JP2006303136A - 両面研磨装置用キャリア及びこれを用いた両面研磨装置並びに両面研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェーハの両面研磨の際に、ウェーハへの金属汚染がなく、耐久性が良くて、効率良く両面研磨して高い平坦度を有する高品質のウェーハを生産することを可能とする両面研磨装置用キャリアを提供することを目的とする。
【解決手段】両面研磨装置において、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれた半導体ウェーハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアであって、前記キャリアの母体の材質が樹脂であり、該キャリア母体の表面をDLC膜でコーティングしたものである両面研磨装置用キャリア。
【選択図】なし
【解決手段】両面研磨装置において、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれた半導体ウェーハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアであって、前記キャリアの母体の材質が樹脂であり、該キャリア母体の表面をDLC膜でコーティングしたものである両面研磨装置用キャリア。
【選択図】なし
Description
本発明は、両面研磨装置において、半導体ウェーハを研磨する際に半導体ウェーハを保持する両面研磨装置用キャリアに関する。
従来、例えば半導体ウェーハの両面をポリッシング等で研磨する際、キャリアによって半導体ウェーハを保持して行っている。すなわち、このキャリアは、半導体ウェーハより薄い厚みに形成され、両面研磨装置の上定盤と下定盤の間の所定位置に保持し得るようにされるとともにウェーハ保持孔を備えている。そしてこのウェーハ保持孔に半導体ウェーハを挿入して保持し、上定盤と下定盤の対内面に設けられた研磨布等の研磨具で半導体ウェーハの上下面を挟み込み、研磨面に研磨剤を供給しながら研磨するようにしている。
このようなキャリアとしては金属製のもの、金属板の表裏面に樹脂をコーティングしたもの、または樹脂製のものが一般的に良く知られている。
しかしながら、金属製のもの、そして金属板の表面に単に樹脂層を被着させるだけのものでは研磨中に樹脂層が剥離しやすく金属板が露出してしまい、金属不純物汚染という半導体ウェーハにとって致命的な欠陥が生じることがあり、製品の歩留まりが悪くなってしまう。
また、この金属不純物汚染への対応から樹脂製のものが使用されているが、寿命が短く容易に破壊されてしまうという問題があった。
しかしながら、金属製のもの、そして金属板の表面に単に樹脂層を被着させるだけのものでは研磨中に樹脂層が剥離しやすく金属板が露出してしまい、金属不純物汚染という半導体ウェーハにとって致命的な欠陥が生じることがあり、製品の歩留まりが悪くなってしまう。
また、この金属不純物汚染への対応から樹脂製のものが使用されているが、寿命が短く容易に破壊されてしまうという問題があった。
これらの問題を解決すべく、例えば金属板に小孔をあけて、表裏の樹脂層を結合したキャリアが開示されているが、上述の問題点の決定的な解決には至っていない(特許文献1参照)。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、半導体ウェーハの両面研磨の際に、ウェーハへの金属汚染がなく、耐久性が良くて、効率良く両面研磨して高い平坦度を有する高品質のウェーハを生産することを可能とする両面研磨装置用キャリア、及びこれを用いた両面研磨装置並びに両面研磨方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、両面研磨装置において、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれた半導体ウェーハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアであって、前記キャリアの母体の材質が樹脂であり、該キャリア母体の表面をDLC(Diamond Like Carbon)膜でコーティングしたものであることを特徴とする両面研磨装置用キャリアを提供する(請求項1)。
このように、両面研磨装置用キャリアであって、キャリアの母体の材質が樹脂であり、母体表面をDLC膜でコーティングした両面研磨装置用キャリアであれば、金属汚染もなく、安価で作製することができ、また表面のDLC膜のために硬度が高いことから、耐久性が向上してキャリアライフを延ばすことができる。このため、キャリアの交換頻度を減らすことができ、効率良く半導体ウェーハを両面研磨することが可能であり、コストを下げることができる。
