JP3851310B2 - ワークを同時に両面で加工するためのキャリヤおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨材またはコロイドを含有した液体を供給して、１つまたはそれ以上のワークを同時に両面で材料除去加工するための鋼製の平らなキャリヤであって、当該キャリヤが、機械的に平滑化された表面および裏面ならびに側面を備えたキャリヤボディから成っており、該キャリヤボディが、プラスチックでライニングされた、ワークを収容するための１つまたはそれ以上の切欠きと、１つまたはそれ以上の別の切欠きとを備えている形式のものに関する。さらに、本発明は、このような形式のキャリヤを使用して、１つまたはそれ以上のワークを同時に両面で材料除去加工するための方法に関する。

両面の材料を除去加工するための方法は、面状のワークの、互いに反対の側に位置する表面を平坦化しかつ／または平滑化するために、種々異なる工業部門で使用される。特別な形は、１回の作業ステップにおいて２つの作業定盤の間で同時に行われる両面加工である。この手段によって、特に高い平行平面度が得られる。この平行平面度は、たとえば組み込まれた電子的な構成素子を製作するための支持材料としての光学ガラスまたは半導体板、つまり、半導体ウェーハの工業製造時に極めて重要となる。

研磨成分を使用してワークを材料除去加工する場合には、砥粒の提供の種類に応じて、原理的に種々異なる方法が区別され得る。ラッピング時には、ワークが、たいてい金属、たとえば鋳鉄から成る回転する両作業定盤の間で、研磨材を含有した液体、すなわち懸濁液（スラリ）を連続的に供給して平坦化される。この場合、作業定盤は僅かに消耗される。研削法は、研磨材がマトリックス内で結合されていて、たとえば消耗されるペレットまたはコーティングの形でワークに除去作用する点でラッピングと異なっている。この場合、一般的に液体は副産物の冷却および浚いのために連続的に供給される。ポリシング時には、ラッピングに類似して、研磨材またはコロイドを含有した液体が連続的に供給される。この場合、作業定盤は、この事例では、研磨布とも呼ばれるポリシングパッドで被覆されている。これによって、ラッピングされたかまたは研削された表面に比べて低い粗さを備えた表面の提供が可能となる。

前述した方法によってワークを同時に両面で面状に加工するための装置および方法を説明する。公知先行技術に基づき公知の方法では、適切に寸法設定された切欠きを備えたキャリヤに案内されたワークが、このワークよりも大きく寸法設定された平坦な平行の２つの作業定盤の間で加工される。この場合、たとえばアメリカ合衆国特許第６０８００４８号明細書によれば、ピンに差し被せられたただ１つのキャリヤが加工装置の中心に位置していて、回転運動のほかに側方運動も実施し得る。しかし、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３０７９５号明細書によれば、たいてい複数のキャリヤが遊星軌道で装置中心を中心として回転運動する可能性もある。キャリヤの駆動は、この事例では、キャリヤ歯列と外側のならびに内側の駆動リングギヤとが噛み合うインボリュート歯車（「ｉｎｖｏｌｕｔｅ ｇｅａｒｉｎｇ」）によって行われるかまたはピン歯車（「ｐｉｎ ｇｅａｒｉｎｇ」）によって行われる。この場合、キャリヤは、一般的に半円形の複数の切欠きによって取り囲まれている。この切欠きには、外側のかつ内側の駆動リングの、駆動ピン付きリングに所属するピンが噛み合う。

プラスチックまたはセラミックスから成るキャリヤのしばしば不十分な負荷耐性のため、キャリヤボディの材料として鋼が普及した。半導体ウェーハのための、両面に作用するポリシング法は、たとえばドイツ連邦共和国特許第１９９０５７３７号明細書に記載されている。このドイツ連邦共和国特許第１９９０５７３７号明細書は、完全にポリシングされた半導体ウェーハの厚さが、使用されるキャリヤの厚さよりも２〜２０μｍだけ大きく寸法設定されていることによって特徴付けられている。ワーク縁部を保護するためにプラスチックでライニングされた、ポリシングしたいワークを収容するための切欠きを有する鋼製の基体を備えた、この方法のために使用可能なキャリヤは、ヨーロッパ特許第２０８３１５号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００２３００２号明細書および国際公開第０２／１３２３７号パンフレットに記載されている。これらの刊行物に基づき、プラスチックライニングを摩耗理由または汚染理由から周期的に交換することが公知である。この場合、鋼から成るキャリヤボディは、有利には、鋼の圧延、輪郭のレーザ切断、ラッピング、研削および／またはポリシングによる機械的な平坦化、場合によっては熱的な硬化プロセスおよび応力除去プロセスならびに洗浄によって製作することができる。

