JP2014147993A - ドレッシングプレート及びドレッシングプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽重量で、上下研磨布の表面形状の変化を抑制でき、コストを低減可能なドレッシングプレート及び該ドレッシングプレートの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】両面研磨装置の上定盤と下定盤にそれぞれ貼り付けられた研磨布をドレッシングするためのドレッシングプレートであって、熱可塑性樹脂製の円盤状のベース部の外周部に、リング状に設置されたダイヤ電着プレートを具備し、前記ダイヤ電着プレートは、ステンレス板上にダイヤモンドを電着した複数の扇形部材から成り、該複数の扇形部材のそれぞれが前記ベース部の外周部の表面上にネジによって取り外し可能に設置されて前記ダイヤ電着プレートがリング状に設置されたものであることを特徴とするドレッシングプレート。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコン単結晶ウェーハ等のウェーハを研磨する際に使用する両面研磨装置の研磨布をドレッシングするためのドレッシングプレートに関する。

従来、シリコン単結晶ウェーハの製造では、シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、このウェーハに対して面取り、ラッピング、エッチング等の各工程が順次なされ、次いで少なくともウェーハの一主面を鏡面化する研磨が施される。この研磨工程では、ウェーハの片面を研磨する片面研磨装置のほか、ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置が用いられることがある。

両面研磨装置としては、通常、不織布などからなる研磨布がそれぞれに貼付された上定盤と下定盤を具備し、図６に示すように、中心部にはサンギヤ１０１が、外周部にはインターナルギヤ１０２がそれぞれ配置された遊星歯車構造を有するものが用いられている。ウェーハを研磨する場合には、キャリア１０３に形成されたウェーハ保持孔１０４の内部にウェーハＷを挿入・保持し、その上方から研磨スラリーをウェーハＷに供給し、上下の定盤を回転させながら上定盤と下定盤の対向する研磨布をウェーハＷの表裏両面に押し付けるとともに、キャリア１０３をサンギヤ１０１とインターナルギヤ１０２との間で自転公転させることで各ウェーハＷの両面を同時に研磨することができる。

両面研磨装置はウェーハの両面を同時に研磨することができる一方、同じ研磨布を用いて研磨を続けているとウェーハ形状が徐々に変化してしまうという問題がある。これは主に研磨布の寿命に起因しており、研磨布の圧縮率の変化や目詰まり等が影響し、使用頻度が増えるにつれウェーハ形状が異なるようになり、特に、ウェーハの外周部が過剰に研磨されていわゆる外周ダレが生じ易くなる。そこで、このようなウェーハ形状の変化を防ぐため、研磨布表面のドレッシングが定期的にあるいは常時行われている。

ドレッシングを行うには、ドレッシングプレートを上定盤と下定盤との間に挟んで通常の研磨と同じように装置を稼動させる（例えば、特許文献１参照）。ドレッシングプレートとしては、ステンレス（ＳＵＳ）製円盤の中心に穴を開けた、いわゆるドーナツ状のベース部の片側表面にダイヤモンドを電着させたものが用いられている（例えば、特許文献２参照）。ダイヤモンド電着面が上定盤に向くように設置したドレッシングプレートと、ダイヤモンド電着面が下定盤に向くように設置したドレッシングプレートを用いることで、上下の研磨布を同時にドレッシングできる。ドレッシングプレートの設置作業は作業者によって行われている。

特開２００２−４６０５８号公報 特開２０１２−１３０９８８号公報

従来のドレッシングプレートは、厚さが１５ｍｍ以上、重量が１１ｋｇ以上と高重量である。大型タイプのものでは、重量が１５ｋｇ程度にもなる。今後のウェーハの大型化に伴い、両面研磨装置の大型化が考えられ、ドレッシングプレートも更に大型のものが用いられるようになることが考えられる。高重量のドレッシングプレートを用いることにより、以下に示すような問題を生じる。上定盤側の研磨布のドレッシング代よりも下定盤側の方が多くなり、研磨布表面の形状が、ドレッシングプレートの自重により、下定盤側の研磨布表面の形状が平らな形状から凸形状に変化してしまう。そのため、研磨布の寿命が短くなり、コストが増加する。この表面形状の変化の影響で研磨するウェーハの平坦度が悪化したり、ウェーハ毎の平坦度のばらつきが大きくなってしまう。

