JPH04360763A - 両面研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板及び光学材
料基板等の平板状のワークの両面を研磨する装置に関す
る。

【０００２】近年、半導体素子はより微細化する傾向に
ある。半導体素子の微細化を図るには、ステッパ露光を
精度良く行う必要があり、このためには、シリコンウェ
ハの面内厚みばらつき（Ｔｏｔａｌ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓ
ｓ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）　　が１μｍ以下と非常に高
精度であることが要求される。 面内厚みばらつきとは、シリコンウェハの面内７０００
個所で測定した厚さのうち最大値から最小値を引いた値
である。

【０００３】シリコンウェハの研磨には、従来は片面づ
つ研磨する片面研磨が利用されていた。

【０００４】片面研磨によっては、上記の面内厚みばら
つきの精度を得ることは困難である。

【０００５】そこで、研磨は、片面研磨に比べて、面内
厚みばらつきを小さく抑えることが可能である、両面を
同時に研磨する両面研磨に移行しようとしている。

【０００６】そこで、両面研磨に関して、面内厚みばら
つきを１μｍ以下に抑えることを可能とする技術の開発
が求められている。

【０００７】

【従来の技術】図８，図９は、従来の面内研磨装置１を
示す。

【０００８】この装置１は、上下の研磨定盤２，３と、
太陽ギヤ４と、内歯車５と、キャリア６−１，６−２，
６−３とよりなる構成である。

【０００９】キャリア６−１は、図１０に拡大して示す
ように、円板形状であり、周囲にギヤ６−１ａ　を有し
、且つ、面内のうち中心０より外れた部位にシリコンウ
ェハを支持する開口６−１ｂ　，６−１ｃ，６−１ｄ　
を有する構成であり、ステンレス製又はガラスエポキシ
樹脂製である。

【００１０】他のキャリア６−２，６−３も、キャリア
６−１と同じ構成である。

【００１１】各キャリア６−１〜６−３は、太陽ギヤ４
と内歯車５とに噛合して、研磨定盤２，３の間に挟まれ
ている。

【００１２】両面が研磨されるシリコンウェハ７は、各
キャリア６−１〜６−３の各開口６−１ｂ　，６−１ｄ
　に嵌合した状態で研磨定盤２，３の間に挟まれている
。

【００１３】この状態で、研磨定盤２が矢印Ａ方向に、
研磨定盤３が矢印Ｂ方向に回転される。また、内歯車５
及び太陽ギヤ４が回転され、キャリア６−１〜６−３が
、矢印Ｃ方向に自転しながら矢印Ｂ方向に公転する。

【００１４】シリコンウェハ７はキャリア６−１〜６−
３と一体に複雑に移動し、この過程で、上面７ａ及び下
面７ｂが、研磨定盤２，３上の不織布製の研磨布２ａ，
３ａ及び加えられたコロイダルシリカを含むアルカリ液
からなる研磨剤によって、同時に数μｍ研磨される。

【００１５】こゝで、シリコンウェハ７は大口径化して
おり、径ｄ１　が８インチ（２００ｍｍ）となりつつあ
る。このため、キャリア６−１〜６−３の径ｄ２　は、
５００ｍｍにもなる。

【００１６】なお、シリコンウェハ７の研磨前の厚さｔ
１　は、６２５μｍであり、キャリア６−１〜６−３の
厚さｔ２　は４００μｍである。

【００１７】本発明者は、キャリアの厚みのばらつきと
、そのキャリアに支持されて研磨されたウェハの面内厚
みばらつきとの関係を調べたところ、図１１に示す結果
を得た。

【００１８】キャリアの厚みばらつきは、キャリアの厚
さを面内の１７点で測定し、その最大値から最小値を引
いた値である。

【００１９】図１１より、キャリアの厚みばらつきが小
さい方が、研磨後のシリコンウェハトの面内厚みばらつ
きが小さい傾向にあり、シリコンウェハの面内厚みばら
つきを１．０μｍ以下にするには、厚みばらつきが１０
μｍ以下のキャリアを使用する必要があることが分かる
。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】キャリア６−１〜６−
３は径が５００ｍｍと相当大きく、厚みばらつきを１０
μｍ以下のものを狙って作製することは現実には不可能
である（上記の実験で使用した厚みばらつきが１０μｍ
以下のキャリアは、大量に作製したものの中から選んだ
ものである）。

【００２１】従来の両面研磨装置１によって研磨した、
シリコンウェハの面内厚みばらつきの分布を棒グラフで
表わすと、図１２に示す如くになり、面内厚みばらつき
の平均は０．８４μｍとなり、面内厚みばらつきが１．
０μｍを越えるものも多く、全部のシリコンウェハの面
内厚みばらつきを要求される所望の値（１μｍ）以下に
抑えることは困難であった。

