JP7435113B2 - 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、本出願人により、上定盤（又は下定盤）に貫通孔を設け、測定機構を用いて、該貫通孔からワークの厚さを研磨中にリアルタイムで測定する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１９－１８１６３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、貫通孔を設けていることから、汚れが窓材の面上に付着する等して、測定精度が低下し、また、それを防止するためにクリーニングの必要が生じてランニングコストがかかってしまう、という問題があった。

そこで、本発明は、ワークの厚さの測定経路における汚れの付着を抑制することができる、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。
（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つ以上の孔が設けられたキャリアプレートと、を備えた、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つ以上の貫通孔を有し、
前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの厚さを前記１つ以上の貫通孔からリアルタイムで計測可能な、１つ以上のワーク厚さ計測器をさらに備え、
前記上定盤又は前記下定盤の、前記貫通孔により区画される内周面に、金属製の筒状部材が設けられ、
前記上定盤に設けられた前記筒状部材の下部に設けられた下側窓材、及び、前記上定盤に設けられた前記貫通孔の上側を覆うように設けられた上側窓材、又は、
前記下定盤に設けられた前記筒状部材の上部に設けられた上側窓材、及び、前記下定盤に設けられた前記貫通孔の下側を覆うように設けられた下側窓材をさらに備えていることを特徴とする、ワークの両面研磨装置。

（２）前記上定盤の上部に固定された上部部材、又は、前記下定盤の下部に固定された下部部材をさらに備えた、上記（１）に記載のワークの両面研磨装置。

（３）前記上部部材及び前記下部部材は、ＳＵＳ製である、上記（２）に記載のワークの両面研磨装置。

（４）前記上部部材の一部が、前記筒状部材の上面上に配置され、前記上側窓材は、前記上部部材に設けられ、又は、
前記下部部材の一部が、前記筒状部材の下面上に配置され、前記下側窓材は、前記下部部材に設けられている、上記（２）又は（３）に記載のワークの両面研磨装置。

（５）前記貫通孔と外部とを連通する１以上の通気口が設けられている、上記（１）～（４）のいずれかに記載のワークの両面研磨装置。

（６）前記下側窓材は、前記上定盤に設けられた前記筒状部材の下部に接着剤からなる接着層を用いて接着され、又は、
前記上側窓材は、前記下定盤に設けられた前記筒状部材の上部に接着剤からなる接着層を用いて接着されている、上記（１）～（５）のいずれかに記載のワークの両面研磨装置。

（７）前記上定盤の前記内周面に設けられた前記筒状部材の外周面に凹部が設けられ、該凹部にＯリングが配置され、又は、前記下定盤の前記内周面に設けられた前記筒状部材の外周面に凹部が設けられ、該凹部にＯリングが配置されている、上記（１）～（６）のいずれかに記載のワークの両面研磨装置。

本発明によれば、ワークの厚さの測定経路における汚れの付着を抑制することができる、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一例を示す図である。 図１の要部を示す図である。 本発明の他の実施形態にかかるワークの両面研磨装置の一例の要部を示す図である。

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一例を示す図である。図１に示すように、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及び下定盤３の研磨面である上面には、それぞれ研磨パッド７が貼付されている。

また、図１に示すように、この両面研磨装置１は、上定盤２と下定盤３との間に配置されたキャリアプレート９を備えており、このキャリアプレート９は、ワークＷを保持する１つ以上の保持孔８を有している。なお、図示例では、この両面研磨装置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を有していてもよい。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、この両面研磨装置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を公転及び自転させて遊星運動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に貼付した研磨パッド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。

