JPH10315123A - 両面研磨機のキャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体ウェーハ、メモリーディスク等の研磨の
際、その研磨面の平坦性を向上させ得ることができ、ま
た使用可能時間を延長し研磨に要するコストを低減し得
る研磨キャリアを提供すること。 【解決手段】外周部に複数のピン１１を有する太陽ギア
１２と、内周部に複数のピン１３を有する遊星ギア１４
と、太陽ギア１２のピン１１と遊星ギア１４のピン１３
にそれぞれ噛合し得る歯部を外周部に有するキャリア１
６と、を有し、太陽ギア１２が回転することにより、キ
ャリア１６が遊星運動可能とされ、キャリア１６に設け
られた被加工物保持穴１７に配置された被加工物の両面
を、キャリア１６の両面側に配置された研磨布１８で研
磨する両面研磨機のキャリアである。そのキャリア１６
の歯部１５は、ピン１１，１３が嵌合し得る複数の凹部
２０と隣接する凹部２０間に形成される突部２１とを有
し、凹部２０の外面と突部２１の外面とがエッジを有し
ない連続面２２によって連続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェー
ハ、アルミディスクなどを研磨する工程において使用す
る両面研磨機に使用されるキャリアに関し、特に、外周
部に複数のピンを有する太陽ギアと、内周部に複数のピ
ンを有する遊星ギアと、該太陽ギアのピンと該遊星ギア
のピンにそれぞれ噛合し得る歯部を外周部に有するキャ
リアと、を有し、該キャリアに設けられた被加工物保持
穴に配置された被加工物の両面を研磨布で研磨する両面
研磨機のキャリアに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体業界を例に挙げれば、ＩＣ
の集積度が飛躍的に増大し、４Ｍ、１６Ｍ、さらには６
４Ｍへと進行中である。

【０００３】このような状況下において、ＩＣ性能の根
幹であるウェーハ表面の高精度化に対する要求がますま
す高まってきている。ＩＣの集積度を高めるためには化
学的、電気的性状もさることながら、ウェーハ上に設け
られるデバイスを構成する最小線幅が、０．５ミクロン
から０．３５ミクロンへとますます微細化していく傾向
にある。

【０００４】このようなウェーハ表面上での微細配線処
理を可能ならしめるためには、ウェーハ表面の平坦性、
すなわち厚さ精度に対する要求がますます強くなってき
た。つまり最終の鏡面仕上げ研磨して得られたウェーハ
は、全面積にわたる厚さ不同（Ｔｏｔａｌ ｔｈｉｃｋ
ｎｅｓｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ；ＴＴＶ）が１ミクロン
以下、１個のＩＣチップとなるべき２０ｍｍ平方にわた
る厚さ不同（Ｌｏｃａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｖａｒ
ｉａｔｉｏｎ；ＬＴＶ）が０．２ミクロン以下、といっ
た要求がなされるようになってきている。

【０００５】現在これら要求精度を達成するために、ウ
ェーハの研磨工程において多段階に研磨加工を実施する
ことで、ウェーハの表面粗度及び平坦性の優れたウェー
ハを製作する方法が主流の位置にあるといえる。

【０００６】現在のウェーハサイズは８インチ径が大半
を占めているが、このようなウェーハの表面粗度及び平
坦性に関する要求下で、２〜３年後に導入される１２イ
ンチ径およびそれ以上へのウェーハサイズの拡大化に伴
い、より高くなるウェーハ平坦度要求に対応する研磨方
法として従来の片面研磨方法から両面研磨方法の導入が
有力視されている。

