WO2014185008A1 - ウェーハの両面研磨方法及び両面研磨システム - Google Patents

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一晃 青木
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信越半導体株式会社
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    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing

Definitions

  • the present invention relates to a double-side polishing method for simultaneously polishing both surfaces of a wafer while measuring the thickness of the wafer.
  • the double-side polishing apparatus includes a planetary gear type double-side polishing apparatus as shown in FIG. 8 and a swing type double-side polishing apparatus as shown in FIG.
  • the planetary gear type double-side polishing machine has an upper and lower surface plate, the upper surface plate can move up and down, and the upper surface plate is pressed against the lower surface plate to apply a load to the wafer sandwiched between the upper and lower surface plates. Can do.
  • the double-side polishing apparatus 101 includes a sun gear 107 provided on the inner side of the lower surface plate and an internal gear 108 provided on the outer side of the lower surface plate.
  • a carrier 105 that holds the wafer between the upper and lower surface plates, and the outer periphery of the carrier 105 can mesh with the sun gear and the internal gear to rotate.
  • This carrier rotates between the upper and lower surface plates and revolves around the sun gear according to the rotational speed of the sun gear and the internal gear.
  • a wafer as an object to be polished is inserted and held in a holding hole 106 provided in the carrier, so that it is polished without jumping out from the double-side polishing apparatus during polishing.
  • the oscillating double-side polishing apparatus 111 disposes a carrier 105 that holds a wafer between rotating upper and lower surface plates, and polishes the wafer by making a circular motion without rotating the carrier 105.
  • the planetary gear type double-side polishing machine can set the number of rotations and revolutions of the carrier higher than that of the swing type double-side polishing machine. As a result, the rotation type of the wafer during polishing is promoted to promote the rotation type of the wafer. A wafer with higher flatness than a polishing machine can be polished. Therefore, as a double-side polishing apparatus in recent years, a planetary gear type double-side polishing machine has become mainstream.
  • the flatness of the polished wafer varies depending on the thickness of the wafer at the end of polishing, that is, the relationship between the finished thickness of the wafer and the thickness of the carrier. .
  • the pressure at the outer peripheral portion of the wafer becomes higher than that at the central portion due to the influence of the sinking of the wafer into the polishing cloth due to the polishing load.
  • polishing of the outer peripheral portion of the wafer is promoted, so that the outer peripheral portion becomes thinner than the central portion, so-called peripheral sagging occurs, and the overall shape tends to be convex.
  • the pressure at the outer peripheral portion becomes smaller than that at the central portion due to a so-called retainer effect that alleviates the influence of the carrier sinking into the polishing cloth.
  • the outer periphery of the wafer becomes thicker than the center, and the overall shape tends to be concave. For this reason, in order to polish a wafer with high flatness, it is necessary to finish the wafer with a thickness optimum for the thickness of the carrier.
  • the polishing rate is calculated from the wafer thickness and the time spent for polishing before and after polishing, and this is accumulated as the expected polishing rate for the polishing conditions. Based on the accumulated expected polishing rate, the polishing rate of the polishing to be performed is predicted, and polishing is performed with a polishing time obtained by dividing the necessary polishing amount by the predicted polishing rate. For this reason, for example, if there is a variation in polishing speed due to a change in polishing cloth over time, a deviation occurs between the target wafer thickness and the actual wafer thickness, resulting in a wafer with poor flatness.
  • the thickness measuring device 102 using the wavelength tunable infrared laser becomes very large when the thickness measuring device 102 using the wavelength tunable infrared laser as shown in FIG.
  • the laser light source 103 of the thickness measuring unit 102 is expensive, a method of dividing the laser light from the laser light source 103 into a plurality of parts by a beam splitter and simultaneously using it by a plurality of double-side polishing apparatuses can be considered. Since the amount of each laser beam sent to each double-side polishing machine is reduced, a reflected signal with sufficient intensity can be obtained especially for thick wafers and wafers with a relatively high impurity concentration, that is, with a low resistivity. There is a problem that the thickness cannot be measured accurately.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in double-side polishing performed while measuring the thickness of the wafer using a wavelength tunable infrared laser, the accuracy of measuring the thickness of a wafer having a particularly low resistivity is lowered.
  • An object of the present invention is to provide a double-side polishing method and double-side polishing system for a wafer that can reduce the equipment cost without doing so.
  • a wafer held by a carrier is sandwiched between upper and lower surface plates to which a polishing cloth is attached, the carrier is rotated and revolved, an abrasive is supplied,
  • a double-side polishing method for a wafer is provided.
  • the wafer held by the carrier is sandwiched between the upper and lower surface plates to which the polishing cloth is attached, the carrier is rotated and revolved, the abrasive is supplied, and the thickness of the wafer is changed to the wavelength variable infrared ray.
  • a system for polishing both sides of the wafer using a plurality of double-side polishing apparatuses that simultaneously polish both sides of the wafer while measuring by light reflection interferometry using a laser A laser path switching unit that switches between the one laser light source and the double-side polishing apparatus to be irradiated from the one laser light source, and the wavelength-tunable infrared laser used in each of the plurality of double-side polishing apparatuses
  • the wafer is characterized in that the thickness of the wafer is measured while irradiating the single-side laser light source by switching from the one laser light source to the target thickness, and the wafer is double-side polished to a target thickness.
