JP5353410B2 - 被研磨物キャリア及び研磨製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨対象の被研磨物を収容する被研磨物キャリア及び被研磨物キャリアを用いた研磨製品の製造方法に関する。

例えば、半導体ウェーハ（ウェーハ）等の被研磨物（ワーク）を研磨加工する研磨装置においては、研磨機の上下定盤間で被研磨物を保持するための被研磨物キャリアが用いられている。被研磨物キャリアは、例えば、円板上の形状をし、被研磨物を収容するための複数の貫通穴（ワークホール）が形成されている。

図１は、両面研磨装置における研磨方法を説明する図である。図１Ａは、通常研磨（所謂定寸レス研磨）における研磨状態における研磨装置、キャリア、及びウェーハの断面図であり、図１Ｂは、定寸研磨における研磨装置、キャリア、及びウェーハの断面図である。

両面研磨装置においては、被研磨物キャリア（キャリア）３００にウェーハＷを収容した状態で、研磨装置の上側の研磨パッド３０２と、下側の研磨パッド３０３とを回転させつつ、ウェーハＷを押下することにより、ウェーハＷの上面及び下面を研磨する。

通常研磨は、図１Ａに示すように、ウェーハＷの仕上げ厚さがキャリア３００の厚さ（キャリア板厚）よりも十分に厚くなるような研磨方法であり、ウェーハＷを研磨している際には、研磨パッド３０２、３０３による研磨負荷がウェーハＷに集中するので、キャリア３００の磨耗が比較的少なくて済む。

これに対して、近年では、ウェーハＷに対して高平坦化が要求されており、ウェーハＷの高平坦化を実現するために定寸研磨が行なわれるようになってきている。

定寸研磨は、図１Ｂに示すように、ウェーハＷの仕上げ厚さをキャリア板厚に揃えるような研磨方法であり、ウェーハＷを研磨している際には、ウェーハＷとキャリア３００の厚さの差が少なくなると、キャリア３００に対しても研磨負荷がかかることとなり、キャリア３００が磨耗し易くなる。

ここで、被研磨物を収容するキャリアとしては、例えば、キャリアの歯車部を高強度材により形成して、歯車部の耐久性を向上することのできるキャリア（特許文献１参照）や、ガラスウェーハの研磨精度を向上するための研磨用キャリア（特許文献２参照）や、キャリアのギア部の耐久性と、キャリアのコスト低減を可能にする研磨用キャリア（特許文献３参照）が知られている。

特開昭６３−３９７６４号公報 特開平６−５５４３４号公報 特開２０００−２８８９２０号公報

例えば、定寸研磨を行うと、キャリアの磨耗がし易いために、キャリアを繰り返して使用すると、ウェーハを所望の厚みに仕上げることが困難となり、キャリアを交換する必要が生じ、キャリアの交換に係るコストが増大する問題がある。

このため、コスト削減を行うために、キャリアの寿命を延ばすことが要請されている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、被研磨物を収容するキャリアの寿命を延ばすことのできる技術を提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の第１の観点に係る被研磨物キャリアは、被研磨物を収容するための複数の貫通穴が形成された被研磨物キャリアにおいて、被研磨物キャリアの占める面積に対する被研磨物の収容可能面積が６０パーセント以上である。係る被研磨物キャリアによると、被研磨物キャリアにおける被研磨物の収容可能面積が６０パーセント以上であるので、被研磨物によって研磨時における被研磨物キャリアに対する研磨負荷を低減することができ、被研磨物キャリアの磨耗量を低減でき、被研磨物キャリアの寿命を延ばすことができる。

上記被研磨物キャリアにおいて、各貫通穴間の最短の距離が５ｍｍ以下であってもよい。係る被研磨物キャリアによると、例えば、粘弾性を有する研磨パッドによる研磨時に、研磨パッドの被研磨物キャリアへの接触を適切に低減でき、被研磨物キャリアの磨耗量を低減でき、被研磨物キャリアの寿命を延ばすことができる。

