JP6255991B2 - ワークの両面研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの両面研磨装置に関するものである。

研磨に供するワークの典型例であるシリコンウェーハなどの半導体ウェーハの製造において、より高精度なウェーハの平坦度品質や表面粗さ品質を得るために、ウェーハの表裏面を同時に研磨する両面研磨工程が一般的に採用されている。

特に近年、半導体素子の微細化と半導体ウェーハの大口径化により、露光時における半導体ウェーハの平坦度要求が厳しくなってきているという背景から、適切なタイミングで研磨を終了させることが重要であり、作業者が研磨時間を調整することにより、それを制御していた。

ところが、作業者による研磨時間の調整では、研磨副資材の交換時期や、装置の停止のタイミングのずれなど、研磨環境による影響を大きく受けてしまい、研磨量を必ずしも正確に制御できず、結局作業者の経験に頼るところが大きかった。

これに対し、例えば特許文献１では、図３に示すように、上定盤９１（又は下定盤）に孔９２が設けられ、上下定盤９１の研磨面には孔９２に対応する位置に孔９２より径の大きい穴９３の開いた研磨布９４と、孔９２より径が大きく研磨布９４の穴９３より径が小さく研磨布９４より厚さの薄い窓材９５とが設けられた両面研磨装置が提案されている。
この両面研磨装置では、測定機構（図示せず）を用いて、孔９２からウェーハＷの厚さを研磨中にリアルタイムで測定することができる。

特許４６５４２７５号公報

しかしながら、特許文献１の両面研磨装置では、研磨中に研磨スラリーが飛び跳ねて接着層９６に接触し、接着層９６を研磨スラリーに溶出させて、接着力を低下又は窓材９５を剥離させ、剥がれた窓材９５がウェーハＷと接触することによりウェーハＷに傷や汚染等を付けてしまい、ウェーハ品質を劣化させてしまうおそれがあった。

一方で、窓材９５を付けずに孔９２からウェーハ厚さを測定する手法では、研磨スラリーが孔９２まで侵入し、孔９２により区画される定盤９１の内壁に研磨スラリーが固着し、あるいは、固着した研磨スラリーが剥離することにより、ウェーハＷにスクラッチ等の傷を付けるおそれがあり、従って、ウェーハ品質の低下が懸念される。そして、これらのことは、ウェーハのみならず、円盤状のワークの両面研磨一般に生じうる問題である。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、ワークの厚さをリアルタイムで計測可能であり、ワークに汚染や傷等が付くのを防止することのできる、ワークの両面研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
本発明のワークの両面研磨装置は、上定盤及び下定盤を有する回転定盤と、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上の保持孔が設けられたキャリアプレートと、を備え、前記上定盤の下面及び前記下定盤の上面に研磨パッドがそれぞれ貼布された、ワークの両面研磨装置であって、前記上定盤又は前記下定盤は、該上定盤又は該下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の孔を有し、前記研磨パッドは、前記孔に対応する位置に穴が設けられ、前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの厚さを前記１つ以上の孔及び穴からリアルタイムで計測可能な、ワーク厚み計測器をさらに備え、前記孔により区画される前記上定盤の側壁の底部、又は、前記孔により区画される前記下定盤の側壁の頂部に凹部が設けられ、前記凹部に、径が前記孔の径及び前記穴の径より大きい窓材を配置し、前記窓材は、接着層を介して、前記上定盤に設けた前記凹部により区画される上側面又は前記下定盤に設けた前記凹部により区画される下側面に固着されたことを特徴とする。

また、本発明のワークの両面研磨装置においては、前記窓材の径は、前記凹部と前記孔とがなす空洞部分の径に等しいことが好ましい。

さらに、本発明のワークの両面研磨装置では、前記凹部の高さは、前記窓材の厚さと前記接着層の厚さとの和に等しいことが好ましい。

本発明によれば、ワークの厚さをリアルタイムで計測可能であり、ワークに汚染や傷等が付くのを防止することのできる、ワークの両面研磨装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置の断面図である。 本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置の要部を示す部分断面図である。 従来のワークの両面研磨装置の要部を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に例示説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置の断面図である。図１に示すように、この両面研磨装置１は、上定盤２及びそれに対向する下定盤３を有する回転定盤４と、回転定盤４の回転中心部に設けられたサンギア５と、回転定盤４の外周部に円環状に設けられたインターナルギア６とを備えている。図１に示すように、上下の回転定盤４の対向面、すなわち、上定盤２の研磨面である下面側及び下定盤３の研磨面である上面側には、それぞれ研磨パッド７が貼布されている。

また、図１に示すように、この装置１は、上定盤２と下定盤３との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上の保持孔８を有する、図示例で１つのキャリアプレート９を備えている。なお、図示例では、この装置１は、キャリアプレート９を１つのみ有しているが、複数のキャリアプレート９を有していても良い。図示例では、保持孔８にワーク（本実施形態ではウェーハ）Ｗが保持されている。

