WO2020208967A1 - 両面研磨方法 - Google Patents

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    • H10P72/0428—Apparatus for mechanical treatment or grinding or cutting

Definitions

  • the present invention relates to a double-sided polishing method.
  • polishing pads (cloth) attached to the upper and lower surface plates are unevenly worn by dressing and polishing while being affected by the shape accuracy of the surface plate, the shape changes, so long-term polishing batches are repeated. From this point of view, by keeping the upper and lower surface plates parallel to each other and performing the operation, uneven wear caused by the dress was suppressed, and the processing accuracy of the wafer was kept constant for a long period of time.
  • the quality level was not high at all, although the shape accuracy and stability were high when the surface plate or pad was parallel.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and proposes a double-sided polishing method that eliminates the trade-off between improving the quality level (machining accuracy) of the wafer and extending the cross life, and achieves both at the same time.
  • the purpose is to do.
  • the wafer is arranged between the polishing pad attached to the upper surface of the lower platen and the polishing pad attached to the lower surface of the upper platen provided above the lower platen.
  • the double-sided polishing method for polishing both sides of the wafer when the absolute value of the difference between the gap between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion between the two polishing pads is set as the pad gap, both sides of the wafer are polished.
  • a double-sided polishing method characterized in that the pad voids when performing are made larger than the pad voids when dressing both polishing pads.
  • the pad gaps are increased, that is, the degree of inclination of both polishing pads is increased, so that the slurry can be efficiently supplied and discharged. This can be done, and the quality level (machining accuracy) of the wafer can be improved.
  • the pad gap is reduced, that is, the degree of inclination of both polishing pads is reduced to suppress wear of the polishing pads during dressing and extend the cross life. Can be planned.
  • the pad gap when the polishing is performed is made larger by a value of 20 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less than the pad gap when the dress is performed.
  • the slurry can be efficiently supplied and discharged during polishing, and the polishing pads are worn during dressing. Since it is suppressed, the cross life that can realize a predetermined GBIR (Global Backside Ideal Range) can be extended. Further, by setting the difference between the pad voids during polishing and the pad voids during dressing to 100 ⁇ m or less, it is possible to avoid the risk of the wafer popping out of the carrier during polishing.
  • GBIR Global Backside Ideal Range
  • both polishing pads are parallel when the dress is being carried out, and both polishing pads are not parallel when the polishing is being carried out.
  • both polishing pads can be made parallel.
  • both polishing pads can be made non-parallel.
  • the lower surface plate and the upper surface plate are low thermal expansion materials having a linear thermal expansion coefficient of 6 ⁇ 10 -6 / K or less.
  • the lower limit is not particularly limited, but can be 0.1 ⁇ 10-6 / K or more.
  • the surface plates are less likely to be thermally deformed by the frictional heat between the wafer and the polishing pad, and the shape of the polishing pad is deformed by the thermal deformation. It is possible to avoid the risk that it adversely affects the quality level (machining accuracy) of the wafer and the cross life.
  • the pad voids when polishing both sides of the wafer are made larger than the pad voids when both polishing pads are dressed, so that the quality of the wafer is improved.
  • the trade-off between the improvement of level (machining accuracy) and the extension of cross life can be eliminated, and both can be realized at the same time.
  • the quality level (processing accuracy) of the wafer can be improved by making the lower surface plate and the upper surface plate non-parallel.
  • dressing by making the lower surface plate and the upper surface plate parallel, uneven wear of the pad is suppressed, and even if the number of dresses increases (even if the wear due to the dress is accelerated), the wafer shape remains good.
  • the cross life that can be extended can be extended.
  • GBIR quality
  • a dresser having diamond abrasive grains is slidably contacted to remove the surface layer of the polishing pad. Is done. Removing the surface layer of such a polishing pad to refresh the surface of the polishing pad is called dressing.
  • the shape of the polishing pad gradually changes, and the shape deviates from the shape required for the flatness of the wafer at an early stage, and a predetermined quality, for example, GBIR can be realized. There was a problem of shortening the cross life.
  • the present inventor has found that the wear of the polishing pad, which shortens the cross life, is dominated by the influence of dressing rather than polishing. That is, when polishing both sides of the wafer, the present inventor increases the absolute value (pad gap) of the difference between the gap between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion between the two polishing pads to increase the thickness of the slurry. Efficient supply and discharge, and dressing of both polishing pads When dressing, the absolute value of the pad gap is reduced and the wear of both polishing pads is suppressed to improve the quality of the wafer to be polished and cross-life.
  • the present invention has been completed by finding that the extension of the above can be realized at the same time.
  • the wafer is arranged between the polishing pad attached to the upper surface of the lower platen and the polishing pad attached to the lower surface of the upper platen provided above the lower platen, and both sides of the wafer are arranged.
  • the double-sided polishing method for polishing the wafer when the absolute value of the difference between the gap between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion between the two polishing pads is set as the pad gap, the polishing of both sides of the wafer is performed.
  • This is a double-sided polishing method characterized in that the pad gap is made larger than the pad gap when dressing both polishing pads.
  • FIG. 1 shows the double-sided polishing method of the present invention.
