JP2006159383A - Carrier for double-disc polishing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの素材である半導体ウェーハの両面ポリッシングに適した両面研磨用キャリアに関し、更に詳しくは、枚葉式両面研磨装置に好適に使用される両面研磨用キャリアに関する。 The present invention relates to a double-side polishing carrier suitable for double-side polishing of a semiconductor wafer as a material of a semiconductor device, and more particularly to a double-side polishing carrier suitably used for a single-wafer double-side polishing apparatus.
半導体デバイスの素材である半導体ウェーハの両面ポリッシングとしては、従来から、遊星歯車方式の両面研磨装置が多用されていた。遊星歯車方式の両面研磨装置は、複数枚のウェーハを同時に両面研磨するバッチ式装置の一種である。この方式の両面研磨装置では、回転する上下の定盤の間に複数のキャリアが回転中心周りに配置される。複数のキャリアは定盤より十分に小径であり、一枚又は複数枚のウェーハを保持した状態で定盤間を自転しながら回転中心回りに回転する。このキャリアの遊星運動により、各キャリアに保持されたウェーハが定盤間で両面研磨される。 Conventionally, as a double-side polishing of a semiconductor wafer, which is a material of a semiconductor device, a planetary gear type double-side polishing apparatus has been widely used. The planetary gear type double-side polishing apparatus is a kind of batch type apparatus that simultaneously polishes a plurality of wafers on both sides simultaneously. In this type of double-side polishing apparatus, a plurality of carriers are arranged around the center of rotation between rotating upper and lower surface plates. The plurality of carriers are sufficiently smaller in diameter than the surface plate, and rotate around the center of rotation while rotating between the surface plates while holding one or more wafers. Due to the planetary movement of the carrier, the wafer held by each carrier is polished on both sides between the surface plates.
ところで、両面研磨される半導体ウェーハの直径は近年急速に大径化しており、300mmにも達している。将来は更に大径化することも予想されている。このような大径のウェーハを両面研磨する場合、遊星歯車方式のように複数枚のキャリアを使用するマルチキャリア方式の両面研磨装置では、装置規模が甚だ大きくなり、機械精度を確保したり装置の保守点検を行なったりするメンテナンス性が悪くなる。また、ウェーハに要求される高い平坦度を満足させるためには、ウェーハ一枚ごとに加工条件を変えることが望まれている。これらの点で、大径ウェーハの両面研磨には、ウェーハを一枚ごとに加工する枚葉式装置の方が有利とされている。 By the way, the diameter of a semiconductor wafer subjected to double-side polishing has been rapidly increased in diameter in recent years and has reached 300 mm. It is expected that the diameter will be further increased in the future. When double-side polishing such a large-diameter wafer, a multi-carrier type double-side polishing apparatus that uses a plurality of carriers, such as a planetary gear system, has an extremely large apparatus scale to ensure machine accuracy and Maintenance performance such as maintenance inspection is deteriorated. In order to satisfy the high flatness required for a wafer, it is desired to change the processing conditions for each wafer. In these respects, a single wafer processing apparatus that processes wafers one by one is considered more advantageous for double-side polishing of large-diameter wafers.
枚葉式両面研磨装置における構造上の最大の特徴は、回転する上下定盤径より外径が大きい一枚のキャリアを使用するシングルキャリア方式という点である。この一枚のキャリアで定盤径より小径の一枚のウェーハを保持し、そのキャリアを上下の回転する定盤間で回転運動させることにより、一枚の大径ウェーハを両面研磨する。複数枚のキャリアを使用して複数枚のウェーハを同時に両面研磨するマルチキャリア方式の両面研磨装置と比べて、装置が小型化され、価格面などで有利になることは言うまでもない。そして、このような枚葉式両面研磨装置が特許文献1により提示されている。 The greatest structural feature of the single-sided double-side polishing apparatus is a single carrier system that uses a single carrier whose outer diameter is larger than the rotating upper and lower surface plate diameter. A single wafer having a diameter smaller than the surface plate diameter is held by the single carrier, and the large diameter wafer is double-side polished by rotating the carrier between upper and lower surface plates. It goes without saying that the apparatus is downsized and advantageous in terms of price as compared to a multi-carrier type double-side polishing apparatus that simultaneously polishes both sides of a plurality of wafers using a plurality of carriers. Such a single-wafer double-side polishing apparatus is presented in Patent Document 1.
