特許 6197580 キャリアプレート及びワークの両面研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6197580

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】キャリアプレート及びワークの両面研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/28 20120101AFI20170911BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/28

   H01L21/304 622G

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-224414(P2013-224414)

(22)【出願日】2013年10月29日

(65)【公開番号】特開2015-85418(P2015-85418A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2016年8月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(74)【代理人】

【識別番号】100164448

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 雄輔

(72)【発明者】

【氏名】三浦 友紀

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５５−１６５７５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６３−００２６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２３６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３９８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２４４８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ３７／２８

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ７／１７

ＤＷＰＩ（Ｄｅｒｗｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを保持する１つの保持孔を有する、ワークの両面研磨装置用のキャリアプレートであって、
前記キャリアプレートの少なくとも上面に、前記保持孔により区画される前記キャリアプレートの縁部間を延びる、複数本の主溝を設け、
前記主溝間、前記主溝と前記キャリアプレートの外周との間、及び前記主溝と前記縁部との間のうち、少なくとも１箇所を接続する副溝を設け、
前記副溝は、前記キャリアプレートの径方向において、前記縁部から前記キャリアプレートの外周までの間に途切れた部分を有するように設けてなることを特徴とする、ワークの両面研磨装置用のキャリアプレート。

【請求項2】

前記複数本の主溝を、同心円状に設けてなる、請求項１に記載のワークの両面研磨装置用のキャリアプレート。

【請求項3】

上定盤及び下定盤を有する回転定盤と、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられた、請求項１又は２に記載のキャリアプレートと、を備えたことを特徴とする、ワークの両面研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークの両面研磨装置に用いる、ワークを保持するためのキャリアプレート、及び、該キャリアプレートを備えたワークの両面研磨装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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、より高精度なウェーハの平坦度品質や表面粗さ品質を得るために、ウェーハの表裏面を同時に研磨する両面研磨工程が採用されている。

【0003】

この両面研磨は、一般的に、ワークを保持する孔が設けられたキャリアプレートを上下定盤の間に有する両面研磨装置を用い、このキャリアプレートの保持孔にワークを保持し、研磨スラリーを供給しながら上下定盤を回転させることにより、上下定盤に貼布した研磨パッドとワークの表裏面とを摺動させて、ワークの両面を同時に研磨するものである。

【0004】

そのような両面研磨装置として、図５、図６に示すように、上面から下面までを貫通する穿孔１８を設けたキャリアプレートを用いるものや、例えば、特許文献１、２に記載のように、キャリアプレートの表面に、保持孔からキャリアプレートの外周まで延びる溝を設けたものが提案されている。このように、穿孔１８や、保持孔からキャリアプレートの外周まで延びる主溝を設けることにより、ワークへの研磨スラリーの供給量を制御することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−０２３６１７号公報

【特許文献2】特開平０５−００４１６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記の技術のように、キャリアプレートに穿孔１８を設けると、この穿孔１８を通って研磨スラリーが下定盤側へ排出されやすくなってしまう。また、特許文献１、２に記載のように、保持孔からキャリアプレートの外周まで延びる溝を設けると、供給された研磨スラリーが溝を介してキャリアプレート外へ排出されやすくなってしまう。従って、これらの技術では、キャリアプレートの上面での研磨スラリーの供給量が十分でなくなってしまう場合があった。

【0007】

キャリアプレートの上面での研磨スラリーの供給量が十分でないと、上定盤に貼布した研磨パッドと該研磨パッドに接触するワーク上面との間の摩擦が増大し、摩擦熱により本来のメカノケミカルの作用のバランスが崩れ、研磨スラリーが高温化してケミカル作用が優勢な加工となってしまう場合がある。そして、そのような場合、ワーク外周のダレが生じるおそれがあり、特に、ワーク中心への研磨スラリーの供給量が不足すると、研磨後のワークが凸形状となってしまい、所望のワークの形状を得ることができなくなるという問題があった。
さらに、研磨スラリーの供給量が十分でないと、研磨生成物の排出ができずに、該研磨生成物が研磨パッド上に堆積し、研磨パッド表面付近のポア（研磨スラリーを保持するための微小空孔）が目詰まりを起こし、ワーク全面の研磨レートが低下してしまう場合があるという問題もあった。
このように、上定盤への研磨スラリーの供給量が十分でないと、ワークの上下面で研磨量や表面粗さ等の品質が相違するおそれがあった。

