JP6840639B2

JP6840639B2 - 両面研磨装置用キャリア

Info

Publication number: JP6840639B2
Application number: JP2017156908A
Authority: JP
Inventors: 大地北爪; 佑宜田中
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2021-03-10
Anticipated expiration: 2037-08-15
Also published as: TW201832868A; JP2018144221A

Description

本発明は、ウェーハを両面研磨する両面研磨装置で用いられる両面研磨装置用キャリアに関する。

両面研磨装置は１バッチ当り例えば５枚程度のウェーハの両面を同時に研磨するため、ウェーハ枚数と同数の保持孔を有する両面研磨機用キャリアを定盤上に設置する。キャリアの保持孔によりウェーハが保持され、上下定盤に設けられた研磨布により両面からウェーハが挟み込まれ、研磨面に研磨剤を供給しながら研磨が行われる。

両面研磨装置用キャリアは、ウェーハを保持するための保持孔を有するキャリア母材が、通常は金属製である。両面研磨装置用キャリアは、ウェーハの外周部を金属製のキャリア母材から保護するために、ウェーハ保持孔内周に樹脂製のインサート材を有している。このインサート材は嵌め込みか射出成型により形成されている。インサート材はウェーハの外周部と接するため、ウェーハのエッジ形状を作り込む上で重要となる。

このインサート材の取り付けに際して、ウェーハ加工中や搬送時にインサート材が外れることを防止するために、インサート材の外周部とキャリア母材の保持孔の内周部を楔状にして嵌合し、さらに接着剤で固定することもある（特許文献１）。

特開２０００−２４９１２号公報

インサート材の外周部とキャリア母材の保持孔の内周部の楔形状は周期的に多数存在しており、キャリアの加工時に歪みが生じることがある。さらに、インサート材の嵌合時には、加工の精度により部分的に嵌め込みがきつくなることがあり、局所的に応力が生じてキャリア母材の保持孔周辺が歪む問題がある。また、このキャリア母材の保持孔周辺の嵌合部分の歪みは、ウェーハのエッジ形状の悪化を引き起こし、また、キャリア母材とインサート材にズレを生じさせる。

この状態でウェーハの加工を行うと研磨布が局所的に変形してしまい、ウェーハ平坦度の悪化を引き起こしてしまう。また、キャリア母材とインサート材のズレは研磨により、ある程度キャリア母材とインサート材とを同等な高さになるまで修正することができるが、キャリア母材の保持孔周辺の嵌合部分の歪みまでは修正することができない。結果、この歪みによってウェーハのエッジ形状の悪化が引き起こされる。また、歪みの大きさによりエッジ形状の悪化度合いが変化するため、５枚１セットのキャリア間でもフラットネスにバラツキが生じる問題がある。したがって、ウェーハのエッジ形状の悪化とキャリア間のフラットネスのバラツキを抑えるためにも、キャリア母材の保持孔周辺部分（嵌合部分）の歪みが少ない両面研磨装置用キャリアが求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、キャリア母材の保持孔周辺部分（嵌合部分）の歪みが低減された両面研磨装置用キャリア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、ウェーハを両面研磨する両面研磨装置において配設され、研磨の際にウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア母材と、前記保持孔の内周に沿って配置され、前記ウェーハの外周部と接する内周部が形成されたインサート材とを有する両面研磨装置用キャリアであって、前記キャリア母材は、前記保持孔の内周に沿って凹凸部が周期的に形成されたものであり、該凹凸部における隣接する凹部の中心同士の距離が１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、前記キャリア母材の面方向において前記凹凸部における凸部の面積が凹部の切り欠き部分の面積よりも大きいものであり、前記インサート材は、前記保持孔の内周に形成された前記凹凸部と嵌合可能である凹凸部が外周部に周期的に形成されたものであり、前記キャリア母材の前記保持孔の内周に形成された前記凹凸部と、前記インサート材の外周部に形成された前記凹凸部とが嵌合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。

このような両面研磨装置用キャリアであれば、キャリア母材の保持孔周辺部分（嵌合部分）の歪みが低減された両面研磨装置用キャリアとなる。

またこの場合、前記キャリア母材の前記保持孔の内周に形成された前記凹部の切り欠き部分の形状が三角形、長方形、台形、楔形、鍵穴形、Ｕ字形、円形のいずれかであることが好ましい。

本発明の両面研磨装置用キャリアにおけるキャリア母材の保持孔の内周に形成された凹部の切り欠き部分の形状としては、上記形状が挙げられる。

またこの場合、前記キャリア母材の前記保持孔の内周に形成された凹凸部は、前記キャリア母材の面方向における前記凸部の面積が前記凹部の切り欠き部分の面積の四倍以上であることが好ましい。

