(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェーハの中心部の厚みの測定も可能であり、また、信頼性の高い厚み測定が可能となるウェーハの両面研磨装置を提供する。【解決手段】上定盤３６に窓部が形成され、上定盤３６が回転する際、通過する窓部の上方の位置となる支持フレーム３８に厚み測定装置１０が配置され、該厚み測定装置１０は、レーザ光を窓部に向けて発光する発光部と、該発光部から発光されるレーザ光を、窓部の下方に位置するウェーハの表面と、裏面とに焦点を合わせるよう、駆動装置によって移動される対物レンズと、ウェーハの表面と裏面とで反射する反射光を受光する受光部と、該受光部から受光信号が入力され、ウェーハの表面と裏面の各反射光のピーク値からウェーハの厚みを演算する演算部とを具備することを特徴とする。【選択図】図１
2008227393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が研磨面とされた下定盤と、該下定盤の上方に支持フレームに上下動自在に支持され、下面が研磨面とされた上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、ウェーハを保持する透孔を有するキャリアと、前記上下定盤を軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、前記キャリアを回転駆動するキャリア駆動装置と、スラリー供給源とを具備し、スラリーを前記下定盤上に供給しつつ、上下定盤を回転させ、かつキャリアを回転させることにより、上下定盤間に挟まれたウェーハの両面を研磨する両面研磨装置において、
前記上定盤の、前記キャリアに保持されたウェーハが通過する位置に、レーザ光が透過する窓部が形成され、
前記上定盤が回転する際、通過する前記窓部の上方の位置となる前記支持フレームに光学式の厚み測定装置が配置されて成り、
該厚み測定装置により、レーザ光を前記窓部に照射し、ウェーハの表面と裏面の各反射光を受光して該反射光のピーク値からウェーハの厚みを演算することを特徴とするウェーハの両面研磨装置。
【請求項２】
前記厚み測定装置は、
レーザ光を前記窓部に向けて発光する発光部と、
該発光部から発光されるレーザ光を、窓部の下方に位置するウェーハの表面と、裏面とに焦点を合わせるよう、駆動装置によって移動される対物レンズと、
ウェーハの表面と裏面とで反射する反射光を受光する受光部と、
該受光部から受光信号が入力され、ウェーハの表面と裏面の各反射光のピーク値からウェーハの厚みを演算する演算部とを具備することを特徴とする請求項１記載のウェーハの両面研磨装置。
【請求項３】
前記上定盤を覆ってスラリー飛散防止用のカバーが設けられ、
前記厚み測定装置が前記カバーの外側に位置して設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のウェーハの両面研磨装置。
【請求項４】
前記窓部が、前記上定盤の同一円周上に複数個配設されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のウェーハの両面研磨装置。
【請求項５】
前記上定盤の回転位置を検出するセンサを設け、前記窓部が厚み測定装置の直下のエリアを通過するときのみレーザ光を照射する制御部を設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のウェーハの両面研磨装置。
【請求項６】
前記キャリアが太陽ギヤおよびインターナルギヤに噛合して公転かつ自転されることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のウェーハの両面研磨装置。
【請求項７】