  • the double-sided polishing method described below can be carried out by, for example, a 4-way double-sided polishing device having drive units for a lower surface plate, an upper surface plate, a sun gear, and an internal gear.
  • the upper surface plate can be deformed, that is, the inclination of the upper surface plate can be changed in order to change the degree of inclination of both polishing pads.
  • the method of changing the degree of inclination of both polishing pads is not particularly limited.
  • step S1 a wafer is placed between the polishing pad attached to the upper surface of the lower surface plate and the polishing pad attached to the lower surface of the upper surface plate provided above the lower surface plate, and a pad gap is provided. Is set to Dp, and the wafer is polished.
  • the number of wafers that can be polished by one polishing is, for example, 5 wafers (1 batch).
  • the pad void Dp as the absolute value of the difference between the void PSin in the inner peripheral portion and the void PSout in the outer peripheral portion between the two polishing pads is the supply of the slurry.
  • the value should be large enough (for example, 60 ⁇ m) for efficient discharge.
  • the gap PSin on the inner circumference between the two polishing pads is changed based on the gap PSout on the outer peripheral portion between the two polishing pads, that is, if the PSin is increased, the control of the pad gap Dp is facilitated. ..
  • n is a numerical value indicating the number of dresses in which a wafer of a predetermined quality (GBIR) can be obtained, and as will be described later, according to the present invention, this numerical value can be increased.
  • step S3 when the number of dresses is n or more, for example, after notifying the operator that the polishing pad needs to be replaced, this flow ends. If the number of dresses is not n or more, the process proceeds to step S3.
  • step S3 it is confirmed whether or not all the wafers have been polished. When all the wafers have been polished, this flow ends.
  • step S4 it is confirmed whether or not the number of times of polishing is N times or more.
  • step S1 the process returns to step S1 and the wafer is polished again with the pad gaps set to Dp.
  • step S5 the pad gap is set to Dd, and both polishing pads are dressed.
  • the pad void Dd at the time of dressing is set to a value smaller than the pad void Dp at the time of polishing. This is because the pad gap Dd at the time of dressing is set to a small value, more preferably the pad gap Dd is set to 0 ⁇ m (both polishing pads are parallel to each other), so that the deformation of the polishing pad at the time of dressing is suppressed and a predetermined quality is obtained. This is because the dress life in which the wafer can be obtained can be extended (the numerical value of n in step S2 can be increased).
  • the gap PSin on the inner peripheral portion between the two polishing pads is changed based on the gap PSout on the outer peripheral portion between the two polishing pads, that is, the PSin is reduced. This facilitates the control of the pad gap Dd.
  • the pad voids Dp and Dd during polishing and dressing it is preferable that the pad voids Dp are larger than the pad voids Dd by a value of 20 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the slurry can be efficiently supplied and discharged during polishing, and the risk of the wafer jumping out of the carrier can be avoided.
  • wear of the polishing pad is suppressed during dressing, and the cross life can be extended.
  • step S5 when the dressing process in step S5 is completed, the process returns to step S1 and the wafer is polished again with the pad gaps set to Dp.
  • a new polishing technology that changes the pad gap between polishing and dressing improves the quality level (processing accuracy) of the wafer during polishing and wears the polishing pad during dressing. It is possible to extend the cross life by suppressing it at the same time.
  • the inner peripheral portion and the outer peripheral portion are defined as the inner peripheral portion near the rotation axis.
  • the outer peripheral portion is defined as the circumferential portion outside the peripheral portion. That is, the positions of the inner peripheral portion and the outer peripheral portion are not particularly limited, and there is no problem as long as the positional relationship is the same when polishing is performed and when dressing is performed.
  • the inner peripheral portion and the outer peripheral portion must be the innermost circumference and the outermost outer circumference of both ring-shaped polishing pads, respectively. preferable.
  • FIG. 3 shows the relationship between both polishing pads during dressing when there is no uneven wear.
  • FIG. 4 shows the relationship between both polishing pads during polishing when there is no uneven wear.
  • both polishing pads 3 and 4 are parallel to each other in a state where the upper surface of the lower surface plate 1 and the lower surface of the upper surface plate 2 are parallel, such as immediately after replacing the polishing pads 3 and 4.
  • the difference between the void PSin on the inner circumference and the void PSout on the outer circumference is zero. Therefore, at the time of dressing, the upper surface of the lower surface plate 1 and the lower surface of the upper surface plate 2 are parallel to each other, and both polishing pads 3 and 4 are parallel to each other, so that the polishing pads 3 and 4 have a pad gap Dd of zero. Do the dress.
  • At least one of the lower surface plate shape and the upper surface plate shape may be deformed.
  • FIG. 5 shows the relationship between both polishing pads during polishing when there is uneven wear.
  • FIG. 6 shows the relationship between both polishing pads during dressing when there is uneven wear.
  • At least one of the lower surface plate shape and the upper surface plate shape may be deformed.
  • the trade-off between improving the quality level (machining accuracy) of the wafer and extending the cross life is eliminated by the polishing technology that operates by changing the pad gap between polishing and dressing.
  • a double-sided polishing method that achieves both at the same time can be realized.
  • GBIR is one of the indexes representing the flatness of the wafer, and is the difference between the maximum value and the minimum value of the distance from the back surface reference plane to the wafer surface.
