(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコンウェーハ等の半導体基板の両面を同時に研磨加工する両面研磨装置において、研磨パッド面の平面形状を常に高平坦に保持し、加工精度の安定向上が計れる平面研磨装置及び加工方法を提供する。【解決手段】 研磨加工中の上下研磨パッド面が、研磨摩擦熱で凹又は凸に変化することを想定し逆の凸又は凹に上下研磨プレート面を仕上げ、加工時は上下研磨パッドの加工面の形状形状変位量を、研磨プレートの幅の内周、中央、外周の３箇所に組み付けた非接触変位計２６で読みとり上下研磨パッドが平面を維持するように研磨プレートへ供与する冷却水の流量・温度及び研磨剤の流量・温度を制御する。【選択図】      図１
2005335047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面内に組み込まれた中心歯車と内歯車との間に、被加工物を保持する複数個のキャリアを等間隔に配置させて被加工物であるワークを挿入した後、上プレートを下降させて下プレートとで挟み込んだ状態で、研磨剤を供給しつつワークキャリアを自転及び公転させる遊星運動と上下プレートの相対的な回転運動を同時に行う平行平面研磨装置において、ワークを研磨加工することにより発生する研磨摩擦熱で上下研磨プレートの加工面の平面が凸又は凹状に変形するので、加工開始前の研磨プレートを予め凹又は凸状に仕上げ定常運転加工時に研磨プレートの加工面が平面を維持するようにした平面研磨装置及び加工方法
【請求項２】
前記請求項１においてワークを研磨加工することにより発生する研磨摩擦熱での上下研磨プレートの加工面の平面が凸又は凹状に微少変形を補正するため、上下研磨プレートの加工面の形状変位量を非接触変位計にて読みとり下研磨プレートの加工面が平面を維持するように上下研磨プレートの温度を保持する冷却水の流量、温度及び研磨剤の流量、温度を自動制御する研磨方法。
【請求項３】
前記請求項１において、ワークを研磨加工することにより発生するワーク外周部の面ダレを防止するため、研磨プレート外周部の加工面を予め加工後のワーク面ダレに対応して削り、面ダレの発生を防止することを特徴とする研磨加工方法及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークがシリコンウェーハ等の半導体基板用の研磨装置の研磨パッド面の平面形状に係わるもので、特に研磨加工中のパッドの平面を常に高平坦に維持し、加工精度の安定向上を計ったものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ等のワークを平行平面に研磨加工する装置の研磨加工原理は、研磨プレートの平面を工作物に転写する加工方法であるので、研磨加工中もプレートの平面を維持することがワークを高精度の平面に加工する原則であると言われている。そのため、研磨加工時に生じる摩擦熱によるプレートの変形を防止するために、低膨張合金等の材質で造られたプレートを使用し且つプレートの内部に冷却水を循環し平面を維持してきた。
【０００３】
しかしシリコンウェーハ等の加工面を鏡面にする研磨加工では、上下研磨プレートの加工面に研磨布であるパッドを貼り付け、上下プレート間にキャリアで保持されたシリコンウェーハを挟持し、ＰＨ９〜１２の加工液に酸化珪素を混濁させたコロイド状シリカの研磨剤を加工面に供給しつつメカノケミカル法と言われる化学的及び機械的複合研磨加工でおこなう。この加工の詳細は、シリコンウェーハの加工面をＰＨ９〜１２の加工液でエッチングをおこないつつコロイド状酸化珪素を加工面に固相させ、加工面に固相した酸化珪素を上下研磨プレートの加工面に貼り付けた不織布であるパッドで機械的に引き剥がすことの繰り返しによりシリコンウェーハ加工面の研磨をおこなう。
【０００４】
このメカノケミカル法と言われる化学的及び機械的複合研磨加工では、化学的加工の最適加工温度は、３５.５℃であるので、この温度を保持しつつ研磨プレートの加工面の平面を維持することが、ワークであるシリコンウェーハを高精度に加工する条件となる。
【０００５】
従来からの方法では、この加工時の上下研磨プレートの温度変化による上下研磨パッド面の平面精度低下を補正すべく、上下研磨プレートの冷却ジャケット内に供給し排出された冷却水の温度を計測又は研磨加工時の上下研磨パッド面の温度を計測し、冷却水の流量を制御するか研磨加工時に供与する研磨剤の流量又は温度を制御し上下研磨プレートの加工面の温度が予め設定された数値になるようにしていた。具体的には実公平５−２１３２０号公報記載の研磨装置が知られており、第２図はその構成中における温度検出部と冷却装置部についての一部を示すものである。図において１１が研磨プレート、１９がパッド、１５、１６は、冷却液を循環させるパイプ、１２は、冷却液循環タンク、１４は、冷却液循環ポンプであり、１３は、循環タンク内の冷却液を冷却するための冷却コイルである。そしてパッド１９の加工面温度は、温度センサ１７によって検知され、この温度に応じて制御回路１８を介して冷却液循環ポンプ１４内の電動機の回転数を制御し冷却液の流量のみを制御することにより、冷却液を連続的に研磨定盤１１内を循環させ温度を一定にすることにより研磨プレートのパッド１６の平面を保つものである。
【０００６】
特許出願２００３−３５９０８１号公報記載の研磨装置では、研磨加工中における上下研磨パッドの加工面の形状変位量を、研磨プレートの幅の内周、中央、外周の３箇所に非接触変位計を組付けてパッドの表面形状及び研磨加工中のウェーハの形状、平坦度を測定し、凹又は凸に変化する上下研磨パッド面が平面になるように、上下研磨プレートの幅の内周、中央、外周の３箇所へ供給するの冷却水の流量及び研磨加工に給与する研磨剤の流量と温度をそれぞれ個別に供給し制御する。