前記上定盤に設けられる窓部が、前記キャリアの透孔の中心が通過可能な位置に設けられていることを特徴とする請求項６記載のウェーハの両面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエーハの両面研磨装置に関し、研磨中にウェーハの厚みを計測できるウェーハの両面研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハの両面研磨装置は、上面が研磨面とされた下定盤と、該下定盤の上方に支持フレームに上下動自在に支持され、下面が研磨面とされた上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、ウェーハを保持する透孔を有するキャリアと、前記上下定盤を軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、前記キャリアを回転駆動するキャリア駆動装置と、スラリー供給源とを具備し、スラリーを前記下定盤上に供給しつつ、上下定盤を回転させ、かつキャリアを回転させることにより、上下定盤間に挟まれたウェーハの両面を研磨するようにしている。
【０００３】
ところで、昨今、ウェーハの研磨精度（厚み）はますます高いものが要求されている。
従来の両面研磨方法では、サンプルウェーハを用いて計測した研磨率によってウェーハが所定の厚みになるような研磨時間を算出して、算出した研磨時間だけ研磨して研磨を終了するようにしていた。しかし、研磨クロスの表面状態などの条件変化に伴い研磨率は変化するため、バッチごとにウェーハの厚みに変化が生じてしまう。バッチごとにサンプルウェーハを用いて研磨率を算出するのでは研磨に要する時間が長くかかり、非効率となる。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、研磨中でもウェーハの厚みを測定できる方法が提案されている。
特開平７−５２０３２号公報では、下定盤に設けられたいくつかの貫通孔に透明窓材を嵌め込み、この透明窓から、研磨中のウェーハ研磨面の光反射状態をモニタして、膜の研磨終了点を判定するようにしている。
また、光ファイバーロータリージョイントを介して（特開２００５−１９９２０）、回転部となる定盤上に光学計測装置を設置し、上定盤に設けた透明窓からウェーハの厚みを計測するようにしたものがある。
【０００５】
図５は、特開平７−５２０３２号公報および特開２００５−１９９２０に示されるウェーハの厚み測定手段を１つの図面上に書き込んだものである。
図５において、１００は下定盤、１０１は下定盤駆動モータ、１０２は下定盤支持ベアリングである。また、１０３は支柱１０４を介して吊り円盤１０５に支持された上定盤、１０６は上定盤上下駆動部、１０７は上定盤駆動モータである。１０８はスラリー供給管、１０９はリング状樋、１１０はスラリー供給チューブである。
また、１１１は下定盤１００側に設けた厚み測定装置で、下定盤１００に設けた透明窓１１２を通して測定光１１３を照射し、ウェーハＷの厚みを計測する。
また、１１４は上定盤１０３側に設けた厚み測定装置で、上定盤１０３に設けた透明窓１１５を通して測定光１１３をウェーハＷに照射し、反射光を上定盤１０３の回転軸内を通したファイバーケーブル１１６、光ファイバーロータリージョイント１１７を介して外部に導出し、ウェーハＷの厚みを計測する。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−５２０３２号公報
【特許文献２】特開２００５−１９９２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術ではそれぞれ次のような課題がある。
すなわち、特許文献１のものでは、下定盤１００側に、下定盤１００を回転支持する大きなリング状の下定盤支持ベアリング１０２が配され、この下定盤支持ベアリング１０２は、研磨荷重が、ウェーハＷにかかる荷重を均一にし、振動および回転振れを小さくするように、ウェーハＷの中心付近を支持するように配置されていることから、透明窓１１２は下定盤１００の周縁部にしか配置できず、したがって、ウェーハＷの周縁部の厚みしか計測できず、ウェーハＷの中心付近の厚み計測ができないという課題がある。
【０００８】
特許文献２のものでは、受光センサを含む厚み測定装置１１４を回転する上定盤１０３に直接固定しているため、センサが回転かつ振動の影響を受け、データのバラツキが多く、信頼性に欠けるという課題がある。また、光学式のセンサの光源としてハロゲン光を使用しているため、焦点が広がりウェーハＷまでの距離が１００ｍｍ程度しかとれないという課題がある。
