JPWO2006001340A1 - 両面研磨用キャリアおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の両面研磨用キャリア１０は、母材の材質１０ａが、たとえば従来と同様に、ステンレス・スチール（ＳＵＳ）であり、その母材１０ａに対して、母材１０ａよりも硬度が高い材質の被膜層１０ｂによって被膜されている。被膜層１０ｂは、膜厚のムラがなく均一に被膜され、かつ反りが生じにくいものであることが望ましく、両面研磨用キャリア１０の被膜層１０ｂの材質としては、ダイヤモンド・ライク・カーボン、窒化膜、サファイア膜、チタンナイトライド膜のうちいずれかの材質であることが望ましい。本発明の両面研磨用キャリア１０を製造には、まず、研磨加工に使用された使用済みの両面研磨用キャリア１０′を用意する。そして、つぎに、使用済みキャリア１０′を被膜層１０ｂによって被膜する。本発明によれば、両面研磨用キャリアの摩耗の進行を抑制でき、厚み精度、膜厚分布精度、表面粗さを充分なものとなる。

Description

本発明は、両面研磨装置に使用される両面研磨用キャリアおよびその製造方法に関する。

シリコンウェーハは、ラッピング工程、研磨工程を含む各工程を経て製造される。

研磨工程では、両面研磨装置を使用してシリコンウェーハの両面が同時に研磨される。また、ラッピング工程では、両面ラッピング装置を使用してシリコンウェーハの両面が同時にラッピングされる。以下、両面研磨装置を代表させて装置の概要について説明する。

図２は両面研磨装置１０の側面図を示している。図１は、図２の両面研磨装置１００を矢視Ａからみた上面図であり、両面研磨用キャリア１０とシリコンウェーハ１と下定盤１０２の位置関係を示している。
両面研磨装置１００は、シリコンウェーハ１の端面１ｃを保持孔１１内で保持してシリコンウェーハ１の表面１ａおよび裏面１ｂを露出させた状態で収容する両面研磨用キャリア１０と、シリコンウェーハ１の表面１ａ側、裏面１ｂ側にそれぞれ設けられ、表面に研磨クロス１０３、１０４がそれぞれ貼着された上定盤１０１、下定盤１０２とから構成されている。

シリコンウェーハ１が両面研磨用キャリア１０の保持孔１１内に収容され、上定盤１０１、下定盤１０２がシリコンウェーハ１側に移動されることによりシリコンウェーハ１の表面１ａおよび裏面１ｂにそれぞれ研磨クロス１０３、１０４が押し付けられ、シリコンウェーハ１の表面１ａと上定盤１０１の研磨クロス１０３との間、およびシリコンウェーハ１の裏面１ｂと下定盤１０２の研磨クロス１０４との間それぞれに研磨用のスラリが供給されつつ、両面研磨用キャリア１０と、上定盤１０１、下定盤１０２とが相対的に逆回転される。これによりシリコンウェーハ１の表面１ａおよび裏面１ｂがそれぞれ所定の研磨代だけ研磨されて鏡面状態にされる。

上記両面研磨用キャリア１０には、たとえば６つの保持孔１１が形成されており、６枚のシリコンウェーハ１が同時に研磨される。

研磨クロス１０３、１０４は、シリコンウェーハ１の両面のみならず両面研磨用キャリア１０の両面にも押し当てられる。このため研磨時間の増加に伴い両面研磨用キャリア１０の摩耗が進行し、所定の時間あるいは所定の回数、研磨加工に使用された両面研磨用キャリア１０は、新品の両面研磨用キャリア１０に交換される。

両面研磨用キャリア１０の材質は、ステンレス・スチールが一般的である。

しかし、ステンレス・スチール製の両面研磨用キャリア１０は、厚み精度が低く、個々のキャリア毎に厚みがばらつく。このため、個々の両面研磨用キャリア１０で仕上げられる各シリコンウェーハ１の平坦度がばらつくという問題があった。さらに、両面研磨用キャリア１０の摩耗の進行の度合いは早いという問題があった。このため両面研磨用キャリア１０の摩耗の進行度合いに応じて、シリコンウェーハ１の平坦度がばらつき、安定した平坦度が得られないという問題があった。
また、両面研磨用キャリア１０が摩耗すると、それによって生じた金属粉がシリコンウェーハ１の金属汚染を引き起こすという問題があった。また、両面研磨用キャリア１０が摩耗すると、それによって生じた金属粉がシリコンウェーハ１の表面でスクラッチキズを引き起こすという問題があった。また、両面研磨用キャリア１０の摩耗の進行が早いため、両面研磨用キャリア１０の交換サイクルが短く、高コストを招くことになっていた。

