JP6743746B2 - ウェーハの両面研磨装置および両面研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハの両面研磨装置および両面研磨方法に関する。

半導体デバイスの製造においては、面取り、エッチング、表面研削等の処理を施したウェーハの表裏面を滑らかにするために、この表裏面を同時に研磨する両面研磨工程が採用されている。そして、半導体デバイスは、研磨後のウェーハあるいは研磨後のウェーハにエピタキシャル成長等の処理を施したエピタキシャルウェーハをデバイス形成用ウェーハとして、これにデバイス形成処理を施すことにより製造される。

上記両面研磨工程は、一般的に、ウェーハを保持する孔が設けられたキャリアプレートを上下定盤の間に有する両面研磨装置を用い、このキャリアプレートの保持孔にウェーハを保持し、研磨スラリーを供給しながら上下定盤を回転させることにより、上下定盤に貼付した研磨パッドとウェーハの表裏面とを摺動させて、ウェーハの両面を同時に研磨することによって行われる。研磨時間は、目標形状のウェーハの中心厚みと研磨前のウェーハの中心厚みとの差から、研磨前に予め研磨量を求めることによって適宜調整される。このような両面研磨装置において、特許文献１には、研磨スラリーを上定盤の中心部から圧送して、上下定盤間に供給する技術が記載されている。

特開２０１５−９８０６５号公報

両面研磨工程では、複数のウェーハを同時に両面研磨する処理を繰り返すバッチ処理が一般的に採用されている。この両面研磨工程では、以下の理由から、研磨時間を調整することによって研磨後のウェーハの中心厚みを所望厚みにするだけでは不十分であり、研磨後のウェーハのグローバル形状を所望形状に制御することが求められている。なお、本明細書における「グローバル形状」とは、ウェーハ表面の全面に関する大域的な形状を意味し、例えばＳＦＱＲ（Site front least squares range）等によって表わされるウェーハ表面の局所領域内での形状を意味するものではない。

デバイス形成用ウェーハのグローバル形状は、デバイス形成領域を広く確保する観点から平坦形状にすることが求められる。しかしながら、研磨直後のウェーハのグローバル形状は、必ずしも平坦形状には限られず、凹形状あるいは凸形状にすることが必要な場合もある。例えば、デバイス形成用ウェーハをエピタキシャルウェーハとする場合には、以下の理由から研磨直後のウェーハのグローバル形状を凸形状とする必要がある。ウェーハの中心部と外周部とでのエピタキシャル成長速度の違いに起因して、ウェーハの外周部のほうが中心部に比べてエピタキシャル層が多く堆積する傾向がある。そのため、研磨直後のウェーハのグローバル形状が凸形状になっていなければ、デバイス形成用ウェーハとなるエピタキシャルウェーハのグローバル形状が平坦形状にならないからである。一方で、デバイス形成用ウェーハをポリッシュドウェーハとする場合には、研磨直後のウェーハのグローバル形状を平坦形状とすることが求められる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、目標形状のウェーハの中心厚みと研磨前のウェーハの中心厚みとの差から求められる目標の研磨量に基づいて研磨時間が決定されるので、ウェーハの中心厚みの制御にとどまり、ウェーハのグローバル形状までは細かく制御することができない。しかも、本発明者らの検討によれば、このグローバル形状は、様々な外乱の影響で、バッチ間でばらついてしまうことが判明した。外乱としては、例えば、研磨パッドの摩耗、リンス水等の混入による研磨スラリーの濃度変化、研磨時の摩擦熱による上下定盤の温度変化に起因する上下定盤の形状変化、摩耗によるキャリアプレートの形状変化が挙げられる。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、研磨後のウェーハのグローバル形状のバッチ間でのばらつきを抑制することができるウェーハの両面研磨装置および両面研磨方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、研磨スラリーを上定盤の中心部から圧送して上下定盤間に供給する場合、ウェーハのグローバル形状を研磨スラリーの流量の調整によって制御できることを見出した。すなわち、研磨スラリーの流量が多いと、ウェーハのグローバル形状は全体的に凸形状になり、研磨スラリーの流量が少ないと、ウェーハのグローバル形状は全体的に凹形状になることを見出した。しかしながら、前述のように、ウェーハのグローバル形状は、様々な外乱の影響を受けるので、研磨スラリーの流量とウェーハのグローバル形状との間には、１対１の対応関係は存在しないことが分かった。そこで、研磨スラリーの流量に対してフィードバック制御を行うことが必要であることを認識するに至った。