また、上記被研磨物キャリアにおいて、被研磨物を収容するための複数の貫通穴が形成された被研磨物キャリアにおいて、被研磨物キャリアは、外周にギア歯列が形成された略円形形状であり、被研磨物キャリアのギア歯列の歯底部における直径が略５１５ｍｍであり、略２００ｍｍの貫通穴が４つ形成され、貫通穴間の最短の距離が５ｍｍ以下であってもよい。係る被研磨物キャリアによると、被研磨物キャリアにおける被研磨物の収容可能面積を広く取ることができるので、研磨時における被研磨物キャリアに対する研磨負荷を低減することができ、被研磨物キャリアの磨耗量を低減でき、被研磨物キャリアの寿命を延ばすことができる。更に、例えば、粘弾性を有する研磨パッドによる研磨時に、研磨パッドの被研磨物キャリアへの接触を適切に低減でき、被研磨物キャリアの磨耗量を低減でき、被研磨物キャリアの寿命を延ばすことができる。

また、上記被研磨物キャリアにおいて、貫通穴が形成された被研磨物収容部と、被研磨物収容部と別体で構成され、外周にギア歯列が形成されるとともに、被研磨物収容部が装着可能なギア部とを有するようにしてもよい。係る被研磨物キャリアによると、被研磨物収容部を容易に交換でき、被研磨物の研磨精度を容易に向上することができる。また、ギア部を交換する必要がないので、比較的コストを低減することができる。

また、上記目的達成のため、本発明の第２の観点に係る被研磨物キャリアは、被研磨物を収容するための複数の貫通穴が形成された被研磨物キャリアにおいて、貫通穴が形成された被研磨物収容部と、被研磨物収容部と別体で構成され、外周にギア歯列が形成されるとともに、被研磨物収容部が装着可能なギア部とを有し、ギア部は、被研磨物キャリアの外周部分と、隣り合う貫通穴の被研磨物キャリアの外周と対向する外周部分とにより形成される複数の領域のそれぞれにおいて、貫通穴の外周部分の方向に突出する少なくとも１つの突出部を有するようにしてもよい。係る被研磨物キャリアによると、被研磨物キャリアの外周部分と、隣り合う貫通穴の被研磨物キャリアの外周と対向する外周部分とにより形成される複数の領域のそれぞれにおいて、突出部を有しているので、被研磨物収容部の面積を低減することができ、被研磨物収容部の生産に必要なコストを低減することができる。

また、上記目的達成のため、本発明の第３の観点に係る研磨製品の製造方法は、被研磨物を収容した被研磨物キャリアを上定盤と、下定盤の間に挟むステップと、上定盤と、下定盤とに挟まれた被研磨物キャリアを、上定盤と下定盤に対して相対的に移動させることにより、被研磨物の上面又は下面を研磨するステップとを有する研磨製品の製造方法において、被研磨物キャリアが、被研磨物キャリアの占める面積に対する被研磨物の収容可能面積が６０パーセント以上である。係る研磨製品の製造方法によると、被研磨物キャリアにおける被研磨物の収容可能面積が６０パーセント以上であるので、研磨時における被研磨物キャリアに対する研磨負荷を低減することができ、被研磨物キャリアの磨耗量を低減でき、被研磨物キャリアの寿命を延ばすことができる。

両面研磨装置における研磨方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る被研磨物キャリアを示す図である。 本発明の一実施形態に係る被研磨物キャリアが適用される研磨装置の要部断面図である。 比較例に係る被研磨物キャリアの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る被研磨物キャリアの寿命を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る被研磨物キャリアの寿命が延びる要因の一例を説明する図である。 本発明の変形例に係る被研磨物キャリアを示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る被研磨物キャリアについて説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る被研磨物キャリアを示す図である。図２は、被研磨物キャリアの上面図である。

被研磨物キャリア（キャリア）１００は、例えば、ガラスエポキシ樹脂、アラミド繊維樹脂、ナイロン繊維樹脂等で構成された樹脂性のキャリアである。これら樹脂は、比較的単価が安く、キャリア１００を安価で作成できる。

キャリア１００の外周には、このキャリア１００を研磨装置において研磨中に遊星ギアとして自転及び公転駆動させるためのギア歯列１０２が設けられている。キャリア１００のギア歯列１０２の歯の底部における直径は、５１５ｍｍ（略５１５ｍｍ）となっている。