このような両面研磨装置用キャリアであれば、キャリア母材の保持孔内周に形成されている凸部の強度が更に上がるため、より一層、キャリア母材の保持孔周辺部分（嵌合部分）の歪みが低減された両面研磨装置用キャリアとなるために好ましい。

本発明の両面研磨装置用キャリアであれば、キャリア母材の保持孔内周に形成された嵌合部分の強度を増すことができ、キャリア母材の保持孔周辺の歪みを少なくすることが可能となる。そして、このような両面研磨装置用キャリアを用いてウェーハを両面研磨すれば、保持孔周辺の歪み低減効果により、エッジフラットネスが向上した、フラットネスのバラツキが低減されたウェーハを得ることができる。

本発明の両面研磨装置用キャリアの一例を示す概略図である。従来の両面研磨装置用キャリアの一例を示す概略図である。従来の両面研磨装置用キャリアにおいて発生していた歪みを説明する説明図である。キャリア母材の保持孔周辺の変形率と、キャリア母材の凹凸部における隣接する凹部の中心同士の距離ｄとの関係を示すグラフである。実施例１及び比較例１で歪みを測定した部分を説明する説明図である。実施例１及び比較例１で測定した保持孔周辺の歪み量（図６（Ａ））、ＥＳＦＱＲｒａｎｇｅ相対値（図６（Ｂ））、ＥＳＦＱＲｍａｘの相対値（図６（Ｃ））の測定結果である。比較例２〜４における、キャリア母材の保持孔周辺の歪みと、フラットネス（ｎｍ）との関係を示すグラフである。

上述したように、従来、キャリア母材の保持孔周辺部分（嵌合部分）の歪みが少ない両面研磨装置用キャリアが求められていた。

そして、本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、キャリア母材の保持孔の内周に形成されている凹凸部における凹部の間隔（即ち、隣接する凹部の中心同士の距離）を、従来の５ｍｍ以上１０ｍｍ未満から、１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下に広げることで、キャリア母材の、インサート材との嵌合部分の歪みが低減されたキャリアとなることを見出し、本発明に到達した。

即ち、本発明は、ウェーハを両面研磨する両面研磨装置において配設され、研磨の際にウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア母材と、前記保持孔の内周に沿って配置され、前記ウェーハの外周部と接する内周部が形成されたインサート材とを有する両面研磨装置用キャリアであって、前記キャリア母材は、前記保持孔の内周に沿って凹凸部が周期的に形成されたものであり、該凹凸部における隣接する凹部の中心同士の距離が１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、前記キャリア母材の面方向において前記凹凸部における凸部の面積が凹部の切り欠き部分の面積よりも大きいものであり、前記インサート材は、前記保持孔の内周に形成された前記凹凸部と嵌合可能である凹凸部が外周部に周期的に形成されたものであり、前記キャリア母材の前記保持孔の内周に形成された前記凹凸部と、前記インサート材の外周部に形成された前記凹凸部とが嵌合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。

以下、本発明の両面研磨装置用キャリアについて詳細に説明する。

図１に、本発明の両面研磨装置用キャリアの一例を示す。本発明の両面研磨装置用キャリア１は、ウェーハを両面研磨する両面研磨装置において配設されるものであり、研磨の際にウェーハを保持するための保持孔２が形成されたキャリア母材３と、前記保持孔２の内周に沿って配置され、ウェーハの外周部と接する内周部が形成されたインサート材４とを有する。

キャリア母材３は、保持孔２の内周に沿って凹凸部５が周期的に連続的に形成されたものである。本発明は、このキャリア母材３の凹凸部５における隣接する凹部５ａの中心同士の距離ｄが１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、キャリア母材３の面方向において凹凸部５における凸部５ｂの面積が凹部５ａの切り欠き部分の面積よりも大きいものであることを特徴とする。

このように、キャリア母材３の凹凸部５における隣接する凹部５ａの中心同士の距離ｄを１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下として従来の距離よりも広げることで、キャリア母材３の、インサート材４との嵌合部分の歪みを低減した両面研磨装置用キャリア１となる。

図２に示すように、従来の両面研磨装置用キャリア１０は、インサート材４０とキャリア母材３０とを確実に嵌合させるために、キャリア母材３０の凹凸部における隣接する凹部５０ａの中心同士の距離は、ウェーハ径によって異なるものの、５ｍｍ〜１０ｍｍ未満（直径３００ｍｍで約９．６ｍｍ）と比較的狭い間隔で多数存在していた。しかし、このような狭い間隔では部分的に応力が集中してしまい、図３に示すように、キャリア母材３０の保持孔周辺に歪みが生じてしまう。