さらに、両面研磨用キャリア１０の表面の粗さは高く、摩擦係数が高いため、両面研磨用キャリア１０に押し付けられ回転する研磨クロス１０３、１０４の摩耗も早くなる。このため研磨クロス１０３、１０４の交換サイクルが短くなり、高コストを招くことになっていた。

下記特許文献１には、金属製のキャリアの表面に樹脂コーティングを施すという発明が記載されている。

また、下記特許文献２には、炭素繊維に樹脂を含浸させた積層板によってキャリアを構成するという発明が記載されている。

また、下記特許文献３には、キャリアのうち機械的負荷のかかる外周歯部分を金属製材料で構成してその表面を樹脂で被覆するとともに、残りの内部領域を樹脂部材で構成するという発明が記載されている。

ところで近年、特に０．１３μｍに等しいか、それよりも小さな線幅を有する電子素子を製造することが必要とされている。こうした電子素子を製造するに適したシリコンウェーハを得るためには、ＳＦＱＲと称される平坦度が、電子素子の有する線幅に等しいか、それよりも小さなシリコンウェーハを用意することが求められている。

シリコンウェーハの最終的な平坦性は、ポリッシングプロセスにより生成される。特に高度な平坦性を有するシリコンウェーハを製造するには、シリコンウェーハの表面及び裏面を同時にポリッシングする装置及び方法が用いられる。

このいわゆる両面ポリッシングによって、特に高度な平坦性を有するシリコンウェーハを得ようとする場合、ポリッシングの際にシリコンウェーハを保持するキャリアの厚みが重要となる。

例えば下記特許文献４には、シリコンウェーハの最終厚さをキャリアの厚さよりも２〜２０μｍ大きく設定することにより、高度な平坦性を有するシリコンウェーハが得られると記載されている。

また、下記特許文献５、６には、キャリアのシリコンウェーハを保持する周辺部をシリコンウェーハの最終厚さよりも同等か、僅かに大きく設定することにより高度な平坦性を有するシリコンウェーハが得られると記載されている。

このようにポリッシング条件の違いにより、要求されているキャリアの厚さの範囲に違いがあるものの、高度な平坦性を有するシリコンウェーハを得るには、キャリアの厚さないしは一部の厚さを特定の大きさに高精度に定めることが求められている。以上のようにシリコンウェーハの高度な平坦性を実現するには、キャリアの厚み精度を向上させて、特定の厚みを高精度に得ることが必要とされている。

ところで、ポリッシングプロセスでは、両面研磨用キャリア１０の母材１０ａに形成された保持孔１１の内壁面１１ａとシリコンウェーハ１の端面１ｃとに大きな負荷が生ずる。このため、シリコンウェーハ１の端面１ｃはダメージを受けるおそれがある。シリコンウェーハ１の損傷を防止するために、保持孔１１に負荷緩衝用の樹脂インサートが嵌合される場合がある。

図７は、保持孔に樹脂が嵌合された従来の状態を平面図で示している。
樹脂インサート１５の外れや共回りを防止するために、母材１０ａの内壁面１１ａには楔１０ｂが形成され、樹脂インサート１５の外壁面１５ａには楔１５ｂが形成されている。楔１０ｃと楔１５ｂが嵌合することによって、母材１０ａに対して樹脂インサート１５が固定される。
実開昭５８−４３４９号公報 特開昭５８−１４３９５４号公報 特開平１０−３２９０１３号公報 特許第３４００７６５号公報 特開平１１−２５４３０５号公報 特開２００３−１９６６０号公報

上記特許文献１〜３に示される従来技術によれば、キャリア全体であれ一部であれ、キャリアの表面が樹脂で構成されているため、両面研磨用キャリアの摩耗に伴う金属粉の発生を抑制することができる。このため、金属粉の発生に伴う金属汚染やスクラッチキズの発生を抑制することができる。

しかし、単にキャリア表面を樹脂で構成しただけでは、摩耗の早さは、金属製のキャリアと同等か、それ以上に早く、上述したキャリアの交換サイクルの短期化という従来の問題点を解決できなかった。また、単にキャリア表面を樹脂コーティングしただけでは、充分な厚み精度、膜厚分布精度、表面粗さが得られず、シリコンウェーハの平坦度を安定して得ることができなく、研磨クロスの交換サイクルの短時間化を避けることはできなかった。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、両面研磨用キャリアの摩耗の進行を抑制できるようにするとともに、厚み精度、膜厚分布精度、表面粗さを充分なものとすることを解決課題とするものである。

