WO2016021094A1 - ワークの研磨方法およびワークの研磨装置 - Google Patents
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- H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
Definitions
- the present invention relates to a workpiece polishing method and a polishing apparatus for simultaneously polishing front and back surfaces of a workpiece such as a semiconductor wafer with a polishing pad.
- semiconductor wafers such as silicon wafers, which are typical examples of workpieces used for polishing
- semiconductor wafers with a pair of surface plates having polishing pads A double-sided polishing is performed in which a polishing slurry is supplied while sandwiching the film, and the front and back surfaces thereof are simultaneously chemically and mechanically polished.
- the flatness of a semiconductor wafer is one of the important factors, and therefore a method for appropriately controlling the polishing amount of the semiconductor wafer is required.
- the applicant of the present application uses a polishing pad for a workpiece 20 provided in a carrier plate 30 and held in a holding hole 40 having a center at a position spaced from the center.
- 60 is sandwiched between an upper surface plate 50a and a lower surface plate 50b, respectively, the carrier plate 30 is rotated by drive mechanisms 70 (sun gear) and 80 (internal gear), and the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b are rotated.
- the distance between the center of the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b and the center of the work 20 periodically changes with each rotation of the carrier plate 30, and the work for simultaneously polishing the front and back surfaces of the work 20 with the polishing pad 60.
- FIGS. 2 (A), (B) and FIGS. 3 (A), (B), 70 (sun gear) and 80 (internal gear) are driven and rotated by their drive portions 90d and 90c. While the carrier plate 30 rotates and revolves, the distance D between the centers of the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b and the center of the workpiece 20 changes periodically for each rotation. 2E and 3E illustrate how the distance D changes periodically with respect to the polishing time.
- the thickness of the workpiece 20 and the thickness of the carrier plate 30 approach each other.
- FIGS. 3C and 3D at the final stage of polishing, the thickness of the workpiece 20 and the thickness of the carrier plate 30 approach each other.
- FIGS. 3C and 3D at the final stage of polishing, the thickness of the workpiece 20 and the thickness of the carrier plate 30 approach each other.
- FIG. 3F the thickness of the workpiece 20 and the thickness of the carrier plate 30 are aligned and exaggerated, but the thickness of the workpiece 20 adds 3 ⁇ m to the thickness of the carrier plate 30.
- the state in which the thickness is less than or equal to the thickness is the final stage of polishing.
- FIG. 5 described below is exaggerated.
- the amplitude of the torque component gradually decreases with the progress of polishing from the initial polishing stage to the final polishing stage.
- the thickness of the workpiece 20 becomes equal to the carrier plate 30, it becomes almost zero. (It may be considered that the torque component does not fluctuate.)
- the polishing amount of the workpiece can be controlled with high accuracy by the polishing method proposed in Patent Document 1. .
- the polishing amount of the workpiece can be controlled with high accuracy by the polishing method described in Patent Document 1.
- the carrier plate used for double-side polishing as in Patent Document 1 is generally provided with an opening in addition to the work holding hole in order to increase the efficiency of slurry supply to the lower surface plate.
- the following matters have been studied by the present inventors when applied to the polishing method described in Patent Document 1. There was found. That is, as shown in FIGS.
- An object of the present invention is to provide a polishing apparatus.
- the present inventor has obtained the following knowledge.
- the polishing pad sinks into the opening as described above. Therefore, the pressure applied to the portion where the polishing pad, which is an elastic body, sinks disperses the reduction rate of the torque component as the polishing progresses. Also, the sinking of the pad into the opening may cause noise for the torque component. Therefore, the present inventor can increase the reduction rate of the torque component accompanying the progress of polishing by appropriately limiting the aperture ratio occupied by the aperture in the carrier plate. The present inventors have found that it can be suppressed and have completed the present invention.
- the gist of the present invention is as follows.
- the workpiece polishing method according to the present invention is provided on a carrier plate and sandwiched between a workpiece held in a holding hole having a center at a position spaced from the center between an upper surface plate and a lower surface plate each provided with a polishing pad,
- a driving mechanism By rotating the carrier plate by a driving mechanism and rotating the upper and lower surface plates, the distance between the center of the upper surface plate and the lower surface plate and the center of the work is changed every time the carrier plate rotates.
- a workpiece polishing method that periodically changes and simultaneously polishes the front and back surfaces of the workpiece with the polishing pad, and measures at least one of the torques of the drive mechanism, the upper surface plate, and the lower surface plate
- the amount of polishing of the workpiece is controlled based on the difference in torque component at the time when the carrier plate takes two different rotation angles, and the carrier plate has a portion other than the holding hole.
- An opening is provided, and the opening ratio of the carrier plate is 55% or less.
- the opening ratio of the carrier plate means the ratio of the area of the opening to the area of the carrier plate excluding the holding holes. Therefore, in the carrier plate 30 in which no opening is provided, the opening ratio is 0%. On the other hand, since the carrier plate used in the present invention is provided with an opening, the opening ratio is more than 0%.
- the opening ratio of the carrier plate is 0.8% or more.
- the workpiece is preferably a silicon wafer obtained by slicing a silicon ingot.
- another workpiece polishing method provides a work plate held on a carrier plate having a center at a position spaced from the center of the workpiece, and an upper surface plate and a lower surface plate each provided with a polishing pad.
- the center of the upper surface plate and the lower surface plate and the center of the workpiece each time the carrier plate is rotated by rotating the carrier plate by a driving mechanism and rotating the upper surface plate and the lower surface plate.
- a workpiece polishing method for simultaneously polishing the front and back surfaces of the workpiece with the polishing pad, the current value of the motor of the drive mechanism, and the upper surface plate and the lower surface plate Measure at least one of the current values of the motor that rotates at least one of the current values, and the current is caused by a periodic change in the distance. Based on the amplitude of the component, the current value component when the carrier plate takes a specific rotation angle, or the difference between the current value components when the carrier plate takes two different rotation angles, The amount of polishing of the workpiece is controlled, the carrier plate is provided with an opening in a portion other than the holding hole, and the opening ratio of the carrier plate is 55% or less.
- the workpiece polishing apparatus includes a carrier plate, a holding hole provided in the carrier plate and having a center at a position spaced from the center, and the workpiece held in the holding hole.
- a carrier plate Each having an upper surface plate and a lower surface plate, a drive mechanism for rotating the carrier plate, and a pair of motors for rotating the upper surface plate and the lower surface plate, respectively, each time the carrier plate rotates
- a workpiece polishing apparatus for periodically polishing the front and back surfaces of the workpiece with the polishing pad while the distance between the center of the upper and lower surface plates and the center of the workpiece is periodically changed, the drive mechanism, Due to the periodic change in the distance and the measuring unit for measuring at least one of the torques of the upper surface plate and the lower surface plate Based on the amplitude of the torque component, the torque component when the carrier plate takes a specific rotation angle, or the difference between the torque components when the carrier plate takes two different rotation angles.
- a control unit for controlling the polishing amount of the workpiece, wherein the carrier plate is provided with
- another workpiece polishing apparatus sandwiches a carrier plate, a holding hole provided in the carrier plate and having a center at a position away from the center, and the workpiece held in the holding hole, and polishing the carrier plate.
- An upper surface plate and a lower surface plate each provided with a pad; a drive mechanism for rotating the carrier plate; and a pair of motors for rotating the upper surface plate and the lower surface plate, respectively, and rotation of the carrier plate
- a workpiece polishing apparatus for periodically polishing the front and back surfaces of the workpiece with the polishing pad while the distance between the center of the upper and lower surface plates and the center of the workpiece is periodically changed every time.
- a measuring unit that measures at least one current value, and an amplitude of a current value component resulting from a periodic change in the distance, the current value component at a time when the carrier plate takes a specific rotation angle, or the A control unit that controls the polishing amount of the workpiece based on a difference between the current value components when the carrier plate takes two different rotation angles, and the carrier plate has a portion other than the holding hole. An opening is provided in this portion, and the opening ratio of the carrier plate is 55% or less.
- the opening ratio of the carrier plate is appropriately determined, it is possible to control the amount of polishing of the workpiece with high accuracy by suppressing the influence of noise caused by the opening.
- a work polishing method and a work polishing apparatus that can be performed can be provided.
- FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an initial state of polishing in a workpiece polishing method in the prior art
- FIG. (A) is a schematic diagram illustrating a case where a distance D between the center of the surface plate and the center of the workpiece is the shortest.
- (B) is a schematic diagram showing when the distance D is the longest
- (C) is a II sectional view in (A)
- (D) is a II-II sectional view in (B)
- (E) is a figure which shows the relationship between the distance D and grinding
- (F) is a figure which shows the relationship between the distance D and the torque component concerning a surface plate.
- FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an initial state of polishing in the workpiece polishing method according to the present invention
- (A) is a schematic diagram showing when the distance D between the center of the surface plate and the center of the workpiece is the shortest.
- (B) is a schematic diagram showing when the distance D is the longest
- (C) is a VV sectional view in (A)
- (D) is a VI-VI sectional view in (B)
- (E) is a figure which shows the relationship between the distance D and grinding
- (F) is a figure which shows the relationship between the distance D and the torque component concerning a surface plate.
- FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a state in the final stage of polishing in the workpiece polishing method of the present invention, and FIG.
- FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a case where the distance D between the center of the surface plate and the center of the workpiece is the shortest.
- (B) is a schematic diagram showing when the distance D is the longest
- (C) is a VII-VII sectional view in (A)
- (D) is a VIII-VIII sectional view in (B).
- (E) is a diagram showing the relationship between the distance D and the polishing time
- (F) is a diagram showing the relationship between the distance D and the torque component applied to the surface plate.
- 1 is a schematic diagram of a workpiece polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 1 It is a schematic diagram of the carrier plate used in one Embodiment of this invention, (A) is the one specific example, (B) is another specific example.
- (A) is a figure before rotation
- (B) is a figure in rotation. It is a figure which shows the relationship between the rotation angle of a carrier plate, and a torque component in the grinding
- FIG. 4 is a schematic diagram of a carrier plate according to Comparative Example 1
- FIG. 4 is a schematic diagram of a carrier plate according to Comparative Example 1
- 4D is a schematic diagram of a carrier plate according to Reference Example 1. It is a graph which shows the time-dependent change of the motor load factor in Example 1, (A) shows the motor load factor for 100 seconds from the initial stage of polishing to the intermediate stage, and (B) is a polishing including time to reach the target thickness. The motor load factor for 100 seconds at the end stage is shown. It is a graph which shows the time-dependent change of the motor load factor in Example 2, (A) shows the motor load factor for 100 seconds from the initial stage of polishing to the intermediate stage, and (B) is a polishing including time to reach the target thickness. The motor load factor for 100 seconds at the end stage is shown.
- the polishing apparatus 1 includes a carrier plate 30 having a holding hole 40 for holding a workpiece 20, an upper surface plate 50a and a lower surface plate 50b provided with polishing pads 60a and 60b, an upper surface plate 50a and a lower surface plate 50b, respectively. Includes a pair of motors 90a and 90b.