また、上記したように、ドレッシングプレートの両面研磨装置への設置は、作業者の手によって行われているので、高重量のドレッシングプレートの取り扱いは非常に困難であり、搬送・取り付け用の装置が別途必要になる。さらに、大型のドレッシングプレートにダイヤモンドを電着するための装置の大型化も必要となる。また、装置の大型化に伴う装置強度の向上と装置のコストが増加するという問題もある。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、上下研磨布の表面形状の変化を抑制でき、コストを低減可能で、軽重量なドレッシングプレート及び該ドレッシングプレートの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、両面研磨装置の上定盤と下定盤にそれぞれ貼り付けられた研磨布をドレッシングするためのドレッシングプレートであって、熱可塑性樹脂製の円盤状のベース部の外周部に、リング状に設置されたダイヤ電着プレートを具備し、前記ダイヤ電着プレートは、ステンレス板上にダイヤモンドを電着した複数の扇形部材から成り、該複数の扇形部材のそれぞれが前記ベース部の外周部の表面上にネジによって取り外し可能に設置されて前記ダイヤ電着プレートがリング状に設置されたものであることを特徴とするドレッシングプレートが提供される。

このようなドレッシングプレートであれば、非常に軽量であるので、上下研磨布のドレッシング代の差が生じるのを抑制でき、上下研磨布の表面形状の変化を抑制できる。そのため、研磨布の寿命を改善できる。また、ドレッシングプレートを両面研磨装置へ設置するための装置を必要とせず、作業者の手で設置できる。さらに、ドレッシングプレートは複数の扇形部材から構成されるので、大型の電着装置も必要としない。また、ダイヤ電着プレートを取り外すことで、ベース部を再利用できる。そのため、コストを大幅に削減できる。

このとき、前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリサルフォン樹脂（ＰＳＦ樹脂）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ樹脂）のいずれかからなるスーパーエンジニアリングプラスチックであることが好ましい。
このようなものであれば、軽量であることに加えて、機械的強度に優れたものとなる。

また、本発明によれば、両面研磨装置の上定盤と下定盤にそれぞれ貼り付けられた研磨布をドレッシングするためのドレッシングプレートの製造方法であって、熱可塑性樹脂製の円盤状のベース部を作製する工程と、ステンレス板上にダイヤモンドを電着した複数の扇形部材を作製する工程と、前記ベース部の外周部の表面上に、前記複数の扇形部材をそれぞれネジによって取り外し可能に設置することによって、リング状のダイヤ電着プレートを形成する工程とを有することを特徴とするドレッシングプレートの製造方法が提供される。

このようにすれば、非常に軽量で、上下研磨布のドレッシング代の差が生じるのを抑制でき、上下研磨布の表面形状の変化を抑制でき、そのため、研磨布の寿命を改善できるドレッシングプレートを製造できる。また、製造したドレッシングプレートは両面研磨装置へ設置するための装置を必要とせず、作業者の手で設置できる。さらに、このドレッシングプレートは複数の扇形部材から構成されるので、大型の電着装置も必要としない。そのため、コストが大幅に削減できる。

このとき、前記熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリサルフォン樹脂（ＰＳＦ樹脂）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ樹脂）のいずれかからなるスーパーエンジニアリングプラスチックを用いることが好ましい。
このようにすれば、軽量であることに加えて、機械的強度に優れたドレッシングプレートを製造できる。

本発明のドレッシングプレートでは、ダイヤ電着プレートがステンレス板上にダイヤモンドを電着した複数の扇形部材から成り、該複数の扇形部材のそれぞれがベース部の外周部の表面上にネジによって取り外し可能に設置されてダイヤ電着プレートがリング状に設置されたものであるので、非常に軽量であり、上下研磨布のドレッシング代の差を抑制でき、上下研磨布の表面形状の変化を抑制できる。そのため、研磨布の寿命を改善できる。また、このドレッシングプレートを用いてドレッシングした両面研磨装置はウェーハの平坦度の悪化及びばらつきを抑制できる。また、ドレッシングプレートを両面研磨装置へ設置するための装置や、大型の電着装置を必要としないので、コストを大幅に削減できる。このドレッシングプレートは本発明のドレッシングプレートの製造方法により製造できる。