また、従来の樹脂製キャリアと比較して表面粗さも小さく、キャリアを交換した時の立ち上げ時のキャリア研磨時間を短縮することができ、一層稼働率を向上させることができる。
さらに、硬度が高く、表面粗さが小さく、研磨時においてキャリアの磨耗が少なくて厚さが安定しているため、高平坦度の半導体ウェーハを得ることができる。
また、従来の樹脂製キャリアと比較して表面粗さも小さく、キャリアを交換した時の立ち上げ時のキャリア研磨時間を短縮することができ、一層稼働率を向上させることができる。
さらに、硬度が高く、表面粗さが小さく、研磨時においてキャリアの磨耗が少なくて厚さが安定しているため、高平坦度の半導体ウェーハを得ることができる。
このとき、前記樹脂が、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン樹脂のいずれかであることが望ましい(請求項2)。
これらの樹脂はキャリアの素材として、また、金属板の表面をコーティングする素材としてよく用いられている。さらに、安価で用意することができることからコストの面でも有効である。
これらの樹脂はキャリアの素材として、また、金属板の表面をコーティングする素材としてよく用いられている。さらに、安価で用意することができることからコストの面でも有効である。
そして、前記DLC膜がスパッタ蒸着法によりコーティングされたものであるのが望ましい(請求項3)。また、DLC膜の厚さが0.3μm〜5μmであるのが望ましい(請求項4)。
このように、DLC膜をスパッタ蒸着法によってキャリア母体にコーティングすれば、均一な厚さの膜とすることができる。特に、該膜の厚さが例えば0.3μm〜5μmの範囲であるならば、高い均一性を保持してコーティングすることが可能である。
このように、DLC膜をスパッタ蒸着法によってキャリア母体にコーティングすれば、均一な厚さの膜とすることができる。特に、該膜の厚さが例えば0.3μm〜5μmの範囲であるならば、高い均一性を保持してコーティングすることが可能である。
また、キャリアの表面粗さがRaで0.01μm以下であるのが望ましい(請求項5)。
このようにキャリアの表面粗さがRaで特に0.01μm以下であれば、摩擦係数を小さいものとすることができる。摩擦係数を小さくすることができれば、キャリアは研磨時において磨耗しにくくなり、そのためキャリアの厚さはほとんど変化せず、このキャリアを用いて両面研磨を施せば高平坦度のウェーハを得ることができる。また、キャリアの研磨時間を短縮できるのでキャリアの立ち上げに要する時間を大幅に短縮することが可能となる。
このようにキャリアの表面粗さがRaで特に0.01μm以下であれば、摩擦係数を小さいものとすることができる。摩擦係数を小さくすることができれば、キャリアは研磨時において磨耗しにくくなり、そのためキャリアの厚さはほとんど変化せず、このキャリアを用いて両面研磨を施せば高平坦度のウェーハを得ることができる。また、キャリアの研磨時間を短縮できるのでキャリアの立ち上げに要する時間を大幅に短縮することが可能となる。
そして、少なくとも、前記本発明の両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置であれば(請求項6)、キャリア母体の表面をDLC膜でコーティングしており、硬度が高いために研磨時の磨耗が小さく、キャリアの傷や破損の発生を低減し、キャリアライフを延長することが可能である。従って、稼働率が著しく向上する。また、研磨時の磨耗が小さいことからキャリアの厚さが変化しにくく、高平坦度の半導体ウェーハに両面研磨することができる。
また、半導体ウェーハを両面研磨する方法であって、研磨布が貼付された上下定盤の間に前記キャリアを配設し、該キャリアに形成された保持孔に半導体ウェーハを保持して、前記上下定盤の間に挟み込んで両面研磨するのが望ましい(請求項7)。
このように、前記本発明の両面研磨装置用キャリアの保持孔に半導体ウェーハを保持して、上下定盤の間に挟み込んで両面研磨すれば、キャリア母体の表面に硬度の高いDLC膜をコーティングしているため、キャリアが磨耗・破損等しにくく、キャリアライフを延ばすことができる。これによって、キャリアの交換頻度を低くすることができるので、コストを低減し、効率良く半導体ウェーハを両面研磨することが可能である。また、研磨時において、キャリアの厚さが変化しにくく安定していることから、高い平坦度を有する半導体ウェーハに仕上げることができる。しかも、樹脂製の母体にDLC膜をコーティングしたものであるから、半導体ウェーハに対して不純物を生じさせることもない。
