JP2009178806A - 研磨用キャリア、及び、研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの研磨の仕上がりのバラツキを低減し、また、研磨処理時間の低減を図ることが可能な研磨用キャリア、及び、研磨装置を提供する。
【解決手段】ワーク８を保持する保持穴１３を有し、上定盤３の上研磨面（研磨布７ａ）と下定盤４の下研磨面（研磨布７ｂ）との間に挟持された状態で、ワークと研磨面との間に研磨材を導入しつつ両研磨面との摺動によりワークの被研磨面の研磨を行うキャリア２であって、少なくとも下研磨面との対向面（下面）に複数の突起部１４を設けることにより、下研磨面とキャリアの下面との間に研磨材が流入可能な間隙Ｃを形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、研磨用キャリア、及び、研磨装置に関し、特に、上研磨面と下研磨面との間に挟持された状態で、ワークと研磨面との間に研磨材を導入しつつ両研磨面との摺動によりワークの被研磨面の研磨を行う研磨用キャリア、及び、研磨装置に関する。

例えば、シリコンウェハ、ガラス基板、金属基板等のワークの被研磨面の両面を同時に研磨するための研磨装置の代表的なものとして、遊星歯車機構を用いた研磨装置がある（例えば、特許文献１参照）。この遊星歯車機構を用いた研磨装置においては、下定盤と、下定盤の上方に設けられた上定盤と、下定盤の中心部に設けられる太陽歯車と、下定盤の外周部に回転可能に設けられる内歯歯車と、外周にギア部を有しワークを保持可能なキャリアとを備え、太陽歯車と内歯歯車とにギア部を噛合した状態で上下の定盤の間にキャリアを複数配置して挟持し、太陽歯車と内歯歯車の共働によって各キャリアを自転、公転させることで上下の定盤にそれぞれ設けられた研磨面（研磨布）とワークを摺動させて当該ワークの両面の研磨を同時に行なっている。

特開２００７−３３１０３４号公報

ところで、上記の研磨装置では、上下の研磨面とワークとの間に砥粒を含む研磨材を供給しながら研磨処理を行うことで研磨を促進するようにしていた。
しかしながら、従来のキャリアでは、上研磨面（上定盤）とキャリア上面との間には僅かに隙間が形成される一方、下研磨面（下定盤）に対してはキャリアの下面が密着することで、この下研磨面とキャリアの下面との間には隙間が殆ど形成されない。このため、研磨処理中におけるワーク下面への研磨材の回り込みがキャリアによって阻害されてしまう問題があった。これにより、ワークの上下の被研磨面で研磨の仕上がり（研磨量や平坦度）にバラツキが生じたり、研磨装置のキャリアのセット位置によっても各ワーク間で研磨の仕上がりにバラツキが生じたりする虞があった。また、研磨処理に要する時間が増大する問題があった。

本発明は、この様な事情に鑑みなされたものであり、その目的は、ワークの研磨の仕上がりのバラツキを低減し、また、研磨処理時間の低減を図ることが可能な研磨用キャリア、及び、研磨装置を提供することにある。

本発明の研磨用キャリアは、上記目的を達成するために提案されたものであり、ワークを保持するワーク保持部を有し、上研磨面と下研磨面との間に挟持された状態で、ワークと研磨面との間に研磨材を導入しつつ両研磨面との摺動によりワーク保持部に保持されたワークの被研磨面の研磨を行う研磨用キャリアであって、
少なくとも前記下研磨面との対向面に複数の突起部を設けることにより、前記下研磨面と前記対向面との間に前記研磨材が流入可能な間隙を形成したことを特徴とする。
なお、「上」及び「下」の文言は、鉛直方向の相対的な位置関係を示すものであり、対象に対して鉛直方向で相対的に下方に位置する場合を「下」とし、対象に対して鉛直方向で相対的に上方に位置する場合を「上」とする。