第１発明は、
研磨対象物の両面を同時に研磨する両面研磨装置に使用され、研磨対象物を保持する両面研磨用キャリアにおいて、
両面研磨用キャリアの母材よりも硬度が高い材質で被膜されたこと
を特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
両面研磨用キャリアに被膜される材質は、ダイヤモンド・ライク・カーボン、窒化膜、サファイア膜、チタンナイトライド膜のうちいずれかの材質であることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明において、
両面研磨用キャリアの被膜厚さは、２０μｍ以下であること
を特徴とする。

第４発明は、第１発明または第２発明または第３発明において、
両面研磨用キャリアの被膜表面の粗さは、０．３μｍ以下であること
を特徴とする。

第５発明は、第１発明または第２発明または第３発明または第４発明において、
研磨加工に使用された使用済みの両面研磨用キャリアに、被膜が施されたことを特徴とする。

第６発明は、
研磨対象物の両面を同時に研磨する両面研磨装置に使用され、研磨対象物を保持する両面研磨用キャリアに被膜を施すにあたり、
研磨加工に使用された使用済みの両面研磨用キャリアに、その母材よりも硬度が高い材質で被膜を施す工程を含むこと
を特徴とする。

第１発明の両面研磨用キャリア１０は、図４に示すように、母材の材質１０ａが、たとえば従来と同様に、ステンレス・スチール（ＳＵＳ）であり、その母材１０ａに対して、母材１０ａよりも硬度が高い材質の被膜層１０ｂによって被膜されている。

被膜層１０ｂは、膜厚のムラがなく均一に被膜され、かつ反りが生じにくいものであることが望ましく、両面研磨用キャリア１０の被膜層１０ｂの材質としては、ダイヤモンド・ライク・カーボン、窒化膜、サファイア膜、チタンナイトライド膜のうちいずれかの材質であることが望ましい。このうちダイヤモンド・ライク・カーボンは軽量であるため、特に望ましい（第２発明）。

両面研磨用キャリア１０の被膜層１０ｂの厚さは、２０μｍ以下であることが望ましい（第３発明）。

また、両面研磨用キャリア１０の表面粗さ、つまり被膜層１０ｂの表面の粗さは、たとえばＲａで０．３μｍ以下であることが望ましい（第４発明）。

以上のような両面研磨用キャリア１０を用いてシリコンウェーハ１を研磨したところ、両面研磨用キャリア１０の厚み精度が高く、個々のキャリア毎の厚みのバラツキが小さくなり、個々の両面研磨用キャリア１０毎に仕上げられる各シリコンウェーハ１の平坦度のバラツキが少なくなり、安定した平坦度が得られるようになる。さらに、両面研磨用キャリア１０の摩耗の進行が遅くなり、時間の経過に応じて得られる各シリコンウェーハ１の平坦度のバラツキが少なくなり、安定した平坦度が得られるようになる。

また、両面研磨用キャリア１０の摩耗に伴う銅、鉄、クロムなどの金属粉の発生が殆どなくなり、シリコンウェーハ１のバルク内に銅が入り込むなどの金属汚染は殆ど生じなくなる。また、両面研磨用キャリア１０の摩耗に伴う金属粉が発生が殆どなくなり、シリコンウェーハ１の表面でスクラッチキズが殆ど生じなくなる。

また、両面研磨用キャリア１０の摩耗の進行が遅くなり、両面研磨用キャリア１０の交換サイクルが長くなり、コストが低減する。

さらに、両面研磨用キャリア１０の表面の粗さが低く、摩擦係数が低くなり、両面研磨用キャリア１０に押し付けられ回転する研磨クロス１０３、１０４の摩耗が遅くなる。このため研磨クロス１０３、１０４の交換サイクルが長くなり、コストが低減する。

第６発明の両面研磨用キャリア１０の製造方法を実施するには、まず、研磨加工に使用された使用済みの両面研磨用キャリア１０′を用意する。この使用済みの両面研磨用キャリア１０′は、従来と同様のステンレス・スチール製で被膜層１０ｂが形成されていないキャリアであってもよく、また、上述した被膜層１０ｂが形成されたキャリアであってもよい。

つぎに、使用済みキャリア１０′を被膜層１０ｂによって被膜する。

以上のような製造方法で両面研磨用キャリア１０を製造すると、使用済みのキャリアを再利用しているため、シリコンウェーハ１枚当たりの製造コストを飛躍的に低減させることができる。