【０００７】ここで両面研磨方法に用いられる両面研磨
機について簡単に説明する。

【０００８】両面研磨機は、図２および図３に示すよう
に、外周部に複数のピン１１を有する太陽ギア１２と、
内周部に複数のピン１３を有する遊星ギア１４と、該太
陽ギア１２のピン１１と該遊星ギア１４のピン１３にそ
れぞれ噛合し得る歯部１５を外周部に有するキャリア１
６と、を有する。該キャリア１６にはウェ−ハ等の被加
工物を配置するための被加工物穴１７が設けられてい
る。キャリア１６の上下面側には、それぞれ研磨布１８
を保持する定盤１９が配設されている。

【０００９】太陽ギア１２は研磨機の中央に回転可能に
配置され、この太陽ギア１２が回転することで太陽ギア
１２と被加工物が配置されたキャリア１６と遊星ギア１
４との噛み合いにより被加工物を遊星運動させ、定盤１
９に貼り付けられた研磨布１８に被加工物の両面を押し
つけ、両者の間に研磨液を介在させることで被加工物の
両面研磨が行われる。

【００１０】従来の両面研磨機用キャリア３０の歯先形
状は、図４に示すように、上記太陽ギア１２および遊星
ギア１４の各ピン１１，１３が嵌合し得る複数の凹部３
１と該隣接する凹部３１，３１間に形成される突部３２
とを有している。そして、キャリア３０の凹部３１内に
太陽ギア１２および遊星ギア１４の各ピン１１，１３が
噛合することでキャリア１６が遊星運動する。

【００１１】しかし、該キャリア３０の歯部３３は噛合
するピン１１，１３との間で磨滅が生じやすく、これが
微粒子を発生させる原因となっていた。さらに磨滅によ
るキャリア３０の歯部３３の強度低下がキャリア３０自
身を破損させ、これがさらにウェーハ等の被加工物表面
の平坦性すなわち厚さ精度が悪化する原因にもなってい
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記研磨用
キャリアの使用の際に発生する問題点を解決するもので
あり、その目的はキャリアと噛合するギアとの間に発生
する微粒子の発生を低減ならしめ、寿命を延長する最適
の歯型形状を有するキャリアを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の両面研磨機のキ
ャリアは、外周部に複数のピンを有する太陽ギアと、内
周部に複数のピンを有する遊星ギアと、該太陽ギアのピ
ンと該遊星ギアのピンにそれぞれ噛合し得る歯部を外周
部に有するキャリアと、を有し、該太陽ギアが回転する
ことにより、該キャリアが遊星運動可能とされ、該キャ
リアに設けられた被加工物保持穴に配置された被加工物
の両面を、該キャリアの両面側に配置された研磨布で研
磨する両面研磨機のキャリアにおいて、該キャリアの歯
部は、該ピンが嵌合し得る複数の凹部と該隣接する凹部
間に形成される突部とを有し、該凹部の外面と該突部の
外面とがエッジを有しない連続面によって連続してお
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００１４】実施態様の一つは、前記凹部の外面が凹面
であって、該凹面の曲率半径は前記ピンの半径の１００
〜１１０％であり、該突部の外面は突面であって、該凹
面と該突面とを結ぶ連続面は平面である。

【００１５】実施態様の一つは、前記キャリアの歯部の
形状が以下の方法によって求められる： （ａ）キャリア１６歯部１５において、基準線１と歯先
円ａの交点を点Ａとする、（ｂ）キャリア１６上の歯数
より算出され、キャリア１６中心をその基点とし、点Ａ
近傍で、基準線１により、二分される角度６をなす直線
２、直線３のうち直線２と歯底円ｃ、ピッチ円ｂとの交
点をそれぞれ点Ｅ、Ｏとする、（ｃ）この点Ｏを中心と
して半径Ｒ’を有する曲線が描かれる、（ｄ）該Ｒ’の
寸法は、キャリア１６の歯部１５と噛合する太陽ギア１
２および遊星ギア１４のピン１１，１３の半径に対し１
００〜１１０％の範囲で決定される、（ｅ）該直線２と
１５゜〜２０゜の範囲で決定される角度θをなす接線４と
半径Ｒ’を有する曲線との接点を点Ｄとする、（ｆ）接
線４上にあり、ピッチ円ｂ上あるいは、点Ｄを越えない
範囲でピッチ円ｂよりも内側に存在する点を点Ｃとす
る、（ｇ）点Ｃで上記接線４と直交する法線５上にその
中心を持ち、点Ｃで接線４と接する円弧ＢＣの半径をＲ
とする、（ｈ）この円弧は点Ｂにおいて歯先円に接する
か、軌跡ＡＢＣができる限り連続的になめらかになるよ
うに決定される、（ｉ）上記の通り決定された円弧もし
くは線分ＡＢ、円弧ＢＣ、線分ＣＤ、円弧ＤＥからなる
軌跡ＡＢＣＤＥの基準線１を軸とし線対称に反転するこ
とで得られる軌跡Ｅ’Ｄ’Ｃ’Ｂ’ＡＢＣＤＥを一周期
とし、キャリア１６中心を基点に角度６ずつ歯数分回転
させる。

