JP5748717B2 - 両面研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、両面研磨用のキャリアを用いてウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨方法に関する。

ウェーハの両面をポリッシング等で同時に研磨する際、両面研磨装置用のキャリアによってウェーハを保持している。
図８は、従来から用いられている一般的な両面研磨装置によるウェーハの両面研磨を説明する概略図である。図８に示すように、両面研磨装置１０１のキャリア１０２はウェーハＷを保持するための保持孔１０４を備えている。キャリア１０２はウェーハＷより薄い厚みに形成されている。

この保持孔１０４にウェーハＷが挿入されて保持され、上定盤１０５と下定盤１０６の対向面に設けられた研磨布１０７でウェーハＷの上下面が挟み込まれる。
キャリア１０２は、サンギヤ１０８とインターナルギヤ１０９とに噛合され、サンギヤ１０８の駆動回転によって自転公転される。そして、研磨面に研磨剤を供給しながら上定盤１０５と下定盤１０６とを互いに逆回転させることにより、上下定盤１０５、１０６に貼付された研磨布１０７でウェーハＷの両面を同時に研磨する。

このようなウェーハＷの両面研磨工程で使用しているキャリア１０２は金属製のものが主流である。このため、ウェーハＷの周縁部を金属製のキャリア１０２によるダメージから保護するために樹脂インサート１０３がキャリア１０２の保持孔１０４の内周部に沿って取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２５３２２号公報

上記のように樹脂インサートを有したキャリアを用いて両面研磨を繰り返し行っていくと、ウェーハの外周にダレが発生するなど平坦度が悪化し易くなるという問題がある。
そこで、本発明者等がこの原因について調査したところ、キャリアの使用時間の経過とともに樹脂インサートの内周面に形成された微少な凹凸が摩耗により次第に大きくなり、これが平坦度を悪化させる原因となっていることが判明した。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、キャリアの樹脂インサートの内周面の形状変化による、特に外周ダレのようなウェーハの平坦度の悪化を抑制できる両面研磨方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、ウェーハを保持するための保持孔と、該保持孔の内周に沿って配置され、前記保持されるウェーハの周縁部に接する内周面を有するリング状の樹脂インサートとを有するキャリアに前記ウェーハを保持し、前記キャリアを研磨布が貼付された上下の定盤で挟み込み、前記ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨方法であって、前記樹脂インサートの内周面における凹凸の最大高低差を前記内周面の平面度と定義し、前記内周面における上端部と下端部を結んだ直線とキャリア主面に垂直な直線とが成す角度を前記内周面の垂直度と定義したとき、前記平面度を１００μｍ以下に、前記垂直度を５°以下に維持しながら前記ウェーハの両面を研磨することを特徴とする両面研磨方法が提供される。

このような両面研磨方法であれば、キャリアの樹脂インサートの内周面の形状変化によるウェーハの平坦度の悪化を抑制できる。

このとき、前記ウェーハの両面を研磨した後、前記樹脂インサートの内周面を研削加工又は切削加工することによって、前記平面度及び前記垂直度を維持することができる。
このようにすれば、平面度及び垂直度を上記範囲内に容易に維持できる。

またこのとき、前記平面度を２５μｍ以下に、前記垂直度を２°以下に維持しながら前記ウェーハの両面を研磨することが好ましい。
このようにすれば、キャリアの樹脂インサートの内周面の形状変化によるウェーハの平坦度の悪化を確実に抑制できる。

またこのとき、複数の前記キャリアを前記上下の定盤で挟み込み、１度に複数のウェーハの両面を研磨することができる。
このようにすれば、１バッチ内で複数のウェーハを同時に研磨でき、工程時間を短縮できる。

またこのとき、前記複数のキャリアのそれぞれの前記樹脂インサート間の内径の差を０．５ｍｍ以内に維持しながら前記ウェーハの両面を研磨することが好ましい。
このようにすれば、１バッチ内で複数のウェーハを同時に研磨する際、樹脂インサート間の内径の差が大きくなることによって各ウェーハの研磨速度に差が生じることを抑制でき、これによりウェーハの仕上がり厚さのバラツキ、ひいては平坦度の悪化を抑制できる。

本発明では、ウェーハの両面研磨においてキャリアの樹脂インサートの内周面における平面度を１００μｍ以下に、垂直度を５°以下に維持しながらウェーハの両面を研磨するので、キャリアの樹脂インサートの内周面の形状変化によるウェーハの平坦度の悪化を抑制できる。