さらに、図１に示すように、本実施形態の両面研磨装置１では、上定盤２は、該上定盤２の上面から研磨面である下面まで貫通した１つ以上の貫通孔１０が設けられている。図示例では、貫通孔１０は、保持孔８（ウェーハＷ）の中心付近を通過する位置に１つ配置されている。なお、この例では、貫通孔１０は、上定盤２に設けているが、下定盤３に設けてもよく、上定盤２及び下定盤３のいずれかに貫通孔１０を１つ以上設ければよい。また、図１に示す例では、貫通孔１０を１つ設けているが、上定盤２の例えば同一円周上に複数配置してもよい。ここで、図１に示すように、上定盤２に貼付した研磨パッド７にも、貫通孔１０に対応する位置に穴１１が貫通しており、上定盤２の上面から研磨パッド７の下面まで貫通した状態である。図示例では、穴１１の径は、貫通孔１０の径より大きくなっているが、小さくすることも、同じとすることもできる。

また、この貫通孔１０の上方には、ワーク厚さ計測器１２を備えており、ウェーハＷの両面研磨中に、ウェーハＷの厚さを貫通孔１０及び穴１１を介してリアルタイムに計測することが可能である。なお、ワーク厚さ計測器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。

図２は、図１の要部を示す図である。
図１、図２に示すように、本実施形態では、上定盤２の、貫通孔１０により区画される内周面２ａに、金属製（本例ではＳＵＳ製）の筒状部材１３が設けられている。本例では、筒状部材１３の外周面に（環状の）凹部１４が設けられ、該凹部１４に（例えばゴム製の）Ｏリング（環状のリング）１５が配置され、Ｏリング１５により上定盤２の内周面２ａと筒状部材１３との間が封止され、研磨スラリーの逆流が防止されている。

また、図１、図２に示すように、この両面研磨装置１は、上定盤２に設けられた筒状部材１３の下部に設けられた下側窓材１６をさらに備えている。図示例では、板状の下側窓材１６が、筒状部材１３の下端に環状に形成された凹部に配置されている。そして、下側窓材１６の上面と上記凹部により区画される筒状部材１３の下面とが、接着層１７によって接着されている。下側窓材１６は、例えば、透明なアクリル製のものとすることができる。接着層１７は、例えば、シリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤からなる接着層を用いることができる。

また、図１、図２に示すように、この両面研磨装置１は、上定盤２に設けられた貫通孔１０の上側を覆うように設けられた上側窓材１８をさらに備えている。図示例では、板状の上側窓材１８が、筒状部材１３の上端に環状に形成された凹部に配置されている。そして、上側窓材１８の下面と上記凹部により区画される筒状部材１３の上面との間にガスケット１９が配置され、後述の上部部材２０により押さえ込まれて上側窓材１８が固定されている。上側窓材１８は、例えば、透明なアクリル製のものとすることができる。ガスケット１９は、例えばゴム製のものとすることができ、ガスケット１９の厚さは特には限定されないが、例えば１．０～３．０ｍｍのものとすることができる。

また、図１、図２に示すように、本例では、上定盤２は、上部に上側に突出する突出部２ｂを有している。そして、この両面研磨装置１は、上定盤２の上部に固定された上部部材２０をさらに備えている。図示例では、上部部材２０は、上下方向に延在する部分２０ａと、（貫通孔１０の）径方向に延在する部分２０ｂとからなる。図示例では、上定盤２の突出部２ｂの外側側面（ボルト形状のネジ溝）と上記部分２０ａの内側側面（ナット形状のネジ溝）とが固定されている。図示例では、筒状部材１３は、上端に径方向外側に突出した部分１３ａを有しており、突出した部分１３ａと突出部２ｂとの間に配置されたワッシャー２１の厚さを調整することにより、上定盤２の下面と筒状部材１３の下面とを位置合わせしつつ、上定盤２の上部と上部部材２０との固定の強さを調整することができる。図１、図２に示すように、上部部材の一部（図示例では、部分２０ｂ）は、筒状部材１３の上面上に配置されている。上部部材２０は、特には限定されないが、例えばＳＵＳ製とすることができる。
以下、本実施形態の両面研磨装置の作用効果について説明する。