ここで、この装置１は、サンギア５とインターナルギア６とを回転させることにより、キャリアプレート９に、公転運動及び自転運動の遊星運動をさせることができる。すなわち、研磨スラリーを供給しながら、キャリアプレート９を遊星運動させ、同時に上定盤２及び下定盤３をキャリアプレート９に対して相対的に回転させることにより、上下の回転定盤４に貼布した研磨パッド７とキャリアプレート９の保持孔８に保持したウェーハＷの両面とを摺動させてウェーハＷの両面を同時に研磨することができる。

さて、図１に示すように、上定盤２は、該上定盤２の上面から下面まで貫通した１つ以上（図示例では１つ）の孔１０を有している。また、研磨パッド７には、孔１０に対応する位置に穴１１が設けられている。この例では、孔１０の径ｄ１と穴１１の径ｄ３は等しい。そして、この孔１０の上方には、ワーク厚み計測器１２を備えており、ウェーハＷの両面研磨中に、ウェーハＷの厚さを孔１０及び穴１１からリアルタイムで計測可能である。なお、ワーク厚み計測器１２は、例えば、波長可変型の赤外線レーザ計測器とすることができる。このような計測器によれば、ウェーハＷの表面での反射光と裏面での反射光との干渉を評価して、ウェーハＷの厚さを計測することができる。

ここで、図２は、図１に示す実施形態にかかるワークの両面研磨装置１の要部を示す部分断面図である。図１、図２に示すように、孔１０により区画される上定盤２の側壁２ａの底部２ｂ（すなわち、側壁２ａの底面側の角部）には、凹部１３が設けられている。
この実施形態では、凹部１３は、底部２ｂを円環状にくり抜いた形状をした空洞部分である。

そして、図１、２に示すように、凹部１３には、径ｄ２が、孔１０の径ｄ１及び穴１１の径ｄ３より大きい窓材１４が配置されている。図示例では、窓材１４は、円盤状の形状であり、例えばプラスチックといった、光を透過させる材料でできている。
また、この例では、窓材１４の径ｄ２は、凹部１３及び孔１０がなす空洞部分の径と同一であり、窓材１４は、その径方向において凹部１３にぴったりと嵌まっている。

さらに、窓材１４は、接着層１５を介して、上定盤２に設けた凹部１３により区画される上側面１６に固着されている。
図示例では、凹部１３の高さｈが、窓材１４の厚さｔ１と接着層１５の厚さｔ２との和に等しく、上記窓材１４（の一部分）及び接着層１５により、凹部１３がぴったりと埋められている構成となっている。従って、この実施形態では、窓材１４の端部が研磨パッド７の上に載置された構成となっている。
なお、本発明では、凹部１３の高さｈは、窓材１４の厚さｔ１と接着層１５の厚さｔ２との和より大きくすることもでき、この場合は、研磨パッド７と窓材１４との間に隙間が生じる構成となる。
ここで、接着層１５は、窓材１４を上側面１６に固着させることができるものであれば良く、特には限定しないが、例えば、両面テープなどを用いることができる。
以下、本実施形態のワークの両面研磨装置の作用効果について説明する。

本実施形態のワークの両面研磨装置１によれば、まず、上定盤２に孔１０を設け、研磨パッド７に穴１１を設けているため、ウェーハＷの両面研磨中に、ワーク厚み計測器１２により、孔１０及び穴１１から光を透過させる窓材１４を介して、ウェーハＷの厚さをリアルタイムで計測可能である。

そして、本実施形態のワークの両面研磨装置１では、径ｄ２が孔１０の径ｄ１及び穴１１の径ｄ３より大きい窓材１４を凹部１３に配置しており、接着層１５は、その径ｄ２の大きい窓材１４を挟んで研磨面とは反対側に位置しているため、研磨中に研磨スラリーが接着層１５まで入り込むのを窓材１４により阻止される構造となっており、接着層１５と研磨スラリーとの接触がなく、従って、接着層１５の研磨スラリーへの溶出や接着力の低下による窓材１４の剥離等のおそれがない。
さらに、凹部１３は、孔１０により区画される上定盤２の側壁２ａの底部２ｂにおいて設けられており、その凹部１３に径ｄ２の大きい窓材１４が配置された構造になっているため、側壁２ａと研磨スラリーとの接触も防止され、研磨スラリーが孔１０により区画される側壁２ａに固着するおそれもない。
また、窓材１４の径ｄ２は、穴１１の径ｄ３より大きいため、仮に窓材１４が剥がれるようなことがあっても、窓材１４は研磨パッド７の上に載置されたままであり、窓材１４がウェーハＷと接触することはなく、ウェーハＷに汚れや傷を付けるおそれがない。
特に、この実施形態では、凹部１３に窓材１４（の一部分）及び接着層１５がぴったりと埋められるように各要素の寸法が決められているため、重力や研磨中の遠心力等に対しても窓材１４が周囲の構成要素に支えられてより安定的となり、接着層１５の剥離がさらに抑制される。
このように、本実施形態のワークの両面研磨装置１によれば、ウェーハＷの厚さをリアルタイムで計測可能であり、且つ、ウェーハＷに汚染や傷等が付くのを防止することができ、高品質のウェーハを提供することができる。

