KR20060065502A

KR20060065502A - 양면 연마용 캐리어 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법

Info

Publication number: KR20060065502A
Application number: KR1020050118417A
Authority: KR
Inventors: 아키라 호리구치; 쇼지 나카오
Original assignee: 카시와라 머신 매뉴팩쳐링 주식회사
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2006-06-14
Also published as: TW200631730A; KR100695341B1; JP2006159383A; US20060128276A1; TWI271263B; JP4727218B2

Abstract

본 발명의 캐리어는 워크를 지지한 상태에서 상하의 회전 정반(定盤) 사이에 끼워져, 둘레 방향의 제 1 운동에 반경 방향의 운동 성분을 포함하는 제 2 운동을 조합시킨 복합 동작을 수행하는 것에 의해, 상기 워크의 양면 연마에 이용되는 것이다. 상기 캐리어는 상기 워크를 수용하는 워크 수용 공(孔)(11)이 설치된 원판 모양의 캐리어 디스크(10)와, 캐리어 디스크(10)를 지지하기 위해 그 외주측에 설치되고, 캐리어 디스크(10)보다 두껍게 형성됨과 동시에, 구동용의 톱니바퀴(30)가 서로 맞물리는 톱니부(21)가 외주면에 형성된 링 모양의 지지 프레임(20)을 구비한다．

양면 연마용 캐리어, 캐리어 디스크, 지지 프레임, 웨이퍼

Description

양면 연마용 캐리어 및 반도체 웨이퍼의 연마 방법{A Double Side Polishing Carrier and Method of Polishing Semiconductor Wafers}

도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 양면 연마용 캐리어의 주요부의 종단면도이다．

도 2(a)는 동 캐리어에 있어서 캐리어 디스크의 평면도, 도 2(b)는 도 2(a)의 ｂ－ｂ선 시시(矢視)단면도이다．

도 3(a)는 동 캐리어에 있어서 지지 프레임의 평면도, 도 3(b)는 도 3(a)의 ｂ－ｂ선 시시단면도이다．

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 양면 연마용 캐리어에 사용되는 캐리어 디스크의 평면도이다．

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 양면 연마용 캐리어에 사용되는 캐리어 디스크의 평면도이다．

본 발명은 반도체 디바이스의 소재인　반도체 웨이퍼의 양면 폴리싱에 적합한 양면 연마용 캐리어 및 이를 이용한 반도체 웨이퍼의 연마 방법에 관한 것이고, 상세하게는 매엽식(枚葉式) 양면 연마 장치에 매우 적합하게 사용되는 양면 연마용 캐리어에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 소재인　반도체 웨이퍼의 양면 폴리싱으로서는 종래로부터, 유성(遊星) 톱니바퀴 방식의 양면 연마 장치가 다수 사용되고 있다. 유성 톱니바퀴 방식의 양면 연마 장치는 여러 장의 웨이퍼를 동시에 양면 연마하는 배치(batch)식 장치의 일종이다. 이 방식의 양면 연마 장치에서는 회전하는 상하의 정반 사이에 복수의 캐리어가 회전 중심 주위에 배치된다. 복수의 캐리어는 정반보다 충분히 소경(小經)이고, 1장 또는 여러 장의 웨이퍼를 지지한 상태에서 정반 사이를 자전하면서 회전 중심 주위에 회전한다. 이 캐리어의 유성 운동에 의해, 각 캐리어에 지지된 웨이퍼가 정반 사이에서 양면 연마된다．

그런데, 양면 연마되는 반도체 웨이퍼의 직경은 최근 급속하게 대경화 하고 있고, 300ｍｍ에도 달하고 있다. 장래에는 더욱 대경화할 것으로 예상되고 있다. 이와 같은 대경의 웨이퍼를 양면 연마할 경우, 유성 톱니바퀴 방식과 같이 여러 장의 캐리어를 사용하는 멀티 캐리어 방식의 양면 연마 장치에서는 장치 규모가 매우 커지고, 기계 정밀도를 확보하거나 장치의 보수 점검을 행하거나 하는 유지 보존성이 나빠진다. 또한, 웨이퍼에 요구되는 높은 평탄도를 만족시키기 위해서는, 웨이퍼 1장마다 가공 조건을 바꾸는 것이 요구되고 있다. 이러한 점에서, 대경 웨이퍼의 양면 연마에는 웨이퍼를 1장마다 가공하는 매엽식 장치가 유리하다고 되어 있 다.