本発明のドレッシングプレートの一例を示す概略図である。 本発明のドレッシングプレートの一例を示す概略側面図である。 実施例における研磨布の表面形状の測定結果を示す図である。 比較例における研磨布の表面形状の測定結果を示す図である。 実施例、比較例におけるＧＢＩＲの結果を示す図である。 一般的な両面研磨装置を示す概略図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記したように、近年のウェーハの大型化に伴い、ドレッシングプレートも大型化、高重量化しており、下側の研磨布のドレッシング代が上側の研磨布よりも大きくなることで研磨布表面の形状が変化し、これにより研磨布の寿命が低減したり、ウェーハの平坦度を悪化させたり、コストを増加させる問題がある。

そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、従来ドレッシングプレートのベース部をステンレス製としていたのを、熱可塑性樹脂製とすることで軽量化し、リング状のダイヤ電着プレートを複数の扇形部材に分割して構成すれば、上記の問題を解決できることに想到した。さらに、ダイヤ電着プレートをベース部に載置してネジで取り外し可能に設置するという簡単な構成で、ダイヤ電着プレートを交換する際に、ベース部を再利用できることに想到し、本発明を完成させた。

まず、本発明のドレッシングプレートについて、図１を参照して説明する。
本発明のドレッシングプレートは、両面研磨装置の上定盤と下定盤にそれぞれ貼り付けられた研磨布をドレッシングするためのものである。
図１に示すように、ドレッシングプレート１は、円盤状のベース部２と、ダイヤ電着プレート３を有する。
ベース部２は熱可塑性樹脂からなるものであり、この熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリサルフォン樹脂（ＰＳＦ樹脂）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ樹脂）などのスーパーエンジニアリングプラスチックを用いることが好ましい。

このような熱可塑性樹脂製のベース部２を用いることにより、ドレッシングプレート１の重量を大幅に低減できる。スーパーエンジニアリングプラスチックを用いれば、さらに機械的強度にも優れたものになるので好ましい。
また、ベース部２の重量を低減するために、中心に穴を開けたものとすることができる。或いは、ドレッシング時の負荷によるドレッシングプレート１の変形を抑制するために、ベース部２は中心に穴のない円盤状のものとすることもできる。この場合、図２に示すように、ダイヤ電着プレート３が載置されていない部分のベース部２の厚さを薄くすることで、ベース部２の重量を低減することができる。

ベース部２の直径は特に限定されず、例えば、両面研磨装置のウェーハを保持するためのキャリアの直径と同じとすることができる。この場合、両面研磨装置のキャリアと同様に、ベース部２の最外周部にサンギア及びインターナルギアと噛み合う歯車８を設けることができる（図１参照）。或いは、ベース部２の直径を両面研磨装置のキャリアのウェーハ保持孔の直径と同じとして、この保持孔内に設置してドレッシングを行うようなものとしても良い。

図１に示すように、ダイヤ電着プレート３はベース部２の外周部にリング状に設置される。このダイヤ電着プレート３は、ステンレス板６上にダイヤモンド５を電着した複数の扇形部材４から構成される。ここで、本発明における「扇形」とは、図１に示すように、リング形状のダイヤ電着プレート３を外周方向で分割した形状を意味する。すなわち、複数の扇形部材４を組み合わせることでリング形状のダイヤ電着プレート３を形成できる。

このように、ダイヤ電着プレート３を複数に分割した扇形部材４から構成することで、ダイヤモンドを電着するために大型の装置を用いる必要がない。また、ダイヤ電着プレート３にステンレス板６を用いているので、従来から製造されている既存の設備を用いてダイヤモンドを電着できる。さらに、上記したように、ベース部が軽量であるので、ドレッシングプレートを両面研磨装置に設置するための（及び両面研磨装置から除去するための）装置を別途設ける必要もない。そのため、設備コストを大幅に削減できる。

ダイヤ電着プレート３の複数の扇形部材４のそれぞれは、図１に示すように、ベース部の外周部の表面上にネジ７によって取り外し可能に取り付けられる。これによって、ダイヤ電着プレート３がリング状に設置される。ネジ７は、ダイヤ電着プレート３のステンレス板６に設けられたネジ穴と係合する。
このようなものであれば、ダイヤ電着プレート３をドレッシング能力が低下したために交換する際に、ベース部２から取りはずしてベース部２を再利用できる。これによりコストを一層削減できる。
尚、図１に示すように、各扇形部材４間に隙間９を設けるようにしても良い。

