記第１ピンのそれぞれの外周面から突出する第１支持リングをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載のウエハ研磨装置。
7. 前記第１支持リングは、前記複数の第１ピンのそれぞれの下端に設けられ、前記第１支持部の上部面と接することを特徴とする、請求項６に記載のウエハ研磨装置。
8. 前記第１支持リングは、前記複数の第１ピンのそれぞれの上端と下端との間の外周面に設けられ、前記複数の第１ピンのそれぞれの下端及び上端と離隔することを特徴とする、請求項６に記載のウエハ研磨装置。
9. 前記複数の第１ピンのうち隣接する２つの第１ピンの外周面に設けられる第１支持リングは互いに離隔することを特徴とする、請求項６に記載のウエハ研磨装置。
10. 前記インターナルギヤは、
    前記第２ピンのそれぞれの外周面から突出する第２支持リングをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のウエハ研磨装置。
11. 前記第２支持リングは、前記複数の第２ピンのそれぞれの下端に設けられ、前記第２支持部の上部面と接することを特徴とする、請求項１０に記載のウエハ研磨装置。
12. 前記第２支持リングは、前記複数の第２ピンのそれぞれの上端と下端との間の外周面に設けられ、前記複数の第２ピンのそれぞれの下端及び上端と離隔することを特徴とする、請求項１０に記載のウエハ研磨装置。
13. 前記複数の第２ピンのうち隣接する２つの第２ピンの外周面に設けられる第２支持リングは互いに離隔することを特徴とする、請求項１０に記載のウエハ研磨装置。
14. 前記制御部は、
    第３次研磨時に、前記キャリアの前記第１面が、前記上定盤の下部面と前記下定盤の上部面のいずれか一方に再び接するように前記昇降部を制御することを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載のウエハ研磨装置。

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