本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
[１]上定盤およ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、ウェーハを保持する１つ以上の保持孔を有するキャリアプレートと、を備えるバッチ処理方式のウェーハの両面研磨装置であって、
研磨スラリーの流量を調整する流量調整弁を有し、かつ、前記流量調整弁により流量が調整された前記研磨スラリーを前記上定盤の中心部から圧送して、前記上定盤と前記下定盤との間に供給する圧送供給部と、
研磨後の前記ウェーハの形状に関するパラメータを測定する測定部と、
前記パラメータの測定値を目標値と比較し、前記比較の結果に基づいて、次バッチでの前記研磨スラリーの流量を決定し、決定した流量となるように、前記流量調整弁の開閉を制御する制御部と、
をさらに備えることを特徴とするウェーハの両面研磨装置。

[２]前記パラメータは、前記ウェーハの中心厚みＴ_ｃ、平均厚みＴ_ａ、及びＧＢＩＲであり、前記目標値は、目標ＧＢＩＲである、上記[１]に記載のウェーハの両面研磨装置。

[３]前記制御部は、下記条件（Ａ）及び（Ｂ）に従って、補正ＧＢＩＲを算出し、下記（１）式で定義される形状ズレ量Ｘを算出し、さらに、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲内である場合には、前記流量を変化させないと決定し、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ前記形状ズレ量Ｘが正である場合には、前記流量を下げると決定し、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ前記形状ズレ量Ｘが負である場合には、前記流量を上げると決定する、上記[２]に記載のウェーハの両面研磨装置。
記
（Ａ）：Ｔ_ｃ≧Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝＋１×ＧＢＩＲとする。
（Ｂ）：Ｔ_ｃ＜Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝−１×ＧＢＩＲとする。
Ｘ＝補正ＧＢＩＲ−目標ＧＢＩＲ・・・（１）

[４]上定盤およ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、ウェーハを保持する１つ以上の保持孔を有するキャリアプレートと、を備えるバッチ処理方式のウェーハの両面研磨装置を用いたウェーハの両面研磨方法であって、
研磨スラリーを前記上定盤の中心部から圧送して、前記上定盤と前記下定盤との間に所定流量下で供給して、前記保持孔に収容したウェーハの両面を研磨する工程と、
研磨した前記ウェーハの形状に関するパラメータを測定する工程と、
前記パラメータの測定値を目標値と比較する工程と、
前記比較の結果に基づいて、次バッチでの前記研磨スラリーの流量を決定する工程と、
決定した前記研磨スラリーの流量下で、次バッチの両面研磨を実施する工程と、を有することを特徴とするウェーハの両面研磨方法。

[５]前記パラメータは、前記ウェーハの中心厚みＴ_ｃ、平均厚みＴ_ａ、及びＧＢＩＲであり、前記目標値は、目標ＧＢＩＲである、上記[４]に記載のウェーハの両面研磨方法。

[６]前記比較する工程では、下記条件（Ａ）及び（Ｂ）に従って、補正ＧＢＩＲを算出し、かつ、下記（１）式で定義される形状ズレ量Ｘを算出し、
前記決定する工程では、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲内である場合には、前記流量を変化させないと決定し、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ前記形状ズレ量Ｘが正である場合には、前記流量を下げると決定し、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ前記形状ズレ量Ｘが負である場合には、前記流量を上げると決定する、上記[５]に記載のウェーハの両面研磨方法。
記
（Ａ）：Ｔ_ｃ≧Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝＋１×ＧＢＩＲとする。
（Ｂ）：Ｔ_ｃ＜Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝−１×ＧＢＩＲとする。
Ｘ＝補正ＧＢＩＲ−目標ＧＢＩＲ・・・（１）