ワークを同時に両面でポリシングしかつラッピングする場合には、スクラッチが、完全に加工されたワークの評価時の主な欠損原因となる。一般的に後続の洗浄後に初めて発見されるスクラッチは、たとえば使用された研磨材またはコロイドからの固着された固形物、駆動装置の剥離金属屑、ワーク破片またはポリシングパッドの研削によるパーティクルによって生ぜしめられ得る。この場合、前述した粒子は作業定盤とワークとの間に到達し、ワークにわたって摩擦される。これによって、一般的に円弧状のスクラッチが生ぜしめられる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００６０６９７号明細書（閉じられた研磨剤通路とピン付きリングへのスプレーとによる研磨剤固着物の回避）、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００７３８９号明細書（ポリシング後のワークの自動的なアンローディングによるワーク破損の回避）および未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１０１６２５９７号明細書（特殊に成形されたプレートを用いた、新たに接着されたポリシングパッドのコンディショニングによるポリシングパッド摩耗の回避）が証明しているように、この問題に対して、少なくとも同時に行われる両面ポリシングのためのすでに部分的に技術的な解決手段が存在している。

しかし、当業者に周知であるように、キャリヤ自体も特にその耐用年数の初期段階において、たとえばラッピングスクラッチまたはポリシングスクラッチの発生に関与し得る。実際には、新たに製造されたキャリヤに対する材料除去プロセスの間の消耗に基づく過度に肉薄のキャリヤの交換が、加工されたワークにおけるスクラッチの発生に結びつけられていることを観察することができる。このスクラッチ発生は、個別事例に応じて、キャリヤがその最初の使用前に懸念して、たとえば超音波浴内で洗浄された場合でさえ、ラッピングプロセスまたはポリシングプロセスにおける１０〜５０回のサイクルの範囲（部分的には一層長い範囲）で継続し得る。通常、このような形式で加工されたワークは連続運転によって許容されず、コストを増加させると共に加工装置１つあたりのワークの装入量を減少して後作業されなければならず、極端なスクラッチの事例では取除きさえされなければならない。
アメリカ合衆国特許第６０８００４８号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３０７９５号明細書 ドイツ連邦共和国特許第１９９０５７３７号明細書 ヨーロッパ特許第２０８３１５号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００２３００２号明細書 国際公開第０２／１３２３７号パンフレット ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００６０６９７号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００７３８９号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願第１０１６２５９７号明細書

したがって、本発明の課題は、たとえばラッピングまたはポリシングによってワークを同時に両面で材料除去加工するためのキャリヤおよび方法を改良して、特に新たなキャリヤの使用の初期段階でのワークにおけるスクラッチ率の低減によって、公知先行技術によるキャリヤおよび方法の使用に比べてコスト利点が得られるようにすることである。

この課題を解決するために本発明の構成では、別の切欠きの側面が、４．８ｍｍの測定区間において１０μｍ以下の平均粗さ値を有しているようにした。

本発明によるキャリヤでは、このキャリヤが平滑な側面を、規定された最大の粗さ値を伴って、たとえばラッピング剤またはポリシング剤の改善された分配のために働く別の切欠きの領域に有していることが特徴的である。この別の切欠きの側面は、規定された最大の粗さ値が上回られる場合に、新たに製造された鋼製のキャリヤの使用時のスクラッチ発生に著しく寄与している。この関係は驚くべきことであり、予期することができなかった。

本発明による装置は、ほぼ環状、円筒状、板状または直方体状の種々異なる物体を、たとえばラッピングまたはポリシングによって同時に両面で平坦に加工するために使用することができる。これらの物体は、前述した方法によって加工可能である材料から成っている。ここには、技術的な使用において役割を果たすほぼ全ての材料、有利にはガラス、金属、合金、石材、セラミックスならびに半導体材料、たとえばシリコンおよび別の材料が属している。前述した物体は、計画された継続使用に応じて、その直径に関して、有利には１ｍｍ〜１０００ｍｍの幅広い範囲でかつ厚さに関して、有利には０．１ｍｍ〜１００ｍｍの幅広い範囲で変えることができる。これには、加工装置とキャリヤとのサイズの規定時に注意しなければならない。本発明の構成は、加工したいワークの材料にほぼ無関係である。組み込まれる電子的な構成素子、たとえばプロセッサおよび記憶素子の製造において引き続き使用するための１００〜４５０ｍｍの直径および２００〜１２００ｍｍの厚さの単結晶のシリコンウェーハは、本発明の構成に対して特に有利である。

以下の説明は、シリコンから成る単結晶の半導体ウェーハのポリシングに関するものである。異なる加工法、たとえばラッピングおよびワークの前述した形状および材料の異なる形状および材料への転用は、適合する切欠きを有するキャリヤを備えた、適宜に装備された適切なサイズの加工装置の使用時に当業者に周知の手段によって可能となる。

原理的には、たとえば内周刃式切断法またはワイヤソー式切断法によってソーイングされた幾つかのシリコンウェーハに対して、本発明による両面でのポリシングステップを直接実施することが可能となる。しかし、シャープに制限された、したがって、機械的に極めて敏感なウェーハエッジが、適切に異形成形された研削ディスクによってラウンディングされると有利である。さらに、ジオメトリの改善および破壊された結晶層の部分的な除去のためには、シリコンウェーハを除去するステップ、たとえばラッピングおよび／または研削および／またはエッチングが実施されると有利である。この場合、前述した全てのステップは、公知先行技術により実施することもできるし、ラッピングの事例では、有利には本発明により実施することもできる。

