双面研磨装置用载体的制造方法及双面研磨装置用载体并用的双面研磨方法

摘要

本发明为一种双面研磨装置用载体的制造方法，在将形成有用于支承半导体晶圆的支承孔的齿轮形的双面研磨装置用载体进行研磨加工，此发明的特征为：使双面研磨装置具有用于支承双面研磨装置用载体的洞，并备有较双面研磨装置用载体的尺寸为大的齿轮形的外载体，将外载体以洞之中心为相对于外载体的中心为偏心的方式而设置，借由将双面研磨装置用载体收纳于洞而支承双面研磨装置用载体，于洞的中心相对于外载体的中心为偏心的状态下进行双面研磨装置用载体的研磨加工。如此一来，能改善研磨双面研磨装置用载体的状况时其厚度分布不均的问题。

说明书

技术领域

本发明是关于一种双面研磨装置用载体的制造方法及双面研磨装置用载体并用的双面研磨方法。

背景技术

通常在用于使硅晶圆等的半导体晶圆平坦化的双面研磨装置中，一般使用设置有用于支承半导体晶圆的支承孔的圆盘状的双面研磨装置用载体(参考专利文献1)。

于此双面研磨装置用载体的制造过程中，使1批量(lot)内载体相互之间在厚度变动的控制是理所当然的，而使每一片的厚度变动(即，平面度)均等，进行使用此双面研磨装置用载体以对半导体晶圆进行高平坦度化的双面研磨乃是一个重要的要素。

于是，在此双面研磨装置用载体的制造过程中，为了控制批量内的厚度变动而进行研磨加工(参考专利文献2)。此一经施以研磨加工的双面研磨装置用载体的载体主体的厚度以平均值来看，批量内的厚度变动约为2μm左右。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2001-30161号公报

专利文献2：日本特开2009-135424号公报

发明内容

然而，载体主体1片的厚度并非是平均值，而是在以所有数据的范围(最大值与最小值的差)来看的状况下范围扩大为3μm以上，并具有特征的厚度分布。所谓的特征的厚度分布为载体主体的中央部(所谓中央部的意思为载体主体的中心包含收纳工件的工件洞的状态下，最为接近工件洞周缘部中心的部分)与其他的部分相比变厚的分布。

一旦于载体主体发生此种厚度变动，工件洞的内周部也会发生厚度变动，并且在嵌件也会发生随着此厚度变化而形成厚度分布的问题(所谓嵌件乃是为了保护半导体晶圆的边缘部分而嵌入工件洞内周部之树脂制的载体构成构件。)。

为了半导体晶圆的高平坦化，嵌件的厚度于工件洞的圆周方向必须均等，然而因载体主体的厚度分布使得嵌件的厚度不均等，因而导致半导体晶圆的平坦度恶化。尽管如此，对于载体主体的厚度分布，特别是关于载体主体中央部的厚度比其他的部分较厚而进行对策的技术到目前为止并没有开发。

鉴于上述此种的问题，本发明的目的为提供一种双面研磨装置用载体的制造方法及双面研磨装置用载体、以及使用此双面研磨装置用载体并用的双面研磨方法，而能改善在双面研磨装置用载体进行研磨时所发生的厚度分布的变动。

为达成上述的目的，本发明提供一种双面研磨装置用载体的制造方法，在将形成有用于支承半导体晶圆的支承孔的齿轮形的双面研磨装置用载体以研磨装置的上平板及下平板予以夹持的同时，借由使该双面研磨装置用载体公转及自转而进行研磨加工，该制造方法包含：使该双面研磨装置具有用于支承该双面研磨装置用载体的洞，并备有较该双面研磨装置用载体的尺寸为大的齿轮形的外载体，将该外载体以该洞之中心为相对于该外载体的中心为偏心的方式而设置，借由将该双面研磨装置用载体收纳于该洞，而以该外载体支承该双面研磨装置用载体，以及于该洞的中心相对于该外载体的中心为偏心的状态下，在将经支承的该双面研磨装置用载体以研磨装置的上平板和下平板予以夹持的同时，借由使该外载体及该双面研磨装置用载体公转及自转而进行该双面研磨装置用载体的研磨加工。