キャリア１００には、被研磨物であるウェーハＷを収容する４つのワークホール１０１が形成されている。本実施形態では、直径２００ｍｍのウェーハＷを被研磨物としているので、ワークホール１０１の直径は、そのウェーハＷをほとんど動かないように収容できるように、ウェーハＷの直径よりもわずかに大きい略２００ｍｍとなっている。

また、隣り合うワークホール１０１間の最短の距離（ホール間距離）は、５ｍｍ以下となっている。ホール間距離は、後述するが、短くなるほど、キャリア１００のその部分における磨耗を低減することができる。しかしながら、ウェーハＷを収容するために、材質に応じて或る程度以上の長さが必要である。ホール間距離としては、例えば、２ｍｍ以下が好ましい。

キャリア１００においては、キャリア１００の占有面積（本実施形態では、歯底部よりも内側となる面積）は、歯底部の直径が５１５ｍｍなので、略２０８２０２ｍｍ２であり、直径２００ｍｍのウェーハＷを４枚収容可能であるので、ウェーハＷの総面積（収容可能面積）は、略１２５６００ｍｍ２であり、キャリア１００の占有面積に対する収容されるウェーハＷの総面積の割合は、略６０．３パーセントであり、６０パーセント以上となっている。

図３は、本発明の一実施形態に係る被研磨物キャリアが用いられる両面研磨装置の要部断面図である。

両面研磨装置１０は、上定盤１１と、下定盤１４とを有する。上定盤１１の下側には、粘弾性のある研磨パッド１２が装着されている。また、下定盤１４の上側には、粘弾性のある研磨パッド１３が装着されている。本実施形態では、両面研磨装置１０は、複数（例えば、５枚）のキャリア１００を下定盤１４上に配置することができるようになっている。

両面研磨装置１０による研磨処理は、次のように行われる。まず、４枚のウェーハＷが収容された複数のキャリア１００を、図３に示すように上定盤１１と下定盤１４との間（本実施形態では、研磨パッド１２と研磨パッド１３との間）に配置させる。そして、各キャリア１００を、上定盤１１と下定盤１４との間において、研磨パッド１２及び研磨パッド１３により押圧されるように挟み込ませる。

その後、上定盤１１と下定盤１４とを互いに逆方向に回転させ、各キャリア１００を遊星ギアとして自転及び公転させ、上定盤１１と下定盤１４とに装着された研磨パッド１２、１３によって、キャリア１００に保持されたウェーハＷの両面を研磨させる。この研磨は、ウェーハＷが所定の仕上げ厚さになると想定される時間分行なわれる。本実施形態では、定寸研磨を行うようにしている。

次に、本実施形態に係るキャリア１００によりキャリアの寿命が延びる効果を説明する。

まず、比較例に係るキャリアについて説明する。

図４は、比較例に係る被研磨物キャリアの一例を示す図である。

比較例に係るキャリア２００は、キャリア１００と同様に、樹脂性のキャリアである。キャリア２００の外周には、このキャリア２００を研磨装置上で研磨中に遊星ギアとして自転及び公転駆動させるためのギア歯列２０２が設けられている。キャリア２００のギア歯列２０２の歯の底部における直径は、キャリア１００と同様な５１５ｍｍとなっている。

キャリア２００には、被研磨物であるウェーハＷを収容する３つのワークホール２０１が形成されている。本実施形態では、直径２００ｍｍのウェーハＷを被研磨物としているので、ワークホール２０１の直径は、キャリア１００と同様に、略２００ｍｍとなっている。また、隣り合うワークホール２０１間の最短の距離（ホール間距離）は、略４０ｍｍとなっている。

キャリア２００においては、キャリア２００の占有面積（本実施形態では、歯底よりも内側の部分の面積）は、歯底部の直径が５１５ｍｍなので、略２０８２０２ｍｍ２であり、直径２００ｍｍのウェーハＷを３枚収容可能であるので、ウェーハＷの総面積（収容可能面積）は、略９４２００ｍｍ２であり、キャリアの占有面積に対する収容されるウェーハＷの総面積の割合は、略４５．２パーセントである。