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ウェーハの中心部の厚みの測定も可能であり、また、信頼性の高い厚み測定が可能となるウェーハの両面研磨装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るウェーハの両面研磨装置は、上面が研磨面とされた下定盤と、該下定盤の上方に支持フレームに上下動自在に支持され、下面が研磨面とされた上定盤と、該下定盤と上定盤との間に配置され、ウェーハを保持する透孔を有するキャリアと、前記上下定盤を軸線を中心として回転駆動する駆動装置と、前記キャリアを回転駆動するキャリア駆動装置と、スラリー供給源とを具備し、スラリーを前記下定盤上に供給しつつ、上下定盤を回転させ、かつキャリアを回転させることにより、上下定盤間に挟まれたウェーハの両面を研磨する両面研磨装置において、前記上定盤の、前記キャリアに保持されたウェーハが通過する位置に、レーザ光が透過する窓部が形成され、前記上定盤が回転する際、通過する前記窓部の上方の位置となる前記支持フレームに光学式の厚み測定装置が配置されて成り、該厚み測定装置により、レーザ光を前記窓部に照射し、ウェーハの表面と裏面の各反射光を受光して該反射光のピーク値からウェーハの厚みを演算することを特徴とする。
【００１０】
前記厚み測定装置は、レーザ光を前記窓部に向けて発光する発光部と、該発光部から発光されるレーザ光を、窓部の下方に位置するウェーハの表面と、裏面とに焦点を合わせるよう、駆動装置によって移動される対物レンズと、ウェーハの表面と裏面とで反射する反射光を受光する受光部と、該受光部から受光信号が入力され、ウェーハの表面と裏面の各反射光のピーク値からウェーハの厚みを演算する演算部とを具備することを特徴とする。
【００１１】
前記上定盤を覆ってスラリー飛散防止用のカバーが設けられ、前記厚み測定装置が前記カバーの外側に位置して設けられていることを特徴とする。
前記窓部が、前記上定盤の同一円周上に複数個配設されていることを特徴とする。
また、前記上定盤の回転位置を検出するセンサを設け、前記窓部が厚み測定装置の直下のエリアを通過するときのみレーザ光を照射する制御部を設けたことを特徴とする。
また、前記キャリアが太陽ギヤおよびインターナルギヤに噛合して公転かつ自転されることを特徴とする。
また、前記上定盤に設けられる窓部が、前記キャリアの透孔の中心が通過可能な位置に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るウェーハの両面研磨装置によれば、ウェーハの研磨中にウェーハの厚みの計測が行え、正確な厚みに研磨できる。また、計測光にコヒーレントなレーザ光を用いるようにしたので、厚み測定装置を、上定盤から離れた位置の上定盤の支持フレームに配置でき、上定盤の回転の振動等の影響を受けず、正確な厚み測定が行える。さらに、上定盤の上方は、空間的な障害が比較的少ないので、上定盤に設ける窓部を任意に位置に配置可能であり、ウェーハの中心部における厚み測定も可能となり、一層、信頼のおける厚み測定が行えるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は両面研磨装置３０の正面説明図である。
両面研磨装置３０は、上面が研磨面とされた下定盤３２と、下定盤３２の上方に上下動自在に支持され、下面が研磨面とされた上定盤３６を具備する。
【００１４】
上下定盤３２、３６は駆動装置により軸線を中心として互いに反対方向に回転される。すなわち、上定盤３６は、支持フレーム３８に配設された駆動装置４０によって、軸線を中心に回転自在に設けられている。また、上定盤３６は、上下動機構として例えばシリンダ装置４１により上下動可能となっている。
下定盤３２はモータ４２によって回転駆動される。また、下定盤３２は、その下面をリング状の支持ベアリング４３によって支持されている。
【００１５】