本発明のように、両面研磨装置において、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれた半導体ウェーハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアであって、前記キャリアの母体の材質が樹脂であり、該キャリア母体の表面をDLC膜でコーティングした両面研磨装置用キャリアであれば、Feなどの拡散係数の大きい金属不純物が存在しないことから金属汚染を抑え、しかも安価で作製することができ、また表面のDLC膜のために硬度が高いことから、耐久性が向上してキャリアライフを延ばすことができる。このため、キャリアの交換頻度を減らすことができ、効率良く半導体ウェーハを両面研磨することが可能であり、コストを下げることができる。
さらに、研磨時にキャリアの磨耗が少なく厚さが安定しているため、高平坦度の半導体ウェーハを生産することができる。
さらに、研磨時にキャリアの磨耗が少なく厚さが安定しているため、高平坦度の半導体ウェーハを生産することができる。
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来の両面研磨装置用キャリアには、例えば金属製のものや金属板の表面に樹脂コーティングを施したものがある。しかし、これらのキャリアを使用した場合、研磨時においてその保持する半導体ウェーハへの金属不純物汚染が発生し、半導体ウェーハの品質を下げてしまうことがあった。
また、キャリアが樹脂製のものである場合、傷がつき易く、強度が不足しがちで容易に破損してしまうという問題があった。そのためキャリアの交換頻度も高くなり、数百バッチの加工毎にキャリア交換が行われ、また、交換の際のキャリア立ち上げ等に時間が費やされて装置稼働率が下がり、ウェーハの生産効率の面における問題もあった。
従来の両面研磨装置用キャリアには、例えば金属製のものや金属板の表面に樹脂コーティングを施したものがある。しかし、これらのキャリアを使用した場合、研磨時においてその保持する半導体ウェーハへの金属不純物汚染が発生し、半導体ウェーハの品質を下げてしまうことがあった。
また、キャリアが樹脂製のものである場合、傷がつき易く、強度が不足しがちで容易に破損してしまうという問題があった。そのためキャリアの交換頻度も高くなり、数百バッチの加工毎にキャリア交換が行われ、また、交換の際のキャリア立ち上げ等に時間が費やされて装置稼働率が下がり、ウェーハの生産効率の面における問題もあった。
そこで本発明者らは、両面研磨装置用キャリアであって、キャリアの母体の材質が樹脂であり、母体表面をDLC膜でコーティングした両面研磨装置用キャリアを考え出した。
このような両面研磨装置用キャリアであれば、従来の樹脂製のキャリアや、表面が樹脂コーティングされたものに比べて硬度が十分に高く研磨時の磨耗も小さいためにキャリアライフを向上させることができ、ウェーハの生産効率を比較的安価で向上することができるとともに、金属汚染も回避することができる。また、表面をコーティングするため、表面粗さも小さく、キャリアを交換した時の立ち上げ時のキャリア研磨時間を短縮することができ、一層稼働率を向上させることができる。さらに、硬度が高く、表面粗さが小さいためにキャリアの厚さが研磨時においても変化することなく、そのため高平坦度の半導体ウェーハに両面研磨することができる。本発明者らはこれらのことを見出し、本発明を完成させた。
このような両面研磨装置用キャリアであれば、従来の樹脂製のキャリアや、表面が樹脂コーティングされたものに比べて硬度が十分に高く研磨時の磨耗も小さいためにキャリアライフを向上させることができ、ウェーハの生産効率を比較的安価で向上することができるとともに、金属汚染も回避することができる。また、表面をコーティングするため、表面粗さも小さく、キャリアを交換した時の立ち上げ時のキャリア研磨時間を短縮することができ、一層稼働率を向上させることができる。さらに、硬度が高く、表面粗さが小さいためにキャリアの厚さが研磨時においても変化することなく、そのため高平坦度の半導体ウェーハに両面研磨することができる。本発明者らはこれらのことを見出し、本発明を完成させた。
以下では、本発明の実施の形態について図を用いて説明をする。
ここで、図1は本発明の両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置の一例の縦断面図、図2は平面視による両面研磨装置の内部構造図、図3は本発明の両面研磨装置用キャリアの概略図である。
本発明の両面研磨装置用キャリアは、例えば半導体ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置において、半導体ウェーハを保持しておくキャリアの改良に関するものであり、まず両面研磨装置の概要について図1及び図2を用いて説明する。