- the carrier plate 30 is provided with an opening H in a portion other than the holding hole 40, and the opening ratio of the carrier plate is 55% or less. Further, the center of the holding hole 40 is located away from the center of the carrier plate 30. The reason why it is important that the aperture ratio is 55% or less will be described later.
- the carrier plate 30 includes a first peripheral portion 30a that defines an outer edge of the carrier plate, a second peripheral portion 30b that surrounds the holding hole 20, a first peripheral portion 30a, and a second peripheral portion.
- the opening H is defined by the first peripheral portion 30a, the second peripheral portion 30b, and the radiant portion 30c. That is, the carrier plate 30 is provided with six openings H. Note that the carrier plate 30 having such a shape provided with the opening H can increase the supply efficiency of the polishing slurry while maintaining the strength of the carrier plate 30. Moreover, since the carrier plate 30 provided with the opening H is lighter than a carrier plate without an opening, it is also preferable in that the burden on the operator can be reduced.
- the shape of the carrier plate 30 is not limited to the example of the five radiating portions 30c shown in FIG. 7A, and the above effect can be obtained even if the carrier plate 30 is constituted by one or more radiating portions 30c.
- Obtainable for example, as shown in FIG. 7B, another carrier plate 30 provided with a plurality of substantially circular openings H (six in the case of the figure) can be used in the present invention.
- the carrier plate 30 having the shape shown in FIGS. 11A and 11B described later in the embodiment may be used in the present invention.
- the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b are configured so that the work 20 held in the holding hole 40 can be sandwiched with a constant pressure.
- the motors 90a and 90b rotate the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b in the opposite directions.
- the carrier plate 30 is provided with a sun gear 70 at the center of the lower surface plate 50b and an internal gear 80 on the outside thereof.
- the sun gear 70 and / or the internal gear 80 are driven by motors 90c and 90d different from the motors 90a and 90b, respectively, and rotate the carrier plate 30.
- the outer peripheral gear of the carrier plate 30 meshes with the sun gear 70 and the internal gear 80 to rotate the carrier plate 30.
- the meshing of the sun gear 70, the internal gear 80, and the outer peripheral gear of the carrier is not shown in order to simplify the schematic diagram of the polishing apparatus 1.
- the internal gear 80 is composed of individual shaft pins or gears in which a large number of rotational drive shaft pins or gears are arranged in the circumferential direction, and the individual shaft pins or gears mesh with the outer peripheral gear of the carry plate 30. Then, the carrier plate 30 is rotated. However, the individual shaft pins are not shown in order to simplify the schematic diagram of the polishing apparatus 1.
- the carrier plate 30 rotates about the center of the carrier plate 30 as the center axis in accordance with the rotation of the sun gear 70 and / or the internal gear 80 (hereinafter simply referred to as “spinning”). It rotates around the sun gear 70 around the center of the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b as a central axis (hereinafter simply referred to as "revolution").
- the center of the holding hole 40 is located away from the center of the carrier plate 30, that is, the workpiece 20 is eccentric with respect to the center of the carrier plate 30, the upper limit is determined every rotation of rotation.
- the distance between the center of the board 50a and the lower surface board 50b and the center of the work 20 changes periodically.
- the polishing apparatus 1 simultaneously chemically and mechanically polishes the front and back surfaces of the workpiece 20 with polishing pads 60a and 60b and dripping slurry (not shown) while rotating and revolving the sandwiched carrier plate 30.
- the polishing apparatus 1 has motors 90a and 90b, and a measurement unit 110 described later that measures current values of the motors 90c and 90d. That is, the measuring unit 110 measures the torque of the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b and the drive mechanism (that is, the sun gear 70 and / or the internal gear 80).
- the polishing apparatus 1 includes a control unit 120. Details of the control performed by the control unit 120 will be described later.
- FIGS. 4 (A), 4 (B) and 5 (A), 5 (B) the carrier plate 30 rotates and revolves as the drive mechanism is driven, and the upper surface plate is rotated every revolution.
- the distance D between the center of 50a and the lower surface plate 50b and the center of the workpiece 20 changes periodically.
- FIGS. 4E and 5E illustrate how the distance D changes periodically with respect to the polishing time.
- the pressure received from both surface plates 50a and 50b is concentrated on the workpiece 20.
- the opening H is provided in the carrier plate 30 as described above, the opening H of the carrier plate 30 is also polished due to the pressure received from both the surface plates 50a and 50b during the polishing of the workpiece 20.
- the pad 60 sinks. Therefore, the torque of the upper surface plate 50a is synchronized with the periodic change in the distance D between the centers of the surface plates 50a and 50b and the center of the workpiece 20 (that is, the rotation period of rotation of the carrier plate 30).
- the torque component includes a pressure load (that is, torque) generated when the polishing pad 60 sinks into the opening H. Moreover, the noise resulting from the opening part H is also included.
- FIG. 4F schematically shows changes in the torque component including the noise.
- FIGS. 5C and 5D at the final stage of polishing, for example, even when the thickness of the workpiece 20 and the thickness of the carrier plate 30 are equal, the two platens 50a and 50b are used during polishing of the workpiece 20.
- the polishing pad 60 sinks into the opening H of the carrier plate 30 due to the received pressure. Therefore, the torque received by the workpiece 20 from the two surface plates 50a and 50b is made uniform regardless of the distance D, but there is noise caused by the polishing pad 60 sinking into the opening H as in the initial stage of polishing. to continue.
- the aperture ratio is appropriately limited to 55% or less, the influence of noise can be suppressed and polishing can be performed with high accuracy.
- FIG. 5 (F) schematically shows changes in torque components including noise at the end of polishing.
- the present invention will be described below. Is valid.
- the intermediate stage of polishing since the thickness of the workpiece 20 is reduced compared to the initial stage of polishing, the difference between the thickness of the workpiece 20 and the thickness of the carrier plate 30 is reduced. Therefore, as compared with the initial stage of polishing, the pressure load received from both surface plates 50a and 50b concentrated on the workpiece 20 is gradually dispersed over the entire carrier plate as the polishing progresses.
- the pressure component applied to the opening H of the carrier plate 30 reduces the amplitude reduction rate of the torque component as the polishing progresses.
- the change in the amplitude of the torque component between the initial stage of polishing and the end point of polishing becomes difficult to determine due to the influence of noise.
- the aperture ratio of the carrier plate 30 is limited to 55% or less, the influence of noise can be suppressed and polishing can be performed with high accuracy.
- the aperture ratio of the carrier plate in the present invention is preferably set to 0.8% or more.
- the vibration waveform may be calculated. In calculating the vibration waveform, for example, an approximation method to a trigonometric function by a least square method or the like can be used.
- a method such as averaging for each carrier plate rotation angle, frequency analysis using FFT (Fast Fourier Transform), or the like can be used as the method for calculating the vibration waveform.
- the amplitude of the torque component can eliminate the influence of the background load such as the operating current for moving the polishing apparatus 1 and noise caused by the operating current. Therefore, if the influence of noise caused by the opening is suppressed by appropriately limiting the opening ratio, the torque component including the noise caused by the opening is extracted from the measured torque value, and the amplitude of the torque component is calculated.
- the polishing amount of the workpiece 20 can be controlled based on the change in the amplitude of the torque component.
- the measuring unit 110 measures the current value of the motor 90a while the workpiece 20 is being polished.
- the torque of the upper surface plate 50a can be grasped as, for example, the current value of the motor 90a that rotates the upper surface plate 50a.
- the control unit 120 extracts a current value component corresponding to the torque component from the measured value of the current value by the extraction method, and controls the polishing amount of the workpiece 20 based on the amplitude of the current value component. .
- the correspondence between the amplitude of the current value component (that is, the torque component) and the polishing amount of the workpiece 20 is measured in advance using the test workpiece 20, and this correspondence is recorded in the polishing apparatus 1.
- the polishing amount of the workpiece 20 can be controlled with high accuracy. Even if the correspondence between the amplitude and the polishing amount of the workpiece 20 is not recorded in the polishing apparatus 1 in advance, if the change in the amplitude of the current value component (amplitude reduction) with the progress of polishing is used, the polishing amount Can be controlled.
- the influence of noise caused by the opening H can be suppressed while eliminating the influence of the background load such as the operating current.
- the torque component that changes in synchronization with the periodic change in the distance D between the center of the surface plate and the lower surface plate and the center of the workpiece can be sufficiently captured. Therefore, according to the workpiece polishing apparatus according to the embodiment of the present invention, the workpiece polishing amount can be controlled with high accuracy based on the amplitude of the torque component. Furthermore, the workpiece
- the torque of the lower surface plate 50b may be measured and the torque component may be extracted, and each torque of the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b is extracted. You may make it do.
- the torque of the internal gear 80 in the drive mechanism may be measured to extract the torque component.
- the torque of the internal gear 80 and the torques of the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b may be extracted.
- the torque of the sun gear 70 may be measured and the torque component may be extracted.
- the polishing amount can be controlled by the following two indices instead of the amplitude of the torque component.
- the first index is a torque component when the carrier plate takes a specific rotation angle.
- the second index is a difference in torque component at the time when the carrier plate takes two specific rotation angles different from each other. This will be described in detail below.
- FIG. 8A shows the carrier plate 30 and the workpiece 20 at a specific time point, and this state is assumed to be zero rotation angle.
- the point P is the center point of the carrier plate 30, the point where the distance from the point P to the work 20 becomes maximum is Q 0.
- FIG. 8B is a view after the carrier plate 30 rotates by a predetermined angle ⁇ .
- the point where the distance from the point P to the workpiece 20 is the maximum is Q 1
- the angle formed by the points Q 0 , P and Q 1 is the rotation angle ⁇ .
- FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the carrier plate 20 and the torque component.
- the polishing amount of the workpiece 20 is controlled on the basis of torque components (C 1 , C 2 ,%)
- torque components C 1 , C 2 , etc.
- the workpiece 20 is based on the difference in torque components (D 1 ⁇ E 1 , D 2 ⁇ E 2 ,...)
- the amount of polishing may be controlled. These indices also decrease in accordance with the progress of polishing, and when the thickness of the workpiece 20 becomes equal to that of the carrier plate 30, only noise caused by the openings is present.
- a 1 which is half the difference between the maximum value and the minimum value in one cycle
- a 2 which is the difference between the maximum value and the average value, or the average value, respectively.
- a 3 which is the difference between the minimum value and the minimum value are possible and may be defined in any manner.
- the carrier plate 30 is made of any material such as stainless steel (SUS: Steel special Use Stainless) or fiber reinforced plastic in which glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, or other reinforced fiber is combined with resin such as epoxy, phenol, or polyimide. Can be used. Moreover, what applied diamond-like carbon to the surface of these materials so that abrasion resistance may be improved can also be used. Furthermore, the carrier plate 30 may have a drip slurry holding groove in addition to the holding hole 40 and the opening H, and the thickness of the groove is set to be smaller than the thickness of the workpiece 20.
- any of the polishing pads 60a and 60b and the slurry can be used.