本実施形態の両面研磨装置１によれば、まず、上記の上定盤２の貫通孔１０、研磨パッド７の穴１１、下側窓材１６、上側窓材１８が設けられ、ワーク厚さ計測器１２を備えているため、ワーク厚さ計測器１２により、上側窓材１８、上定盤２の貫通孔１０、研磨パッド７の穴１１、下側窓材１６を介して、両面研磨中にリアルタイムでワーク（本例ではウェーハ）の厚さの計測を行うことができる。本実施形態の両面研磨装置１によれば、上側窓材１８が設けられているため、ワークの厚さの測定経路である下側窓材１６における汚れ（例えば塵等）の付着を抑制することができる。

さらに、本実施形態の両面研磨装置１によれば、上定盤２の、貫通孔１０により区画される内周面２ａに、金属製（本例ではＳＵＳ製）の筒状部材１３が設けられ、上定盤２に設けられた筒状部材１３の下部に設けられた下側窓材１６、及び、上定盤２に設けられた貫通孔１０の上側を覆うように設けられた上側窓材１８を設けている。このように、下側窓材１６及び上側窓材１８が、定盤にではなく、筒状部材１３に設けられていることから、窓材を交換することが容易であり、クリーニングのためのランニングコストを抑えることもでき、さらに、接着剤、例えばシリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤等の強力な接着剤を用いて研磨スラリーの逆流をより一層抑制し、また、窓材の剥離も抑制することができる。さらに、筒状部材１３は、金属製（本例ではＳＵＳ製）であるため、加工精度が良く、（例えば窓材を水平に配置するといったような）測定精度を向上させるような正確な加工が可能である。

図３は、本発明の他の実施形態にかかるワークの両面研磨装置の一例の要部を示す図である。この他の実施形態にかかる両面研磨装置は、基本構成は、図１に示した両面研磨装置と同様であるが、上側窓材１８が（筒状部材１３ではなく）上部部材２０に設けられている点、及び、貫通孔１０と外部とを連通する１以上の（図示例で１つの）通気口２２が（図示例では、上部部材２０に）設けられている点で、図１に示した両面研磨装置と異なっている。

図示例では、板状の上側窓材１８が、上部部材２０の上端に環状に形成された凹部に配置されている。上側窓材１８の下面と上記凹部により区画される上部部材２０（部分２０ｂ）の上面とが、接着層２３によって接着されている。図１の場合と同様に、上側窓材１８は、例えば、透明なアクリル製のものとすることができ、また、接着層２３は、例えば、シリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤からなる接着層を用いることができる。

この他の実施形態の両面研磨装置によっても、まず、上記の上定盤２の貫通孔１０、研磨パッド７の穴１１、下側窓材１６、上側窓材１８が設けられ、ワーク厚さ計測器１２を備えているため、ワーク厚さ計測器１２により、上側窓材１８、上定盤２の貫通孔１０、研磨パッド７の穴１１、下側窓材１６を介して、両面研磨中にリアルタイムでワーク（本例ではウェーハ）の厚さの計測を行うことができる。この他の実施形態の両面研磨装置１によっても、上側窓材１８が設けられているため、ワークの厚さの測定経路である下側窓材１６における汚れ（例えば塵等）の付着を抑制することができる。

さらに、図３に示した実施形態でも、下側窓材１６及び上側窓材１８が、定盤にではなく、筒状部材１３及び上部部材２０にそれぞれ設けられていることから、窓材を交換することが容易であり、クリーニングのためのランニングコストを抑えることもでき、さらに、接着剤、例えばシリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤等の強力な接着剤を用いて研磨スラリーの逆流をより一層抑制し、また、窓材の剥離も抑制することができる。さらに、筒状部材１３は、金属製（本例ではＳＵＳ製）であるため、加工精度が良く、（例えば窓材を水平に配置するといったような）測定精度を向上させるような正確な加工が可能である。