매엽식 양면 연마 장치에 있어서 구조상의 최대의 특징은 회전하는 상하 정반 지름보다 외경이 큰 1장의 캐리어를 사용하는 싱글 캐리어 방식인 점이다. 이 1장의 캐리어로 정반 지름보다 소경인 1장의 웨이퍼를 지지하고, 그 캐리어를 상하가 회전하는 정반 사이에서 회전 운동시키는 것에 의해, 1장의 대경 웨이퍼를 양면 연마한다. 여러 장의 캐리어를 사용해서 여러 장의 웨이퍼를 동시에 양면 연마하는 멀티 캐리어 방식의 양면 연마 장치와 비교해서 장치가 소형화되고, 가격면 등에서 유리해진다. 이와 같은 매엽식 양면 연마 장치가 특허문헌 1에 의해 제시되고 있다.

특허문헌 1: 특허공개 제 2001－315057호 공보

특허문헌 1에 의해 제시된 매엽식 양면 연마 장치에서는, 캐리어의 중심에 대해서 편심한 위치에 웨이퍼가 지지된다. 그리고, 그 캐리어가 상하의 정반 사이에 동심 모양으로 배치되고, 정반의 중심 주위를 회전한다. 이것에 의해 편심 지지된 웨이퍼는 회전 정반 사이에서 캐리어의 중심 주위를 회전하고 양면 연마된다.

또한, 정반 중심점에서의 회전 주속(周速)은 0이지만, 이 주속은 정반의 중심으로부터 멀어짐에 따라 증대하고 외주연(外周緣)에서 최대로 된다. 그 결과, 정반에 의한 연마율은 주속의 관점으로부터는 중심부와 외주부에서 큰 차이가 생긴다．

매엽식 양면 연마 장치는 특허문헌 1에 기재된 것도 포함하고, 정반의 거의 전면을 동시에 사용해서 1장의 웨이퍼를 연마한다. 이 때문에, 유성 톱니바퀴 방 식과 같이 여러 장의 캐리어를 동시에 사용하는 멀티 캐리어 방식의 양면 연마 장치와 비교해서, 매엽식 양면 연마 장치는 정반의 외측과 내측의 큰 주속차에 의해 웨이퍼의 연마량이 고르지 않다. 연마량에 불규칙함이 있으면, 웨이퍼의 평탄도의 확보에 불리하다．

여러 장의 캐리어를 사용하는 멀티 캐리어 방식의 양면 연마 장치의 경우는, 그 여러 장의 캐리어가 상하의 정반 사이의 외주부에 배치되는 것이기 때문에, 그 외주부에 있어서 외측과 내측의 주속 차는 작다. 그 결과, 캐리어의 공전이나 웨이퍼의 자전 모두 서로 어울려, 캐리어에 지지되는 웨이퍼가 균등하게 연마되는 것이다．

매엽식 양면 연마 장치에 의한 실제의 연마에서는, 캐리어 내에서의 웨이퍼의 회전이 있다. 또한, 주속의 차이를 보충하기 위해 중심부로의 연마액의 공급량을 많게 하는 등의 대책이 강구된다. 따라서, 수속(收束)의 차이 정도로는 평탄도는 저하되지 않는다. 그러나, 이 큰 주속차를 완전하게 흡수하는 것은 곤란하고, 평탄도의 확보는 어렵다．

이와 같은 매엽식 양면 연마 장치의 문제를 해결하기 위해서는, 캐리어를 상하의 정반 사이에서 복잡하게 운동시키는 것이 유효하다. 그렇게 하면, 캐리어 각 부분의 운동 궤적이 복잡해지고, 캐리어 각 부분에 작용하는 정반의 주속이 평균화하고, 웨이퍼의 평탄도가 개선된다. 이와 같은 관점에서, 본 출원인은 캐리어를 둘레 방향으로 자전시킴과 동시에, 그 캐리어를 중심으로부터 벗어난 위치를 중심으로 원운동시키고, 나아가서는 필요에 따라 정반을 회전축에 직각인 방향으로 이 동시키는 양면 연마 방법 및 장치를 특원 제 ２００４－１２７０７４호에 의해 특허출원하였다．