【特許文献１】実公平５−２１３２０
【特許文献２】特願２００３−３５９０８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしこの上下研磨プレートの温度を制御する方法は、研磨プレートに貼着されたパッドが不織布に樹脂を滲浸した材料等で出来ているため熱伝導が悪く、加工時のパッドの表面温度と研磨プレートのパッド貼着表面温度とは、数度の微小な温度差を生じ、この温度差によりパッドの加工面が凹又は凸に微小変位をするため、高精度の平面を期待することが難しい。
【０００８】
そのため研磨加工現場では、むしろ研磨剤の流量を調整してパッドの表面温度を適温と思われる一定温度に保つと言う研磨方法をとることもある。しかしながら、この研磨剤の流量を調整してパッドの温度を一定に保つ方法は、研磨剤によるメカノケミカル作用の変動により、安定した精度維持が出来ない。また、以上のような研磨剤の流量を調整することなく、加工後の安定した精度を保持するためには、加工時のウェーハへの荷重、研磨プレート回転数及び加工間隔等の加工条件を見つけなくてはならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
しかしワークの形状は、常に同一ではなく外形状も様々である。そこで本発明では、加工停止時と加工中の研磨プレートそり形状を予め研磨加工中の研磨プレートが研磨摩擦熱で変形することを想定し、研磨加工ウェーハが加工後のフラットネスが最小になるよう研磨プレートのそり曲率を最適に設定して製作する。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように本発明では、ワーク研磨加工面である研磨プレートの加工前の面形状を、シリコンウェーハをメカノケミカル法と言われる化学的及び機械的複合研磨加工での研磨プレートの加工面が平面を維持することを条件に研磨プレートのそり曲率を最適に設定して製作したことにより、化学的加工の最適加工温度である３５.５℃を保持しつつワークであるシリコンウェーハを高精度で且つ高品質に加工することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る平面研磨装置について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明の実施形態の要部を示す断面図であり、２５は下研磨パッドであり、２０下研磨プレートに貼着されている。また２４は上研磨パッドであり、２１上研磨プレートに貼着されている。２０下研磨プレート及び２１上研磨プレートに把持されている治具である２７キャリアは、ワークであるシリコンウェーハ２８を保持し、２３中心ギア及び２２内歯車に噛合して自転しながら公転する遊星運動をおこなう。研磨加工開始時には、２４上研磨プレートを加工圧力調整機構により減圧し、加工により発生した熱によって  ２０下研磨プレートが熱膨張により平面に近づく温度に達した時に、２１上研磨プレートより２８シリコンウェーハへの加工圧力を上昇させると共に、加工に供与する研磨剤の流量及び温度を制御し、２０下研磨プレートとの平面を維持する。
【００１３】
図２は、従来の研磨プレートの温度制御方法を示す断面斜視図であり、２１研磨プレート加工面の温度を非接触型の１７温度センサで検知し、研磨プレート中心部に組込だ送信機により加工時の温度を温度制御装置に送信し、研磨液の温度及び流量を制御する。
【００１４】
図３は、本発明の研磨装置に組み込んだ研磨加工前の２０下研磨プレート及び２１上研磨プレートの加工面の形状を示す。上下研磨プレート外周部分は、ウェーハ外径に合わせて予め１９平面削りを施す。
【００１５】
図４は、本研磨装置によりウェーハの研磨加工を開始し、所定の温度及び荷重に達した２１上研磨プレートと２０下研磨プレートの加工面の形状を表している。２１上研磨プレート及び２０下研磨プレート外周１９平面削部分は、２８シリコンウェーハの外径を考慮し削り込む。例えば３００ｍｍウェーハの場合は、２１上研磨プレート及び２０下研磨プレートの１９平面削部分を３０ｍｍとする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による一実施例を示す要部の断面図である。
【図２】従来の研磨プレートの温度制御方法を示す断面斜視図。
【図３】研磨加工前の研磨プレートの形状を示す断面斜視図。
【図４】ウェーハ研磨加工時の上下研磨プレートの形状を示す断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１１  研磨定盤
１２  冷却液循環タンク
１３  冷却コイル
１４  冷却液循環ポンプ
１５  冷却液送り循環パイプ
１６  冷却液戻り循環パイプ
１７  温度センサ
１８  制御装置
１９  平面削部分
２０  下研磨プレート
２１  上研磨プレート
２２  内歯車
２３  中心歯車
２４  上研磨パッド
２５  下研磨パッド
２６  非接触変位計
２７  キャリア
２８  シリコンウェーハ
２９  研磨剤トレイ
３０  研磨剤
３１  研磨剤分配パイプ
３２  冷却温度制御装置
３３  研磨剤タンク
３４  研磨剤送りパイプ
３５  研磨剤戻りパイプ
３６  研磨剤ポンプ
【図１】
2005335047.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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