  • FIG. 7 shows an example of a double-sided polishing device capable of carrying out the double-sided polishing method of the present invention.
  • the following examples shall be carried out using the double-sided polishing apparatus, and specifically, DSP-20B of Fujikoshi Kikai Kogyo was used.
  • the double-sided polishing device is a 4-way type and 20B size having each drive unit of the lower surface plate 1, the upper surface plate 2, the sun gear 5, and the internal gear 6.
  • the upper surface plate 2 and the suspension top plate 9 are connected by six suspension columns 7 arranged on the same circumference C0, and the material of each suspension column 7 is SUS (stainless steel material).
  • the upper surface plate 2 and the suspension top plate 9 are rotatable about a rotating shaft 10 having a core concentric with the central shaft AX.
  • the PCD (pitch circle diameter) having the same circumference C0 on which the six suspension columns 7 are arranged is arranged on the same circumference C1 having a PCD 300 mm smaller than that, that is, the six suspension columns 7 are arranged.
  • Ten actuators 8 were arranged on the same circumference C1 150 mm inward from the same circumference C0.
  • the PCD having the same circumference C0 on which the six suspension columns 7 are arranged is on the same circumference C2 having a PCD 300 mm larger than that, that is, the same circle on which the six suspension columns 7 are arranged.
  • Ten actuators 8 were arranged on the same circumference C2 150 mm outward from the circumference C0.
  • the actuator 8 is an air cylinder using compressed air as a drive source, and when adjusting the inclination of the upper surface plate 2, compressed air is supplied to the actuator 8 in the double-sided polishing device from an external supply source of the double-sided polishing device. Then, the actuator 8 was operated.
  • the shape of the lower surface plate is fixed, and the shape of the upper surface plate, that is, the inclination of the upper surface plate is deformed to polish both sides of the wafer.
  • the pad gap Dp was adjusted to be larger than the pad gap Dd when both polishing pads 3 and 4 were dressed.
  • a P-type silicon single crystal wafer with a diameter of 300 mm was used as the wafer.
  • the polishing pad a foamed polyurethane pad having a Shore A hardness of 85 was used.
  • FRP in which glass fiber was impregnated with epoxy resin was used as an insert on a titanium substrate.
  • Five carriers were set in the double-sided polishing apparatus as one set, and one wafer was set for each carrier.
  • a silica abrasive grain-containing material, an average particle size of 35 nm, an abrasive grain concentration of 1.0 wt%, a pH of 10.5, and a KOH base was used.
  • the machining load was set to 180 gf / cm 2 .
  • the processing time was set so as to be the optimum gap for each carrier set.
  • the rotation speed of each drive unit was set to an upper surface plate: -13.4 rpm, a lower surface plate: 35 rpm, a sun gear: 25 rpm, and an internal gear: 7 rpm.
  • the dressing of the polishing pad was performed by sliding a dress plate on which diamond abrasive grains were electrodeposited on each of the upper and lower polishing pads while flowing pure water at 120 gf / cm 2 .
  • the sliding contact time was 1 hour, and polishing and dressing were carried out alternately.
  • the pad gap was calculated from the measured radius profiles of the upper and lower pads. Further, the GBIR having a good wafer shape, that is, the GBIR below the product standard value was used as the reference value, and how the GBIR changes with respect to the reference value according to the number of dresses was verified.
  • the pad voids during dressing were set to 0 ⁇ m (both polishing pads were parallel to each other), and the pad voids during polishing were changed to 10 ⁇ m, 20 ⁇ m, 40 ⁇ m, and 60 ⁇ m, respectively, for verification.
  • FIG. 8 shows the relationship between the number of dresses and the quality of the wafer (GBIR).
  • the horizontal axis represents the number of dresses, and the vertical axis represents GBIR.
  • one plot is the average value of five sheets per batch.
  • the product standard value of GBIR on the vertical axis is 1. That is, in the figure, the range in which GBIR is less than 1 is the range in which the quality level (machining accuracy) of the wafer is good. In other words, it means that the wafer can be polished by using the polishing pads up to the number of dresses immediately before the GBIR exceeds 1.
  • the gap difference when the gap difference is 0 ⁇ m (comparative example), a good wafer shape cannot be obtained by polishing the wafer after dressing three times (GBIR exceeds 1).
  • the gap difference when the gap difference is 10 ⁇ m, a good wafer shape can be obtained even by polishing the wafer after dressing three times.
  • the GBIR of the wafer obtained by the polishing does not exceed 1 even when the wafer is polished after the dressing is performed 5 times when the gap difference is 20 ⁇ m, 40 ⁇ m, and 60 ⁇ m.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an example, and any object having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect and effect is the present invention. Is included in the technical scope of.