本発明によるポリシングステップを実施するためのベースとして、適切なサイズの市販の装置を使用することができる。この装置は、ワークを案内するために、中心に配置されたただ１つのキャリヤまたは遊星軌道で運動させられる複数のキャリヤを装備している。両面ポリシングのために、回転可能なスリーブを組み付けるための可能性を有する、遊星歯車伝動装置とピン歯列とを備えた、少なくとも３つのキャリヤを使用して少なくとも３つのシリコンウェーハを同時にポリシングすることを可能にするポリシング装置は、本発明の構成に対して有利である。３つまたは５つのキャリヤの同時の使用が特に有利である。これらのキャリヤには、同じ間隔を置いて円形の軌道に配置されたそれぞれ少なくとも３つのシリコンウェーハが配置されている。

ポリシング装置は、主として、自由に水平方向に回転可能な下側の作業定盤と、自由に水平方向に回転可能な平行な上側の作業定盤とから成っている。この上側の作業定盤は、有利には通路から成るラビリンスによって内部で貫通されていて、特に有利には別個の温度調整回路によってポリシングの間、２０〜６０℃の規定された作業温度に保持される。両作業定盤はポリシングパッドによってカバーされていて、有利には貼り付けられている。５０〜１００（ショアＡ）硬さの市販のポリウレタン製のポリシングパッドによってポリシングが行われると有利である。このポリシングパッドは、混合された強化ポリエステル繊維を有していてよい。上側のかつ下側のポリシングパッドは、接着後、有利には加圧によって、プラスチックから成るケージ内に案内された、たとえば鋼から成るコンディショニングディスクを水の供給下で使用しながらポリシングのために提供される。

両面ポリシングのための研磨剤として、研磨材またはコロイド、たとえばＳｉＯ２の濃度が１〜１０質量％のＳｉＯ_２コロイドと、有利には９．５〜１２．５のｐＨ値を生ぜしめるアルカリ性の成分、たとえばＮａ_２ＣＯ_３、ＮａＯＨ、Ｋ_２ＣＯ_３、ＫＯＨ、ＮＨ_４ＯＨおよび／またはＴＭＡＨとを組み合わせたアルカリ性の水性懸濁液が適している。このような研磨剤の供給は、本発明の枠内では、開いた供給システムまたは閉じられた供給システムを介して通路、チューブおよび／または管によって、上側の作業定盤に設けられた孔を通して行われ得る。閉じられたシステムは、開いた研磨剤通路に比べて、両ポリシング定盤の間で洗い流されてスクラッチを生ぜしめ得る、晶出された研磨剤によるさほどの固着物を生ぜしめないという利点を有している。

本発明を説明するためには、本発明を明確にする幾つかの図面が使用される。全ての記載は、交換可能な鋼製のスリーブを備えた、キャリヤを駆動するための外側のかつ内側のリングのピン歯列を装備した、ワークを同時に両面でポリシングするために用いられる、Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ社（ドイツ連邦共和国Ｒｅｎｄｓｂｕｒｇ在）の型式ＡＣ２０００の市販の装置での直径３００ｍｍのシリコンウェーハのポリシングに関するものである。本発明の根底を成す関係は、より小さなまたは大きなポリシング装置ならびにラッピング装置および比較可能な運動機構によって作業する、材料を除去するためのその他の装置と、より小さなまたは大きな半導体ウェーハの加工とに転用することができる。したがって、図面は決して本発明を限定するものではない。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを同時に両面でポリシングするために用いられる、７７０〜７８０μｍの厚さを備えた特殊鋼製の回転板、つまりキャリヤが概略的に示してある。このキャリヤはキャリヤボディ１を有している。このキャリヤボディ１は、全周にわたって延びる歯列２を備えている。この歯列２は、内側のかつ外側のピン付きリングに噛み合うために、歯と交互の半円形の切欠きを有している。キャリヤボディ１と歯列２とは一体の構成部材を形成している。キャリヤは開口３を有している。この開口３は、シリコンウェーハを収容するために適切に寸法設定されていて、シリコンウェーハの縁部を保護するためにプラスチック３ａでライニングされている。さらに、図１に示したキャリヤは別の切欠き４を有している。この切欠き４は、ポリシングを実施する場合の研磨剤流を改善するために働く。

図２では、主としてキャリヤボディ１と、歯列２と、別の切欠き４とから成る図１による最大数５つのキャリヤがポリシング装置に配置されている。これらのキャリヤには、最大数それぞれ３つのワークＷ、この事例ではシリコンウェーハが、プラスチック３ａでライニングされた切欠き３内に配置されている。キャリヤは、この事例では反時計回り方向に回転する内側のピン付きリング５および／または時計回り方向に回転する外側のピン付きリング６による駆動によって時計回り方向に回転させられる。この回転は、回転数の選択に応じて、ポリシング装置の中心軸線を中心とした並進運動に重畳されている。駆動リングのピンが交換可能なスリーブを備えていると有利であると分かった。キャリヤは下側の作業定盤に位置している。この下側の作業定盤には、この事例では研磨布もしくはポリシングパッド７が貼り付けられている。上方に続く、ポリシングパッド９が貼り付けられた上側の作業定盤は、図面を見やすくするという理由に基づき図示していない。図示の例では、有利には、下側の作業定盤が所定の方向、たとえば時計回り方向に回転させられ、上側の作業定盤が逆方向、たとえば反時計回り方向に回転させられる。