【００２２】本発明は、実質上環状であって、厚さを精
度良く定めうるサブキャリア部材によってシリコンウェ
ハを支持するようにして、シリコンウェハの面内厚みば
らつきを１μｍ以下に抑えることを可能にした両面研磨
装置を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上下
の研磨定盤の間に、平板状のワークが嵌合して支持され
たキャリアを挟み、太陽ギヤと内歯車の回転により、該
キャリアを自公転させて、該ワークの上面及び下面を研
磨する両面研磨装置において、該キャリアを、面内に、
上記ワークより一まわり大きい開口を有するメインキャ
リア部材と、内側に前記ワークを支持し、上記メインキ
ャリア部材の上記開口内に嵌合した実質上環状のサブキ
ャリア部材とよりなる構成としたものである。

【００２４】請求項２の発明は、請求項１のキャリアを
構成する該メインキャリア部材の厚さを、該サブキャリ
ア部材の厚さより厚く定めた構成としたものである。

【００２５】

【作用】請求項１の発明において、サブキャリア部材は
、外径が小さいため、従来のキャリアに比べて、厚さ精
度が向上する。

【００２６】サブキャリア部材は、このように厚さ精度
が高く且つワークの直ぐ周囲を占めることにより、研磨
されたワークの面内厚さばらつきを小さくするように作
用する。

【００２７】研磨されたワークの面内厚みばらつきの一
つの要因は、ワークの周辺部が薄くなるいわゆる縁だれ
である。

【００２８】請求項２の発明において、メインキャリア
部材の厚さをサブキャリア部材の厚さより厚く定めた構
成は、メインキャリア部材の厚みをワークの厚さ程度に
しても、ワークを研磨することが可能であり、メインキ
ャリア部材が厚いと研磨布の変形が小さいので、ワーク
が縁だれしないように作用する。

【００２９】

【実施例】図１，図２は本発明の一実施例の両面研磨装
置２０を示す。各図中、図８及び図９に示す構成部分と
対応する部分には同一符号を付す。

【００３０】２１−１〜２１−３は本発明の要部をなす
キャリアである。

【００３１】キャリア２１−１は、図３及び図４に示す
ように、メインキャリア部材２２とサブキャリア部材２
３−１〜２３−３とよりなる構成である。

【００３２】メインキャリア部材２２は、ステンレス鋼
製又はガラスエポキシ樹脂製であり、径ｄ３　が５００
ｍｍ，厚さｔ２　が５００μｍである。

【００３３】このメインキャリア部材２２は周囲にギヤ
２４を有し、面内には、中心０より偏倚した位置に、シ
リコンウェハ７より一まわり大きい径ｄ４　（約２５０
ｍｍ）の円形の開口２５〜２７が形成してある。

【００３４】サブキャリア部材２３−１〜２３−３は、
内側にシリコンウェハ７が嵌合し、且つ外側に上記開口
２５〜２７に嵌合しうる大きさの環状体である。厚さｔ
３　は４００μｍである。

【００３５】メインキャリア部材２２の厚みｔ２　は、
サブキャリア部材２３−１〜２３−３の厚さｔ３　より
１００μｍ厚い。

【００３６】サブキャリア部材２３−１〜２３−３は、
径ｄ５　が約２５０ｍｍであり、図１０に示す従来のキ
ャリア６−１の径５００ｍｍの半分と小さい。このため
、サブキャリア部材２３−１〜２３−３の厚さの精度は
±０．５μｍ以下に抑えられている。

【００３７】キャリア２１−１〜２１−３は、メインキ
ャリア部材２２の各開口２５〜２７にサブキャリア２３
−１〜２３−３が嵌合され、各サブキャリア部材２３−
１〜２３−３の内側にシリコンウェハ７が嵌合された状
態で、従来のキャリア６−１と同様に、太陽ギヤ４と内
歯車５とに噛合して、上下の研磨定盤２，３の間に挟ま
れ、太陽ギヤ４と内歯車５の回転によって自公転される
。

【００３８】各シリコンウェハ７は、直接的には、サブ
キャリア部材２３−１〜２３−３に支持されて、間接的
にはメインキャリア部材２２に支持されて、従来と同様
に複雑に移動し、同じく従来と同様に、上下の研磨定盤
２及び３によって上面７ａ，下面７ｂを同時に数μｍ研
磨される。

【００３９】研磨した２４枚のシリコンウェハの面内厚
みばらつきを測定し、その分布を棒グラフで表わすと、
図５に示す如くとなった。

【００４０】図５より分かるように、面内厚みばらつき
の平均は０．４８μｍとなって従来の約半分となり、面
内厚みばらつきが１．０μｍを越えるものは、零となる
。

【００４１】これにより、全部のシリコンウェハの面内
厚みばらつきが、要求される値である１μｍ以下に抑え
られる。

【００４２】このように、シリコンウェハの面内厚みば
らつきを１μｍ以下に抑えることが可能となったのは、
シリコンウェハの直ぐ周囲に位置するサブキャリア部材
２３−１〜２３−３の厚さ精度が±０．５μｍ以下と高
精度であり、シリコンウェハは実質上、このサブキャリ
ア部材２３−１〜２３−３によって支持されているよう
に挙動することによるものと考えられる。

