双面研磨装置的制作方法

1.本发明涉及悬挂形态的双面研磨装置。


背景技术：

2.关于平台采用了低热膨胀材料的双面研磨装置，能够抑制由于研磨加工产生的热量所造成的平台变形，因此研磨中的平台形状精度、及作为结果的晶圆的加工精度的稳定性优异(参照专利文献1)。但是，贴附于平台的研磨垫(布)受到平台的形状精度的影响，且因修整和研磨而磨损，从而导致形状改变，因此从重复进行批量研磨这样的长期性观点来看，在上述双面研磨装置中也不能将晶圆的加工精度保持为恒定。
3.例如，图5表示受到平台形状精度的影响而变为不平行的研磨垫的例子，图6表示该垫引起了偏磨损的例子。
4.在图5和图6中，101是下平台，102是上平台，103和104是研磨垫，105是太阳齿轮，106是内齿轮，107是载架。如这些图所示，研磨垫103、104由于下平台101和上平台102的精度降低而成为不平行的状态。在该状态下，如果载架107配置在下平台101与上平台102之间，则会因为载架107与研磨垫103、104的接触不均等而引起偏磨损，使得晶圆的加工精度不能保持恒定。现有技术文献专利文献
5.专利文献1：日本特开2001
‑
79756号公报专利文献2：日本特开2008
‑
44098号公报


技术实现要素：

(一)要解决的技术问题
6.于是，为了抑制上述这样的研磨垫的偏磨损，想到根据该研磨垫的形状(平台形状精度、已处于偏磨损的状态等)而使平台形状改变。但是，在已有技术中，为了使平台形状改变，需要用于保持平台的金属制的盘，该盘的热变形会传递至平台，导致不能充分利用平台采用低热膨胀材料时的优点(专利文献2)。
7.例如，图7表示具备平台的移动机构的现有的双面研磨装置的例子。在该图中，102是上平台，108是悬挂顶板，109是盘，利用空气的输入压in产生使盘109移动的力p，由此改变盘109的倾斜，即改变上平台形状。但是，由于盘109是金属制，因此该盘109容易热变形，且热变形会传递至上平台102，使得上平台102也容易变形。另外，在该图的例子中，上平台形状仅能够向一个方向变形，因此不能对应各种类的垫形状。
8.因为这些情况，而谋求一种平台的移动机构，其可适用于以低热膨胀材料的平台为前提的悬挂形态的双面研磨装置，不影响该低热膨胀材料的平台的优点，且可根据各种类的垫形状而使平台形状改变为各种形状。
9.本发明为了解决上述问题而做出，其目的在于提出一种平台的移动机构，其在悬
挂形态的双面研磨装置中不促进平台的热变形，且能够使平台形状改变为各种形状。(二)技术方案
10.为了达成上述目的，本发明中提供一种双面研磨装置，具备：下平台，其设置为能够以旋转轴为中心进行旋转，且上表面贴附有研磨垫；上平台，其设置为能够在所述下平台的上方进行上下移动，并能够以所述旋转轴为中心进行旋转，且下表面贴附有研磨垫；以及，悬挂顶板，其设置在所述上平台的上方，其特征在于，具备：连结部，其连结所述悬挂顶板和所述上平台；以及，致动器，其设置在所述悬挂顶板与所述上平台之间且与所述连结部不同的位置，并能够使上平台形状改变。
11.根据这种双面研磨装置，通过连结部来连结上平台与悬挂顶板，且通过设置在与该连结部不同的位置的致动器来改变上平台形状。即，连结部与致动器彼此独立，因此并不需要在已有技术中使用的金属制的盘。另外，能够通过致动器使上平台形状改变为各种形状。因此，能够提供一种悬挂形态的双面研磨装置，其具备平台的移动机构，该移动机构不促进平台的热变形，且能够使平台形状改变为各种形状。
12.另外，即使在假设因受到平台的形状精度的影响且反复进行修整和研磨而导致研磨垫偏磨损情况下，也能够根据垫形状使平台形状改变，因此从重复进行批量研磨这样的长期性观点来看，能够将晶圆的加工精度保持为恒定。
13.优选地，所述连结部由配置在所述上平台的半径方向的同一圆周上的多个悬挂支柱构成，所述致动器在所述上平台的半径方向的同一圆周上且与所述多个悬挂支柱不同的位置处配置有1个以上。
14.这样，当以旋转轴为中心时，在与多个悬挂支柱(的中心点)描绘的圆的pcd(节圆直径)不同的pcd的圆周上配置致动器，从而能够提供一种能够使上平台形状改变为各种形状的移动机构。
15.优选地，所述致动器以所述多个悬挂支柱为支点使所述上平台形状改变。
16.这样，以悬挂支柱为支点，利用跷跷板原理使至少一个致动器动作，在悬挂顶板与上平台之间产生反作用力，由此能够容易地控制该上平台的倾斜(上平台形状)。
17.优选地，还具备连结所述致动器和所述上平台的浮动接头，所述致动器固定于所述悬挂顶板。
18.这样，利用浮动接头连结致动器和上平台，由此能够吸收在该致动器与该上平台之间产生的偏心和偏角，而不需要两者进行高精度的轴心对位(日语：軸合
わせ
)。
19.优选地，所述上平台由线性热膨胀系数为6
×
10
‑6/k以下的低热膨胀材料构成。
20.这样，如果上平台是低热膨胀材料，则能够发挥该上平台不易热变形这样悬挂形态的优点。即，由于利用连结部(例如，悬挂支柱)支撑上平台，因此能够以最小限度的数量和最小限度的尺寸制成该连结部，从而使连结部的热变形不易传递至上平台，能够发挥低热膨胀材料本来的功能(不易因晶圆与研磨垫的摩擦热而变形)。(三)有益效果
21.如上所述，根据本发明，能够提供一种平台的移动机构，其在悬挂形态的双面研磨装置中不促进平台的热变形，且能够使平台形状改变为各种形状。因此，当使用该双面研磨装置研磨晶圆的双面时，能够长期地使晶圆形状稳定化。
附图说明
22.图1是表示本发明的双面研磨装置的概况的部分放大图。图2是表示本发明的双面研磨装置的详情的图。图3是表示致动器的结构例的图。图4是针对实施例和比较例表示布寿命与gbir的关系的图。图5是表示受到平台形状精度的影响而变为不平行的研磨垫的例子的图。图6是表示研磨垫引起偏磨损的例子的图。图7是表示具备平台的移动机构的、现有双面研磨装置的例子的图。
具体实施方式
23.如上所述，以往，在长期性观点下为了将晶圆的加工精度保持为恒定，针对因受到平台的形状精度的影响且反复进行修整和研磨而发生的研磨垫的偏磨损而言，通过根据垫形状使平台形状改变进行对应。但是，在已有技术中存在以下问题：用于保持平台的金属制的盘的热变形会传递至该平台、平台形状仅能够向一个方向变形。
24.本发明人等针对上述问题进行深入研究。结果发现：与连结悬挂顶板和上平台的连结部相区别，在悬挂顶板与上平台之间且与连结部不同的位置设置致动器，通过该致动器使上平台形状改变，由此不促进平台的热变形，且能够使平台形状改变为各种形状。即，本发明人等发现：连结部只要连结悬挂顶板与上平台即可，因此如果以最小限度的数量和最小限度的尺寸制成连结部，则该连结部的热变形不会对上平台造成影响，另一方面，如果通过与连结部独立地设置的致动器来使上平台形状改变，则能够使该上平台形状改变为各种形状，进而完成了本发明。
25.即，本发明是一种双面研磨装置，具具备：下平台，其设置为能够以旋转轴为中心进行旋转，且上表面贴附有研磨垫；上平台，其设置为能够在所述下平台的上方进行上下移动，并能够以所述旋转轴为中心进行旋转，且下表面贴附有研磨垫；以及，悬挂顶板，其设置在所述上平台的上方，其特征在于，具备：连结部，其连结所述悬挂顶板和所述上平台；以及，致动器，其设置在所述悬挂顶板与所述上平台之间且与所述连结部不同的位置，并能够使上平台形状改变。
26.以下，基于附图对本发明的实施方式具体地进行说明，但是本发明不限于此。
27.图1表示本发明的双面研磨装置的概况。下平台1设置为能够以旋转轴ax为中心进行旋转，且上表面贴附有研磨垫7b。上平台2设置为能够在下平台1的上方进行上下移动，并能够以旋转轴ax为中心进行旋转，且下表面贴附有研磨垫7a。保持晶圆的载架(在修整时例如变更为修整器)8配置在下平台1与上平台2之间。
28.悬挂顶板3设置在上平台2的上方，且通过支柱6进行保持。连结部4连结悬挂顶板3和上平台2。因此，通过使悬挂顶板3上下移动，能够与之联动地使上平台2进行上下移动。
29.致动器5设置在悬挂顶板3与上平台2之间且与连结部4不同的位置，并能够使上平台2的倾斜(上平台形状)改变。在本例中，致动器5的个数是2个，但是只要是1个以上即可。另外，致动器5的位置只要是与连结部4不同的位置即可，没有特别限定。
30.在本例中，2个致动器5并排地配置在垂直于旋转轴ax的半径方向上。在这种情况
下，能够通过驱动2个致动器5中的任一个使半径方向上的上平台2的倾斜改变。
31.例如，在2个致动器5没有进行驱动的状态(以可伸缩于上下方向的状态且只是在悬挂顶板3与上平台2之间连接的状态)下，当下平台1的上表面与上平台2的下表面平行时，如果内侧(靠近旋转轴ax的一侧)的致动器5伸长，即，在使悬挂顶板3与上平台2之间的距离变宽的方向上进行驱动，则根据跷跷板原理，外侧(远离旋转轴ax的一侧)的致动器5在使悬挂顶板3与上平台2之间的距离变窄的方向上缩短。其结果为，上平台2倾斜为半径方向的内侧比外侧更低的状态。
32.另一方面，如果内侧的致动器5缩短，即，在使悬挂顶板3与上平台2之间的距离变窄的方向上进行驱动，则根据跷跷板原理，外侧的致动器5在使悬挂顶板3与上平台2之间的距离变宽的方向上伸长。其结果为，上平台2倾斜为半径方向的内侧比外侧更高的状态。
33.另外，对于上平台形状即上平台2的倾斜而言，能够通过改变致动器5的位置、或者通过在悬挂顶板3与上平台2之间设置多个致动器5并使规定的致动器5进行驱动，从而变形为各种形状。
34.因此，即使在因受到下平台1和上平台2的形状精度的影响且反复进行修整和研磨而导致研磨垫7a、7b偏磨损的情况下，也能够根据垫形状使上平台形状改变，因此从重复进行批量研磨这样的长期性观点来看，能够将晶圆的加工精度保持为恒定。
35.另外，连结部4只要连结悬挂顶板3与上平台即可，因此只要以最小限度的数量和最小限度的尺寸构成连结部4即可。因此，连结部4的热变形不会对上平台2造成影响。
36.图2表示本发明的双面研磨装置的详情。图2的(a)是表示上平台2、连结部4及致动器5的位置关系的平面图，图2的(b)是表示双面研磨装置的剖面图。图3表示致动器的结构例。
37.以下说明的双面研磨装置例如以具有下平台1、上平台2、太阳齿轮、及内齿轮的各驱动部的四向式为前提。但是，为了简化说明，在此省略太阳齿轮和内齿轮(参照图5和图6)的说明。
38.下平台1、上平台2、悬挂顶板3、连结部4、致动器5、支柱6、及研磨垫7a、7b，分别对应于图1的下平台1、上平台2、悬挂顶板3、连结部4、致动器5、支柱6、及研磨垫7a、7b。悬挂顶板3是以旋转轴ax为中心的圆板状，上平台2是以旋转轴ax为中心的环状。下平台1配置在未图示的太阳齿轮与内齿轮之间，且为能够以太阳齿轮(旋转轴ax)为中心进行自转的圆板状。
39.连结部4由配置在上平台2的半径方向的同一圆周c0上的多个悬挂支柱构成。在本例中，连结部4由配置在同一圆周c0上的6个悬挂支柱构成，但是该悬挂支柱的数量不限于此。其中，连结部4的一个目的是支承上平台2，因此为了稳定地支承上平台2，优选在同一圆周c0上配置3个以上。
40.连结部4的材质没有特别限定，例如可以是金属制。其中，为了避免连结部4的热变形对上平台2造成影响，优选将连结部4设定为最小限度的数量和最小限度的尺寸。
41.在后述的致动器5进行驱动时，连结部4作为利用跷跷板原理使上述上平台形状改变时的支点发挥功能。因此，为了作为该支点发挥功能，连结部4例如优选为圆柱状。
42.致动器5配置在上平台2的半径方向的同一圆周c1、c2上，且与配置有作为连结部2的多个悬挂支柱的同一圆周c0为不同的位置。在本例中，将配置有致动器5的同一圆周c1、
c2设为2个，但是该同一圆周也可以是1个，例如仅为c1和c2中的任一个。另外，致动器5的数量只要是1个以上即可，但是优选为3个以上。
43.在本例中，将配置在同一圆周c1上的致动器5的数量设为10个，将配置在同一圆周c2上的致动器5的数量也设为10个。这样，当将配置有致动器5的同一圆周c1、c2设为2个时，能够将配置在连结部4的内侧的同一圆周c1上的致动器5的数量，与配置在连结部4的外侧的同一圆周c2上的致动器5的数量设定为相同。但是，两者的数量也可以彼此不同。
44.这样，能够提供一种移动机构，当以旋转轴ax为中心时，将致动器5配置在与作为连结部4的悬挂支柱(的中心点)描绘的圆的pcd不同的pcd的圆周上，由此能够使上平台形状改变为各种形状。
45.具体而言，致动器5以作为连结部4的悬挂支柱为支点使上平台形状改变。即，在致动器5没有进行驱动的状态下，下平台1的上表面与上平台2的下表面彼此平行。在此状态下，如果致动器5的中的至少一个在使悬挂顶板3与上平台2之间的距离变宽或变窄的方向上进行驱动，则利用跷跷板原理使上平台2以连结部4为支点倾斜，使得下平台1的上表面与上平台2的下表面彼此变为不平行。
46.在此，说明致动器5的结构例。致动器5只要是能够局部地改变悬挂顶板3与上平台2之间的距离(上下方向的间隔)的机构即可，其动力源没有特别限定。例如，致动器5的动力源能够使用空气压等气体压力、油压等液体压力、电动力等。另外，对致动器5的动力供给能够从双面研磨装置的外部进行，或者，也能够在双面研磨装置的内部例如使用旋转连接器并经由平台旋转轴进行。
47.以下，对将使用空气压的气缸作为动力源的致动器5的例子进行说明。如图3所示，致动器5是气缸，且具备缸管9、以及在缸管9内可沿上下方向移动的活塞10。缸管9的上表面固定于悬挂顶板3的下表面。活塞10经由浮动接头11与上平台2结合。
48.另外，如果缸管9内的空气12的压力升高，则活塞10向下方移动，因此产生将上平台2向下方推压的力。另外，如果缸管9内的空气12的压力降低，则活塞10向上方移动，因此产生将上平台2向上方拉动的力。此时，浮动接头11吸收当活塞10的轴从中心轴x偏移时的偏心、或者活塞10的轴从中心轴x倾斜时的偏角等。
49.这样，由气缸构成致动器5，能够控制上平台形状即上平台2的倾斜。
50.另外，优选上平台2由线性热膨胀系数为6
×
10
‑6/k以下的低热膨胀材料(例如，金属材料)构成。另外，线性热膨胀系数越低越好，下限没有特别规定，例如可以设为0.1
×
10
‑6/k以上。此时，将连结部4设为最小限度的数量且为最小限度的尺寸，由此连结部4的热变形不易传递至上平台，从而能够发挥低热膨胀材料本来的功能(不易因晶圆与研磨垫的摩擦热而变形)。
51.根据以上的双面研磨装置，能够提供一种平台的移动机构，其能够应用于悬挂形态的双面研磨装置中，不促进平台的热变形，且能够使平台形状改变为各种形状。因此，当使用该双面研磨装置来研磨晶圆的双面时，能够长期地使晶圆形状稳定化。实施例
52.以下举出本发明的实施例对本发明详细地进行说明，但是这些说明不限定本发明。
53.(实施例)
使用以下所示的双面研磨装置，验证能够实现预定的gbir(global backside ideal range，全局背面理想范围)的布寿命(研磨垫的寿命)。在此，gbir是表示晶圆的平坦度的一种指标，是从背面基准平面至晶圆表面之间的距离的最大值与最小值的差。
54.·
双面研磨装置的详情利用具有下平台、上平台、太阳齿轮、内齿轮的各驱动部的四向式且20b尺寸的双面研磨装置。上平台和悬挂顶板通过配置在同一圆周上的6个悬挂支柱连结，各悬挂支柱的材料设为sus(不锈钢材)。下平台和上平台的材料设为在常温附近的热膨胀系数小的殷钢(热膨胀系数＝1.5
×
10
‑6/k～4.0
×
10
‑6/k)。
55.相对于配置有6个悬挂支柱的同一圆周的pcd，在具有比其小300mm的pcd的同一圆周上，即，从配置有6个悬挂支柱的同一圆周向内侧离开150mm的同一圆周上配置有10个致动器。另外，相对于配置有6个悬挂支柱的同一圆周的pcd，在具有比其大300mm的pcd的同一圆周上，即，从配置有6个悬挂支柱的同一圆周向外侧离开150mm的同一圆周上配置有10个致动器。
56.致动器设为以压缩空气作为驱动源的气缸，当调整上平台的倾斜时，从双面研磨装置的外部的供给源向该双面研磨装置内的致动器供给压缩空气，使致动器动作。
57.另外，当重复进行晶圆的研磨和修整时，根据垫形状使上平台形状即上平台的倾斜改变。其中，对于下平台和上平台的倾斜度，分别根据测量的半径轮廓(日语：半径
プロファイル
)算出，并调整为使得下平台的倾斜度与上平台的倾斜度的差在0.020μm/mm以下。
58.·
实验内容晶圆的加工(研磨)和测量条件如下。关于晶圆，使用直径为300mm的p型单晶硅晶圆。关于研磨垫，使用肖氏a硬度85的发泡聚氨酯垫。关于载架，在钛基板上使用了在玻璃纤维中浸渍有环氧树脂的frp作为衬嵌物。载架以5片为1组安装于上述双面研磨装置，晶圆在每一片载架上安装1片。关于浆料，使用以氢氧化钾为基质且ph为10.5的浆料，含有氧化硅砥粒，砥粒平均粒径为35nm，砥粒浓度为1.0wt％。
59.关于加工载荷，设定为180gf/cm2。关于加工时间，根据研磨率进行反算并设定为使得晶圆的中心厚度的批次平均值收敛于775
±
0.5μm。关于各驱动部的旋转速度，设定为：上平台是
‑
13.4rpm，下平台是35rpm，太阳齿轮是25rpm，内齿轮是7rpm。关于研磨垫的修整，通过将电沉积有钻石砥粒的修整片在流过纯水同时与上下的各研磨垫以120gf/cm2滑动接触来进行。滑动接触时间设为5分钟，频率为每隔5批次实施。对于加工后的晶圆以条件(nh4oh：h2o2：h2o＝1：1：15)进行sc
‑
1清洗。
60.·
gbir的计算根据以上的实验内容，反复进行晶圆的研磨和修整，对清洗后的晶圆测量其平坦度，并且算出gbir。另外，对于平坦度，使用kla tencor的wafersight对清洗后的晶圆进行测量。将晶圆的从边缘起算2mm的区域除外来计算gbir。
61.(比较例)
·
双面研磨装置的详情在比较例中，使用在上述实施例的双面研磨装置中不具有致动器(气缸)的装置。即，使用了不使上平台形状改变，且下平台的上表面与上平台的下表面始终为平行状态的双面研磨装置。
·
实验内容关于晶圆的加工和测量条件，设为与上述实施例的实验内容相同的条件。
·
gbir的计算通过与上述实施例相同的计算方法进行gbir的计算。
62.(验证结果)图4针对实施例和比较例示出布寿命与gbir的关系。在该图中，横轴表示布寿命，对应于批次处理数(累积值)。纵轴表示gbir。另外，在实施例和比较例中都是1点为1批次5片的平均值。
63.在此，gbir和布寿命都以比较例为基准进行规格化，由此使实施例的效果明确化。即，gbir随着批处理数(累积值)的增加而逐渐增加。于是，将比较例中的晶圆的gbir达到预定值的时点设为规格值1，且将当gbir是规格值1时的批处理数(累积值)设为布寿命(平均寿命)的规格值1。
64.另外，在实施例中，将gbir达到预定值的时点的批处理数(累积值)设为实施例中的布寿命(平均寿命)，并验证实施例中的布寿命为何种程度。
65.根据该图明显可知，在gbir的监视推移中，实施例和比较例都是在批处理数(累积值)较少的阶段在0.4附近。但是，相对于比较例的布寿命(规格值1)，实施例的布寿命为约1.4。即，相对于比较例而言，确认了在实施例中，收敛在gbir的规格值1以下的布寿命提升了约1.4倍。
66.根据以上结果可知，证明了实施例中，当使用双面研磨装置研磨晶圆的双面时，能够长期地使晶圆形状稳定化。
67.如上所述，根据本发明，能够提供一种平台的移动机构，其在悬挂形态的双面研磨装置中不促进平台的热变形，且能够使平台形状改变为各种形状。因此，当使用该双面研磨装置来研磨晶圆的双面时，能够长期地使晶圆形状稳定化。
68.另外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为示例说明，凡具有与本发明的权利要求书所记载的技术思想实质上同样的构成并产生相同作用效果的任何方案都包含在本发明的技术范围内。