JP6020973B2 - ドレスプレート - Google Patents
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そこで、これを解消するため、上研磨布および下研磨布は、上下定盤に貼着された状態で定期的に研磨作用面の形状(表面形状)を補修するドレッシングが行われている。
両面研磨装置の研磨布をドレッシングする従来技術として、例えば、特許文献1などが知られている。特許文献1は、表裏面が同一形状のドレッシング部材をキャリアプレートのウェーハ保持孔に収納し、その後、ウェーハの両面研磨時に発生する上下定盤の変形を反映させたドレッシングとなるように、両面研磨時の上下定盤に作用する熱負荷や応力負荷とほぼ等しい熱負荷または応力負荷を作用させて、上下の研磨布をドレッシングする方法である。これにより、ドレッシング時の上下定盤の温度分布を両面研磨時の温度分布に近づけることができ、その結果、平坦度の高いウェーハの両面研磨を行うために適した状態に、上下の研磨布を同時にドレッシングできるものである。
すなわち、両面研磨は、ウェーハ表面の微小な表面粗さなどを調整する仕上げ研磨(片面鏡面研磨)とは異なり、ウェーハ全体の平坦度を高めるために必要な研磨量が多く、仕上げ研磨時に比べてウェーハへの研磨圧力および研磨量は大きい。そして、通常、両面研磨において上下定盤は互いに反対方向に回転させるため、上下研磨布にはキャリアプレートの回転方向(ウェーハの回転方向)と同じ方向に回転する力と、これとは異なる方向へ回転する力とが作用している。そのため、両面研磨の回数が増大するほど、上下研磨布の研磨作用面における摩耗量分布は異なる傾向がある。具体的には、上研磨布の研磨作用面の外周部における摩耗量は少なく、かつ上研磨布の研磨作用面の中央部の摩耗量は多くなる凹形傾向があり、下研磨布の研磨作用面の中央部の摩耗量が、上研磨布の研磨作用面の中央部の研磨量に比べて少なくなる凸形傾向となる。したがって、このような上下の研磨布の研磨作用面に一般的な等量ドレッシングを施したとしても、その後の両研磨作用面はそれほど平坦度が高まらない。
サンギヤ方式の両面研磨装置は、ウェーハ保持孔に半導体ウェーハを保持したキャリアプレートを、サンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させることで、半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨する。サンギヤ方式の両面研磨装置のキャリアプレートに形成されるウェーハ保持孔の形成数は任意である。例えば、1つ、2つ〜5つでもそれ以上でもよい。このことは、無サンギヤ方式の両面研磨装置のキャリアプレートについても同様である。
ここでいう自転を伴わない円運動とは、キャリアプレートが上定盤および下定盤の軸線から所定距離だけ偏心させた状態を常に保持して旋回(揺動回転)するような円運動をいう。この自転を伴わない円運動によって、キャリアプレート上の全ての点は、同じ大きさ(半径r)の小円の軌跡を描くことになる。無サンギヤ方式の両面研磨装置は、遊星歯車方式のもののようにサンギヤが存在しないので、例えば直径が300mm以上の大口径ウェーハ用として適している。
ドレッシング時の上定盤および下定盤の回転方向は限定されない。また、ドレッシング中、ドレスプレートは回転しても、回転しなくてもよい。
ドレッシング液としては、例えば純水などを採用することができる。
ここでいう「矩形状」とは、全長にわたって幅が均一となる短冊形状または帯形状をいう。
矩形状のドレス工具を使用し、研磨布の研磨作用面(外周部に比べて中央部が凸となった湾曲形状の研磨作用面を含む)をドレッシングすると、研磨作用面の外周部の研削も行われるものの、中央部の方が外周部より積極的に研削される。
ドレス補助用キャリアプレートは、研磨時のキャリアプレートと同一素材のものでも、異なる素材のものでもよい。
開口部の形状は限定されない。例えば、半円形状、円形状、楕円形状の他、三角形または四角形以上の多角形状などを採用することができる。また、開口部の大きさおよび形成数は限定されない。