本発明によれば、研磨後のウェーハのグローバル形状のバッチ間でのばらつきを抑制することができるウェーハの両面研磨装置および両面研磨方法を提供することができる。

本発明の一実施形態によるウェーハの両面研磨装置１００を示す模式図である。 本発明の一実施形態によるウェーハの両面研磨方法のフローチャートである。 （Ａ）は、研磨スラリーの流量が少ないときの上定盤２の形状を示し、（Ｂ）は、研磨スラリーの流量が多いときの上定盤２の形状を示す模式図であり、（Ｃ）は、本発明の一実施形態によるウェーハの両面研磨装置１００を、上定盤２を外した状態で真上から眺めた平面図である。 発明例および比較例について、研磨直後のウェーハのグローバル形状のバッチ間でのばらつきを比較するグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の一実施形態によるウェーハの両面研磨装置１００を説明する。両面研磨装置１００は、上定盤２および下定盤４を有する回転定盤６と、回転定盤６の中心部に設けられたサンギア８と、回転定盤６の外周部に設けられたインターナルギア１０と、上定盤２と下定盤４との間に設けられ、ウェーハを保持する１つ以上の保持孔（不図示）を有するキャリアプレート１２と、を備えている。なお、回転定盤６は、回転駆動機構（不図示）に接続しており、この回転駆動機構を後述する制御部３０によって制御することにより、両面研磨の開始及び終了が制御される。また、上定盤２の下面および下定盤４の上面には、それぞれ研磨パッド（不図示）が貼付されている。

また、上定盤２の下面の中央部には図１に示すように凹部が設けられており、この凹部とサンギア８との間は密閉された構造となっている。また、サンギア８と下定盤４とはそれぞれ独立に回転するが、サンギア８と下定盤４との間の隙間はシールされ、研磨スラリーが漏れない構造となっている。この構造は、サンギアと下定盤との間に開口部が形成され、かつ上定盤の中心部から圧送された研磨スラリーが上記開口部から漏れる構造となっている、いわゆる遊星運動式の両面研磨装置とは異なる構造である。

また、両面研磨装置１００は、図１に示すように研磨スラリーを上定盤２の中心部から圧送して、上定盤２と下定盤４との間に供給する圧送供給部１４を備える。この圧送供給部１４は、ポンプ作用により研磨スラリーを所定の圧力で圧送するスラリー供給ポンプ１６と、スラリー供給ポンプ１６によって圧送された研磨スラリーが通過する圧送用供給配管１８と、圧送用供給配管１８に取り付けられ、研磨スラリーの流量を調整する流量調整弁２０と、圧送用供給配管１８に接続され、上定盤２の中心部を貫通する圧送用供給ノズル２２とを有する。そして、この圧送用供給ノズル２２は、サンギア８の上方に設けられている。なお、流量調整弁２０の開閉は、後述する制御部３０によって制御される。

図１を参照して、両面研磨装置１００は、さらに入力部２４、記憶部２６、測定部２８、及び制御部３０を備えている。

入力部２４は、キーボード等の入力デバイスを有している。記憶部２６は、ハードディスク、ＲＯＭ又はＲＡＭを用いて実現することができる。測定部２８は、分光干渉変位装置を用いて実現することができ、ウェーハの形状に関するパラメータである中心厚みＴ_ｃ、平均厚みＴ_ａ、及びＧＢＩＲを測定する。制御部３０は、コンピュータ内部の中央演算処理装置（ＣＰＵ）によって実現することができる。

なお、本明細書における「ＧＢＩＲ」とは、ＳＥＭＩ規格により定義されるＧＢＩＲとは異なり、研磨後のウェーハの直径方向に沿ってウェーハ中心を含むように１００μｍピッチで測定されたウェーハの厚み分布から特定される最小厚み（Ｔ_ｍｉｎ）と最大厚み（Ｔ_ｍａｘ）とを用いて、ＧＢＩＲ＝Ｔ_ｍａｘ−Ｔ_ｍｉｎにより定義される量である。このＧＢＩＲは、ウェーハのグローバル形状の凹凸の大きさと関係している。すなわち、ウェーハのグローバル形状の凹凸が大きいほど、ウェーハ表面の形状は、より凹またはより凸となっており、ＧＢＩＲの値は大きくなる。また、本明細書における「平均厚みＴ_ａ」とは、ウェーハの直径方向にわたる上記厚み分布の平均値を意味する。また、本明細書における「中心厚みＴ_ｃ」とは、上記厚み分布のうちウェーハの中心での厚みを意味する。

以下では、図１及び図２を参照して、この両面研磨装置１００により行うことが可能なウェーハの両面研磨方法の一例を説明する。

図１及び図２を参照して、バッチ処理が開始すると、入力部２４に目標のグローバル形状としての目標ＧＢＩＲと、研磨スラリーの流量の初期値とを入力する（ステップＳ１）。入力された研磨スラリーの流量の初期値は、入力部２４から制御部３０に送信され、流量調整弁２０の開閉の制御に用いられる。また、入力された目標ＧＢＩＲと研磨スラリーの流量の初期値とは、記憶部２６に格納される。