第７発明は、
研磨対象物の両面を同時に研磨する両面研磨装置に使用され、母材に形成された保持孔の内壁面に樹脂が設けられ、前記樹脂で研磨対象物を保持する両面研磨用キャリアにおいて、
前記母材と前記樹脂の接合部が前記母材よりも硬度が高い材質で被膜されたこと
を特徴とする。

図７に示すように、一般に両面研磨用キャリア１０の母材１０ａに対して樹脂インサート１５を固定するために、母材１０ａに形成される保持孔１１の内壁面１１ａや樹脂インサート１５の外壁面１５ａには楔１０ｃや楔１５ｂのような特異な形状を設ける必要がある。こうした形状を形成するためには、母材１０ａや樹脂インサート１５の加工作業を増やす必要があり、母材１０ａや樹脂インサート１５の生産効率の低下や生産コスト増加を招くといった問題がある。

第７発明は、図８に示すように、母材１０ａと樹脂２０は母材１０ａよりも硬度が高い材質の被膜層２１によって被膜されている。つまり、被覆層２１は母材１０ａと樹脂インサート２０の接合部２２を被覆する。被覆層２１によって樹脂インサート２０は母材１０ａに対して固定される。したがって、第７発明によれば、第１発明と同等の効果が得られるうえ、母材や樹脂インサートに楔が必要無くなるため、母材や樹脂インサートの加工が容易になる。したがって、母材や樹脂インサートの生産効率が向上し生産コストが低下する。また、樹脂インサートでシリコンウェーハが保持されるため、シリコンウェーハのダメージが低減される。

以下、図面を参照して本発明に係る両面研磨用キャリアについて説明する。なお、実施形態では、両面研磨用キャリアを用いて、シリコンウェーハを研磨する場合を想定する。ただし、本明細書において「研磨」は、ラッピングを含む意味として使用し、「両面研磨用キャリア」は、研磨工程における両面研磨装置に使用される両面研磨用キャリアのみならず、ラッピング工程における両面研磨装置（両面ラッピング装置）で使用されるキャリアを含む意味として使用する。

また、本発明の両面研磨用キャリアは、シリコンウェーハのみならずガリウム砒素などの他の半導体ウェーハを研磨する場合にも使用することができる。

図２は両面研磨装置１０の側面図を示している。図１は、図２の両面研磨装置１００を矢視Ａからみた上面図であり、両面研磨用キャリア１０とシリコンウェーハ１と下定盤１０２の位置関係を示している。

両面研磨装置１００は、大きくは、シリコンウェーハ１の端面１ｃを保持孔１１内で保持してシリコンウェーハ１の表面１ａおよび裏面１ｂを露出させた状態で収容する両面研磨用キャリア１０と、シリコンウェーハ１の表面１ａ側、裏面１ｂ側にそれぞれ設けられ、表面に研磨クロス１０３、１０４がそれぞれ貼着された上定盤１０１、下定盤１０２とから構成されている。

上定盤１０１には、冷却水路１０６が形成されており、同様に下定盤１０２には、冷却水路１０８が形成されている。上定盤１０１には、研磨クロス１０３の表面に連通する研磨スラリ用通路１０７が形成されており、同様に下定盤１０２には、研磨クロス１０４の表面に連通する研磨スラリ用通路（図示せず）が形成されている。

図３は、図１に示す両面研磨用キャリア１０を拡大して示している。

図１、図２に図３を併せ参照して説明すると、両面研磨用キャリア１０は、円板状に形成されており、周方向に等間隔に、シリコンウェーハ１を収容する保持孔１１が、たとえば６つ形成されている。両面研磨用キャリア１０の外周には、下定盤１０２の中心に形成されたサンギア１０２ａに噛み合うとともに、下定盤１０２の外周に沿って設けられた内歯車１０５と噛み合う歯１２（遊星ギア）が形成されている。両面研磨用キャリア１０は、サンギア１０２ａを中心に下定盤１０２の周方向に沿って等間隔に５つ配置されている。

シリコンウェーハ１の研磨を行う際には、シリコンウェーハ１が両面研磨用キャリア１０の保持孔１１内に挿入されて収容される。そして、上定盤１０１、下定盤１０２がシリコンウェーハ１側に移動されることによりシリコンウェーハ１の表面１ａおよび裏面１ｂにそれぞれ研磨クロス１０３、１０４が押し付けられる。そして、シリコンウェーハ１の表面１ａと上定盤１０１の研磨クロス１０３との間、およびシリコンウェーハ１の裏面１ｂと下定盤１０２の研磨クロス１０４との間それぞれに研磨用のスラリが供給されつつ、両面研磨用キャリア１０と、上定盤１０１、下定盤１０２とが相対的に逆回転される。