特許文献1により提示された枚葉式両面研磨装置では、キャリアは中心に対して偏心した位置にウェーハを保持する。そして、そのキャリアが上下の定盤間に同心状に配置され、中心回りに回転する。定盤に対するキャリアの同心回転、即ち自転により偏心保持されたウェーハは、回転定盤間でキャリアの中心回りを回転し両面研磨される。 In the single-sided double-side polishing apparatus presented by Patent Document 1, the carrier holds the wafer at a position eccentric with respect to the center. The carrier is arranged concentrically between the upper and lower surface plates and rotates around the center. The wafer held eccentrically by the concentric rotation of the carrier with respect to the surface plate, that is, the rotation, rotates around the center of the carrier between the rotating surface plates and is polished on both sides.
なお、定盤中心点での回転周速は0であるが、この周速は定盤の中心から離れるに連れて増大し外周縁で最大となる。その結果、定盤による研磨レートは、周速の観点からは中心部と外周部とで大きな差が生じる。 Note that the rotational peripheral speed at the center of the surface plate is 0, but this peripheral speed increases as the distance from the center of the surface plate increases and becomes maximum at the outer peripheral edge. As a result, the polishing rate by the surface plate is greatly different between the central portion and the outer peripheral portion from the viewpoint of peripheral speed.
枚葉式両面研磨装置は、特許文献1に記載されたものも含め、その研磨原理上、遊星歯車方式のように複数枚のキャリアを同時に使用するマルチキャリア方式の両面研磨装置に比べて、定盤のほぼ全面を同時に使用して一枚のウェーハを研磨するため、定盤の外側と内側の大きな周速差によりウェーハの研磨量がバラつくという点では、ウェーハの平坦度の確保に不利であるともいえる。 The single-wafer type double-side polishing apparatus, including the one described in Patent Document 1, is more stable than the multi-carrier type double-side polishing apparatus that uses a plurality of carriers at the same time, such as the planetary gear system, due to its polishing principle. Since a single wafer is polished using almost the entire surface of the plate at the same time, the amount of wafer polishing varies due to a large peripheral speed difference between the outside and inside of the surface plate, which is disadvantageous in ensuring wafer flatness. It can be said that there is.
複数枚のキャリアを使用するマルチキャリア方式の両面研磨装置の場合は、その複数枚のキャリアが上下の定盤間の外周部に配置されることから、その外周部における外側と内側の周速差は小さい。その結果、キャリアの公転やウェーハの自転とも相俟って、キャリアに保持されるウェーハが均等に研磨されるのである。 In the case of a multi-carrier type double-side polishing apparatus that uses a plurality of carriers, the plurality of carriers are arranged on the outer peripheral part between the upper and lower surface plates, so the difference in peripheral speed between the outer and inner peripheral parts of the outer peripheral part. Is small. As a result, the wafer held by the carrier is evenly polished in combination with the revolution of the carrier and the rotation of the wafer.
枚葉式両面研磨装置による実際の研磨では、キャリア内でのウェーハの回転があり、また周速の差を補うべく中心部への研磨液の供給量を多くするなどの対策が講じられるために、周速の差ほどには平坦度は低下しないが、それでもこの大きな周速差を吸収するのは困難であり、平坦度の確保は難しい。 In actual polishing using a single-sided double-side polishing machine, the wafer rotates within the carrier, and measures such as increasing the amount of polishing liquid supplied to the center to compensate for the difference in peripheral speed are taken. Although the flatness does not decrease as much as the difference in peripheral speed, it is still difficult to absorb this large peripheral speed difference, and it is difficult to ensure the flatness.
このような枚葉式両面研磨装置の問題を解決するためには、キャリアを上下の定盤間で複雑に運動させるのが有効である。そうすると、キャリア各部の運動軌跡が複雑になり、キャリア各部に作用する定盤の周速が平均化し、ウェーハの平坦度が改善される。このような観点にたって、本出願人は、キャリアを周方向に自転させると同時に、そのキャリアを中心から外れた位置を中心に円運動させ、更には必要に応じて定盤を回転軸に直角な方向に移動させる両面研磨方法及び装置を特願2004−127074号により特許出願した。 In order to solve the problem of such a single-wafer type double-side polishing apparatus, it is effective to move the carrier in a complicated manner between the upper and lower surface plates. This complicates the movement trajectory of each part of the carrier, averages the peripheral speed of the surface plate acting on each part of the carrier, and improves the flatness of the wafer. From this viewpoint, the present applicant rotates the carrier in the circumferential direction, and at the same time, circularly moves the carrier around the position off the center, and further, if necessary, the surface plate is perpendicular to the rotation axis. Japanese Patent Application No. 2004-127074 filed a patent application for a double-side polishing method and apparatus for moving in any direction.