ここで、図1は本発明の両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置の一例の縦断面図、図2は平面視による両面研磨装置の内部構造図、図3は本発明の両面研磨装置用キャリアの概略図である。
本発明の両面研磨装置用キャリアは、例えば半導体ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置において、半導体ウェーハを保持しておくキャリアの改良に関するものであり、まず両面研磨装置の概要について図1及び図2を用いて説明する。
本発明の両面研磨装置用キャリア1を具備した両面研磨装置10は、上下に相対向して設けられた下定盤11と上定盤12を備えており、各定盤11、12の対向面側には、それぞれ研磨布11a、12aが貼付されている。また、上定盤12の上部には研磨スラリーを供給するノズル15、上定盤12には貫通孔16が設けられている。そして上定盤12と下定盤11の間の中心部にはサンギヤ13が、周縁部にはインターナルギヤ14が設けられている。半導体ウェーハWはキャリア1の保持孔4に保持され、上定盤12と下定盤11の間に挟まれている。
サンギヤ13及びインターナルギヤ14の各歯部にはキャリア1の外周歯が噛合しており、上定盤12及び下定盤11が不図示の駆動源によって回転されるのに伴い、キャリア1は自転しつつサンギヤ13の周りを公転する。このとき半導体ウェーハWはキャリア1の保持孔4で保持されており、上下の研磨布11a及び12aにより両面を同時に研磨される。なお、研磨時には、ノズル15から貫通孔16を通して研磨スラリーが供給される。
ここで、上記両面研磨装置10に配設される本発明の両面研磨装置用キャリア1について、図3を用いて以下に説明する。
本発明のキャリア1は、キャリア母体17の材質が樹脂であり、その表面はDLC膜18でコーティングされている(図3(B))。また、キャリア1には保持孔4があけられており、その保持孔4の内周に沿ってウェーハWのエッジ部に傷をつけないようにするための半導体ウェーハ保持部3が設けられている。また、キャリア1には保持孔4とは別に研磨液を通すための研磨液孔2があけられており、外周部には外周歯5が設けられている(図3(A))。保持孔4や研磨液孔2の配置や個数は、図に示したものに限らず、任意に設定できる。
本発明のキャリア1は、キャリア母体17の材質が樹脂であり、その表面はDLC膜18でコーティングされている(図3(B))。また、キャリア1には保持孔4があけられており、その保持孔4の内周に沿ってウェーハWのエッジ部に傷をつけないようにするための半導体ウェーハ保持部3が設けられている。また、キャリア1には保持孔4とは別に研磨液を通すための研磨液孔2があけられており、外周部には外周歯5が設けられている(図3(A))。保持孔4や研磨液孔2の配置や個数は、図に示したものに限らず、任意に設定できる。
このように、本発明のキャリア1は母体17を樹脂製としており、樹脂の例としては、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが挙げられる。キャリア母体17が樹脂であるため、比較的安価で準備することができる。
そして、表面をDLC膜18でコーティングしていることから、硬度が高く、従来のキャリアに比べて例えばビッカース硬さを5〜10倍にすることができる。また、研磨時において破損を少なくし、磨耗を小さくすることができるため、キャリアライフを延ばすことが可能である。このため、キャリアの交換頻度が減り、コストを下げることができる。
さらに上述のように、研磨時に磨耗が小さくキャリア1の厚さが変化しにくく安定しているために、半導体ウェーハWを仕上がり厚さに加工する際に加工時間の調整が容易であり、狙い通りに研磨して半導体ウェーハWを高平坦度に加工することができる。
そして、表面をDLC膜18でコーティングしていることから、硬度が高く、従来のキャリアに比べて例えばビッカース硬さを5〜10倍にすることができる。また、研磨時において破損を少なくし、磨耗を小さくすることができるため、キャリアライフを延ばすことが可能である。このため、キャリアの交換頻度が減り、コストを下げることができる。
さらに上述のように、研磨時に磨耗が小さくキャリア1の厚さが変化しにくく安定しているために、半導体ウェーハWを仕上がり厚さに加工する際に加工時間の調整が容易であり、狙い通りに研磨して半導体ウェーハWを高平坦度に加工することができる。