両面研磨用キャリア１０は、図１に矢印で示すように、矢印Ｂ方向に自転しつつ、サンギア１０２ａの周方向に沿って矢印Ｃ方向に公転する。

これによりシリコンウェーハ１の表面１ａおよび裏面１ｂがそれぞれ所定の研磨代だけ研磨されて鏡面状態にされる。両面研磨用キャリア１０には、上述したように、たとえば６つの保持孔１１が形成されているため、１つの両面研磨用キャリア１０で、６枚のシリコンウェーハ１を同時に研磨することができる。

図４は、両面研磨用キャリア１０の断面図を示している。

同図４に示すように、両面研磨用キャリア１０は、母材１０ａの材質が、従来と同様に、ステンレス・スチール（ＳＵＳ）であり、その母材１０ａに対して、母材１０ａよりも硬度が高い材質の被膜層１０ｂによって被膜されている。

被膜層１０ｂは、膜厚のムラがなく均一に被膜され、かつ反りが生じにくいものであることが望ましく、両面研磨用キャリア１０の被膜層１０ｂの材質としては、ダイヤモンド・ライク・カーボン、窒化膜、サファイア膜、チタンナイトライド膜のうちいずれかの材質であることが望ましい。このうちダイヤモンド・ライク・カーボンは軽量であり、被膜の均一性がよいため、特に望ましい。
両面研磨用キャリア１０の母材１０ａの材質としては、この実施例で想定する金属であってもよく、樹脂であってもよい。

両面研磨用キャリア１０の母材１０ａが金属の場合、その材質は上述したようにステンレス・スチール（ＳＵＳ）であってもよく、またスチールであってもよい。母材１０ａの具体的な材質としては、ＳＫ材、１８−８ステン、Ｃr鋼、スーパーＣr鋼などが考えられる。両面研磨用キャリア１０の母材１０ａが金属の場合でも、全体が金属であってもよく、一部を樹脂としてもよい。たとえば両面研磨用キャリア１０のうち保持孔１１の内周面１１ａ、つまりシリコンウェーハ１の端面１ｃとの接触面１１ａのみを樹脂としてもよい（図３参照）。

また、両面研磨用キャリア１０の母材１０ａが、樹脂である場合には、その樹脂に、異なる材質の被膜層１０ｂを形成してもよく、母材１０ａの樹脂と同じ材質の被膜層１０ｂを形成してもよい。

シリコンウェーハ１の平坦度は、キャリア１０の厚み精度によって定まる。そしてキャリア１０の厚み精度は、キャリア１０の製造過程における厚み精度および研磨中の熱膨脹による厚み精度によって定まる。キャリア１０の厚み精度は、母材１０ａが金属のキャリア１０よりも母材１０ａが樹脂のキャリア１０の方が優位となる。一方、シリコンウェーハ１への金属汚染に関しては、母材１０ａが樹脂のキャリア１０の方が優位となる。

また、両面研磨用キャリア１０の被膜層１０ｂの厚さは、２０μｍ以下であることが望ましい。これは、被膜層１０ｂの膜厚が大きくなるに伴い、キャリア１０の反りが大きくなってしまうからである。

また、両面研磨用キャリア１０の表面粗さ、つまり被膜層１０ｂの表面の粗さは、たとえばＲａで０．３μｍ以下であることが望ましい。これは被膜層１０ｂの表面粗さが大き過ぎると、研磨クロス１０３、１０４の寿命が短くなるからである。

両面研磨用キャリア１０に、被膜層１０ｂを被膜する際には、少なくとも、保持孔１１内のシリコンウェーハ端面１ｃに接触する接触面１１ａを除いた部分を被膜することとし、接触面１１ａについては、シリコンウェーハ端面１ｃに負荷のかからない樹脂をコーティングすることが望ましい。

また、両面研磨用キャリア１０の全面を被膜してもよく、また片面のみ被膜してもよく、また歯１２の部分を除いた部位のみ被膜してもよい。

以上のような両面研磨用キャリア１０を用いてシリコンウェーハ１を研磨したところ、両面研磨用キャリア１０の厚み精度が高く、個々のキャリア毎の厚みのバラツキが小さくなり、個々の両面研磨用キャリア１０毎に仕上げられる各シリコンウェーハ１の平坦度のバラツキが少なくなり、安定した平坦度が得られるようになった。さらに、両面研磨用キャリア１０の摩耗の進行が遅くなり、時間の経過に応じて得られる各シリコンウェーハ１の平坦度のバラツキが少なくなり、安定した平坦度が得られるようになった。