ところが、このような半径方向の運動成分を含む複合動作を、キャリアが定盤に対して行おうとすると、半径方向の運動によっても定盤間からキャリアが抜け出ないようにするために、キャリアの外径を定盤の外径より相当に大きくする必要がある。例えば300mmウェーハを研磨するための380mm定盤に対しては、500mmを超えるキャリアが必要になる。その結果、定盤の周囲にはみ出すキャリアのオーバーハング量が多くなり、これが次のような問題を引き起こすことが判明した。なお、オーバーハング領域は図2を援用して示せば定盤50から外側の領域ということになる。
However, when the carrier tries to perform such a complex motion including a radial motion component with respect to the surface plate, the carrier is not removed from the space between the surface plates due to the motion in the radial direction. It is necessary to make the diameter considerably larger than the outer diameter of the surface plate. For example, for a 380 mm surface plate for polishing a 300 mm wafer, a carrier exceeding 500 mm is required. As a result, it was found that the amount of carrier overhang that protrudes around the surface plate increases, which causes the following problems. Note that the overhang area is an area outside the
半導体デバイスの素材としてのシリコンウェーハ厚みは大径化した割合ほど大きくなっておらず、300mmウェーハの標準厚みは0.775mmである。この厚みに仕上げるキャリアの厚みとしては、0.75mm程度とするのが一般的であり、このような薄厚で大径のキャリアは、機械的強度を確保するために、ガラス繊維で強化したエポキシ樹脂などの高剛性材料で作製されている。 The thickness of the silicon wafer as the material of the semiconductor device is not increased as the diameter is increased, and the standard thickness of the 300 mm wafer is 0.775 mm. The thickness of the carrier finished to this thickness is generally about 0.75 mm, and such a thin and large-diameter carrier is an epoxy resin reinforced with glass fiber in order to ensure mechanical strength. It is made of high-rigidity material such as
このような大径で薄い歯車状のキャリアが上下の定盤間で複合動作を行うと、外周側からの駆動用歯車による外力のために、オーバーハング部が変形する。すなわち、駆動用歯車からキャリアに回転トルクが付加されると、キャリアが板厚方向へ逃げようとする結果、板厚方向の荷重が生じる。キャリアの大部分が定盤間に保持されている場合は、板厚方向の荷重を受けてもキャリアは変形しない。しかし、定盤とキャリアの径差が大きく、定盤による拘束部がキャリアの中央部に限定されると、広い無拘束のオーバーハング部が板厚方向の荷重により変形する。その結果、キャリアが頻繁に破損する。 When such a large-diameter and thin gear-shaped carrier performs a composite operation between the upper and lower surface plates, the overhang portion is deformed due to an external force by the driving gear from the outer peripheral side. That is, when rotational torque is applied to the carrier from the driving gear, the carrier tries to escape in the thickness direction, resulting in a load in the thickness direction. When most of the carrier is held between the surface plates, the carrier is not deformed even if it receives a load in the thickness direction. However, when the diameter difference between the surface plate and the carrier is large and the constrained portion by the surface plate is limited to the center portion of the carrier, the wide unconstrained overhang portion is deformed by the load in the plate thickness direction. As a result, the carrier frequently breaks.
また、キャリアのオーバーハング部が板厚方向に変形すると、キャリアが高剛性のために、キャリアの変形に伴う負荷を定盤が受ける。その結果、定盤からウェーハに付加される荷重が不安定になり、研磨精度の低下も生じる。 Further, when the overhang portion of the carrier is deformed in the plate thickness direction, the surface plate receives a load accompanying the deformation of the carrier because the carrier has high rigidity. As a result, the load applied to the wafer from the surface plate becomes unstable, and the polishing accuracy also decreases.
更に別の問題として、キャリアがガラス繊維で強化したエポキシ樹脂の場合、外周側の駆動用歯車による駆動に伴って細かい繊維粉が発生する。この繊維粉もウェーハ表面の傷の原因となるなど研磨に悪影響を与える。 As another problem, when the carrier is an epoxy resin reinforced with glass fiber, fine fiber powder is generated as the carrier is driven by the driving gear on the outer peripheral side. This fiber powder also has an adverse effect on polishing such as causing scratches on the wafer surface.
