JPH09254026A

JPH09254026A - 両面研磨装置

Info

Publication number: JPH09254026A
Application number: JP9616696A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Masumura; 寿桝村; Hideo Kudo; 秀雄工藤
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】本発明は、例えば半導体ウェーハの両面を研
磨する両面研磨装置において、金属粉の発生によるスク
ラッチ傷、金属汚染の発生を抑制することを目的とす
る。【解決手段】半導体ウェーハＷをキャリア３で保持
し、このキャリア３の外周歯３ｇに内歯歯車１と太陽歯
車２の各歯部１ｇ、２ｇを噛合させてキャリア３を自転
と同時に公転させるようにした両面研磨装置において、
内歯歯車１と太陽歯車２の各歯部１ｇ、２ｇ周辺をポリ
イミド焼結体、ポリアミドイミド樹脂等の耐摩耗性、自
己潤滑性、耐剪断性に優れた樹脂材にて形成する。そし
てこれらは一体成形しても良く、分割可能なセグメント
式にしても良い。また樹脂材にする代りに、スチール等
の金属表面を硬質の樹脂被覆材で覆っても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウェ
ーハの両面を研磨する両面研磨装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば半導体ウェーハの両面を研
磨する研磨装置として、円盤状のキャリアにウェーハ保
持用のキャリアホールを形成し、キャリアの外周に形成
した外周歯を太陽歯車と内歯歯車に噛合させてキャリア
を自転と同時に公転させるようにし、この時キャリアホ
ール内に挿入したウェーハを上定盤と下定盤によって上
下に挟み込んで、ウェーハの上下面を同時に研磨するよ
うな両面研磨装置が知られている。

【０００３】そしてキャリアとしては金属製のものと
か、例えば実開昭５８−４３４９号のように金属製キャ
リアの表面に樹脂コーティングを施したものとか、例え
ば特開昭５８−１４３９５４号のように炭素繊維に樹脂
を含浸させた積層板キャリアのようなものが知られてい
る。また、太陽歯車と内歯歯車としては、通常スチール
等の金属製材料が一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、太陽歯車と
内歯歯車が金属製材料であると、例えばキャリアが金属
製又は金属製に樹脂コーティングを施したものである場
合に、噛合部の金属露出部から微量ながら金属粉が発生
しやすく、この金属粉が研磨面に侵入すると、ウェーハ
表面にスクラッチ傷を発生させたり、金属汚染を生じさ
せたりするような問題があった。また、キャリアが樹脂
製の場合は、樹脂製のキャリアの外周歯が金属製の太陽
歯車、内歯歯車の歯に噛合するため欠けたり損傷しやす
くなってキャリアの寿命が短くなるとともに、例えば破
壊片が研磨面に侵入すると、ウェーハ表面にスクラッチ
傷を発生させるという問題があった。

【０００５】そこで、半導体ウェーハを研磨中にスクラ
ッチ傷とか金属汚染を発生させることのない研磨装置が
望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、請求項１において、被研磨物を保持する円盤
状のキャリアと、このキャリアの外周歯に噛合する太陽
歯車及び内歯歯車とを備えた両面研磨装置において、太
陽歯車と内歯歯車の少なくとも歯部周辺を硬質の樹脂材
にて成形するようにした。また請求項２のように、太陽
歯車と内歯歯車を金属材にて成形し、このうち少なくと
も歯部周辺の表面を硬質の樹脂被覆材で覆うようにして
も良い。

【０００７】そして、キャリアの外周歯に噛合する太陽
歯車と内歯歯車の歯部周辺を硬質の樹脂材とし、又は硬
質の樹脂被覆材で覆うことで、金属汚染等の不具合を避
けることが出来、またスクラッチ傷等の発生が抑制され
る。しかもキャリアの外周歯との噛み合いが軟らかくな
ってキャリアの耐久性を高めることも出来る。この際、
硬質の樹脂材として、耐摩耗性に優れ、自己潤滑性に富
み、耐剪断性の高い樹脂が好ましい。