ここで、扇形部材４を取り付けるためのネジ７の数は特に限定されず、１つの扇形部材４に対して複数のネジ７を用いることができる。
以上説明した本発明のドレッシングプレートを用いてドレッシングを行えば、上下研磨布のドレッシング代の差を抑制でき、上下研磨布の表面形状の変化を抑制できる。そのため、研磨布の寿命を改善できる。さらに、このドレッシングプレートを用いてドレッシングした両面研磨装置はウェーハの平坦度の悪化及びばらつきを抑制できる。

上記した本発明のドレッシングプレートは以下に説明する本発明のドレッシングプレートの製造方法で製造できる。
まず、熱可塑性樹脂製の円盤状のベース部を作製する。この工程では、例えば、熱可塑性樹脂板を円盤状に切り出し、ラッピングによって厚さむらを修正することによってベース部を作製する。或いは、成型機を用いて圧縮成型、トランスファー成型、射出成型などの成型方法によってベース部を作製することもできる。このようにすれば、非常に軽重量なドレッシングプレートを製造できる。

次に、ステンレス板上にダイヤモンドを電着した複数の扇形部材を作製する。この工程では、例えば、ステンレス板をリング状に形成し、図１に示すような複数の扇形形状に切り出す。その後、切り出したそれぞれのステンレス板の表面にダイヤモンドを電着する。ダイヤモンドの電着は、従来と同様に、Ｎｉ漕にステンレス板を沈めてダイヤモンドを入れて電着させる。
このようにすれば、ダイヤモンドを電着するために大型の装置を用いる必要がなく、上記のように設備コストを低減できる。

次に、ベース部の外周部の表面上に、複数の扇形部材をそれぞれネジによって取り外し可能に設置する。これによって、リング状のダイヤ電着プレートを形成する。
この工程では、作製した複数の扇形部材のステンレス板にネジ穴を形成する。また、このネジ穴に対応する位置におけるベース部にネジを通すための貫通孔を形成する。その後、ベース部の外周部の表面上に扇形部材を載置し、そのネジ穴にネジを係合させる。
このようにすれば、取り外し可能なダイヤ電着プレートを容易に形成できる。

以上の工程によって、上記した本発明の軽重量なドレッシングプレートを容易に製造できる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
本発明のドレッシングプレートの製造方法に従って、図１に示すような、本発明のドレッシングプレートを製造した。
まず、直径５０５ｍｍの円盤状のベース部をＰＥＥＫ板から切り出し、最外周部に歯車を形成した。ベース部は、図２に示すように、ダイヤ電着プレートを設置する部分以外の厚さを薄くし、ダイヤ電着プレートを載置する面からの距離ｈが５ｍｍとなるように加工した。また、図１に示すように、幅ｄが５３．５ｍｍのリング状のステンレス板を、８つの扇形状に切り出し、それぞれの表面にダイヤモンドを電着させて８つの扇形部材を作製した。
次に、８つの扇形部材をベース部の外周部に載置し、１つの扇形部材に対して４本のＳＵＳ製のネジで取り付け、リング状のダイヤ電着プレートを形成した。ネジは表面にフッ素樹脂コーティングを施したものを用いた。

上記のようにして４つのドレッシングプレートを製造し、作業者の手によって両面研磨装置（不二越機械製 ＤＳＰ）にドレッシングプレートの歯車をサンギア及びインターナルギアに噛み合わせるようにして設置した。この際、２つのドレッシングプレートは電着ダイヤモンドが上方を向くように、他の２つのドレッシングプレートは電着ダイヤモンドが下方を向くようにした。その後、上下の定盤を回転させながら上定盤と下定盤の対向する研磨布をドレッシングプレートに押し付けるとともに、ドレッシングプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させることで上下の研磨布を同時にドレッシングした。ここで、研磨布として単一発泡ウレタンパッドを用いた。

使用した研磨布は新品のものとし、ドレッシングを継続して行い、経過時間に対する研磨布の表面形状の変化を真直度測定機（日立造船製 ＨＳＳ−１６００）を用いて測定した。表面形状の測定結果を図３に示す。図３に示すように、立ち上げドレッシング後の研磨布の表面の凹凸形状は、上下ともそれほど変化がないことが分かった。このように、実施例のドレッシングプレートは上下研磨布の表面形状の変化を抑制できることが分かった。また、後述する比較例のドレッシングプレートのドレッシング能力と比較して同等のドレッシング能力を有することが確認できた。

