JPH10329013A

JPH10329013A - 両面研磨及び両面ラッピング用キャリア

Info

Publication number: JPH10329013A
Application number: JP15787097A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Masumura; 寿桝村; Kiyoshi Suzuki; 清鈴木
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】キャリアに機械的負荷の直接掛かる領域と、
掛からない領域とに分け、それぞれ金属部材と樹脂部材
とより構成し、而も金属部材よりなる領域においては加
工歪み発生の機会を最小に押さえ、残存僅少歪みも樹脂
部材の領域に吸収可能の構成とした両面研磨及び両面ラ
ッピング用キャリアの提供を目的としたものである。【構成】外周歯１０ａを設けた外周周辺領域部１０
と、被加工物保持孔１１ａ等を設けた内部領域部１１
と、ありざし接合により一体構造とする嵌合接合部１２
とより構成する。外周周辺領域部１０は電着樹脂被覆を
した金属部材より構成し、内部領域部１１は樹脂部材よ
り構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物を被加工
物保持孔に保持し、研磨布ないしラップ定盤間に介在さ
せ、且つ自転・公転させて、両面研磨ないし両面ラッピ
ングに使用するするキャリアに関し、特に半導体ウェー
ハを対象とした両面研磨及び両面ラッピング用キャリア
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ラッピングは、研磨剤を介して被加工物
とラップ定盤とを押さえ付け相対運動させることにより
行われ、そのあとにはさまざまな処理や研磨工程が控え
ているわけであるが、その研磨条件（ラッピング条件）
は当該被加工部材が置かれている状況に左右され、所定
の平坦度あるいは表面状態に仕上げていく過程では、最
初は粗粒によるラッピング、それから順次砥粒を微細化
し、前段階で形成された表面粗さや加工変質層を除去し
次の微細砥粒によるラッピングに移行するのが普通であ
る。

【０００３】上記ラッピングの後工程である研磨工程で
はラッピングの後処理として、鏡面仕上げと併せて高精
度の形状寸法加工を可能としたもので、研磨剤中の個々
の砥粒の被加工物に対する作用規模は小さくなり、鏡面
仕上げと併せて高精度の形状寸法加工の条件達成には表
面粗さを小さくするための微細砥粒の使用と軟質研磨布
の使用のもとに、複数段階からなる機械・化学複合研磨
方法が行われ、機械的研磨が持つ力学作用とエッチング
による化学的除去作用を複合させ、それらの相乗効果で
高精度の鏡面を高能率に得ている。

【０００４】上記、研磨工程における材料除去の比重
は、ラッピングに比較し遥かに小さくなり、前記研磨布
による直接擦り取りという機械的作用も考えられる。例
えば、コロイダルシリカによるシリコンウェハーのメカ
ニカルポリシングのように、化学作用で形成された軟質
皮膜（水和膜）が砥粒ないし研磨布により擦り取られる
研磨メカニズムも考えられている。

【０００５】即ち、ラッピングも研磨もその手法は同じ
であるが、砥粒が暫時微細化すること、工具も硬質の定
盤より軟質の研磨布に切り替え、被加工物の凸部に選択
的に作用し平滑化を可能とする機能を持たしてある。そ
の機械的構造は両者とも殆ど同じで効率化を図るため、
両面研磨や両面ラッピングが提唱使用されている。特
に、両面研磨については、本願発明者等により片面研磨
において発生する表面粗さがそのまま残るウェーハ裏面
に発生するパーティクル防止対策としてその使用につき
先に提案している。

【０００６】上記両面研磨ないし両面ラッピングに使用
する装置の概略構造は殆ど同一であるので、両面研磨装
置について概略の構成を説明すると下記のとおりであ
る。従来より使用され本発明のキャリアに対しても使用
する両面研磨装置は図３（Ａ）に示すように、円盤状の
キャリア１３に被加工物保持孔１１ａを形成させ且つ外
周に外周歯１０ａを設け、同図（Ｂ）に見るように矢印
Ａ方向に回転する下定盤５１の中心に設けた太陽歯車５
３と下定盤５１の外側に設けた内歯車５４とに噛み合わ
せ、キャリア１３を矢印Ｂ方向の自転と矢印Ｃ方向の公
転をさせるようにしてある。

