JP5924409B2 - ワークの研磨方法およびワークの研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハなどのワークの表裏面を研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法および研磨装置に関する。

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、より高精度な平坦度品質や表面粗さ品質の半導体ウェーハを得るために、研磨パッドを有する一対の定盤で半導体ウェーハを挟み、その表裏面を同時に研磨する両面研磨が行われている。半導体ウェーハに要求される形状（主に全面及び外周の平坦度合）は、その用途によって様々であり、それぞれの要求に応じて半導体ウェーハの研磨量の目標を決定し、その研磨量を正確に制御することが必要である。特に、大規模集積回路の集積度の向上のためには、半導体ウェーハの平坦度は重要な要素の一つであるため、半導体ウェーハの研磨量を適切に制御する手法が求められている。

ここで、特許文献１には、ワークの研磨の進行に伴い、ワークの厚みが、ワークを保持するキャリアプレートの厚みと等しくなったときの、定盤を駆動するモータの駆動電流の変化（具体的には電流値の変曲点）を検出して、研磨を終える研磨方法が記載されている。この研磨方法は、モータの駆動電流、すなわち定盤のトルクの変化に基づいて研磨の終了を検知する方法である。

また、特許文献２には、半導体ウェーハの両面研磨装置の定盤負荷電流値を測定し、その定盤負荷電流値の標準偏差を基準時間ごとに算出して、その標準偏差の変化から研磨の進行度を推定する半導体ウェーハの研磨方法が記載されている。さらに、研磨の進行にともなう摩擦抵抗の減少に起因して、定盤負荷電流値の標準偏差が小さくなり、標準偏差の最小値が、ウェーハの厚みとキャリアプレートの厚みが等しくなった時点であると考えられる旨が記載されている。この研磨方法は、定盤のトルクの標準偏差に基づいて、研磨の進行状況を推定する研磨方法である。

特開２００４−３６３１８１号公報 特開２０１２−６９８９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の研磨方法では、ワークがキャリアプレートよりも厚い段階では定盤に設けられた研磨パッドがキャリアプレートに接触せず、ワークがキャリアプレートと等しい厚みになって初めて研磨パッドがキャリアプレートに接触するような、限定的な装置構成でしか、電流値の変曲点を検出できないと思われる。また、変曲点を検出できる場合でも、変曲点を検知できるのは電流値が最小になった後、すなわちワークがキャリアプレートと等しい厚みに到達した後なので、変曲点検知後に研磨を終えたのではワークの研磨過多を防ぐことはできず、ワークの研磨終了の正確性に劣る。また、この研磨方法では、研磨終了前においては研磨の進行度合いを把握することはできない。このように、特許文献１に記載の研磨方法では研磨量を高精度に制御することはできない。

また、特許文献２に記載の研磨方法では以下の理由により、半導体ウェーハの研磨量を高精度に制御することはできない。まず、両面研磨装置を動かすために定常的に発生する作動電流やノイズなどの背景負荷に比べて、摩擦抵抗の変化に起因する負荷電流値が大幅に小さい場合には、背景負荷自体のバラツキに埋もれてしまうために、標準偏差の変化を判別することは難しい。さらに、標準偏差の変化を判別できたとしても、算出される標準偏差には摩擦起因のバラツキに加えて背景負荷に起因するバラツキも含まれおり、背景起因のバラツキ自体が揺らぐため、研磨量を把握する精度は十分でない。また、標準偏差の最小値は、標準偏差が最小値を取る時点よりも後でしか検出できないため、標準偏差の最小値の検出後に研磨を終えたのでは、やはりワークの研磨終了の正確性に劣る。つまり、特許文献２の記載の研磨方法でも、研磨量の制御の精度が十分に得られない。

そこで本発明では、上記課題に鑑み、ワークの研磨量の制御をより高精度に行うことができるワークの研磨方法およびワークの研磨装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成すべく本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。
すなわち、キャリアプレートの中心から離間した位置に中心を有する保持孔にワークを保持し、キャリアプレートを上定盤および下定盤間で挟み、研磨装置を駆動すると、キャリアプレートの回転ごとに上定盤および下定盤の中心とワークの中心との距離が周期的に変化する。キャリアプレートの駆動機構、上定盤または下定盤のトルクの中には、この距離の周期的な変化に同期して周期的に変化するトルク成分があり、トルクの測定値からこのトルク成分を抽出することができた。このトルク成分は、背景負荷の影響を受けにくい指標であった。さらに、このトルク成分の振幅は、研磨の進行にともない減少し、特に、ワークがキャリアプレートと等しい厚みになると著しく減少することを見出した。本発明者らは、このような知見に基づき、本発明を完成するに至った。