그런데, 이와 같은 반경 방향의 운동 성분을 포함하는 복합 동작을 캐리어가 정반에 대해서 행하려고 하면, 정반 사이로부터 캐리어가 빠져나오지 않도록 하기 위해서, 캐리어의 외경을 정반의 외경보다 상당히 크게 할 필요가 있다. 예를 들면 300ｍｍ 웨이퍼를 연마하기 위한 380ｍｍ 정반에 대해서는，500ｍｍ를 초과하는 캐리어가 필요해진다. 그 결과, 정반의 주위에 돌출하는 캐리어의 오버행(overhang) 양이 많아진다. 상기 오버행은 다음과 같은 문제를 일으키는 것으로 판명되었다. 또한, 오버행 영역은 도 2를 원용해서 나타내면 정반(50)으로부터 외측의 영역이 된다．

반도체 디바이스의 소재로서의 실리콘 웨이퍼 두께는 대경화한 비율만큼 커지지 않았다． 300ｍｍ 웨이퍼의 표준 두께는 0.775mｍ이다. 실리콘 웨이퍼를 이 두께로 완성하기 위한 캐리어의 두께로는 0.75ｍｍ 정도로 하는 것이 일반적이다. 이와 같은 얇은 두께에서 대경의 캐리어는 기계적 강도를 확보하기 위해서, 유리 섬유로 강화한 에폭시 수지 등의 고강성 재료로 제작되고 있다．

이와 같은 대경으로 얇은 톱니바퀴 모양의 캐리어가 상하의 정반 사이에서 복합 동작을 행하면, 외주측으로부터의 구동용 톱니바퀴에 의한 외력으로 인하여, 오버행부가 변형한다. 즉, 구동용 톱니바퀴로부터 캐리어에 회전 토크가 부여되면, 캐리어가 판 두께 방향으로 달아나려고 한다. 이 결과, 캐리어의 오버행부에는 판 두께 방향의 하중이 생긴다. 캐리어의 대부분이 정반 사이에 지지되어 있는 경우는, 판 두께 방향의 과중을 받아도 캐리어는 변형하지 않는다. 그러나, 정반과 캐리어의 지름차가 크고, 정반에 의한 구속부가 캐리어의 중앙부에 한정되면, 오버행부가 판 두께 방향의 하중에 의해 변형한다. 그 결과, 캐리어가 빈번하게 파손한다．

또한, 캐리어의 오버행 부가 판 두께 방향으로 변형하면, 캐리어가 고강성일 수록 캐리어의 변형에 수반하는 부하가 정반에 부여된다. 그 결과, 정반으로부터 웨이퍼에 부하되는 하중이 불안정하게 되고, 연마 정밀도의 저하가 생긴다．

또 다른 문제로서, 캐리어가 유리 섬유로 강화한 에폭시 수지의 경우, 외주측의 구동용 톱니바퀴에 의한 구동에 수반해 세밀한 섬유가루가 발생한다. 전기 섬유가루는 웨이퍼 표면의 흠집의 원인이 되는 등 연마에 악영향을 준다.

또한, 캐리어는 사용을 반복하는 동안에, 웨이퍼를 지지하는 지지 공(孔)의 내면이 웨이퍼와의 마찰에 의해 손상된다. 그 결과, 캐리어는 수십 회의 사용으로 교환된다. 현재 상태의 캐리어는 외주면에 톱니바퀴를 형성할 필요도 있고 비교적 고가이기 때문에, 교환에 따른 운전유지비용의 상승도 무시할 수 없는 문제가 되고 있다．

본 발명의 목적은 싱글 캐리어 방식의 양면 연마 장치에 사용되고, 게다가 반경 방향의 성분을 포함하는 복합 동작을 수행하는 대경 타입임에도 불구하고, 오버행 부의 변형 및 이로 인한 파손이나 연마 정밀도의 저하를 효과적으로 회피할 수 있는 양면 연마용 캐리어를 제공하는 것에 있다．