本明細書における「目標ＧＢＩＲ」とは、目標形状のウェーハの凹凸形状を考慮して、以下のように設定される値である。まず、目標形状のウェーハが凹形状であるとは、目標形状のウェーハの中心厚み（Ｔ_ｃ）が平均厚み（Ｔ_ａ）未満であることを意味し、目標形状のウェーハが凸形状であるとは、目標形状のウェーハの中心厚み（Ｔ_ｃ）が平均厚み（Ｔ_ａ）以上であることを意味する。ここで、ＧＢＩＲは、ウェーハのグローバル形状の凹凸の大きさと関係しているが、ウェーハのグローバル形状が凹形状であるか凸形状であるかという情報までは有していない。そこで、目標形状のウェーハのＧＢＩＲに対して、目標形状が凸形状であるならば＋１を、目標形状が凹形状であるならば−１を乗じた値を「目標ＧＢＩＲ」とすることによって、凹形状か凸形状かということも区別してウェーハの目標形状を設定する。

研磨スラリーの流量の初期値は、５Ｌ／ｍｉｎ以上９Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。５Ｌ／ｍｉｎ以上であれば、研磨スラリーに含まれ緩衝材の役割を果たす砥粒の量を十分に確保することができるので、ウェーハ表面での傷の発生やウェーハの破損を抑制することができる。９Ｌ／ｍｉｎ以下であれば、研磨パッド上の研磨スラリー量過多によって生じる過剰なクーラント効果に伴うパッド上の研磨温度の低下とそれによる研磨レートの低下を防止することができる。

次に、図２を参照して、ウェーハの両面研磨を行う（ステップＳ２）。具体的には、図１も参照して、ウェーハを保持する１つ以上の保持孔が設けられたキャリアプレート１２にウェーハを保持し、ウェーハを上定盤２および下定盤４からなる回転定盤６で挟み込み、回転定盤６の中心部に設けられたサンギア８の回転と、回転定盤８の外周部に設けられたインターナルギア１０の回転とにより、回転定盤８とキャリアプレート１２とを相対回転させて、ウェーハの両面を研磨することができる。研磨スラリーの供給は、研磨スラリーを圧送供給部１４によって圧送して上定盤２と下定盤４との間に所定流量下で供給することにより行う。ここで、１バッチ目の研磨スラリーについては、ステップＳ１で入力した初期値の流量下で供給されるように、制御部３０が流量調整弁２０の開閉の制御を行うことによって調整する。２バッチ目以降の研磨スラリーは、後述するステップＳ９にて制御された流量下で供給される。なお、各バッチでの研磨スラリーの流量は、記憶部２６に格納される。

また、研磨時間は、研磨レートと研磨取り代とを考慮して適宜好適に決定することができる。例えば、直径３００ｍｍのウェーハの場合には、研磨レートを０．５μｍ／ｍｉｎとすることができる。また、研磨取り代は、研磨前のウェーハの中心厚みとキャリアプレートの厚みとの差を考慮する、いわゆるキャリア定寸の技術により適宜決定することができる。ここで、研磨を進めて、ウェーハの中心厚みがキャリアプレートの厚みより小さくなる状態が続くほど、ウェーハのグローバル形状は凹形状に近づく。これは、キャリアプレートがストッパーとなることで、ウェーハの外周におけるウェーハと研磨パッドとの接触が弱まり、ウェーハに対する研磨パッドの面圧がウェーハの外周に向かうほど小さくなるからである。

次に、図１及び図２を参照して、測定部２８としての分光干渉変位装置は、両面研磨の終了の情報を制御部３０から受信すると、研磨したウェーハの形状に関するパラメータである中心厚みＴ_ｃ、平均厚みＴ_ａ、及びＧＢＩＲを測定する（ステップＳ３）。具体的には、ウェーハのおもて面の形状を測定する第１センサ部と、第１センサ部に対向するように設けられ、かつウェーハの裏面の形状を測定する第２センサ部と、演算部とを有する分光干渉変位装置によって以下の測定を行う。両面研磨装置１００内に設けられたロボット（不図示）によりウェーハをキャリアプレート１２から取り出す。その後、分光干渉変位装置が備える第１センサ部及び第２センサ部が、ウェーハの表裏面の測定箇所に広域波長帯域の光を照射するとともに、上記測定箇所で反射した反射光を受ける。その後、各センサ部で受けた反射光を演算部が解析し、上記測定箇所におけるウェーハの厚みを算出する。このような測定を、上記ロボットによって第１センサ部と第２センサ部との間でウェーハを直径方向に沿って移動させながら繰り返す。これによりＧＢＩＲ、中心厚みＴ_ｃ、及び平均厚みＴ_ａが測定される。これらパラメータの測定値は、制御部３０へ送信され、後述する次バッチでの研磨スラリーの流量の決定に用いられる。また、この測定値を記憶部２６に格納してもよい。