キャリヤボディ１は、原理的には、ワーク加工時に使用される押圧負荷、引張り負荷および打撃負荷に耐えられるあらゆる材料から製造することができる。さらに、許容可能なコストに対する製作および提供が可能となることが望ましい。作業安全性ならびに環境の観点が考慮されなければならない。実際、このためには、鋼が提案される。鋼とは、２質量％以下の炭素成分を含有した鉄材料を意味している。鋼は、合金成分および処理法に対する複数の可能性に基づき、使用目的への正確な適合を可能にしていて、許容可能なコストに対して製作可能である。同時に両面で行われるポリシングとしての本発明の実施の枠内では、合金成分としてクロムを含有したステンレス性の特殊鋼の使用が有利である。摩耗特性を改善するためには、キャリヤを熱的にまたは熱化学的に硬化させることも同じく有利である。３０〜６０ＨＲＣのロックウェル硬さが特に有利である。このような硬さ値を当業者は公知の方法によって、鋼が少なくとも０．１質量％および有利には少なくとも０．２質量％の炭素含有率を有する場合に問題なく適切に生ぜしめることができる。

キャリヤ材料として鋼が適している。この鋼は、応力・うねりなしの薄板を形成するために圧延されて硬化させられ、高い引張り強さと耐摩耗性とを有していて、ポリシング条件下で化学的に抵抗性であり、ポリシング条件下でシリコンウェーハに遷移する測定可能な成分の金属、たとえば銅およびニッケルを有していない。別の使用目的、たとえばラッピングに対しては、これと全く異なる条件が当てはまり得る。同時に両面で行われるラッピングでの使用事例に関連して、この特性を特にドイツ材料番号１．４０３４を有する鋼が満たしている。この鋼は、鉄のほかに、約１４質量％のクロムと約０．５質量％の炭素とを合金成分として含有している。

キャリヤの製作は、たとえば公知先行技術により実施された方法ステップ（製鋼、計画された最終厚さを上回る、たとえば５〜５０μｍの厚さへの圧延、焼戻しによる硬化、レーザ切断技術による、シリコンウェーハを収容するための開口３と、研磨剤流を改善するための別の開口４と、全周にわたって延びる歯列２との切抜き、焼鈍しによる平坦化、ラッピングおよび／または研削による最終的な厚さ、平坦度および平行平面度の調整、切欠き３へのプラスチックライニング３ａの装着）によって行われる。しかし、実施詳細に応じて、本発明の主要な特徴を維持し続ける場合には、開口の切抜きを択一的な方法、たとえばソーイングまたはウォータジェット切断によって行うことも可能であってよい。プラスチックライニング３ａは、有利にはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳｔｙ）、ポリ二フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）および別のフッ化炭素鎖または必要な場合に充填することができる比較的軟質の類似のポリマから成っている。

プラスチックライニング３ａは任意の方法により切欠き３に装着されてよい。プラスチックライニング３ａは、たとえば嵌め込むことができるか、接着することができるかまたはプラスチックの射出成形により固着させることができる。キャリヤボディ１の開口３の仕切り部を、より良好な固着のために、たとえば図３に示したように鳩尾８の形に異形成形加工し、装填したいワークＷ、この事例ではシリコンウェーハに向かって平滑な側面が形成されるように、プラスチック材料を適切な形状付与金型内に射出することが有利であり、これによって、シリコンウェーハはポリシングの間にその縁部で損傷されず、キャリヤから抜け出ない。本発明によるキャリヤの作業上の使用時には、プラスチックライニング３ａを、たとえば吸収されたパーティクルによる汚染に対する予防措置として周期的にまたは欠陥の存在時に交換することが必要であると分かった。これは問題ではない。ライニング３ａが規則的な期間をおいて、たとえば１日あたり１回、毛羽のない布によって機械的に綺麗にされると有利である。

図４ａ〜図４ｄには、下側のポリシングパッド７と上側のポリシングパッド９との間に位置する、ライニング３ａを備えたキャリヤボディ１とシリコンウェーハＷとの概略的な横断面の形でライニング３ａの、本発明の枠内で有利なプロファイルが示してある。図４ａによれば、ライニング３ａをキャリヤボディ１と同じ厚さで製造する可能性がある。しかし、ライニング３ａが少なくとも部分的にキャリヤボディ１よりも高い厚さを有している可能性もある。たとえば、ライニング３ａは、ポリシングパッド予荷重もしくはポリシングパッドプレロードの増加のために全ての領域でキャリヤボディ１よりも厚く形成されていてもよい（図４ｂ参照）し、切欠き３に向かって楔状に肉厚化されていてもよい（図４ｃ参照）し、環状のまたは類似に成形された隆起状の肉厚部を有していてもよい（図４ｄ参照）。キャリヤボディ１とライニング３ａとが全ての領域で同じ厚さで形成されている図４ａに示した事例は、実際の考慮から廉価な製作に関して特に有利である。