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Abstract

本発明は、下定盤の上面に張り付けられた研磨パッドと前記下定盤の上方に設けられた上定盤の下面に張り付けられた研磨パッドとの間にウェーハを配置して該ウェーハの両面を研磨する両面研磨方法において、前記両研磨パッド間の内周部の空隙と外周部の空隙との差の絶対値をパッド空隙とした場合に、前記ウェーハ両面の研磨を実施しているときの前記パッド空隙を、前記両研磨パッドのドレスを実施しているときの前記パッド空隙よりも大きくすることを特徴とする両面研磨方法である。これにより、品質レベル（加工精度）の向上とクロスライフの延長とを同時に実現する両面研磨方法が提供される。

Description

両面研磨方法
　本発明は、両面研磨方法に関する。
　下定盤の上面に張り付けられた研磨パッドと上定盤の下面に張り付けられた研磨パッドとの間にウェーハを配置して該ウェーハの両面を研磨する両面研磨方法において、ウェーハ形状の加工精度を安定化させるためには、両研磨パッドの形状を一定に保つことが重要な要素の一つとして挙げられる。そのために、従来は、上下の定盤を低熱膨張材から構成するとともに、該上下の定盤を平行に保ち続けて操業を行うことで、ドレスや研磨などで生じる研磨パッドの偏摩耗を抑制していた（特許文献１、２参照）。
　しかし、上下の定盤に貼り付けられる研磨パッド（クロス）が定盤の形状精度の影響を受けながらドレス及び研磨により偏摩耗されて形状が変わってしまうために、研磨バッチを重ねていくといった長期的な視点では、該上下の定盤を平行に保ち続けて操業を行うことで、ドレスで生じる偏摩耗を抑制し、長期的にウェーハの加工精度を一定に保っていた。
　しかし、研磨スラリーの排出を阻害するという観点から、定盤もしくはパッドが平行な状態では、形状の精度と安定性は高いものの、品質レベルは決して高くはなかった。
特開２００１－７９７５６号公報 特開２００８－４４０９８号公報
　本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ウェーハの品質レベル（加工精度）の向上とクロスライフの延長とのトレードオフを解消し、両者を同時に達成する両面研磨方法を提案することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明では、下定盤の上面に張り付けられた研磨パッドと前記下定盤の上方に設けられた上定盤の下面に張り付けられた研磨パッドとの間にウェーハを配置して該ウェーハの両面を研磨する両面研磨方法において、前記両研磨パッド間の内周部の空隙と外周部の空隙との差の絶対値をパッド空隙とした場合に、前記ウェーハ両面の研磨を実施しているときの前記パッド空隙を、前記両研磨パッドのドレスを実施しているときの前記パッド空隙よりも大きくすることを特徴とする両面研磨方法を提供する。
　このような両面研磨方法によれば、ウェーハ両面の研磨を実施しているときは、パッド空隙を大きくする、すなわち、両研磨パッドの傾き度合を大きくすることで、スラリーの供給、排出が効率よく行え、ウェーハの品質レベル（加工精度）の向上を図ることができる。また、両研磨パッドのドレスを実施しているときは、パッド空隙を小さくする、すなわち、両研磨パッドの傾き度合を小さくすることで、ドレス時の研磨パッドの摩耗を抑制し、クロスライフの延長を図ることができる。
　これにより、ウェーハの品質レベル（加工精度）の向上とクロスライフの延長とを同時に達成することができる。
　前記研磨を実施しているときの前記パッド空隙を、前記ドレスを実施しているときの前記パッド空隙よりも２０μｍ以上、１００μｍ以下の値だけ大きくすることが好ましい。
　このように、研磨時のパッド空隙とドレス時のパッド空隙との差を２０μｍ以上とすることで、研磨時において、スラリーの供給、排出が効率よく行えるとともに、ドレス時において、研磨パッドの摩耗が抑制されるため、所定のＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｂａｃｋｓｉｄｅ　Ｉｄｅａｌ　Ｒａｎｇｅ）を実現可能なクロスライフを延長できる。また、研磨時のパッド空隙とドレス時のパッド空隙との差を１００μｍ以下とすることで、研磨時において、ウェーハがキャリアから飛び出すリスクを回避できる。
　この場合、前記ドレスを実施しているときは、前記両研磨パッドを平行にし、前記研磨を実施しているときは、前記両研磨パッドを非平行にすることが好ましい。
　このように、ドレス時のパッド空隙を０μｍ（平行）とすることで、パッド空隙の制御が容易化される。すなわち、ドレス時には、例えば、下定盤と上定盤とを平行にすることで、両研磨パッドを平行にすることができる。一方、研磨時には、例えば、上定盤を傾け、下定盤と上定盤とを非平行にすることで、両研磨パッドを非平行にすることができる。