また、キャリアは使用を繰り返すうちに、ウェーハを保持する保持孔の内面がウェーハとの摩擦により損傷する。その結果、キャリアは数十回の使用で交換されるが、現状のキャリアは外周面に歯部を形成する必要もあって比較的高価であり、交換によるランニンクコストの上昇も無視できない問題になっている。 Further, as the carrier is repeatedly used, the inner surface of the holding hole for holding the wafer is damaged by friction with the wafer. As a result, the carrier is exchanged after several tens of uses, but the current carrier is relatively expensive because it is necessary to form teeth on the outer peripheral surface, and the increase in run rink cost due to exchange cannot be ignored. It has become.
本発明の目的は、シングルキャリア方式の両面研磨装置に使用され、しかも半径方向の成分を含む複合動作を行う大径タイプであるにもかかわらず、オーバーハング部の変形及びこれによる破損や研磨精度の低下を効果的に回避できる両面研磨用キャリアを提供することにある。 An object of the present invention is to use a single carrier type double-side polishing apparatus, and although it is a large-diameter type that performs a composite operation including a radial component, the deformation of the overhang portion, and the damage and polishing accuracy caused thereby. It is an object of the present invention to provide a carrier for double-side polishing that can effectively avoid a decrease in the thickness.
上記目的を達成するために、本発明の両面研磨用キャリアは、ワークを保持する一枚のキャリアを上下の回転定盤間に挾み、そのキャリアに対して、周方向の第1運動に半径方向の運動成分を含む第2運動を組み合わせた複合動作を行わせることにより、前記ワークを両面研磨するシングルキャリア方式で且つ複合運動方式の両面研磨装置に使用されるキャリアであって、前記ワークを収容するワーク収容孔が設けられた円板状のキャリア本体と、該本体を支持するべくその外周側に設けられ、該本体より厚肉に形成されると共に、駆動用の歯車が噛み合う歯部が外周面に形成されたリング状の支持枠とを備えている。 In order to achieve the above object, the double-side polishing carrier of the present invention sandwiches a single carrier holding a workpiece between upper and lower rotating surface plates, and radiates the first motion in the circumferential direction with respect to the carrier. A carrier used in a single-carrier-type double-side polishing apparatus that polishes both sides of the workpiece by performing a combined operation that combines a second motion including a directional motion component, A disc-shaped carrier main body provided with a work accommodation hole to be accommodated, and a tooth portion which is provided on the outer peripheral side to support the main body, is formed thicker than the main body, and meshes with a driving gear. And a ring-shaped support frame formed on the outer peripheral surface.
本発明の両面研磨用キャリアは、シングルキャリア方式で且つ複合運動方式の両面研磨装置に使用されるため、定盤に対するオーバーハング量が大きくなる。しかし、ワークを収容するワーク収容孔が設けられた円板状のキャリア本体の外周側に、キャリア本体を支持する厚肉の支持枠を設けたため、駆動用歯車から回転トルクを付加されても、そのトルクが厚肉の支持枠で受けられる。このため、板厚方向の変形が抑制される。因みに、外周側の支持枠の寸法は、1mm以下の本体厚に対して例えば10mmであり、半径方向の幅は歯部を含めて15mmである。 Since the double-side polishing carrier of the present invention is used in a single-carrier type and complex-motion type double-side polishing apparatus, the amount of overhang with respect to the surface plate becomes large. However, since a thick support frame for supporting the carrier body is provided on the outer peripheral side of the disk-shaped carrier body provided with a work accommodation hole for accommodating the work, even if rotational torque is applied from the driving gear, The torque is received by the thick support frame. For this reason, deformation in the thickness direction is suppressed. Incidentally, the dimension of the support frame on the outer peripheral side is, for example, 10 mm with respect to the main body thickness of 1 mm or less, and the radial width is 15 mm including the tooth portion.
外周側の支持枠は、内側のキャリア本体に対して一体的に形成することもできるし、内側のキャリア本体とは独立した別部材で構成することもできる。別部材とすることにより、支持枠の材質を変更することが可能となり、繊維粉の出ない66ナイロンなどへの変更により、繊維粉による研磨への悪影響も回避できる。 The support frame on the outer peripheral side can be formed integrally with the inner carrier body or can be formed of a separate member independent of the inner carrier body. By using a separate member, it is possible to change the material of the support frame, and by changing to 66 nylon or the like that does not generate fiber powder, it is possible to avoid adverse effects on polishing by fiber powder.