また、比較例のドレッシングプレートの重量は１１ｋｇであったのに対し、実施例のドレッシングプレートの重量は４ｋｇと軽量化できた。
４２０分間ドレッシングした後の上記両面研磨装置を用いてシリコン単結晶ウェーハを両面研磨し、平坦度測定器（黒田精工製 Ｎａｎｏｍｅｔｏｒｏ ３００ＴＴ−Ａ）を用いて研磨したウェーハのＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ Ｂａｃｋ―Ｓｉｄｅ Ｉｄｅａｌ Ｒａｎｇｅ）を測定した。
ここで、研磨条件は以下のようにした。
ウェーハ： 直径３００ｍｍ、Ｐ⁻型、結晶方位＜１１０＞
研磨スラリー： ＮａＯＨベースコロイダルシリカ
研磨加重： １００−２００ｇ／ｃｍ^２
また、測定ウェーハ数Ｎを１０９６３とした。

ＧＢＩＲの測定結果を図５に示す。図５に示すように、ＧＢＩＲの平均値（Ａｖｅ）は０．１６５４μｍであり、比較例の結果である０．１８７８μｍと比べ改善され、また、標準偏差（ｓ）も０．０４８９と比較例の０．０５３６から改善されていることが分かった。これは、上記したように、ドレッシングに本発明のドレッシングプレートを用いたことで研磨布の表面形状の変化を抑制できたためである。

（比較例）
ステンレス製の円盤の中心に穴を開けたベース部の片側表面にダイヤモンドを電着させた従来のドレッシングプレートを用いた以外、実施例と同様にして両面研磨装置の研磨布をドレッシングし、実施例と同様に評価した。

研磨布の表面形状の測定結果を図４に示す。図４に示すように、立ち上げドレッシング後（１０分後）までは表面形状の変化はそれほど見られなかった。しかし、立ち上げドレッシング後の上側研磨布の表面は凸形状であったが、２１０分後、４２０分後の該表面は凹形状に変化した。また、立ち上げドレッシング後の下側研磨布の表面は凹形状であったが、２１０分後、４２０分後の該表面は凸形状に変化した。
上記した本発明のドレッシングプレートでは、表面形状の変化が抑制されたのに対し、比較例では表面形状の変化が抑制できていないことが分かった。

また、実施例と同様の条件で、４２０分間ドレッシングした後の上記両面研磨装置を用いてシリコン単結晶ウェーハを両面研磨し、研磨したウェーハのＧＢＩＲを測定した。測定ウェーハ数Ｎを１０９２６とした。
ＧＢＩＲの測定結果を図５に示す。図５に示すように、ＧＢＩＲの平均値は０．１８７８であり、実施例と比べ悪化していることが分かった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…ドレッシングプレート、 ２…ベース部、 ３…ダイヤ電着プレート、
４…扇形部材、 ５…ダイヤモンド、 ６…ステンレス板、
７…ネジ、 ８…歯車、 ９…隙間。

Claims (4)

1. 両面研磨装置の上定盤と下定盤にそれぞれ貼り付けられた研磨布をドレッシングするためのドレッシングプレートであって、
   熱可塑性樹脂製の円盤状のベース部の外周部に、リング状に設置されたダイヤ電着プレートを具備し、
   前記ダイヤ電着プレートは、ステンレス板上にダイヤモンドを電着した複数の扇形部材から成り、該複数の扇形部材のそれぞれが前記ベース部の外周部の表面上にネジによって取り外し可能に設置されて前記ダイヤ電着プレートがリング状に設置されたものであることを特徴とするドレッシングプレート。
2. 前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリサルフォン樹脂（ＰＳＦ樹脂）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ樹脂）のいずれかからなるスーパーエンジニアリングプラスチックであることを特徴とする請求項１に記載のドレッシングプレート。
3. 両面研磨装置の上定盤と下定盤にそれぞれ貼り付けられた研磨布をドレッシングするためのドレッシングプレートの製造方法であって、
   熱可塑性樹脂製の円盤状のベース部を作製する工程と、
   ステンレス板上にダイヤモンドを電着した複数の扇形部材を作製する工程と、
   前記ベース部の外周部の表面上に、前記複数の扇形部材をそれぞれネジによって取り外し可能に設置することによって、リング状のダイヤ電着プレートを形成する工程と、
   を有することを特徴とするドレッシングプレートの製造方法。
4. 前記熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリサルフォン樹脂（ＰＳＦ樹脂）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ樹脂）のいずれかからなるスーパーエンジニアリングプラスチックを用いることを特徴とする請求項３に記載のドレッシングプレートの製造方法。

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