本発明の要旨構成は以下のとおりである。
本発明によるワークの研磨方法は、
キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔に保持されたワークを、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤で挟み、前記キャリアプレートを駆動機構により回転させ、かつ、前記上定盤および下定盤を回転させることにより、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法であって、
前記駆動機構、前記上定盤および下定盤のトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定し、
前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御することを特徴とする。

また、本発明による研磨方法において、それぞれ１つのワークを配設した複数の前記キャリアプレートを前記上定盤および下定盤間に配設し、それぞれの前記ワークについて前記距離が揃って変化することが好ましい。

また、本発明による研磨方法において、前記トルク成分の振幅がなくなったとき、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分の変化がなくなったとき、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差がなくなったときに、前記ワークの研磨を終了することが好ましい。

また、本発明による研磨方法において、前記上定盤および下定盤の両方のトルクを測定し、両方のトルクを用いて前記ワークの研磨量を制御することが好ましい。

また、本発明による研磨方法において、前記ワークはシリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハであることが好ましい。

さらに、本発明による他のワークの研磨方法は、
キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔に保持されたワークを、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤で挟み、前記キャリアプレートを駆動機構により回転させ、かつ、前記上定盤および下定盤を回転させることにより、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法であって、
前記駆動機構のモータの電流値、ならびに前記上定盤および下定盤の少なくとも一方を回転させるモータの電流値のうち、少なくとも一つの電流値を測定し、
前記距離の周期的な変化に起因する電流値成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記電流値成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記電流値成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御することを特徴とする。

また、本発明によるワークの研磨装置は、
キャリアプレートと、
該キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔と、
該保持孔に保持されたワークを挟み込み、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤と、
前記キャリアプレートを回転させる駆動機構、ならびに、前記上定盤および下定盤をそれぞれ回転させる一対のモータと、
を有し、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨装置であって、
前記駆動機構、前記上定盤および下定盤のトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定する測定部と、
前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

さらに、本発明による他のワークの研磨装置は、
キャリアプレートと、
該キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔と、
該保持孔に保持されたワークを挟み込み、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤と、
前記キャリアプレートを回転させる駆動機構、ならびに、前記上定盤および下定盤をそれぞれ回転させる一対のモータと、
を有し、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨装置であって、
前記駆動機構のモータの電流値、ならびに前記上定盤および下定盤の少なくとも一方を回転させる前記一対のモータの電流値のうち、少なくとも一つの電流値を測定する測定部と、
前記距離の周期的な変化に起因する電流値成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記電流値成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記電流値成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明のワークの研磨方法およびワークの研磨装置によれば、上定盤および下定盤の中心とワークの中心との距離が周期的に変化することに起因して周期的に変化する駆動機構のトルク成分および定盤を回転させるためのトルク成分を捉えることができ、この成分の振幅等に基づいてワークの研磨量をより高精度に制御することが可能となった。

本発明の一実施形態に従うワークの研磨装置の模式図である。 本発明の一実施形態に従うワークの研磨方法において、研磨初期の状態を説明するための図であって、（Ａ）は定盤の中心とワークの中心との距離Ｄが最短となるときを示す模式図であり、（Ｂ）は距離Ｄが最長となるときを示す模式図であり、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図であり、（Ｄ）は（Ｂ）におけるＩＩ−ＩＩ断面図であり、（Ｅ）は距離Ｄと研磨時間との関係を示す図であり、（Ｆ）は距離Ｄと定盤にかかるトルク成分との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に従うワークの研磨方法において、研磨末期の状態を説明するための図であって、（Ａ）は定盤の中心とワークの中心との距離Ｄが最短となるときを示す模式図であり、（Ｂ）は距離Ｄが最長となるときを示す模式図であり、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、（Ｄ）は（Ｂ）におけるＩＶ−ＩＶ断面図であり、（Ｅ）は距離Ｄと研磨時間との関係を示す図であり、（Ｆ）は距離Ｄと定盤にかかるトルク成分との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に従うワークの研磨方法において、キャリアプレートの回転角を説明する図であって、（Ａ）は回転前の図であり、（Ｂ）は回転中の図である。 本発明の一実施形態に従うワークの研磨方法において、キャリアプレートの回転角とトルク成分との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に従うワークの研磨方法において、複数のワークの表裏面を同時に研磨する場合の、これら複数のワーク同士の好適な位置関係を示す模式図であって、（Ａ）は各ワークの距離Ｄが最短で揃う状態を示し、（Ｂ）は各ワークの距離が最長で揃う状態を示す。 実施例１において、研磨時間とトルク成分の振幅との関係を示すグラフである。 実施例１において、トルク成分の振幅とウェーハの厚さとの関係を示すグラフである。 実施例１において、トルク成分の振幅とＧＢＩＲとの関係を示すグラフである。 実施例１において、トルク成分の振幅とＥＳＦＱＲの最大値との関係を示すグラフである。 実施例２において、研磨時間とトルク成分の振幅との関係を示すグラフである。 実施例２において、トルク成分の振幅とウェーハの厚さとの関係を示すグラフである。 実施例２において、トルク成分の振幅とＧＢＩＲとの関係を示すグラフである。 実施例２において、トルク成分の振幅とＥＳＦＱＲの最大値との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に従うワークの研磨装置１および研磨方法を説明する。

まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に従うワークの研磨装置１を具体的に説明する。研磨装置１は、ワーク２０を保持するための保持孔４０を有するキャリアプレート３０と、研磨パッド６０ａ，６０ｂがそれぞれ設けられた上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂと、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂをそれぞれ回転させる一対のモータ９０ａおよび９０ｂとを含む。保持孔４０の中心は、キャリアプレート３０の中心から離間して位置する。上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂは保持孔４０に保持されたワーク２０を一定の圧力で挟み込むことができる。モータ９０ａおよび９０ｂは、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂを逆方向に回転させる。また、キャリアプレート３０には、上定盤５０ａと下定盤５０ｂとの間に設けられたサンギア７０およびインターナルギア８０と噛み合わせるための外周ギア（図示せず）が設けられている。ここで、サンギア７０および／またはインターナルギア８０は、モータ９０ａおよび９０ｂとは異なるモータにより駆動し、キャリアプレート３０を回転させる駆動機構である。キャリアプレート３０の外周ギアが、サンギア７０およびインターナルギア８０と噛み合わさり、キャリアプレート３０を回転させる。なお、サンギア７０、インターナルギア８０および外周ギアのギア噛み合わせについては、研磨装置１を簡略化するために図示しない。また、インターナルギア８０は、円周方向に多数の回転駆動軸ピンを配置した個々の軸ピンから構成され、個々の軸ピンがキャリプレート３０の外周ギアに噛み合わさることで、キャリアプレート３０を回転させる。ただし、個々の軸ピンについては研磨装置１を簡略化するために図示しない。また、簡略化のため、図１において、インターナルギア８０の一つの軸ピンのモータ９０ｃのみ図示し、サンギア７０のモータを図示しない。

このようなギアの噛み合わせにより、キャリアプレート３０は、モータ９０ｂによる下定盤５０ｂの回転ならびにサンギア７０および／またはインターナルギア８０の回転にともない、キャリアプレート３０の中心を中心軸として回転しつつ（以下、単に「自転」という。）、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの中心を中心軸としてサンギア７０の周りを回転する（以下、単に「公転」という。）。本実施形態では、保持孔４０の中心がキャリアプレート３０の中心から離間して位置する、すなわち、キャリアプレート３０の中心に対してワーク２０は偏心しているため、自転の１回転ごとに、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの中心とワーク２０の中心との距離が周期的に変化する。研磨装置１は、挟み込んだキャリアプレート３０を自転かつ公転させながら、研磨パッド６０ａおよび６０ｂと滴下スラリー（図示せず）とにより、ワーク２０の表裏面を同時に化学機械研磨する。

さらに、研磨装置１はモータ９０ａおよび９０ｂ、ならびに、９０ｃおよび／または図示しないモータの電流値を測定する後述の測定部１１０を有する。つまり測定部１１０は、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂならびに駆動機構（すなわちサンギア７０および／またはインターナルギア８０）のトルクを測定する。また、研磨装置１は、制御部１２０を有する。制御部１２０の行なう制御の詳細は後述する。

ここで図２および３を用いて、ワーク２０への研磨の進行に応じて、上定盤５０ａのトルクの変化を説明する。なお、下定盤５０ｂおよび駆動機構のトルクの変化も同様である。図２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、下定盤５０ｂの回転および駆動機構の駆動にともない、キャリアプレート３０は自転かつ公転しつつ、自転１回ごとに、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの中心とワーク２０の中心との距離Ｄが周期的に変化する。図２（Ｅ）および図３（Ｅ）は、距離Ｄが研磨時間に対して周期的に変化する様子を図示したものである。

