JP2001287155A - 研磨用キャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 品質上の信頼性・生産性を高めること、研磨
布への負荷を減少させることおよび被研磨物における外
周部の損傷発生を防止する。 【解決手段】 研磨布が設けられた上下の定盤間に配設
された、半導体ウェーハＷを収容、位置決めする貫通孔
１ａを有する研磨用キャリアであって、キャリア本体１
は、研磨状態において、研磨布が設けられた定盤間によ
って半導体ウェーハＷと共に挟圧保持され、かつ半導体
ウェーハＷの厚さと同一の厚さとなるような伸縮部材に
よって形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被研磨物を研磨する場合に用いられる研磨用キャリアに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化・高密
度化に伴い、半導体ウエハの表面を高精度に平坦化する
技術が要求されてきている。特に、ウエハ外周縁につい
ては、除外領域を可能な限り少なくしたいという要望も
加わり、平坦度を高めることが不可欠なものとなってい
る。

【０００３】一方、半導体ウエハの研磨は、例えば図２
に示すような研磨用キャリアをウエハの位置決め部材と
して用い、図３に示すような研磨装置によって行われ
る。この半導体ウエハの研磨につき、図２および図３を
用いて説明する。半導体ウエハの研磨に際し、まず、歯
車付きの研磨キャリア１００の貫通孔１００ａに半導体
ウエハＷを収容、位置決めする。その後、前記研磨キャ
リア１００を研磨布Ｓ１、Ｓ２が設けられた上下両定盤
１０１、１０２によって狭圧保持すると共に、半導体ウ
エハＷと各研磨布Ｓ１、Ｓ２との間に研磨液を供給しな
がら、上下各定盤１０１、１０２を互いに反対の方向に
回転させる。

【０００４】この研磨の際、研磨キャリア１００は、太
陽歯車１０３および内歯車１０４によって遊星運動（公
転・自転）する。したがって、半導体ウエハは、研磨キ
ャリア１００によって遊星運動（公転・自転）しなが
ら、上下に配された研磨布Ｓ１、Ｓ２によって研磨され
る。

【０００５】ところで、このように研磨される半導体ウ
エハＷにおいて、良好な平坦度を得るためには、研磨用
キャリア１００のキャリア本体の厚さと半導体ウエハＷ
の研磨仕上がり厚さとの差が小さいないこと（差がない
ことが最善）が必要とされている。

【０００６】即ち、従来の半導体ウエハＷの研磨装置に
あっては、キャリア本体の厚さが半導体ウエハＷの研磨
開始時厚さより小さく設定され、また半導体ウエハＷの
研磨する研磨布は軟性材料によって形成されている。そ
のため、図４に示すように、半導体ウエハＷの研磨は、
半導体ウエハＷが研磨布Ｓ１、Ｓ２に沈み込んだ状態で
行われる。このように、半導体ウエハＷが研磨布Ｓ１、
Ｓ２に沈み込んだ状態で研磨が行われると、半導体ウエ
ハＷの外周部にかかる研磨布Ｓ１、Ｓ２の面圧が他の部
分に比較して特異的に高くなり、ウエハ外周縁に過度な
研磨による、いわゆるだれが発生し、良好な平坦度を得
ることができない。

【０００７】この問題を解決するため、従来、超音波あ
るいは静電容量によって上下両定盤１０１、１０２間の
距離を常時測定し、この距離が予め設定された距離に到
達することを検知し、自動的に研磨を終了するようにな
していた。これによって、研磨用キャリア１００のキャ
リア本体の厚さと半導体ウエハＷの仕上がり厚さの差の
ばらつき発生を防止し、良好な平坦度を有する半導体ウ
エハＷを得ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した、
超音波あるいは静電容量によって上下両定盤間の距離を
常時測定し、この測定値が予め設定された距離に到達し
たことを検知し、自動的に研磨を終了するようなした研
磨装置にあっては、研磨開始時の半導体ウエハの厚さが
異なるため、半導体ウエハＷ毎に研磨時間が異なり、研
磨取り代は一定ではなかった。その結果、研磨取り代が
多すぎる場合には、研磨時間が長くなり、生産性が低下
するばかりか、研磨布への負荷が増大し、研磨布の寿命
を短くするという課題があった。一方、研磨取り代が少
なすぎる場合には、十分な研磨を行うことができず、品
質上の信頼性が低下するという課題があった。更に、上
下両定盤間の距離を検出する検出手段を備えるため、研
磨装置自体が高価になるという課題があった。