本発明によるポリシング法のためのキャリヤは２００〜１２００μｍの有利な厚さを有している。この厚さは、ポリシングされるシリコンウェーハの最終厚さに依存している。この最終厚さは最終的にシリコンウェーハの直径と、計画された使用目的とに関連している。キャリヤの厚さに対する直径の比率は、有利には１：１００〜１：１００００である。極めて平坦なシリコンウェーハの製作に関して、ポリシングされるウェーハの最終厚さがキャリヤ厚さよりも０〜２０μｍだけ大きく寸法設定されていると有利である。この場合、１〜１０μｍの範囲が特に有利である。ライニング３ａが少なくとも部分的にキャリヤボディ１よりも高い厚さを有している図４ｂ〜図４ｄに示した事例では、この有利な範囲が、ライニング３ａを含むキャリヤの最も厚い箇所に関係している。たとえば５つのキャリヤのセットの内部では、たとえばテスタによって測定される、キャリヤボディ１の厚さ（図４ａの事例）またはライニング３ａの最も厚い箇所（図４ｂ〜図４ｄの事例）に対する厚さ変動が、有利には１０μｍおよび特に有利には５μｍを上回らないことが望ましい。ライニング３ａと、装填されたシリコンウェーハＷとの間のギャップは、有利には０．１〜５ｍｍおよび特に有利には０．２〜２ｍｍである。

キャリヤの、下側のポリシングパッド７と上側のポリシングパッド９との間の比較的狭いギャップにおける研磨剤流の改善のために働く別の切欠き４の側面の性状は本発明の構成に対して著しく重要である。本発明は、大規模な検査において、別の切欠き４のこの側面の性状が、新たに製造されたのキャリヤのスクラッチ特性に対して臨界的であることを証明することができた。１つのキャリヤの側面の性状は、たとえば視覚的に判断することができる。この場合、高い粗さ値を備えた、特に公知先行技術による新たに製造されたキャリヤにおける別の切欠き４の側面が、ポリシングされたシリコンウェーハＷへのスクラッチの発生に通じることが分かる。

図５ａには、公知先行技術による新たに製造されたキャリヤの別の切欠き４のこのように粗い側面１０を３０倍に拡大した走査型電子顕微鏡写真が示してある。この場合、高いエネルギ供給および迅速な送りでのレーザ切断によって形成された側面１０は、キャリヤボディ１の、ラッピングによって機械的に平滑化された表面１１と基本的に異なる表面画像を示している。同じ領域を１５０倍に拡大して示した図５ｂには、超音波浴での洗浄にもかかわらず、側面１０に付着しかつ埋め込まれたパーティクルならびにポケット１２が認知可能である。このことは、パーティクルの剥落ちおよび／または研磨剤からの固形物の晶出によってシリコンウェーハＷにスクラッチを生ぜしめる。

図６ａおよび図６ｂには、図５ａおよび図５ｂに相応する、本発明によるキャリヤの走査型電子顕微鏡写真が示してある。キャリヤは別の切欠き４の平滑な側面１０を有している。しかし、この側面１０の粗さは、今回、ラッピングされた比較的平滑なキャリヤボディ１の表面１１と同じ範囲にある。このような形式の側面１０はポケットおよびこれに類する欠陥を有しておらず、パーティクルが付着する傾向になく、付着および／または研磨剤からの固形物の晶出を促進しない。

図６ａおよび図６ｂに示した平滑な側面１０は、本発明の枠内では、互いに異なる２つの形式で提供することができる。（１）キャリヤボディ１の形状付与、特に別の切欠き４の切抜きは公知先行技術よりも穏やかなプロセスによって一般的に行われ、これによって、本発明の要求に直接相応している。たとえば、より低いエネルギ供給およびゆっくりとした送りでのレーザ切断が実施される。（２）図５に示した高い粗さ値を有する側面１０を備えたキャリヤは、後続の加工ステップで特に別の切欠き４において、たとえば研削および／またはポリシングによって機械的に後作業される。化学的なエッチングまたは電解研磨による平滑化は、ある事情があっても同じく本発明の実施のために可能となる。

走査型電子顕微鏡による側面１０の粗さの測定は、本発明の提供の枠内で大いに役立つ方法ではあるものの、作業上の実地では、コスト理由（測定手間；キャリヤの切断の必要性）に基づき永久的に使用することはできない。ワークの品質管理のためには、むしろ、ＤＩＮ４７７７による粗さのための測定法が適している。これに関連して、特に平均粗さ値Ｒ_ａは、１つのキャリヤの側面の品質に対する適切な量を成している。Ｒ_ａは、図７によれば、測定区間ｌ_ｍの内部の中心線からの、濾過された粗さプロフィルのプロフィル偏差の算術平均として規定されている。測定区間ｌ_ｍはＤＩＮ４７７７には４．８ｍｍで規定されている。平均粗さ値Ｒ_ａを測定するためには、市場でポータブル機器が入手可能である。このポータブル機器は、たとえばダイヤモンドチップを測定区間ｌ_ｍに沿って側面１０にわたって引っ張りかつプロフィル偏差を検出する測定原理により作業する。