図３（Ｃ）も参照して、両面研磨装置１００は５枚のキャリアプレート１２を有しているので、１バッチ当たり５枚のウェーハＷが両面研磨されるが、上記測定は、その中の少なくとも１枚のウェーハＷについて行う。ウェーハのグローバル形状のバッチ間でのばらつきをより抑制する観点から、各バッチで研磨される全てのウェーハに対して上記測定を行うことが好ましい。

次に、図１を参照して、上記測定が終了すると、制御部３０は、測定部２８から上記パラメータの測定値を受信し、また、記憶部２６からそのバッチにおける目標ＧＢＩＲ及び研磨スラリーの流量を読み出す。図２も参照して、制御部３０は、上記パラメータの測定値を目標ＧＢＩＲと比較し、形状ズレ量Ｘを算出する（ステップＳ４）。続いて、制御部３０は、次バッチでの研磨スラリーの流量を決定する（ステップＳ５〜Ｓ８）。以下では、ステップＳ４〜Ｓ８の一連の制御の方法を詳細に説明する。

測定したＧＢＩＲは、ウェーハのグローバル形状が凹形状であるか凸形状であるかという情報を有していない。そこで、ＧＢＩＲに対して、以下の補正を行うことで、ウェーハのグローバル形状が凹形状であるか凸形状であるかという情報を有する補正ＧＢＩＲを算出する。図１を参照して、まず、制御部３０は、測定部２８から中心厚みＴ_ｃ、平均厚みＴ_ａ、ＧＢＩＲの測定値を受信すると、これらの測定値に対して、以下の条件（Ａ）及び（Ｂ）に従って、補正ＧＢＩＲを算出する。
（Ａ）：Ｔ_ｃ≧Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝＋１×ＧＢＩＲとする。
（Ｂ）：Ｔ_ｃ＜Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝−１×ＧＢＩＲとする。

次に、上記補正が終了すると、研磨後のウェーハのグローバル形状が目標形状からどの程度ずれているのかを表わす指標として、形状ズレ量Ｘを算出する。具体的には、制御部３０は、補正ＧＢＩＲと目標ＧＢＩＲとを比較して、以下の（１）式により定義される形状ズレ量Ｘを算出する（ステップＳ４）。

Ｘ＝補正ＧＢＩＲ−目標ＧＢＩＲ・・・（１）

次に、形状ズレ量Ｘの算出が終了すると、制御部３０は、形状ズレ量Ｘの値に応じて（ステップＳ５）、以下のようにして次バッチでの研磨スラリーの流量を決定する。すなわち、制御部３０は、形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲内である場合には、研磨後のウェーハのグローバル形状が目標形状であるとみなすことができる。そこで、次バッチでの研磨スラリーの流量を前バッチでの研磨スラリーの流量から変化させないと決定する（ステップＳ６）。形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ形状ズレ量Ｘが正である場合には、研磨後のウェーハのグローバル形状が目標形状よりも凸であることを意味する。そこで、次バッチでの研磨スラリーの流量を前バッチでの研磨スラリーの流量から下げると決定する（ステップＳ７）。これにより次バッチでの研磨後のウェーハのグローバル形状が目標形状に近づくように制御される。また、形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ形状ズレ量Ｘが負である場合には、研磨後のウェーハのグローバル形状が目標形状よりも凹であることを意味する。そこで、次バッチでの研磨スラリーの流量を前バッチでの研磨スラリーの流量から上げると決定する（ステップＳ８）。これにより次バッチでの研磨後のウェーハのグローバル形状が目標形状に近づくように制御される。なお、ウェーハのグローバル形状を研磨スラリーの流量の調整によって制御できる作用については、後述する。ここで、上記の所定の範囲については、研磨後のウェーハが供されるデバイス形成処理に応じて適宜好適に設定することができる。