【0008】

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ワークの上面に研磨スラリーを十分に供給することのできる、ワークの両面研磨装置に用いる、ワークを保持するためのキャリアプレート、及び、該キャリアプレートを備えた両面研磨装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者は、ワークの上面に研磨スラリーを十分に供給するためには、保持孔からキャリアプレートの外周まで延びる溝を設けて、キャリアプレートの周囲の研磨スラリーを保持孔へ導入することよりも、キャリアプレートの上面での研磨スラリーの滞留時間を長くすることがより有効であることを新たに見出した。
そして、本発明者は、キャリアプレートの上面に、保持孔により区画されるキャリアプレートの縁部間を延びる溝を設けることで、所期した目的を有利に達成することができるという新規知見を得て本発明を完成するに至った。

【0010】

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は、以下の通りである。
本発明のワークの両面研磨装置用のキャリアプレートは、ワークを保持する１つの保持孔を有し、前記キャリアプレートの少なくとも上面に、前記保持孔により区画される前記キャリアプレートの縁部間を延びる、複数本の主溝を設けたことを特徴とする。
この構成によれば、研磨スラリーの、キャリアプレートの上面での滞留時間を長くして、両面研磨においてワークの上面の研磨量を十分なものとすることができる。
なお、本明細書において、「ワークの上面」とは、両面研磨において、ワークの両面研磨装置の上定盤側に貼布した研磨パッドと摺動する側の面をいうものとし、他方の面をワークの下面というものとする。

【0011】

また、本発明のワークの両面研磨装置用のキャリアプレートにおいては、前記複数本の主溝を、同心円状に設けてなることが好ましい。
この構成によれば、キャリアプレートの上面全面にわたって主溝を配置することができ、また、１本の主溝の延在長さを長くすることができるため、キャリアプレートの上面に研磨スラリーを、より長時間滞留させることができる。

【0012】

ここで、本発明のワークの両面研磨装置用のキャリアプレートは、前記主溝間、前記主溝と前記キャリアプレートの外周との間、及び前記主溝と前記縁部との間のうち、少なくとも１箇所を接続する副溝を設け、
前記副溝は、前記キャリアプレートの径方向において、前記縁部から前記キャリアプレートの外周までの間に途切れた部分を有するように設けてなることが好ましい。
この構成によれば、副溝により、キャリアプレートの上面における研磨スラリーの滞留時間を調整することができる。

【0013】

ここで、本発明のワークの両面研磨装置は、上定盤及び下定盤を有する回転定盤と、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられた、上記のキャリアプレートと、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、研磨スラリーの、キャリアプレートの上面での滞留時間を長くして、両面研磨においてワークの上面の研磨量を十分なものとすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ワークの上面に研磨スラリーを十分に供給することのできる、ワークの両面研磨装置に用いる、ワークを保持するためのキャリアプレート、及び、該キャリアプレートを備えた両面研磨装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（ａ）本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置を示す鉛直方向断面図である。（ｂ）（ａ）に示すワークの両面研磨装置を、上定盤を外した状態で真上から眺めた平面図である。

【図2】図１（ａ）（ｂ）に示すキャリアプレートの１つを、上定盤を外した状態で真上から眺めた平面図である。

【図3】他の実施形態にかかるキャリアプレートの平面図である。

【図4】本発明の一実施形態にかかる両面研磨装置の鉛直方向の概略部分断面図である。

【図5】比較例にかかるキャリアプレートの平面図である。

【図6】比較例にかかる両面研磨装置の鉛直方向の概略部分断面図である。

【図7】（ａ）比較例にかかる研磨後のウェーハ形状を示す断面図である。（ｂ）発明例にかかる研磨後のウェーハ形状を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。

【0017】

図１（ａ）は、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置を示す鉛直方向断面図であり、図１（ｂ）は、該両面研磨装置を、上定盤を外した状態で真上から眺めた平面図である。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、この両面研磨装置１は、上定盤２及びそれに対向する下定盤３を有する回転定盤４と、回転定盤４の中心部に設けられたサンギア５と、回転定盤４の外周部に円環状に設けられたインターナルギア６とを備えている。図１（ａ）に示すように、上下の回転定盤４の対向面、すなわち、上定盤２の研磨面である下面側及び下定盤３の研磨面である上面側には、それぞれ研磨パッド７が貼布されている。