本発明の両面研磨方法によるウェーハの研磨を説明する概略図である。 本発明の両面研磨方法における樹脂インサートの内周面の平面度及び垂直度を説明する説明図である。 実施例１、比較例におけるキャリア使用時間と平面度の関係を示す図である。 実施例１、比較例におけるキャリア使用時間と垂直度の関係を示す図である。 実施例１、比較例におけるＥＳＦＱＲｍａｘと平面度の関係を示す図である。 実施例１、比較例におけるＥＳＦＱＲｍａｘと垂直度の関係を示す図である。 実施例２における樹脂インサート間の内径の差と仕上がり厚さの関係を示す図である。 従来の両面研磨装置によるウェーハの両面研磨を説明する概略図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記したように、樹脂インサートを有するキャリアを用いたウェーハの両面研磨において、キャリアの使用時間の経過とともに樹脂インサートの内周面はウェーハの周縁部と接触することにより摩耗し、樹脂インサートの内周面に形成された凹凸が次第に大きくなり、ウェーハの外周にダレが発生するなど研磨されたウェーハの平坦度が悪化し易くなるという問題がある。

そこで、本発明者等はこの問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、発明者等は以下のことに想到し、本発明を完成させた。
まず、樹脂インサートの内周面の凹凸の状態を評価するために、内周面における凹凸の最大高低差を内周面の平面度と定義し、内周面における上端部と下端部を結んだ直線とキャリア主面に垂直な直線とが成す角度を内周面の垂直度と定義した。この平面度が１００μｍ以下、垂直度が５°以下に維持された状態で両面研磨を行うことにより、研磨されたウェーハの平坦度の悪化を抑制できる。樹脂インサートの内周面の平面度及び垂直度を維持するためには内周面が平坦になるように加工すれば良い。

更に、発明者等は、複数のキャリア（複数の樹脂インサート）を用いて１バッチ内で複数のウェーハの両面を同時に研磨する際に以下のような問題を生じることを知見した。上記の内周面の加工を繰り返し行っていくと、それぞれの樹脂インサート間の内径の差が大きくなる傾向がある。これにより研磨速度がキャリア毎に変化し、同一バッチ内で研磨されたウェーハ間の仕上がり厚さのバラツキが増加する。両面研磨ではウェーハの仕上がり厚さとキャリアの厚さの差であるギャップにウェーハの平坦度が左右されるため、仕上がり厚さのバラツキが増加することで、平坦度が悪化してしまう。
上記内径の差を所定の範囲内に維持することによって仕上がり厚さのバラツキ、ひいては平坦度の悪化を更に抑制できる。

以下、本発明の両面研磨方法について図１を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、両面研磨装置１のキャリア２はウェーハＷを保持するための保持孔４を備えている。キャリア２はウェーハＷより薄い厚みに形成されている。
キャリア２には、保持孔４の内周に沿ってリング状の樹脂インサート３が配置されている。樹脂インサート３の内周面はウェーハの周縁部に接し、キャリア２によるダメージからウェーハを保護する。

この保持孔４内にウェーハＷが挿入されて保持され、上定盤５と下定盤６の対向面に設けられた研磨布７でウェーハＷの上下面が挟み込まれる。
キャリア２は、サンギヤ８とインターナルギヤ９とに噛合され、サンギヤ８の駆動回転によって自転公転される。

本発明の両面研磨方法はこのような両面研磨装置を用いてウェーハの両面を同時に研磨する方法である。
まず、樹脂インサート３の内周面の平面度及び垂直度を測定する。この測定は、例えば２次元変位計を用いて行うことができる。そして、平面度が１００μｍ以下、垂直度が５°以下となっているか検査する。

ここで、平面度及び垂直度について図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら説明する。
図２（Ａ）に示すように、樹脂インサート３の内周面１０には微少な凹凸が存在する。本発明における「内周面の平面度」とは、内周面１０の最も凹んだ部分ａと突き出した部分ｂの高低差、すなわち凹凸の最大高低差（ｔ）のことを言う。
また、図２（Ｂ）に示すように、本発明における「内周面の垂直度」とは、内周面１０における上端部と下端部を結んだ直線ｃとキャリア主面に垂直な直線ｄとが成す角度（θ）のことを言う。

上記検査の結果が、平面度が１００μｍを超える、又は垂直度が５°を超える場合には、平面度が１００μｍ以下、垂直度が５°以下となるように樹脂インサート３の内周面を加工する。この加工は、例えばＮＣフライス盤等の加工装置を用いた研削加工、又は、切削加工によって行うことができる。

次に、内周面１０の平面度が１００μｍ以下、垂直度が５°以下に維持された樹脂インサート３を有するキャリア２の保持孔４にウェーハＷを保持する。このウェーハＷを保持したキャリア２を上定盤５と下定盤６の間に配置する。
その後、上定盤５及び下定盤６にそれぞれ貼付された研磨布７でウェーハＷの上下研磨面を挟み込み、研磨面に研磨剤を供給しながら上定盤５と下定盤６とを互いに逆回転させることにより、研磨布７でウェーハＷの両面を同時に研磨する。