ここで、図２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、研磨の初期ではワーク２０の方がキャリアプレート３０よりも厚みがあるため、両定盤５０ａ，５０ｂから受ける圧力はワーク２０の中心部に集中する。そのため、上定盤５０ａのトルクの中には、両定盤５０ａ，５０ｂの中心とワーク２０の中心との距離Ｄの周期的な変化（すなわちキャリアプレート３０の自転の回転周期）に同期して周期的に変化するトルク成分が存在する（図２（Ｆ））。このような距離Ｄの周期的な変化に同期して周期的に変化するトルク成分を、以下単に「トルク成分」という。

一方、図３（Ｃ），（Ｄ）に示すように、研磨の末期では、ワーク２０の厚みとキャリアプレート３０の厚みが揃う。そのため、距離Ｄによらず、キャリアプレート３０およびワーク２０が両定盤５０ａ，５０ｂから受ける圧力は均質となる。そのため、上記トルク成分はその距離Ｄにかかわらず一定になる（図３（Ｆ））。

また、研磨の中間段階においては、研磨の初期に比べて、ワーク２０の厚みとキャリアプレート３０の厚みの差が減少していく。そのため、研磨初期にはワーク２０中心部に集中していた両定盤５０ａ，５０ｂから受ける圧力は、徐々に分散されていく。そのため、上記トルク成分の最大変位は、研磨の進行に応じて減少していく。

このように、上記トルク成分の振幅は、研磨初期から研磨の進行に伴い徐々に減少し、研磨末期すなわちワーク２０の厚みがキャリアプレート３０と等しくなると、ほぼゼロとなる。（トルク成分そのものがなくなると考えてよい。）

測定部１１０により得られる上定盤５０ａのトルクの実測値の中には、上記トルク成分のほかに、研磨装置１を動かすための作動電流やノイズなどの背景負荷も含まれる。しかし、上定盤５０ａのトルクから上記トルク成分を抽出することができる。具体的には、検出したトルク信号を、その検出時のキャリアプレートの回転角度によって整理した後に、その振動波形を算出することにより可能となる。振動波形の算出に際しては、例えば最小二乗法等による三角関数への近似法を用いることができる。振動波形の算出方法は上述した手法以外に、例えば，キャリアプレート回転角度ごとの平均化、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等による周波数解析等の手法を用いることができる。そのため、トルク成分の振幅は研磨装置１を動かすための作動電流やノイズなどの背景負荷の影響を排除した指標となる。したがって、トルクの測定値からトルク成分を抽出し、さらにトルク成分の振幅を算出すれば、その振幅の変化に基づいてワーク２０の研磨量を制御することができる。

測定部１１０は、ワーク２０の研磨中に、モータ９０ａの電流値を測定する。本実施形態では、上定盤５０ａのトルクは、上定盤５０ａを回転させるモータ９０ａの電流値として把握できる。制御部１２０は、上記の抽出方法により、この電流値の測定値から、上記トルク成分に対応した電流値成分を抽出し、この電流値成分の振幅に基づいて、ワーク２０の研磨量を制御する。例えば、あらかじめ試験用のワーク２０を用いて電流値成分（すなわちトルク成分）の振幅とワーク２０の研磨量との対応関係を測定し、この対応関係を研磨装置１に記録しておく。その後、同種のワーク２０を研磨しながら、モータ９０ａの電流値を測定して得られた電流値成分の振幅を上記対応関係に当てはめれば、任意の時点でのワーク２０の研磨量が把握でき、ワーク２０の研磨量を高精度に制御することができる。また、あらかじめ振幅とワーク２０の研磨量との対応関係を研磨装置１に記録しておかなくても、研磨の進行にともなう電流値成分の振幅の変化（振幅の減少）を用いれば、研磨量を制御することができる。

以上説明したように、本発明の一実施形態に従うワークの研磨装置によれば、作動電流やノイズなどの背景負荷の影響を排除して、上定盤および下定盤の中心とワークの中心との距離Ｄの周期的な変化に同期して変化するトルク成分を捉えることができ、このトルク成分の振幅に基づいてワークの研磨量を高精度に制御することが可能となる。さらに、かかる装置により、本発明に従うワークの研磨方法を行うことができる。

なお、本実施形態では上定盤５０ａのトルクを用いているが、下定盤５０ｂのトルクを測定し、そのトルク成分を抽出してもよく、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂのトルクそれぞれを抽出するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態における上定盤５０ａのトルクに替えて、駆動機構のうち、例えばインターナルギア８０のトルクを測定し、そのトルク成分を抽出してもよい。もちろん、インターナルギア８０のトルクならびに上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂのトルクそれぞれを抽出するようにしてもよい。また、駆動機構のうち、インターナルギア８０のトルクに替えて、サンギア７０のトルクを測定し、そのトルク成分を抽出してもよい。