また、本発明の研磨用キャリアは、ワークを保持するワーク保持部を有し、上研磨面と下研磨面との間に挟持された状態で、ワークと研磨面との間に研磨材を導入しつつ両研磨面との摺動によりワーク保持部に保持されたワークの被研磨面の研磨を行う研磨用キャリアであって、
少なくとも前記下研磨面との対向面に複数の窪部を設けることにより、当該窪部と前記下研磨面との間に前記研磨材が流入可能な間隙を形成したことを特徴とする。

さらに、本発明の研磨装置は、下研磨面を有する下定盤と、
上研磨面を有する上定盤と、
上記構成の研磨用キャリアと、
を備え、
ワーク保持部にワークを保持した前記研磨用キャリアを前記上定盤と前記下定盤との間に挟持し、ワークと研磨面との間に研磨材を導入しつつ両研磨面との摺動によりワークの被研磨面の研磨を行うことを特徴とする。

上記各構成によれば、少なくとも下研磨面との間に研磨材が流入可能な間隙を形成したので、従来において研磨材の供給が不足していたワークの下面と下研磨面との間に、間隙を通じて研磨材を積極的に供給することが可能となる。これにより、ワークの上下の面で研磨の仕上がりのバラツキや、研磨装置におけるキャリアのセット位置による各ワーク間で研磨の仕上がりのバラツキを低減することができる。また、研磨材により研磨を促進することができるので、研磨処理時間を低減することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は本発明に係る研磨装置１の構成、特に、遊星歯車機構の構成の一例を説明する平面図、図２は研磨装置１の断面図、図３は図２における領域Ａの拡大断面図である。また、図４は研磨用キャリア２（以下、単にキャリア２と略記する。）の構成を説明する平面図である。なお、図１では、上定盤３を図示していない。

本実施形態における研磨装置１は、それぞれ研磨面として機能する研磨布７ａ，７ｂが貼着された上下の定盤３，４、被研磨物としてのワーク８を保持するためのキャリア２、このキャリア２を各定盤３，４の間で自転・公転させるための太陽歯車５および内歯歯車６等を備えて概略構成されている。なお、この研磨装置１は、図示しない回転駆動源によって、上定盤３、下定盤４、太陽歯車５、内歯歯車６をそれぞれ回転駆動させる４ウェイ駆動方式を採用しているが、他の駆動方式を採用することもできる。

上下の定盤３，４は、円盤状に形成された部材であり、それぞれの研磨面を互いに向き合わせた状態で配置されている。これらの定盤３，４の中心部にはそれぞれ回転軸９ａ，９ｂが連結されている（図２）。各回転軸９ａ，９ｂには回転駆動源が接続され、この回転駆動源の駆動力により各定盤３，４が互いに反対方向に回転するようになっている。また、上定盤３には、研磨処理中におけるワーク８の被研磨面に砥粒を含む液体状又はスラリー状の研磨材を供給するための研磨材供給口１０が、定盤厚さ方向を貫通した状態で設けられている。図３において矢印で示すように、研磨材供給口１０は、図示しない研磨材供給源からの研磨材を、各定盤３，４の間で研磨処理中のワーク８側に供給するようになっている。また、研磨処理中において、各定盤３，４の間には、側方からも研磨材が供給される。

太陽歯車５は、下定盤４の中心部に配置された外歯歯車であり、回転駆動源の駆動力により所定方向（図１において時計回り）に回転するようになっている。内歯歯車６は、太陽歯車５に対して同心状に、尚且つ下定盤４の外側に配置されたリング状の歯車であり、回転駆動源の駆動力により太陽歯車５とは反対方向（図１において反時計回り）に回転するようになっている。

キャリア２は、外周に沿って複数の歯（外歯）１２が形成された円盤状の治具である。そして、このキャリア２は、太陽歯車５と内歯歯車６との間に複数（図１の例では３枚）セットされる。各キャリア２は、外周部の歯１２を各歯車５，６に噛合し、これらの歯車５，６の回転に従動して上下の定盤３，４（研磨布７ａ，７ｂ）の間で遊星運動する。なお、研磨装置１において同時に配置されるキャリア２の数は、互いに干渉しないようにセットできれば特に限定されるものではなく、１枚または２枚、あるいは４枚以上とすることも可能である。