また、両面研磨用キャリア１０の摩耗に伴う銅、鉄、クロムなどの金属粉の発生が殆どなくなり、シリコンウェーハ１のバルク内に銅が入り込むなどの金属汚染は殆ど生じなくなった。また、両面研磨用キャリア１０の摩耗に伴う金属粉が発生が殆どなくなり、シリコンウェーハ１の表面でスクラッチキズが殆ど生じなくなった。

また、両面研磨用キャリア１０の摩耗の進行が遅くなり、両面研磨用キャリア１０の交換サイクルが長くなり、コストを低減できた。

さらに、両面研磨用キャリア１０の表面の粗さが低く、摩擦係数が低くなり、両面研磨用キャリア１０に押し付けられ回転する研磨クロス１０３、１０４の摩耗が遅くなった。このため研磨クロス１０３、１０４の交換サイクルが長くなり、コストを低減できた。

上述した効果を裏付ける実施例（実験結果）を図５、図６に掲げる。

図５（ｂ）は、上述した本実施形態の両面研磨用キャリア１０を用いて研磨されたシリコンウェーハ１の平坦度ＳＦＱＲ（μｍ）のバラツキを示している。図５（ｂ）の横軸は、平坦度ＳＦＱＲ（μｍ）を示し、縦軸は、シリコンウェーハ１の個数Ｎを示している。比較例として被膜層１０ｂをコーティングしていない従来の両面研磨用キャリア１０を用いた場合を、図５（ａ）に示した。

なお研磨条件は、以下のとおりである。

・素材ウェーハ： Ｐ型＜１００＞ ０．００５〜１０Ω
・研磨装置： 両面研磨装置
・研磨クロス： 不織布タイプ、硬度８０（アスカーＣ硬度）
・研磨スラリ： コロイダルシリカ（ｐＨ＝１１）
・研磨荷重： １２０ｇ/ｃｍ^２
・キャリア：φ＝７２０ｍｍ，ｔ＝７００μｍ，φ２００ｍｍ（直径）ウェーハ ６枚装填
なお、シリコンウェーハ１の平坦度は、ＡＤＥ９７００を使用して測定した。

図５（ａ）、（ｂ）を対比してわかるように、従来の両面研磨用キャリア１０を使用して得られるウェーハ平坦性は、キャリア使用回数の増加に伴いキャリア１０が摩耗することでウェーハ平坦性が損なわれるため、複数のポリッシングバッチにおけるウェーハ平坦性はバラツキが大きい（図５（ａ）；Ａｖｅ．０．０７１μｍ、Ｓtd.０．０５）。これに対して本実施形態の両面研磨用キャリア１０を使用すると、キャリア使用回数の増加に伴うキャリア１０の摩耗が全く確認できず、複数のポリッシングバッチにおいても良好なウェーハ平坦性を保つことが確認された（図５（ｂ）；Ａｖｅ．０．０５３μｍ、Ｓtd.０．０２）。

図６は、本実施形態の両面研磨用キャリア１０の摩耗量と従来の両面研磨用キャリア１０の摩耗量とを比較したグラフである。図６の横軸は、ポリッシングバッチ数を示し、縦軸は、キャリア摩耗量累積値（μｍ）を示している。図６の▲印は、被膜層１０ｂのコーティングが施されていないステンレス・スチール製の比較例のキャリア１０の摩耗量累積値をプロットしたものであり、●印は、ステンレス・スチールの母材１０ａの全面にダイヤモンド・ライク・カーボンの被膜層１０ｂがコーティングされた実施形態のキャリア１０の摩耗量累積値をプロットしたものである。

なお研磨条件は、以下のとおりである。

・研磨装置： 両面研磨装置
・研磨クロス： 不織布タイプ、硬度８０（アスカーＣ硬度）
・研磨スラリ： コロイダルシリカ（ｐＨ＝１１）
・研磨荷重： １２０ｇ/ｃｍ^２
・研磨除去量： １５μｍ
なお、研磨対象物であるウェーハ１のサイズは、φ２００ｍｍ（直径）である。