このとき、その他の研磨条件は従来の両面研磨方法と同様とすることができる。
ウェーハＷの研磨後、次のウェーハＷの研磨前に内周面の平面度及び垂直度を測定・検査し、常に平面度を１００μｍ以下に、垂直度を５°以下に維持しながら研磨を行う。
このような本発明の両面研磨方法であれば、従来樹脂インサート３の内周面１０の摩耗による形状変化によって発生している、ウェーハの外周ダレなどの平坦度の悪化を抑制できる。すなわち、ＥＳＦＱＲｍａｘの悪化が抑制されたウェーハを得ることができる。

上記では、平面度及び垂直度の測定と内周面の加工をウェーハＷの研磨前、或いはウェーハＷの研磨後に毎回実施する態様について記載したが、本発明はこれに限定されない。
この平面度及び垂直度の測定と内周面の加工を実施するタイミングを定期的に行うようにすることもできる。例えば、キャリア（樹脂インサート）の使用時間と内周面の平面度及び垂直度の経時変化の関係を予め調査しておくことで、内周面の加工が必要となるキャリアの使用時間を算出し、このキャリアの使用時間を上記タイミングとすることができる。

維持する平面度及び垂直度は、上記したように、それぞれ１００μｍ以下及び５°以下であれば良く、特に平面度を２５μｍ以下に、垂直度を２°以下に維持することが好ましい。このようにすれば、研磨されたウェーハの平坦度の悪化を確実に抑制できる。

また、両面研磨の１バッチにおいて、それぞれにウェーハＷを保持した複数のキャリア２を上下定盤５、６で挟み込み、１度に複数のウェーハの両面を研磨することもできる。
このようにすれば、研磨工程時間を短縮でき、生産性を向上できる。
この際、複数のキャリアのそれぞれの樹脂インサート３間の内径の差を０．５ｍｍ以内に維持しながらウェーハＷの両面を研磨することが好ましい。
ここで、「内径」とは、変位計を用いて樹脂インサートの内周面に沿って円周状に変位を測定することで得られた円形を最小二乗中心法でフィッティングし、得られる近似円の直径のことを言う。

「内径の差」とは、両面研磨の１バッチで同時に使用される複数のキャリアの樹脂インサートにおける上記内径の最大と最小の差のことを言う。
このように樹脂インサート間の内径の差を管理することで、同一バッチ内で研磨されたウェーハの仕上がり厚さを均一化でき、ウェーハの平坦度のバラツキを低減できる。

尚、本発明の両面研磨方法では、１つのキャリアに複数の保持孔及び樹脂インサートを有するタイプの両面研磨装置を用いることもできる。この場合にも上記と同様に、各保持孔に配置される樹脂インサート間の内径の差を０．５ｍｍ以内に維持しながら研磨するのが好ましい。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１、比較例）
直径３００ｍｍのシリコンウェーハを両面研磨した。この際、それぞれが１枚のウェーハを保持する５枚のキャリアを有した両面研磨装置（ＤＳＰ−２０Ｂ 不二越機械工業社製）を用い、１バッチに５枚のウェーハを同時に研磨した。研磨布は発泡ウレタン製のものを用い、研磨剤としてコロダイルシリカを含有したアルカリ性溶液のものを用いた。

まず、全てのキャリアの樹脂インサート内周面の平面度を２５μｍ以下、及び垂直度を２°以下になるように切削加工した。加工後、全てのキャリアの樹脂インサートの内周面の平面度及び垂直度、内径をキーエンス社製の２次元変位計を用いて形状測定することで検査した。その結果、全ての樹脂インサートの内周面の平面度は１２．９１μｍから２２．７３μｍの範囲内であり、垂直度は０．８６°から１．９°の範囲内であった。また、樹脂インサートの内径の最小値は３０１．０６９ｍｍ、最大値は３０１．５１０ｍｍであり、内径の差は０．４４１ｍｍであった。

これらキャリアを用いて、連続して両面研磨を３１，０００分間繰り返し、内周面の平面度及び垂直度、及び研磨されたウェーハのＥＳＦＱＲｍａｘを測定した。ＥＳＦＱＲｍａｘの測定にはＷａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いた。