また、支持枠を別部材とすることにより、その支持枠に対してキャリア本体を脱着可能に支持することが可能となる。これによりキャリア本体のみの交換が可能になり、支持枠の長期使用が可能になる。支持枠が厚肉となることにより、駆動用歯車との噛み合いによる消耗が減少し、使用寿命が長くなる。支持枠を長期間使用し、キャリア本体のみを交換することにより、キャリアコストが低減する。キャリア本体は外周面に歯部を持たないために従来のキャリアより低価格となる。 In addition, by using the support frame as a separate member, the carrier body can be removably supported with respect to the support frame. As a result, only the carrier body can be replaced, and the support frame can be used for a long time. When the support frame is thick, wear due to meshing with the drive gear is reduced, and the service life is extended. By using the support frame for a long time and replacing only the carrier body, the carrier cost is reduced. Since the carrier body does not have a tooth portion on the outer peripheral surface, the cost is lower than that of a conventional carrier.
本発明の両面研磨用キャリアの寸法について説明すると、定盤間に挟まれる薄肉のキャリア本体の外径D2は、定盤直径をD1として(1.2〜1.8)×D1が適当であり、(1.3〜1.5)×D1が特に好ましい(図2参照)。定盤直径D1に対してキャリア本体の外径D2がそれほど大きくない場合はオーバーハング部が小さく、その変形は僅かで大きな問題にならない。定盤直径D1に対してキャリア本体の外径D2が極端に大きいことは研磨上不必要で現実的でなく、仮にそのようなキャリアが実現されても変形を十分に抑制することはできない。 The dimensions of the double-side polishing carrier of the present invention will be described. The outer diameter D2 of the thin carrier body sandwiched between the surface plates is suitably (1.2 to 1.8) × D1 where the surface plate diameter is D1. , (1.3 to 1.5) × D1 is particularly preferable (see FIG. 2). When the outer diameter D2 of the carrier body is not so large with respect to the surface plate diameter D1, the overhang portion is small, and its deformation is slight and does not cause a big problem. The fact that the outer diameter D2 of the carrier body is extremely large with respect to the surface plate diameter D1 is unnecessary and impractical for polishing, and even if such a carrier is realized, deformation cannot be sufficiently suppressed.
支持枠の肉厚d2はキャリア本体の肉厚をd1として(10〜30)×d1が適当であり、(15〜20)×d1が特に好ましい(図1参照)。キャリア本体の肉厚d1に対して支持枠の肉厚d2が十分に大きくない場合は、キャリア全体の強度不足が解消されず、その変形を抑制する効果が不十分となる。キャリア本体の肉厚d1に対して支持枠の肉厚d2が大きすぎると、重量及び体積が増加し、ハンドリングが困難となる。因みに、キャリア本体の肉厚d1はワークの仕上がり厚さに応じ決められ、シリコンウェーハの場合で現在は0.7mm前後である。 The thickness d2 of the support frame is suitably (10-30) × d1 with the thickness of the carrier body being d1, and is particularly preferably (15-20) × d1 (see FIG. 1). If the thickness d2 of the support frame is not sufficiently large with respect to the thickness d1 of the carrier body, the insufficient strength of the entire carrier is not eliminated, and the effect of suppressing the deformation becomes insufficient. If the thickness d2 of the support frame is too large with respect to the thickness d1 of the carrier body, the weight and volume increase and handling becomes difficult. Incidentally, the thickness d1 of the carrier body is determined according to the finished thickness of the workpiece, and is currently about 0.7 mm in the case of a silicon wafer.
支持枠の半径方向の幅W(歯部を含めた幅)は、キャリア本体の外径D2に対する比率で表して(0.05〜0.1)×D2が適当であり、(0.07〜0.08)×D2が特に好ましい。支持枠の幅Wが狭すぎるとキャリア全体の強度不足が解消されず、その変形を抑制する効果が不十分となる。支持枠の幅Wが広すぎる場合は重量及び体積が増加し、ハンドリングが困難となる。また枚葉機の特徴である装置の小型化が阻害される。 The width W of the support frame in the radial direction (the width including the tooth portion) is appropriately expressed as a ratio to the outer diameter D2 of the carrier body (0.05 to 0.1) × D2, and (0.07 to 0.08) × D2 is particularly preferred. If the width W of the support frame is too narrow, insufficient strength of the entire carrier is not eliminated, and the effect of suppressing the deformation becomes insufficient. When the width W of the support frame is too wide, the weight and volume increase, and handling becomes difficult. In addition, downsizing of the apparatus, which is a feature of the sheet-fed machine, is hindered.