如此一来，将习知在研磨工程所发生的厚度的分布，特别是发生在载体主体中央部之与其他的部分相比为较厚的分布予以抑制，而能制造厚度变动抑制为小的双面研磨装置用载体。

此时，较佳地，将该洞的形状设为圆形，并将该洞的中心的该外载体的中心所相对的偏心量设为该洞的直径的1/5以上。如此一来，能制造使厚度变动抑制为更小，特别是厚度范围抑制为2μm以下的双面研磨装置用载体。

另外此时，能将该洞的形状设为圆形，并将该洞的直径设为比该双面研磨装置用载体的齿顶圆直径更大0.5mm～1.0mm。如此一来，在双面研磨装置用载体的研磨时，由于外载体不会对在洞内之双面研磨装置用载体的自转造成阻碍，因而能确实制造厚度变动较少的双面研磨装置用载体。

此时，较佳的，将该外载体的齿顶圆直径设为该双面研磨装置用载体的齿顶圆直径的1.5倍以上。如此一来，能制造使厚度变动抑制为更小，特别是厚度范围抑制为2μm以下的双面研磨装置用载体。

另外此时，能将该外载体的材质设为碳素工具钢、不锈钢、或钛。这些材质适用于作为外载体的材料。

此时，能将该双面研磨装置用载体的材质设为不锈钢或钛。这些材质适用于作为双面研磨装置用载体的材料。

另外，为达成上述目的，本发明提供以上述的制造方法制造的双面研磨装置用载体。借由此双面研磨装置用载体，举例来说由于其厚度范围为2μm以下之物，且其厚度分布的变动较小，因此成为能制造高平坦的半导体晶圆的双面研磨装置用载体。

另外，为达成上述目的，本发明提供一种半导体晶圆的双面研磨方法，于双面研磨装置中，使用上述的双面研磨装置用载体来支承半导体晶圆的同时，借由使该支承的半导体晶圆的上下面滑动接触于粘贴有研磨布之上平板和下平板，而对半导体晶圆进行双面研磨。

使用上述厚度分布的变动较小的双面研磨装置用载体的双面研磨方法，即能制造高平坦的半导体晶圆。

通过本发明，能够制造厚度分布的变动较小的双面研磨装置用载体，于使用此双面研磨装置用载体的双面研磨中，能得到高于以往平坦度的半导体晶圆。

附图简要说明

图1为显示使用本发明的双面研磨装置用载体的制造方法的研磨装置的一例的概略图。

图2为显示使用本发明的双面研磨装置用载体的制造方法的研磨装置的下平板的一例的俯视图。

图3为显示使用本发明的双面研磨装置用载体的制造方法的外载体的一例的概略图。

图4为显示实施例、比较例中研磨后的双面研磨装置用载体之平面度分布的示意图。

图5为显示比较例中所使用的研磨装置的概略图。

图6a为显示20B大小的双面研磨装置用载体的一例的概略图。

图6b为显示工件洞周缘部的相对于中心的距离的示意图。

图7为显示偏心量X与厚度变位Y的拟合方程式的曲线图。

具体实施方式

以下，说明关于本发明的实施例，但本发明并未被限定于此实施例。

如上所述，习知在对双面研磨装置用载体进行研磨加工的状况下，载体主体的中央部会变的较厚。如此，载体主体若具有厚度分布的变动，则导致后期加工中所嵌入嵌件的厚度也会产生变动。在双面研磨半导体晶圆时，使用此厚度不均的嵌件及载体主体的双面研磨装置用载体，会有半导体晶圆的平坦度恶化的问题。

因此，本发明人等对于在双面研磨装置用载体之研磨加工所发生的上述厚度变动的发生原因进行调查。其结果发现双面研磨装置用载体的中央部形成较厚分布的原因在于双面研磨装置用载体的工件洞(收纳半导体晶圆的孔)自双面研磨装置用载体的中心偏心，在研磨加工时，发现中央部与其他的部分相比，其自双面研磨装置用载体的中心的距离(偏心量)为较少。

如图6a所示，举20B尺寸(齿顶圆直径525mm)的标准双面研磨装置用载体W中的偏心量为例。此载体W的各部相对于中心的距离(偏心量)，其最小的位置，即中央部(此状况下，为工件洞22周缘部的最接近中心的部分)约为70mm，最大的位置约为250mm。图6b为显示工件洞22周缘部的相对于中心的距离的示意图。