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 양면 연마용 캐리어는 워크를 수용하는 워크 수용 공이 설치된 원판 모양의 캐리어 디스크와, 이 캐리어 디스크를 지지하기 위해 그 외주측에 설치되고, 이 캐리어 디스크보다 두껍게 형성됨과 동시에, 구동용의 톱니바퀴가 서로 맞물리는 톱니부가 외주면에 형성된 링 모양의 지지 프레임을 구비하고 있다．

본 발명의 양면 연마용 캐리어는 싱글 캐리어 방식이고 또한 복합 운동 방식의 양면 연마 장치에 사용되기 때문에, 정반에 대한 오버행 양이 커진다. 그러나, 워크를 수용하는 워크 수용 공이 설치된 원판 모양의 캐리어 디스크의 외주측에 캐리어 디스크를 지지하는 두꺼운 지지 프레임을 설치했기 때문에, 구동용 톱니바퀴로부터 회전 토크를 부여받더라도, 그 토크가 두꺼운 지지 프레임에서 수용될 수 있다. 이 때문에, 판 두께 방향의 변형이 억제된다. 이와 관련해서, 외주측의 지지 프레임의 치수는, １mm 이하의 캐리어 디스크 두께에 대해서 예를 들면 10ｍｍ이고, 반경 방향의 폭은 톱니부를 포함해서 15ｍｍ이다．

외주측의 지지 프레임은 내측의 캐리어 디스크에 대해서 일체적으로 형성하는 것도 가능하고, 내측의 캐리어 디스크와는 독립적인 별도 부재로 구성하는 것도 가능하다. 별도 부재로 하는 것에 의해, 지지 프레임의 재질을 변경하는 것이 가능해지고, 섬유가루가 나오지 않는 66 나일론 등으로의 변경에 의해, 섬유가루에 의한 연마로의 악영향도 회피할 수 있다．

또한, 지지 프레임을 별도 부재로 하는 것에 의해, 그 지지 프레임에 대해서 캐리어 디스크를 탈착 가능하도록 지지하는 것이 가능하게 된다. 이로 인해 캐리어 디스크만의 교환이 가능해지고, 지지 프레임의 장기 사용이 가능해진다. 지지 프레임이 두껍게 됨으로써, 구동용 톱니바퀴와의 맞물림에 의한 소모가 감소하고, 사용 수명이 길어진다. 지지 프레임을 장기간 사용하고, 캐리어 디스크만을 교환함으로써, 캐리어 비용이 절감한다. 캐리어 디스크는 외주면에 톱니부를 갖고 있지 않기 때문에 종래의 캐리어보다 가격이 낮다．

본 발명의 양면 연마용 캐리어의 치수에 대해서 설명하면, 정반 사이에 끼워진 얇은 캐리어 디스크의 외경(D2)은 정반 직경을 D1으로 했을 때, (1.2~1.8)×D1이 적당하고, (1.3~1.5)×D1이 특히 바람직하다(참조: 도 2). 정반 직경(D1)에 대해서 캐리어 디스크의 외경(D2)이 그만큼 커지지 않는 경우는 오버행 부가 작고, 그 변형은 사소한 것으로 큰 문제가 되지 않는다. 정반 직경(D1)에 대해서 캐리어 디스크의 외경(D2)이 극단적으로 큰 것은 연마상 불필요하고 현실적이지 않으며, 가령 그와 같은 캐리어가 실현되어도 변형을 충분히 억제할 수는 없다．

지지 프레임의 두께(d2)는 캐리어 디스크의 두께를 d1으로 했을 때, (10∼30）×d1이 적당하고，(15∼20)×d1이 특히 바람직하다(참조: 도 1). 캐리어 디스크의 두께(d1)에 대해서 지지 프레임의 두께(d2)가 충분히 크지 않을 경우는, 캐리어 전체의 강도 부족이 해소되지 않고, 그 변형을 억제하는 효과가 불충분해진다. 캐리어 디스크의 두께(d1)에 대해서 지지 프레임의 두께(d2)가 너무 크면, 중량 및 체적이 증가하고, 조작이 곤란해진다. 이와 관련해서, 캐리어 디스크의 두께(d1)는 워크의 완성 두께에 따라 결정되고, 실리콘 웨이퍼의 경우에 현재는 0.7ｍｍ 전후이다．