なお、また、キャリア１０の厚みは、表示単位１μｍのマイクロメータを使用して測定した。

図６からわかるように、比較例として掲げた従来の両面研磨用キャリア１０では、ポリッシングバッチを重ねるにしたがいキャリア１０の摩耗がより顕著なものとなっていくが、本実施形態の両面研磨用キャリア１０を使用すると、ポリッシングバッチの増加に伴うキャリアの摩耗は、表示単位１μｍ程度のマイクロメーターでは確認できない程に、少ないことが確認できた。

なお、上述した図５、図６に示す実施例では、直径２００ｍｍのウェーハを使用したが、もちろん直径３００ｍｍのウェーハなど各種サイズのウェーハを使用したとしても同等の効果が得られる。

つぎに、両面研磨用キャリア１０の製造方法の一例について説明する。

まず、研磨加工に使用された使用済みの両面研磨用キャリア１０′を用意する。この使用済みの両面研磨用キャリア１０′は、従来と同様のステンレス・スチール製で被膜層１０ｂが形成されていないキャリアであってもよく、また、上述した被膜層１０ｂが形成されたキャリアであってもよい。

つぎに、使用済みキャリア１０′の全面を、保持孔１１の接触面１１ａを除いて、上述した被膜層１０ｂによって被膜する。

つぎに、使用済みキャリア１０′の保持孔１１の接触面１１ａを、樹脂でコーティングする。

以上のような製造方法で両面研磨用キャリア１０を製造すると、使用済みのキャリアを再利用しているため、シリコンウェーハ１枚当たりの製造コストを飛躍的に低減させることができる。しかも、使用済みのキャリア１０′は、研磨工程で既に使用されて表面が鏡面化されているため、被膜層１０ｂをコーティングする加工を容易に行うことができるという利点がある。

図８（ａ）〜（ｃ）は、保持孔に樹脂インサートが嵌合された実施形態の両面研磨用キャリアの断面図を示している。図８（ａ）〜（ｃ）において、図面右側に保持孔があるものとする。図９は、保持孔に樹脂インサートが嵌合された実施形態の状態を平面図で示している。

図４と同様に、両面研磨用キャリア１０は、母材１０ａの材質が、従来と同様に、ステンレス・スチール（ＳＵＳ）である。母材１０ａに形成された保持孔１１には環状の樹脂インサート２０が嵌合される。図９に示すように、母材１０ａの内壁面１１ａおよび樹脂インサート２０の外壁面２０ａは滑らかな曲面であり、互いに密着する。そして、図８に示すように、密着した母材１０ａと樹脂インサート２０に対して、母材１０ａよりも硬度が高い材質の被膜層２１が被膜されている。

母材１０ａおよび樹脂インサート２０の接合部２２が被膜層２１で被膜されると、母材１０ａと樹脂インサート２０が一体となり、母材１０ａに対して樹脂インサート２０が固定される。被膜層２１の形態は種々考えられる。例えば、図８（ａ）に示すように、被膜層２１が母材１０ａの上下面および樹脂２０インサートの上下面、内壁面を被膜してもよい。また、図８（ｂ）に示すように、被膜層２１が母材１０ａの上下面および樹脂インサート２０の上下面を被膜してもよい。また、図８（ｃ）に示すように、被膜層２１が母材１０ａの上下面および樹脂インサート２０の上下面の一部を被膜してもよい。

上述した被膜層１０ｂおよび母材１０ａの説明と一部重複するが、以下で図８の被膜層２１および母材１０ａについて説明する。

被膜層２１は、膜厚のムラがなく均一に被膜され、かつ反りが生じにくいものであることが望ましく、両面研磨用キャリア１０の被膜層２１の材質としては、ダイヤモンド・ライク・カーボン、窒化膜、サファイア膜、チタンナイトライド膜のうちいずれかの材質であることが望ましい。このうちダイヤモンド・ライク・カーボンは軽量であり、被膜の均一性がよいため、特に望ましい。

両面研磨用キャリア１０の母材１０ａの材質としては、この実施例で想定する金属が望ましい。

両面研磨用キャリア１０の母材１０ａが金属の場合、その材質は上述したようにステンレス・スチール（ＳＵＳ）であってもよく、またスチールであってもよい。母材１０ａの具体的な材質としては、ＳＫ材、１８−８ステン、Ｃr鋼、スーパーＣr鋼などが考えられる。両面研磨用キャリア１０の母材１０ａが金属の場合でも、全体が金属であってもよい。