ドレッシング液としては、例えば純水などを採用することができる。
ドレッシング時の上研磨布および下研磨布の両研磨作用面のドレッシング量は、片面で5〜50μm(両面で10〜100μm)である。特に好ましいドレッシング量は、片面で10〜30μm(両面で20〜60μm)である。
ドレッシング時のドレスプレートに対する面圧は、例えば10〜150g/cm2である。10g/cm2未満では、面圧が低すぎて研磨布そのものをドレッシングできない恐れがあり、逆に面圧が高すぎる(150g/cm2を超える)とドレス屑などを起因とした引っ掻き傷などの発生を生じる恐れがある。特に好ましい面圧は20〜100g/cm2である。
特に、1本のドレス工具の両側に一対の開口部を形成した場合には、ドレス工具を複数形成した場合に比べて、ドレスプレートに対して開口面積の大きな開口部の確保が可能となり、ドレスプレートへのドレッシング液の進入性が高まるとともに、ドレス屑によるドレスプレートのキズの発生を低減することができる。
両面研磨装置10は、5枚のシリコンウェーハ(半導体ウェーハ)Wの表裏面を同時に研磨可能なサンギヤ(遊星歯車)方式のものである。具体的には、両面研磨装置10は、平行に設けられた上定盤11および下定盤12と、上定盤11の下面に貼着された上研磨布13と、下定盤12の上面に貼着された下研磨布14と、下定盤12の中央部に設けられた小径なサンギヤ15と、サンギヤ15を中心にして回転自在に設けられた大径なインターナルギヤ16と、5枚の円板形状のキャリアプレート17とを備えている。
長時間にわたって両面研磨することで、上研磨布13および下研磨布14の各研磨作用面に偏摩耗が発生し、両面研磨後のシリコンウェーハWは変形する。ここでは、一般的な両面研磨時に発生する偏摩耗と同様に、上研磨布13の研磨作用面が外周部に比べて中央部が凹んだ湾曲形状となり、下研磨布14の研磨作用面が外周部に比べて中央部が凸となった湾曲形状となっている。なお、下研磨布14の研磨作用面の曲率は、上研磨布13の研磨作用面の曲率より大きい。
そこで、偏摩耗によるウェーハ変形を低減する目的で、両面研磨装置10を利用し、定期的に上研磨布13の研磨作用面をドレッシングする第1のドレスプレート18と、下研磨布14の研磨作用面をドレッシングする第2のドレスプレート19による上下の研磨布13,14の各研磨作用面の形状(表面形状)を補修するドレッシングを行う。
また、第2のドレスプレート19は、ドレッシング作用面(下面)に、第2のドレスプレート19の直径方向へ延びる矩形状(短冊形状)の第2のドレス工具23が1本固定されたものである(図4)。第2のドレスプレート19の中央部のうち、第2のドレス工具23の形成部分を除く部分には、第2のドレスプレート19の上面と下面とを貫通する略半円形状の第2の開口部24が一対形成されている。
特に、第2のドレスプレート19は、天気記号の晴れ形状(丸に一つ引きの家紋形状)となるように、円環部分と矩形部分とが一体化した基板25の矩形領域の下面(ドレッシング作用面)に、平均粒径が20〜80μmのダイヤモンドを電着したものである。第1のドレスプレート18の場合も、基板25の外周部の上面(ドレッシング作用面)に電着されるダイヤモンドの平均粒径は20〜80μmである。
図1および図2に示すように、上研磨布13および下研磨布14の同時ドレッシング時には、まず、両面研磨装置10に配置された5枚のキャリアプレート17のうち、図1上の上側に配置されたキャリアプレート17を、図3に示すドレッシング作用面が上向きの第1のドレスプレート18と差し替え、図1上の左下側に配置されたキャリアプレート17を、図4に示すドレッシング作用面が下向きの第2のドレスプレート19と差し替え、残り3枚のキャリアプレート17を、図1に示すダミーウェーハW1がウェーハ保持孔26aに保持されたドレス補助用キャリアプレート26と差し替える。