【０００８】また硬質の樹脂材にて成形する場合、請求
項３のように樹脂材を一体に構成するようにしても良
く、又は請求項４のように分割可能なセグメント式に構
成しても良い。そして、一体に構成する場合は、取付
け、交換等の作業が容易となり、またセグメント式にす
れば、例えば一部が損傷しても当該部だけを取換えるこ
とが出来て経済的であるとともに、成形する場合のコス
トの削減が図れる。

【０００９】また請求項５では、前記硬質の樹脂材又は
樹脂被覆材の材質として、ポリイミド焼結体、ポリエー
テルエーテルケトン（PEEK）、ポリアセタール、ポリエ
チレンテレフタレート（PET ）、ポリアミド、ポリアミ
ドイミドのいずれかとした。そして、このような樹脂に
すれば、耐摩耗性、自己潤滑性、耐剪断性により優れた
特性を発揮させることが出来る。

【００１０】また請求項６では、前記キャリアを樹脂材
にて成形するようにし、請求項７では、樹脂材としてガ
ラスエポキシ材、又は炭素繊維に樹脂を含浸させた積層
板、又はアラミド繊維に樹脂を含浸させた積層板のいず
れかであるようにした。また請求項８では、キャリアを
金属製材料にて成形し、このキャリアの表面を樹脂被覆
材で覆うようにした。そしてこのようにキャリア側も樹
脂材にし、又は金属製材料の表面を樹脂被覆材で覆うこ
とで、歯が軟らかく接触して噛合面から金属粉が発生す
ることはなく、ウェーハ表面のスクラッチ傷とか金属汚
染を防止出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について添付
した図面に基づき説明する。ここで図１は本発明の両面
研磨装置の構成概要を説明するための説明図、図２は図
１のＡ−Ａ方向から見た平面図、図３は定盤の研磨面側
に刻設した溝の説明図、図４乃至図６は本発明の具体的
な実施形態でそれぞれ（Ａ）が内歯歯車、（Ｂ）が太陽
歯車である。

【００１２】本発明の両面研磨装置は、例えば半導体ウ
ェーハの両面を同時に研磨する装置として構成され、図
１乃至図３に示すように、機枠７に固定されるリング状
の内歯歯車１と、回転軸２ａまわりに回転自在な太陽歯
車２と、これら内歯歯車１と太陽歯車２に噛合する３枚
の薄板状のキャリア３、…を備えており、内歯歯車１の
内周部と太陽歯車２の外周部には、それぞれ歯部１ｇ、
２ｇが形成されるとともに、キャリア３、…の外周に
は、外周歯３ｇが形成されており、このキャリア３の外
周歯３ｇが、内歯歯車１と太陽歯車２の各歯部１ｇ、２
ｇに噛合している。そして太陽歯車２の回転によってキ
ャリア３は自転しながら公転させられるようになってい
る。

【００１３】そして、各キャリア３、…には、それぞれ
３ヵ所にキャリアホール３ａ、…が形成されており、こ
のキャリアホール３ａ、…内にウェーハＷ、…を保持出
来るようにされている。そしてこのウェーハＷ、…を上
下に挟み込むように上定盤４と下定盤５が配設されてお
り、各定盤４、５はそれぞれの回転軸４ａ、５ａまわり
に逆向きに回転自在にされるとともに、各定盤４、５の
対向面側には、図３に示すような格子状の溝ｍが刻設さ
れ、後述する研磨剤供給ノズル６から供給される研磨剤
を均一に拡散出来るようにしている。そしてこれら上定
盤４の下面と下定盤５の上面には、それぞれ研磨布４
ｃ、５ｃを貼着している。