　本発明では、前記下定盤及び前記上定盤を、線熱膨張係数が６×１０－６／Ｋ以下の低熱膨張材とすることが好ましい。下限値は特に限定されていないが、０．１×１０－６／Ｋ以上とすることができる。
　このように、下定盤及び上定盤を低熱膨張材とすれば、ウェーハと研磨パッドとの摩擦熱によりこれら定盤が熱変形し難くなるため、該熱変形により研磨パッドの形状が変形し、それがウェーハの品質レベル（加工精度）やクロスライフに悪影響を与えるといったリスクを回避できる。
　また、前記上定盤の傾きを変えることにより前記パッド空隙を変更することが好ましい。
　このように、下定盤を固定し、上定盤の傾きを変えることで両研磨パッドのパッド空隙を制御すれば、上定盤の動きのみを制御すればよいため、該パッド空隙の制御を容易化することができる。
　以上のように、本発明によれば、ウェーハ両面の研磨を実施しているときのパッド空隙を、両研磨パッドのドレスを実施しているときのパッド空隙よりも大きくすることで、ウェーハの品質レベル（加工精度）の向上とクロスライフの延長とのトレードオフを解消し、両者を同時に実現することができる。例えば、研磨時には、下定盤と上定盤とを非平行にすることで、ウェーハの品質レベル（加工精度）の向上を図ることができる。また、ドレス時には、下定盤と上定盤とを平行にすることで、パッドの偏摩耗が抑制され、ドレス回数が増えても（ドレスによる摩耗が加速されても）、ウェーハ形状を良好なままとすることができるクロスライフを延長できる。
本発明の両面研磨方法を示すフローチャートである。 研磨時とドレス時の両研磨パッドの関係を示す図である。 偏摩耗がない場合のドレス時の両研磨パッドの関係を示す図である。 偏摩耗がない場合の研磨時の両研磨パッドの関係を示す図である。 偏摩耗がある場合の研磨時の両研磨パッドの関係を示す図である。 偏摩耗がある場合のドレス時の両研磨パッドの関係を示す図である。 本発明の両面研磨方法を実施可能な両面研磨装置の例を示す図である。 ドレス回数とウェーハの品質（ＧＢＩＲ）との関係を示す図である。
　上記のとおり、ウェーハを両面研磨するに当たっては、該研磨によって劣化してしまった研磨パッドの表面をリフレッシュするために、例えば、ダイヤモンド砥粒を有するドレッサを摺接させて該研磨パッドの表層を除去することが行われる。このような研磨パッドの表層を除去して該研磨パッドの表面をリフレッシュすることをドレスという。しかし、このドレス作業の回数が増えると、研磨パッドの形状が徐々に変化していき、ウェーハのフラットネスから要求される形状から早期に外れてしまい、所定の品質、例えば、ＧＢＩＲを実現可能なクロスライフを短くしてしまうという問題が発生していた。
　そこで、本発明者は、上記問題について鋭意検討を重ねた結果、クロスライフを短くしてしまうような研磨パッドの摩耗は、研磨時よりもドレス時による影響が支配的であることを見出した。すなわち、本発明者は、ウェーハの両面を研磨する研磨時においては、両研磨パッド間の内周部の空隙と外周部の空隙との差の絶対値（パッド空隙）を大きくして、スラリーの供給、排出を効率化し、両研磨パッドのドレスを行うドレス時においては、パッド空隙の絶対値を小さくし、両研磨パッドの摩耗を抑制することで、研磨されるウェーハの品質の向上とクロスライフの延長とを同時に実現できることを見出し、本発明を完成させた。
　すなわち、本発明は、下定盤の上面に張り付けられた研磨パッドと前記下定盤の上方に設けられた上定盤の下面に張り付けられた研磨パッドとの間にウェーハを配置して該ウェーハの両面を研磨する両面研磨方法において、前記両研磨パッド間の内周部の空隙と外周部の空隙との差の絶対値をパッド空隙とした場合に、前記ウェーハ両面の研磨を実施しているときの前記パッド空隙を、前記両研磨パッドのドレスを実施しているときの前記パッド空隙よりも大きくすることを特徴とする両面研磨方法である。
　以下、本発明の実施の形態について、添付した図面に基づいて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。
　図１は、本発明の両面研磨方法を示す。
　以下に説明する両面研磨方法は、例えば、下定盤、上定盤、サンギア、及びインターナルギアの各駆動部を有する４ウェイ式の両面研磨装置により実行可能である。また、該研磨装置は、両研磨パッドの傾き度合を変更するために、上定盤が変形可能、すなわち、上定盤の傾きを変更可能なものであることが好ましい。但し、両研磨パッドの傾き度合を変更する手法については、特に限定されない。
　まず、ステップＳ１に示すように、下定盤の上面に張り付けられた研磨パッドと下定盤の上方に設けられた上定盤の下面に張り付けられた研磨パッドとの間にウェーハを配置し、パッド空隙をＤｐにして該ウェーハの研磨を実施する。ここで、１回の研磨で研磨可能なウェーハ数は、例えば、５枚（１バッチ）である。