さらに、ドレッシング中に発生した上研磨布13のドレス屑は、第1のドレスプレート18の中央部に形成された第1の開口部21を通して、第1のドレスプレート18の外へ排出することができる。また、ドレッシング中に発生した下研磨布14のドレス屑は、第2のドレスプレート19の中央部の両側部分に形成された一対の第2の開口部24を通して、第2のドレスプレート19の外へ排出することができる。これにより、研磨時にドレス屑によってシリコンウェーハWを傷つけることなく、上下の研磨布13,14のドレス屑を両面研磨装置の外へ円滑に排出することができる。しかも、第1および第2のドレスプレート18,19へのドレッシング液の供給も支障なく行うことができる。特に、矩形状を有した第2のドレス工具23の両側に略半月形状の大きな第2の開口部24を形成したので、よりドレッシング液のドレッシング作用面への進入性およびドレス屑の排出効果が高まる。
本発明法では実施例1の両面研磨装置10を使用し、実施例1と同一の条件で上下の研磨布を同時にドレッシングした。また、従来法では、図9に示すように実施例1と同様に両面研磨装置10を使用し、ドレッシング条件も実施例1に準じて上下の研磨布を同時にドレッシングした。ただし、第2のドレスプレート19に代えて別の第2のドレスプレート19Aを採用した。別の第2のドレスプレート19Aとは、リング形状の第1のドレス工具20がドレッシング作用面(下面)に形成され、かつ円形状の第1の開口部21がプレート中央部に形成されたものであって、上下面を反転した第1のドレスプレート18と同じものである。
本発明法において、ドレッシング前の研磨布13,14により実施例1の条件で両面研磨を行ったときのシリコンウェーハWの平坦度は、GBIR;0.36μm(凹形)、SFQD P Ave;−37nmであった(図12のグラフ)。また、ドレッシング後の研磨布13,14により実施例1の条件で両面研磨を行ったときのシリコンウェーハWの平坦度は、GBIR;0.20μm(凸形)、SFQD P Ave;−25nmであり(図13のグラフ)、ウェーハ平坦度は明らかに改善された。
11 上定盤、
12 下定盤、
13 上研磨布、
14 下研磨布、
15 サンギヤ、
16 インターナルギヤ、
17 キャリアプレート、
18 第1のドレスプレート、
19 第2のドレスプレート、
20 第1のドレス工具、
21 第1の開口部、
23 第2のドレス工具、
24 第2の開口部、
26 ドレス補助用キャリアプレート、
26a ウェーハ保持孔、
W シリコンウェーハ(半導体ウェーハ)、
W1 ダミーウェーハ。
Claims (4)
- 両面研磨装置を利用して、研磨布の研磨作用面をドレッシングする円形状の基板を本体とするドレスプレートであって、
前記基板は、円環部分と、その中心点を通り直径方向に延びる矩形部分とが一体化したものであり、
前記基板のドレッシング作用面側には、ドレッシング作用面の中心点を通り直径方向に延びる矩形状のドレス工具が、その一部が前記矩形部分に重なるように設けられ、
前記ドレス工具の長さが前記矩形部分の長さより長く、前記基板の直径より短いドレスプレート。 - 前記ドレス工具が前記基板に1本設けられた請求項1に記載のドレスプレート。
- 前記両面研磨装置は、ウェーハ保持孔に半導体ウェーハを保持したキャリアプレートを、サンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させることで、前記半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨するサンギヤ式のもので、
前記基板は、前記キャリアプレートと同一直径で、かつ前記サンギヤおよび前記インターナルギヤとに噛合する外歯が周設されたものである請求項1または請求項2に記載のドレスプレート。 - 前記基板の中央部のうち、前記ドレス工具の形成部分を除く部分には、前記基板の上面と下面とを貫通する開口部が形成された請求項1〜請求項3のうち、何れか1項に記載のドレスプレート。
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