キャリア本体の上面レベルは支持枠の上面レベルと同一であってもよいし、支持枠の上面レベルより低くすることもできる。前者の場合、キャリアの表面に供給される研磨液が周囲ヘスムースに排出され、周囲の支持枠が研磨液の排出を阻害する要因にならない。一方、後者の場合は、キャリアの表面に供給される研磨液がキャリア本体上に溜まり、その溜まった研磨液中でワークが研磨される。すなわち、後者の場合は液中研磨が可能になる。 The upper surface level of the carrier body may be the same as the upper surface level of the support frame, or may be lower than the upper surface level of the support frame. In the former case, the polishing liquid supplied to the surface of the carrier is discharged smoothly and the surrounding support frame does not become a factor that hinders the discharge of the polishing liquid. On the other hand, in the latter case, the polishing liquid supplied to the surface of the carrier is accumulated on the carrier body, and the workpiece is polished in the accumulated polishing liquid. That is, in the latter case, polishing in liquid is possible.
特許文献1に記載された枚葉式両面研磨装置では、キャリアの外周部が厚肉に形成されているが、これは定盤に対して同心回転するキャリアを定盤に対して半径方向で位置決めすることを目的として、定盤が嵌合する凹部をキャリアに形成するためであり、厚肉の外周部に囲まれた薄肉部はその意図からして定盤と同一外径である。したがって、薄肉部が定盤からオーバーハングすることはなく、変形は生じない。また、厚肉部と雖もその肉厚は薄肉部より僅かに大きい程度である。ここには補強の考えはなく、目的が位置決めのための定盤嵌合用凹部の形成にあることからして当然である。したがって、本発明の両面研磨用キャリアとは用途も構成も作用効果も明確に相違する。 In the single-wafer type double-side polishing apparatus described in Patent Document 1, the outer peripheral portion of the carrier is formed thick, but this positions the carrier that rotates concentrically with the surface plate in the radial direction with respect to the surface plate. In order to do so, a concave portion into which the surface plate is fitted is formed in the carrier, and the thin portion surrounded by the thick outer peripheral portion has the same outer diameter as the surface plate. Therefore, the thin portion does not overhang from the surface plate, and no deformation occurs. Further, the thick part and the ridge are also slightly thicker than the thin part. There is no idea of reinforcement here, and it is natural that the purpose is to form a recess for fitting a platen for positioning. Therefore, the use, configuration and operational effects are clearly different from the double-side polishing carrier of the present invention.
本発明の両面研磨用キャリアは、一枚のキャリアで一枚のウェーハを保持する枚葉式両面研磨方法に特に有効であるが、一枚のキャリアで複数枚のウェーハを保持するマルチキャリア方式の両面研磨方法にも適用可能である。 The double-side polishing carrier of the present invention is particularly effective for a single-wafer double-side polishing method in which a single wafer holds a single wafer, but a multi-carrier type holding a plurality of wafers in a single carrier. It can also be applied to a double-side polishing method.
本発明の両面研磨用キャリアは、シングルキャリア方式で、且つそのキャリアが半径方向の運動成分を含む複合動作を行う両面研磨装置に使用する大径キャリアでありながら、ワークを収容するワーク収容孔が設けられた円板状のキャリア本体の外周側に、該本体を支持する厚肉のリング状の支持枠を設けたので、大きなオーバーハング部の変形を抑え、その変形に起因する破損や研磨精度の低下を回避することができる。したがって、大径のワークを低コストで高精度に両面研磨できる効果がある。 The carrier for double-side polishing of the present invention is a single carrier system and has a workpiece receiving hole for receiving a workpiece, although the carrier is a large-diameter carrier used in a double-side polishing apparatus that performs a composite operation including a radial motion component. Since a thick ring-shaped support frame that supports the main body is provided on the outer periphery of the provided disc-shaped carrier main body, deformation of the large overhang portion is suppressed, and damage caused by the deformation and polishing accuracy Can be avoided. Therefore, there is an effect that both sides of a large-diameter workpiece can be polished with high accuracy at low cost.
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態を示す両面研磨用キャリアの主要部の縦断面図、図2は同キャリアにおけるキャリア本体の平面図及び縦断面図、図3は同キャリアにおける支持枠の平面図及び縦断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a longitudinal sectional view of a main part of a carrier for double-side polishing showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view and a longitudinal sectional view of a carrier body in the carrier, and FIG. 3 is a plan view of a support frame in the carrier. FIG.