ここで、本発明では、上記トルク成分の振幅に替えて、以下の２つの指標によっても研磨量の制御が可能である。第１の指標は、キャリアプレートが特定の回転角をとる時点でのトルク成分である。第２の指標は、キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点でのトルク成分の差である。以下詳細に説明する。

まず、図４（Ａ），（Ｂ）を用いてキャリアプレートの回転角θを説明する。回転角θに関しては、キャリアプレート３０の公転を考慮する必要はなく、自転による回転のみを考える。図４（Ａ）は、特定の時点でのキャリアプレート３０およびワーク２０を示し、この状態を回転角ゼロと仮定する。図４（Ａ）において、点Ｐはキャリアプレート３０の中心点であり、点Ｐからワーク２０への距離が最大になる点がＱ_０である。図４（Ｂ）は、キャリアプレート３０が所定角θだけ自転した後の図である。図４（Ｂ）において、点Ｐからワーク２０の距離が最大になる点がＱ_１であり、点Ｑ_０、点Ｐ、点Ｑ_１のなす角度が回転角θとなる。

図５は、キャリアプレート２０の回転角とトルク成分との関係を示す図である。図５に示すように、第１の指標として、キャリアプレート３０が特定の回転角をとる時点でのトルク成分（Ｃ_１、Ｃ_２、・・・）に基づいてワーク２０の研磨量を制御してもよい。また、第２の指標として、キャリアプレート３０が異なる特定の２つの回転角をとる時点でのトルク成分の差（Ｄ_１−Ｅ_１、Ｄ_２−Ｅ_２、・・・）に基づいてワーク２０の研磨量を制御してもよい。これらの指標も、研磨の進行に応じて値が減少し、ワーク２０の厚みがキャリアプレート３０と等しくなると、ゼロになるからである。なお、トルク成分の振幅については図５に示すように、例えばそれぞれ１周期内の最大値と最小値の差の半分であるＡ_１、最大値と平均値の差であるＡ_２、または平均値と最小値の差であるＡ_３など、各種の定義が可能であり、どのように定義してもよい。

キャリアプレート３０は、例えばステンレス鋼(SUS: Steel special Use Stainless)、あるいはエポキシ、フェノール、ポリイミドなどの樹脂にガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの強化繊維を複合した繊維強化プラスチックなど、任意の材質のものを用いることができ、耐摩耗性を向上させるように、これら材質の表面にダイヤモンドライクカーボンを塗布したものも用いることができる。また、キャリアプレート３０は保持孔４０以外にも、滴下スラリー保持用の溝などを有してもよく、厚みはワーク２０の厚みよりも薄くなるように設定される。

化学機械研磨のためには、研磨パッド６０ａおよび６０ｂやスラリーは任意のものを用いることができ、例えば研磨パッドとしては、ポリエステル製の不織布からなるパッド、ポリウレタン製のパッドなどを用いることができる。滴下スラリーとしては、例えば遊離砥粒を含むアルカリ性水溶液、遊離砥粒を含まないアルカリ性水溶液などを用いることができる。

上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂは、互いに同回転速度で逆方向に回転させることが望ましい。サンギア７０、インターナルギア８０とキャリアプレート３０の外周ギアと噛み合わさり、キャリアプレート３０は自転するのは既述のとおりである。ここで、キャリアプレート３０の自転速度を一定にすることが望ましく、これにより、研磨開始からの時間によってキャリアプレートの回転周期を把握して、トルク成分の振幅を確実に算出することができる。しかし、自転速度が一定でなくても例えば回転計などを用いて、キャリアプレート３０の回転角度を測定することにより、トルク成分の振幅を算出できるので、本発明に従う研磨方法を実施することができる。この場合、特定の回転角をとる時点でのトルク成分、または、異なる特定の２つの回転角をとる時点でのトルク成分の差を用いることもできる。なお、上記実施形態では、研磨装置１はキャリアプレート３０を自転かつ公転させて研磨するが、インターナルギア８０の回転を制御して、キャリアプレート３０を自転のみさせることにより研磨しても、本発明に従う研磨方法を実施できる。