このように測定された平均粗さ値Ｒ_ａは、図５ａおよび図５ｂに示した公知先行技術によるキャリヤに対して約１５〜２０μｍであり、図６に示した本発明によるキャリヤに対して約３〜５μｍである。本発明の仕上げの枠内では、４．８ｍｍの測定区間ｌ_ｍにおける１０μｍの別の切欠き４の最大の平均粗さ値Ｒ_ａまで、特に新たに製造されたキャリヤの使用時に著しく低いスクラッチ発生を観察することができることが分かった。ポリシング後にスクラッチなしのワークを提供するためには、図５ａおよび図５ｂに示した公知先行技術によるキャリヤが、約３０〜６０分の期間の約３０〜４０回のポリシングサイクルを必要とするのに対して、このことは、図６ａおよび図６ｂに示した本発明によるキャリヤによれば、すでに０〜５回のポリシングサイクル後に達成される。

キャリヤボディ１の表面１１の粗さ値は、有利には別の切欠き４の側面１０の粗さ値と同じ範囲にある。このことは、有利な加工形式によれば、ラッピング、研削および／またはポリシングによって達成される。僅かに高い値は許容することができる。なぜならば、新たに製造されたキャリヤの表面１１がすでに最初のポリシングサイクルの間に十分に平滑化され、少ない後続のサイクル後、鏡面研磨された表面１１を有しているからである。キャリヤボディ１の歯列２の側面の粗さ値も同じく、有利には別の切欠き４の側面１０の粗さ値と同じ範囲にある。しかし、この事例でも僅かに高い値は許容することができる。なぜならば、キャリヤ歯列２と駆動リング５，６との強度の接触によって、すでに短い使用期間後に同じく平滑化を観察することができるからである。これに対して、ポリシングの間に自由なままである別の切欠き４の側面１０は、駆動リング５，６に全く接触しておらず、ポリシングパッド７，９にほぼ接触しておらず、４．８ｍｍの測定区間ｌ_ｍにおける１０μｍの平均粗さ値Ｒ_ａが上回られる場合に長い使用時間にわたって潜在的なスクラッチ源を成している。別の切欠き４の側面１０と、キャリヤボディ１の歯列２の側面とが、４．８ｍｍの測定区間ｌ_ｍにおける８μｍ以下の平均粗さ値Ｒ_ａを有していると有利である。

キャリヤおよびピンスリーブに関して行われる実施態様の枠内では、当業者に周知の形式の同時両面ポリシングステップが実施される。両面ポリシングによるシリコン除去は、有利には２〜７０μｍおよび特に有利には５〜５０μｍである。計画された除去の達成後、化学的に極めて反応性の疎水性のウェーハ表面が不動態化されなければならない。このことは、有利には超純水の供給によって行われる。この超純水は少ない成分のアルコールおよび／または界面活性剤を含有している。最後にシリコンウェーハがポリシング装置から取り出され、洗浄されて乾燥させられる。これには、強く集束された光線下での当業者に周知の方法による表面および裏面におけるスクラッチに関する視覚的な評価が続いている。本発明によるキャリヤの使用下で製作されたシリコンウェーハは、平均して、特に新たに製造されたキャリヤの使用の初期段階において、公知先行技術によるキャリヤの使用下でポリシングされたシリコンウェーハよりも著しく少ないスクラッチを示している。したがって、後作業もしくはスクラッチに基づくシリコンウェーハの損失の減少によって、本発明は、両面で材料除去加工されたワーク、この事例ではシリコンウェーハの廉価な提供を可能にしている。

比較例および例
比較例および例は、３００ｍｍの直径を備えた多数のシリコンウェーハの同時両面ポリシングに関するものである。シリコンウェーハは、公知先行技術の方法によれば、単結晶のワイヤソーイング、エッジラウンディング、両面研削、酸混合液内でのエッチングおよびエッジポリシング（外周ポリシング）によって製作され、８０５μｍの厚さを有していた。例における手段は、ケイ素または別の材料から成る、より大きなまたは小さなワークのポリシングにも、比較可能な材料除去法、たとえばラッピングにも問題なく使用することができる。したがって、例は決して本発明を限定する特徴を有していない。

比較例
７２０ｍｍのピッチ円直径を備えた図１に示した５つのキャリヤが使用された。キャリヤ製作のための薄板は鋼種類１．４０３４から成っていて、慣用の方法により７９０μｍ±１０μｍの厚さに圧延され、１０２０℃での焼鈍し、窒素による急冷および４８０℃での焼戻しによって４７μｍ±３ＨＲＣのロックウェル硬さに調整された。シリコンウェーハを収容するための開口と、研磨剤流を改善するための別の開口と、全周にわたって延びる歯列との切抜きは、市販の装置における５ｍｍ／秒の送りでのレーザ切断技術によって行われた。４６０℃での焼鈍しによる平坦化後、ＳｉＣ粒子を含有したオイルベースの懸濁液の供給下でのラッピングによって７７２μｍ±２μｍの所望の厚さの調整が続けられた。界面活性剤浴内での洗浄および乾燥後には、射出金型内での押出しによって、切欠きへのＰＶＤＦから成るプラスチックライニングの装着が続けられた。射出金型のチャンバ寸法は、図４ａに示した、シリコンウェーハを収容するための開口に向かって方形の横断面を備えた、キャリヤボディと同じ厚さでの環状のライニングの製作を可能にした。