本発明では、キャリア母材３の面方向において凹凸部５における凸部５ｂの面積が凹部５ａの切り欠き部分の面積よりも大きいもので、かつ、キャリア母材３の凹凸部５における隣接する凹部５ａの中心同士の距離ｄを１０ｍｍ以上と広げることで、従来よりも凹凸部５の数を少なくして、キャリア母材側の凸部５ｂの面積を相対的に大きくできる。このように、嵌合部分の間隔が広いものとすることで、キャリア母材３の保持孔周辺の歪み量を低減することができる。また、ｄが６０ｍｍを超えると、ウェーハ加工中等にインサート材４がキャリア母材３から外れる恐れがあるため、本発明においてｄは６０ｍｍ以下である。また、キャリア母材３の凹凸部５における隣接する凹部５ａの中心同士の距離ｄは、好ましくは１４ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好ましくは１８ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

ここで、キャリア母材の保持孔内周に形成された凹凸部における隣接する凹部の中心同士の距離ｄの大きさと、キャリア母材の保持孔周辺部分（嵌合部分）の歪みの関係について、以下に示す。

直径３００ｍｍのシリコンウェーハを両面研磨するための、両面研磨装置用キャリアのキャリア母材の保持孔周辺の嵌合部分について、従来の隣接する凹部の中心同士の距離ｄ（９．６ｍｍ）の時のキャリア母材の歪み量を基準として、距離ｄを１０倍（９５．５ｍｍ）まで広げた時の、キャリア母材の歪み量をシミュレーション解析（ＡＮＳＹＳｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）により数値化した。

凹凸部の切り欠き部分の形状が台形の場合と円形の場合でそれぞれ解析した結果を図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す。結果、台形の場合（図４（Ａ））、及び円形の場合（図４（Ｂ））のいずれの場合も、キャリア母材の凹凸部における隣接する凹部の中心同士の距離ｄが１０ｍｍ未満の場合、１０ｍｍ以上の場合と比較して歪み量（変形率）が大幅に大きくなっている。一方、隣接する凹部の中心同士の距離ｄが１０ｍｍ以上であれば、隣接する凹部の中心同士の距離ｄが大きい程歪みが低減した。歪みの低減は、間隔が大きくなるに伴い飽和していき、切り欠き部分の形状が台形の場合は４倍の距離（ｄ＝３８．２ｍｍ）以上で一定となっている。

凹部の切り欠き部分の形状が台形の場合、従来の隣接する凹部の中心同士の距離（ｄ＝９．６ｍｍ）の変形率を基準とした時に、４倍の距離（ｄ＝３８．２ｍｍ）のときの歪み量は１１％低減している。凹部の切り欠き部分が円形形状の場合も同様に４倍の距離以上で一定となり、従来間隔の変形率を基準としたときの歪み量は６．５％低減している。

また、本発明の両面研磨装置用キャリア１においては、キャリア母材３の保持孔２の内周に形成された凹部５ａの切り欠き部分の形状が三角形、長方形、台形、楔形、鍵穴形、Ｕ字形、円形のいずれかであることが好ましい。そして、これらのいずれの形状においても、シミュレーション解析の結果、上記と同様の傾向が見出された。

また、キャリア母材３の保持孔２の内周に形成された凹凸部５は、キャリア母材３の面方向における凸部５ｂの面積が凹部５ａの切り欠き部分の面積の四倍以上であることが好ましい。このような両面研磨装置用キャリア１であれば、凸部５ｂの強度が更に上がるため、より一層、キャリア母材３の保持孔周辺部分（嵌合部分）の歪みが低減されたものとなる。

図１に示すように、インサート材４は、キャリア母材３の保持孔２の内周に形成された凹凸部５と嵌合可能である凹部６ａと凸部６ｂとからなる凹凸部６が外周部に周期的に形成されたものである。インサート材４の材質としては、例えば硬質樹脂とすることができる。

本発明の両面研磨装置用キャリア１は、このようなキャリア母材３の保持孔２の内周に形成された凹凸部５と、インサート材４の外周部に形成された凹凸部６が嵌合したものである。

このような本発明の両面研磨装置用キャリア１は、キャリア母材３の保持孔周辺部分（嵌合部分）の歪みが少ないものとなり、このような両面研磨装置用キャリア１を用いてウェーハを両面研磨すれば、保持孔周辺の歪み低減効果により、加工されるウェーハのエッジフラットネスが向上した、フラットネスのバラツキが低減されたものを得ることができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（比較例１）
両面研磨装置用キャリアとして、キャリア母材３０の保持孔内周に形成された凹凸部の凹部５０ａの切り欠き部分の形状が台形で、隣接する凹部５０ａの中心同士の距離ｄが９．６ｍｍのキャリア母材３０と、インサート材４０とを嵌合させ、図２に示すような両面研磨装置用キャリア１０を製造した。