【０００９】また、この種の半導体ウエハの研磨に用い
られる研磨用キャリアにおいては、キャリア全体が研磨
時の負荷に耐え得るに十分な強度をもつ材料（剛性部
材）によって形成されている。そのため、研磨時に半導
体ウエハが貫通孔内で移動することによって、ウエハ外
周縁（外周部端面）が貫通孔の内面と擦れ、半導体ウエ
ハの外周縁（外周部端面）が損傷するという不都合があ
った。

【００１０】本発明は、このような技術的課題を解決す
るためになされたもので、上下両定盤間の距離を検出す
る検出手段を備える研磨装置を用いることなく、良好な
平坦度を有する半導体ウエハを得ることができ、半導体
ウエハの外周縁が損傷することのない研磨用キャリアを
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
になされた研磨用キャリアは、研磨布が設けられた定盤
間に配設され、被研磨物を収容、位置決めする貫通孔を
有する研磨用キャリアであって、前記研磨用キャリアの
キャリア本体は、その厚さ方向に伸縮する伸縮部材を少
なくとも備え、研磨状態において、研磨布が設けられた
前記定盤によって被研磨物と共に狭圧保持されることに
より、被研磨物の厚さと同一の厚さとなるように構成さ
れている。

【００１２】このように構成されているため、研磨加工
中、キャリア本体が厚さ方向に伸縮し、研磨布に対する
研磨用キャリアの接触面と被研磨物の研磨面が、同一の
面上（同一高さ面上）に位置付けられる。したがって、
被研磨物の外周部にかかる研磨布の面圧が均一となり、
被研磨物外周縁に生ずる過度な研磨による、いわゆるだ
れが抑制され、被研磨物は良好な平坦度を得ることがで
きる。

【００１３】ここで、前記キャリア本体が、二つの剛性
部材と、前記剛性部材間に介装された伸縮部材とから構
成されていることが望ましい。このように、キャリア本
体が、二つの剛性部材と、前記剛性部材間に介装された
伸縮部材とから構成されているため、前記したようにキ
ャリア本体が厚さ方向に伸縮し、研磨布に対する研磨用
キャリアの接触面と被研磨物の研磨面が、同一の面上
（同一高さ面上）に位置付けられる。

【００１４】なお、剛性部材、伸縮部材の材質は特に限
定されるものではないが、前記伸縮部材が粘弾性体から
なることが望ましく、また伸縮部材が不織研磨布によっ
て形成されていることが望ましい。

【００１５】また、前記研磨用キャリア本体の厚さが、
被研磨物と同一か、またはそれ以上の寸法に設定されて
いることが望ましい。このように研磨用キャリア本体の
厚さが設定されているため、研磨加工によって、被研磨
物の厚さが被研磨物の仕上がり厚さにおける許容寸法の
最大寸法以下になった際、研磨布に対する研磨用キャリ
アの接触面と被研磨物の研磨面が、同一の面上（同一高
さ面上）に位置する。そして、それ以降の研磨加工で
は、研磨布に対する研磨用キャリアの接触面と被研磨物
の研磨面が、同一の面上（同一高さ面上）に位置し、良
好な研磨加工がなされる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
図１に基づいて説明する。図１（ａ）および（ｂ）は本
発明の第一の実施形態にかかる研磨用キャリア（キャリ
ア本体の）要部断面図で、同図において、図２、図３と
同一部材、相当部材は、同一の符号を付し、詳細な説明
は省略する。