- the polishing pad a pad made of a non-woven fabric made of polyester, a pad made of polyurethane, or the like can be used.
- the dropping slurry for example, an alkaline aqueous solution containing free abrasive grains, an alkaline aqueous solution containing no free abrasive grains, or the like can be used.
- the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b are rotated in the opposite directions at the same rotational speed.
- the sun gear 70, the internal gear 80 and the outer peripheral gear of the carrier plate 30 mesh with each other, and the carrier plate 30 rotates.
- the amplitude of the torque component can be calculated by measuring the rotation angle of the carrier plate 30 using, for example, a tachometer, so that the polishing method according to the present invention can be implemented. .
- the polishing apparatus 1 rotates and revolves the carrier plate 30 for polishing, but the rotation of the internal gear 80 and the sun gear 70 may be controlled to rotate the carrier plate 30 only for polishing. .
- the torque can be measured by measuring the current value of the motor 90a as described above, but the torque may be measured using a torque sensor or the like.
- FIGS. 10A and 10B When a plurality of workpieces are polished at the same time, as shown in FIGS. 10A and 10B, a plurality of carriers provided with openings H, each having one workpiece 21 to 25, are provided. Plates 31 to 35 are disposed between the upper surface plate 50a and the lower surface plate 50b, and the distances D 1 to D between the centers of both surface plates 50a and 50b and the centers of the workpieces 21 to 25 for the workpieces 21 to 25, respectively. It is preferable that 5 is changed in line.
- FIG. 10A shows a state where the distances D 1 to D 5 are all the smallest
- FIG. 10B shows a state where the distances D 1 to D 5 are all the longest.
- the torque component it is needless to say that the distances D 1 to D 5 do not need to completely coincide as shown in FIG.
- the polishing method according to the present invention can be performed even if two or more workpieces are arranged on one carrier plate.
- the polishing amount of the workpiece can be controlled with high accuracy and an arbitrary polishing amount.
- the target polishing amount also referred to as the target thickness of the workpiece
- the amplitude of the torque component is eliminated.
- the polishing can be terminated before the torque component amplitude reaches 30%, 10%, or the like of the torque component amplitude at the beginning of polishing.
- the thickness of the workpiece 20 and the thickness of the carrier plate 30 can be made uniform.
- the amplitude substantially disappears that is, when the change of the torque component is eliminated except for the noise fluctuation, as described above, such a situation is the thickness of the workpiece 20 and the thickness of the carrier plate 30.
- the time is right. At this time, the amplitude of the torque component is negligible (for example, less than 5%) compared with the amplitude at the initial stage of polishing, or about the detection lower limit value.
- the target polishing amount of the workpiece 20 can be accurately determined as the thickness of the carrier plate 30.
- the specific two different carrier plates are different.
- the polishing can be similarly finished when there is no difference in torque component at the time of taking the rotation angle.
- polishing when polishing so as to be thinner than the thickness of the carrier plate 30, after the amplitude is substantially eliminated, a polishing time corresponding to the target polishing amount is further set, and only the set polishing time is set. Polishing should be continued. If the aperture ratio of the carrier plate 30 is appropriately set, the influence of noise caused by the opening H can be sufficiently ignored. Thus, by setting the ratio reduced from the initial polishing amplitude, The target polishing amount of 20 can be accurately determined.
- the carrier plate with the opening H is advantageous in terms of slurry supply compared to the carrier plate without the opening H. This is particularly advantageous from the viewpoint of improving the roughness of the wafer surface.
- the torque of the motors 90a, 90b, 90d and 90c of the upper surface plate, the lower surface plate, the sun gear and the internal gear may be measured, and the polishing amount of the workpiece 20 may be controlled using all torques.
- the polishing amount of the workpiece 20 can be controlled with higher accuracy by reducing the measurement error by using the average value of the amplitude of the torque component obtained from all the torque measurement values. The same applies to the first and second indices.
- the polishing amount of the workpiece 20 may be controlled using the torque component of the drive mechanism.
- a silicon wafer obtained by slicing a silicon ingot can be polished.
- the workpieces targeted by the present invention are not limited to silicon wafers.
- any work that performs double-side polishing such as a SiC wafer, a sapphire wafer, and a compound semiconductor wafer, is included in the work targeted by the present invention.
- the shape of the workpiece 20 is shown as a circle. However, if the center of the workpiece 20 is located at a position separated from the center of the carrier plate 30, the workpiece 20 20 and carrier plate 30 need not be circular. For example, even if the workpiece 20 has a circular shape or a polygon such as a quadrangle, the polishing method according to the present invention can be applied as long as the aperture ratio is 55% or less.
- Example 1 A test was performed using the polishing apparatus having the configuration shown in FIGS. 6 and 10 described above. As a workpiece to be polished, an initial thickness of 790 ⁇ m, a diameter of 300 mm, a crystal orientation (110), and a P-type silicon wafer were used. Further, as shown in FIG. 11A, the carrier plate used in this example includes a first peripheral portion that defines the outer edge of the carrier plate, and a second peripheral portion that surrounds the holding hole of the carrier plate. The first peripheral portion and the five peripheral portions are bridged between the five peripheral portions, and six openings H are formed by the first peripheral portion, the second peripheral portion, and the radiant portion. A compartmented stainless steel plate was used.
- the carrier plate has a thickness of 775 ⁇ m and an aperture ratio of 55%. Then, double-side polishing was performed with the target thickness of the silicon wafer set to 777 ⁇ m at the end of polishing. The center of the silicon wafer was positioned 30 mm away from the center of the carrier plate. Rodel Nitta non-woven fabric suba800 was used for the polishing pad, and Rodel Nitta slurry Nalco 2350 was used for the polishing slurry. The upper surface plate and the lower surface plate were rotated in opposite directions while the carrier plate was held between the upper and lower surface plates with a constant pressure by an elevator.
- the carrier plate was rotated at 30 rpm in the same direction as the upper surface plate by meshing the internal gear, the sun gear, and the outer peripheral gear of the carrier plate, and the front and back surfaces of the five silicon wafers loaded in the carrier plate were polished.
- the upper surface plate, the lower surface plate, the internal gear, and the sun gear were rotated by different motors.
- the motor load factor of the lower surface plate that is, the ratio of the actual use current value [A] to the motor specification maximum capacity [A] was continuously measured.
- This motor load factor is a dimensionless unit [A. U. ]
- the actual use current value is equal to the motor specification maximum capacity 100 [A. U. ].
- the average amplitude of the motor load factor at the initial polishing stage is 1.3 [A. U. ], The average amplitude of the motor load factor is 0.9 [A. U. It was confirmed by polishing the same kind of wafer that the target thickness of the silicon wafer was 777 ⁇ m.
- the amplitude means a motor load factor obtained from half of the difference between the maximum value and the minimum value in one cycle.
- FIG. 12A shows a motor load factor measurement value (corresponding to torque) for 100 seconds from the initial polishing stage to the middle polishing stage, and the motor load factor measurement value for 100 seconds at the final polishing stage including the polishing end point reaching the target thickness. Is shown in FIG.
- the average amplitude of the motor load factor from the initial stage of polishing to the middle stage of polishing was calculated to be 1.3 [A] from the measured motor load factor by using an approximation method to the trigonometric function by the least square method. . U.
- the amplitude during this period is 1.3 ⁇ 0.35 [A. U. ].
- the average amplitude of the motor load factor at the end of polishing is 0.9 [A. U.
- the amplitude during this period is 0.9 ⁇ 0.35 [A. U. ].
- the difference in average amplitude between the amplitude range from the initial stage to the middle stage of polishing and the amplitude range at the end stage of polishing is 0.4 [A. U. ], Variation in amplitude ⁇ 0.35 [A. U. ], And there is a significant difference in amplitude in both ranges.
- polishing is performed 5 times under the same polishing conditions (5 wafers are polished at one time, the total number of polished wafers is 25), and the end point of polishing is set to a target thickness of 777 ⁇ m.
- the target thickness was reached by extracting the torque component, the polishing of the wafer was finished.
- the average thickness of the wafer was 777.1 ⁇ m, which was 0.1 ⁇ m thicker on average than the target thickness of 777 ⁇ m.
- the thickness error was 0.1 ⁇ m with respect to the target thickness, and it was confirmed that the polishing accuracy was sufficient.
- Example 2 In place of the carrier plate with an aperture ratio of 55% used in Example 1, a carrier plate with an aperture ratio of 0.8% provided with three circular openings H shown in FIG. 11B was used. The front and back surfaces of the silicon wafer were polished in the same manner as in Example 1. The average amplitude of the motor load factor of 1.0 [A. U. ], The amplitude of the motor load factor is 0.6 [A. U. ], It was confirmed by polishing the same kind of wafer that the amplitude value was reached when the target thickness of the silicon wafer reached 777 ⁇ m (polishing end point).
- FIG. 13A shows the motor load factor measurement value for 100 seconds from the initial polishing to the intermediate polishing time after the start of polishing, and the motor load factor measurement value for 100 seconds at the final polishing stage including the polishing end point reaching the target thickness. As shown in FIG. 13A
- the average amplitude of the motor load factor from the initial polishing to the intermediate polishing is 1.0 [A. U.
- the amplitude during this period is 1.0 ⁇ 0.20 [A. U. ].
- the average amplitude of the motor load factor at the end of polishing is 0.6 [A. U. ], And the amplitude during this period is 0.6 ⁇ 0.2 [A. U. ].
- the difference in average amplitude between the amplitude range from the initial stage of polishing to the middle stage of polishing and the amplitude range at the end of polishing is 0.4 [A. U. ], Variation in amplitude ⁇ 0.20 [A. U. ], And there is a significant difference in amplitude in both ranges.
- polishing was performed five times under the same polishing conditions, the polishing end point was set to the target thickness of 777 ⁇ m, the torque component was extracted from the motor load factor, and the polishing of the wafer was finished when it was determined that the target thickness was reached.
- the average thickness of the wafer was 776.95 ⁇ m, which was 0.05 ⁇ m smaller than the target thickness of 777 ⁇ m on average.
- the thickness error was 0.05 ⁇ m with respect to the target thickness, and it was confirmed that the product had sufficient polishing accuracy.
- Example 1 The front and back surfaces of the silicon wafer were polished in the same manner as in Example 1 except that the carrier plate having an aperture ratio of 60% shown in FIG. 11C was used instead of the carrier plate having an aperture ratio of 55% used in Example 1. did.
- the average amplitude of the motor load factor from the initial polishing stage to the intermediate polishing stage is 1.4 [A. U. ],
- the amplitude of the motor load factor is 1.1 [A. U. ]
- FIG. 14A shows the measured motor load factor for 100 seconds from the initial polishing to the intermediate polishing phase after the start of polishing, and shows the measured motor load factor for 100 seconds at the final polishing stage including the polishing end point reaching the target thickness. As shown in FIG. 14A
- the average amplitude of the motor load factor from the initial polishing to the middle polishing is 1.4 [A. U.
- the amplitude during this period is 1.4 ⁇ 0.35 [A. U. ].