また、トルクの測定は、既述のようにモータ９０ａの電流値の測定により行なうことができるが、他にもトルクセンサー等を用いてトルクを測定してもよい。

また、同時に複数枚のワークを研磨する場合には、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、それぞれ１つのワーク２１〜２５を配設した複数のキャリアプレート３１〜３５を上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの間に配設し、それぞれのワーク２１〜２５について、両定盤５０ａ，５０ｂの中心とワーク２１〜２５の中心との距離Ｄ_１〜Ｄ_５が揃って変化することが好ましい。図６（Ａ）は、距離Ｄ_１〜Ｄ_５が揃って最小となる状態を示し、図６（Ｂ）は、距離Ｄ_１〜Ｄ_５が揃って最長となる状態を示す。この場合、それぞれのワーク２１〜２５に起因する上記トルク成分の周期的な変化が一致する。したがって、ワークごとにトルクが相殺されず、むしろ強めあうため、トルクの測定値からトルク成分をより確実に抽出することができ、一度に複数枚のワークの研磨量を高精度に制御することができる。なお、トルク成分が抽出できる限りは、図６のように距離Ｄ_１〜Ｄ_５が完全に一致する必要がないことは勿論である。

また、トルク成分が抽出できる限りは、２枚以上のワークを一つのキャリアプレートに配設しても、本発明に従う研磨方法を行うことができる。

また、研磨量の制御に当たっては、トルク成分の振幅が実質的になくなったときに、研磨を終了することも好ましい。ここで、振幅が実質的になくなったときとは、すなわちトルク成分の変化がなくなったときであり、かかる状況は既述のとおり、ワーク２０の厚さとキャリアプレート３０の厚さが揃ったときである。したがって、トルク成分の振幅が実質的になくなったときに研磨を終了することで、ワーク２０の目標研磨量をキャリアプレート３０の厚みとして正確に定めることができる。なお、トルク成分の振幅が実質的になくなったときとは、トルク成分の振幅が研磨初期の振幅に比べて無視できる程度になったとき（例えば５％未満）や、検出下限値になったときのことを意味する。

既述の第１の指標である、キャリアプレートが特定の回転角をとる時点でのトルク成分の変化がなくなったときや、第２の指標である、キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点でのトルク成分の差がなくなったときも、同様に研磨を終了することが好ましい。

他にも、ワーク２０の厚さがキャリアプレート３０の厚さよりも厚い時点を研磨量の目標とする場合には、トルク成分の振幅が実質的になくなる前に研磨を終了すればよい。例えば、ワーク２０の目標厚みに応じて、研磨初期のトルク成分の振幅の３０％、１０％などに達した時点で研磨を終了すればよい。また、キャリアプレート３０の厚さよりもさらに薄くなるように研磨する場合には、上記振幅が実質的になくなった後に、さらに目標の研磨量に相当する研磨時間を設定し、設定した研磨時間分だけ研磨を続行すればよい。このようにして、ワーク２０の目標研磨量を正確に定めることができる。

さらに本発明では、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂの両方のトルクを測定し、両方のトルクを用いてワーク２０の研磨量を制御してもよい。例えば、上定盤５０ａのトルク測定値から得られるトルク成分の振幅と、下定盤５０ｂのトルク測定値から得られる振幅との平均値を用いることで測定誤差を低減することにより、ワーク２０の研磨量の制御をより高精度に行うことができる。第１および第２の指標についても同様である。これに加えて、駆動機構のトルク成分を用いてワーク２０の研磨量を制御してもよい。

さらに、本発明ではシリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハを研磨することも好ましい。酸化膜などを有しないシリコンウェーハであっても、膜の有無によらずに、研磨の進行に応じてトルク成分は減少する。そのため、本発明のようにトルク成分の振幅の変化に基づけば、単結晶または多結晶シリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハであっても、研磨量の制御を正確に行うことができる。

しかし、本発明が対象とするワークはシリコンウェーハに限定されない。例えば、ＳｉＣウェーハ、サファイアウェーハ、および化合物半導体ウェーハなど、両面研磨を行う任意のワークが本発明の対象とするワークに含まれる。

また、図１〜４，６では、ワーク２０の形状は円形に図示されているが、キャリアプレート３０の中心から離隔した位置にワーク２０の中心があれば、ワーク２０およびキャリアプレート３０が円形である必要はない。例えばワーク２０が円形の一部が切り取られた形状や四角形などの多角形でも、本発明に従う研磨方法を適用できる。