  • a double-side polishing system is provided.
  • the wavelength of the wavelength tunable infrared laser is preferably set to 1000 nm to 1700 nm. In this way, the wavelength-tunable infrared laser can be optically transmitted to the wafer, so that the reflection spectrum on the wafer surface can be analyzed, thereby measuring the thickness of the wafer being polished with high accuracy. can do.
  • the switching destination is sequentially selected from the plurality of double-side polishing apparatuses at regular intervals, preferably every 1 second or more and 60 seconds or less. It is preferable. If it does in this way, it will become possible to switch to more double-side polish apparatuses with one laser light source, and it will become possible to reduce equipment cost more.
  • switching is performed so that the number of times of measuring the thickness of the wafer in each of the plurality of double-side polishing apparatuses is at least twice per minute. Is preferred. In this way, the thickness of the wafer can be reliably measured without degrading accuracy.
  • irradiation with a tunable infrared laser used in each of the plurality of double-side polishing apparatuses is performed by switching from one laser light source to an irradiation target double-side polishing apparatus. While measuring the thickness of the wafer and double-side polishing the wafer to the target thickness, sharing the expensive laser light source with multiple double-side polishing equipment can greatly reduce the equipment cost and the thickness of the wafer Can be measured without degrading accuracy, and the wafer can be polished on both sides to the target thickness.
  • FIG. 1 is a schematic view of a double-side polishing system having a plurality of double-side polishing apparatuses and thickness measuring means used in a wafer double-side polishing method of the present invention. It is the figure which expanded the double-side polish apparatus shown in FIG. It is a figure which shows the approximate line calculated
  • FIG. 1 is a schematic view showing a general planetary gear type double-side polishing apparatus. It is the schematic which shows a general rocking
  • the present invention is not limited to this.
  • a double-side polishing system equipped with a plurality of double-side polishing apparatuses and thickness measuring means used in the wafer double-side polishing method of the present invention will be described.
  • the laser light source 21 of the thickness measuring means 20 is shared by the plurality of double-side polishing apparatuses 1, 1 ′.
  • the double-side polishing apparatus 1 has a cylindrical upper surface plate 2 and a lower surface plate 3, and a polishing cloth 4 is attached to the upper and lower surface plates 2 and 3 so that their polishing surfaces face each other. It is attached.
  • the polishing cloth 4 is a non-woven fabric impregnated with a urethane resin or a urethane foam.
  • a sun gear 7 is attached to the inside of the lower surface plate 3 and an internal gear 8 is attached to the outside.
  • the upper and lower surface plates 2, 3, the sun gear 7, and the internal gear 8 have the same rotation center axis and can rotate independently of each other around the axis.
  • the carrier 5 is provided with a holding hole 6 for holding the wafer W, and a plurality of carriers 5 are sandwiched between the upper and lower surface plates 2 and 3.
  • a plurality of holding holes 6 are provided in one carrier 5 so that a plurality of wafers W can be polished for each batch.
  • the carrier 5 meshes with the sun gear 7 and the internal gear 8, respectively, and rotates and revolves around the sun gear 7 between the upper and lower surface plates according to the rotational speeds of the sun gear 7 and the internal gear 8.
  • a plurality of holes 11 are provided on the upper surface plate 2 side.
  • the thickness measuring means 20 detected a laser light source 21, optical units 22 and 22 'for irradiating the wavelength variable infrared laser on the wafer W, and a photodetector (not shown) for detecting reflected light reflected from the wafer W.
  • a thickness measurement computer 24 for calculating the wafer thickness from the reflected light and controlling the thickness measurement is provided.
  • the wavelength tunable infrared laser emitted from one laser light source 21 is irradiated to the wafer W in the plane sandwiched between the upper and lower surface plates through the hole 11, and the thickness reflected by analyzing the reflected light is obtained. be able to.
  • a plurality of double-side polishing apparatuses 1, 1 ′ are provided with a laser path switch 23 so that the thickness of the wafers being polished can be sequentially measured using the same laser light source 21.
  • the wafer double-side polishing method of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.
  • the wafer flatness after polishing varies depending on the difference between the carrier and wafer thickness. Therefore, based on the information on the wafer thickness and flatness obtained by actual polishing, the optimum target thickness (finished thickness) Is set in the thickness measuring means 20 ((A) of FIG. 1).
  • polishing is started using a plurality of double-side polishing apparatuses while measuring the thickness of the wafer ((B) in FIG. 1). Specifically, as shown in FIG. 3, first, the wafer W is inserted and held in the holding hole 6 of the carrier 5 of each double-side polishing apparatus 1, 1 ′. Thereafter, the upper surface plate 2 descends to sandwich the wafer W and the carrier 5 and apply a polishing load. By rotating the upper surface plate 2 and the lower surface plate 3 in the opposite directions while pouring the abrasive supplied from the nozzle 10 between the upper and lower surface plates through the through holes 9 provided in the upper surface plate 2, the wafers are rotated. Start double-sided polishing of W.