【0018】

また、図１（ａ）（ｂ）に示すように、この装置１は、上定盤２と下定盤３との間に設けられ、ワークＷを保持する１つの保持孔８を有する図示例で５つのキャリアプレート９を備えている。なお、図示例では、この装置１は、キャリアプレート９を５つ有しているが、キャリアプレート９は１つ以上あればよく、キャリアプレート９の個数は特に限定されない。また、図示例では、孔８にワーク（本実施形態ではウェーハ）Ｗが保持されている。
ここで、キャリアプレート９の材質は、例えば、ステンレスやその他の金属、ガラスエポキシなどの樹脂複合材、あるいは、これらをコーティングしたものとすることができる。

【0019】

図２は、図１（ａ）（ｂ）に示すキャリアプレート９の１つを、上定盤を外した状態で真上から眺めた平面図である。
図２に示すように、本実施形態において、キャリアプレート９の少なくとも上面に、同心円状に配置された、図示例で１０本の主溝１０が設けられている。これらの主溝１０及び保持孔８によりキャリアプレート９は、図示例で１１個の陸部１１に区画されている。
図２に示すように、主溝１０は、保持孔８により区画されるキャリアプレート９の縁部１２間を延びている。すなわち、各主溝１０の始端および終端のそれぞれは、キャリアプレート９の縁部１２に繋がっている。換言すれば、各主溝１０は、キャリアプレート９の外周１３までは延びておらず、キャリアプレート９内で終端している。
なお、図示例では、各主溝１０の始端及び終端は、キャリアプレート９の縁部１２の異なる位置に繋がっているが、各主溝１０の始端と終端とがキャリアプレート９の縁部１２の同一の位置に繋がるように構成することもできる。

【0020】

また、本発明においては、ウェーハＷの周縁部をキャリアプレートと接触することによるダメージから保護するために、樹脂等からなるインサータを縁部１２に沿って取り付けてもよい。この場合、主溝１０は、キャリアプレート９の縁部１２間を延びるものとし、インサータの上面には主溝１０が形成されないようにする。

【0021】

図３は、他の実施形態にかかるキャリアプレート９の平面図である。図３に示すキャリアプレート９は、主溝１０の配置については、図２に示すキャリアプレート９と同様であるが、以下に説明するように、副溝１４が形成されている点で、図２に示すキャリアプレート９と異なっている。
すなわち、図３に示すように、この実施形態のキャリアプレート９の上面には、主溝１０間、主溝１０とキャリアプレート９の外周１３との間、及び主溝１０と縁部１２との間を接続する副溝１４が複数本設けられている。
これらの副溝１４は、キャリアプレート９の径方向において、縁部１２からキャリアプレート９の外周１３までの間に途切れた部分を有するように設けられている。すなわち、副溝１４は、キャリアプレート９の径方向に、縁部１２からキャリアプレート９の外周１３まで連続した直線状に配置されてはおらず、この例では、キャリアプレート９の径方向に隣接する陸部１１間に設けられた副溝１４は、キャリアプレート９の周方向に互いにオフセットするように設けられている。図示例では、隣接する陸部１１間を１つ置きに断続的に延びる５つの断続副溝群１５を形成するようにして、複数の副溝１４が設けられている。
以下、本発明の作用効果について説明する。

【0022】

図４は、本発明の一実施形態にかかる両面研磨装置１の鉛直方向の概略部分断面図である。
図４に示すように、自然滴下された研磨スラリー１６は、上定盤２に設けられたスラリーノズル１７を介してウェーハＷ及びキャリアプレート９の上面に供給される。キャリアプレート９の上面に供給された研磨スラリー１６は、一部がキャリアプレート９の上面や上面に設けた主溝１０内を流れ、残りの部分は、重力によってキャリアプレート９間等からキャリアプレート９の下面側へと供給される。
本発明によれば、キャリアプレート９の上面に設けた主溝１０がキャリアプレートの外周１３まで延びていない構成としているため、キャリアプレート９の上面に設けられた主溝１０を流れる研磨スラリー１７は、キャリアプレート９の外へは排出されづらく、従って該主溝１０内に長時間滞留することができ、主溝１０は、研磨スラリー１７の貯留溝として機能する。
さらに、主溝１０は、その始端及び終端の双方がキャリアプレート９の縁部１２に繋がっているため、該縁部１２を区画する保持孔８により保持されるウェーハＷの上面へ十分に研磨スラリー１６を供給することができる。
従って、本発明によれば、研磨スラリー１６の、キャリアプレート９の上面での滞留時間を長くして、ウェーハＷの上面に十分に研磨スラリー１６を供給することができるため、両面研磨においてウェーハＷの上面の研磨量を十分なものとすることができる。よって、本発明によれば、両面研磨後のウェーハＷの上下面の研磨量や表面粗さの差異を低減して、同等の品質とすることができる。また、ウェーハＷの上面に長時間滞留している研磨スラリー１６により研磨生成物を排出しやすくなる。