【００１６】以下、作用について説明する。

【００１７】キャリアの歯部と噛合するギアのピンとの
間に発生する微粒子は、キャリアを構成する材料の微少
な割れや欠け等の材料破壊により発生するものが、ギア
のピンの磨耗、材料破壊により発生するそれに比べ遥か
に多い。

【００１８】これはキャリア材料自体の強度もその一因
ではあるが、キャリアの歯部の形状が噛合する相手側ギ
アのピンとの噛み合い軌跡に不適合であることによると
思われる。

【００１９】具体的には、その歯型形状において、図１
に示す点Ｃがピッチ円ｂよりも半径方向外側に存在し、
円弧ＢＣに近傍する部分が噛合する相手側ギア軌跡に重
複し、または逆に相手側ギア軌跡に対し余裕代が過剰に
存在すること、あるいは円弧ＤＥが噛合する相手側ギア
軌跡に対し重複し、または逆に相手側ギア軌跡に対し余
裕代が過剰に存在することで、研磨あるいは部分的な応
力集中に起因する材料破壊によることが主要因であると
思われる。

【００２０】本発明ではキャリアの歯部は、ピンが嵌合
し得る複数の凹部と隣接する凹部間に形成される突部と
を有し、該凹部の外面と該突部の外面とがエッジを有し
ない連続面によって連続されていることにより、このよ
うな形状の歯型を有するキャリアは、該キャリアと噛合
するギアとの間に発生する微粒子の発生を低減ならし
め、その寿命を延長することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明に使用されるキャリアの基
材としては、ブルースチール、ガラス繊維配合のエポキ
シ樹脂板、フェノール樹脂板その他高分子樹脂板等が挙
げられる。

【００２２】このようなキャリアの基材は、通常、ルー
ター加工およびホブ加工等により所定形状に加工され
る。加工面は布等で払拭しバリを取って仕上げが行われ
る。このようにして所定の歯型形状を有するキャリアが
得られる。キャリアの歯部の外面の少なくとも一部は手
加工によって行ってもよい。

【００２３】次に、キャリアの歯部の形状を決める一例
を説明する。

【００２４】図１中の番号１は基準線であり、この基準
線１はキャリア１６の中心を通る直線である。図中、ａ
はキャリア１６の歯先円、ｂはピッチ円、ｃは歯底円で
ある。該歯先円ａ、ピッチ円ｂおよび歯底円ｃはそれぞ
れ、その中心をキャリア１６の中心と同じくする。

【００２５】図１に示されるキャリア１６の歯部１５に
おいて、基準線１と歯先円ａの交点のうち一方を点Ａと
する。

【００２６】キャリア１６上の歯数より算出され、キャ
リア１６中心をその基点とし、点Ａ近傍で、基準線１に
より二分される角度６をなす直線２、直線３のうち一方
の直線２と歯底円ｃ、ピッチ円ｂとの交点をそれぞれ点
Ｅ、Ｏとする。この点Ｏを中心として半径Ｒ’を有する
曲線が描かれる（円弧ＤＥ）。該Ｒ’の寸法は、キャリ
ア１６の歯部１５と噛合する相手側の太陽ギア１２およ
び遊星ギア１４のギア径（ピン１１、１３の半径）に対
し、通常１００〜１１０％の範囲で決定される。