本実施形態の両面研磨用キャリアは、薄い円板からなるキャリア本体10と、これを支持するためにその外周側に取付けられたリング状の支持枠20とを備えている。支持枠20はキャリア本体10から分離独立しており、キャリア本体10とはねじ止めにより着脱可能に結合されている。
The double-side polishing carrier of this embodiment includes a carrier
この両面研磨用キャリアは300mmウェーハ用であり、そのウェーハを収容する円形のワーク収容孔11がキャリア本体10の中心部に設けられている。ワーク収容孔11は、キャリア本体10に対して同心位置、若しくは中心から若干偏心した位置に形成されている。キャリア本体10の外周部には、支持枠20との固定のために、複数のねじ挿通孔12,12が周方向に所定の間隔で設けられている。
This double-side polishing carrier is for a 300 mm wafer, and a circular
キャリア本体10は、上下の定盤間を中心線に直角な面内で運動するため、全面にわたって同じ肉厚であり、その肉厚はウェーハの仕上がり厚より若干小さく設定されている。例えばウェーハの仕上がり厚が0.775mmの場合、キャリア本体10の肉厚は0.75mm程度に選択される。これにより、研磨の最終段階までウェーハの両面に所定の荷重が付加される。
Since the
このような薄いキャリア本体10に出来るだけ十分な機械的強度(剛性)を付与するために、その材質としては、例えばガラス繊維で強化されたエポキシ樹脂(GFRP)などが使用される。これ以外にはCFRPの他、SK材などの金属の使用も可能である。いずれにしても薄肉の部材に高強度を付与する必要があるために材質選択上の自由度は小さい。
In order to provide such a
キャリア本体10の外径D2は、上下の定盤間におけるキャリアの運動量、特に中心軸に直角な面内での径方向の運動量によって決まり、例えば300mm強のワーク収容孔11に対して480〜490mmに選択される。径方向の運動量が小さければキャリア本体10の外径D2も小さく済み、径方向の運動量が大きくなればキャリア本体10の外径D2も大きくする必要がある。
The outer diameter D2 of the carrier
支持枠20は、キャリア本体10の外周部に取付けられるリングである。この支持枠20は、キャリア本体I0よりも十分に厚く設計されており、例えばキャリア本体10の肉厚が0.75mmの場合で10mm程度に設計される。また、半径方向の幅Wは、肉厚d2と共に十分な自己強度が確保できるように例えば20mm程度に設計される。
The
支持枠20の外周面には、複数の駆動用歯車30に噛み合う歯部21が全周にわたって設けられている。支持枠20の裏面(使用時に下を向く面)には、キャリア本体10の外周縁部が嵌合する断面L形の内面側へ開放した環状凹部22が設けられている。環状凹部22を設けたことに伴い、その表面側には環状凸部23がキャリア本体10の支持部として設けられている。環状凸部23には、肉厚方向に貫通する複数のねじ孔24,24
が、キャリア本体10のねじ挿通孔12,12 に対応するように設けられている。
On the outer peripheral surface of the
Is provided so as to correspond to the screw insertion holes 12, 12 of the
支持枠20の肉厚d2が10mmの場合、環状凹部22の深さは例えば4mmとされる。その場合は、環状凸部23の肉厚は6mmとなる。
When the thickness d2 of the
支持枠20の材質については、寸法的な制約が少ないため機械的強度の確保が容易であり、材質選択上の自由度が大きい。一例としては、比較的強度が高くて安価であり、駆動
用歯車30との噛み合いによっても繊維粉などが出ない66ナイロンが挙げられる。これ以外にはポリカーボネート、PVCなどの樹脂又はステンレス鋼などの金属の使用も可能である。
Regarding the material of the
このような両面研磨用キャリアは、支持枠20の環状凹部22にキャリア本体10の外周縁部を嵌め込み、環状凸部23にねじ40により固定することにより完成する。
Such a double-sided polishing carrier is completed by fitting the outer peripheral edge of the
両面研磨では、キャリア本体10のワーク収容孔11にウェーハを収容し、この状態でキャリア本体10を上下の定盤50(図2参照)間に挾み、支持枠20の歯部21に外周側から噛み合う複数の駆動用歯車30により、キャリアを周方向に回転させる。同時に、複数の駆動用歯車30を同期して旋回させることにより、キャリアをその中心から外れた位置を中心に円運動させる。これにより、キャリアは周方向の第1運動に、半径方向の運動成分を含む第2運動が組み合わさった複合動作を行うことになり、ウェーハの平坦度が向上する。
In the double-side polishing, the wafer is accommodated in the
ここで、キャリアは外周側の複数の駆動用歯車30から回転トルクを受ける。同時に、定盤に比べて大径である上に、半径方向の運動により、相当大きなオーバーハングを生じる。ウェーハを保持するキャリア本体10は薄肉であるけれども、外周側の厚肉の支持枠20にて支持され、この支持による補強により十分な剛性を付与されている。このため、オーバーハング部にも、駆動用歯車30からの回転トルクの付与による肉厚方向の変形が殆ど生じない。
Here, the carrier receives rotational torque from a plurality of driving gears 30 on the outer peripheral side. At the same time, the diameter is larger than that of the surface plate, and a considerably large overhang is caused by the radial movement. Although the carrier