【0023】

ここで、本発明においては、図２、図３に示したように、キャリアプレート９の少なくとも上面に主溝１０を複数本設けることが好ましい。
キャリアプレート９の上面での滞留時間を長くさせることのできる研磨スラリー１６の量を確保することができるからである。また、研磨パッド７全体への研磨スラリー１６の分散性を良くすることができるからである。

【0024】

また、本発明においては、図２、図３に示したように、キャリアプレート９の少なくとも上面に、複数の主溝１０を、同心円状に設けることが好ましい。
キャリアプレート９の上面全面にわたって主溝１０を配置することができ、また、１つの主溝１０の始端から終端までの距離（延在長さ）を確保することができるため、研磨スラリー１６をキャリアプレート９の上面に、より長時間滞留させるのに適しているからである。
なお、図２、図３に示す例では、各主溝１０は円形（の一部）であり、各主溝１０の中心も一致しているが、縁部１２間を延びる１つの主溝１０に対してキャリアプレート９の外周側に縁部１２間を延びる別の主溝１０を配置し、主溝１０の本数に合わせてそれを繰り返したような配置としても、上記とほぼ同様の効果が得られるため、主溝１０は、必ずしも円形である必要ななく、また、中心が一致していなくても良い。

【0025】

また、図２、図３に示す例では、主溝１０は、同心円状に配置され、湾曲して延びる形状であるが、主溝１０は、全体又は一部が直線状であってもよく、互いに交差させるように配置してもよい。

【0026】

また、本発明においては、主溝１０の配置、本数、溝幅、溝深さ等は、特には限定されず、所望とする研磨スラリー１６の滞留時間に応じて決定すればよい。
なお、本発明においては、主溝１０の溝幅が狭すぎると、滞留させる研磨スラリー１６の量が低下してしまい、主溝１０の溝幅が広すぎると、研磨パッド７の沈み込みにより研磨パッド７と主溝１０底部が接触して溝内に滞留する堆積スラリーなどをキャリアプレート９上面上に飛散させてしまうおそれがあるため、主溝１０の溝幅は０．５〜１０ｍｍの範囲で配置することが好ましい。また、主溝１０の溝深さが深すぎると、キャリアプレート９そのものの剛性が保てなくなるおそれがあり、一方、主溝１０の溝深さが浅すぎると、キャリアプレート９表面の磨耗により溝が消失してしまうおそれがあるため、主溝１０の溝深さは、キャリアプレート９の厚さの１０〜５０％とすることが好ましい。

【0027】

さらに、本発明においては、主溝１０間、主溝１０とキャリアプレート９の外周１３との間、及び主溝１０と縁部１２との間のうち、少なくとも１箇所を接続する副溝１４を設け、副溝１４は、キャリアプレートの径方向９において、縁部１２からキャリアプレート９の外周１３までの間に途切れた部分を有するように設けることが好ましい。
上記のような副溝１４を設けることにより、副溝１４は、研磨スラリー１６の排出用溝として機能し、主溝１０の始端から終端までの迂回ルートを形成して、キャリアプレート９の上面における研磨スラリー１６の滞留時間を調整することができるからである。また、副溝１４がキャリアプレートの径方向において、キャリアプレート９の縁部１２から外周１３まで途切れた部分を有さずに連続的に延びてしまうと、研磨スラリー１６が副溝１４を介して、キャリアプレート９の外部まで排出されやすくなってしまうからである。

【0028】

なお、図３に示す例では、副溝１４は、キャリアプレート９の径方向に延在しているが、本発明は、この場合には限定されず、副溝１４は、いずれの方向に延在していてもよい。また、副溝１４は、湾曲した形状とすることもできる。

【0029】

また、本発明においては、副溝１４の配置、本数、溝幅、溝深さ等は、特には限定されず、所望とする研磨スラリー１６の滞留時間に応じて決定すればよく、副溝１４の溝幅および溝深さは、主溝１０と同様に、溝幅は０．５〜１０ｍｍの範囲とし、溝深さは、キャリアプレート９の厚さの１０〜５０％とすることが好ましい。