在此尺寸的双面研磨装置用载体中，偏心量(自中心的距离)X与厚度变位Y的关系，如图7显示实测值的拟合方程式(曲线回归)的结果，以下述数学式1来表示。此外，以偏心量为最大的点的厚度作为厚度变位Y的基准。

【数学式1】

Y＝-7×10^-5×X²+0.0106X+2.4102

如图7及数学式1所示，偏心量与平面度(厚度分布)为负相关关系。因此得知，因为即使在双面研磨装置用载体的中央部中，偏心量被确保，因有改善平面度必要的条件。

从以上可以得知，与习知不同，本发明人想到在对双面研磨装置用载体的两面进行研磨加工时，以支承构件来支承双面研磨装置用载体，使其与支承构件共同公转及自转来进行研磨加工。并且想到，作为此支承构件，透过使用具有收纳双面研磨装置用载体的洞，且令洞之中心相对于支承构件的中心为偏心而设置的对象(以下将此支承构件称为外载体)，来使相对于外载体中心的洞的中心的偏心量重叠于研磨对象的双面研磨装置用载体的偏心量，而能确保使厚度分布的均一化所须的偏心量，进而完成本发明。

以下，说明关于本发明的双面研磨装置用载体的制造方法、双面研磨装置用载体、双面研磨方法。首先，以使用显示于图1的研磨装置的状况为例，而说明本发明的双面研磨装置用载体的制造方法。另外，在此，虽然研磨对象的双面研磨装置用载体以使用20B(齿顶直径525mm)尺寸的物品为例，作为外载体则以使用32B(齿顶圆直径814mm)尺寸的研磨装置用载体为例而进行说明，但并未被限定于此。

如图1、图2，研磨装置10具备上平板11、下平板12、太阳齿轮13、内接齿轮14、喷嘴15。太阳齿轮13被设置于下平板12上的中心部分，内接齿轮14则设置为邻接于下平板12的周缘部。另外，研磨加工时，喷嘴15自设置于上平板11的孔供给浆液16至上平板11和下平板12之间。

在此研磨装置10中，首先备好如图1、图2、图3所示的外载体1。本发明中，作为此外载体1，具有支承双面研磨装置用载体W的洞2，如图3所示，备好使洞2的中心C₂相对于外载体1的中心C₁偏心的对象，并使用。

此时，能将该外载体1的材质设为碳素工具钢、不锈钢、或钛。这些材料由于耐磨耗性高因此适用在研磨加工。

而且，如图1、图2所示，使外载体1啮合于研磨装置10的太阳齿轮13与内接齿轮14，将双面研磨装置用载体W收纳支承于外载体1的洞2内。借由外载体1啮合于太阳齿轮13与内接齿轮14，而成为能够使这些齿轮分别自转，且使外载体1与双面研磨装置用载体W以太阳齿轮13作为中心的行星运动(公转及自转运动)的状态。

其后，如图1所示，将双面研磨装置用载体W的双面以上平板11及下平板12予以夹持，自喷嘴15供给浆液16的同时，借由太阳齿轮13与内接齿轮14而使外载体1行游星运动，同时使上平板11及下平板12旋转于相对方向。如此，在洞2的中心C₂以对外载体1的中心C₁为偏心的状态下，同时对双面研磨装置用载体W的双面进行研磨加工。

借由这样的研磨加工而制造双面研磨装置用载体W，使外载体的偏心量重叠于原本的双面研磨装置用载体W的偏心量，而确保厚度分布的均一化所需的偏心量。其结果，消除了双面研磨装置用载体W的厚度分布的变动，而能得到厚度均一性高的双面研磨装置用载体。

此时，较佳地，将该外载体1的齿顶圆直径设为双面研磨装置用载体W的齿顶圆直径的1.5倍以上。如此一来，能制造出厚度范围抑制为2μm以下的双面研磨装置用载体。

另外此时，较佳地，将洞2的形状设为圆形，并将洞2的中心相对于外载体1的中心的偏心量设为洞2的直径的1/5以上。如此一来，能制造出其厚度范围抑制为2μm以下的双面研磨装置用载体。以下说明这些原由。