上記流量をどの程度増減させるかについては、研磨後のウェーハのグローバル形状がどの程度目標形状から離れているかを考慮して決定することができ、目標形状からのずれが大きいほど変化させる研磨スラリーの流量は多くなるように決定する。ここで、記憶部２６には、形状ズレ量と研磨スラリーの流量変化量とが関連付けられた流量テーブルが予め格納されており、制御部３０は、上記測定が終了すると、記憶部２６からこの流量テーブルも読み出す。制御部３０がこの流量テーブルからステップＳ４で算出した形状ズレ量Ｘに対応する研磨スラリーの流量変化量を特定する。このようにして、上記流量をどの程度増減させるかを求めることができるのである。研磨スラリーの流量の変化量は、０．１Ｌ／ｍｉｎ以上１．０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。０．１Ｌ／ｍｉｎ以上であれば、研磨スラリーの流量制御の効果を得ることができ、１．０Ｌ／ｍｉｎ以下であれば、研磨パッド表面の温度の変動を抑制することができるので、研磨レートの変動を抑制することができるからである。また、次バッチでの研磨スラリーの流量は、記憶部２６に格納される。

次に、図１及び図２を参照して、制御部３０は、次バッチでの研磨スラリーの流量の決定が終了すると、決定した流量となるように、流量調整弁２０の開閉を制御し（ステップＳ９）、上記決定した研磨スラリーの流量下で、次バッチの両面研磨が再度ステップＳ２から開始する。従って、２バッチ目以降は、形状ズレ量Ｘ、すなわち前バッチでのウェーハのグローバル形状の目標形状からのずれに基づいて、研磨スラリーの流量が補正される。このようにして、２バッチ目以降の研磨スラリーの流量に対してフィードバック制御が行われるのである。

以下、本発明の作用効果について説明する。本発明では、研磨スラリーの流量を調整することで、ウェーハのグローバル形状を制御し、しかも、研磨スラリーの流量に対してフィードバック制御を行うことに技術的意義が存在する。

まず、図１及び図３（Ａ），（Ｂ）を参照して、ウェーハのグローバル形状を研磨スラリーの流量の調整によって制御できることを以下に説明する。図１を参照して、両面研磨装置１００は、定常状態において上定盤２が下定盤４に対して平行になるように構成されている。そして、スラリー供給ノズル２２から圧送する研磨スラリーの流量を変化させることで、上定盤２の形状は図３（Ａ），（Ｂ）に示すように変化する。ここで、図３（Ａ），（Ｂ）における矢印は、スラリー供給ノズル２２から流出する研磨スラリーの流路を示し、矢印の本数は研磨スラリーの流量の多少を表わす。図３（Ａ）に比べて研磨スラリーの流量が多い図３（Ｂ）では、上定盤２の中心部における研磨スラリーの背圧が高くなる。また、この両面研磨装置１００では、サンギア８と下定盤４との間の隙間はシールされ、研磨スラリーが漏れない構造となっている。従って、研磨スラリーの流量が増加するにつれ、上定盤２の中心部の位置は、図３（Ａ）から図３（Ｂ）の状態に変化し、鉛直方向上向きに持ち上がる。その結果、キャリアプレート１２のインターナルギア１０側への上定盤２の当たりが強くなる。ここで、図３（Ｃ）に示すようにウェーハＷは、キャリアプレート１２に対して偏心するように保持されている。従って、回転定盤６とキャリアプレート１２とを相対回転させてウェーハＷを両面研磨すると、ウェーハＷの外周部は、中心部に比べて多く研磨される。そのためウェーハのグローバル形状は全体的に凸形状になるのである。なお、この凸の大きさは、上述の当たりが強いほど大きくなる。一方で、研磨スラリーの流量が少ないほど、上記外当たりが弱くなり、ウェーハＷの内周部と外周部との研磨量の相対的な差が小さくなるので、ウェーハのグローバル形状は凸形状になりにくく、同一の研磨時間でも全体的にフラットな形状から凹形状になるのである。