ＤＩＮ４７７７によりキャリヤの別の切欠きの側面の平均粗さ値を測定するためには、ダイヤモンドチップを備えた測定テスタ（ポータブル機器：ホンメル テスタ Ｔ５００、ＨＯＭＭＥＬＷＥＲＫＥ ＧｍｂＨ社、ドイツ連邦共和国Ｖｉｌｌｉｇｅｎ−Ｓｃｈｗｅｎｎｉｎｇｅｎ在）が使用された。４．８ｍｍの測定区間における複数回の測定の結果はＲ_ａ＝１８．１μｍ±２．８μｍの範囲にあった。

最終的に界面活性剤浴内で超音波を使用して洗浄されて乾燥させられたキャリヤによって、図２に示した型式ＡＣ２０００のポリシング装置内に配置して、大きな数のシリコンウェーハの同時両面ポリシングが、１回のポリシングサイクルあたり、それぞれ１５枚のシリコンウェーハのグループで最大７７５μｍの最終厚さまで行われた。ポリシングパッドとして、ポリエステル繊維強化された、ショアＡ硬さ７４のポリウレタンパッドが使用された。水性の研磨剤は２質量％のＳｉＯ_２を含有していて、１１のｐＨ値を有していた。研磨剤は、無圧に保持された閉鎖された研磨剤分配器を介して供給された。その都度４０℃の下側のかつ上側の作業定盤の温度および０．７μｍ／分の除去率を有する０．１５ｂａｒのポリシング圧でポリシングが行われた。ポリシングの終了後、減少させられた圧力下でストップ剤が供給された。このストップ剤には、少ない量のグリセリンが添加されていた。

洗浄および乾燥後、強く集束された光線下で視覚的な検査が行われた。このようにポリシングされた全てのシリコンウェーハは、最初の３５回のポリシングサイクルの間に表面および裏面で引っ掻かれ、したがって、引き続き使用することができなかった。その後初めて、引っ掻かれていないシリコンウェーハを形成することができた。キャリヤセットは４００回のポリシングサイクルの間使用された。この場合、この運転時間の間、１回プラスチックライニングが交換され、次いで、厚さ変動に基づき、上述したように新たに製造されたキャリヤセットに対して交換されなければならなかった。このセットは、４１回のポリシングサイクル後初めて、スクラッチなしのポリシングされたシリコンウェーハを提供した。３５回ないしは４１回のサイクルの実施後初めてスクラッチなしのシリコンウェーハが形成された後、２．２％の平均的な割合でスクラッチが稀に生ぜしめられた。

例１
例１は、以下の違いを伴って比較例１と同様に行われた。キャリヤは、別の切欠きの側面および歯列の側面へのプラスチックライニングの装着前に機械的にまず研削によって、次いで、ポリシングによって後作業された。ポータブル機器：ホンメル テスタ Ｔ５００によって測定された、側面のＤＩＮ４７７７による４．８ｍｍの測定区間における複数回の測定の平均粗さ値はＲ_ａ＝４．５μｍ±０．２μｍの範囲にあった。さらに、２つのキャリヤセットが、それぞれ４００回のサイクルでの大技術的なポリシングのために、プラスチックライニングを新しくして使用された。第１のセットは５回のポリシングサイクル以降にスクラッチなしのシリコンウェーハを提供し、第２のセットは３回のポリシングサイクル以降にスクラッチなしのシリコンウェーハを提供した。したがって、平均的なスクラッチ率は１．５％であった。

例２
例２は、以下の違いを伴って比較例１と同様に行われた。シリコンウェーハを収容するための開口と、研磨剤流を改善するための別の開口と、全周にわたって延びる歯列との切抜きは、２ｍｍ／秒の送りでのレーザ切断技術によって行われた。ポータブル機器：ホンメル テスタ Ｔ５００によって測定された、側面のＤＩＮ４７７７による４．８ｍｍの測定区間における複数回の測定の平均粗さ値はＲ_ａ＝３．７μｍ±０．３μｍの範囲にあった。さらに、２つのキャリヤセットが、それぞれ４００回のサイクルでの大技術的なポリシングのために、プラスチックライニングを新しくして使用された。両セットは２回のポリシングサイクル以降にスクラッチなしのシリコンウェーハを提供した。したがって、平均的なスクラッチ率は１．０％であった。

製作コスト
工業において慣用のコスト計算法に従って、比較例（Ｖ）および例１（Ｂ１）および例２（Ｂ２）により実施された同時両面ポリシングに対するコストが算定された。この場合、特にキャリヤ（ＬＳ）のためのコストならびに引っ掻かれたシリコンウェーハの二次ポリシング（ＮＰ）のためのコストもしくは二次ポリシングの成果の不足時の全損が考慮された。以下の表は、コスト計算のために重要となる記載のほかに、こうして算定された、ポリシングステップのための相対的なコストを含んでいる。