【００１７】同図において、研磨用キャリアは、剛性部
材２および弾性部材３を備えた平面円形状のキャリア本
体１と、太陽歯車１０３および内歯車１０４（図２参
照）と噛合する外周部に設けられた歯車部とから構成さ
れている。そして、研磨用キャリアは、従来の場合と同
様に、研磨布が設けられた上下の定盤（図１に図示せ
ず）間に配設されている。

【００１８】また、前記キャリア本体１は、半導体ウエ
ハＷを収容、位置決めする複数の貫通孔１ａ（一個のみ
図示）を有している。また、前記キャリア本体１は、上
下面の剛性部材２ａ、２ｂと、前記剛性部材２ａ、２ｂ
間に介装された伸縮部材３とから構成されている。前記
伸縮部材３は、研磨加工中、図１（ｂ）に示すように研
磨布Ｓ１、Ｓ２が設けられた定盤（図３参照）によっ
て、半導体ウエハＷと共に挟圧保持されると、キャリア
本体１の厚さ方向に収縮される。これにより、半導体ウ
エハＷの研磨面Ｗ１、Ｗ２は、キャリア本体１の表面と
同一高さになり（同一面上に位置になり）、その状態で
半導体ウエハＷは研磨される。

【００１９】なお、前記伸縮部材３（キャリア本体１）
は、研磨布Ｓ１、Ｓ２が設けられた定盤（図３参照）に
よる挟圧状態が解除されると、図１（ｂ）に示す状態か
ら同図（ａ）に示す状態になるまで、キャリア本体の厚
さ方向に伸張して初期（挟圧前）の厚さに復帰する。

【００２０】また、キャリア本体１の厚さは、半導体ウ
エハＷの仕上がり厚さにおける許容寸法の最大寸法に設
定されている。キャリア本体１が前記厚さに設定されて
いるため、研磨加工によって、半導体ウエハＷの厚さが
半導体ウエハＷの仕上がり厚さにおける許容寸法の最大
寸法以下になった際、研磨布に対するキャリア本体１の
各接触面と半導体ウエハＷの研磨面Ｗ１、Ｗ２が、同一
の面上に位置する（図１（ｂ）参照）。そして、それ以
降の研磨加工では、研磨布に対するキャリア本体の各接
触面と半導体ウエハＷの研磨面Ｗ１、Ｗ２が、常に同一
の面上に位置する状態が維持されながら、研磨加工がな
される。

【００２１】また、前記剛性部材２は、研磨時に研磨布
Ｓ１、Ｓ２に対する接触面ａ、ｂをそれぞれ有する二つ
の外装部材２ａ、２ｂからなり、全体が例えばエポキシ
系などの硬質プラスチック素材（エポキシガラスなど）
や繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、金属、セラミック
あるいは複合材（ステンレス樹脂コーティング処理を施
したものなど）によって形成されている。

【００２２】また、伸縮部材３は弾性部材によって形成
され、両剛性部材２ａ、２ｂ間に接着剤あるいは粘着剤
によって介装されている。具体的には、伸縮部材３は、
バルクのゴム材あるいは発泡性ゴム材からなるゴム状弾
性体、または不織布、プラスチック、複合材からなる粘
弾性体によって形成されている。

【００２３】また、前記伸縮部材３（弾性部材）は、半
導体ウエハＷの仕上がり厚さにおける許容寸法の最大寸
法の厚さをもって、貫通孔１ａを臨んで形成され、前記
貫通孔１ａに収容された半導体ウエハＷの外周部端面と
接するように配設されている。このように、前記伸縮部
材３（弾性部材）が、半導体ウエハＷの仕上がり厚さに
おける許容寸法の最大寸法の厚さをもって、貫通孔を臨
んで形成されているため、研磨加工中、半導体ウエハＷ
が貫通孔内部を移動した際、半導体ウエハＷの外周部端
面は伸縮部材３（弾性部材）と接触する。このとき、半
導体ウエハＷの外周部端面は伸縮部材３（弾性部材）に
よって、接触の衝撃力が緩和され、破損、損傷が防止さ
れる。