しかしながら、上記のような制御だけでは、様々な外乱の影響により、ウェーハのグローバル形状は、バッチ間でばらついてしまう。すなわち、様々な外乱の影響により、研磨スラリーの流量とウェーハのグローバル形状との間には、１対１の対応関係が存在しない。そこで、本発明では、次バッチでの研磨スラリーの流量に、前バッチで研磨されたウェーハのグローバル形状の目標形状からのずれを考慮した補正を行うことで、研磨スラリーの流量に対してフィードバック制御を行っている。これにより、本発明では、様々な外乱が存在しても、フィードバック制御を行わない場合に比べて、研磨後のウェーハのグローバル形状のバッチ間でのばらつきを抑制することができるのである。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

（発明例）
本発明の効果を確かめるため、発明例として、図１に示す両面研磨装置１００および図２に示す両面研磨方法を用いて、バッチ毎に既述方法で補正ＧＢＩＲを算出することにより、研磨後のウェーハのグローバル形状のバッチ間でのばらつきを評価した。

上記評価においては、以下の条件を採用した。目標ＧＢＩＲは−０．１７μｍとし、研磨スラリーの流量の初期値は７．０Ｌ／ｍｉｎとした。また、２バッチ目以降の研磨スラリーの流量変化量については、表１に従って制御した。また、いずれのバッチにおいても、キャリア定寸時の研磨時間は、研磨レート０．５μｍ／ｍｉｎと、目標形状の中心厚みから求まる研磨取り代とを考慮して適宜調整した。なお、キャリア定寸後の研磨時間は一定とした。また、研磨パッドは、発泡ウレタン研磨パッドとし、研磨スラリーは、シリカ砥粒を含むアルカリ性の研磨スラリーとした。上下定盤の回転数は、３０ｒｐｍとし、加工面圧は３００ｇ／ｃｍ^２とした。上下定盤の直径は、１５００ｍｍとし、ウェーハの直径は３００ｍｍとした。研磨後のウェーハの中心厚みＴ_ｃ、平均厚みＴ_ａ、及びＧＢＩＲの測定は、各バッチで１枚のウェーハに対して行い、分光干渉変位装置を用いて既述の方法により測定した。

（比較例）
比較例として、発明例のような機能を有する入力部２４、記憶部２６、測定部２８、及び制御部３０を有しない従来の両面研磨装置を用いて、同様の評価を行った。すなわち、比較例においては、研磨スラリーの流量に対して本発明のようなフィードバック制御を行わず、研磨スラリーの流量は、各バッチで一定の７．０Ｌ／ｍｉｎとした。

（評価結果）
図４に示すように、比較例ではフィードバック制御を行わなかったため、バッチによっては、補正ＧＢＩＲが目標ＧＢＩＲから±０．０７５μｍの範囲（図４にて鎖線で示す）を外れることがあった。これに対して、発明例では、いずれのバッチにおいても、補正ＧＢＩＲが目標ＧＢＩＲから±０．０７５μｍの範囲内となった。従って、研磨スラリーの流量に対してフィードバック制御を行うことにより、フィードバック制御を行わないときに比べて、研磨後のウェーハのグローバルのバッチ間でのばらつきを抑制することができた。なお、バッチ処理中、補正ＧＢＩＲの目標ＧＢＩＲからのずれが常に０．０７５μｍの範囲内にあれば、一定の品質で両面研磨することができているといえる。

本発明によれば、研磨後のウェーハのグローバル形状のバッチ間でのばらつきを抑制することができるウェーハの両面研磨装置および両面研磨方法を提供することができる。

１００ 両面研磨装置
２ 上定盤
４ 下定盤
６ 回転定盤
８ サンギア
１０ インターナルギア
１２ キャリアプレート
１４ 圧送供給部
１６ スラリー供給ポンプ
１８ 圧送用供給配管
２０ 流量調整弁
２２ 圧送用供給ノズル
２４ 入力部
２６ 記憶部
２８ 測定部
３０ 制御部
Ｗ ウェーハ

Claims (6)