（実施例１）
両面研磨装置用キャリアとして、キャリア母材３の保持孔内周に形成された凹凸部５の凹部５ａの切り欠き部分の形状が台形で、隣接する凹部５ａの中心同士の距離ｄが１９．１ｍｍのキャリア母材３と、インサート材４とを嵌合させ、図１に示すような両面研磨装置用キャリア１を製造した。実施例１のｄ（１９．１ｍｍ）は、比較例１のｄ（９．６ｍｍ）の約２倍である。

上記実施例１及び比較例１の両面研磨装置用キャリアについて、図５に示す範囲（キャリア母材の保持孔周辺）の歪みを３次元測定機（東京精密製）により確認した。測定結果を図６（Ａ）に示す。歪み量の平均値が実施例１では２４．２μｍ、比較例１では２９．１μｍであった。実施例１では比較例１よりも保持孔周辺の歪みが大幅に低減していることが確認された。尚、これらの結果は、図４（Ａ）で示したシミュレーション結果にほぼ一致していた。

さらに、これらのキャリアを用いて、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに対してＤＳＰ（ＤｏｕｂｌｅＳｉｄｅＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工を行い、フラットネス測定を行った（ＬＳＷ−３０００，コベルコ）。比較例１を基準とした場合のＥＳＦＱＲｒａｎｇｅ相対値の結果を図６（Ｂ）、及びＥＳＦＱＲｍａｘの相対値の結果を図６（Ｃ）に示す。実施例１では、比較例１に比べＥＳＦＱＲのｒａｎｇｅ幅が縮小しており、エッジフラットネスのバラツキが低減していることが確認された。また、同時にＥＳＦＱＲｍａｘの値も改善させることができた。

（比較例２〜４）
比較例１の両面研磨装置用キャリアを基準としたときの、キャリア母材の保持孔周辺の歪み量が異なる両面研磨装置用キャリア（比較例２〜４）の保持孔周辺の歪み量（倍率）及びフラットネス（ｎｍ）との関係を表１及び図７に示す。結果、歪み量が少ない程、フラットネスが良好であることが確認された。

（比較例５）
比較例１と同様にして、両面研磨装置用キャリアとして、キャリア母材３０の保持孔内周に形成された凹凸部の凹部５０ａの切り欠き部分の形状が台形で、隣接する凹部５０ａの中心同士の距離ｄが６２ｍｍのキャリア母材３０と、インサート材４０とを嵌合させ、図２に示すような両面研磨装置用キャリア１０を製造した。

製造したキャリアを用いて、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに対してＤＳＰ加工を行ったが、途中、インサート材４０がキャリアから外れてしまい、ＤＳＰ加工を行うことができなかった。

以上により、キャリア母材の保持孔内周に形成された隣接する凹部の中心同士の距離ｄが１０ｍｍ未満であると、保持孔周辺の歪み量が大幅に大きくなり（比較例１）、ｄが６０ｍｍを超えると、ウェーハ加工中にインサート材が外れてしまった（比較例５）。一方で、ｄを１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下としたキャリアは、母材の保持孔周辺部分（嵌合部分）の歪みが少ないものとなった（実施例１）。また、ｄが６０ｍｍのものでは、ウェーハのＤＳＰ加工を行っても、インサート材が外れることはなかった。

なお、本発明は、上記実施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。

１，１０…両面研磨装置用キャリア、２…保持孔、３，３０…キャリア母材、４，４０…インサート材、５…キャリア母材の凹凸部、５ａ，５０ａ…キャリア母材の凹部、５ｂ…キャリア母材の凸部、６…インサート材の凹凸部、６ａ…インサート材の凹部、６ｂ…インサート材の凸部。

Claims

ウェーハを両面研磨する両面研磨装置において配設され、研磨の際にウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア母材と、前記保持孔の内周に沿って配置され、前記ウェーハの外周部と接する内周部が形成されたインサート材とを有する両面研磨装置用キャリアであって、
前記キャリア母材は、前記保持孔の内周に沿って凹凸部が周期的に形成されたものであり、該凹凸部における隣接する凹部の中心同士の距離が１８ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、前記キャリア母材の面方向において前記凹凸部における凸部の面積が凹部の切り欠き部分の面積よりも大きいものであり、
前記インサート材は、前記保持孔の内周に形成された前記凹凸部と嵌合可能である凹凸部が外周部に周期的に形成されたものであり、
前記キャリア母材の前記保持孔の内周に形成された前記凹凸部と、成型された前記インサート材の外周部に形成された前記凹凸部とが嵌合したものであり、
前記ウェーハが、直径３００ｍｍのシリコンウェーハであることを特徴とする両面研磨装置用キャリア。
前記キャリア母材の前記保持孔の内周に形成された前記凹部の切り欠き部分の形状が三角形、長方形、台形、楔形、鍵穴形、Ｕ字形、円形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。