지지 프레임의 반경 방향의 폭(W)(톱니부를 포함한 폭)은 캐리어 디스크의 외경(D2)에 대한 비율로 나타내서(0.05∼0.1)×D2가 적당하고, (0.07∼0.08)×D2가 특히 바람직하다. 지지 프레임의 폭(W)이 너무 좁으면 캐리어 전체의 강도 부족이 해소되지 않고, 그 변형을 억제하는 효과가 불충분해진다. 지지 프레임의 폭(W)이 너무 넓은 경우는 중량 및 체적이 증가하고, 조작이 곤란해진다. 또한, 무엽기(舞葉機)의 특징인　장치의 소형화가 저해된다．

캐리어 디스크의 상면 레벨은 지지 프레임의 상면 레벨과 동일해도 좋고, 지지 프레임의 상면 레벨보다 낮게 할 수도 있다. 전자의 경우, 캐리어의 표면에 공급되는 연마액이 주위로 원활하게 배출되고, 주위의 지지 프레임이 연마액의 배출을 저해하는 요인이 되지 않는다. 한편, 후자의 경우는, 캐리어의 표면에 공급되는 연마액이 캐리어 디스크 상에 축적되고, 그 축적된 연마액 중에서 워크가 연마된다. 즉, 후자의 경우는 액중(液中) 연마가 가능해진다．

특허문헌 1에 기재된 무엽식 양면 연마 장치에서는 캐리어의 외주부가 두껍게 형성되어 있지만, 이것은 정반에 대해서 동심 회전하는 캐리어를 정반에 대해서 반경 방향으로 위치 결정하는 것을 목적으로 하고, 정반이 감합(嵌合)하는 오목부를 캐리어에 형성하기 위함이다. 이 때문에, 두꺼운 외주부에 둘러싸인 얇은 두께부는 정반과 동일 외경이다. 따라서 얇은 두께부가 정반으로부터 오버행하는 일은 없고, 변형은 생기지 않는다. 또한, 두꺼운 두께부라도 그 두께는 얇은 두께부보다 약간 큰 정도이고, 보강의 효과는 거의 발휘되지 않는다. 이 두꺼운 두께부의 목적이 위치 결정을 위한 정반 감합용 오목부의 형성에 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 양면 연마용 캐리어와는 용도도 구성도 작용 효과도 명확하게 상이하다.

본 발명의 양면 연마용 캐리어는 1장의 캐리어로 1장의 웨이퍼를 지지하는 무엽식 양면 연마 방법에 특히 유효하지만, 1장의 캐리어로 여러 장의 웨이퍼를 지지하는 멀티 캐리어 방식의 양면 연마 방법에도 적용 가능하다．

실시예

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하에 본 발명의 실시예를 도면에 근거해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 양면 연마용 캐리어의 주요부의 종단면도, 도 2는 동 캐리어에 있어서 캐리어 디스크의 평면도 및 종단면도, 도 3은 동 캐리어에 있어서 지지 프레임의 평면도 및 종단면도이다．

본 실시예의 양면 연마용 캐리어는 얇은 원판으로 이루어진 캐리어 디스크(10)와, 이를 지지하기 위해 그 외주측에 장착된 링 모양의 지지 프레임(20)을 구비하고 있다. 지지 프레임(20)은 캐리어 디스크(10)로부터 분리 독립해 있고, 캐리어 디스크(10)와는 나사 고정에 의해 탈착 가능하게 결합되어 있다．

상기 양면 연마용 캐리어는 300ｍｍ 웨이퍼용이고, 그 웨이퍼를 수용하는 원 형의 워크 수용 공(11)이 캐리어 디스크(10)의 중심부에 설치되어 있다. 워크 수용 공(11)은 캐리어 디스크(10)에 대해서 동심 위치, 또는 중심으로부터 약간 편심한 위치에 형성되어 있다. 캐리어 디스크(10)의 외주부에는 지지 프레임(20)과의 고정을 위해, 복수의 나사 삽입 공(12, 12)이 둘레 방향에 소정의 간격으로 설치되어 있다．