ここで、本発明にあっては、上述したように、窓材１４の径ｄ２は、凹部１３と孔１０とがなす空洞部分の径に等しいことが好ましい。隙間なく窓材１４を配置することにより、より一層、研磨スラリーと接着層１５及び側壁２ａとの接触を抑制することができ、また、窓材１４がより安定的に固定されるからである。

また、本発明にあっては、図２に示すように、凹部１３の高さｈは、窓材１４の厚さｔ１と接着層１５の厚さｔ２との和に等しいことが好ましい。隙間なく窓材１４を配置することにより、凹部１３により区画される回転定盤４の側壁にも研磨スラリーが接触しないようにすることができ、また、窓材１４が研磨パッド７に接することで窓材１４がより安定的に配置されることになるからでる。

ここで、孔１０の径ｄ１及び穴１１の径ｄ３は、この孔１０及び穴１１を介してワーク厚み計測器１２によりウェーハＷの厚さを計測可能な程度の大きさを確保すればよい。特に、孔１０及び穴１１を複数設ける場合には、研磨レートの低下を避けるため、ワーク厚み計測器１２によりウェーハＷの厚さを計測可能な最小限の大きさとすることが好ましい。

なお、孔１０の径ｄ１と穴１１の径ｄ３は、同じ大きさとすることが好ましいが、異なる大きさとすることもでき、この場合、穴１１の径ｄ３を孔１０の径ｄ１より大きくすることも小さくすることもできる。

また、窓材の径ｄ２は、上述したように、孔１０の径ｄ１及び穴１１の径ｄ３より大きいものであるが、具体的には、特には限定しないが、例えば、径ｄ２を径ｄ１及び径ｄ３より２ｍｍ以上大きくすることが、接着層１５の幅を確保して窓材１４を上側面１６に固着させやすくするのに好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、上定盤２に孔１０を設け、上定盤２に貼布した研磨パッド７に穴１１を設けているが、下定盤３に孔１０を設けて、下定盤３に貼布した研磨パッド７に穴１１を設けても良い。
この場合は、下定盤２の側壁２ａの頂部に凹部１３が設けられ、凹部１３に、径が孔１０の径及び穴１１の径より大きい窓材１４を配置し、窓材１４を、接着層１５を介して下定盤３に設けた凹部１３により区画される下側面に固着させればよい。
また、本発明では、孔１０は１つのみ設けているが、２つ以上の孔１０を設けてワークＷの様々な位置（例えば、中央部と外周部）でのワークＷの厚みを計測するようにすることもできる。この場合、例えば各孔１０に対応する位置にワーク厚み計測器１２を設けることができる。その他、種々の変形が可能である。

１ 両面研磨装置
２ 上定盤
３ 下定盤
４ 回転定盤
５ サンギア
６ インターナルギア
７ 研磨パッド
８ 保持孔
９ キャリアプレート
１０ 孔
１１ 穴
１２ ワーク厚み計測器
１３ 凹部
１４ 窓材
１５ 接着層
１６ 上側面
Ｗ ワーク（ウェーハ）

Claims (3)

1. 上定盤及び下定盤を有する回転定盤と、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ワークを保持する１つ以上の保持孔が設けられたキャリアプレートと、を備え、前記上定盤の下面及び前記下定盤の上面に研磨パッドがそれぞれ貼布された、ワークの両面研磨装置であって、
   前記上定盤又は前記下定盤は、該上定盤又は該下定盤の上面から下面まで貫通した１つ以上の孔を有し、
   前記研磨パッドは、前記孔に対応する位置に穴が設けられ、
   前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの厚さを前記１つ以上の孔及び穴からリアルタイムで計測可能な、ワーク厚み計測器をさらに備え、
   前記孔により区画される前記上定盤の側壁の底部、又は、前記孔により区画される前記下定盤の側壁の頂部に凹部が設けられ、
   前記凹部に、径が前記孔の径及び前記穴の径より大きい窓材を配置し、
   前記窓材は、該窓材の一方側の面が、接着層を介して、前記上定盤に設けた前記凹部により区画される上側面又は前記下定盤に設けた前記凹部により区画される下側面に固着され、
   前記窓材の他方側の面の端部が、前記研磨パッドの上面又は下面で直接覆われることを特徴とする、ワークの両面研磨装置。
2. 前記窓材の径は、前記凹部と前記孔とがなす空洞部分の径に等しい、請求項１に記載のワークの両面研磨装置。
3. 前記凹部の高さは、前記窓材の厚さと前記接着層の厚さとの和に等しい、請求項１又は２に記載のワークの両面研磨装置。

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