- the average amplitude of the motor load factor at the end of polishing is 1.1 [A. U.
- the amplitude during this period is 1.1 ⁇ 0.35 [A. U. ].
- the difference in average amplitude between the amplitude range from the initial polishing stage to the middle polishing stage and the amplitude range at the final polishing stage is 0.3 [A. U. ], Variation in amplitude ⁇ 0.35 [A. U. It was found that the difference in the average amplitude may be buried in the range of the amplitude variation.
- polishing was performed five times under the same polishing conditions as in Example 1, the polishing end point was set to a target thickness of 777 ⁇ m, and the torque component was extracted from the motor load factor to stop the polishing. At this time, the average thickness of the wafer was 777.4 ⁇ m, which was 0.4 ⁇ m thicker than the target thickness of 777 ⁇ m. The thickness error was 0.4 ⁇ m with respect to the target thickness, and exceeded the allowable polishing accuracy.
- FIG. 15A shows the measured motor load factor for 100 seconds from the initial polishing to the intermediate polishing phase after the start of polishing.
- FIG. 15A shows the measured motor load factor measured for 100 seconds at the end of polishing including the polishing end point reaching the target thickness. As shown in FIG.
- the average amplitude of the motor load factor from the initial polishing to the intermediate polishing is 1.1 [A. U.
- the amplitude during this period is 1.1 ⁇ 0.20 [A. U. ].
- the average amplitude of the motor load factor at the end of polishing is 0.3 [A. U.
- the amplitude during this period is 0.3 ⁇ 0.20 [A. U. ].
- the difference in average amplitude between the amplitude range from the initial stage of polishing to the middle stage of polishing and the amplitude range at the end stage of polishing is 0.8 [A. U. ], Variation in amplitude ⁇ 0.20 [A. U. ], And there is a significant difference in amplitude in both ranges.
- polishing was performed five times under the same polishing conditions, the polishing end point was set to the target thickness of 777 ⁇ m, the torque component was extracted from the motor load factor, and the polishing of the wafer was finished when it was determined that the target thickness was reached.
- the average thickness of the wafer at this time was 777.05 ⁇ m, which is 0.05 ⁇ m thicker than the target thickness of 777 ⁇ m.
- the thickness error was 0.05 ⁇ m with respect to the target thickness, and it was confirmed that the product had sufficient polishing accuracy.
- the torque component for rotation can be captured, and the polishing amount of the workpiece can be controlled with higher accuracy based on the amplitude of this component.
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Abstract
ワークの研磨量の制御をより高精度に行うことができるワークの研磨方法を提供する。本発明のワークの研磨方法は、ワーク（２０）を、上定盤（５０ａ）及び下定盤（５０ｂ）で挟み、キャリアプレート（３０）の回転ごとに上定盤（５０ａ）及び下定盤（５０ｂ）の中心とワーク（２０）の中心との距離が周期的に変化するとともに、ワーク（２０）の表裏面を同時に研磨するワークの研磨方法であって、トルクを測定し、前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅に基づいて、ワーク（２０）の研磨量を制御し、キャリアプレート（３０）には保持孔（４０）以外の部分に開口部（Ｈ）が設けられ、キャリアプレート（３０）の開口率が５５％以下であることを特徴とする。
Description
本発明は、例えば半導体ウェーハなどのワークの表裏面を研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法および研磨装置に関する。
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、より高精度な平坦度品質や表面粗さ品質の半導体ウェーハを得るために、研磨パッドを有する一対の定盤で半導体ウェーハを挟みつつ研磨スラリーを供給して、その表裏面を同時に化学機械研磨する両面研磨が行われている。大規模集積回路の集積度の向上のためには、半導体ウェーハの平坦度は重要な要素の一つであるため、半導体ウェーハの研磨量を適切に制御する手法が求められている。
ここで、本出願人は、特許文献１において、図１に示すように、キャリアプレート３０に設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔４０に保持されたワーク２０を、研磨パッド６０がそれぞれ設けられた上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂで挟み、キャリアプレート３０を駆動機構７０（サンギア）および８０（インターナルギア）により回転させ、かつ、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂを回転させることにより、キャリアプレート３０の回転ごとに上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの中心とワーク２０の中心との距離が周期的に変化するとともに、ワーク２０の表裏面を研磨パッド６０により同時に研磨するワークの研磨方法であって、駆動機構７０（サンギア）および８０（インターナルギア）、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂのトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定し、前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅に基づいて、ワーク２０の研磨量を制御するワークの研磨方法を提案している。
ここで、本明細書においては説明の便宜上、ワークの研磨を開始して、研磨前のワークの初期の厚みから、約１μｍ研磨されるまでを「研磨の初期」と称する。その後、研磨が進み、ワーク２０の厚みがキャリアプレート３０の厚みよりも３μｍ厚い状態になるまでの間を「研磨の中間段階」と称する。そして、ワーク２０の厚みがキャリアプレート３０の厚みに３μｍを加えた厚み以下の厚みとなった状態を「研磨の末期」と称する。また、「研磨の中間段階」であっても、ワーク２０の目標厚みまで研磨して、研磨を終えるときを「研磨終点」に到達したと称する。
図２および３を用いて、本出願人が特許文献１にて提案した研磨方法における「トルク成分」を説明する。まず、ワーク２０への研磨の進行に応じた、上定盤５０ａのトルクの変化を説明する。
図２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、７０（サンギア）および８０（インターナルギア）がその駆動部である９０ｄおよび９０ｃにより駆動され回転することにより、キャリアプレート３０は自転かつ公転しつつ、自転１回ごとに、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの中心とワーク２０の中心との距離Ｄが周期的に変化する。図２（Ｅ）および図３（Ｅ）は、距離Ｄが研磨時間に対して周期的に変化する様子を図示したものである。
ここで、図２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、研磨の初期および中間段階ではワーク２０の方がキャリアプレート３０よりも厚みがあるため、例えば両定盤５０ａ，５０ｂのトルクの中には、両定盤５０ａ，５０ｂの中心とワーク２０の中心との距離Ｄの周期的な変化（すなわちキャリアプレート３０の自転の回転周期）に同期して周期的に変化するトルク成分が存在する（図２（Ｆ））。このような距離Ｄの周期的な変化に同期して周期的に変化するトルク成分のことを、特許文献１と同様に本明細書においても「トルク成分」と称する。
一方、図３（Ｃ），（Ｄ）に示すように、研磨の末期では、ワーク２０の厚みとキャリアプレート３０の厚みが近づくため、研磨初期および中期に対し距離Ｄに対するトルク成分の傾きは小さくなる（図３（Ｆ））。なお、図３（Ｃ），（Ｄ）では、ワーク２０の厚みとキャリアプレート３０の厚みを揃えて、誇張して図示しているが、ワーク２０の厚みがキャリアプレート３０の厚みに３μｍを加えた厚み以下の厚みとなった状態が研磨の末期であることは既述のとおりである。後述の図５についても、同様に誇張して図示している。
このように、上記トルク成分の振幅は、研磨初期から研磨末期にかけて研磨の進行に伴い徐々に減少する。最終的に、例えばワーク２０の厚みがキャリアプレート３０と等しくなると、ほぼゼロとなる。（トルク成分の変動がなくなると考えてよい。）
以上説明したトルク測定値から抽出されたトルク成分は、背景負荷やノイズの影響を受けにくい指標であるため、特許文献１に提案する研磨方法により、ワークの研磨量を高精度に制御できるのである。
既述のとおり、特許文献１に記載の研磨方法により、ワークの研磨量を高精度に制御することができる。ここで、特許文献１のような両面研磨に使用するキャリアプレートには、下定盤へのスラリー供給を効率化するため、ワーク保持孔の他にも開口部を設けるのが一般的である。ところが、ワークへの化学機械研磨にあたり、スラリー供給を効率化するために開口部が設けられたキャリアプレートを特許文献１に記載の研磨方法に適用した場合、本発明者の検討により、以下のことが判明した。すなわち、発明を実施するための形態の説明において詳細を後述する図４，図５に示すとおり、キャリアプレート３０に開口部Ｈが設けられている場合、ワーク２０の研磨中、弾性体である研磨パッド６０はワーク２０を研磨すると同時に、両定盤５０ａ，５０ｂから受ける圧力のためにキャリアプレート３０の開口部Ｈにも研磨パッド６０は沈み込む。そして、研磨末期においても、研磨パッド６０は開口部Ｈに沈み込み続ける。そのため、開口部Ｈが設けられたキャリアプレート３０を用いる場合、開口部Ｈに加わる圧力負荷に起因して、研磨の進行に伴うトルク成分の低減率が開口部のないキャリアプレートを用いる場合に比べて抑制され、かつ、開口部はキャリアプレートの回転に伴うノイズの起因ともなるため、研磨量の制御精度に影響し得ることが新たに判明した。