【００１４】また、上定盤４の上方には、前記研磨剤供
給ノズル６を配設しており、この研磨剤供給ノズル６か
ら供給した研磨剤を、上定盤４の研磨剤通路４ｂからウ
ェーハＷの研磨面に向けて供給出来るようにしている。

【００１５】このような両面研磨装置において、例えば
上定盤４を上方に移動させてキャリアホール３ａ、…に
ウェーハＷ、…を挿入して保持せしめた後、上定盤４を
下方に移動させてウェーハＷの上下面を上定盤４と下定
盤５で挟み付け、研磨剤供給ノズル６から研磨剤を供給
しつつ太陽歯車２を回転させてキャリア３を自転と共に
公転させ、同時に上定盤４と下定盤５を逆向きに回転さ
せてウェーハＷ、…の上下面を研磨するが、本発明は、
特に内歯歯車１と太陽歯車２の構成に特徴を有してお
り、キャリア３の外周歯３ｇとの噛合部で金属粉、折損
片等の異物が発生するのを抑制出来るようにしている。

【００１６】そして、第１の実施形態は、図４に示すよ
うに、リング状の内歯歯車１（Ａ図）と太陽歯車２（Ｂ
図）を硬質の樹脂材から一体成形しており、この硬質の
樹脂材としては、耐摩耗性、自己潤滑性、耐剪断性に優
れたものにしている。このため、例えばポリイミド焼結
体、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリアセタ
ール、ポリエチレンテレフタレート（PET ）、ポリアミ
ド、ポリアミドイミド等の樹脂が適しており、特にポリ
イミド焼結体が最も適している。そしてこのような樹脂
材にすることで、噛合部から金属粉が発生することはな
く、しかもキャリア３の外周歯３ｇに無理な力が加わる
こともない。

【００１７】また第２の実施形態は、図４に示す内歯歯
車１（Ａ図）と太陽歯車２（Ｂ図）をスチール等の金属
材にて成形し、歯部１ｇ、２ｇ周辺を硬質の樹脂被覆材
で覆って樹脂被覆層とする。この場合、樹脂被覆層は歯
部１ｇ、２ｇ周辺のみならず、全体に形成しても良いこ
とはいうまでもない。そしてこの場合の樹脂も耐摩耗
性、自己潤滑性、耐剪断性に優れたものとすることが好
ましく、前述のような樹脂が適している。

【００１８】次に第３の実施形態は、図５に示すよう
に、内歯歯車１（Ａ図）の外側をスチール等の金属材ｓ
とし、この金属材ｓの内側に、歯部１ｇを含んでリング
状に形成した樹脂材ｒを嵌合させている。また、太陽歯
車２（Ｂ図）は、中心部を金属材ｓとし、この金属材ｓ
の外側に歯部２ｇを含んでリング状に形成した樹脂材ｒ
を嵌合させている。そして、これらの嵌合は、凹凸嵌合
による固定方式でも良く、或いはネジ等による固定方式
でも良い。

【００１９】次に第４の実施形態は、図６に示すよう
に、図５の樹脂材ｒを分割可能なセグメント式に構成し
たものであり、各セグメントを同一の形状、大きさとし
ている。そして、これらをネジ、或いは凹凸嵌合によっ
て固定し、各セグメントを単体で着脱出来るようにして
いる。そしてこの場合は、一部が欠損等しても該当部分
だけを交換出来るので便利である。

【００２０】

【実施例】それでは、本案の内歯歯車１と太陽歯車２の
歯部１ｇ、２ｇを硬質の樹脂材又は樹脂被覆材で覆って
行った実施例について説明する。

【００２１】（実施例１）内歯歯車１と太陽歯車２をポ
リイミド焼結体から形成し、キャリア３にはスチール製
キャリアの表面にフッ素樹脂コーティングを施したもの
を使用した。そして試料ウェーハとしては、CZ P型、結
晶方位〈100 〉、２００mmφのエッチングウェーハを用
い、また研磨パッドとして、硬度８０（アスカーC 硬
度）の不織布（ベロアタイプ）とした。また研磨剤とし
てコロイダルシリカ研磨剤（PH=10.5）を使用し、研磨
荷重１５０g/cm² 、研磨代１８μｍの加工条件とした。