樹脂インサート２０の材質としては、ナイロン樹脂などが考えられる。

母材１０ａのみならず、樹脂インサート２０および母材１０ａと樹脂インサート２０の接合部を被膜層２１で被膜することによって、母材１０ａおよび樹脂インサート２０の摩耗を防止できる。また上述したように、母材１０ａに対して樹脂インサート２０を固定できるため、母材１０ａに設けられた保持孔１１の内壁面１１ａおよび樹脂インサート２０の外壁面２０ａに楔などを形成する必要がなくなる。このため、母材１０ａや樹脂インサート２０の加工が容易になる。また、樹脂インサート２０でシリコンウェーハ１が保持されるため、シリコンウェーハ１のダメージが低減される。

また樹脂インサートの径方向の厚みは薄い方が望ましい。その理由を図１０を参照して説明する。
図１０（ａ）、（ｂ）は、樹脂インサートが嵌合された実施形態の両面研磨用キャリアの断面図を示している。

研磨の際に研磨クロス１０４はシリコンウェーハ１の面取り部１ｄと樹脂インサート２０で形成される間隙３０に入り込む。樹脂インサート２０は軟らかいため、間隙３０に入り込んだ研磨クロス１０４の影響を受けて撓む。図１０（ａ）に示すように、樹脂インサート２０の径方向の厚みが厚い場合は撓み量が大きくなるため、間隙３０に入り込む研磨クロス１０４の量が多くなる。よって、シリコンウェーハ１の面取り部１ｃ周辺の過研磨が生ずる。一方、図１０（ｂ）に示すように、樹脂インサート２０の径方向の厚みが薄い場合は撓み量が小さくなるため、間隙３０に入り込む研磨クロス１０４の量が少なくなる。よって、シリコンウェーハ１の面取り部１ｃ周辺の過研磨が抑制される。

なお、上述した実施形態では、両面研磨用キャリアにシリコンウェーハなどの半導体ウェーハを収容して両面研磨装置によって研磨する場合を想定して説明したが、両面研磨用キャリアに収容され両面研磨装置で研磨が行われるべき研磨対象物は、任意である。

図１は両面研磨用キャリアが組み込まれた両面研磨装置の上面図である。 図２は両面研磨用キャリアが組み込まれた両面研磨装置の側面図である。 図３は図１に示す両面研磨用キャリアの拡大図である。 図４は両面研磨用キャリアの断面図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の効果を説明するために用いたグラフである。 図６は本実施形態の効果を説明するために用いたグラフである。 図７は保持孔に樹脂が嵌合された従来の状態を示す平面図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は保持孔に樹脂が嵌合された実施形態の両面研磨用キャリアの断面図である。 図９は保持孔に樹脂が嵌合された実施形態の状態を示す平面図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、樹脂インサートが嵌合された実施形態の両面研磨用キャリアの断面図である。

符号の説明

１ シリコンウェーハ
１０ 両面研磨用キャリア
１０ａ 母材
１０ｂ 被膜層
１００ 両面研磨装置

Claims (7)

1. 研磨対象物の両面を同時に研磨する両面研磨装置に使用され、研磨対象物を保持する両面研磨用キャリアにおいて、
   両面研磨用キャリアの母材よりも硬度が高い材質で被膜されたこと
   を特徴とする両面研磨用キャリア。
2. 両面研磨用キャリアに被膜される材質は、ダイヤモンド・ライク・カーボン、窒化膜、サファイア膜、チタンナイトライド膜のうちいずれかの材質であることを特徴とする請求の範囲１記載の両面研磨用キャリア。
3. 両面研磨用キャリアの被膜厚さは、２０μｍ以下であること
   を特徴とする請求の範囲１または２記載の両面研磨用キャリア。
4. 両面研磨用キャリアの被膜表面の粗さは、０．３μｍ以下であること
   を特徴とする請求の範囲１または２または３記載の両面研磨用キャリア。
5. 研磨加工に使用された使用済みの両面研磨用キャリアに、被膜が施されたこと
   を特徴とする請求の範囲１または２または３または４記載の両面研磨用キャリア。
6. 研磨対象物の両面を同時に研磨する両面研磨装置に使用され、研磨対象物を保持する両面研磨用キャリアに被膜を施すにあたり、
   研磨加工に使用された使用済みの両面研磨用キャリアに、その母材よりも硬度が高い材質で被膜を施す工程を含むこと
   を特徴とする両面研磨用キャリアの製造方法。
7. 研磨対象物の両面を同時に研磨する両面研磨装置に使用され、母材に形成された保持孔の内壁面に樹脂が設けられ、前記樹脂で研磨対象物を保持する両面研磨用キャリアにおいて、
   前記母材と前記樹脂の接合部が前記母材よりも硬度が高い材質で被膜されたこと
   を特徴とする両面研磨用キャリア。
   

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