このDLC膜18の形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタ蒸着法によってコーティングすることができる。スパッタ蒸着法であれば、特に、0.3〜5μm程度の膜の厚さを想定した場合、キャリア1の硬度を高くするのに十分な厚さであり、かつ、均一性を保持して形成することが可能である。また、他の方法として、CVD法により堆積させてもよい。これらの形成方法であれば膜ムラも少なく、均一な表面とすることが可能である。
また、例えば、表面粗さがRaで0.01μm以下であれば、摩擦係数を大幅に低減することができる。従来のキャリアでは、バリ取りと表面粗さの改善のために交換の際にキャリア研磨がまず行われるが、本発明のようにDLC膜18でキャリア1の表面をコーティングすることによって、表面粗さを例えば上記のような小さな値にすることができるので、少なくとも表面粗さ改善に要する時間の分だけ、キャリア研磨時間を短縮することができ、キャリアの立ち上げにかかる時間を短くすることができる。
そして、保持孔4の周辺の保持部3は例えばアラミド樹脂でできており、半導体ウェーハWを保持する際に、半導体ウェーハWの面取り部を傷付けないよう保護するために設けられている。
研磨液孔2は研磨時に供給される研磨スラリーを通すための穴であり、この穴を通じて下面側の研磨面にも満遍なく研磨スラリーが供給される。
外周歯5は上述のようにサンギヤ13、インターナルギヤ14と噛合し、研磨時、キャリア1はサンギヤ13の周りを自転及び公転する。
研磨液孔2は研磨時に供給される研磨スラリーを通すための穴であり、この穴を通じて下面側の研磨面にも満遍なく研磨スラリーが供給される。
外周歯5は上述のようにサンギヤ13、インターナルギヤ14と噛合し、研磨時、キャリア1はサンギヤ13の周りを自転及び公転する。
なお、上記では遊星式の両面研磨装置のキャリアを例として述べてきたが、本発明の両面研磨装置用キャリアは遊星式に限定されず、揺動式の両面研磨装置のキャリアに採用しても有効である。
このような本発明の両面研磨装置用キャリア1を具備した両面研磨装置10であれば、樹脂製のキャリア母体17の表面を硬度の高いDLC膜18でコーティングしているため、キャリア1の磨耗・破損を抑えることができる。そして、これによってキャリアライフが長くなる。
また、研磨によるキャリア1の磨耗が少ないので、キャリア厚さが変化しにくく安定している。このようにウェーハ厚さの基準となるキャリア1の厚さの変化が小さいと、例えば半導体ウェーハWを仕上がり厚さに研磨する方法として、研磨加工前の半導体ウェーハWの厚さばらつきを加工時間を増減して調整を行うが、キャリア厚さが変化しにくいので、最適加工時間の設定が容易になり、高平坦度の半導体ウェーハWを得ることができる。
また、研磨によるキャリア1の磨耗が少ないので、キャリア厚さが変化しにくく安定している。このようにウェーハ厚さの基準となるキャリア1の厚さの変化が小さいと、例えば半導体ウェーハWを仕上がり厚さに研磨する方法として、研磨加工前の半導体ウェーハWの厚さばらつきを加工時間を増減して調整を行うが、キャリア厚さが変化しにくいので、最適加工時間の設定が容易になり、高平坦度の半導体ウェーハWを得ることができる。
そして、上記本発明の両面研磨装置用キャリア1を両面研磨装置10の研磨布11a、12aが貼付された上下定盤11、12の間に配設し、保持孔4で半導体ウェーハWを保持して上下定盤11、12の間に挟み込み、研磨スラリーを供給しつつウェーハWを両面研磨することができる。
このような方法であれば、キャリア母体17の表面には硬いDLC膜18をコーティングしているため、キャリア1が磨耗・破損等しにくく、キャリアライフが延び、コストが低減されてウェーハWの生産効率が向上するとともに、研磨時において磨耗しにくくキャリア1の厚さが安定していることから、高平坦度のウェーハWに仕上げることが可能である。さらに、樹脂製のキャリア母体17にDLC膜18をコーティングしたものであるため、ウェーハWへの不純物汚染も生じない。
このような方法であれば、キャリア母体17の表面には硬いDLC膜18をコーティングしているため、キャリア1が磨耗・破損等しにくく、キャリアライフが延び、コストが低減されてウェーハWの生産効率が向上するとともに、研磨時において磨耗しにくくキャリア1の厚さが安定していることから、高平坦度のウェーハWに仕上げることが可能である。さらに、樹脂製のキャリア母体17にDLC膜18をコーティングしたものであるため、ウェーハWへの不純物汚染も生じない。
以下に本発明および比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1、比較例1・2)