そこで本発明では、上記課題に鑑み、キャリアプレートに開口部が設けられている場合でも、ノイズの影響を抑制してワークの研磨量の制御を高精度に行うことができるワークの研磨方法およびワークの研磨装置を提供することを目的とする。
上述の目的を達成すべく本発明者は鋭意検討を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。
キャリアプレートに開口部が設けられている場合、その開口部に研磨パッドが沈み込むのは前述のとおりである。したがって、弾性体である研磨パッドが沈み込む部分に加わる圧力が、研磨の進行に伴うトルク成分の低減率を分散する。また，開口部へのパッドの沈み込みはトルク成分にとってのノイズの原因ともなる。そこで本発明者は、キャリアプレートにおける開口部が占める開口率を適切に制限することにより、研磨の進行に伴うトルク成分の低減率を増大させることができる結果、開口部に起因するノイズの影響も抑制することができることを知見し、本発明を完成するに至った。
キャリアプレートに開口部が設けられている場合、その開口部に研磨パッドが沈み込むのは前述のとおりである。したがって、弾性体である研磨パッドが沈み込む部分に加わる圧力が、研磨の進行に伴うトルク成分の低減率を分散する。また，開口部へのパッドの沈み込みはトルク成分にとってのノイズの原因ともなる。そこで本発明者は、キャリアプレートにおける開口部が占める開口率を適切に制限することにより、研磨の進行に伴うトルク成分の低減率を増大させることができる結果、開口部に起因するノイズの影響も抑制することができることを知見し、本発明を完成するに至った。
本発明の要旨構成は以下のとおりである。
本発明によるワークの研磨方法は、キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔に保持されたワークを、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤で挟み、前記キャリアプレートを駆動機構により回転させ、かつ、前記上定盤および下定盤を回転させることにより、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法であって、前記駆動機構、前記上定盤および下定盤のトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定し、前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御し、前記キャリアプレートには前記保持孔以外の部分に開口部が設けられ、前記キャリアプレートの開口率が５５％以下であることを特徴とする。
本発明によるワークの研磨方法は、キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔に保持されたワークを、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤で挟み、前記キャリアプレートを駆動機構により回転させ、かつ、前記上定盤および下定盤を回転させることにより、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法であって、前記駆動機構、前記上定盤および下定盤のトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定し、前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御し、前記キャリアプレートには前記保持孔以外の部分に開口部が設けられ、前記キャリアプレートの開口率が５５％以下であることを特徴とする。
ここで、キャリアプレートの開口率とは、保持孔を除いたキャリアプレートの面積に対する、開口部の面積の比を意味する。したがって、開口部が設けられていないキャリアプレート３０においては、その開口率は０％となる。一方、本発明で用いるキャリアプレートには開口部が設けられているので、開口率は０％超である。
また、本発明による研磨方法において、前記キャリアプレートの開口率が０．８％以上であることが好ましい。
また、本発明による研磨方法において、前記トルク成分の振幅がなくなったとき、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分の変化がなくなったとき、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差がなくなったときに、前記ワークの研磨を終了することが好ましい。
また、本発明による研磨方法において、前記ワークはシリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハであることが好ましい。
さらに、本発明による他のワークの研磨方法は、キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔に保持されたワークを、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤で挟み、前記キャリアプレートを駆動機構により回転させ、かつ、前記上定盤および下定盤を回転させることにより、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法であって、前記駆動機構のモータの電流値、ならびに前記上定盤および下定盤の少なくとも一方を回転させるモータの電流値のうち、少なくとも一つの電流値を測定し、前記距離の周期的な変化に起因する電流値成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記電流値成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記電流値成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御し、前記キャリアプレートには前記保持孔以外の部分に開口部が設けられ、前記キャリアプレートの開口率が５５％以下であることを特徴とする。
また、本発明によるワークの研磨装置は、キャリアプレートと、該キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔と、該保持孔に保持されたワークを挟み込み、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤と、前記キャリアプレートを回転させる駆動機構、ならびに、前記上定盤および下定盤をそれぞれ回転させる一対のモータと、を有し、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨装置であって、前記駆動機構、前記上定盤および下定盤のトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定する測定部と、前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御する制御部と、を有し、前記キャリアプレートには前記保持孔以外の部分に開口部が設けられ、前記キャリアプレートの開口率が５５％以下であることを特徴とする。
さらに、本発明による他のワークの研磨装置は、キャリアプレートと、該キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔と、該保持孔に保持されたワークを挟み込み、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤と、前記キャリアプレートを回転させる駆動機構、ならびに、前記上定盤および下定盤をそれぞれ回転させる一対のモータと、を有し、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨装置であって、前記駆動機構のモータの電流値、ならびに前記上定盤および下定盤の少なくとも一方を回転させる前記一対のモータの電流値のうち、少なくとも一つの電流値を測定する測定部と、前記距離の周期的な変化に起因する電流値成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記電流値成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記電流値成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御する制御部と、を有し、前記キャリアプレートには前記保持孔以外の部分に開口部が設けられ、前記キャリアプレートの開口率が５５％以下であることを特徴とする。
本発明のワークの研磨方法およびワークの研磨装置によれば、キャリアプレートの開口率を適切に定めたので、開口部に起因するノイズの影響を抑制してワークの研磨量の制御を高精度に行うことができるワークの研磨方法およびワークの研磨装置を提供することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に従うワークの研磨装置１および研磨方法を説明する。なお、図中のキャリアプレート３０の開口部Ｈの形状は、説明の便宜上誇張して図示しており、実際の開口率とは異なる。
まず、図６を用いて、本発明の一実施形態に従うワークの研磨装置１を具体的に説明する。研磨装置１は、ワーク２０を保持するための保持孔４０を有するキャリアプレート３０と、研磨パッド６０ａ，６０ｂがそれぞれ設けられた上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂと、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂをそれぞれ回転させる一対のモータ９０ａおよび９０ｂとを含む。
キャリアプレート３０には保持孔４０以外の部分に開口部Ｈが設けられ、キャリアプレートの開口率が５５％以下であることが本発明の特徴の一つである。また、保持孔４０の中心は、キャリアプレート３０の中心から離間して位置する。開口率が５５％以下であることが肝要である理由については後述する。
図７（Ａ）を用いて、かかるキャリアプレートの一具体例の形状を説明する。このキャリアプレート３０は、該キャリアプレートの外縁を定める第１の周設部３０ａと、保持孔２０を囲む第２の周設部３０ｂと、第１の周設部３０ａおよび第２の周設部３０ｂを橋設する５つの輻部３０ｃとから構成され、開口部Ｈは第１の周設部３０ａ、第２の周設部３０ｂおよび輻部３０ｃにより区画されている。すなわち、このキャリアプレート３０には開口部Ｈは６つ設けられている。なお、かかる開口部Ｈの設けられた形状のキャリアプレート３０であれば、キャリアプレート３０の強度を保持しつつ、研磨スラリーの供給効率を上げることができる。また、開口部のないキャリアプレートに比べて、開口部Ｈが設けられたキャリアプレート３０は軽量化されるため、作業者の負担を軽減できる点でも好ましい。なお、キャリアプレート３０の形状は、図７（Ａ）に示す５つの輻部３０ｃから構成される一例に限定されることは当然なく、１以上の輻部３０ｃから構成されても上記の効果を得ることができる。また、例えば図７（Ｂ）に別の具体例を示すように、複数の略円形の開口部Ｈ（図の場合では６つ）が設けられたキャリアプレート３０を本発明に用いることもできる。実施例において後述する図１１（Ａ），（Ｂ）の形状のキャリアプレート３０を本発明に用いてもよいことは勿論である。
次に、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂは、保持孔４０に保持されたワーク２０を一定の圧力で挟み込むことができるように構成される。モータ９０ａおよび９０ｂは、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂを逆方向に回転させる。また、キャリアプレート３０には、下定盤５０ｂの中心部にサンギア７０が、その外側にインターナルギア８０が設けられている。
ここで、サンギア７０および／またはインターナルギア８０は、モータ９０ａおよび９０ｂとは異なるモータ９０ｃ，９０ｄによりそれぞれ駆動し、キャリアプレート３０を回転させる駆動機構である。キャリアプレート３０の外周ギアが、サンギア７０およびインターナルギア８０と噛み合わさり、キャリアプレート３０を回転させる。なお、サンギア７０、インターナルギア８０とキャリアの外周ギアの噛み合わせについては、研磨装置１の模式図を簡略化するために図示しない。また、インターナルギア８０は、円周方向に多数の回転駆動軸ピンまたはギアを配置した個々の軸ピンもしくはギアから構成され、個々の軸ピンもしくはギアがキャリプレート３０の外周ギアに噛み合わさることで、キャリアプレート３０を回転させる。ただし、個々の軸ピンについては、研磨装置１の模式図を簡略化するために図示しない。