【００２２】そして上記加工条件で１２０枚のウェーハ
を両面研磨し、暗室にて集光灯下で目視検査を行い、表
面のスクラッチ傷を確認した。この結果を、上記加工条
件から内歯歯車１、太陽歯車２だけをスチール製にし、
その他を同じ条件にした例（比較例１）と対比したのが
図７である。また、図８は研磨後のウェーハ表面の金属
汚染量の対比図である。この結果から、内歯歯車１と太
陽歯車２をスチール製にすればほぼ１００％のスクラッ
チ発生率であったものが、本案のようにポリイミド焼結
体とすれば１．９％に減少することが確認され、また、
金属汚染についても全般に改善されていることが判る。

【００２３】（実施例２）内歯歯車１と太陽歯車２をポ
リアミドイミド樹脂から形成し、キャリア３にはガラス
エポキシ積層板、及びカーボンエポキシ積層板を使用し
た。そして試料ウェーハとしては、CZ P型、結晶方位
〈100 〉、２００mmφのエッチングウェーハを用い、ま
た研磨パッドとして、硬度８０（アスカーC 硬度）の不
織布（ベロアタイプ）とした。また研磨剤としてコロイ
ダルシリカ研磨剤（PH=10.5 ）を使用し、研磨荷重１５
０g/cm² 、研磨代１８μｍの加工条件とした。

【００２４】上記加工条件で１０５枚のウェーハを両面
研磨し、暗室にて集光灯下で目視検査を行い、表面のス
クラッチ傷を確認した。この結果を、上記加工条件から
内歯歯車１、太陽歯車２だけをスチール製にし、その他
は同じ条件とした例（比較例２）と対比したのが図９
（Ａ）である。また、図９（Ｂ）は、各バッチ（１バッ
チは１５枚）ごとのスクラッチの発生率を示したもので
ある。この結果から内歯歯車１と太陽歯車２をポリアミ
ドイミド樹脂にすれば、表面に生じるスクラッチ傷を極
めて低く抑えることが出来る。

【００２５】また、実施例２で使用したキャリア３の使
用後の外周歯３ｇの断面状態を顕微鏡写真で確認したと
ころ、内歯歯車１と太陽歯車２をポリアミドイミド樹脂
にした場合は、内歯歯車１と太陽歯車２をスチール製に
した場合に較べて損傷の程度が少ないことが確認され
た。このため、本案の場合はキャリア３の耐久性の向上
に有効であることが判った。

【００２６】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。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明は、請求項１のよう
に、太陽歯車と内歯歯車の少なくとも歯部周辺を硬質の
樹脂材にて成形するようにしたため、金属汚染等の不具
合を避けることが出来、スクラッチ傷等の発生頻度を低
下させることが出来る。しかもキャリアの耐久性向上に
も効果的である。この際、請求項２のように、太陽歯車
と内歯歯車を金属材にて成形し、少なくとも歯部周辺の
表面を硬質の樹脂被覆材で覆うようにしても良い。

【００２８】また硬質の樹脂材で成形する場合、請求項
３のように、樹脂材を一体に構成しても良いが、請求項
４のように分割可能なセグメント式に構成しても良く、
一体に構成する場合は取付け、交換等の作業が容易とな
り、またセグメント式では、一部が損傷しても当該部だ
けを取換えることが出来て経済的であるとともに、成形
する場合のコストの削減が図れる。また請求項５のよう
に、硬質の樹脂材又は樹脂被覆材の材料として所定の樹
脂にすれば、耐摩耗性、自己潤滑性、耐剪断性に優れた
特性を発揮させることが出来る。