スクラッチによるシリコンウェーハの少ない全損と、二次ポリシングの目的のための、平均的により低い所要の機械時間とによって、両例で実施された本発明による方法は、本発明によるキャリヤの製作が僅かに高価であるにもかかわらず、比較例による方法よりも著しく廉価となる。公知先行技術による方法に比べて約２０％の本発明による方法の典型的なコスト利点は意義があり、競業位置に著しく影響し得る。

両面ポリシングに用いられる、直径３００ｍｍの３つのシリコンウェーハを収容するためのキャリヤの概略的な平面図である。

図１に示した、シリコンウェーハが配置された、ポリシング装置内のキャリヤの配置形式の概略的な平面図である。

図１に示したキャリヤの縁部の一部をシリコンウェーハの一部と共に概略的に拡大して示す図である。

図１に示したキャリヤのプラスチック射出成形ライニングの第１の有利な形状の概略的な横断面図である。

図１に示したキャリヤのプラスチック射出成形ライニングの第２の有利な形状の概略的な横断面図である。

図１に示したキャリヤのプラスチック射出成形ライニングの第３の有利な形状の概略的な横断面図である。

図１に示したキャリヤのプラスチック射出成形ライニングの第４の有利な形状の概略的な横断面図である。

公知先行技術によるキャリヤの別の切欠きの側面の走査型電子顕微鏡写真の第１の拡大図である。

公知先行技術によるキャリヤの別の切欠きの側面の走査型電子顕微鏡写真の第２の拡大図である。

本発明によるキャリヤの別の切欠きの側面の走査型電子顕微鏡写真の第１の拡大図である。

本発明によるキャリヤの別の切欠きの側面の走査型電子顕微鏡写真の第２の拡大図である。

測定区間ｌ_ｍに沿った平均粗さ値Ｒ_ａの定義を説明する概略図である。

符号の説明

１ キャリヤボディ、 ２ 歯列、 ３ 切欠き、 ３ａ プラスチックライニング、 ４ 別の切欠き、 ５ 内側のピン付きリング、 ６ 外側のピン付きリング、 ７ 下側のポリシングパッド、 ８ 鳩尾、 ９ 上側のポリシングパッド、 １０ 側面、 １１ 表面、 １２ ポケット、 ｌ_ｍ 測定区間、 Ｒ_ａ 平均粗さ値、 Ｗ ワーク

Claims (13)

1. 研磨材またはコロイドを含有した液体を供給して、１つまたはそれ以上のワークを同時に両面で材料除去加工するための鋼製の平らなキャリヤであって、当該キャリヤが、機械的に平滑化された表面および裏面ならびに側面を備えたキャリヤボディから成っており、該キャリヤボディが、プラスチックでライニングされた、ワークを収容するための１つまたはそれ以上の切欠きと、１つまたはそれ以上の別の切欠きとを備えている形式のものにおいて、別の切欠きの側面が、４．８ｍｍの測定区間において１０μｍ以下の平均粗さ値を有していることを特徴とする、キャリヤ。
2. 当該キャリヤが、内側のかつ外側のピン付きリングまたはリングギヤによる駆動のために、全周にわたって延びる歯列を付加的に有している、請求項１記載のキャリヤ。
3. 厚さに対する直径の比率が、１：１００〜１：１００００である、請求項１または２記載のキャリヤ。
4. キャリヤボディの側面の形状が、レーザ切断によって形成されるようになっており、キャリヤボディの表面と裏面とが、ラッピング、研削および／またはポリシングによって平滑化されるようになっている、請求項１から３までのいずれか１項記載のキャリヤ。
5. 別の切欠きの側面が、レーザ切断直後すでに、４．８ｍｍの測定区間において１０μｍ以下の平均粗さ値を有している、請求項４記載のキャリヤ。
6. 別の切欠きの側面が、レーザ切断に続いて、研削および／またはポリシングによる機械的な平滑化によって、４．８ｍｍの測定区間において１０μｍ以下の平均粗さ値を有している、請求項４記載のキャリヤ。
7. 別の切欠きの側面と、全周にわたって延びる歯列とが、４．８ｍｍの測定区間において８μｍ以下の平均粗さ値を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のキャリヤ。
8. ワークを収容するための切欠きのプラスチックライニングが、鋼から成るキャリヤボディと同じ厚さを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のキャリヤ。
9. キャリヤボディの厚さが、材料除去加工の終了後のワークの厚さよりも０〜２０μｍだけ低く寸法設定されている、請求項８記載のキャリヤ。
10. ワークを収容するための切欠きのプラスチックライニングが、鋼から成るキャリヤボディよりも高い厚さを少なくとも部分的に有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のキャリヤ。
11. ワークを収容するための切欠きのプラスチックライニングの最も厚い箇所の厚さが、材料除去加工の終了後のワークの厚さよりも０〜２０μｍだけ低く寸法設定されている、請求項１０記載のキャリヤ。
12. 請求項１から１０までのいずれか１項記載のキャリヤを使用して、１つまたはそれ以上のワークを同時に両面で材料除去加工するための方法。
13. 前記加工が、ガラス、金属、合金および半導体を有するグループから選択された材料から成る１つまたはそれ以上のワークに対して使用される、ラッピングおよびポリシングを有するグループから選択された作業を有している、請求項１１記載の方法。