【００２７】直線２と１５゜〜２０゜の範囲で決定される
角度θをなす接線４とＲ’との接点を点Ｄとする。

【００２８】接線４上にあり、ピッチ円ｂ上あるいは、
点Ｄを越えない範囲でピッチ円ｂよりも内側に存在する
点を点Ｃとする。つまり、接線４とピッチ円ｂの交点か
ら点Ｄまでの接線４上の点Ｃが存在する。

【００２９】点Ｃで上記接線４と直交する法線５上にそ
の中心を持ち、点Ｃで接線４と接する円弧の半径をＲと
する。この円弧は点Ｂにおいて歯先円ａに接する点をＢ
とすると、軌跡ＡＢＣができる限り連続的になめらかに
なるように決定される。軌跡ＡＢは直線であってもよ
く、半径Ｒの円弧であってもよい。Ｒの寸法は、通常
Ｒ’の６０〜１００％とされる。線分ＣＤは通常Ｒ’の
０〜４０％とされる。

【００３０】上記の通り決定された円弧または線分Ａ
Ｂ、円弧ＢＣ、線分ＣＤ、円弧ＤＥからなる軌跡ＡＢＣ
ＤＥの基準線１を軸とし、線対称に反転することで得ら
れる軌跡Ｅ’Ｄ’Ｃ’Ｂ’ＡＢＣＤＥを一周期とし、キ
ャリア１６中心を基点に角度θずつ歯数分回転させるこ
とでキャリア１６の歯型が得られる。

【００３１】このようにして、図１に示すように、該キ
ャリアの歯部は、ピン１１，１３が嵌合し得る複数の凹
部２０と該隣接する凹部２０間に形成される突部２１と
を有し、該凹部２０の外面と該突部２１の外面とがエッ
ジを有しない連続面２２によって連続されている両面研
磨機のキャリアが得られる。該連続面２２としては、上
記したように平面であってもよく、曲面、特に突曲面で
あってもよい。

【００３２】本発明のキャリアとその研磨性能について
下記の実施例によりさらに詳細に説明するが、これらの
実施例は本発明を限定するものではない。

【００３３】

【実施例】以下の実施例で得られたキャリアを用いたウ
ェーハの研磨試験は次の通りである。

【００３４】両面研磨機ＡＣ１５００（Ｐｅｔｅｒ ｗ
ａｌｔｅｒｓ（株））を用いてウェーハを研磨した。ウ
ェーハはシリコン単結晶Ｐ（１００）ウェーハ８インチ
径を使用した。研磨条件は表１にまとめて記載した。

【００３５】

【表１】 研磨機 ＡＣ１５００（Ｐｅｔｅｒ ｗａｌｔｅｒｓ（株）） 加工ウェーハ シリコン単結晶Ｐ（１００）ウェーハ８インチ径 研磨スラリー ＮＡＬＣＯ２３５０ ２０倍希釈 研磨機のウェーハの形状精度を静電容量式ウェーハ平坦
度検査機（ＡＤＥ９５００ウェーハ平坦度検査計、日本
エーディーイー（株）製）を用いて評価した。