【００２９】また請求項６のように、キャリアを樹脂材
にて成形し、また請求項７のように樹脂材として所定の
材料にすれば、ウェーハ表面のスクラッチ傷、金属汚染
等の抑制効果を一層高めることが出来る。この際、請求
項８のように、キャリアを金属製材料にて成形し、この
表面を樹脂被覆材で覆うようにしても同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の両面研磨装置の構成概要を説明するた
めの説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ方向から見た平面図である。

【図３】定盤の研磨面側に刻設した溝の説明図である。

【図４】本発明の第１、第２実施形態を説明するための
説明図で、（Ａ）が内歯歯車、（Ｂ）が太陽歯車であ
る。

【図５】本発明の第３実施形態の説明図で、（Ａ）が内
歯歯車、（Ｂ）が太陽歯車である。

【図６】本発明の第４実施形態の説明図で、（Ａ）が内
歯歯車、（Ｂ）が太陽歯車である。

【図７】実施例１のスクラッチ発生率を比較例１と対比
した結果図である。

【図８】実施例１の金属汚染状態を比較例１と対比した
結果図である。

【図９】実施例２のスクラッチ発生率の結果図であり、
（Ａ）は比較例２と対比した結果図、（Ｂ）はバッチ当
たりのスクラッチ発生率を比較例２と対比した結果図で
ある。

【符号の説明】

１…内歯歯車、１ｇ…歯部、２
…太陽歯車、２ａ…回転軸、２
ｇ…歯部、３…キャリア、３
ａ…キャリアホール、３ｇ…外周歯、４
…上定盤、４ａ…回転軸、４
ｂ…研磨剤通路、４ｃ…研磨布、５
…下定盤、５ａ…回転軸、５
ｃ…研磨布、６…研磨剤供給ノ
ズル、７…機枠、ｍ…溝、
ｒ…樹脂材、ｓ…金属材
Ｗ…ウェーハ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被研磨物を保持する円盤状のキャリア
と、このキャリアの外周歯に噛合する太陽歯車及び内歯
歯車とを備えた両面研磨装置であって、前記太陽歯車と
内歯歯車の少なくとも歯部周辺を硬質の樹脂材にて成形
したことを特徴とする両面研磨装置。
【請求項２】被研磨物を保持する円盤状のキャリア
と、このキャリアの外周歯に噛合する太陽歯車及び内歯
歯車とを備えた両面研磨装置であって、前記太陽歯車と
内歯歯車を金属材にて成形し、このうち少なくとも歯部
周辺の表面を硬質の樹脂被覆材で覆ったことを特徴とす
る両面研磨装置。
【請求項３】請求項１に記載の両面研磨装置におい
て、前記硬質の樹脂材を一体に構成したことを特徴とす
る両面研磨装置。
【請求項４】請求項１に記載の両面研磨装置におい
て、前記硬質の樹脂材を分割可能なセグメント式に構成
したことを特徴とする両面研磨装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
記載の両面研磨装置において、前記硬質の樹脂材又は樹
脂被覆材の材質は、ポリイミド焼結体、ポリエーテルエ
ーテルケトン（PEEK）、ポリアセタール、ポリエチレン
テレフタレート（PET ）、ポリアミド、ポリアミドイミ
ドのいずれかであることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載の両面研磨装置において、前記キャリアの少なくと
も外周歯部周辺を樹脂材にて成形したことを特徴とする
両面研磨装置。
【請求項７】請求項６に記載の両面研磨装置におい
て、前記樹脂材は、ガラスエポキシ材、又は炭素繊維に
樹脂を含浸させた積層板、又はアラミド繊維に樹脂を含
浸させた積層板のいずれかであることを特徴とする両面
研磨装置。
【請求項８】請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載の両面研磨装置において、前記キャリアを金属製材
料にて成形し、このキャリアの表面を樹脂被覆材で覆っ
たことを特徴とする両面研磨装置。