　この時、図２の「研磨実施時」に示すように、両研磨パッド間の内周部の空隙ＰＳｉｎと外周部の空隙ＰＳｏｕｔとの差の絶対値としてのパッド空隙Ｄｐは、スラリーの供給、排出を効率よく行うために十分に大きな値（例えば、６０μｍ）とする。また、両研磨パッド間の外周部の空隙ＰＳｏｕｔを基準とし、該両研磨パッド間の内周部の空隙ＰＳｉｎを変化させる、すなわち、ＰＳｉｎを大きくすれば、パッド空隙Ｄｐの制御が容易化される。
　次に、ステップＳ２に示すように、ドレス実施回数がｎ回以上であるか否かを確認する。ここで、ｎは、所定の品質（ＧＢＩＲ）のウェーハを得ることが可能なドレス回数を示す数値であり、後述するように、本発明によれば、この数値を大きくすることができる。
　そして、ドレス回数がｎ回以上である場合には、例えば、研磨パッドの交換が必要である旨をオペレータに知らせた後に、本フローを終了する。また、ドレス回数がｎ回以上でない場合には、ステップＳ３に進む。
　次に、ステップＳ３に示すように、すべてのウェーハの研磨が終了しているか否かを確認する。すべてのウェーハの研磨が終了している場合には、本フローを終了する。
　また、すべてのウェーハの研磨が終了していない場合には、ステップＳ４に進み、研磨実施回数がＮ回以上であるか否かを確認する。ここで、Ｎは、ドレス頻度を示す数値であり、Ｎ＝１であれば、研磨とドレスを交互に行うことになり、Ｎ＝５であれば、５回の研磨を行う毎（５バッチ毎）に１回のドレスを行うことになる。
　そして、研磨実施回数がＮ回以上でない場合には、ステップＳ１に戻り、パッド空隙をＤｐにした状態で、再び、ウェーハの研磨を実施する。
　また、研磨実施回数がＮ回以上である場合には、ステップＳ５に進み、パッド空隙をＤｄにして両研磨パッドのドレスを実施する。
　ここで、ドレス時のパッド空隙Ｄｄは、研磨時のパッド空隙Ｄｐよりも小さな値とする。これは、ドレス時のパッド空隙Ｄｄを小さな値、より好ましくは、パッド空隙Ｄｄを０μｍ（両研磨パッドが平行な状態）にすることで、ドレス時における研磨パッドの変形が抑制され、所定の品質のウェーハを得ることが可能なドレスライフを延長できる（ステップＳ２におけるｎの数値を大きくできる）からである。
　なお、図２の「ドレス実施時」に示すように、両研磨パッド間の外周部の空隙ＰＳｏｕｔを基準とし、該両研磨パッド間の内周部の空隙ＰＳｉｎを変化させる、すなわち、ＰＳｉｎを小さくすれば、パッド空隙Ｄｄの制御が容易化される。
　また、研磨時とドレス時のパッド空隙Ｄｐ、Ｄｄに関し、パッド空隙Ｄｐは、パッド空隙Ｄｄよりも２０μｍ以上、１００μｍ以下の値だけ大きくすることが好ましい。これにより、研磨時において、スラリーの供給、排出が効率よく行えるとともに、ウェーハがキャリアから飛び出すリスクを回避できる。また、ドレス時において、研磨パッドの摩耗が抑制され、クロスライフを延長できる。
　次に、ステップＳ５におけるドレス処理が終了したら、ステップＳ１に戻り、パッド空隙をＤｐにした状態で、再び、ウェーハの研磨を実施する。
　このような両面研磨方法によれば、研磨時とドレス時とでパッド空隙を変えるという新たな研磨技術により、研磨時のウェーハの品質レベル（加工精度）の向上とドレス時の研磨パッドの摩耗の抑制によるクロスライフの延長とを同時に図ることができる。
　なお、上記両面研磨方法において、内周部及び外周部とは、両研磨パッドが回転軸を中心にリング状に形成さている場合に、回転軸寄りの円周部を内周部とし、該内周部よりも外側の円周部を外周部とすることとする。すなわち、内周部及び外周部の位置は、特に限定されず、研磨実施時とドレス実施時とでその位置関係が同じであれば、問題がない。
　但し、内周部の空隙ＰＳｉｎと外周部の空隙ＰＳｏｕｔとを容易に検出するためには、内周部及び外周部は、それぞれリング状の両研磨パッドの最内周及び最外周であることが好ましい。
　以下に、研磨時とドレス時のパッド形状の例を説明する。
　図３は、偏摩耗がない場合のドレス時の両研磨パッドの関係を示す。図４は、偏摩耗がない場合の研磨時の両研磨パッドの関係を示す。
　例えば、図３に示すように、研磨パッド３、４の交換直後など、下定盤１の上面と上定盤２の下面とが平行な状態で両研磨パッド３、４が互いに平行である場合、内周部の空隙ＰＳｉｎと外周部の空隙ＰＳｏｕｔとの差は、零である。そこで、ドレス時には、下定盤１の上面と上定盤２の下面とを平行にし、両研磨パッド３、４を互いに平行にすることで、パッド空隙Ｄｄが零の状態で研磨パッド３、４のドレスを行う。
　また、図３に示すように、下定盤１の上面と上定盤２の下面とが平行な状態で両研磨パッド３、４が互いに平行である場合、図４に示すように、研磨時には、下定盤１の形状（下定盤形状）及び上定盤２の形状（上定盤形状）を変形させ、すなわち、下定盤１の上面と上定盤２の下面とを非平行にし、両研磨パッド３、４を互いに非平行にすることで、パッド空隙Ｄｐがプラス値（例えば、６０μｍ）を持つ状態でウェーハの研磨を行う。
　なお、研磨時において、両研磨パッド３、４を互いに非平行にするには、下定盤形状及び上定盤形状の少なくとも１つを変形させればよい。
　図５は、偏摩耗がある場合の研磨時の両研磨パッドの関係を示す。図６は、偏摩耗がある場合のドレス時の両研磨パッドの関係を示す。