【００３６】研磨後のキャリアの破損状況は目視により
評価した。

【００３７】（実施例１）ガラスエポキシ板（新興化学
工業製「ＳＬ−ＥＣ（II）」、厚さ０．６５５ｍｍ）を
エンドミル加工により、表２に示す条件で加工を行っ
た。

【００３８】加工形状は図１に示すように、歯先円ａ上
に存在する円弧ＡＢと、法線５上にその中心をもちピッ
チ円ｂ上あるいはピッチ円ｂよりも内側に存在する点Ｃ
で接線４と接する半径Ｒの円弧ＢＣと、ピッチ円ｂ上に
その中心をもち点Ｄ、点Ｅでそれぞれ接線４と歯底円ｃ
で接する半径Ｒ’の円弧ＤＥと、線分ＣＤとからなる軌
跡ＡＢＣＤＥを、基準線１を軸に反転することで得られ
る軌跡Ｅ’Ｄ’Ｃ’Ｂ’ＡＢＣＤＥを一周期とし、キャ
リア１６中心を基点に角度θずつ歯数分回転させること
で得られる歯型を有するようにした。さらに図２に示す
ように被加工物穴１７を形成してキャリア１６を得た。
上記Ｒ’はキャリア歯型と噛合する相手側の太陽ギアと
遊星ギアのギア径（ピンの半径）に対し１００％の寸法
とした。

【００３９】

【表２】 使用バイト ５ｍｍφ超硬刃 バイト回転数 ８００ＲＰＭ バイト送り速度 ５００ｍｍ／ｍｉｎ このようにして得たキャリアを用いて研磨したウェーハ
の加工精度は、ＴＴＶは０．２４ミクロン、ＬＴＶは
０．１５ミクロンであり、使用時間９８９０分後におい
て初めてキャリア歯先部分に割れが確認された。

【００４０】（実施例２）上記実施例１のキャリアにお
いて、Ｒ’がキャリア歯型と噛合する相手側の太陽ギア
と遊星ギアのギア径（ピンの半径）に対し１１０％の寸
法としたこと以外は、実施例１と同様にしてキャリアを
得た。

【００４１】得られたキャリアを用いて研磨したウェー
ハの加工精度は、ＴＴＶは０．２７ミクロン、ＬＴＶは
０．１８ミクロンであり、使用時間４２８７分後におい
て初めてキャリア歯先部分に割れが確認された。

【００４２】（比較例）ガラスエポキシ板（新興化学工
業製「ＳＬ−ＥＣ（II）」、厚さ０．６５５ｍｍ）をエ
ンドミル加工により、表２に示す条件で加工を行い、歯
先部分の加工形状が図４のキャリアを得た。

【００４３】図４において、ａは歯先円、ｂはピッチ
円、ｃは歯底円である。キャリア３０の歯部３３は、該
ピンが嵌合し得る複数の凹部３１と該隣接する凹部３１
間に形成される突部３２とを有する。該凹部３１の外面
は凹面であり、突部３２の外面は平坦面に形成されてい
る。この平坦面はピッチ円ｂより半径方向外側に位置
し、上記凹面との間にエッジが形成されている。

【００４４】このキャリアを用いて研磨したウェーハの
加工精度は、ＴＴＶは０．５４ミクロンＬＴＶは０．４
７ミクロンであり、使用時間２７５８分後においてキャ
リア歯先部分に割れが確認された。本キャリアにおいて
は所望とするウェーハの加工精度は達成できなかった。

【００４５】以上の結果から、本実施例のキャリアは１
６ＭＤＲＡＭ、あるいは将来の６４Ｍ、２５６ＭＤＲＡ
Ｍ用ウェーハ製造に適した形状を有し、ＬＴＶ値が０．
２ミクロン以下の高平坦性ウェーハの供給が可能とな
り、かつ微粒子の発生による短寿命を防止することがで
きた。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、キャリアとの噛合する
ギアとの間に発生する微粒子の発生を低減ならしめ、被
研磨物の所望とする加工精度を得、研磨消耗資材として
のキャリアの寿命を延長し、そのコスト削減を可能とし
得る。従って、半導体ウェーハ、メモリーディスク等の
研磨の際、その研磨面の平坦性を向上させ得ることがで
き、また使用可能時間を延長し研磨に要するコストを低
減し得るキャリアを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】キャリアの歯部の詳細を示す説明図である。