平面度の測定結果を図３に、垂直度の測定結果を図４に示す。
図３、４に示すように、キャリアの使用時間の経過とともに、平面度及び垂直度が共に悪化していることが分かった。また、キャリアの使用時間が１０，０００分以内において、平面度及び垂直度はそれぞれ１００μｍ以下、５°以下に維持されていおり（実施例１）、キャリアの使用時間１０，０００分経過直前の樹脂インサートの内周面の平面度と垂直度の測定結果は、５枚のキャリアの平均で平面度が８３．７４μｍから９３．２７μｍ、垂直度が４．６°から４．９°の範囲内であった。

また、キャリアの使用時間が１０，０００分を超えると内周面の平面度が１００μｍを超え、かつ垂直度が５°を超えている（比較例）。
以上から、上記した研磨条件では、樹脂インサート内周面の平面度を１００μｍ以下、垂直度を５°以下に維持するため、キャリアの使用時間１０，０００分を上限とし、定期的に樹脂インサートの内周面の加工を行えば良いことが分かった。

ＥＳＦＱＲｍａｘの結果を図５、図６に示す。図５、図６に示すように、平面度が１００μｍ以下、垂直度が５°以下に維持された状態で良好なＥＳＦＱＲｍａｘの結果が得られていることが分かった。研磨開始から１１バッチまでの両面研磨後の全てのウェーハの平坦度を測定したところ、ＥＳＦＱＲｍａｘの平均値が０．０５０μｍ(Ｎ＝５５)となり、良好な値であった。また、キャリアの使用時間が１０，０００分に到達する間のＥＳＦＱＲｍａｘの平均値は０．０４８μｍ(Ｎ＝２，０００)であり、樹脂インサートを加工した直後のキャリアを用いて１１バッチの両面研磨を実施した時のウェーハの平坦度とほぼ同じ良好な値が得られた。

一方、キャリアの使用時間が１０，０００分を超えた後のＥＳＦＱＲｍａｘの平均値は０．０９０μｍ(Ｎ＝２０)であり、実施例１の結果の０．０４８μｍと比べ大幅に悪化してしまった。
以上のことから、本発明の両面研磨方法では樹脂インサートの内周面における平面度を１００μｍ以下に、垂直度を５°以下に維持しながらウェーハの両面を研磨するので、キャリアの樹脂インサートの内周面の形状変化によるウェーハの平坦度の悪化を抑制できることが確認できた。

（実施例２）
実施例１と同様の条件でシリコンウェーハの両面研磨を行い、同一バッチ内における樹脂インサート間の内径の差とウェーハの仕上がり厚さのバラツキを測定した。両面研磨は厚さが７９１．２μｍから７９１．３μｍの範囲のウェーハを用いて行った。ウェーハの厚さ測定にはＷａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いた。
結果を図７に示す。図７に示すように内径差が０．５ｍｍ以下のとき、ウェーハの仕上がり厚さのバラツキの平均値は０．１０７μｍと良好であった。また、内径差が０．５ｍｍ以下である４点の結果について、いずれの場合もウェーハの仕上がり厚さのバラツキに大きな違いは見られず、すなわち、内径差の違いによる仕上がり厚さのバラツキの悪化は無かった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…両面研磨装置、 ２…キャリア、 ３…樹脂インサート、 ４…保持孔、
５…上定盤、 ６…下定盤、 ７…研磨布、 ８…サンギヤ、
９…インターナルギヤ、 １０…内周面。

Claims (5)

1. ウェーハを保持するための保持孔と、該保持孔の内周に沿って配置され、前記保持されるウェーハの周縁部に接する内周面を有するリング状の樹脂インサートとを有するキャリアに前記ウェーハを保持し、前記キャリアを研磨布が貼付された上下の定盤で挟み込み、前記ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨方法であって、
   前記樹脂インサートの内周面における凹凸の最大高低差を前記内周面の平面度と定義し、前記内周面における上端部と下端部を結んだ直線とキャリア主面に垂直な直線とが成す角度を前記内周面の垂直度と定義したとき、前記平面度を１００μｍ以下に、前記垂直度を５°以下に維持しながら前記ウェーハの両面を研磨することを特徴とする両面研磨方法。
2. 前記ウェーハの両面を研磨した後、前記樹脂インサートの内周面を研削加工又は切削加工することによって、前記平面度及び前記垂直度を維持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. 前記平面度を２５μｍ以下に、前記垂直度を２°以下に維持しながら前記ウェーハの両面を研磨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. 複数の前記キャリアを前記上下の定盤で挟み込み、１度に複数のウェーハの両面を研磨することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の両面研磨方法。
5. 前記複数のキャリアのそれぞれの前記樹脂インサート間の内径の差を０．５ｍｍ以内に維持しながら前記ウェーハの両面を研磨することを特徴とする請求項４に記載の両面研磨方法。

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