よって、キャリアの変形による破損が防止される。具体的には、300mmウェーハの枚葉式両面研磨の場合、全面等厚のキャリアとくらべて破損の頻度が0.1%以下になることを本発明者は確認している。また、定盤50からウェーハに付加される荷重がキャリアの変形によって変化する事態が回避され、その荷重の安定化により研磨精度も同上する。
Therefore, damage due to deformation of the carrier is prevented. Specifically, in the case of single-sided double-side polishing of a 300 mm wafer, the present inventor has confirmed that the frequency of breakage is 0.1% or less compared to a carrier having the same thickness on the entire surface. Further, a situation in which the load applied to the wafer from the
加えて、本実施形態の両面研磨用キャリアでは、支持枠20の環状凸部23に包囲されることにより、キャリア本体10上に円形の凹部14ができる。研磨時に供給される研磨液はこの円形の凹部14に溜まる。その結果、ウェーハの液中研磨にも対応が可能となる。
In addition, in the double-side polishing carrier of this embodiment, a
また、キャリアを駆動するための歯部21の厚みが大きくなることにより、駆動用歯車30との接触厚が増大する。その結果、両者の磨耗が抑制され、寿命が延びる。キャリア全体が薄く歯部の厚みが小さい場合、歯部の磨耗が激しいだけでなく、その歯部が駆動用歯車30に局部的に当たるために、駆動用歯車30の磨耗も激しくなる。
Moreover, the contact thickness with the
キャリア本体10の寿命に関しては、従来同様にワーク収容孔11の内周面が損傷することにより、使用限界を迎える。その場合は、支持枠20からキャリア本体10を取り外し、新しいものと付け替える。こうすることにより、支持枠20は繰り返し使用でき、キャリア本体10の交換たけで再使用が可能になる。キャリア本体10は従来のキャリアと異なり外周面に歯部を有しないため、比較的安価である。このため、従来のキャリアと比べて交換に要するコストが低減される。
Regarding the life of the
図4は本発明の別の実施形態の両面研磨用キャリアに使用されるキャリア本体の平面図である。前述のキャリア本体10と比べて、ワーク収容孔11の周囲に複数の小孔13,13を設けた点が相違する。小孔13,13は研磨液の排出を促進する。すなわち、支持枠20の上面がキャリア本体10の上面より高いレベルに設定されているにもかかわらず、研磨液の排出が促進される。研磨液の排出を促進するメリットとしては、常に新しい研磨液で研磨が行われ、研磨時間が短縮され仕上がり面の品質向上が可能となる。
FIG. 4 is a plan view of a carrier body used in a double-side polishing carrier according to another embodiment of the present invention. Compared to the carrier
同様の機能は、支持枠20の上面をキャリア本体10の上面と同じかまたは低いレベルに設定することによっても得られる。両者の組み合わせにより、キャリア本体10上からの研磨液の排出は一層促進される。ただ、研磨の種類によっては前述した液中研磨が好ましい場合もある。
A similar function can be obtained by setting the upper surface of the
図5は本発明の更に別の実施形態の両面研磨用キャリアに使用されるキャリア本体の平面図である。前述のキャリア本体10と比べて、ワーク収容孔11を複数設けた点が相違する。ここでは、200mmウェーハを3枚同時に研磨するために、内径が200mm強の3つのワーク収容孔11,11,11を中心周りに等間隔で設けている。定盤径D1はウェーハ径より若干大きい230〜240mmである。キャリア本体10の外径D2及び支持枠20の寸法はこれまでの実施形態と同じである。
FIG. 5 is a plan view of a carrier body used for a double-side polishing carrier according to still another embodiment of the present invention. Compared with the carrier
このように、支持枠20をキャリア本体10から分離すれば、キャリアの種類を変える場合も支持枠20を共用でき、その利点は大きい。
Thus, if the
10 キャリア本体
11 ワーク収容孔
12 ねじ挿通孔
13 小孔
14 凹部
20 支持枠
21 歯部
22 環状凹部
23 環状凸部
24 ねじ孔
30 駆動用歯車
31 環状支持部
40 ねじ
50 定盤
DESCRIPTION OF
Claims (6)
A method for polishing a semiconductor wafer, wherein the carrier for double-side polishing according to any one of claims 1 to 5 is used.
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