【０００７】前記キャリア１３の３個の被加工物保持孔
１１ａ、１１ａ、１１ａ内に挿入保持させている被加工
物であるウェーハ２０、２０、２０を、互いに逆回転す
る下定盤５１と上定盤５２にそれぞれ貼付した研磨布５
１ａ、５２ａの間に適当圧の下に挟持させ、前記上定盤
５２に設けた研磨剤注入孔５６より所用の研磨剤を滴下
させウェーハ２０の両面を同時に研磨可能にしたもので
ある。上記キャリアは被加工物保持孔を含む外部形状や
自転公転の機構は従来のものと本発明のものと同一であ
るので図の説明では本発明のキャリアの符号を使用し
た。

【０００８】上記キャリアは、金属製のものとか、例え
ば実開昭５８−４３４９号公報には、金属製キャリア表
面に樹脂コーティングを施したものに関する提案ａが開
示され、また例えば特開昭５８−１４３９５４号公報に
は、炭素繊維に樹脂を含浸させた積層板より構成したキ
ャリアに関する提案ｂが開示されている。

【０００９】ところが、被加工物が半導体ウェーハの場
合、金属製キャリアでは金属表面が研磨ないしラッピン
グされ、高純度が要求される半導体ウェーハに金属汚染
を与える。上記金属汚染防止の点に関する限り、前記実
開昭５８−４３４９号開示されている提案ａや、特開昭
５８−１４３９５４号に開示されている提案ｂにより、
問題は解決されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】然し、両面研磨及び両
面ラッピング時においては、被加工物であるウェーハと
研磨布やラッピング定盤との間に大きな研磨ないしラッ
ピング抵抗が作用し、当該キャリアの外周歯部分である
外周周辺部とキャリアを駆動させる下定盤ないし下ラッ
プ盤に設けた太陽歯車やその周囲に設けた内歯車との間
に大きな機械的負担が掛かる。

【００１１】そのため、上記提案ｂに係わるキャリアの
全てを樹脂材料で構成した場合は、外周歯周辺部位に疲
労破壊が起こり疲労破壊部位より発塵が発生する。その
ため、被加工物表面にスクラッチが発生し、キャリアの
耐久性の面で問題があった。また、提案ａに係わる金属
製キャリア表面に樹脂を施したものでは、キャリアの主
構成部材である金属板の持っている変形即ち製作時の変
形、樹脂加工中の変形により、特に被加工物保持孔や研
磨剤供給孔付近で樹脂被覆部分が摩滅し金属表面が露出
し、そのため被加工物が半導体ウェーハである場合金属
汚染が未解決の形で問題化している。

【００１２】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、キャリアに機械的負荷の直接掛かる領域と、掛から
ない領域とに分け、前者は金属部材を主構成部材とし後
者は樹脂部材より構成し、而も金属部材よりなる領域に
おいては製作加工時の加工歪み発生の機会を最小に押さ
え得る加工形式を取り得る領域とし、例え幾分の歪みが
存在しても後者の領域と一体接合することにより完全に
除去できる構成とした両面研磨及び両面ラッピング用キ
ャリアの提供を目的としたものである。

【００１３】即ち、機械的負荷の集中する部位は言うま
でもなく外周歯の存在する外周周辺部領域部である。ま
た、金属加工部材の加工歪みは素材より外形ブランクの
打ち抜き時に発生する歪みと外形ブランク打ちぬき後の
歪みの多発する部分打ち抜き時の歪みに集約できる。そ
のため、金属加工部材を主構成部材とする領域と樹脂部
材を主構成部材とする領域に、機械的負荷の状況及び加
工歪み発生の状況とを勘案して住み分けして、疲労破壊
を未然に防止するとともに金属汚染を皆無とした半導体
ウェーハ用キャリアを提供するようにしたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明両面研磨及
び両面ラッピング用キャリアは、次のように構成する。
請求項１記載の発明は、被加工物を上下研磨布または
ラッピング定盤との間に介在させて両面研磨ないし両面
ラッピングをするため、被加工物保持孔を設けるととも
に自転及び公転を可能とした円盤状キャリアであって、
上記キャリアを外周歯を含む外周周辺領域部と該領域以
外の内部領域部とより構成し、外周周辺領域部は樹脂被
覆をした金属部材で構成し、内部領域部は樹脂部材で構
成したことを特徴とする。

【００１５】また、前記内部領域部は、被加工物の保持
孔を設ける構成としてもよく、また無機繊維強化プラス
チックで構成してもよい。

【００１６】また、前記外周周辺領域部は電着塗装で樹
脂被覆するのがよい。

【００１７】また、前記外周周辺領域部と内部領域部
は、その境界を凹凸嵌合接合により一体構造とするのが
よい。

【００１８】

【作用】本発明によれば、最も機械的負荷の掛かる外周
歯の存在する外周周辺領域部を耐久性に優れた金属製材
料で構成するとともにその表面を樹脂で被覆し、残る内
部領域部を樹脂部材で構成したので、従来の樹脂部材の
みで構成したキャリアに見るような、外周歯部分の疲労
破壊を防止でき、耐久性を飛躍的に向上できるようにし
たものである。