캐리어 디스크(10)는 상하의 정반 사이를 중심선에 직각인 면내에서 운동하는 것이기 때문에, 전면에 걸쳐 동일한 두께이다. 이 두께는 웨이퍼의 완성 두께보다 약간 작게 설정되어 있다. 예를 들면, 웨이퍼의 완성 두께가 0.775ｍｍ의 경우, 캐리어 디스크(10)의 두께는 0.75ｍｍ 정도로 선택된다. 이로 인해, 연마의 최종 단계까지 웨이퍼의 양면에 소정의 하중이 부여된다．

이와 같은 얇은 캐리어 디스크(10)에 충분한 기계적 강도(강성)를 부여하기 위해서, 그 재질로서는 예를 들어, 유리 섬유로 강화된 에폭시 수지(GFRP) 등이 사용된다. 이 밖에는 CFRP 이외에 SK재 등의 금속도 사용가능하다．

캐리어 디스크(10)의 외경(D2)은 상하의 정반 사이에 있어서 캐리어의 운동량, 특히 중심축에 직각인 면내에서의 지름 방향의 운동량에 의해 정해진다. 외경(D2)은 예를 들면 300ｍｍ강의 워크 수용 공(11)에 대해서 480 내지 490ｍｍ로 선택된다. 지름 방향의 운동량이 작으면 캐리어 디스크(10)의 외경(D2)을 작게 할 수 있다. 지름 방향의 운동량이 커지면 캐리어 디스크(10)의 외경(D2)도 크게 할 필요가 있다．

지지 프레임(20)은 캐리어 디스크(10)의 외주부에 설치되는 링이다. 이 지 지 프레임(20)은 캐리어 디스크(10)보다도 충분히 두껍게 설계되어 있고, 예를 들면 캐리어 디스크(10)의 두께가 0.75ｍｍ의 경우에 10ｍｍ 정도로 설계된다. 또한, 반경 방향의 폭(W)은 두께(d2)와 함께 충분한 자기 강도를 확보할 수 있도록 예를 들면 20ｍｍ 정도로 설계된다．

지지 프레임(20)의 외주면에는 복수의 구동용 톱니바퀴(30)에 조합하는 톱니부(21)가 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있다. 지지 프레임(20)의 이면(사용시에 아래를 향하는 면)에는 캐리어 디스크(10)의 외주연부가 감합하는 고리 모양 오목부(22)가 설치되어 있다. 고리 모양 오목부(22)를 설치한 것에 수반해, 그 표면측에는 고리 모양 볼록부(23)가 캐리어 디스크(10)의 지지부로서 설치되어 있다. 고리 모양 볼록부(23)에는 두께 방향으로 관통하는 복수의 나사 공(孔)(24, 24)이 설치되어 있다. 복수의 나사 공(24, 24)의 배치는 캐리어 디스크(10)의 나사 삽입 공(12, 12)의 배치와 일치하고 있다．

지지 프레임(20)의 두께(d2)가 10ｍｍ인 경우, 고리 모양 오목부(22)의 깊이는 예를 들면 4ｍｍ로 된다. 그 경우, 고리 모양과 입자(23)의 두께는 6ｍｍ가 된다．

지지 프레임(20)의 재질에 대해서는, 치수적인 제약이 적기 때문에 기계적 강도의 확보가 용이하고, 재질 선택상의 자유도가 크다. 하나의 예로서는, 비교적 강도가 높고 저가이며, 구동용 톱니바퀴(30)와의 맞물림에 의해서도 섬유가루 등이 나오지 않는 66 나일론을 들 수 있다． 이것 이외에는 폴리카보네이트, PVC 등의 수지 또는 스테인리스강 등의 금속도 사용가능하다．