【００２４】このように構成された研磨用キャリアにお
いては、研磨布Ｓ１、Ｓ２が設けられた定盤（図３参
照）によって、研磨時に図１（ａ）に示す状態から同図
（ｂ）に示す状態になるまで伸縮部材３（弾性部材）３
が厚さ方向に収縮させられ、研磨布Ｓ１、Ｓ２に対する
剛性部材２（外装部材２ａ、２ｂ）の両接触面ａ、ｂと
半導体ウエハＷの被研磨面Ｗ１、Ｗ２は同一の高さに位
置付けられる。即ち、研磨加工時には、研磨布Ｓ１に対
し外装部材２ａの接触面ａおよび半導体ウエハＷの被研
磨面Ｗ１が同一の面（同一の高さの面）上で接触すると
ともに、研磨布Ｓ２に対し外装部材２ｂの接触面ｂおよ
び半導体ウエハＷの被研磨面Ｗ２が同一の面（同一の高
さの面）上で接触する。

【００２５】なお、本実施形態におけるキャリア本体１
を用いて半導体ウエハＷを研磨するには、従来と同様に
して行う。即ち、予め半導体ウエハＷが収容、位置決め
されたキャリア本体１を研磨布が設けられた定盤によっ
て挟圧保持する。そして半導体ウエハＷと各研磨布Ｓ
１、Ｓ２に研磨液を供給しながら、キャリア本体１を遊
星運動させるとともに、上下各定盤を互いに反対の方向
に回転させる。

【００２６】この場合、半導体ウエハＷの外周部のいわ
ゆるだれを確実に防止するには、研磨開始時から半導体
ウエハＷの厚さと略同一厚さのキャリア本体１を用いる
ことが望ましいが、キャリア本体の厚さが半導体ウエハ
Ｗの開始時厚さより若干小さい寸法をもつ研磨用キャリ
アを用いても、だれの発生防止効果を得ることができ
る。

【００２７】上記したように、研磨加工中、キャリア本
体１が厚さ方向に伸縮し、研磨布に対するキャリア本体
の接触面と半導体ウエハＷの研磨面が、同一の面（同一
の高さの面）上に位置する状態を維持しつつ、研磨がな
される。その結果、半導体ウエハＷにかかる研磨布の面
圧が均一となり、半導体ウエハＷに生ずる過度な研磨に
よる、いわゆるだれが抑制され、半導体ウエハＷは良好
な平坦度を得ることができる。

【００２８】

【実施例】次に、本発明のキャリア本体１（実施例１）
と通常の研磨用キャリア（比較例）を用いて、平坦度の
確認を行った。本発明にかかるキャリア本体１（実施例
１）として、キャリアサイズが２０Ｂ、キャリア厚さが
７６５μｍ、材質構造がウレタンゴム質材をエポキシ系
ＦＲＰで挟む構造のものを用いた。また、比較例１とし
て、キャリアサイズが２０Ｂ、キャリア厚さが７３５μ
ｍ、材質構造がエポキシ系ＦＲＰからなるものを用い
た。また、また、被研磨物である半導体ウエハＷは、研
磨開始時厚さ７６５μｍ、外径３００ｍｍのものを用い
た。そして、半導体ウエハＷの両面合計１０μｍ（片面
５μｍ）の両面同時研磨を行った場合のＳＦＱＲ（セル
サイズ；２５ｍｍ×２５ｍｍ、外周除外領域３ｍｍ）を
比較することにより確認した。この比較結果を表１に示
す。

【００２９】

【表１】

【００３０】これからも明らかなように、比較例１の場
合には、その外周部にいわゆるだれが発生し、平坦度
（ＳＦＱＲ）が相当に悪化している。これに対して、実
施例１の場合には良好な平坦度（ＳＦＱＲ）が得られる
ことが認められた。