下定盤３２と上定盤３６との間に、ウェーハＷを保持する透孔４５を有するキャリア４４が配置される。キャリア４４は、下定盤３２の中心孔に配置された太陽ギヤ（内側ピン歯車）４６とインターナルギヤ（外側ピン歯車）４８とにより、自転、かつ公転するように回転駆動される（図２）。太陽ギヤ４６、インターナルギヤ４８も公知の機構により回転される。本実施の形態では、キャリア４４に透孔４５が偏心した位置に各１個設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、各キャリア４４に複数のウェーハ保持用の透孔４５を同一円周上に設けるようにしてもよい。
【００１６】
上定盤３６上には、複数本の支持ロッド５０を介して上定盤３６に取付けられ、上定盤３６とともに回転する回転円板５２が配設されている。
回転円板５２上には、複数（図示の場合２個）のリング状樋５４、５６が同心状に固定されている。
リング状樋５４、５６の底面には、スラリーの流下孔（図示せず）が設けられている。
【００１７】
リング状樋５４、５６には、配管６２を介してスラリー供給源（図示せず）からスラリーが供給される。
上定盤３６には、放射状にスラリーの流下孔７６が形成され、この上定盤３６の流下孔７６と、リング状樋５４、５６に設けられた流下孔とが供給パイプ７８により連絡されている。この供給パイプ７８を通じて、下定盤３２の研磨面上にスラリーが供給される。
【００１８】
したがって、スラリーを供給パイプ７８を通じて下定盤３２上に供給しつつ、上下定盤３２、３６を回転させ、かつキャリア４４を回転させることにより、上下定盤３２、３６間に挟まれたウェーハＷの両面を研磨することができる。
なお、上記実施の形態では２つのリング状樋を設けたが、１つのリング状樋を設けるのでもよく、また３つ以上の複数のリング状樋を同心状に配設するようにしてもよい。
【００１９】
図４は本発明に従い光学式の厚み測定装置１０を設けた両面研磨装置３０の概略を示す正面図である。両面研磨装置３０そのものは、図１に詳細に説明したので、図４では、支持フレーム３８に支持された上定盤３６と、下定盤３２とのみ図示し、他は省略している。
本実施の形態では、上定盤３６側にウェーハＷの厚み測定装置１０を設けるのである。
【００２０】
上定盤３６の、前記キャリア４４（図３では図示していない）に保持されたウェーハＷが通過する位置には、レーザ光が透過する窓部１３が形成されている。窓部１３は、上定盤３６に設けた透孔１４に、ガラス製の窓材１５が嵌め込まれることによって形成されている。１６はゴム製のシール材であり、透孔１４と窓材１６との間をシールしている。
窓部１３は直径１０〜１５ｍｍ程度とするのが好適である。  
窓部１３は、上定盤３６の同一円周上に１または複数位置に配設することができる。
【００２１】
上定盤３６が回転する際、通過する窓部１３の上方の位置となる支持フレーム３８上に光学式の厚み測定装置１０が配置される。
光学式の厚み測定装置１０そのものは公知のものを用いることができる。
すなわち、厚み測定装置１０は、レーザ光を窓部１３に向けて発光する発光部（図示せず）と、該発光部から発光されるレーザ光を、窓部１３の下方に位置するウェーハＷの表面と、裏面とに焦点を合わせるよう、駆動装置によって移動される対物レンズ（図示せず）と、ウェーハＷの表面と裏面とで反射する反射光を受光する受光部（図示せず）と、該受光部から受光信号が入力され、ウェーハＷの表面と裏面の各反射光のピーク値からウェーハの厚みを演算する演算部（図示せず）とを具備する。
【００２２】
両面研磨装置３０では、通常上定盤３６を覆ってスラリー飛散防止用のカバー２０が設けられる。
厚み測定装置１０は、図４に示されるように、カバー２０の外側の位置となる支持フレーム３８に配置される。これにより、光学式の厚み測定装置１０がスラリーに汚染されることを防止できる。
【００２３】
本実施の形態は上記のように構成されている。
前記のように、スラリーを供給パイプ７８を通じて下定盤３２上に供給しつつ、上下定盤３２、３６を回転させ、かつキャリア４４を回転させることにより、上下定盤３２、３６間に挟まれたウェーハＷの両面を研磨することができる。
【００２４】
研磨中のウェーハＷの厚み測定は次のようにしてなされる。