このようなギアの噛み合わせにより、キャリアプレート３０は、サンギア７０および／またはインターナルギア８０の回転にともない、キャリアプレート３０の中心を中心軸として回転しつつ（以下、単に「自転」という。）、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの中心を中心軸としてサンギア７０の周りを回転する（以下、単に「公転」という。）。本実施形態では、保持孔４０の中心がキャリアプレート３０の中心から離間して位置する、すなわち、キャリアプレート３０の中心に対してワーク２０は偏心しているため、自転の１回転ごとに、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの中心とワーク２０の中心との距離が周期的に変化する。研磨装置１は、挟み込んだキャリアプレート３０を自転かつ公転させながら、研磨パッド６０ａおよび６０ｂと滴下スラリー（図示せず）とにより、ワーク２０の表裏面を同時に化学機械研磨する。
さらに、研磨装置１はモータ９０ａおよび９０ｂ、ならびに、９０ｃおよび９０ｄのモータの電流値を測定する後述の測定部１１０を有する。つまり測定部１１０は、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂならびに駆動機構（すなわちサンギア７０および／またはインターナルギア８０）のトルクを測定する。また、研磨装置１は、制御部１２０を有する。制御部１２０の行なう制御の詳細は後述する。
ここで図４および５を用いて、ワーク２０への研磨の進行に応ずる、上定盤５０ａのトルクの変化の詳細を説明する。なお、下定盤５０ｂおよび駆動機構のトルクの変化も同様である。図４（Ａ），（Ｂ）および図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、駆動機構の駆動にともない、キャリアプレート３０は自転かつ公転しつつ、自転１回ごとに、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの中心とワーク２０の中心との距離Ｄが周期的に変化する。図４（Ｅ）および図５（Ｅ）は、距離Ｄが研磨時間に対して周期的に変化する様子を図示したものである。
図４（Ｃ），（Ｄ）に示すように、研磨の初期ではワーク２０の方がキャリアプレート３０よりも厚みがあるため、両定盤５０ａ，５０ｂから受ける圧力はワーク２０に集中する。ただし、既述のとおり、キャリアプレート３０には開口部Ｈが設けられているので、ワーク２０の研磨中、両定盤５０ａ，５０ｂから受ける圧力のためにキャリアプレート３０の開口部Ｈにも研磨パッド６０は沈み込む。そのため、上定盤５０ａのトルクの中には、両定盤５０ａ，５０ｂの中心とワーク２０の中心との距離Ｄの周期的な変化（すなわちキャリアプレート３０の自転の回転周期）に同期して、周期的に変化するトルク成分があるものの、そのトルク成分の中には、研磨パッド６０が開口部Ｈに沈み込むことにより生ずる圧力負荷（すなわちトルク）も含まれる。また、開口部Ｈに起因するノイズも含まれる。図４（Ｆ）に、そのノイズを含めてトルク成分の変化を模式的に示す。
また、図５（Ｃ），（Ｄ）に示すように、研磨の末期では、例えばワーク２０の厚みとキャリアプレート３０の厚みが揃うときでも、ワーク２０の研磨中、両定盤５０ａ，５０ｂから受ける圧力のためにキャリアプレート３０の開口部Ｈにも研磨パッド６０は沈み込む。そのため、距離Ｄによらず、ワーク２０が両定盤５０ａ，５０ｂから受けるトルクは均一化されるものの、研磨初期と同様に、研磨パッド６０が開口部Ｈに沈み込むことにより生ずるノイズは存在し続ける。実施例に詳細を後述するとおり、開口率を５５％以下と適切に制限していれば、ノイズの影響を抑制して高精度に研磨をすることができる。また、図４（Ｆ）と同様に、図５（Ｆ）に研磨末期におけるノイズを含めたトルク成分の変化を模式的に示す。
なお、ワーク２０の厚みとキャリアプレート３０の厚みとが揃う前の、研磨の中間段階のワーク２０の厚さを目標研磨量として研磨の終点とする場合においても、以下に説明するように本発明は有効である。研磨の中間段階では、研磨の初期と比べて、ワーク２０の厚みが減少するために、ワーク２０の厚みとキャリアプレート３０の厚みの差が減少している。そのため、研磨初期と比べて、ワーク２０に集中していた両定盤５０ａ，５０ｂから受ける圧力負荷は、研磨の進行に従い、徐々にキャリアプレート全体に分散されていく。ここで、開口部Ｈが設けられていないキャリアプレート３０を用いた場合と比べると、キャリアプレート３０の開口部Ｈへの圧力負荷のために、研磨の進行に伴うトルク成分の振幅の低減率が抑制され、研磨初期と、研磨終点とにおけるトルク成分の振幅の変化がノイズの影響により判定しづらくなる。しかし、この場合でも、本発明ではキャリアプレート３０の開口率を５５％以下に制限するため、ノイズの影響を抑制して高精度に研磨をすることができる。
ここで、上記のとおりノイズの影響を抑制して、ワークの研磨量の制御を高精度に行う観点では、本発明におけるキャリアプレートの開口率は低いほど好ましい。しかしながら、開口率がない、すなわち開口部Ｈの設けられていないキャリアプレートを用いた場合、ワーク２０を化学機械研磨するためのスラリー供給に、ワーク２０の表側と裏側とで不均衡が生ずる。スラリー供給の不均衡は、研磨後のウェーハ表面のラフネス悪化の要因ともなり得る。そこで、キャリアプレート３０の開口率を０．８％以上とすることが好ましく、かかる開口率のキャリアプレートを用いることにより、研磨後のウェーハ表面のラフネスを改善することができる。
なお、測定部１１０により得られる上定盤５０ａのトルクの実測値の中には、上記トルク成分のほかに、研磨装置１を動かすための作動電流やノイズなどの背景負荷も含まれる。しかし、以下の好適な具体例に従い、上定盤５０ａのトルクから、既述の開口部Ｈに起因するノイズは排除できないものの、距離Ｄの変化に起因するトルク成分を抽出することができる。すなわち、検出したトルク信号を、その検出時のキャリアプレートの回転角度によって整理した後に、その振動波形を算出すればよい。振動波形の算出に際しては、例えば最小二乗法等による三角関数への近似法を用いることができる。振動波形の算出方法は上述した手法以外に、例えば，キャリアプレート回転角度ごとの平均化、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等による周波数解析等の手法を用いることができる。このように、トルク成分の振幅は研磨装置１を動かすための作動電流やそれに起因するノイズなどの背景負荷の影響については排除できている。したがって、開口率を適切に制限することにより開口部に起因するノイズの影響を抑制しておけば、トルクの測定値から開口部に起因するノイズを含むトルク成分を抽出し、トルク成分の振幅を算出することにより、トルク成分の振幅の変化に基づいてワーク２０の研磨量を制御することができるのである。
ここで、測定部１１０は、ワーク２０の研磨中に、モータ９０ａの電流値を測定する。本実施形態では、上定盤５０ａのトルクは、例えば上定盤５０ａを回転させるモータ９０ａの電流値として把握できる。制御部１２０は、上記の抽出方法により、この電流値の測定値から、上記トルク成分に対応した電流値成分を抽出し、この電流値成分の振幅に基づいて、ワーク２０の研磨量を制御する。例えば、あらかじめ試験用のワーク２０を用いて電流値成分（すなわちトルク成分）の振幅とワーク２０の研磨量との対応関係を測定し、この対応関係を研磨装置１に記録しておく。その後、同種のワーク２０を研磨しながら、モータ９０ａの電流値を測定して得られた電流値成分の振幅を上記対応関係に当てはめれば、任意の時点でのワーク２０の研磨量が把握でき、ワーク２０の研磨量を高精度に制御することができる。また、あらかじめ振幅とワーク２０の研磨量との対応関係を研磨装置１に記録しておかなくても、研磨の進行にともなう電流値成分の振幅の変化（振幅の減少）を用いれば、研磨量を制御することができる。
以上説明したように、本発明の一実施形態に従うワークの研磨装置によれば、作動電流などの背景負荷の影響を排除しつつ、開口部Ｈに起因するノイズの影響も抑制することで、上定盤および下定盤の中心とワークの中心との距離Ｄの周期的な変化に同期して変化するトルク成分を十分に捉えることができる。従って、本発明の一実施形態に従うワークの研磨装置によれば、トルク成分の振幅に基づいてワークの研磨量を高精度に制御することができる。さらに、かかる装置により、本発明に従うワークの研磨方法を行うことができる。
なお、上定盤５０ａのトルクを用いた実施形態を説明したが、下定盤５０ｂのトルクを測定し、そのトルク成分を抽出してもよく、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂのトルクそれぞれを抽出するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態における上定盤５０ａのトルクに替えて、駆動機構のうち、例えばインターナルギア８０のトルクを測定し、そのトルク成分を抽出してもよい。もちろん、インターナルギア８０のトルクならびに上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂのトルクそれぞれを抽出するようにしてもよい。また、駆動機構のうち、インターナルギア８０のトルクに替えて、サンギア７０のトルクを測定し、そのトルク成分を抽出してもよい。
ここで、本発明では、上記トルク成分の振幅に替えて、以下の２つの指標によっても研磨量の制御が可能である。第１の指標は、キャリアプレートが特定の回転角をとる時点でのトルク成分である。第２の指標は、キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点でのトルク成分の差である。以下詳細に説明する。
まず、図８（Ａ），（Ｂ）を用いてキャリアプレートの回転角θを説明する。回転角θに関しては、キャリアプレート３０の公転を考慮する必要はなく、自転による回転のみを考える。図８（Ａ）は、特定の時点でのキャリアプレート３０およびワーク２０を示し、この状態を回転角ゼロと仮定する。図８（Ａ）において、点Ｐはキャリアプレート３０の中心点であり、点Ｐからワーク２０への距離が最大になる点がＱ0である。図８（Ｂ）は、キャリアプレート３０が所定角θだけ自転した後の図である。図８（Ｂ）において、点Ｐからワーク２０の距離が最大になる点がＱ1であり、点Ｑ0、点Ｐ、点Ｑ1のなす角度が回転角θとなる。
図９は、キャリアプレート２０の回転角とトルク成分との関係を示す図である。図９に示すように、第１の指標として、キャリアプレート３０が特定の回転角をとる時点でのトルク成分（Ｃ1、Ｃ2、・・・）に基づいてワーク２０の研磨量を制御してもよい。また、第２の指標として、キャリアプレート３０が異なる特定の２つの回転角をとる時点でのトルク成分の差（Ｄ1－Ｅ1、Ｄ2－Ｅ2、・・・）に基づいてワーク２０の研磨量を制御してもよい。これらの指標も、研磨の進行に応じて値が減少し、ワーク２０の厚みがキャリアプレート３０と等しくなると、開口部に起因するノイズのみとなる。なお、トルク成分の振幅については図９に示すように、例えばそれぞれ１周期内の最大値と最小値の差の半分であるＡ1、最大値と平均値の差であるＡ2、または平均値と最小値の差であるＡ3など、各種の定義が可能であり、どのように定義してもよい。
キャリアプレート３０は、例えばステンレス鋼(SUS: Steel special Use Stainless)、あるいはエポキシ、フェノール、ポリイミドなどの樹脂にガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの強化繊維を複合した繊維強化プラスチックなど、任意の材質のものを用いることができる。また、耐摩耗性を向上させるように、これら材質の表面にダイヤモンドライクカーボンを塗布したものも用いることができる。さらに、キャリアプレート３０は保持孔４０および開口部Ｈ以外にも、滴下スラリー保持用の溝などを有してもよく、その溝の厚みはワーク２０の厚みよりも薄くなるように設定される。
化学機械研磨のためには、研磨パッド６０ａおよび６０ｂやスラリーは任意のものを用いることができ、例えば研磨パッドとしては、ポリエステル製の不織布からなるパッド、ポリウレタン製のパッドなどを用いることができる。滴下スラリーとしては、例えば遊離砥粒を含むアルカリ性水溶液、遊離砥粒を含まないアルカリ性水溶液などを用いることができる。