【0030】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に何ら限定されるものでない。例えば、上記の実施形態では、主溝１０や副溝１４をキャリアプレート９の上面にのみ設けているが、キャリアプレート９の下面９にも主溝１０や副溝１４を設けても良い。さらに、本発明にあっては、主溝１０や副溝１４の他、滞留時間を調整するために、キャリアプレート９の上面から下面までを貫通する穿孔１８を併設することもできる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例には何ら限定されない。

【実施例】

【0031】

＜実施例＞
以下の発明例及び比較例にかかるキャリアプレートを用いてウェーハの両面研磨を行い、両面研磨後のウェーハの形状、厚さ及び表裏面の粗さを計測し、比較する試験を行った。
まず、発明例として、図３に示すキャリアプレートを有し、キャリアプレート以外は図１に示すのと同様の構成を有する両面研磨装置を用いた。なお、キャリアプレートの上面に設けた主溝及び副溝については、主溝及び副溝の溝幅は２ｍｍ、溝深さは２００μｍとし、主溝間のピッチ間隔は１０ｍｍとした。
また、比較例として、図５、図６に示すような、上面から下面までを貫通する穿孔１８を６つ設けたキャリアプレートを有し、キャリアプレート以外は図１に示すのと同様の構成を有する両面研磨装置を用いた。

【0032】

ここで、研磨に供するウェーハとしては、径３００ｍｍのシリコンウェーハを用いた。また、キャリアプレートはステンレス製のものを用い、研磨パッドは、ウレタンパッドを用い、研磨スラリーとしては、アルカリベース溶液にコロイダルシリカを添加したものを用いた。
研磨は、両面の合計の研磨量が２０μｍとなるまで行った。
研磨後のシリコンウェーハについて、形状及び厚さは、黒田精工社製ナノメトロを用いて計測し、表面粗さ（Ｒｍｓ）については、レイテックス社製チャップマンを用いて計測した。
以下、評価結果について説明する。

【0033】

＜ウェーハ形状＞
図７（ａ）は、比較例にかかる研磨後のウェーハ形状を示す断面図であり、図７（ｂ）は、発明例にかかる研磨後のウェーハ形状を示す断面図である。図７（ａ）（ｂ）において、縦軸は、ウェーハの厚さ方向を示している。また、図７（ａ）（ｂ）において、横軸は、ウェーハ中心を０としたときのウェーハ中心からの距離を、ウェーハの半径をＲとして示している。
図７（ａ）（ｂ）に示すように、比較例にかかる研磨後のウェーハは、中央部の研磨量が不足しており、全体的に厚さの不均一さが見られるが、発明例にかかる研磨後のウェーハは、より平坦度が高いことがわかる。

【0034】

＜研磨量差＞
研磨量差を、ウェーハ下面の研磨量からウェーハ上面の研磨量を差し引いたものとして定義して評価した。
以下の表１に示すように、比較例にかかる研磨後のウェーハでは、ウェーハ上下面の研磨量の差が大きかったのに対し、発明例にかかる研磨後のウェーハでは、ウェーハ上下面の研磨量の差が小さいことがわかる。

【0035】

【表1】

【0036】

＜上下表面粗さ（Ｒｍｓ）＞
研磨後のウェーハの上面、下面それぞれの表面粗さ（Ｒｍｓ）の計測結果を、以下の表２に示す。表２に示すように、発明例にかかる研磨ウェーハは、上面の表面粗さが小さくなっていることがわかる。また、下面についても比較例と同等の表面粗さとなっていることがわかる。

【0037】

【表2】

【0038】

以上のことから、発明例にかかるキャリアプレートを用いた場合には、両面研磨において、ウェーハの上面に研磨スラリーを十分に供給して、ウェーハ上面の研磨量を十分なものとすることができ、その結果、ウェーハ形状、上下面の研磨量の差、及び、上面の表面粗さを改善することができたことがわかる。

【符号の説明】

【0039】

１ 両面研磨装置
２ 上定盤
３ 下定盤
４ 回転定盤
５ サンギア
６ インターナルギア
７ 研磨パッド
８ 保持孔
９ キャリアプレート
１０ 主溝
１１ 陸部
１２ 縁部
１３ 外周
１４ 副溝
１５ 断続副溝群
１６ 研磨スラリー
１７ スラリーノズル
１８ 穿孔
Ｗ ワーク（ウェーハ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】