図５は、本発明の一実施形態に係る被研磨物キャリアの寿命を説明する図である。図５Ａは、本実施形態に係るキャリア１００を用いて研磨されたウェーハＷの厚さと、キャリア１００の板厚とを示す図であり、図５Ｂは、比較例に係るキャリア２００を用いて研磨されたウェーハＷの厚さと、キャリア２００の板厚とを示す図である。ここで、図５は、研磨後のウェーハＷの厚さが７１５〜７２５μｍの範囲におさまるように要求されている研磨処理を行っている。

本実施形態に係るキャリア１００を利用した研磨処理では、図５Ａに示すように、５０バッチ以上行っても、厚さが７１５μｍ以上のウェーハを得ることができ、ウェーハの平坦性等も所望の品質が確保できている。このため、キャリア１００の寿命は、５０バッチ以上となっている。

これに対して、比較例に係るキャリア２００を利用した研磨処理では、図５Ｂに示すように、１４バッチ行なうと、得られるウェーハＷの厚さは、７１５μｍ未満となってしまい、要求を満たさなくなってしまう。このとき、キャリア２００の厚さは、７１２μｍとなっており、研磨の要求を満たさない状態、すなわち寿命が尽きている状態となっている。

このことから、本実施形態に係るキャリア１００の寿命が、比較例に係るキャリア２００の寿命よりも格段に伸びていることがわかる。また、キャリア１００に収容可能なウェーハＷは、キャリア２００の収容可能な枚数よりも多いので、処理可能なウェーハ枚数も格段に増加することがわかる。

ここで、キャリア１００の寿命が延びる要因としては、例えば、キャリア２００に比して、ウェーハＷの面積が広いので、研磨パッドによる研磨負荷がキャリア１００に加えられる状況が減少し、その結果キャリア１００の磨耗が少なくなったことが考えられる。

また、考えられる具体的な一例を以下に示す。

図６は、本発明の一実施形態に係る被研磨物キャリアの寿命が延びる要因の一例を説明する図である。図６Ａは、研磨装置１０によりキャリア１００を用いて研磨している際の、図２のＡ―Ａ断面部分（２つのワークホール１０１の間の部分）の状態を示し、図６Ｂは、研磨装置１０によりキャリア２００を用いて研磨している際の、図４のＢ−Ｂ断面部分の状態を示している。

キャリア１００を用いて研磨している場合には、図６Ａに示すように、ウェーハＷの間が短い（すなわち、ホール間距離が短い）ので粘弾性のある研磨パッド１２がキャリア１００に接触し辛く、その結果、キャリア１００の磨耗が低減され、キャリア１００の寿命が長いと考えられる。一方、キャリア２００を用いて研磨している場合には、図６Ｂに示すように、ウェーハＷの間がキャリア１００に比して長い（すなわち、ホール間距離が長い）ので粘弾性のある研磨パッド１２がキャリア２００に接触し易く、その結果、キャリア２００の磨耗が進んで、寿命が短いと考えられる。

次に、本発明の変形例について説明する。

図７は、本発明の変形例に係る被研磨物キャリアを示す図である。

被研磨物キャリア（キャリア）１５０は、ギア部１５１と、キャリア本体部１５４とにより構成されている。ギア部１５１と、キャリア本体部１５４は、着脱可能になっている。

ギア部１５１は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）により構成されている。ギア部１５１の外周には、キャリア１５０を研磨装置上で研磨中に遊星ギアとして自転及び公転駆動させるためのギア歯列１５３が設けられている。キャリア１５０のギア歯列１５３の歯の底部における直径は、５１５ｍｍとなっている。

ギア部１５１は、円環状の形状に対して、ワークホール１５５の外周面側に突出する半円状の複数の突出部１５２を有する形状となっている。本実施形態では、隣り合う２つのワークホール１５５のキャリア１５０の外周と対向する外周部分と、キャリア１５０の外周部分とにより形成される複数の領域Ｒのそれぞれにおいて、ワークホール１５５の外周部分の方向に突出する少なくとも１つの突出部１５２が設けられている。このように、各領域Ｒにおいて突出部１５２を設けているので、キャリア本体部１５４の製造に必要な原料を低減することができる。