【００３１】なお、上記実施形態では一つの研磨用キャ
リアを用いて研磨する場合について説明したが、半導体
ウエハＷの研磨取り代が大きく、単一の研磨用キャリア
によって十分な研磨効果を得ることができない場合に
は、キャリア本体の厚さが異なる複数の研磨用キャリア
を用いて多段（複数回）研磨を行ってもよい。この場
合、半導体ウエハＷの研磨は、本発明にかかる研磨用キ
ャリアを複数回（前段、後段に分けて）用いてもよい
が、前段に通常の研磨用キャリアを用い、次に後段に本
発明にかかる研磨用キャリアを用いてもよい。

【００３２】また、本実施形態においては、半導体ウエ
ハＷをキャリア本体１と共に遊星運動させて研磨する場
合について説明したが、本発明はこれに限定されず、半
導体ウエハＷを固定して、研磨布を単に回転させても良
い。この場合であっても、実施形態と同様の効果を奏す
る。

【００３３】更に、本実施形態においては、半導体ウエ
ハＷ等に対する加圧を上下から行う（半導体ウエハＷの
横置き）場合について説明したが、本発明はこれに限定
されず、左右から行って（半導体ウエハＷの縦置き）も
よい。さらにまた、本実施形態においては、被研磨物と
して半導体ウエハである場合について説明したが、本発
明はこれに限定されず、他の被加工物であっても良いこ
とは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、研
磨加工中、キャリア本体が厚さ方向に伸縮し、研磨布に
対する研磨用キャリアの接触面と被研磨物の研磨面が、
同一の面上に位置付けられる。その結果、被研磨物にか
かる研磨布の面圧が均一となり、被研磨物外周部に生ず
る過度な研磨による、いわゆるだれが抑制され、被研磨
物は良好な平坦度を得ることができる。このように、上
下両定盤間の距離を検出する検出手段を備える研磨装置
を用いることなく、良好な平坦度を有する半導体ウエハ
Ｗを得ることができるため、前記従来の装置から生ずる
種々の弊害を防止することができる。また、被研磨物の
外周部端面は、弾性部材と接するように構成されている
ため、被研磨物の外周部端面の破損、損傷を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第一実施形態にかかる研磨用
キャリアの要部断面図である。

【図２】図２は、従来の研磨用キャリアを示す平面図で
ある。

【図３】図３は、図２の研磨用キャリアを備えた研磨装
置の縦断面図である。

【図４】図４は、従来の研磨用キャリアを用いた場合の
研磨状態を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ キャリア本体 １ａ 貫通孔 ２ 剛性部材 ２ａ、２ｂ 外装部材 ３ 伸縮部材（弾性部材） ａ、ｂ 接触面 Ｓ１、Ｓ２ 研磨布 Ｗ 半導体ウエハ Ｗ１、Ｗ２ 半導体ウエハの研磨面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨布が設けられた定盤間に配設され、
   被研磨物を収容、位置決めする貫通孔を有する研磨用キ
   ャリアであって、 前記研磨用キャリアのキャリア本体は、その厚さ方向に
   伸縮する伸縮部材を少なくとも備え、研磨状態におい
   て、研磨布が設けられた前記定盤によって被研磨物と共
   に狭圧保持されることにより、被研磨物の厚さと同一の
   厚さとなるように構成されていること特徴とする研磨用
   キャリア。
2. 【請求項２】 前記キャリア本体が、二つの剛性部材
   と、前記剛性部材間に介装された伸縮部材とから構成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載された研磨用
   キャリア。
3. 【請求項３】 前記伸縮部材が、粘弾性体からなること
   を特徴とする請求項２に記載された研磨用キャリア。
4. 【請求項４】 前記伸縮部材が、不織研磨布によって形
   成されていることを特徴とする請求項２に記載された研
   磨用キャリア。
5. 【請求項５】 前記研磨用キャリア本体の厚さが、被研
   磨物と同一かまたはそれ以上の寸法の寸法に設定されて
   いること特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに
   記載された研磨用キャリア。