从平坦度的均一性的观点来看，期望其双面研磨装置用载体的厚度范围在2μm以下。如本实施例，例如作为研磨对象的双面研磨装置用载体，使用20B(齿顶圆直径525mm)尺寸的对象，作为外载体则以使用32B(齿顶圆直径814mm)尺寸的研磨装置用载体的状况下，自上述的数学式1及图7得知，为了使厚度范围Y≦2μm所需的偏心量X约为180mm。

如图6a所示，举以20B尺寸且相对于工件洞22的中心的偏心量为85～90mm的一般的双面研磨装置用载体W为例而予以描述，如图6b所示，自双面研磨装置用载体中心至工件洞周缘部的最小距离为约70mm。因此，只要使用如图3所示的使外载体1的中心C₁与洞2的中心C₂约110mm偏心的外载体1，即能使合计的偏心量为180mm，厚度范围为2μm以下。

即，使用本例的齿顶圆直径814mm(32B尺寸)的研磨装置用载体作为外载体便能满足。取决于与载体啮合之针齿轮尺寸，可将齿顶圆直径相对于齿底圆直径设为49/50，并能将32B尺寸的齿底圆直径设为797.7mm。因此，计算与外载体可重叠的偏心量后为(797.7－525)÷2＝136.4mm，而能将110mm予以充分覆盖。如此，于选择外载体1之际，能参照外载体1的半径与洞2的半径的差。

并且，在将20B尺寸(齿顶圆直径525mm)的双面研磨装置用载体W进行研磨时，外载体1以32B(齿顶圆直径814mm)尺寸以上为较佳。即，并不限于此状况在其他状况下亦同，将外载体1的齿顶圆直径设为双面研磨装置用载体的齿顶圆直径的1.5倍以上，而能确保使厚度范围成为2μm以下的偏心量。

另外此状况下，借由使洞2的中心自载体中心偏心110mm以上而能达成厚度范围在2μm以下。即，并不限于此状况下，将洞2的中心的外载体1的中心所相对的偏心量设为收纳双面研磨装置用载体W的洞2的直径(此状况下，与双面研磨装置用载体W的齿顶圆直径略同约525.5mm)的1/5以上，能确保满足厚度范围在2μm以下的偏心量。

再者，本发明中，较佳地将洞2的形状设为圆形，并将洞2的直径设为比双面研磨装置用载体W的齿顶圆直径更大0.5mm～1.0mm。如此，只要进行研磨的双面研磨装置用载体W与将其收纳支承的洞2的内周有0.5mm～1.0mm的间隙，由于不会阻碍双面研磨装置用载体W在洞2内自转，因而能确实制造厚度变动较少的双面研磨装置用载体。

另外，本发明能将双面研磨装置用载体W的材质设为不锈钢或钛。本发明的制造方法，特别适用于这些材料的双面研磨装置用载体W的制造。

再者，本发明中，研磨条件以一般的条件即可，浆液16使用例如GC#2000等一般的物品，以预定压力与预定厚度来完成即可。在进行了上述的双面研磨装置用载体W的研磨加工之后，亦可对EG(玻璃环氧树脂)或芳酰胺制的树脂制嵌件予以加压，并嵌入工件洞22的内周部分而进行使树脂厚度均一的整理的抛光加工，以进行双面研磨装置用载体W的制作。

只要是以上述本发明的制造方法所制造出的双面研磨装置用载体W，即能成为研磨加工后几乎没有厚度分布变动之平坦度高的双面研磨装置用载体。凭借此双面研磨装置用载体，在双面研磨装置中用于半导体晶圆的双面研磨时，使半导体晶圆的平坦度良好。

另外，本发明中提供一种半导体晶圆的双面研磨方法，于双面研磨装置中，使用上述的双面研磨装置用载体W来支承半导体晶圆的同时，借由使支承于粘贴有研磨布之上平板和下平板的半导体晶圆的上下面滑动，而对半导体晶圆进行双面研磨。