キャリア本体部１５４は、例えば、ガラスエポキシ樹脂、アラミド繊維樹脂、ナイロン繊維樹脂等で構成されている。キャリア本体部１５４の外側の形状は、ギア部１５４の内側と係合する形状となっている。

また、キャリア本体部１５４には、ウェーハＷを収容する４つのワークホール１５５が形成されている。本実施形態では、直径２００ｍｍのウェーハＷを被研磨物としているので、ワークホール１５５の直径は、そのウェーハＷをほとんど動かないように収容できるように、ウェーハＷの直径よりもわずかに大きい略２００ｍｍとなっている。

また、隣り合うワークホール１５５間の最短の距離（ホール間距離）は、５ｍｍ以下となっている。ホール間距離は、短くなるほど、キャリア１５０のその部分における磨耗を低減することができる。しかしながら、ウェーハＷを収容するために、材質に応じて或る程度以上の長さが必要である。ホール間距離としては、例えば、２ｍｍ以下が好ましい。

キャリア１５０においては、キャリア１５０の占有面積（本実施形態では、歯底よりも内側の部分の面積）は、歯底部の直径が５１５ｍｍなので、略２０８２０２ｍｍ２であり、直径２００ｍｍのウェーハＷを４枚収容可能であるので、ウェーハＷの総面積は、略１２５６００ｍｍ２であり、キャリアの占有面積に対する収容されるウェーハＷの総面積の割合は、略６０．３パーセントであり、６０パーセント以上となっている。

このキャリア１５０によると、キャリア１００と同様に、寿命を長くすることができる。また、キャリア１５０によると、キャリア本体部１５４が磨耗した場合には、キャリア本体部１５４のみを交換することにより、再びウェーハＷの研磨を適切に行うことができる。このため、比較的低コストで、再び研磨を行うことができるようになる。

以上、本発明を実施形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態及び変形例に限られず、他の様々な態様に適用可能である。

例えば、上記実施形態では、キャリア１００を樹脂で形成されている例を示していたが、本発明はこれに限られず、例えば、ステンレス、チタン、鋼等の金属部材により形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、２００ｍｍのウェーハを収容するキャリアを例に示していたが、本発明はこれに限られず、他のサイズ（例えば、直径３００ｍｍ）のウェーハを収容するキャリアにも本発明を適用することができる。

１０ 研磨装置、１１ 上定盤、１２，１３ 研磨パッド、１４ 下定盤、１００ キャリア、１０１ ワークホール、１０２ ギア歯列、１５０ キャリア、１５１ ギア部、１５２ 突出部、１５３ ギア歯列、１５４ キャリア本体部、１５５ ワークホール、２００ キャリア、２０１ ワークホール、２０２ ギア歯列、３００ キャリア、３０２、３０３ 研磨パッド、Ｗ ウェーハ。

Claims (2)

1. 被研磨物を収容するための複数の貫通穴が形成された被研磨物キャリアにおいて、
   前記被研磨物キャリアは、外周にギア歯列が形成された略円形形状であり、前記被研磨物キャリアの前記ギア歯列の歯底部における直径が略５１５ｍｍであり、略２００ｍｍの貫通穴が４つ形成され、貫通穴間の最短の距離が５ｍｍ以下である
   被研磨物キャリア。
2. 被研磨物を収容した被研磨物キャリアを上定盤と、下定盤の間に挟むステップと、
   前記上定盤と、前記下定盤とに挟まれた前記被研磨物キャリアを、前記上定盤と下定盤に対して相対的に移動させることにより、前記被研磨物の上面又は下面を研磨するステップとを有する研磨製品の製造方法において、
   前記被研磨物キャリアは、外周にギア歯列が形成された略円形形状であり、前記被研磨物キャリアの前記ギア歯列の歯底部における直径が略５１５ｍｍであり、略２００ｍｍの貫通穴が４つ形成され、貫通穴間の最短の距離が５ｍｍ以下である
   研磨製品の製造方法。

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