図４に示すように、キャリア２には、その中心から径方向の外側に外れた位置に複数の保持穴１３が板厚方向を貫通した状態で開設されており、この保持穴１３が本発明におけるワーク保持部として機能する。この保持穴１３は、ワーク８の外形よりも少しだけ拡大した形状寸法の貫通穴であり、本実施形態においては、ワーク８の形状に倣って矩形の穴となっている。また、１つのキャリア２には計４つの保持穴１３がそれぞれ開設されている。

また、本発明に係るキャリア２は、図３および図４に示すように、その一方の面、具体的には、研磨処理において下研磨面（研磨布７ｂ）と対向する側の面（以下、下面）に、複数の突起部１４を有していることに特徴を有している。本実施形態においては、キャリア２の下面から下研磨面に向けて突出した半球状の突起部１４を、保持穴１３及び歯１２を除くキャリア２の下面全体に、互いに所定の間隔を空けて複数突設している。なお、キャリア２の突起部１４を含む全体の厚さは、ワーク８の厚さよりも少し薄くなるように設定されている。

この突起部１４を設けることにより、図３に示すように、下研磨面、即ち、下定盤４の研磨布７ｂとキャリア２の下面との間に間隙Ｃが形成される。この間隙Ｃは、以下で説明するように、研磨処理中における研磨材が流入可能な空部である。突起部１４の下面からの突出量は、この間隙Ｃの大きさを規定する。本実施形態においては、ワーク８を保持したキャリア２が上下の定盤３，４により挟持された状態で、この間隙Ｃの大きさ（研磨布７ｂとキャリア２の下面との距離）が、キャリア２の上面と上研磨面（研磨布７ａ）との間に生じる間隙の大きさと同程度となるように、突起部１４の突出寸法（高さ）が設定されている。

なお、突起部１４の形状に関し、本実施形態で例示したものには限られず、円錐状等の他の形状の突起部を採用することも可能である。また、キャリア２に形成する突起部１４の数や寸法に関しても、研磨処理におけるワーク８の上下面への研磨材の供給量のバランスを考慮して適宜変更することが可能である。さらに突起部１４を、キャリア２の上面（即ち、研磨処理において上研磨面と対向する側の面）に設けることも可能である。

次に、上記構成の研磨装置１によるワーク８に対する研磨処理について説明する。
まず、突起部１４が突設された下面側を下定盤４に向けた姿勢で、尚且つ、外周の歯１２を太陽歯車５及び内歯歯車６に噛合させた状態で、各キャリア２を下定盤４にそれぞれ載置する。また、各保持穴１３には、被研磨物であるワーク８を収容して保持させる。次に、下定盤４に対して上定盤３を相対的に近接させて、これらの上下の定盤３，４でキャリア２を挟み込む。即ち、キャリア２は、上研磨面（研磨布７ａ）と下研磨面（研磨布７ｂ）との間に挟持された状態となる。

上記の状態で、上定盤３、下定盤４、太陽歯車５、及び内歯歯車６を、回転駆動源によりそれぞれ所定の方向に回転させる。これにより、太陽歯車５と内歯歯車６との間に噛合した各キャリア２は、太陽歯車５を中心として内歯歯車６の回転方向（図１の例では反時計回り）と同一方向に公転しつつ反時計回りに自転する。また、上下の定盤３，４の間には、研磨材供給口１０等から研磨材が供給される。これにより、ワーク８と上下の研磨布７ａ，７ｂとの間に研磨材を導入しつつワーク８の両面の被研磨面が、上下の研磨布７ａ，７ｂの摺動によって研磨される。

この際、キャリア２の下面の突起部１４により、研磨布７ｂとキャリア２の下面との間に間隙Ｃが形成されるので、従来において研磨材の供給が不足していたワーク８の下面と研磨布７ｂとの間に、間隙Ｃを通じて研磨材を積極的に供給することが可能となる。これにより、ワーク８の上下の面で研磨の仕上がりのバラツキや、研磨装置１におけるキャリア２のセット位置による各ワーク間で研磨の仕上がりのバラツキを低減することができる。また、研磨材により研磨を促進することができるので、研磨処理時間を低減することが可能となる。
なお、キャリア２の回転方向および回転速度等は、研磨条件に応じて、太陽歯車５と内歯歯車６の角速度の設定によって適宜変更することができる。