【００１９】また、金属部材による構成領域を前記外周
歯の存在する外周周辺領域部に限定することにより、従
来の主構成部材が全て金属板で構成し且つ表面に樹脂を
被覆したキャリアに見られた金属板の歪みによる樹脂被
覆の部分的減耗を防止できるようにしてある。

【００２０】また、上記内部領域部には被加工物保持孔
や研磨剤供給孔等の孔明けを設ける構成とし、前記外周
周辺領域部との境界を設定し、少なくとも、外周周辺領
域部を構成する金属部材の加工は外周歯と外周周辺領域
部側ありざし接合部よりなる外形ブランクの打ち抜きの
みに限定し、複数孔打ち抜き等の２次加工による加工歪
みの発生を最小限に押さえるようにしてある。

【００２１】また、上記内部領域部の構成部材がガラス
繊維エポキシ樹脂積層板ないし炭素繊維エポキシ樹脂積
層板等の無機繊維強化プラスチックにより構成し、研磨
及びラッピングに要求される高強度且つ耐薬品性、耐磨
耗性を具備させるようにしてある。

【００２２】また、上記外周周辺領域部を構成する金属
部材に電着塗装による硬い樹脂塗膜を形成させ、耐磨耗
性を持たしてある。

【００２３】また、上記外周周辺領域部と内部領域部と
の境界は凹凸嵌合接合により強固な一体構造とし、外周
周辺領域部に存在する微小歪みも高強度の内部領域部に
吸収させ、無歪みの耐久性のある金属汚染を皆無とし
た、両面研磨及び両面ラッピング用キャリアを提供でき
るようにしてある。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１
は、本発明のキャリアの概略の構成を示す正面図で、図
２（Ａ）は図１の外周周辺領域部の凹凸嵌合部の部分正
面図で、（Ｂ）は図１の内部領域部の凹凸嵌合部の部分
正面図である。

【００２５】図１に示すように、本発明の両面研磨及び
両面ラッピング用キャリア１３は、外周周辺領域部１０
と内部領域部１１とより構成し、外周周辺領域部１０に
はその外周に外周歯１０ａを設ける構成とし、内部領域
部１１には３個の半導体ウェーハの保持孔１１ａが１２
０度間隔に当該キャリアの中心Ｐに対し点対称に設け且
つ付随する例えば研磨剤供給孔等がそれぞれ相互に対称
位置関係を保持するよう設けてある。外周周辺領域部１
０と内部領域部１１との境界には凹凸嵌合接合部１２が
設けてある。該接合部１２は、図２（Ａ）に示す外周周
辺領域部側ありざし接合部１２ａと、同図（Ｂ）に示す
内部領域部側ありざし接合部１２ｂとよりなり、互いに
嵌合接合をなし一体構造の構成にしてある。

【００２６】上記外周周辺領域部１０にはＳＫ材よりな
る外周歯１０ａとありざし接合部１２ａとにより形成さ
れた外形ブランク打ち抜き部材により構成し、該部材の
歪みを最小となる構成とし、その全表面にエポキシ樹脂
による電気泳動塗装をなし全表面に膜厚均一の硬い皮膜
を形成させ、機械的負担の掛かる当該外周周辺領域部の
疲労破壊を防止するとともに樹脂塗膜の減耗を押さえ金
属汚染を防止するようにしてある。

【００２７】前記内部領域部１１は、ガラス繊維エポキ
シ樹脂積層板ないし炭素繊維エポキシ樹脂積層板等の無
機繊維強化プラスチックで形成し、高強度強靱性、耐薬
品性、耐磨耗性を具備させる構成としてある。

【００２８】使用に際しては、前記したように従来より
使用されている両面研磨装置を介して行い、図３
（Ａ）、（Ｂ）に示すように３個のウェーハ２０を被加
工物保持孔１１ａ、１１ａ、１１ａにより保持させたキ
ャリア１３を、逆回転する下定盤５１と上定盤５２にそ
れぞれ貼付した研磨布５１ａ、５２ａの間に適当圧の下
に挟持させ、研磨剤注入孔５６より所用の研磨剤を滴下
させ、ウェーハ２０をキャリア１３を介して同図（Ｂ）
に示すように自転と公転をさせその両面を同時に研磨可
能にしている。