まず、従来のキャリアとして、材質がガラスエポキシ樹脂のキャリア(厚さ:781μm、キャリアホール径:300mm)を用意した。この従来のキャリアに、スパッタ蒸着法によって表面にDLC膜(厚さ:4μm)を形成し、本発明の両面研磨装置用キャリアとした。この本発明のキャリアの表面粗さを測定(接触式粗さ計にて1点測定)したところ、Raで0.009μmであった(DLC膜形成前における表面粗さRa:0.04μm)。次に、両面研磨装置に上記のキャリアを配設して、キャリア研磨を行った(実施例1)。
次に、上述のようなガラスエポキシ樹脂製の従来のキャリアを新たに2枚用意し、同様に表面粗さを測定し、キャリア研磨を行った。表面粗さはそれぞれRaで、0.03μm(比較例1)、0.10μm(比較例2)であった。
(実施例1、比較例1・2)
まず、従来のキャリアとして、材質がガラスエポキシ樹脂のキャリア(厚さ:781μm、キャリアホール径:300mm)を用意した。この従来のキャリアに、スパッタ蒸着法によって表面にDLC膜(厚さ:4μm)を形成し、本発明の両面研磨装置用キャリアとした。この本発明のキャリアの表面粗さを測定(接触式粗さ計にて1点測定)したところ、Raで0.009μmであった(DLC膜形成前における表面粗さRa:0.04μm)。次に、両面研磨装置に上記のキャリアを配設して、キャリア研磨を行った(実施例1)。
次に、上述のようなガラスエポキシ樹脂製の従来のキャリアを新たに2枚用意し、同様に表面粗さを測定し、キャリア研磨を行った。表面粗さはそれぞれRaで、0.03μm(比較例1)、0.10μm(比較例2)であった。
実施例1、比較例1・2のいずれのキャリアも、バリが取れ、表面粗さが十分に改善されたところでキャリア研磨を終了した。このキャリアの立ち上げに要した時間は、それぞれ、30分(実施例1)、60分(比較例1)、180分(比較例2)であった。
このように、本発明の両面研磨装置用キャリアであれば、キャリア立ち上げにかかる時間を大幅に短縮することが可能である。これは、元々従来の例えば樹脂製のキャリアに比べて、本発明のキャリアの表面粗さがコーティングにより小さくなり、特にRaで0.01μm以下であれば、十分小さな値であり、キャリアを研磨することによる表面粗さ改善に要する時間を大幅に削減することができるからである。
このように、本発明の両面研磨装置用キャリアであれば、キャリア立ち上げにかかる時間を大幅に短縮することが可能である。これは、元々従来の例えば樹脂製のキャリアに比べて、本発明のキャリアの表面粗さがコーティングにより小さくなり、特にRaで0.01μm以下であれば、十分小さな値であり、キャリアを研磨することによる表面粗さ改善に要する時間を大幅に削減することができるからである。
(実施例2、比較例3)
次に、本発明と従来のキャリアを用意し、一定の研磨条件(上下定盤15rpm、加重200g/cm2)でキャリアの厚さが規格外となるまで研磨し、かかった時間を計測した。本発明のキャリアとしてはガラスエポキシ樹脂のキャリア母体にDLC膜(4μm)を形成したもの(キャリア厚さ:782μm)(実施例2)を、従来のキャリアとしてガラスエポキシ樹脂製のもの(キャリア厚さ:780μm)(比較例3)を用意した。
なお、この耐久実験前にそれぞれのキャリアの硬度を測定したところ、1500Hv、160Hvで約10倍ほどの差があった。
次に、本発明と従来のキャリアを用意し、一定の研磨条件(上下定盤15rpm、加重200g/cm2)でキャリアの厚さが規格外となるまで研磨し、かかった時間を計測した。本発明のキャリアとしてはガラスエポキシ樹脂のキャリア母体にDLC膜(4μm)を形成したもの(キャリア厚さ:782μm)(実施例2)を、従来のキャリアとしてガラスエポキシ樹脂製のもの(キャリア厚さ:780μm)(比較例3)を用意した。
なお、この耐久実験前にそれぞれのキャリアの硬度を測定したところ、1500Hv、160Hvで約10倍ほどの差があった。
実施例2、比較例3の結果、キャリア厚さが規格外になるまでに要した時間は、およそ30000分、500分であった。
このように、本発明のキャリアは表面を硬いDLC膜で覆っているため、耐久性が高く、キャリアライフを従来のキャリアと比較して格段に延長することができる。
このように、本発明のキャリアは表面を硬いDLC膜で覆っているため、耐久性が高く、キャリアライフを従来のキャリアと比較して格段に延長することができる。
(実施例3、比較例4)
本発明のキャリア(ガラスエポキシ樹脂+DLC膜)を用意し、両面研磨装置に配設して、半導体ウェーハを保持して研磨剤を供給しながら両面研磨を行って、キャリアの磨耗スピードを算出した。一度に5枚のウェーハを40分間研磨し、全部で2050枚のウェーハ(410バッチ)を両面研磨した(実施例3)。