次に、本発明に係るキャリア２の第２の実施形態について説明する。
図５は、キャリア２の第２の実施形態における構成を説明する平面図である。
この第２の実施形態におけるキャリア２の下面には、上記第１の実施形態における突起部１４に替えて、本発明における窪部としての溝部１６が複数設けられている。この溝部１６は、キャリア２の下面の一部を上面側に板厚方向の途中まで窪ませることで形成されている。図５の例では、キャリア２の直径方向に伸びる４本の溝部１６を、キャリア２の中心部で互いに交差するように放射状に形成している。これにより、このキャリア２を下定盤４に配置した際に、研磨布７ｂと溝部１６との間で間隙が形成されるようになっている。そして、研磨処理においては、この間隙を通じてワーク８の下面と研磨布７ｂとの間に研磨材を供給することが可能となる。したがって、本実施形態の構成においても、上記第１実施形態の構成と同様な作用効果を奏する。

なお、図５に示すように、溝部１６の一部が保持穴１３に連通するように形成することにより、この保持穴１３に保持されたワーク８に研磨材をより効率良く供給することが可能となる。
また、各溝部１６を放射状に形成した構成を例示したが、これには限られず、例えば、格子状に交差するように各溝部１６を形成する構成を採用することも可能である。
さらに、窪部としては、図５に例示した溝部１６には限られず、種々の形状の窪みを採用することができる。

そして、キャリア２には、上記各実施形態で例示した突起部と窪部の両方を形成することも可能である。要は、少なくともキャリア２の下研磨面との対向面に複数の突起部又は窪部（つまり凹凸）を形成し、これらの突起部又は窪部によりキャリア２と下研磨面との間に研磨材が流入可能な間隙が形成されれば良い。

研磨装置の構成を説明する平面図である。 研磨装置の構成を説明する断面図である。 図２における領域Ａの拡大断面図である。 研磨用キャリアの構成を説明する平面図である。 研磨用キャリアの第２実施形態における構成を説明する図である。

符号の説明

１…研磨装置，２…キャリア，３…上定盤，４…下定盤，５…太陽歯車，６…内歯歯車，７ａ，７ｂ…研磨布，８…ワーク，１０…研磨材供給口，１２…歯，１３…保持穴，１４…突起部，１６…溝部

Claims (3)

1. ワークを保持するワーク保持部を有し、上研磨面と下研磨面との間に挟持された状態で、ワークと研磨面との間に研磨材を導入しつつ両研磨面との摺動によりワーク保持部に保持されたワークの被研磨面の研磨を行う研磨用キャリアであって、
   少なくとも前記下研磨面との対向面に複数の突起部を設けることにより、前記下研磨面と前記対向面との間に前記研磨材が流入可能な間隙を形成したことを特徴とする研磨用キャリア。
2. ワークを保持するワーク保持部を有し、上研磨面と下研磨面との間に挟持された状態で、ワークと研磨面との間に研磨材を導入しつつ両研磨面との摺動によりワーク保持部に保持されたワークの被研磨面の研磨を行う研磨用キャリアであって、
   少なくとも前記下研磨面との対向面に複数の窪部を設けることにより、当該窪部と前記下研磨面との間に前記研磨材が流入可能な間隙を形成したことを特徴とする研磨用キャリア。
3. 下研磨面を有する下定盤と、
   上研磨面を有する上定盤と、
   請求項１又は請求項２に記載の研磨用キャリアと、
   を備え、
   ワーク保持部にワークを保持した前記研磨用キャリアを前記上定盤と前記下定盤との間に挟持し、ワークと研磨面との間に研磨材を導入しつつ両研磨面との摺動によりワークの被研磨面の研磨を行うことを特徴とする研磨装置。

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