　例えば、図５に示すように、研磨パッド３、４の偏摩耗が進み、下定盤１の上面と上定盤２の下面とが平行な状態で両研磨パッド３、４が互いに非平行である場合、内周部の空隙ＰＳｉｎと外周部の空隙ＰＳｏｕｔとの差は、プラス値である。そこで、研磨時には、下定盤１の上面と上定盤２の下面とを平行にし（パッド空隙Ｄｄの調整のために非平行にしてもよい）、両研磨パッド３、４を互いに非平行にすることで、パッド空隙Ｄｐがプラス値（例えば、６０μｍ）を持つ状態でウェーハの研磨を行う。
　また、図５に示すように、下定盤１の上面と上定盤２の下面とが平行な状態で両研磨パッド３、４が互いに非平行である場合、図６に示すように、ドレス時には、下定盤１の形状（下定盤形状）及び上定盤２の形状（上定盤形状）を変形させ、すなわち、下定盤１の上面と上定盤２の下面とを非平行にし、両研磨パッド３、４を互いに平行にすることで、パッド空隙Ｄｄが零の状態で研磨パッド３、４のドレスを行う。
　なお、ドレス時において、両研磨パッド３、４を互いに平行にするには、下定盤形状及び上定盤形状の少なくとも１つを変形させればよい。
　以上の両面研磨方法によれば、研磨時とドレス時とでパッド空隙を変えて操業を行う研磨技術により、ウェーハの品質レベル（加工精度）の向上とクロスライフの延長とのトレードオフを解消し、両者を同時に達成する両面研磨方法を実現できる。
　以下に本発明の実施例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、これらは、本発明を限定するものではない。
（実施例）
　以下に示す両面研磨装置を用いて、所定のＧＢＩＲを実現可能なクロスライフ（研磨パッドの寿命）を検証した。ここで、ＧＢＩＲとは、ウェーハの平坦度を表す指標の一つであり、裏面基準平面からウェーハ表面までの距離の最大値と最小値との差のことである。
　・両面研磨装置の詳細
　図７は、本発明の両面研磨方法を実施可能な両面研磨装置の例を示す。
　以下の実施例は、該両面研磨装置を用いて実施するものとし、具体的には、不二越機械工業のＤＳＰ－２０Ｂを使用した。
　両面研磨装置は、下定盤１、上定盤２、サンギア５、及びインターナルギア６の各駆動部を有する４ウェイ式で２０Ｂサイズである。上定盤２と吊り天板９とは、同一円周Ｃ０上に配置される６個の吊り支柱７で連結し、各吊り支柱７の材料は、ＳＵＳ（ステンレス鋼材）とした。下定盤１及び上定盤２の材料は、常温付近で熱膨張係数が小さいインバー（熱膨張係数＝１．５×１０－６／Ｋ～４．０×１０－６／Ｋ）とした。上定盤２と吊り天板９は、中心軸ＡＸと同芯を有する回転軸１０を中心に回転可能とされる。
　６個の吊り支柱７が配置される同一円周Ｃ０のＰＣＤ（ピッチ円直径）に対して、それよりも３００ｍｍ小さいＰＣＤを有する同一円周Ｃ１上、すなわち、６個の吊り支柱７が配置される同一円周Ｃ０から内側に１５０ｍｍ離れた同一円周Ｃ１上に、１０個のアクチュエータ８を配置した。また、６個の吊り支柱７が配置される同一円周Ｃ０のＰＣＤに対して、それよりも３００ｍｍ大きいＰＣＤを有する同一円周Ｃ２上、すなわち、６個の吊り支柱７が配置される同一円周Ｃ０から外側に１５０ｍｍ離れた同一円周Ｃ２上に、１０個のアクチュエータ８を配置した。
　アクチュエータ８は、圧縮空気を駆動源としたエアーシリンダとし、上定盤２の傾斜を調整する際には、両面研磨装置の外部の供給源から該両面研磨装置内のアクチュエータ８に圧縮空気を供給してアクチュエータ８を動作させた。
　そして、ウェーハの研磨及び研磨パッドのドレスを行うに当たって、下定盤形状は固定とし、上定盤形状、すなわち、上定盤の傾きを変形させることで、ウェーハ両面の研磨を実施しているときのパッド空隙Ｄｐが両研磨パッド３、４のドレスを実施しているときのパッド空隙Ｄｄよりも大きくなるように調整した。
　・実験内容
　ウェーハは、直径３００ｍｍのＰ型シリコン単結晶ウェーハを用いた。
　研磨パッドは、ショアＡ硬度８５の発泡ポリウレタンパッドを用いた。
　キャリアは、チタン基板に、インサートとしてガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸したＦＲＰを用いた。キャリアは、５枚を１セットとして上記両面研磨装置にセットし、ウェーハは、キャリア１枚毎に１枚をセットした。
　スラリーは、シリカ砥粒含有、平均粒径３５ｎｍ、砥粒濃度１．０ｗｔ％、ｐＨ１０．５、ＫＯＨベースを用いた。
　加工荷重は、１８０ｇｆ／ｃｍ２に設定した。
　加工時間は、キャリアセット毎に最適ギャップとなるように設定した。
　各駆動部の回転速度は、上定盤：－１３．４ｒｐｍ、下定盤：３５ｒｐｍ、サンギア：２５ｒｐｍ、及びインターナルギア：７ｒｐｍに設定した。
　研磨パッドのドレッシングは、ダイヤ砥粒が電着されたドレスプレートを１２０ｇｆ／ｃｍ２で純水を流しながら上下の各研磨パッドに摺接させることで行った。摺接時間は、１時間とし、研磨とドレスを交互に実施した。