次に、本発明の効果をさらに明確にするため、以下の実施例を挙げるが、本発明は以下の実施例に何ら制限されるものではない。

（実施例１）
前述の図１および図６に示した構成の研磨装置を用いて、試験を行った。研磨に供するワークとして、初期の厚さ７５３μｍ、直径３００ｍｍ、結晶方位（１１０）、Ｐ型のシリコンウェーハを用いた。研磨時間は１０００秒間、１５００秒間、１８００秒間、２２００秒間、２５００秒間の５通りとして、両面研磨を行った。５つのキャリアプレートには、初期の厚さ７４６μｍであるエポキシ樹脂製のプレートを用いた。また、シリコンウェーハの中心は、キャリアプレートの中心から３０ｍｍ離隔して位置させた。研磨パッドにはニッタ・ハース社製発泡ウレタン研磨布ＭＨＮ１５を用い、研磨スラリーにはニッタ・ハース社製スラリーＮａｌｃｏ２３５０を用いた。昇降機により一定圧力でキャリアプレートを上下定盤間で挟持しながら、上定盤および下定盤を互いに逆方向に回転させた。キャリアプレートは、インターナルギア、サンギアおよびキャリアプレートの外周ギアの噛み合わせにより上定盤と同方向に１０ｒｐｍで等速回転させて、キャリアプレート内に装填した５枚のシリコンウェーハの表裏面を研磨した。なお、上定盤、下定盤、インターナルギアおよびサンギアは、それぞれ異なるモータにより回転させた。

また、上定盤を回転させるモータの電流値を用いて１秒ごとに測定することにより、研磨中のトルクを測定した。測定したトルクから、トルク成分の振幅を最小二乗法による三角関数への近似法を用いることにより算出した。なお、本実施例において振幅は、トルク成分の最大値と最小値の差の半分により求めた。

上記５通りの研磨時間での研磨終了時におけるトルク成分の振幅を図７に示す。なお、図７において、縦軸の研磨終了時の振幅は、研磨時間が１０００秒の場合の研磨終了時における振幅を１００％としたときの相対値を用いて示しており、図８〜１０においても同様である。

図８に、研磨終了時におけるトルク成分の振幅とウェーハの厚さとの関係を示す。

さらに、図９に、トルク成分の振幅とウェーハ外周部近傍のＧＢＩＲ（Grobal Backside Ideal focal plane Range）との関係を示す。ここで、ＧＢＩＲとは、ウェーハ全面の平坦度を示す指標であり、値が小さいほど平坦度が高いことを意味する。具体的には、ウェーハの裏面を完全に吸着したと仮定した場合におけるウェーハの裏面を基準として、ウェーハ全体の最大変位と最小変位との差を算出することにより求められる。本実施例においては平坦度測定装置（KLA-Tencor社製：WaferSight）を用いて測定した。

また、図１０に、トルク成分の振幅とウェーハ外周部近傍のＥＳＦＱＲ（Edge flatness metric, Sector based, Front surface referenced, Site Front least sQuares Range）の最大値との関係を示す。ここで、ＥＳＦＱＲとは、値が小さいほど平坦度が高いことを意味し、ウェーハ全周の外周領域に形成した扇形の領域（セクター）内のＳＦＱＲを測定したものである。本実施例では、平坦度測定装置（KLA-Tencor社製：WaferSight）を用いて測定した。なお、ＳＦＱＲ（Site Front least sQuares Range）とは、ＳＥＭＩ規格にかかる、ウェーハの外周部の平坦度を示す指標である。このＳＦＱＲは、具体的にはウェーハから所定寸法の矩形状のサンプルを複数取得し、取得した各サンプルについて最小二乗法により求められた基準面からの最大変位量の絶対値の和を算出することにより求めるものである。

図７から、研磨が進むにつれて、トルク成分の振幅がゼロに収束していくことがわかる。さらに、図８〜１０から、トルク成分の振幅と、ウェーハの厚さおよび平坦度には強い相関関係があることがわかる。つまり、本発明によれば、ウェーハの厚さだけでなく、ウェーハの平坦度まで制御できることがわかる。したがって、本発明の研磨方法によってウェーハの研磨量を正確に制御できることがわかる。

（実施例２）
上定盤を回転させるモータの電流値に替えて、駆動機構としてのインターナルギアのモータの電流値を測定した以外は、実施例１と同様にシリコンウェーハの表裏面を研磨した。研磨時間は１０００秒間、１５００秒間、１８００秒間、２０００秒間、２２００秒間、２５００秒間の６通りとした。実施例１と同様に、インターナルギアのモータの電流値からトルクを測定し、測定したトルクから、トルク成分の振幅を算出した。

研磨終了時におけるトルク成分の振幅を図１１に示す。図１２に、研磨終了時におけるトルク成分の振幅とウェーハの厚さとの関係を示す。図１３に、トルク成分の振幅とウェーハ外周部近傍のＧＢＩＲとの関係を示す。図１４に、トルク成分の振幅とウェーハ外周部近傍のＥＳＦＱＲの最大値との関係を示す。