【００４３】研磨されたワークの面内厚みばらつきの一
つの要因は、ワークの周縁部が薄くなる、いわゆる縁だ
れである。

【００４４】こゝで、メインキャリア部材２２の厚さは
、サブキャリア部材２３−１，２３−３より若干厚いた
め、研磨布の変形が小さく抑えられ、これによってシリ
コンウェハ７は周縁の縁だれを小さく抑えられる。

【００４５】また、サブキャリア部材２３−１〜２３−
３は、メインキャリア部材２２に対して装着脱可能でも
よく、且つ、メインキャリア部材２２に固定でもよい。

【００４６】装着脱可能の構成では、研磨時にサブキャ
リア部材自体が自転するようになる。

【００４７】固定した構成とすると、キャリア部材２２
の取扱いが容易となる。

【００４８】図６及び図７は、キャリアの変形例を示す
。

【００４９】このキャリア２１Ａは、メインキャリア部
材２２ａを六角形の開口２５Ａ〜２７Ａを有する形状と
し、サブキャリア部材２３Ａ−１〜２３Ａ−３を、外形
が六角形状である環状としたものである。

【００５０】サブキャリア部材２３Ａ−１〜２３Ａ−３
は、メインキャリア部材２２Ａの六角形の開口２５Ａ〜
２７Ａに嵌合している。

【００５１】サブキャリア部材２３Ａ−１〜２３Ａ−３
はその外径が比較的小さいため、その厚さ精度は、±０
．５μｍ以下と小さい。

【００５２】このキャリア２０Ａを使用した場合でも、
シリコンウェハ７は面内厚みばらつきを１．０μｍ以下
に抑えられて研磨される。

【００５３】

【発明の効果】以上説明した様に、請求項１の発明によ
れば、ワークをその面内厚さばらつきを従来に比べて小
さく抑えられた状態（例えば径が２００ｍｍのシリコン
ウェハの場合に面内厚さばらつきが１μｍ以下）に仕上
げることが出来る。

【００５４】また、請求項２の発明によれば、ワークの
縁だれを小さく出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の両面研磨装置の一実施例を研磨定盤を
省略して示す平面図である。

【図２】図１中、ＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図である
。

【図３】図１中のキャリアを分解して示す斜視図である
。

【図４】図１中のキャリアの平面図である。

【図５】図１の装置により両面研磨されたシリコンウェ
ハの面内厚みばらつきを示す棒グラフである。

【図６】図１の装置に適用しうるキャリアを分解して示
す図である。

【図７】図６のキャリアの平面図である。

【図８】従来の両面研磨装置を研磨定盤を省略して示す
平面図である。

【図９】図８中ＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

【図１０】図８中、一のキャリアを取り出して示す図で
ある。

【図１１】図１０のキャリアの厚みばらつきと研磨され
たシリコンウェハの面内厚みばらつきとの関係を示す図
である。

【図１２】図８の装置により両面研磨されたシリコンウ
ェハの面内厚みばらつきを示す棒グラフである。

【符号の説明】

２，３　　研磨定盤 ４　　太陽ギヤ ５　　内歯車 ７　　シリコンウェハ ７ａ　　上面 ７ｂ　　下面 ２０　　両面研磨装置 ２１−１〜２１−３　　，２１Ａ　　キャリア２２，２
２Ａ　　メインキャリア部材 ２３−１〜２３−３　　，２３Ａ−１〜２Ａ−３　　サ
ブキャリア部材 ２４　　ギヤ ２５〜２７，２５Ａ〜２７Ａ　　開口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上下の研磨定盤（２，３）の間に、平
   板状のワーク（７）が嵌合して支持されたキャリア（２
   １−１）を挟み、太陽ギヤ（４）と内歯車（５）の回転
   により、該キャリア（２１−１）を自公転させて、該ワ
   ーク（７）の上面（７ａ）及び下面（７ｂ）を研磨する
   両面研磨装置において、該キャリア（２１−１）を、面
   内に、上記ワーク（７）より一まわり大きい開口（２５
   〜２７）を有するメインキャリア部材（２２）と、内側
   に前記ワーク（５）を支持し、上記メインキャリア部材
   （２２）の上記開口（２５〜２７）内に嵌合した実質上
   環状のサブキャリア部材（２３−１〜２３−３）とより
   なる構成としたことを特徴とする両面研磨装置。
2. 【請求項２】　　請求項１のキャリアは、該メインキャ
   リア部材（２２−１）の厚さ（ｔ２　）を、該サブキャ
   リア部材（２３−１））の厚さ（ｔ３　）より厚く定め
   た構成としたことを特徴とする両面研磨装置。