また、従来のキャリア(ガラスエポキシ樹脂製)を用意して、同様に一度に5枚のウェーハを保持して40分間研磨し、全部で30枚のウェーハ(6バッチ)を両面研磨した(比較例4)。
本発明のキャリア(ガラスエポキシ樹脂+DLC膜)を用意し、両面研磨装置に配設して、半導体ウェーハを保持して研磨剤を供給しながら両面研磨を行って、キャリアの磨耗スピードを算出した。一度に5枚のウェーハを40分間研磨し、全部で2050枚のウェーハ(410バッチ)を両面研磨した(実施例3)。
また、従来のキャリア(ガラスエポキシ樹脂製)を用意して、同様に一度に5枚のウェーハを保持して40分間研磨し、全部で30枚のウェーハ(6バッチ)を両面研磨した(比較例4)。
この結果、キャリアの磨耗スピードは実施例3では2.44×10−10μm/min、比較例4では1.74×10−2μm/minとなり、桁違いの大きな差が生じた。
このように、本発明のキャリアでは、ウェーハを保持して両面研磨を行っても、従来のキャリアに比べて磨耗スピードが格段に遅く、研磨時においてキャリア厚さの変化を十分に抑制することができる。したがって、キャリアの交換頻度を低減することができ、コストを大幅に下げることが可能になる。また、上述したように、研磨時においてキャリアの厚さが安定していれば、高い平坦度を有するウェーハを効率良く生産することができる。
このように、本発明のキャリアでは、ウェーハを保持して両面研磨を行っても、従来のキャリアに比べて磨耗スピードが格段に遅く、研磨時においてキャリア厚さの変化を十分に抑制することができる。したがって、キャリアの交換頻度を低減することができ、コストを大幅に下げることが可能になる。また、上述したように、研磨時においてキャリアの厚さが安定していれば、高い平坦度を有するウェーハを効率良く生産することができる。
(実施例4、比較例5)
本発明のキャリア(ガラスエポキシ樹脂+DLC膜)を用いて半導体ウェーハの両面研磨を行う。ウェーハの加工前原料厚さと狙い仕上がり厚さの差をもとに加工時間を調整して設定をすることにより、狙い仕上がり厚さになるようウェーハに研磨加工を施した。そして、研磨後のウェーハの形状データを計測して、GBIR、SFQR(max)、SBIR(max)の測定を行った(実施例4)。
同様に、従来のキャリア(ガラスエポキシ樹脂製)を用いて、加工時間設定をして半導体ウェーハを両面研磨して、研磨後のウェーハの形状を測定した(比較例5)。
本発明のキャリア(ガラスエポキシ樹脂+DLC膜)を用いて半導体ウェーハの両面研磨を行う。ウェーハの加工前原料厚さと狙い仕上がり厚さの差をもとに加工時間を調整して設定をすることにより、狙い仕上がり厚さになるようウェーハに研磨加工を施した。そして、研磨後のウェーハの形状データを計測して、GBIR、SFQR(max)、SBIR(max)の測定を行った(実施例4)。
同様に、従来のキャリア(ガラスエポキシ樹脂製)を用いて、加工時間設定をして半導体ウェーハを両面研磨して、研磨後のウェーハの形状を測定した(比較例5)。
なお、GBIR(global backside ideal range)とはウェーハ裏面を平面に矯正した状態で、ウェーハ面内に1つの基準面を持ち、この基準面に対する最大、最小の位置変位の差を示す。
また、SFQR(site front least squares range)はウェーハ裏面を平面に矯正した状態で、設定されたサイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準平面とし、各サイト毎のこの平面からの最大、最小の位置変位の差を示す。(max)とは、各サイト毎のその差のうち最大のものを指す。
SBIR(site back ideal range)はウェーハ裏面を平面に矯正した状態で、裏面基準面にて各サイト毎の表面高さの最大値と最小値の差を指す。(max)はSFQRと同様、各サイト毎のその差のうち最大のものを指す。
また、SFQR(site front least squares range)はウェーハ裏面を平面に矯正した状態で、設定されたサイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準平面とし、各サイト毎のこの平面からの最大、最小の位置変位の差を示す。(max)とは、各サイト毎のその差のうち最大のものを指す。
SBIR(site back ideal range)はウェーハ裏面を平面に矯正した状態で、裏面基準面にて各サイト毎の表面高さの最大値と最小値の差を指す。(max)はSFQRと同様、各サイト毎のその差のうち最大のものを指す。
実施例4の結果を図4(A)に、比較例5の結果を図4(B)に示す。
図4から判るように、GBIR、SFQR(max)、SBIR(max)のいずれの値も本発明のキャリアを用いた実施例4のほうが、従来キャリアの比較例5よりも小さな値となった。