只要借由使用上述厚度变动小的双面研磨装置用载体的双面研磨方法，即能制造高平坦的半导体晶圆。

再者，上述的说明中，作为研磨加工的对象，举使用20B尺寸的双面研磨装置用载体为例，作为外载体则举使用32B尺寸的研磨装置用载体的状况为例来说明，但并不限定于此。研磨加工的对象不限定于上述尺寸的对象，另外，作为外载体，只要是可将研磨加工的对象进行收纳的洞的中心相对于外载体的中心为偏心，亦能不使用上述的研磨装置用载体。

另外，上述的说明中，如图1、图2，研磨装置10中，虽举研磨一片双面研磨装置用载体W的状况为例，但并不限于此，亦可同时研磨加工复数片的双面研磨装置用载体W，通过这样做能有效率的制造研磨装置用载体。

【实施例】

以下，显示本发明的实施例及比较例而更具体的说明本发明，但本发明并未被限定于此实施例。

＜第1实施例＞

将20B(齿顶圆直径525mm、齿底圆直径515mm)尺寸的钛制的双面研磨装置用载体，以图1、图2所显示的研磨装置进行了双面研磨加工。此时，作为外载体所使用的是32B(齿顶圆直径814mm、齿底圆直径797.7mm)尺寸的碳素工具钢的研磨装置用载体。另外，此外载体的洞设为直径525.5mm的圆形。此时，将洞的中心相对于外载体的中心的偏心量设为110mm。研磨浆液所使用的为GC#2000，并以固定载重条件研磨加工至固定厚度。此时的研磨对象的双面研磨装置用载体及外载体的条件显示于表1。

其次，量测研磨加工后的钛制的双面研磨装置用载体的平面度分布。再者，于量测所使用的为KEYENCE制的雷射位移计，对工件洞周缘部的平面度分布进行量测。其结果显示于图4及表2。再者，图4的曲线的横轴角度，与第6a、6b图的状况相同，为显示工件洞周缘部中所量测部分的角度。如图4所示，研磨加工后的平面度分布为均匀，并无如后述比较例的中央部(180°附近)较其他部分极端变厚的情况。另外，厚度范围为1.12μm，厚度的偏差(厚度变动)为0.30μm，与比较例相比为极其良好的数值。

之后，将芳酰胺树脂制的内径300.5mm的嵌件，嵌合于研磨加工后的钛制的双面研磨装置用载体的工件洞内周中。在将嵌件押压并嵌合的同时，进行使嵌件的厚度与双面研磨装置用载体的厚度均一的抛光研磨加工，而完成双面研磨装置用载体的制作。

使用此双面研磨装置用载体来进行直径300mm的半导体硅晶圆的双面研磨加工。所使用的双面研磨机为不二越机械制的DSP-20B，研磨垫为Nitta Haas制的MH-S15A，研磨浆液为日商福吉米股份有限公司制的GLANZOX2100。1批量的双面研磨加工的晶圆加工片数为5片，各进行10批量加工。其后，作为研磨后的半导体硅晶圆的平面度以KLA-Tencor制的Wafersight M49mode 1mmEE而量测出ESFQR(Edge Site Frontsurface referenced least sQuares/Range)。

半导体硅晶圆的平面度量测结果显示于表3。第1实施例中，ESFQRmax为31.24nm，ESFQRs i gma(偏差)为5.07。此外，与比较例相比，ESFQR的平均值约有10％改善，偏差约有50％改善，平面度为良好。

＜第2实施例＞

除了将洞的中心相对于外载体的中心的偏心量设为90mm以外，以与第1实施例相同的条件研磨加工20B尺寸的双面研磨装置用载体，并量测其平面度分布。此时的研磨对象的双面研磨装置用载体及外载体的条件显示于表1。另外，研磨加工后的平面度分布的量测结果显示于图4及表2。如图4所示，研磨加工后的平面度分布为均匀，并无如后述比较例的中央部较其他部分极端变厚的情况。另外，此厚度范围为1.75μm，厚度的偏差(厚度变动)为0.46μm的值，与比较例相比为良好的数值。

其次，与第1实施例相同，将嵌件嵌合于研磨后的双面研磨装置用载体中。其后，使用此双面研磨装置用载体，与第1实施例相同进行半导体硅晶圆的双面研磨加工，并量测研磨后的半导体晶圆的ESFQR。其结果显示于表3。与比较例相比，ESFQR的最大值缩小为33.00nm，偏差(变动)缩小为7.56，大幅改善半导体晶圆的平面度。