ところで、本発明者らが検討したところ、図１、図３に示したような、上側窓材１８及び下側窓材１６を有する構成においては、ワークの厚さの測定経路に曇りが発生するおそれがあることも判明した。これは、金属（ＳＵＳ）部材の熱伝導率が高く、また、上側窓材１６及び下側窓材１８で密閉された構造となっているため、両面研磨でワークと研磨パッドとが摺動することにより生じる熱が、貫通孔１０においてこもりやすいことに起因することが考えられた。
そこで、図３に示した実施形態にように、貫通孔１０と外部とを連通する１以上の通気口２２を設けることにより、曇りの原因となる蒸気等を通気口２２から逃がすことができ、また、そもそも熱がこもらないようにして曇りの発生自体を抑制することもできる。これにより、ワークの厚さの測定精度が低下してしまうのを抑制することができる。

ここで、両面研磨装置１は、上定盤２の上部に固定された上部部材２０、又は、下定盤３の下部に固定された下部部材をさらに備えていることが好ましい。図１～図３に示した例では、両面研磨装置１は、上定盤２の上部の突出部２ｂに固定された上部部材２０を備えている。このように上部部材２０（又は下部部材）を上定盤２の上部（又は下定盤３の下部）に固定することで、上側窓材１８（又は下側窓材１６）を取り外し可能であるようにしつつ、貫通孔の上側（又は下側）を覆うように設けることができる。なお、上記の例では、定盤と（上部又は下部）部材とを固定する手段としてボルトとナットを例示したが、定盤と（上部又は下部）部材とを、互いに嵌合する相補的な形状を有する他のものとすることもできる。また、上部部材及び下部部材は、ＳＵＳ製であることが好ましい。加工が容易であるからである。

また、上部部材２０の一部が、筒状部材１３の上面上に配置され、上側窓材１８は、上部部材に設けられ、又は、下部部材の一部が、筒状部材１３の下面上に配置され、下側窓材１６は、下部部材に設けられていることも好ましい。

また、貫通孔１０と外部とを連通する１以上の通気口２２が設けられていることが好ましい。貫通孔１０における曇りを防止することができるからである。なお、図３においては、上部部材２０に貫通孔２２を設けていたが、他の部材に設けても良く、例えば筒状部材１３に設けることもできる。また、図１に示した実施形態では、貫通孔１０を有していないが、この場合も例えば筒状部材１３等に貫通孔１０を設けることができる。

また、下側窓材１６は、上定盤２に設けられた筒状部材１３の下部に、接着剤（例えばシリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤）からなる接着層を用いて接着され、又は、上側窓材１８は、下定盤３に設けられた筒状部材１３の上部に、接着剤（例えばシリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤）からなる接着層を用いて接着されていることが好ましい。定盤に接着剤（特にシリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤等の強力な接着剤）を用いると、剥離の際の作業が非常に困難であるが、筒状部材であれば、接着剤（例えばシリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤）を用いても、剥離の際の作業性に大きな影響を与えずに済む。なお、シリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤としては、特には限定されないが、例えば、セメダイン社製のスーパーシールを例示することができる。あるいは、以下のように、接着剤を用いないこともできる。すなわち、特に筒状部材１３や上部部材２０（下部部材）がＳＵＳ製である場合には、加工が容易であるため、筒状部材１３や上部部材２０（下部部材）を例えば窓材との嵌合が可能となるように加工を施し、窓材と筒状部材や上部部材（下部部材）とを嵌合させることにより、窓材を固定しつつも、交換が容易な状態とすることもできる。

また、上定盤２の内周面に設けられた筒状部材１３の外周面に凹部１４が設けられ、該凹部にＯリング１５が配置され、又は、下定盤３の内周面に設けられた筒状部材１３の外周面に凹部１４が設けられ、該凹部１４にＯリング１５が配置されていることが好ましい。Ｏリング１５により定盤２（３）の内周面と筒状部材１３との間を封止して、研磨スラリーの逆流を防止することができるからである。