【００２９】なお、キャリアの直径及び被加工物保持孔
の大きさ等により、金属部材で構成される外周周辺領域
部と樹脂部材で構成される内部領域部との構成割合は適
宜決められるが、特にキャリアの半径に対し３〜３０％
程度の範囲で外周周辺領域部が形成されるのが好まし
い。

【００３０】

【実施例】以下本発明の図１に示すキャリア実施例と従
来型キャリアの比較例１、２とを使用して比較両面研磨
試験を行ったが、その結果について下記説明する。試料ウェーハ；ＣＺ単結晶、Ｐ型、結晶方位＜１００＞、２００ｍｍφ、厚さ７４５μｍ、のエッチングウェーハ比較キャリア；比較例１、エポキシ樹脂コーティングＳＫキャリア比較例２、ガラスエポキシ樹脂積層板キャリア研磨布；不織布タイプ、硬度８０（アスカーＣ硬度）研磨剤；コロイダルシリカ剤（ｐＨ＝１０．５）研磨荷重；１５０ｇ／ｃｍ2 研磨除去量；２０μｍ

【００３１】上記研磨条件において、キャリアの耐久バ
ッチ数を比較例１；樹脂被覆の部分的摩滅ができるバッチ数で、５バッチ比較例２；疲労破壊が確認されるまでのバッチ数で、２バッチ本発明の図１に示す実施例；１００バッチ上記に示すように飛躍的耐久性を確認できた。なお、上
記結果は両面ラッピングに使用した場合も同様の効果を
確認できた。

【００３２】なお、上記比較試験には歯先までの直径が
５４６．５ｍｍのキャリアを使用し、内部領域部は直径
４９０ｍｍの無機繊維強化プラスチックで構成し、その
外周に樹脂塗膜を施した金属部材よりなる外周周辺領域
部を形成してある。つまり、本試験ではキャリア半径の
略１０％が金属部材よりなる外周周辺領域部で形成した
ものを使用した。

【００３３】

【発明の効果】本発明の上記構成により、金属汚染やキ
ャリア構成部材の疲労破壊や磨耗によるパーティクルに
よるスクラッチの発生を防止するとともに、キャリアの
長時間の使用が可能となり、品質の安定性を確保しつ
つ、キャリアの寿命を伸ばすことになり加工コストの削
減に貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の両面研磨及び両面ラッピング用キャリ
アの構成を示す正面図である。

【図２】図１の凹凸接合部の構造を示す図で、（Ａ）は
図１の外周周辺領域部の凹凸嵌合部の部分正面図で、
（Ｂ）は図１の内部領域部の凹凸嵌合部の部分正面図で
ある。

【図３】両面研磨装置の概略の構成を示す図で、（Ａ）
側面より見た断面図で（Ｂ）は図１のキャリアの自転公
転の状況を示す部分正面図である。

【符号の説明】

１０外周周辺領域部１０ａ外周歯１１内部領域部１１ａ被加工物保持孔１２凹凸嵌合接合部１２ａ外周周辺領域部側ありざし
接合部１２ｂ内部領域部側ありざし接合
部１３キャリア２０ウェーハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を上下研磨布またはラッピング
定盤との間に介在させて両面研磨ないし両面ラッピング
をすべく、被加工物保持孔を設けるとともに自転及び公
転を可能とした円盤状キャリアであって、上記キャリアを外周歯を含む外周周辺領域部と該領域以
外の内部領域部とより構成し、外周周辺領域部は樹脂被
覆をした金属部材で構成し、内部領域部は樹脂部材で構
成したことを特徴とする両面研磨および両面ラッピング
用キャリア。
【請求項２】前記内部領域部は、キャリア中心を含む
被加工物の保持孔取り付け可能の円盤状に構成した、こ
とを特徴とする請求項１記載の両面研磨及び両面ラッピ
ング用キャリア。
【請求項３】前記内部領域部は、無機繊維強化プラス
チックで構成した、ことを特徴とする請求項１記載の両
面研磨及び両面ラッピング用キャリア。
【請求項４】前記外周周辺領域部は電着塗装で樹脂被
覆した、ことを特徴とする請求項１記載の両面研磨及び
両面ラッピング用キャリア。
【請求項５】前記外周周辺領域部と内部領域部は、そ
の境界を凹凸嵌合接合により一体構造とした、ことを特
徴とする請求項１記載の両面研磨及び両面ラッピング用
キャリア。