＜第3实施例＞

除了将外载体变更为30B(齿顶圆直径743.8mm、齿底圆直径730.8mm)尺寸的研磨装置用载体，以及将洞的中心相对于外载体的中心的偏心量设为90mm以外，以与第1实施例相同的条件研磨加工20B尺寸的双面研磨装置用载体，并量测其平面度分布。此时的研磨对象的双面研磨装置用载体及外载体的条件显示于表1。另外，研磨加工后的平面度分布的量测结果显示于图4及表2。如图4所示，研磨加工后的平面度分布为均匀，并无如后述比较例的中央部较其他部分极端变厚的情况。另外，此厚度范围为1.96μm，厚度的偏差为0.39μm的值，与比较例相比为良好的数值。

其次，与第1实施例相同，将嵌件嵌合于研磨后的双面研磨装置用载体中。其后，使用此双面研磨装置用载体，与第1实施例相同进行半导体硅晶圆的双面研磨加工，并量测研磨后的半导体晶圆的ESFQR。其结果显示于表3。与比较例相比，ESFQR的最大值缩小为33.17nm，变动(偏差)缩小为7.9nm，大幅改善半导体晶圆的平面度。

＜第1比较例＞

如图5，除了不以外载体支承研磨对象的双面研磨装置用载体W，以及直接使研磨装置110的太阳齿轮113及内接齿轮114相啮合进行研磨加工以外，以与第1实施例相同的条件研磨加工双面研磨装置用载体，并量测其平面度分布。此时研磨对象的双面研磨装置用载体及外载体的条件显示于表1。另外，研磨加工后的平面度分布的量测结果显示于图4及表2。如图4所示，比较例中双面研磨装置用载体的中央部变得较厚。另外，与第1-3实施例相比，厚度范围为0.34μm与厚度变动为0.81μm的值为大幅恶化。

其次，与第1实施例相同，将嵌件嵌合于研磨后的双面研磨装置用载体中。其后，使用此双面研磨装置用载体，进行与第1实施例相同的半导体硅晶圆的双面研磨加工，并量测研磨后的半导体晶圆的ESFQR。其结果显示于表3。与比较例相比，ESFQR的最大值为40.04nm，变动(偏差)为12.03nm，与第1-3实施例相比其半导体晶圆的平面度为大幅恶化。

【表1】

【表2】

单位：μm

第1实施例第2实施例第3实施例第1比较例最大值774.83772.98772.53774.57最小值773.71771.23770.57771.53范围1.121.751.963.04偏差0.300.460.390.81

【表3】

单位：nm

第1实施例第2实施例第3实施例第1比较例ESFQR max31.243333.1740.04ESFQR sigma5.077.567.912.03N50505050

表4所显示的为整合实施例、比较例的条件、研磨后的双面研磨装置用载体的厚度范围的量测值、双面研磨后的半导体晶圆的ESFQR的表。

【表4】

如上所述，比较于比较例，应用本发明的制造方法之第1-3实施例，其双面研么装置用载体的厚度分布的变动及范围获得大幅的改善。并且，在双面研磨中，使用以第1-3实施例所制造出的双面研磨装置用载体，半导体晶圆的平面度也得到大幅改善。

另外，第1实施例中由于将洞的中心相对于外载体的中心的偏心量设为洞的直径的1/5(＝0.20)以上，将外载体的齿顶圆直径设为双面研磨装置用载体的齿顶圆直径的1.5倍以上，因此相较于第2、3实施例，第1实施例成为更良好的结果。虽然第2实施例中没有将洞的中心相对于外载体的中心的偏心量设为洞的直径的1/5(＝0.20)以上，但将外载体的齿顶圆直径设为双面研磨装置用载体的齿顶圆直径的1.5倍以上，因此相较于第3实施例，第2实施例成为更良好的结果。

此外，本发明并未被限定于上述实施例，上述实施例为例示，凡具有与本发明的申请专利范围所记载的技术思想实质上相同的构成，能得到同样的作用效果者，皆被包含在本发明的技术范围内。