  • the polishing load, the platen rotation speed, and the carrier rotation speed are controlled by the control unit 12 provided in each double-side polishing apparatus 1, 1 ′.
  • the wavelength variable infrared laser used in each of the plurality of double-side polishing apparatuses 1 and 1 ′ is irradiated from one laser light source 21 so as to switch the double-side polishing apparatuses 1 and 1 ′ to be irradiated. Then, the thickness of the wafer W is measured.
  • the irradiation destination of the wavelength tunable infrared laser can be switched by, for example, a laser path switch 23 of the thickness measuring unit 20 as shown in FIG.
  • switching the double-side polishing apparatus to which the wavelength tunable infrared laser is irradiated means that one of the plurality of double-side polishing apparatuses 1, 1 ′ is divided without dividing the wavelength tunable infrared laser into a plurality of parts by, for example, a beam splitter.
  • the two-side polishing apparatus is arbitrarily selected as the irradiation destination, and only the selected double-side polishing apparatus is irradiated with the wavelength tunable infrared laser.
  • the laser path switching unit 23 is used to switch the laser irradiation destination to another double-side polishing apparatus to measure the wafer thickness.
  • the thickness measurement control is effective as shown in FIG. 1, and as described above, the laser light source 21 of the thickness measuring means 20 is used.
  • the thickness of the wafer W is measured using the wavelength tunable infrared laser transmitted from (FIG. 1C).
  • the thickness measurement control is not effective and the polishing is continued for a preset time ((D) in FIG. 1). .
  • a polishing stop signal is sent from the thickness measuring means 20 to the double-side polishing apparatus 1 via the control unit 12 to finish polishing (FIG. 1). (E)).
  • a double-side polishing method of the present invention it is possible to irradiate a wavelength-variable infrared laser to any one double-side polishing apparatus without causing a decrease in the amount of laser light, and a wafer having a low resistivity. Even in the case of polishing, the wafer thickness can be accurately measured with a plurality of double-side polishing apparatuses, and a wafer having a target thickness can be obtained. Further, by sharing a particularly expensive laser light source among the thickness measuring means among a plurality of double-side polishing apparatuses, the equipment cost can be greatly reduced.
  • the wavelength is preferably set to 1000 nm to 1700 nm so that the wavelength tunable infrared laser can be optically transmitted to the wafer. In this way, it is possible to analyze the reflection spectrum on the wafer surface (the state of interference of light reflected from the wafer surface and the back surface), thereby measuring the thickness of the wafer being polished with high accuracy. Can do.
  • the thickness of the wafer being polished can be measured by selecting the switching destination sequentially from a plurality of double-side polishing apparatuses at regular intervals. Without reducing the accuracy, it is possible to switch to more double-side polishing apparatuses with one laser light source, and the equipment cost can be further reduced.
  • the fixed time at the time of switching is 1 second or more and 60 seconds or less because it is possible to more accurately perform the measurement of the wafer thickness. It can be determined appropriately according to the polishing conditions.
  • the selection of the switching destination and the switching interval when switching the irradiation destination of the wavelength tunable infrared laser is controlled by setting in advance in the thickness measuring computer 24 of the thickness measuring means 20 shown in FIG. Can do. At this time, it is preferable to set so that the number of times of measuring the thickness of the wafer in each of the plurality of double-side polishing apparatuses is switched to twice or more per minute. In this way, the thickness of the wafer can be reliably measured without degrading accuracy.
  • each double-side polishing apparatus For example, by dividing the section from the start of polishing to the end of polishing as a plurality of polishing steps, in each double-side polishing apparatus, as shown in FIG. That is, it can be set to determine whether or not to measure the thickness ((F) in FIG. 1). At this time, the target thickness is set for each polishing step, and the time for polishing while measuring the thickness in the polishing step is set so that the wafer thickness being polished reaches the target thickness for each polishing step. (H in FIG. 1).
  • the thickness measuring means 20 In addition to the method of determining whether the thickness of the wafer W being polished has reached a preset target thickness, by comparing the thickness measured by the thickness measuring means 20 with the target thickness, for example, By calculating the approximate line obtained by the least square method by taking the measured values obtained by measuring the thickness on the vertical axis, the polishing time on the horizontal axis, and calculating the thickness near the center of the dispersion of the measured values. Then, the thickness corresponding to the current polishing time on the approximate line can be calculated as the estimated thickness ((G) in FIG. 1). With this method of calculating the approximate line, the accuracy of thickness measurement can be further increased.
  • the number of thickness measurement data when obtaining an approximate line by the least square method is at least 20 points, and the variation (standard deviation) in the difference between the approximate line and the measured value is 0.5 ⁇ m. It is preferable to be within.
  • the laser light source is shared by a plurality of double-side polishing apparatuses, the number of times of thickness measurement is reduced as compared with the conventional method that does not share the laser light source, but the estimated thickness calculated based on the actually measured thickness is as follows. By determining the end of polishing based on the thickness, highly accurate thickness measurement can be performed more reliably.
  • the laser irradiation from one laser light source is switched between two double-side polishing apparatuses, but is not limited thereto, and is switched between three or more double-side polishing apparatuses. Also good. Further, although one thickness measuring computer 24 is used for each double-side polishing apparatus, the thickness measurement of each double-side polishing apparatus may be controlled by one thickness measuring computer 24. .