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。特に、図１～図３は、上定盤２に貫通孔１０を設ける場合について説明したが、下定盤３に貫通孔１０を設ける場合であっても同様に本発明を適用することができることが明らかである。一例を述べると、下定盤３の、貫通孔１０により区画される内周面に、金属製（例えばＳＵＳ製）の筒状部材１３が設けられていても良い。また、下定盤３に設けられた筒状部材１３の上部に設けられた上側窓材１８、及び、下定盤３に設けられた貫通孔１０の下側を覆うように設けられた下側窓材１６をさらに備えていても良い。また、下定盤３の下部に固定された下部部材をさらに備えていても良い。下部部材は、ＳＵＳ製であっても良い。下部部材の一部が、筒状部材１３の下面上に配置され、下側窓材１６は、下部部材に設けられていても良い。上側窓材１８は、下定盤に設けられた筒状部材１３の上部に、接着剤（例えばシリコーン系又は変成シリコーン系の接着剤）からなる接着層を用いて接着されていても良い。下定盤３の内周面に設けられた筒状部材１３の外周面に凹部１４が設けられ、該凹部１４にＯリング１５が配置されていても良い。

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：貫通孔、
１１：穴、
１２：ワーク厚さ計測器、
１３：筒状部材、
１４：凹部、
１５：Ｏリング、
１６：下側窓材、
１７：接着層、
１８：上側窓材、
１９：ガスケット、
２０：ワッシャー、
２１：上部部材、
２２：通気口、
２３：接着層

Claims (7)

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つ以上の孔が設けられたキャリアプレートと、を備えた、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つ以上の貫通孔を有し、
   前記ワークの両面研磨中に、前記ワークの厚さを前記１つ以上の貫通孔からリアルタイムで計測可能な、１つ以上のワーク厚さ計測器をさらに備え、
   前記上定盤又は前記下定盤の、前記貫通孔により区画される内周面に、金属製の筒状部材が設けられ、
   前記上定盤に設けられた前記筒状部材の下部に設けられた下側窓材、及び、前記上定盤に設けられた前記貫通孔の上側を覆うように設けられた上側窓材、又は、
   前記下定盤に設けられた前記筒状部材の上部に設けられた上側窓材、及び、前記下定盤に設けられた前記貫通孔の下側を覆うように設けられた下側窓材をさらに備えており、
   前記上側窓材と前記下側窓材とは、別部材であり、
   前記上側窓材と前記下側窓材との間に、前記貫通孔が位置することを特徴とする、ワークの両面研磨装置。
2. 前記上定盤の上部に固定された上部部材、又は、前記下定盤の下部に固定された下部部材をさらに備えた、請求項１に記載のワークの両面研磨装置。
3. 前記上部部材及び前記下部部材は、ＳＵＳ製である、請求項２に記載のワークの両面研磨装置。
4. 前記上部部材の一部が、前記筒状部材の上面上に配置され、前記上側窓材は、前記上部部材に設けられ、又は、
   前記下部部材の一部が、前記筒状部材の下面上に配置され、前記下側窓材は、前記下部部材に設けられている、請求項２又は３に記載のワークの両面研磨装置。
5. 前記貫通孔と外部とを連通する１以上の通気口が設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
6. 前記下側窓材は、前記上定盤に設けられた前記筒状部材の下部に接着剤からなる接着層を用いて接着され、又は、
   前記上側窓材は、前記下定盤に設けられた前記筒状部材の上部に接着剤からなる接着層を用いて接着されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。
7. 前記上定盤の前記内周面に設けられた前記筒状部材の外周面に凹部が設けられ、該凹部にＯリングが配置され、又は、前記下定盤の前記内周面に設けられた前記筒状部材の外周面に凹部が設けられ、該凹部にＯリングが配置されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のワークの両面研磨装置。

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