厚み測定装置１０の発光部から、波長１μｍ〜２μｍの間にスペクトルをもつ赤外領域のレーザ光が発光され、このレーザ光が窓部１３に入射される。この波長領域の赤外レーザ光は、ガラス製の窓材１５およびシリコンウェーハを透過し、各界面で反射する。すなわち、窓材の表面、窓材の裏面、ウェーハＷの表面、ウェーハＷの裏面で強く反射する。このウェーハＷの表裏面で反射される反射光のピーク位置と対物レンズの移動距離との関係により、演算部でウェーハＷの厚みを算出することができる。ウェーハＷが所定の厚みにまで研磨されたら研磨を終了する。
【００２５】
発光部から発光されるレーザ光は、支持フレーム３８に設けた透孔、カバー２０に設けた透孔を通過し、窓部１３に入射される。なお、回転円板５２が光路上にあるときは、回転円板５２にもレーザ光が通過可能な透孔を設ければよい。
発光部からは常にレーザ光が照射されているが、上定盤３６は回転しているため、レーザ光が窓部１３を照射しないときがある。この場合の反射光はそれほど強いものではなく、計測エラーとしてデータをプロットしない。また、ウェーハＷはキャリア４４によって移動されるため、窓部１３にウェーハＷが位置せず、キャリア４４が窓部１３に位置していることがある。この場合にも、キャリア４４からの反射光は弱いものであるので、計測エラーとしてデータをプロットしない。
【００２６】
上記のように、発光部から常時レーザ光を照射するようにしてもよいが、上定盤３６の回転位置を検出するセンサ（図示せず）を設け、窓部１３が厚み測定装置１０の直下のエリアを通過するときのみレーザ光を照射するように制御部（図示せず）により制御するようにすると外乱を防止できて好適である。
【００２７】
両面研磨装置３０は、図１に示すように、下定盤３２の下方には、下定盤３２を支持するリング状の支持ベアリング４３などが配設されているため、空間的に、厚み測定装置を配置するのは実際上かなり困難となる。
上定盤３６の上方にも、回転円板５２、供給パイプ７８等が存在するが、これらの障害とならない上定盤３６の位置に窓部１３を設けるのはそれほど困難ではない。
ただし、支持フレーム３８と上定盤３６との間には、装置の大きさにもよるが、１００ｃｍ〜１３０ｃｍほどの間隔があく。本実施の形態では、コヒーレントなレーザ光を用いることで、被測定物のウェーハＷとの間に上記距離があっても、ウェーハＷの厚みを測定可能であった。
【００２８】
上記のように、上定盤３６の側に窓部１３を設けるのは空間的にそれほど困難ではない。窓部１３を設ける位置は、キャリア４４に保持されて移動してくるウェーハＷの中心部の厚みも測定できるように、図２、図３に示すキャリア４４において、キャリア４４の透孔４５の中心が通過可能な位置上に窓部１３、したがって厚み測定装置１０を配置するようにするとよい。これにより、ウェーハＷの周辺部のみならず、中心付近の厚み測定も可能となる。
なお、両面研磨装置３０は、ラッピング装置であってもポリッシング装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】両面研磨装置の説明図である。
【図２】キャリアの説明図である。
【図３】キャリアの他の例の説明図である。
【図４】厚み測定装置の概略を示す説明図である。
【図５】従来の装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  厚み測定装置
１３  窓部
１４  透孔
１５  窓材
１６  シール
２０  カバー
３０  両面研磨装置
３２  下定盤
３６  上定盤
３８  支持フレーム
４０  駆動装置
４２  モータ
４３  支持ベアリング
４４  キャリア
４５  透孔
４６  太陽ギヤ
４８  インターナルギヤ
５２  回転円板
５４  リング状樋
５６  リング状樋
７６  流下孔
７８  供給パイプ
【図１】
2008227393.tif 000003
【図２】
2008227393.tif 000004
【図３】
2008227393.tif 000005
【図４】
2008227393.tif 000006
【図５】
2008227393.tif 000007