図１１から、実施例１と同様に、研磨が進むにつれて、トルク成分の振幅がゼロに収束していくことがわかる。さらに、実施例１と同様に、図１２〜１４から、トルク成分の振幅と、ウェーハの厚さおよび平坦度には強い相関関係があることもわかる。したがって、駆動機構のトルク成分によっても、ウェーハの研磨量を正確に制御できることがわかる。

本発明のワークの研磨方法およびワークの研磨装置によれば、上定盤および下定盤の中心とワークの中心との距離が周期的に変化することに起因して周期的に変化する定盤を回転させるためのトルク成分を捉えることができ、この成分の振幅に基づいてワークの研磨量をより高精度に制御することが可能となった。

１ 研磨装置
２０ ワーク
３０ キャリアプレート
４０ 保持孔
５０ａ 上定盤
５０ｂ 下定盤
６０ａ 研磨パッド
６０ｂ 研磨パッド
７０ サンギア
８０ インターナルギア
９０ａ モータ
９０ｂ モータ
９０ｃ モータ
１１０ 測定部
１２０ 制御部

Claims (8)

1. キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔に保持されたワークを、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤で挟み、前記キャリアプレートを駆動機構により回転させ、かつ、前記上定盤および下定盤を回転させることにより、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法であって、
   前記駆動機構、前記上定盤および下定盤のトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定し、
   前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御することを特徴とするワークの研磨方法。
2. それぞれ１つのワークを配設した複数の前記キャリアプレートを前記上定盤および下定盤間に配設し、それぞれの前記ワークについて前記距離が揃って変化する請求項１に記載のワークの研磨方法。
3. 前記トルク成分の振幅がなくなったとき、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分の変化がなくなったとき、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差がなくなったとき、前記ワークの研磨を終了する請求項１または２に記載のワークの研磨方法。
4. 前記上定盤および下定盤の両方のトルクを測定し、両方のトルクを用いて前記ワークの研磨量を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載のワークの研磨方法。
5. 前記ワークはシリコンインゴットをスライスして得られたシリコンウェーハである請求項１〜４のいずれか１項に記載のワークの研磨方法。
6. キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔に保持されたワークを、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤で挟み、前記キャリアプレートを駆動機構により回転させ、かつ、前記上定盤および下定盤を回転させることにより、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨方法であって、
   前記駆動機構のモータの電流値、ならびに前記上定盤および下定盤の少なくとも一方を回転させるモータの電流値のうち、少なくとも一つの電流値を測定し、
   前記距離の周期的な変化に起因する電流値成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記電流値成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記電流値成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御することを特徴とするワークの研磨方法。
7. キャリアプレートと、
   該キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔と、
   該保持孔に保持されたワークを挟み込み、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤と、
   前記キャリアプレートを回転させる駆動機構、ならびに、前記上定盤および下定盤をそれぞれ回転させる一対のモータと、
   を有し、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨装置であって、
   前記駆動機構、前記上定盤および下定盤のトルクのうち、少なくとも一つのトルクを測定する測定部と、
   前記距離の周期的な変化に起因するトルク成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記トルク成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記トルク成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御する制御部と、
   を有することを特徴とするワークの研磨装置。
8. キャリアプレートと、
   該キャリアプレートに設けられ、その中心から離間した位置に中心を有する保持孔と、
   該保持孔に保持されたワークを挟み込み、研磨パッドがそれぞれ設けられた上定盤および下定盤と、
   前記キャリアプレートを回転させる駆動機構、ならびに、前記上定盤および下定盤をそれぞれ回転させる一対のモータと、
   を有し、前記キャリアプレートの回転ごとに前記上定盤および下定盤の中心と前記ワークの中心との距離が周期的に変化するとともに、前記ワークの表裏面を前記研磨パッドにより同時に研磨するワークの研磨装置であって、
   前記駆動機構のモータの電流値、ならびに前記上定盤および下定盤の少なくとも一方を回転させる前記一対のモータの電流値のうち、少なくとも一つの電流値を測定する測定部と、
   前記距離の周期的な変化に起因する電流値成分の振幅、前記キャリアプレートが特定の回転角をとる時点での前記電流値成分、または、前記キャリアプレートが異なる特定の２つの回転角をとる時点での前記電流値成分の差に基づいて、前記ワークの研磨量を制御する制御部と、
   を有することを特徴とするワークの研磨装置。

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