이와 같은 양면 연마용 캐리어는 지지 프레임(20)의 고리 모양 오목부(22)에 캐리어 디스크(10)의 외주연부를 끼워 넣고, 고리 모양 볼록부(23)에 나사(40)로 고정함으로써 완성한다．

양면 연마에서는 캐리어 디스크(10)의 워크 수용 공(11)에 웨이퍼를 수용하고, 이 상태에서 캐리어 디스크(10)를 상하의 정반(50)(참조: 도 2)사이에 끼우고, 지지 프레임(20)의 톱니부(21)에 외주 측으로부터 서로 맞물리는 복수의 구동용 톱니바퀴(30)에 의해, 캐리어를 둘레 방향으로 회전시킨다. 동시에, 복수의 구동용 톱니바퀴(30)를 동기(同期)해서 선회시키는 것에 의해, 캐리어를 그 중심으로부터 벗어난 위치를 중심으로 해서 원운동시킨다. 이로 인해, 캐리어는 둘레 방향의 제 1 운동에 반경 방향의 운동 성분을 포함하는 제 2 운동이 조합된 복합 운동을 수행하는 것이 된다. 이 결과, 웨이퍼의 평탄도가 향상된다．

여기서, 캐리어는 외주측의 복수의 구동용 톱니바퀴(30)로부터 회전 토크를 받는다. 동시에, 정반에 비해서 대경이기 때문에, 반경 방향의 운동에 의해, 상당히 큰 오버행이 생긴다. 웨이퍼를 지지하는 캐리어 디스크(10)는 얇지만, 외주측의 두꺼운 지지 프레임(20)으로 지지되기 때문에, 충분한 강성이 부여되고 있다. 이 때문에, 오버행 부에도, 구동용 톱니바퀴(30)로부터의 회전 토크의 부여에 의한 두께 방향의 변형이 거의 생기지 않는다．

이상으로부터, 캐리어의 변형에 의한 파손이 방지된다. 구체적으로는, 300ｍｍ 웨이퍼의 매엽식 양면 연마의 경우, 전면 동일한 두께의 캐리어와 비교해서 파손의 빈도가 0.1％이하가 되는 것을 본 발명자는 확인하였다. 또한, 정반(50)으 로부터 웨이퍼에 부여된 하중이 캐리어의 변형에 의해서 변화하는 사태가 회피되고, 그 하중의 안정화에 의해 연마 정밀도도 향상한다．

또한, 본 실시예의 양면 연마용 캐리어에서는 지지 프레임(20)의 고리 모양 볼록부(23)에 포위되는 것에 의해, 캐리어 디스크(10) 상에 원형의 오목부(14)가 생긴다. 연마 시에 공급되는 연마액은 이 원형의 오목부(14)에 축적된다. 그 결과, 웨이퍼의 액중 연마에도 대응이 가능해진다．

또한, 캐리어를 구동하기 위한 톱니부(21)의 두께가 커지는 것에 의해, 구동용 톱니바퀴(30)와의 접촉 두께가 증대한다. 그 결과, 양자의 마모가 억제되고, 캐리어의 수명이 길어진다. 캐리어 전체가 얇고 톱니부의 두께가 작은 경우, 톱니부의 마모가 심하다. 또한, 그 톱니부가 구동용 톱니바퀴(30)에 국부적으로 부딪히기 때문에, 구동용 톱니바퀴(30)의 마모가 심해진다．

캐리어 디스크(10)의 수명에 대해서는, 종래와 마찬가지로 워크 수용공(11)의 내주면(內周面)이 손상되는 것에 의하여, 사용 한계를 맞이한다. 그 경우는, 지지 프레임(20)으로부터 캐리어 디스크(10)를 떼어내고, 새로운 것으로 바꿔 붙인다. 이렇게 함으로써, 지지 프레임(20)은 반복 사용할 수 있고，캐리어 디스크(10)의 교환만으로 재사용이 가능해진다. 캐리어 디스크(10)는 정체의 캐리어와 달리 외주면에 톱니부를 갖고 있지 않기 때문에, 비교적 저가이다. 이 때문에, 종래의 캐리어와 비교해서 교환에 필요한 비용이 절감된다．