【図２】本発明のキャリアおよび両面研磨機の作業時の
模式図である。

【図３】図２で示すキャリアおよび両面研磨機の要部断
面図である。

【図４】従来のキャリアの要部拡大平面図である。

【符号の説明】

１ 基準線 ２ 直線 ３ 直線 ４ 接線 ５ 法線 １１ ピン １２ 太陽ギア １３ ピン １４ 遊星ギア １５ 歯部 １６ キャリア １７ 被加工物穴 １８ 研磨布 １９ 定盤 ２０ 凹部 ２１ 突部 ２２ 連続面 ａ 歯先円 ｂ ピッチ円 ｃ 歯底円

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周部に複数のピンを有する太陽ギア
   と、内周部に複数のピンを有する遊星ギアと、該太陽ギ
   アのピンと該遊星ギアのピンにそれぞれ噛合し得る歯部
   を外周部に有するキャリアと、を有し、該太陽ギアが回
   転することにより、該キャリアが遊星運動可能とされ、
   該キャリアに設けられた被加工物保持穴に配置された被
   加工物の両面を、該キャリアの両面側に配置された研磨
   布で研磨する両面研磨機のキャリアにおいて、該キャリ
   アの歯部は、該ピンが嵌合し得る複数の凹部と該隣接す
   る凹部間に形成される突部とを有し、該凹部の外面と該
   突部の外面とがエッジを有しない連続面によって連続さ
   れている両面研磨機のキャリア。
2. 【請求項２】 前記凹部の外面が凹面であって、該凹面
   の曲率半径は前記ピンの半径の１００〜１１０％であ
   り、該突部の外面は突面であって、該凹面と該突面とを
   結ぶ連続面は平面である請求項１記載の両面研磨機のキ
   ャリア。
3. 【請求項３】 前記キャリアの歯部の形状が以下の方法
   によって求められる、請求項１または２記載の両面研磨
   機のキャリア： （ａ）キャリア１６歯部１５において、基準線１と歯先
   円ａの交点を点Ａとする、 （ｂ）キャリア１６上の歯数より算出され、キャリア１
   ６中心をその基点とし、点Ａ近傍で、基準線１により、
   二分される角度６をなす直線２、直線３のうち直線２と
   歯底円ｃ、ピッチ円ｂとの交点をそれぞれ点Ｅ、Ｏとす
   る、 （ｃ）この点Ｏを中心として半径Ｒ’を有する曲線が描
   かれる、 （ｄ）該Ｒ’の寸法は、キャリア１６の歯部１５と噛合
   する太陽ギア１２および遊星ギア１４のピン１１，１３
   の半径に対し１００〜１１０％の範囲で決定される、 （ｅ）該直線２と１５゜〜２０゜の範囲で決定される角度
   θをなす接線４と半径Ｒ’を有する曲線との接点を点Ｄ
   とする、 （ｆ）接線４上にあり、ピッチ円ｂ上あるいは、点Ｄを
   越えない範囲でピッチ円ｂよりも内側に存在する点を点
   Ｃとする、 （ｇ）点Ｃで上記接線４と直交する法線５上にその中心
   を持ち、点Ｃで接線４と接する円弧ＢＣの半径をＲとす
   る、 （ｈ）この円弧は点Ｂにおいて歯先円に接するか、軌跡
   ＡＢＣができる限り連続的になめらかになるように決定
   される、 （ｉ）上記の通り決定された円弧もしくは線分ＡＢ、円
   弧ＢＣ、線分ＣＤ、円弧ＤＥからなる軌跡ＡＢＣＤＥの
   基準線１を軸とし線対称に反転することで得られる軌跡
   Ｅ’Ｄ’Ｃ’Ｂ’ＡＢＣＤＥを一周期とし、キャリア１
   ６中心を基点に角度６ずつ歯数分回転させる。