　加工後のウェーハに対しては、ＳＣ－１洗浄を条件（ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１５）で行った。
　パッド空隙は、測定した上下パッドの半径プロファイルから算出した。また、ウェーハ形状が良好であるとされるＧＢＩＲ、すなわち、製品規格値を下回るＧＢＩＲを基準値とし、ドレス回数に応じてＧＢＩＲが基準値に対してどのように変化するかを検証した。
　ドレス時のパッド空隙を０μｍ（両研磨パッドが平行な状態）とし、研磨時のパッド空隙を、それぞれ１０μｍ、２０μｍ、４０μｍ、及び６０μｍと変化させて検証した。
　・ＧＢＩＲの算出
　以上の実験内容の下で、ウェーハの研磨及びドレスを交互に行い、洗浄後のウェーハについてそのフラットネスを測定し、かつＧＢＩＲを算出した。なお、フラットネスは、洗浄後のウェーハをＫＬＡ　ＴｅｎｃｏｒのＷａｆｅｒＳｉｇｈｔを用いて測定した。ＧＢＩＲは、ウェーハのエッジから２ｍｍの領域を除外して算出した。
（比較例）
　・両面研磨装置の詳細
　上記実施例と同じ両面研磨装置を用いた。
　・実験内容
　上記実施例の実験内容と同じ条件とした。
　但し、研磨時とドレス時のパッド空隙の差を０μｍとした。具体的には、研磨時とドレス時の双方において、パッド空隙を４０μｍとした。
　・ＧＢＩＲの算出
　上記実施例と同じ算出方法によりＧＢＩＲの算出を行った。
（検証結果）
　図８は、ドレス回数とウェーハの品質（ＧＢＩＲ）との関係を示す。
　同図において、横軸は、ドレス回数を示し、縦軸は、ＧＢＩＲを示す。なお、実施例及び比較例ともに、１プロットは、1バッチ５枚の平均値である。
　ここで、縦軸のＧＢＩＲは、製品規格値を１としてある。すなわち、同図において、ＧＢＩＲが１を下回る範囲は、ウェーハの品質レベル（加工精度）が良好である範囲である。言い換えれば、ＧＢＩＲが１を超える直前のドレス回数までの研磨パッドを使用してウェーハの研磨を行うことができることを意味する。
　同図から明らかなように、空隙差０μｍ（比較例）では、ドレス回数を３回行った後のウェーハの研磨では、良好なウェーハ形状が得られない（ＧＢＩＲが１を超える）。これに対し、空隙差１０μｍでは、ドレス回数を３回行った後のウェーハの研磨でも、良好なウェーハ形状を得ることができる。また、空隙差２０μｍ、４０μｍ、及び６０μｍでは、ドレス回数を５回行った後のウェーハの研磨でも、該研磨により得られるウェーハのＧＢＩＲが１を超えないことが分かる。
　このように、少なくとも研磨時のパッド空隙とドレス時のパッド空隙とに差を設ける、すなわち、研磨時の両研磨パッドを非平行な状態とし、かつドレス時の両研磨パッドを平行又はそれに近い状態とすることで、良好なウェーハ形状を得ることが可能なドレスライフを延長できることが立証された。
　特に、研磨時のパッド空隙とドレス時のパッド空隙との差を２０μｍ以上とすることで、ドレスを５回行っても良好なウェーハ形状を得ることが確認され、この場合にドレスライフを格段に延長できることが立証された。
　以上、説明してきたように、本発明によれば、ウェーハの品質レベル（加工精度）の向上とクロスライフの延長とのトレードオフを解消し、両者を同時に達成する両面研磨方法を実現できる。
　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 (5)

  1. 　下定盤の上面に張り付けられた研磨パッドと前記下定盤の上方に設けられた上定盤の下面に張り付けられた研磨パッドとの間にウェーハを配置して該ウェーハの両面を研磨する両面研磨方法において、
    　前記両研磨パッド間の内周部の空隙と外周部の空隙との差の絶対値をパッド空隙とした場合に、前記ウェーハ両面の研磨を実施しているときの前記パッド空隙を、前記両研磨パッドのドレスを実施しているときの前記パッド空隙よりも大きくすることを特徴とする両面研磨方法。
  2. 　前記研磨を実施しているときの前記パッド空隙を、前記ドレスを実施しているときの前記パッド空隙よりも２０μｍ以上、１００μｍ以下の値だけ大きくすることを特徴とする請求項１に記載の両面研磨方法。
  3. 　前記ドレスを実施しているときは、前記両研磨パッドを平行にし、前記研磨を実施しているときは、前記両研磨パッドを非平行にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の両面研磨方法。
  4. 　前記下定盤及び前記上定盤を、線熱膨張係数が６×１０－６／Ｋ以下の低熱膨張材とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の両面研磨方法。
  5. 　前記上定盤の傾きを変えることにより前記パッド空隙を変更することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の両面研磨方法。
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