  • Example 2 Using a double-side polishing system having two double-side polishing apparatuses and one laser light source as shown in FIG. 2, according to the double-side polishing method for a wafer of the present invention, a silicon wafer having a diameter of 300 mm and a final target thickness of 775 ⁇ m is double-side polished. At this time, the thickness of the polished wafer was evaluated. Here, 1 ⁇ 2 Mechanical Fiber Switch manufactured by AC Photonics was used as the laser path switch 23 of the thickness measuring unit. Further, the irradiation side double-side polishing apparatus was sequentially switched every 5 seconds.
  • Judgment on whether the wafer thickness has reached the target thickness is based on the measured values obtained by thickness measurement on the vertical axis and the polishing time on the horizontal axis. The polishing is terminated when the thickness corresponding to the current polishing time on the approximate line reaches the target thickness.
  • FIG. 4 shows the result of the wafer thickness transition during polishing in the example
  • FIG. 5 shows the result of the comparative example. Comparing FIG. 4 and FIG. 5, it can be seen that the number of thickness measurement points is smaller than in the comparative example because the laser irradiation destination from one laser light source is switched between two double-side polishing apparatuses in the example.
  • FIG. 6 shows the results of the relative frequency and cumulative relative frequency of the wafer thickness after polishing. As shown in FIG. 6, in the example, even when the number of measurements is smaller than that in the comparative example, a wafer having a target thickness of 775 ⁇ m can be obtained with the same distribution as in the comparative example, and both cost reduction and polishing accuracy can be achieved. It was confirmed that
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

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Abstract

　本発明は、キャリアに保持されるウェーハを研磨布が貼付された上下定盤で挟み込み、キャリアを自転及び公転させ、研磨剤を供給し、ウェーハの厚さを波長可変赤外線レーザーを用いた光反射干渉法で測定しながらウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置を複数用いてウェーハを両面研磨する方法であって、複数の両面研磨装置のそれぞれで用いる波長可変赤外線レーザーを、１つのレーザー光源から照射先の両面研磨装置を切り替えるようにして照射しながらウェーハの厚さを測定し、該ウェーハを目標厚さまで両面研磨することを特徴とするウェーハの両面研磨方法及び両面研磨システムである。これにより、波長可変赤外線レーザーを用いてウェーハの厚さを測定しながら行う両面研磨において、特に抵抗率の小さいウェーハの厚さ測定の精度を低下することなく、設備コストの低減が可能となる。

Description

ウェーハの両面研磨方法及び両面研磨システム
　本発明は、ウェーハの厚さを測定しながらウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨方法に関する。
　半導体回路線幅の微小化に伴い、その基板である半導体ウェーハに要求される平坦度はますます厳しくなってきている。このような中で、大直径ウェーハを研磨する際には、従来の片面研磨に代わってより加工精度の優れた両面研磨方式が採用されている。
　ここで両面研磨装置は図８に示すような遊星歯車式の両面研磨装置と図９に示すような揺動式の両面研磨装置がある。遊星歯車式の両面研磨装置は上下定盤を有し、上定盤は上下動が可能で上定盤を下定盤に押し付けることで上下定盤間に挟まれたウェーハに対して荷重を加えることができる。また、図８に示すように、両面研磨装置１０１は下定盤内側に設けられたサンギヤ１０７と、下定盤外側に設けられたインターナルギヤ１０８とを有している。
　また、上下定盤間にはウェーハを保持するキャリア１０５があり、その外周部がサンギヤとインターナルギヤに噛合して回転することができる。このキャリアはサンギヤとインターナルギヤの回転数に応じて上下定盤間で自転およびサンギヤ周りに公転する。被研磨物であるウェーハはこのキャリアに設けられた保持孔１０６に挿入されて保持されることで研磨中に両面研磨装置から飛び出すことなく研磨される。
　一方、図９に示すように、揺動式の両面研磨装置１１１は回転する上下定盤の間にウェーハを保持するキャリア１０５を配置し、キャリア１０５を自転させずに円運動させてウェーハを研磨するものである。
　遊星歯車式の両面研磨装置は揺動式の両面研磨装置と比べてキャリアの自転数及び公転数を高く設定することができ、その結果研磨中のウェーハの自転運動を促進させることで揺動式研磨機と比べ平坦度の高いウェーハに研磨できる。そのため、近年の両面研磨装置としては遊星歯車式の両面研磨機が主流となっている。
　ここで、遊星歯車式の両面研磨装置において、研磨後のウェーハの平坦度は研磨終了時のウェーハの厚さ、すなわちウェーハの仕上がり厚さとキャリアの厚さとの関係によって変化することが知られている。例えば、キャリアの厚さに対して仕上がり厚さを厚くすると研磨荷重によるウェーハの研磨布への沈み込みの影響からウェーハ外周部の圧力が中央部に比べて高くなる。その結果、ウェーハ外周部の研磨が促進されて中心部よりも外周部が薄くなる、いわゆる外周ダレが発生し全体形状も凸形状になりやすい。
　逆に、キャリアの厚さに対して仕上がり厚さを薄くするとキャリアがウェーハの研磨布への沈み込みの影響を緩和するいわゆるリテーナー効果から外周部の圧力が中央部に比べて小さくなる。その結果ウェーハ外周部が中心部に対して厚くなる外周ハネが発生し、全体形状は凹形状になりやすい。
　このことから、平坦度の高いウェーハに研磨するためにはキャリアの厚さに対して最適な厚さでウェーハを仕上げる必要がある。
　従来、最適な厚さでウェーハを仕上げるため、研磨前後でウェーハの厚さと研磨に費やした時間から研磨速度を計算し、これを研磨条件に対する予想研磨速度として蓄積している。この蓄積した予想研磨速度に基づいて、これから実施する研磨の研磨速度を予想し、必要な研磨量をこの予想した研磨速度で除することで得られる研磨時間で研磨を行う。そのため、例えば研磨布の経時的変化による研磨速度の変動などがあると、目標のウェーハ厚さと実際のウェーハ厚さにずれが生じ、平坦度が良くないウェーハができてしまう。
　また、予め様々な研磨条件下での予想研磨速度を蓄積しておく必要があるため、コストがかかるし、これから実施する研磨の研磨条件下における予想研磨速度がない場合には、研磨速度を大雑把に予想することしかできず、その結果目標のウェーハ厚さと実際のウェーハ厚さのずれが大きくなり、平坦度が良くないウェーハができ易くなる。
　このようなことから、図７に示すように、研摩中にその場で（ｉｎ－ｓｉｔｕ）ウェーハＷの厚さを測定する厚さ測定手段１０２を具備した両面研磨装置１０１を使用することで、例えば研磨布の経時的変化による研磨速度の変動の影響を受けることなく、所望の厚さでウェーハを仕上げることが可能となる。その結果、常に高平坦なウェーハに研磨することが可能となる（特許文献１参照）。
特開２０１０－３４４６２号公報
　しかし、図７に示すような波長可変赤外線レーザーを用いた厚さ測定装置１０２を全ての両面研磨装置に設けるには投資負担が非常に大きくなってしまうという問題がある。特に、厚さ測定手段１０２のレーザー光源１０３が高価なので、レーザー光源１０３からのレーザー光をビームスプリッターで複数に分割して複数の両面研磨装置で同時に使用するといった方法も考えられるが、この場合、それぞれの両面研磨装置に送られるそれぞれのレーザー光の光量の低下を伴うため、特に厚さの厚いウェーハや不純物濃度の比較的高い、すなわち抵抗率の小さいウェーハに関しては十分な強度の反射信号が得られず、厚さ測定が正確にできないといった問題がある。
　本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、波長可変赤外線レーザーを用いてウェーハの厚さを測定しながら行う両面研磨において、特に抵抗率の小さいウェーハの厚さ測定の精度を低下することなく、設備コストの低減を可能とするウェーハの両面研磨方法及び両面研磨システムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明によれば、キャリアに保持されるウェーハを研磨布が貼付された上下定盤で挟み込み、前記キャリアを自転及び公転させ、研磨剤を供給し、前記ウェーハの厚さを波長可変赤外線レーザーを用いた光反射干渉法で測定しながら前記ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置を複数用いて前記ウェーハを両面研磨する方法であって、前記複数の両面研磨装置のそれぞれで用いる前記波長可変赤外線レーザーを、１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替えるようにして照射しながら前記ウェーハの厚さを測定し、該ウェーハを目標厚さまで両面研磨することを特徴とするウェーハの両面研磨方法が提供される。
　また、本発明によれば、キャリアに保持されるウェーハを研磨布が貼付された上下定盤で挟み込み、前記キャリアを自転及び公転させ、研磨剤を供給し、前記ウェーハの厚さを波長可変赤外線レーザーを用いた光反射干渉法で測定しながら前記ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置を複数用いて前記ウェーハを両面研磨するシステムであって、
　１つのレーザー光源と、該１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替えるレーザー経路切替器を有し、前記複数の両面研磨装置のそれぞれで用いる前記波長可変赤外線レーザーを、前記レーザー経路切替器によって前記１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替えるようにして照射しながら前記ウェーハの厚さを測定し、該ウェーハを目標厚さまで両面研磨するものであることを特徴とするウェーハの両面研磨システムが提供される。
　このような両面研磨方法及び両面研磨システムであれば、高価なレーザー光源を複数の両面研磨装置で共有することで、設備コストを大幅に低減できると共に、ウェーハの厚さを精度を低下することなく測定してウェーハを目標厚さまで両面研磨できる。
　このとき、前記波長可変赤外線レーザーの波長を１０００ｎｍ～１７００ｎｍとすることが好ましい。
　このようにすれば、波長可変赤外線レーザーがウェーハに対して光学的に透過できるので、ウェーハ表面での反射スペクトルを解析することができ、これによって、研磨中のウェーハの厚さを高精度に測定することができる。
　また、前記１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替える際に、一定時間毎、好ましくは１秒以上、６０秒以下毎に前記複数の両面研磨装置の中から順次切り替え先を選択することが好ましい。
　このようにすれば、１つのレーザー光源でより多くの両面研磨装置に切換可能となり、設備コストをより低減可能となる。
　また、前記１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替える際に、前記複数の両面研磨装置のそれぞれで前記ウェーハの厚さを測定する回数が毎分２回以上となるように切り替えることが好ましい。
　このようにすれば、確実にウェーハの厚さを精度を低下することなく測定できる。
　本発明では、両面研磨装置を複数用いて行うウェーハの両面研磨において、複数の両面研磨装置のそれぞれで用いる波長可変赤外線レーザーを、１つのレーザー光源から照射先の両面研磨装置を切り替えるようにして照射しながらウェーハの厚さを測定し、該ウェーハを目標厚さまで両面研磨するので、高価なレーザー光源を複数の両面研磨装置で共有することで、設備コストを大幅に低減できると共に、ウェーハの厚さを精度を低下することなく測定してウェーハを目標厚さまで両面研磨できる。
本発明のウェーハの両面研磨方法の一例のフロー図である。 本発明のウェーハの両面研磨方法で用いられる複数の両面研磨装置と厚さ測定手段を有した両面研磨システムの概略図である。 図２に示す両面研磨装置を拡大した図である。 実施例におけるウェーハの研磨中のウェーハ厚さの測定結果から最小二乗法で求めた近似線を示す図である。 比較例におけるウェーハの研磨中のウェーハ厚さの測定結果から最小二乗法で求めた近似線を示す図である。 実施例及び比較例における研磨後のウェーハ厚さの相対度数と累積相対度数を示す図である。 従来のウェーハの両面研磨方法で用いられている両面研磨装置とレーザー光源の概略図である。 一般的な遊星歯車式の両面研磨装置を示す概略図である。 一般的な揺動式の両面研磨装置を示す概略図である。
　以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　まず、本発明のウェーハの両面研磨方法で用いられる、複数の両面研磨装置及び厚さ測定手段を具備した両面研磨システムについて説明する。本発明では、図２に示すように、ウェーハを両面研磨する際に、厚さ測定手段２０のレーザー光源２１を複数の両面研磨装置１、１’で共有する。
　図３に示すように、両面研磨装置１は円筒形の上定盤２及び下定盤３を有し、この上下定盤２、３には研磨布４がそれぞれその研磨面が対向するように貼り付けられている。ここで研磨布４は不織布にウレタン樹脂を含浸させたもの、又はウレタン発泡体のものなどである。下定盤３の内側にはサンギヤ７、外側にはインターナルギヤ８が取り付けられている。上下定盤２、３とサンギヤ７、インターナルギヤ８は同じ回転中心軸を有しており、当該軸周りに互いに独立に回転運動することができる。
　キャリア５にはウェーハＷを保持するための保持孔６が設けられ、複数のキャリア５が上下定盤２、３の間に挟まれるようになっている。１つのキャリア５には複数の保持孔６が設けられバッチ毎に複数のウェーハＷを研磨できるようになっている。また、キャリア５はサンギヤ７およびインターナルギヤ８とそれぞれ噛合し、サンギヤ７およびインターナルギヤ８の回転数に応じて上下定盤間で自転およびサンギヤ７周りに公転する。
　また、研磨中のウェーハ厚さを厚さ測定手段２０で測定するために、上定盤２側に複数の孔１１が設けられている。厚さ測定手段２０は、レーザー光源２１と、ウェーハＷに波長可変赤外線レーザーを照射する光学ユニット２２、２２’と、ウェーハＷから反射された反射光を検出するフォトディテクタ（不図示）と、検出した反射光からウェーハ厚さを計算したり、厚さ測定を制御する厚さ測定用コンピュータ２４を有している。
　１つのレーザー光源２１から発信された波長可変赤外線レーザーは、孔１１を通じて上下定盤間に挟まれた面内にあるウェーハＷに照射され、そこから反射した光を分析することで厚さを得ることができる。そして、複数の両面研磨装置１、１’で同じ１つのレーザー光源２１を用いて順次研磨中のウェーハの厚さの測定ができるようにレーザー経路切替器２３を具備している。
　以下、本発明のウェーハの両面研磨方法を図１～図３を用いてより具体的に説明する。
　上記したように、研磨後のウェーハ平坦度はキャリアとウェーハ厚さの差で変わるため、実際の研磨で得られたウェーハ厚さ及び平坦度の情報を基に、最適な目標厚さ（仕上がり厚さ）を厚さ測定手段２０に設定しておく（図１の（Ａ））。
　次に、ウェーハの厚さを測定しながら両面研磨装置を複数用いて研磨を開始する（図１の（Ｂ））。具体的には、図３に示すように、まず、それぞれの両面研磨装置１、１’のキャリア５の保持孔６にウェーハＷを挿入して保持する。その後、上定盤２が下降することでウェーハＷ及びキャリア５を挟み込んで研磨荷重を加える。上定盤２に設けられた貫通孔９を介して、ノズル１０から供給された研磨剤を上下定盤間に流し込みながら上定盤２と下定盤３を互いに逆方向に回転させることで、ウェーハＷの両面研磨を開始する。
　ここで、研磨荷重、定盤回転数、キャリア自公転数はそれぞれの両面研磨装置１、１’に設けられる制御ユニット１２で制御される。
　ウェーハＷの研磨中には、複数の両面研磨装置１、１’のそれぞれで用いる波長可変赤外線レーザーを、１つのレーザー光源２１から照射先の両面研磨装置１、１’を切り替えるようにして照射しながらウェーハＷの厚さを測定する。
　波長可変赤外線レーザーの照射先の切り替えは、例えば図２に示すような厚さ測定手段２０のレーザー経路切替器２３によって行うことができる。
　ここで、波長可変赤外線レーザーの照射先の両面研磨装置を切り替えるとは、波長可変赤外線レーザーを、例えばビームスプリッターで複数に分割することなく、複数の両面研磨装置１、１’の中から１台の両面研磨装置を照射先として任意に選択し、その選択した両面研磨装置のみに波長可変赤外線レーザーを照射することを意味する。そして、選択された両面研磨装置でのウェーハ厚さ測定をした後、レーザー経路切替器２３により切り替えてレーザーの照射先を他の両面研磨装置にしてウェーハ厚さ測定を行う。
　この時、波長可変赤外線レーザーの照射先に選択された両面研磨装置では、図１に示すように、厚さ測定制御が有効であるとして、上記のように、厚さ測定手段２０のレーザー光源２１から発信された波長可変赤外線レーザーを用いてウェーハＷの厚さを測定する（図１の（Ｃ））。また、波長可変赤外線レーザーの照射先に選択された両面研磨装置以外の両面研磨装置では、厚さ測定制御が有効でないとして、予め設定された時間で研磨を継続する（図１の（Ｄ））。
　このウェーハＷの厚さ測定結果が予め設定した目標厚さに到達した時点で、厚さ測定手段２０から制御ユニット１２を介して両面研磨装置１へ研磨停止信号を送り研磨を終了させる（図１の（Ｅ））。
　このような本発明の両面研磨方法であれば、レーザー光の光量の低下を招くこと無く、任意の１台の両面研磨装置に波長可変赤外線レーザーを照射することができ、抵抗率の小さいウェーハを研磨する場合であっても、複数の両面研磨装置でウェーハの厚さを精度良く測定でき、目標厚さのウェーハを得ることができる。また、厚さ測定手段の中で特に高価なレーザー光源を複数の両面研磨装置で共有することで設備コストを大幅に低減できる。
　ここで、波長可変赤外線レーザーがウェーハに対して光学的に透過可能となるように、波長を１０００ｎｍ～１７００ｎｍとすることをが好ましい。このようにすれば、ウェーハ表面での反射スペクトル（ウェーハ表面と裏面で反射する光の干渉の様子）を解析することができ、これによって、研磨中のウェーハの厚さを高精度に測定することができる。
　また、１つのレーザー光源から照射先の両面研磨装置を切り替える際には、一定時間毎に、複数の両面研磨装置の中から順次切り替え先を選択することで、研磨中のウェーハの厚さ測定の精度を低下させることなく、１つのレーザー光源でより多くの両面研磨装置に切り替え可能となり、設備コストをより低減できる。ここで、切り替えの際の一定時間を１秒以上、６０秒以下とすれば、ウェーハの厚さの正確な測定をより確実に行うことができるので好ましいが、定盤回転数やキャリア自公転数といった研磨条件に応じて適宜決定することができる。
　波長可変赤外線レーザーの照射先を切り替える際の切り替え先の選択や切り替え間隔などのスケジュールは、図２に示す厚さ測定手段２０の厚さ測定用コンピュータ２４に予め設定しておくことで制御することができる。
　このとき、複数の両面研磨装置のそれぞれでウェーハの厚さを測定する回数が毎分２回以上となるように切り替えるように設定することが好ましい。このようにすれば、確実にウェーハの厚さを精度を低下することなく測定できる。
　例えば、研磨開始から研磨終了までの区間を複数の研磨ステップとして分割しておき、それぞれの両面研磨装置において、図１に示すように、研磨ステップ毎に波長可変赤外線レーザーの照射先であるか、すなわち厚さを計測するのか否かを判定するように設定することができる（図１の（Ｆ））。また、このとき、研磨ステップ毎に目標厚さを設定し、その研磨ステップにおいて厚さ測定を行いながら研磨する時間を、研磨中のウェーハ厚がその研磨ステップ毎の目標厚さに到達するまでとすることができる（図１の（Ｈ））。
　研磨中のウェーハＷの厚さが予め設定した目標厚さに到達したか否かの判断は、厚さ測定手段２０で測定した厚さと目標厚さを比較することによって行う方法以外に、例えば、厚さ測定して得られた複数の測定値を縦軸に、研磨時間を横軸にとり、最小二乗法によって得られる近似線を算出することで測定値のばらつきの中心付近の厚さを計算によって求め、この近似線上の現在の研磨時間に相当する厚さを推定厚さとして算出するようにすることもできる（図１の（Ｇ））。この近似線を算出する方法では、厚さ測定の精度をより高めることができる。
　さらに、厚さ測定の精度を高めるために、最小二乗法で近似線を求める際の厚み測定データ数を少なくとも２０点以上とし、近似線と測定値の差分のばらつき（標準偏差）が０．５μｍ以内となるようにすることが好ましい。
　本発明では、レーザー光源を複数の両面研磨装置で共有するので、レーザー光源を共有しない従来の方法よりも厚さ測定回数が減少するが、このように実測した厚さに基づいて算出した推定厚さにより研磨終了を判定することで、より確実に高精度な厚さ測定を行うことができる。
　図２に示す例では、１つのレーザー光源からのレーザー照射を２台の両面研磨装置間で切り替えるようにしているが、これに限定されず、３台以上の両面研磨装置間で切り替えるようにしても良い。また、厚さ測定用コンピュータ２４を各両面研磨装置で１台ずつ用いるようにしているが、１台の厚さ測定用コンピュータ２４で各両面研磨装置の厚さ測定の制御を実施しても良い。
　以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
　図２に示すような２台の両面研磨装置と１つのレーザー光源を有した両面研磨システムを用い、本発明のウェーハの両面研磨方法に従って、直径３００ｍｍ、仕上げ目標厚さ７７５μｍのシリコンウェーハを両面研磨し、このときの研磨後のウェーハの厚さを評価した。
　ここで、厚さ測定手段のレーザー経路切替器２３として、ＡＣ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社製の１ｘ２　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ　Ｓｗｉｔｃｈを用いた。また、５秒毎に照射先の両面研磨装置を順次切り替えるようにした。
　ウェーハ厚さが目標厚さに到達したか否かの判断は、厚さ測定によって得られた複数の測定値を縦軸に、研磨時間を横軸にとり、測定値から最小二乗法によって近似線を求め、この近似線上の現在の研磨時間に相当する厚さが目標厚さに達した時点で研磨を終了するようにした。
（比較例）
　図７に示すような厚さ測定手段を有した１台の両面研磨装置を用いた以外、実施例と同様の条件でシリコンウェーハを両面研磨し、同様に評価した。
　実施例の研磨中のウェーハ厚さ推移の結果を図４に、同様に比較例の結果を図５に示す。図４と図５を比較すると、実施例では２台の両面研磨装置間で１つのレーザー光源からのレーザー照射先を切り替えたため厚さ測定点数が比較例より少なくなっていることが分かる。
　図６に、研磨後のウェーハ厚さの相対度数と累積相対度数の結果を示す。図６に示すように、実施例は測定回数が比較例よりも少なくなっても比較例と同等の分布で目標厚さ７７５μｍのウェーハを得ることができ、コスト低減と研磨精度の両立が成されていることが確認できた。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (10)

  1. 　キャリアに保持されるウェーハを研磨布が貼付された上下定盤で挟み込み、前記キャリアを自転及び公転させ、研磨剤を供給し、前記ウェーハの厚さを波長可変赤外線レーザーを用いた光反射干渉法で測定しながら前記ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置を複数用いて前記ウェーハを両面研磨する方法であって、
    　前記複数の両面研磨装置のそれぞれで用いる前記波長可変赤外線レーザーを、１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替えるようにして照射しながら前記ウェーハの厚さを測定し、該ウェーハを目標厚さまで両面研磨することを特徴とするウェーハの両面研磨方法。
  2. 　前記波長可変赤外線レーザーの波長を１０００ｎｍ～１７００ｎｍとすることを特徴とする請求項１に記載のウェーハの両面研磨方法。
  3. 　前記１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替える際に、一定時間毎に前記複数の両面研磨装置の中から順次切り替え先を選択することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウェーハの両面研磨方法。
  4. 　前記一定時間を１秒以上、６０秒以下とすることを特徴とする請求項３に記載のウェーハの両面研磨方法。
  5. 　前記１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替える際に、前記複数の両面研磨装置のそれぞれで前記ウェーハの厚さを測定する回数が毎分２回以上となるように切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のウェーハの両面研磨方法。
  6. 　キャリアに保持されるウェーハを研磨布が貼付された上下定盤で挟み込み、前記キャリアを自転及び公転させ、研磨剤を供給し、前記ウェーハの厚さを波長可変赤外線レーザーを用いた光反射干渉法で測定しながら前記ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置を複数用いて前記ウェーハを両面研磨するシステムであって、
    　１つのレーザー光源と、該１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替えるレーザー経路切替器を有し、前記複数の両面研磨装置のそれぞれで用いる前記波長可変赤外線レーザーを、前記レーザー経路切替器によって前記１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替えるようにして照射しながら前記ウェーハの厚さを測定し、該ウェーハを目標厚さまで両面研磨するものであることを特徴とするウェーハの両面研磨システム。
  7. 　前記波長可変赤外線レーザーの波長が１０００ｎｍ～１７００ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載のウェーハの両面研磨システム。
  8. 　前記１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替える際に、一定時間毎に前記複数の両面研磨装置の中から順次切り替え先を選択するものであることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のウェーハの両面研磨システム。
  9. 　前記一定時間が１秒以上、６０秒以下であることを特徴とする請求項８に記載のウェーハの両面研磨システム。
  10. 　前記１つのレーザー光源から照射先の前記両面研磨装置を切り替える際に、前記複数の両面研磨装置のそれぞれで前記ウェーハの厚さを測定する回数が毎分２回以上となるように切り替えるものであることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載のウェーハの両面研磨システム。
     
     
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