実施例4の本発明のキャリアを用いた両面研磨では、高い平坦度を有する高品質の半導体ウェーハに仕上げることができ、一方、比較例5においては、特にウェーハの周縁部において大きく丸みを帯びてしまい、著しく平坦度に欠けたウェーハとなってしまった。
図4から判るように、GBIR、SFQR(max)、SBIR(max)のいずれの値も本発明のキャリアを用いた実施例4のほうが、従来キャリアの比較例5よりも小さな値となった。
実施例4の本発明のキャリアを用いた両面研磨では、高い平坦度を有する高品質の半導体ウェーハに仕上げることができ、一方、比較例5においては、特にウェーハの周縁部において大きく丸みを帯びてしまい、著しく平坦度に欠けたウェーハとなってしまった。
本発明のキャリアは表面を硬度の高いDLC膜でコーティングしていることにより、研磨加工に使用しても磨耗が小さいためにキャリア厚さが変化せずに安定している。すなわち、ウェーハの狙い仕上がり厚さへの最適な加工時間の変動要因が減るために、設定した加工時間で狙い通りの厚さにウェーハを仕上げることができ、高平坦度を有するウェーハを生産できる。
一方、従来のキャリアでは研磨時においてキャリアの磨耗が進み、設定した加工時間と最適な加工時間とにズレが生じ、ウェーハの平坦度も低いものとなる。
一方、従来のキャリアでは研磨時においてキャリアの磨耗が進み、設定した加工時間と最適な加工時間とにズレが生じ、ウェーハの平坦度も低いものとなる。
なお、本発明は、上記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。
例えば、上記実施例では、キャリア母体の材質としてガラスエポキシ樹脂を用いた場合を例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されず、キャリア母体の材質が樹脂であり、その表面にDLC膜をコーティングしたものであれば良い。
1…両面研磨装置用キャリア、 2…研磨液孔、
3…半導体ウェーハ保持部、 4…保持孔、 5…外周歯、
10…両面研磨装置、 11…下定盤、 12…上定盤、
11a、12a…研磨布、 13…サンギヤ、
14…インターナルギヤ、 15…ノズル、 16…貫通孔、
17…キャリア母体、 18…DLC膜、
W…半導体ウェーハ
3…半導体ウェーハ保持部、 4…保持孔、 5…外周歯、
10…両面研磨装置、 11…下定盤、 12…上定盤、
11a、12a…研磨布、 13…サンギヤ、
14…インターナルギヤ、 15…ノズル、 16…貫通孔、
17…キャリア母体、 18…DLC膜、
W…半導体ウェーハ
Claims (7)
- 両面研磨装置において、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれた半導体ウェーハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアであって、前記キャリアの母体の材質が樹脂であり、該キャリア母体の表面をDLC膜でコーティングしたものであることを特徴とする両面研磨装置用キャリア。
- 前記樹脂が、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の両面研磨装置用キャリア。
- 前記DLC膜がスパッタ蒸着法によりコーティングされたものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の両面研磨装置用キャリア。
- 前記DLC膜の厚さが0.3μm〜5μmであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の両面研磨装置用キャリア。
- 前記キャリアの表面粗さがRaで0.01μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の両面研磨装置用キャリア。
- 少なくとも、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の両面研磨装置用キャリアを具備したものであることを特徴とする両面研磨装置。
- 半導体ウェーハを両面研磨する方法であって、研磨布が貼付された上下定盤の間に請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のキャリアを配設し、該キャリアに形成された保持孔に半導体ウェーハを保持して、前記上下定盤の間に挟み込んで両面研磨することを特徴とする半導体ウェーハの両面研磨方法。
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