上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂは、互いに同回転速度で逆方向に回転させることが望ましい。サンギア７０、インターナルギア８０とキャリアプレート３０の外周ギアと噛み合わさり、キャリアプレート３０は自転するのは既述のとおりである。ここで、キャリアプレート３０の自転速度を一定にすることが望ましく、これにより、研磨開始からの時間によってキャリアプレートの回転周期を把握して、トルク成分の振幅を確実に算出することができる。しかし、自転速度が一定でなくても例えば回転計などを用いて、キャリアプレート３０の回転角度を測定することにより、トルク成分の振幅を算出できるので、本発明に従う研磨方法を実施することができる。この場合、特定の回転角をとる時点でのトルク成分、または、異なる特定の２つの回転角をとる時点でのトルク成分の差を用いることもできる。なお、上記実施形態では、研磨装置１はキャリアプレート３０を自転かつ公転させて研磨するが、インターナルギア８０とサンギア７０の回転を制御して、キャリアプレート３０を自転のみさせて研磨してもよい。
また、トルクの測定は、既述のようにモータ９０ａの電流値の測定により行なうことができるが、他にもトルクセンサー等を用いてトルクを測定してもよい。
また、同時に複数枚のワークを研磨する場合には、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、それぞれ１つのワーク２１～２５を配設した、開口部Ｈの設けられた複数のキャリアプレート３１～３５を上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの間に配設し、それぞれのワーク２１～２５について、両定盤５０ａ，５０ｂの中心とワーク２１～２５の中心との距離Ｄ1～Ｄ5が揃えて変化させることが好ましい。図１０（Ａ）は、距離Ｄ1～Ｄ5が揃って最小となる状態を示し、図１０（Ｂ）は、距離Ｄ1～Ｄ5が揃って最長となる状態を示す。なお、トルク成分が抽出できる限りは、図１０のように距離Ｄ1～Ｄ5が完全に一致する必要がないことは勿論である。
また、トルク成分が抽出できる限りは、２枚以上のワークを一つのキャリアプレートに配設しても、本発明に従う研磨方法を行うことができる。
本発明に従う研磨方法を行うことにより、ワークの研磨量の制御を高精度かつ任意の研磨量で行うことができる。研磨初期を経た研磨の中間段階、すなわちワーク２０の厚さがキャリアプレート３０の厚さよりも厚い時点を目標研磨量（ワークの目標厚みと称することもできる）とする場合、トルク成分の振幅がなくなる前、すなわち研磨初期のトルク成分の振幅の３０％、１０％などにトルク成分の振幅が達した時点で研磨を終了することができる。
また、例えば、トルク成分の振幅が実質的になくなったときに研磨を終了すれば、ワーク２０の厚さとキャリアプレート３０の厚さを揃えることができる。ここで、振幅が実質的になくなったときとは、すなわちトルク成分の変化がノイズ変動分を除いてなくなったときであり、かかる状況は既述のとおり、ワーク２０の厚さとキャリアプレート３０の厚さが揃ったときである。このとき、トルク成分の振幅は、研磨初期の振幅に比べて無視できる程度（例えば５％未満）、あるいは、検出下限値程度になっている。キャリアプレート３０の開口率を５５％以下と、適切に設定することで、開口部Ｈに起因するノイズの影響を十分に無視することができるため、トルク成分の振幅が実質的になくなったときに研磨を終了することで、ワーク２０の目標研磨量をキャリアプレート３０の厚みとして正確に定めることができる。
この場合、既述の第１の指標である、キャリアプレートが特定の回転角をとる時点でのトルク成分の変化がなくなったときや、第２の指標である、キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点でのトルク成分の差がなくなったときも、同様に研磨を終了することができる。
さらに、キャリアプレート３０の厚さよりもさらに薄くなるように研磨する場合には、上記振幅が実質的になくなった後に、さらに目標の研磨量に相当する研磨時間を設定し、設定した研磨時間分だけ研磨を続行すればよい。キャリアプレート３０の開口率を適切に設定すれば、開口部Ｈに起因するノイズの影響を十分に無視することができるため、このように研磨初期の振幅から低減した割合を設定することで、ワーク２０の目標研磨量を正確に定めることができる。既述のとおり、キャリアプレートの厚みよりもワークを薄く研磨する場合に、開口部Ｈが設けられていないキャリアプレートに比べて、開口部Ｈが設けられたキャリアプレートはスラリー供給の点で有利であり、ウェーハ表面のラフネスの改善の観点で特に有利となる。
さらに本発明では、上定盤，下定盤，サンギアおよびインターナルギアのモータ９０ａ，９０ｂ，９０ｄおよび９０ｃのトルクを測定し、全てのトルクを用いてワーク２０の研磨量を制御してもよい。例えば、これら全てのトルク測定値から得られるトルク成分の振幅の平均値を用いることで測定誤差を低減することにより、ワーク２０の研磨量の制御をより高精度に行うことができる。第１および第２の指標についても同様である。これに加えて、駆動機構のトルク成分を用いてワーク２０の研磨量を制御してもよい。
また、本発明ではシリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハを研磨することができる。もちろん、本発明が対象とするワークはシリコンウェーハに限定されない。例えば、ＳｉＣウェーハ、サファイアウェーハ、および化合物半導体ウェーハなど、両面研磨を行う任意のワークが本発明の対象とするワークに含まれる。
また、図３～８，１０および実施例において後述する図１１では、ワーク２０の形状は円形に図示されているが、キャリアプレート３０の中心から離隔した位置にワーク２０の中心があれば、ワーク２０およびキャリアプレート３０が円形である必要はない。例えばワーク２０が円形の一部が切り取られた形状や四角形などの多角形でも、開口率が５５％以下である限りは、本発明に従う研磨方法を適用できる。
次に、本発明の効果をさらに明確にするため、以下の実施例を挙げるが、本発明は以下の実施例に何ら制限されるものではない。
（実施例１）
前述の図６および図１０に示した構成の研磨装置を用いて、試験を行った。研磨に供するワークとして、初期の厚さ７９０μｍ、直径３００ｍｍ、結晶方位（１１０）、Ｐ型のシリコンウェーハを用いた。また、図１１（Ａ）に示すように、本実施例で用いたキャリアプレートは、キャリアプレートの外縁を定める第１の周設部と、キャリアプレートの保持孔を囲む第２の周設部と、第１の周設部および第２の周設部を橋設する５つの輻部とから構成され、６つの開口部Ｈが第１の周設部、第２の周設部および輻部により区画されているステンレス鋼製のプレートを用いた。また、このキャリアプレートの厚さは７７５μｍであり、開口率は５５％である。そして、シリコンウェーハの目標厚みを研磨末期の７７７μｍとして両面研磨を行った。また、シリコンウェーハの中心は、キャリアプレートの中心から３０ｍｍ離隔して位置させた。研磨パッドにはロデール・ニッタ社製不織布ｓｕｂａ８００を用い、研磨スラリーにはロデール・ニッタ社製スラリーＮａｌｃｏ２３５０を用いた。昇降機により一定圧力でキャリアプレートを上下定盤間で挟持しながら、上定盤および下定盤を互いに逆方向に回転させた。キャリアプレートは、インターナルギア、サンギアおよびキャリアプレートの外周ギアの噛み合わせにより上定盤と同方向に３０ｒｐｍで回転させて、キャリアプレート内に装填した５枚のシリコンウェーハの表裏面を研磨した。なお、上定盤、下定盤、インターナルギアおよびサンギアは、それぞれ異なるモータにより回転させた。また、トルク成分を測定するために、下定盤のモータ負荷率、すなわちモータ仕様最大容量［Ａ］に対する実使用電流値［Ａ］の比を測定し続けた。このモータ負荷率は無次元単位［Ａ．Ｕ．］であり、実使用電流値がモータ仕様最大容量に等しいときを１００［Ａ．Ｕ．］として表記する。
前述の図６および図１０に示した構成の研磨装置を用いて、試験を行った。研磨に供するワークとして、初期の厚さ７９０μｍ、直径３００ｍｍ、結晶方位（１１０）、Ｐ型のシリコンウェーハを用いた。また、図１１（Ａ）に示すように、本実施例で用いたキャリアプレートは、キャリアプレートの外縁を定める第１の周設部と、キャリアプレートの保持孔を囲む第２の周設部と、第１の周設部および第２の周設部を橋設する５つの輻部とから構成され、６つの開口部Ｈが第１の周設部、第２の周設部および輻部により区画されているステンレス鋼製のプレートを用いた。また、このキャリアプレートの厚さは７７５μｍであり、開口率は５５％である。そして、シリコンウェーハの目標厚みを研磨末期の７７７μｍとして両面研磨を行った。また、シリコンウェーハの中心は、キャリアプレートの中心から３０ｍｍ離隔して位置させた。研磨パッドにはロデール・ニッタ社製不織布ｓｕｂａ８００を用い、研磨スラリーにはロデール・ニッタ社製スラリーＮａｌｃｏ２３５０を用いた。昇降機により一定圧力でキャリアプレートを上下定盤間で挟持しながら、上定盤および下定盤を互いに逆方向に回転させた。キャリアプレートは、インターナルギア、サンギアおよびキャリアプレートの外周ギアの噛み合わせにより上定盤と同方向に３０ｒｐｍで回転させて、キャリアプレート内に装填した５枚のシリコンウェーハの表裏面を研磨した。なお、上定盤、下定盤、インターナルギアおよびサンギアは、それぞれ異なるモータにより回転させた。また、トルク成分を測定するために、下定盤のモータ負荷率、すなわちモータ仕様最大容量［Ａ］に対する実使用電流値［Ａ］の比を測定し続けた。このモータ負荷率は無次元単位［Ａ．Ｕ．］であり、実使用電流値がモータ仕様最大容量に等しいときを１００［Ａ．Ｕ．］として表記する。
まず、研磨初期におけるモータ負荷率の平均振幅１．３［Ａ．Ｕ．］に対して、モータ負荷率の平均振幅が０．９［Ａ．Ｕ．］になったときが、シリコンウェーハの目標厚み７７７μｍとなったときであることを、同種のウェーハに対して研磨を行うことにより確認した。なお、本実施例１において振幅は、１周期における最大値と最小値の差の半分から求まるモータ負荷率を意味する。
次に、研磨の進行にともなうモータ負荷率の振幅の低減傾向および測定誤差を含む振幅のバラツキを確認するために、下定盤を回転させるモータのモータ負荷率を用いて１／３秒ごとに測定し、モータ負荷率の経時変化を確認した。研磨初期から研磨中期にかけての１００秒間のモータ負荷率測定値（トルクに相当）を図１２（Ａ）に示し、目標厚みに到達する研磨終点が含まれる研磨末期における１００秒間のモータ負荷率測定値を図１２（Ｂ）に示す。
測定したモータ負荷率から、最小二乗法による三角関数への近似法を用いることにより１００秒平均での振幅を算出したところ、研磨初期から研磨中期におけるモータ負荷率の平均振幅は１．３［Ａ．Ｕ．］であり、この間の振幅は１．３±０．３５［Ａ．Ｕ．］の範囲であった。また、研磨末期におけるモータ負荷率の平均振幅は０．９［Ａ．Ｕ．］であり、この間の振幅は０．９±０．３５［Ａ．Ｕ．］の範囲であった。
したがって、研磨初期から中期における振幅範囲と、研磨末期における振幅範囲とでは、平均振幅の差が０．４［Ａ．Ｕ．］であるため、振幅のばらつき±０．３５［Ａ．Ｕ．］よりも大きく、両範囲での振幅に有意な差が認められる。
また、同一の研磨条件で５回の研磨（１回あたり５枚のウェーハ研磨を行い、総研磨ウェーハ数は２５枚である。）を行い、研磨の終点を目標厚み７７７μｍとして、モータ負荷率からトルク成分を抽出して目標厚みに到達したと判定したときにウェーハの研磨を終えた。この時のウェーハの平均厚みは、目標厚み７７７μｍよりも平均して０．１μｍ厚い７７７．１μｍであった。目標厚みに対して０．１μｍの厚み誤差であり、十分な研磨精度を有していることが確認できた。
（実施例２）
実施例１で用いた開口率５５％のキャリアプレートに替えて、図１１（Ｂ）に示す円形の開口部Ｈが３つ設けられた開口率０．８％のキャリアプレートを用いた以外は、実施例１と同様にシリコンウェーハの表裏面を研磨した。研磨初期から研磨中期におけるモータ負荷率の平均振幅１．０［Ａ．Ｕ．］に対して、モータ負荷率の振幅が０．６［Ａ．Ｕ．］になったときが、シリコンウェーハの目標厚み７７７μｍ（研磨終点）となったときの振幅値になることを同種のウェーハに対して研磨を行うことにより確認した。
実施例１で用いた開口率５５％のキャリアプレートに替えて、図１１（Ｂ）に示す円形の開口部Ｈが３つ設けられた開口率０．８％のキャリアプレートを用いた以外は、実施例１と同様にシリコンウェーハの表裏面を研磨した。研磨初期から研磨中期におけるモータ負荷率の平均振幅１．０［Ａ．Ｕ．］に対して、モータ負荷率の振幅が０．６［Ａ．Ｕ．］になったときが、シリコンウェーハの目標厚み７７７μｍ（研磨終点）となったときの振幅値になることを同種のウェーハに対して研磨を行うことにより確認した。
研磨開始後の研磨初期から研磨中期にかけての１００秒間のモータ負荷率測定値を図１３（Ａ）に示し、目標厚みに到達する研磨終点が含まれる研磨末期における１００秒間のモータ負荷率測定値を図１３（Ｂ）に示す。
研磨初期から研磨中期におけるモータ負荷率の平均振幅は１．０［Ａ．Ｕ．］であり、この間の振幅は１．０±０．２０［Ａ．Ｕ．］の範囲であった。また、研磨末期におけるモータ負荷率の平均振幅は０．６［Ａ．Ｕ．］であり、この間の振幅は０．６±０．２［Ａ．Ｕ．］の範囲であった。
したがって、研磨初期から研磨中期における振幅範囲と、研磨末期における振幅範囲とでは、平均振幅の差が０．４［Ａ．Ｕ．］であるため、振幅のばらつき±０．２０［Ａ．Ｕ．］よりも大きく、両範囲での振幅に有意な差が認められる。