1. 上定盤およ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、ウェーハを保持する１つ以上の保持孔を有するキャリアプレートと、を備えるバッチ処理方式のウェーハの両面研磨装置であって、
   研磨スラリーの流量を調整する流量調整弁を有し、かつ、前記流量調整弁により流量が調整された前記研磨スラリーを前記上定盤の中心部から圧送して、前記上定盤と前記下定盤との間に供給する圧送供給部と、
   研磨後の前記ウェーハの形状に関するパラメータを測定する測定部と、
   前記パラメータの測定値と研磨後の前記ウェーハの目標形状に関する目標値との比較に基づいて、研磨後の前記ウェーハの形状が、前記目標形状であるか、前記目標形状よりも凸であるか、または前記目標形状よりも凹であるかを判断し、研磨後の前記ウェーハの形状が前記目標形状である場合には、次バッチでの前記研磨スラリーの流量を変化させないと決定し、研磨後の前記ウェーハの形状が前記目標形状よりも凸である場合には、次バッチでの前記研磨スラリーの流量を下げると決定し、研磨後の前記ウェーハの形状が前記目標形状よりも凹である場合には、次バッチでの前記研磨スラリーの流量を上げると決定し、決定した流量となるように、前記流量調整弁の開閉を制御する制御部と、
   をさらに備えることを特徴とするウェーハの両面研磨装置。
2. 前記パラメータは、前記ウェーハの中心厚みＴ_ｃ、平均厚みＴ_ａ、及びＧＢＩＲであり、前記目標値は、目標ＧＢＩＲである、請求項１に記載のウェーハの両面研磨装置。
3. 前記制御部は、下記条件（Ａ）及び（Ｂ）に従って、補正ＧＢＩＲを算出し、下記（１）式で定義される形状ズレ量Ｘを算出し、さらに、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲内である場合には、前記流量を変化させないと決定し、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ前記形状ズレ量Ｘが正である場合には、前記流量を下げると決定し、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ前記形状ズレ量Ｘが負である場合には、前記流量を上げると決定する、請求項２に記載のウェーハの両面研磨装置。
   記
   （Ａ）：Ｔ_ｃ≧Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝＋１×ＧＢＩＲとする。
   （Ｂ）：Ｔ_ｃ＜Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝−１×ＧＢＩＲとする。
   Ｘ＝補正ＧＢＩＲ−目標ＧＢＩＲ・・・（１）
4. 上定盤およ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、ウェーハを保持する１つ以上の保持孔を有するキャリアプレートと、を備えるバッチ処理方式のウェーハの両面研磨装置を用いたウェーハの両面研磨方法であって、
   研磨スラリーを前記上定盤の中心部から圧送して、前記上定盤と前記下定盤との間に所定流量下で供給して、前記保持孔に収容したウェーハの両面を研磨する工程と、
   研磨した前記ウェーハの形状に関するパラメータを測定する工程と、
   前記パラメータの測定値と研磨した前記ウェーハの目標形状に関する目標値とを比較する工程と、
   研磨後の前記ウェーハの形状が、前記目標形状であるか、前記目標形状よりも凸であるか、または前記目標形状よりも凹であるかを判断する工程と、
   研磨後の前記ウェーハの形状が前記目標形状である場合には、次バッチでの前記研磨スラリーの流量を変化させないと決定し、研磨後の前記ウェーハの形状が前記目標形状よりも凸である場合には、次バッチでの前記研磨スラリーの流量を下げると決定し、研磨後の前記ウェーハの形状が前記目標形状よりも凹である場合には、次バッチでの前記研磨スラリーの流量を上げると決定する工程と、
   決定した前記研磨スラリーの流量下で、次バッチの両面研磨を実施する工程と、を有することを特徴とするウェーハの両面研磨方法。
5. 前記パラメータは、前記ウェーハの中心厚みＴ_ｃ、平均厚みＴ_ａ、及びＧＢＩＲであり、前記目標値は、目標ＧＢＩＲである、請求項４に記載のウェーハの両面研磨方法。
6. 前記比較する工程では、下記条件（Ａ）及び（Ｂ）に従って、補正ＧＢＩＲを算出し、かつ、下記（１）式で定義される形状ズレ量Ｘを算出し、
   前記決定する工程では、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲内である場合には、前記流量を変化させないと決定し、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ前記形状ズレ量Ｘが正である場合には、前記流量を下げると決定し、前記形状ズレ量Ｘの絶対値が所定の範囲を超え、かつ前記形状ズレ量Ｘが負である場合には、前記流量を上げると決定する、請求項５に記載のウェーハの両面研磨方法。
   記
   （Ａ）：Ｔ_ｃ≧Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝＋１×ＧＢＩＲとする。
   （Ｂ）：Ｔ_ｃ＜Ｔ_ａの場合、補正ＧＢＩＲ＝−１×ＧＢＩＲとする。
   Ｘ＝補正ＧＢＩＲ−目標ＧＢＩＲ・・・（１）

Images