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 양면 연마용 캐리어에 사용되는 캐리어 디스크의 평면도이다. 전술한 캐리어 디스크(10)와 비교해서, 워크 수용 공(11)의 주위에 복수의 소공(小孔)(13, 13)을 설치한 점이 상이하다. 소공(13, 13)은 연마액의 배출을 촉진한다. 즉, 지지 프레임(20)의 상면이 캐리어 디스크(10)의 상면보다 높은 레벨로 설정되어 있음에도 불구하고, 연마액의 배출이 촉진된다. 연마액의 배출을 촉진하는 장점으로서는, 항상 새로운 연마액으로 연마가 이루어지고, 연마 시간이 단축되어 완성면의 품질 향상이 가능해진다．

동일한 기능은 지지 프레임(20)의 상면을 캐리어 디스크(10)의 상면과 동일하거나 또는 낮은 레벨로 설정하는 것에 의해서도 얻어진다. 양자의 조합에 의해, 캐리어 디스크(10) 상으로부터의 연마액의 배출은 한층 촉진된다. 단, 연마의 종류에 따라서는 전술한 액중 연마가 바람직한 경우도 있다．

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 양면 연마용 캐리어에 사용되는 캐리어 디스크의 평면도이다. 전술한 캐리어 디스크(10)와 비교해서, 워크 수용 공(11)에 복수 설치한 점이 상이하다. 여기서는, 200ｍｍ 웨이퍼를 3장 동시에 연마하기 위해서, 내경이 200ｍｍ강의 3개의 워크 수용 공(11, 11, 11)을 중심 주위에 동일 간격으로 설치하고 있다. 정반 지름(D1)은 웨이퍼 지름보다 약간 큰 230 내지 240ｍｍ이다. 캐리어 디스크(10)의 외경(D2) 및 지지 프레임(20)의 치수는 지금까지의 실시예와 동일하다．

이와 같이，지지 프레임(20)을 캐리어 디스크(10)로부터 분리하면, 캐리어의 종류를 바꾸는 경우에도 지지 프레임(20)을 공용할 수 있어，그 이점은 크다．

본 발명의 양면 연마용 캐리어는 싱글 캐리어 방식이고, 또한 그 캐리어가 반경 방향의 운동 성분을 포함하는 복합 동작을 수행하는 양면 연마 장치에 사용하는 대경 캐리어이면서, 워크를 수용하는 워크 수용 공이 설치된 원판 모양의 캐리어 디스크의 외주측에, 이 캐리어 디스크를 지지하는 두꺼운 링 모양의 지지 프레임을 설치했기 때문에, 큰 오버행 부의 변형을 억제하고, 그 변형에 기인하는 파손 또는 연마 정밀도의 저하를 회피할 수 있다. 따라서, 대경의 워크를 저 비용이면서 고 정밀도로 양면 연마할 수 있는 효과가 있다．

Claims

워크를 수용하는 워크 수용 공이 설치된 원판 모양의 캐리어 디스크 및 전기 캐리어 디스크를 지지하기 위해 그 외주측에 설치되고, 전기 캐리어 디스크보다 두껍게 형성됨과 동시에, 구동용의 톱니바퀴가 서로 맞물리는 톱니부가 외주면에 형성된 링 모양의 지지 프레임을 구비하는 양면 연마용 캐리어.
제 1항에 있어서,

상기 지지 프레임은 상기 캐리어 디스크와는 독립적인 별도의 부재이고, 상기 캐리어 디스크를 탈착 가능하게 지지하는 양면 연마용 캐리어．
제 2항에 있어서,　

상기 지지 프레임은 상기 캐리어 디스크와는 다른 재질로 구성되어 있는 양면 연마용 캐리어．
제 1항에 있어서,　

상기 캐리어 디스크의 상면은 상기 지지 프레임의 상면과 동일 레벨이거나 그것보다도 높은 위치에 위치하는 양면 연마용 캐리어．
제 1 항 에 있어서,　

상기 캐리어 디스크의 상면은 상기 지지 프레임의 상면보다도 낮은 레벨에 위치하는 양면 연마용 캐리어．
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 양면 연마용 캐리어를 사용하는 반도체 웨이퍼의 연마 방법．