また、同一の研磨条件で５回の研磨を行い、研磨の終点を目標厚み７７７μｍとして、モータ負荷率からトルク成分を抽出して目標厚みに到達したと判定したときにウェーハの研磨を終えた。この時のウェーハの平均厚みは、目標厚み７７７μｍよりも平均して０．０５μｍ薄い７７６．９５μｍであった。目標厚みに対して０．０５μｍの厚み誤差であり、十分な研磨精度を有していることが確認できた。
（比較例１）
実施例１で用いた開口率５５％のキャリアプレートに替えて、図１１（Ｃ）に示す開口率６０％のキャリアプレートを用いた以外は、実施例１と同様にシリコンウェーハの表裏面を研磨した。研磨初期から研磨中期におけるモータ負荷率の平均振幅１．４［Ａ．Ｕ．］に対して、モータ負荷率の振幅が１．１［Ａ．Ｕ．］になったときが、シリコンウェーハの目標厚み７７７μｍ（研磨終点）となったときの振幅値になることを同種のウェーハに対して研磨を行うことにより確認した。
実施例１で用いた開口率５５％のキャリアプレートに替えて、図１１（Ｃ）に示す開口率６０％のキャリアプレートを用いた以外は、実施例１と同様にシリコンウェーハの表裏面を研磨した。研磨初期から研磨中期におけるモータ負荷率の平均振幅１．４［Ａ．Ｕ．］に対して、モータ負荷率の振幅が１．１［Ａ．Ｕ．］になったときが、シリコンウェーハの目標厚み７７７μｍ（研磨終点）となったときの振幅値になることを同種のウェーハに対して研磨を行うことにより確認した。
研磨開始後の研磨初期から研磨中期にかけての１００秒間のモータ負荷率測定値を図１４（Ａ）に示し、目標厚みに到達する研磨終点が含まれる研磨末期における１００秒間のモータ負荷率測定値を図１４（Ｂ）に示す。
研磨初期から中期におけるモータ負荷率の平均振幅は１．４［Ａ．Ｕ．］であり、この間の振幅は１．４±０．３５［Ａ．Ｕ．］の範囲であった。また、研磨末期におけるモータ負荷率の平均振幅は１．１［Ａ．Ｕ．］であり、この間の振幅は１．１±０．３５［Ａ．Ｕ．］の範囲であった。
以上の結果から、研磨初期から研磨中期における振幅範囲と、研磨末期における振幅範囲とでは、平均振幅の差が０．３［Ａ．Ｕ．］であるため、振幅のばらつき±０．３５［Ａ．Ｕ．］よりも小さく、振幅のばらつきの範囲に平均振幅の差が埋もれてしまう場合があることが分かった。
また、実施例１と同様に同一の研磨条件で５回の研磨を行い、研磨の終点を目標厚み７７７μｍとして、モータ負荷率からトルク成分を抽出して研磨を止めた。この時のウェーハの平均厚みは、目標厚み７７７μｍよりも平均して０．４μｍ厚い７７７．４μｍであった。目標厚みに対して０．４μｍの厚み誤差であり、許容可能な研磨精度を超えるものであった。
（参考例）
実施例１で用いた開口率５５％のキャリアプレートに替えて、図１１（Ｄ）に示す開口部を設けていないキャリアプレート（すなわち、開口率０％）を用いた以外は、実施例１と同様にシリコンウェーハの表裏面を研磨した。研磨初期から研磨中期におけるモータ負荷率の平均振幅１．１［Ａ．Ｕ．］に対して、モータ負荷率の振幅が０．４［Ａ．Ｕ．］になったときが、シリコンウェーハの目標厚み７７７μｍ（研磨終点）となったときの振幅値になることを同種のウェーハに対して研磨を行うことにより確認した。
実施例１で用いた開口率５５％のキャリアプレートに替えて、図１１（Ｄ）に示す開口部を設けていないキャリアプレート（すなわち、開口率０％）を用いた以外は、実施例１と同様にシリコンウェーハの表裏面を研磨した。研磨初期から研磨中期におけるモータ負荷率の平均振幅１．１［Ａ．Ｕ．］に対して、モータ負荷率の振幅が０．４［Ａ．Ｕ．］になったときが、シリコンウェーハの目標厚み７７７μｍ（研磨終点）となったときの振幅値になることを同種のウェーハに対して研磨を行うことにより確認した。
研磨開始後の研磨初期から研磨中期にかけての１００秒間のモータ負荷率測定値を図１５（Ａ）に示し、目標厚みに到達する研磨終点が含まれる研磨末期における１００秒間のモータ負荷率測定値を図１５（Ｂ）に示す。
研磨初期から研磨中期におけるモータ負荷率の平均振幅は１．１［Ａ．Ｕ．］であり、この間の振幅は１．１±０．２０［Ａ．Ｕ．］の範囲であった。また、研磨末期におけるモータ負荷率の平均振幅は０．３［Ａ．Ｕ．］であり、この間の振幅は０．３±０．２０［Ａ．Ｕ．］の範囲であった。
以上の結果から、研磨初期から研磨中期における振幅範囲と、研磨末期における振幅範囲とでは、平均振幅の差が０．８［Ａ．Ｕ．］であるため、振幅のばらつき±０．２０［Ａ．Ｕ．］よりも十分に大きく、両範囲での振幅に有意な差が認められる。
また、同一の研磨条件で５回の研磨を行い、研磨の終点を目標厚み７７７μｍとして、モータ負荷率からトルク成分を抽出して目標厚みに到達したと判定したときにウェーハの研磨を終えた。この時のウェーハの平均厚みは、目標厚み７７７μｍよりも平均して０．０５μｍ厚い７７７．０５μｍであった。目標厚みに対して０．０５μｍの厚み誤差であり、十分な研磨精度を有していることが確認できた。
（ウェーハ表面のラフネス評価）
さらに、以上の実施例１，２、比較例１および参考例にかかるウェーハ表面のラフネスを、SCHMITT MEASURMENT SYSYTEM,inc.社製TMS3000Wを用いて測定した。各試行例にかかるウェーハの自乗平均面粗さ（Ｒｍｓ）の平均値［Å］を図１６に示す。なお、上定盤側のウェーハ面をウェーハ上面側と称し、下定盤側のウェーハ面をウェーハ下面側とする。
さらに、以上の実施例１，２、比較例１および参考例にかかるウェーハ表面のラフネスを、SCHMITT MEASURMENT SYSYTEM,inc.社製TMS3000Wを用いて測定した。各試行例にかかるウェーハの自乗平均面粗さ（Ｒｍｓ）の平均値［Å］を図１６に示す。なお、上定盤側のウェーハ面をウェーハ上面側と称し、下定盤側のウェーハ面をウェーハ下面側とする。
図１６からも明らかなように、開口部を備えないキャリアプレートを用いた参考例に比べて、実施例１，２および比較例１にかかるウェーハでは、ウェーハ上面とウェーハ下面へのスラリー供給の不均衡を解消することができる。実施例１，２および比較例１にかかるウェーハでは、ウェーハ下面のＲｍｓを改善できることが確認できた。
さらに、参考例と実施例１，２および比較例１とを比べると、開口部の設けられたキャリアプレートであっても、キャリアプレートの開口率を適切に制限することにより、参考例と同様に研磨精度を十分に高めることができることがわかった。
本発明のワークの研磨方法およびワークの研磨装置によれば、上定盤および下定盤の中心とワークの中心との距離が周期的に変化することに起因して周期的に変化する定盤を回転させるためのトルク成分を捉えることができ、この成分の振幅に基づいてワークの研磨量をより高精度に制御することが可能となった。
１ 研磨装置
２０ ワーク
３０ キャリアプレート
４０ 保持孔
５０ａ 上定盤
５０ｂ 下定盤
６０ａ 研磨パッド
６０ｂ 研磨パッド
７０ サンギア
８０ インターナルギア
９０ａ モータ
９０ｂ モータ
９０ｃ モータ
９０ｄ モータ
１１０ 測定部
１２０ 制御部
Ｈ 開口部
２０ ワーク
３０ キャリアプレート
４０ 保持孔
５０ａ 上定盤
５０ｂ 下定盤
６０ａ 研磨パッド
６０ｂ 研磨パッド
７０ サンギア
８０ インターナルギア
９０ａ モータ
９０ｂ モータ
９０ｃ モータ
９０ｄ モータ
１１０ 測定部
１２０ 制御部
Ｈ 開口部
Claims (7)
- キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔に保持されたワークを、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤で挟み、前記キャリアプレートを駆動機構により回転させ、かつ、前記上定盤および下定盤を回転させることにより、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法であって、
前記駆動機構、前記上定盤，および下定盤のトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定し、
前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御し、
前記キャリアプレートには前記保持孔以外の部分に開口部が設けられ、前記キャリアプレートの開口率が５５％以下であることを特徴とするワークの研磨方法。 - 前記キャリアプレートの開口率が０．８％以上である請求項１に記載のワークの研磨方法。
- 前記トルク成分の振幅がなくなったとき、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分の変化がなくなったとき、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差がなくなったとき、前記ワークの研磨を終了する請求項１または２に記載のワークの研磨方法。
- 前記ワークはシリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハである請求項１～３のいずれか１項に記載のワークの研磨方法。
- キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔に保持されたワークを、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤で挟み、前記キャリアプレートを駆動機構により回転させ、かつ、前記上定盤および下定盤を回転させることにより、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法であって、
前記駆動機構のモータの電流値、ならびに前記上定盤，および下定盤の少なくとも一方を回転させるモータの電流値のうち、少なくとも一つの電流値を測定し、
前記距離の周期的な変化に起因する電流値成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記電流値成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記電流値成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御し、
前記キャリアプレートには前記保持孔以外の部分に開口部が設けられ、前記キャリアプレートの開口率が５５％以下であることを特徴とするワークの研磨方法。 - キャリアプレートと、
該キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔と、
該保持孔に保持されたワークを挟み込み、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤と、
前記キャリアプレートを回転させる駆動機構、ならびに、前記上定盤および下定盤をそれぞれ回転させる一対のモータと、
を有し、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨装置であって、
前記駆動機構、前記上定盤および下定盤のトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定する測定部と、
前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御する制御部と、
を有し、前記キャリアプレートには前記保持孔以外の部分に開口部が設けられ、前記キャリアプレートの開口率が５５％以下であることを特徴とするワークの研磨装置。 - キャリアプレートと、
該キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔と、
該保持孔に保持されたワークを挟み込み、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤と、
前記キャリアプレートを回転させる駆動機構、ならびに、前記上定盤および下定盤をそれぞれ回転させる一対のモータと、
を有し、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨装置であって、
前記駆動機構のモータの電流値、ならびに前記上定盤および下定盤の少なくとも一方を回転させる前記一対のモータの電流値のうち、少なくとも一つの電流値を測定する測定部と、
前記距離の周期的な変化に起因する電流値成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記電流値成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記電流値成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御する制御部と、
を有し、前記キャリアプレートには前記保持孔以外の部分に開口部が設けられ、前記キャリアプレートの開口率が５５％以下であることを特徴とするワークの研磨装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15830526 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15830526 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |