JP2000280167A

JP2000280167A - キャリアプレート及びこれを用いた両面研磨装置

Info

Publication number: JP2000280167A
Application number: JP8891199A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Morioka; 裕之森岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】被加工物Ｗとキャリアプレート１の内壁面が衝
突することにより、被加工物Ｗに欠けや割れ、あるいは
スクラッチ傷を生じることがなく、長寿命のキャリアプ
レート１を提供し、このキャリアプレート１を両面研磨
装置に組み込んだ時には、優れた研磨精度を長期間にわ
たり安定して得られるようにする。【解決手段】略円盤状体２をなすキャリアプレート１の
少なくとも被加工物Ｗを収容する収納孔１ａの内壁部を
セラミックスにより形成するとともに、その内壁面には
環状の溝３ａを設け、この溝３ａに軟質の樹脂を充填し
て衝撃緩和帯４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス、セラミッ
クス、あるいは単結晶体等の板状をした被加工物を収容
する複数個の収納孔を備えたキャリアプレートとこれを
用いて上記被加工物の両面を研磨する両面研磨装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス、セラミックス、あるいは
単結晶体等の板状をした被加工物、例えばＧａＡｓ、Ｇ
ａＰ、ＩｎＰ、Ｓｉ等の単結晶体からなる半導体ウエハ
の両面を研磨するために両面研磨装置が用いられてい
る。

【０００３】図５（ａ）（ｂ）に従来の両面研磨装置の
概略を示すように、円盤状をした上定盤２２と下定盤２
３とが互いに対向して配設されており、各定盤２２，２
３の中心には軸２１が挿通されている。上定盤２２と下
定盤２３の対向面にはクロスパッドと呼ばれる研磨布２
４，２５が各々貼り付けられており、上下の定盤２２，
２３間には、図６に示すような被加工物Ｗを収容する複
数個（図６では４つ）の収納孔２６ａを備えた略円盤状
体をしたキャリアプレート２６が複数枚挟み設置されて
いる。

【０００４】軸２１には各キャリアプレート２６の外周
に設けられたギア２６ｂと噛合するサンギア２７が固定
されており、各キャリアプレート２６の外側にはギア２
６ｂと噛合するインターナルギア２８が設けられてい
る。

【０００５】そして、インターナルギア２８を不図示の
駆動手段により軸２１を中心として回転させると、各キ
ャリアプレート２６が自転しながら軸２１を中心に公転
し、各キャリアプレート２６の収納孔２６ａ内に収容さ
れた被加工物Ｗが上下の定盤２２，２３に貼設された研
磨布２４，２５と摺動するため、この状態で上下の定盤
２２，２３間に研磨液を供給することにより被加工物Ｗ
の両面を削って研磨するようになっていた。

【０００６】そして、これまで被加工物Ｗを収容するキ
ャリアプレート２６は、樹脂、ガラス、金属、あるいは
ガラス繊維に樹脂を含浸させたガラスエポキシなどの樹
脂複合材により形成したものがあった（特開平５−１６
９３６５号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、キャリアプ
レート２６を樹脂により形成したものでは、研磨液に対
する耐薬品性や耐摩耗性が低いため、寿命が短く、ガラ
ス製のキャリアプレート２６では、欠けが発生し易く、
収納孔２６ａの開口エッジに欠けが発生すると、その破
片が被加工物Ｗを傷付け、ギア２６ｂに欠けが発生する
と、その破片がサンギア２７やインナーギア２８との間
に噛み込んでキャリアプレート２６の回転を阻害し、研
磨精度に悪影響を与える恐れがあった。また、キャリア
プレート２６を金属により形成したものでは、被加工物
Ｗが半導体ウエハなどの脆性材料である場合、被加工物
Ｗが収納孔２６ａの内壁面と衝突すると被加工物Ｗに欠
けや割れ等を発生させ、破損させるといった課題があっ
た。

【０００８】さらに、キャリアプレート２６をガラスエ
ポキシなどの樹脂複合材により形成したものでは、被加
工物Ｗが収納孔２６ａの内壁面と繰り返し衝突すること
により、内壁面を形成する樹脂がガラス繊維より先に摩
耗してガラス繊維が毛羽だった状態で露出するため、被
加工物Ｗに掻き傷を付けるといった課題があった。

【０００９】しかも、キャリアプレート２６をガラスや
金属あるいは樹脂複合材で形成したものでも、被加工物
Ｗとの摺動により比較的短期間で収納孔２６ａの内壁面
が摩耗して寿命となるといった問題点もあった。

【００１０】そこで、このような課題を解決するものと
して、特開平６−３０４８５９号公報には、ガラス繊維
を熱硬化性樹脂で固化させた２枚の硬質シートの間に、
柔軟性のあるポリエステル繊維を熱硬化性樹脂で固化さ
せた軟質シートを介挿させ、しかるのち熱プレスするこ
とで一体化したキャリアプレート２６が提案されてい
る。

【００１１】このキャリアプレート２６によれば、研磨
布２４，２５と摺動する上下面は、比較的硬質の樹脂複
合材からなるため、寿命を延ばすことができ、被加工物
Ｗが主に衝突しやすい貫通孔２６ａの内壁面中央は、軟
質の樹脂複合材からなるため、被加工物Ｗを傷付けるこ
とがないといった利点があることが述べられている。し
かし、キャリアプレート２６の厚みは１ｍｍ以下（通
常：０．２〜０．８ｍｍ程度）と薄肉であるため、特開
平６−３０４８５９号公報のように３層構造とすると、
キャリアプレート２６の厚みに対して硬質シートが占め
る割合が少なく、キャリアプレート２６の強度や剛性が
低くなるため、被加工物Ｗを精度良く保持できなくな
り、所望の研磨精度に仕上げることができなくなる恐れ
があった。しかも、３層構造とすると構造が複雑とな
り、製造工程も増えるため、非常に高価なものになると
いった不都合もあった。

【００１２】

【発明の目的】本発明の目的は、板状の被加工物が衝突
しても被加工物に欠けや割れ、あるいは傷等を発生させ
ることがなく、かつ耐摩耗性に優れた寿命の長いキャリ
アプレートと、このキャリアプレートを用いることによ
り、被加工物の優れた研磨精度を長期間にわたり安定し
て得られる両面研磨装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
課題に鑑み、板状の被加工物を収容する複数個の収納孔
を備えた略円盤板状体であって、少なくとも上記収納孔
の内壁部がセラミックスからなり、上記収納孔の内壁面
には環状の溝を設けるとともに、この溝に軟質の樹脂を
充填して衝撃緩和帯を形成することによりキャリアプレ
ートを構成したものである。

【００１４】また、本発明は、上記キャリアプレート
を、互いに対向する上定盤と下定盤との間に、回転可能
に介挿して両面研磨装置を構成し、上記キャリアプレー
トの収納孔内に板状の被加工物を収容したあと、上記キ
ャリアプレートを上定盤と下定盤との間で回転させつつ
研磨液を供給することにより、被加工物の両面を平坦に
研磨するようにしたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１６】図１（ａ）は本発明のキャリアプレート１
を示す斜視図、図１（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図で
あり、外周にギア１ｂを有する略円盤状体２であって、
該略円盤状体２には等間隔に４つの貫通孔２ａを形成し
てある。

【００１７】また、貫通孔２ａ内には、略円盤状体２と
同程度の厚みを有するセラミック製リング３を嵌入し、
接着や圧入等の手段により接合してあり、このセラミッ
ク製リング３の内側を被加工物を収容するための収納孔
１ａとしてあり、内壁面中央には環状の溝３ａを刻設
し、この溝３ａに軟質の樹脂を充填して衝撃緩和帯４を
形成してある。

【００１８】次に、図１に示すキャリアプレート１を備
えた両面研磨装置を図２に説明する。なお、従来例と同
一部分については同一符号で示す。

【００１９】この両面研磨装置は、円盤状をした上定盤
２２と下定盤２３を互いに対向して配設してなり、各定
盤２２，２３の中心には軸２１を挿通させてある。上定
盤２２と下定盤２３の対向面にはそれぞれクロスパッド
と呼ばれる研磨布２４，２５を貼り付けてあり、上下の
定盤２２，２３間には、被加工物Ｗを収容する収納孔１
ａを備えた図１のキャリアプレート１を複数枚介挿させ
てある。

【００２０】軸２１には各キャリアプレート１の周囲に
設けられたギア１ｂと噛合するサンギア２７を固定して
あり、各キャリアプレート１の外側にはギア１ｂと噛合
するインターナルギア２８を設けてある。

【００２１】そして、インターナルギア２８を不図示の
駆動手段により軸２１を中心として回転させると、各キ
ャリアプレート１が自転しながら軸２１を中心に公転
し、各キャリアプレート１の貫通孔１ａ内に収容された
被加工物Ｗが上下の定盤２２，２３に貼設された研磨布
２４，２５と摺動し、この状態で上下の定盤２２，２３
間に研磨液を供給することにより被加工物Ｗの両面を削
って研磨することができる。

【００２２】そして、本発明によれば、少なくとも被加
工物Ｗを収容する収納孔１ａの内壁面が硬質で耐摩耗性
に優れるとともに、研磨液に対して優れた耐薬品性を有
するセラミックスからなるため、被加工物Ｗを収容する
収納孔１ａ近傍の剛性が高く、被加工物Ｗを精度良く保
持できるとともに、長期間にわたって使用でき、内壁面
中央には軟質の樹脂からなる衝撃緩和帯４を設けてある
ことから、キャリアプレート１の回転に伴い被加工物Ｗ
が内壁面と衝突しても、被加工物Ｗを傷付けたり破損さ
せることがない。

【００２３】その為、被加工物Ｗを所望の精度に精度良
く研磨することができるとともに、キャリアプレート１
自体、長期間にわたって使用することができる。

【００２４】ところで、略円盤状体２を形成する材質と
しては、研磨液に対する適度な耐薬品性と剛性を有する
ものであれば良く、従来より使用されている金属やガラ
ス繊維を熱硬化性樹脂で固めた樹脂複合材などを用いる
ことができる。

【００２５】セラミック製リング３を形成するセラミッ
クスとしては、ビッカース硬度が８００以上の高硬度
で、かつ３点曲げ強度が２０００ｋｇ／ｃｍ²以上の高
強度を有する、アルミナセラミックス、ジルコニアセラ
ミックス、炭化珪素質セラミックス、窒化珪素質セラミ
ックス、窒化アルミニウム質セラミックス等を用いるこ
とができる。

【００２６】また、衝撃緩和帯４を形成する軟質の樹脂
としては、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、
シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、
ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリエーテル
エーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール樹
脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）等を用
いることができ、少なくてもショア硬さで６０以下を有
するものであれば良い。さらに、セラミック製リング３
の内壁面に形成する溝３ａの断面形状としては、図３
（ａ）に示すＵ字形状、図３（ｂ）に示す四角形状、図
３（ｃ）に示す三角形状等さまざまな形状を採用するこ
とができる。ただし、収納孔１ａを断面視した時に、溝
３ａの幅Ａがその他の部分の幅Ｂの０．５倍未満である
と、被加工物Ｗが衝突する際に衝撃緩和帯４と衝突させ
ることができず、硬質のセラミックスからなる内壁面と
衝突して被加工物Ｗを破損させる恐れがあり、逆に溝３
ａの幅Ａがその他の部分の幅Ｂの２倍より大きくなる
と、溝３ａ周縁の剛性が大幅に低下するため、破損する
恐れがある。

【００２７】その為、収納孔１ａを断面視した時に、溝
３ａの幅Ａはその他の部分の幅Ｂの０．５〜２倍、好ま
しくは１〜１．５倍とすることが良い。

【００２８】また、溝３ａの深さＨは、深すぎるとセラ
ミック製リング３の剛性が大きく低下するため、溝３ａ
の深さＨは幅Ａに対して０．５倍〜１倍の範囲で設ける
ことが良い。

【００２９】ただし、セラミック製リング３の総厚み
（Ａ＋２Ｂ）は、被加工物Ｗの厚みよりも若干薄いこと
が必要である。

【００３０】このようなキャリアプレート１を製作する
には、金属や樹脂複合材からなる板状体に切削加工を施
して、外周にギア１ｂを有するとともに、４つの貫通孔
２ａを備えた略円盤状体２を製作する。

【００３１】一方、貫通孔２ａに嵌入するセラミック製
リング３は、例えばアルミナセラミックスにより形成す
る場合には、アルミナ粉末を主成分とし、焼結助剤とし
てＳｉＯ₂，ＭｇＯ，ＣａＯの少なくとも１種を添加し
た原料粉末を、ジルコニアセラミックスにより形成する
場合には、ジルコニア粉末を主成分とし、安定化剤とし
てＹ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＣａＯ，ＣｅＯ₂，Ｄｙ₂Ｏ₃の
少なくとも１種を添加した原料粉末を、炭化珪素質セラ
ミックスにより形成する場合には、炭化珪素粉末を主成
分とし、焼結助剤としてＢとＣを添加した原料粉末を、
窒化珪素質セラミックスにより形成する場合には、窒化
珪素粉末を主成分とし、焼結助剤としてＢとＣ、又はＡ
ｌ₂Ｏ₃とＹ₂Ｏ₃を添加した原料粉末を、窒化アルミ
ニウム質セラミックスにより形成する場合には、窒化ア
ルミニウム粉末を主成分とし、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃
やＥｒなどの希土類酸化物を添加した原料粉末をそれぞ
れ用いれば良い。

【００３２】そして、これらの原料粉末を一軸加圧成形
法や等加圧成形法、さらにはコールドアイソスタティッ
クプレス法（ＣＩＰ）等の公知のセラミック成形法にて
成形し、しかるのち、切削加工を施してリング状をな
し、内壁面中央に環状の溝３ａを備えた成形体とする。

【００３３】そして、成形体がアルミナセラミックスで
ある時には、１６００〜１８００℃の大気雰囲気下や酸
素雰囲気下で、ジルコニアセラミックスである時には、
１２００〜１４００℃の大気雰囲気下や酸素雰囲気下
で、炭化珪素質セラミックスである時には、１８００〜
２０００℃の真空雰囲気下や不活性ガス雰囲気下で、窒
化珪素質セラミックスである時には、１８００〜２００
０℃の真空雰囲気下や不活性ガス雰囲気下で、窒化アル
ミニウム質セラミックスである時には、１８００〜２０
００℃の真空雰囲気下や不活性ガス雰囲気下でそれぞれ
焼成することで、セラミック製リング３を形成する。

【００３４】そして、このセラミック製リング３を接着
や圧入にて略円盤状体２の貫通孔２ａ内に接合すること
で得ることができる。

【００３５】なお、図１では、被加工物Ｗを収容する収
納孔１ａ近傍のみをセラミックスにより形成した例示し
たが、図４に示すように収納孔１ａを含め略円盤状体２
全体を前述したセラミックスにより形成したものであっ
ても良いことは言うまでもない。

【００３６】

【実施例】（実施例１）ここで、本発明のキャリアプレ
ート１と従来のキャリアプレート２６を用意し、これら
のキャリアプレート１，２６を両面研磨装置に組み込ん
で、シリコンウエハの研磨を行い、研磨後におけるシリ
コンウエハの傷や欠けの有無について調べる実験を行っ
た。

【００３７】本実験では、いずれもキャリアプレート
１，２６をガラス繊維をエポキシ樹脂で固めた樹脂複合
材により厚みが０．８ｍｍの略円盤状体２に形成し、従
来のキャリアプレート２６には直径が１５３ｍｍの貫通
孔２６ａを等間隔に５個穿孔し、本発明のキャリアプレ
ート１には直径１６０ｍｍの貫通孔１ａを等間隔に５個
穿孔するとともに、これらの貫通孔１ａ内に、内径１５
３ｍｍ、外径１６０ｍｍ、厚み０．８ｍｍのアルミナセ
ラミックスからなるセラミック製リング３をそれぞれ嵌
入し、エポキシ系の接着剤にて接着固定した。なお、セ
ラミック製リング３の内壁面中央には幅Ａが０．３ｍ
ｍ、深さＨが０．２ｍｍの断面形状はＵ字形状をした環
状の溝３ａを形成し、この溝３ａにフッ素樹脂を内壁面
と同一面まで充填して衝撃緩和帯４を形成した。

【００３８】そして、これらのキャリアプレート１，２
６を２枚ずつ合計４枚を両面研磨装置の上定盤２２と下
定盤２３との間のあるサンギア２７とインナーギア２８
との間にギア同士を噛み合わせて設置するとともに、各
キャリアプレート１，２６の貫通孔１ａ，２６ａ内に６
インチのシリコンウエハを収容して、シリコンウエハの
両面研磨を施し、従来のキャリアプレート２６と本発明
のキャリアプレート１によりそれぞれ１０枚のシリコン
ウエハを研磨し、この作業を１０回繰り返すことでそれ
ぞれ１００枚のシリコンウエハを研磨した。

【００３９】この結果、従来のキャリアプレート２６を
用いたものでは、１００枚中８枚のシリコンウエハの外
周に微小な欠けやスクラッチ傷が見つかった。

【００４０】これに対し、本発明のキャリアプレートを
用いたものでは、１００枚全てのシリコンウエハに欠け
やスクラッチ傷は見られず、優れていることが確認でき
た。（実施例２）次に、実施例１の研磨試験を１ヶ月にわた
って続け、約５０００枚のシリコンウエハの両面研磨を
行い、キャリアプレート１，２６の耐久性について調べ
る実験を行った。

【００４１】この結果、従来のキャリアプレート２６
は、貫通孔２６ａの開口エッジに摩耗が発生し、約０．
０３ｍｍ平坦度が損なわれた。その為、研磨後のシリコ
ンウエハの平坦度を測定したところ、最後から１０枚の
シリコンウエハにおける平坦度の平均値は０．８μｍで
あった。

【００４２】これに対し、本発明のキャリアプレート１
を用いたものは、１ヶ月の稼働後でも貫通孔１ａの開口
エッジには摩耗が見られず、加工後のシリコンウエハの
平坦度を測定すると、最後から１０枚のシリコンウエハ
における平坦度は０．３μｍで、殆ど平坦度の劣化が見
られなかった。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、板状の
被加工物を収容する複数個の貫通孔を備えた略円盤板状
体であって、少なくとも上記貫通孔の内壁部がセラミツ
クスからなり、上記貫通孔の内壁面には環状の溝を設
け、この溝に樹脂を充填して衝撃緩和帯を形成すること
によりキャリアプレートを構成したことから、被加工物
が貫通孔の内壁面と衝突したとしても衝撃緩和帯の存在
により被加工物に欠けや割れ、あるいはスクラッチ傷等
を発生させることがなく、また、貫通孔近傍は十分に大
きな剛性を有することから、被加工物を精度良く保持す
ることができるとともに、研磨液に対する耐薬品性や定
盤との摺動に対する耐摩耗性に優れることから、長寿命
である。

【００４４】その為、本発明のキャリアプレートを、互
いに対向する上定盤と下定盤との間に回転可能に介挿し
て両面研磨装置を構成し、上記キャリアプレートの貫通
孔内に板状の被加工物を収容するとともに、上記キャリ
アプレートを上定盤と下定盤との間で回転させつつ研磨
液を供給することにより、長期間にわたって所望の研磨
精度に被加工物の両面を研磨することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係るキャリアプレートの一例
を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【図２】（ａ）は本発明に係る両面研磨装置の概略を示
す一部を破断した平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断
面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、収納孔の内壁面中央に形成
する溝のさまざまな断面形状を示す図である。

【図４】本発明に係るキャリアプレートの他の例を示す
斜視図である。

【図５】（ａ）は従来の両面研磨装置の概略を示す一部
を破断した平面図、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ線断面図で
ある。

【図６】従来のキャリアプレートを示す斜視図である。

【符号の説明】

１，２６：キャリアプレート１ａ，２６ａ：収納孔
１ｂ，２６ｂ：ギア２：略円盤状体３：セラミック製リング３ａ：溝
４：衝撃緩和帯２１：軸２２：上定盤２３：下定盤２４，２５：
研磨布２７：サンギア２８：インターナルギアＷ：被加工
物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状の被加工物を収容する複数個の収納孔
を備えた略円盤板状体であって、少なくとも上記収納孔
の内壁部がセラミックスからなり、上記収納孔の内壁面
には環状の溝を設け、該溝に軟質の樹脂を充填して衝撃
緩和帯を設けたことを特徴とするキャリアプレート。
【請求項２】互いに対向する上定盤と下定盤との間に、
板状の被加工物を収容する複数個の収納孔を備えた略円
盤板状体であって、少なくとも上記収納孔の内壁部がセ
ラミックスからなり、上記収納孔の内壁面には環状の溝
を設け、該溝に軟質の樹脂を充填して衝撃緩和帯を形成
してなるキャリアプレートを介挿してなり、上記キャリ
アプレートの収納孔内に板状の被加工物を収容し、上記
キャリアプレートを上定盤と下定盤との間で研磨液を供
給しつつ回転させることにより、上記被加工物の両面を
平坦に研磨するようにしたことを特徴とする両面研磨装
置。