JP2015174168A - 両面研磨装置用キャリアの製造方法及び両面研磨装置用キャリア並びに両面研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】両面研磨装置用キャリアをラッピングする場合に発生する厚み分布のバラツキを改善できる両面研磨装置用キャリアの製造方法、両面研磨装置用キャリア並びにこの両面研磨装置用キャリアを用いた両面研磨方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハを保持するための保持孔が形成された歯車形の両面研磨装置用キャリアをラッピング加工して両面研磨装置用キャリアを製造する方法であって、両面研磨装置用キャリアを保持するためのホールを有し両面研磨装置用キャリアよりも大きいサイズのアウターキャリアを用意し、ホールの中心がアウターキャリアの中心に対し偏芯したものとし、ホールに両面研磨装置用キャリアを収納して両面研磨装置用キャリアを保持し、ホールの中心がアウターキャリアの中心に対して偏芯した状態で両面研磨装置用キャリアをラッピング加工することを特徴とする両面研磨装置用キャリアの製造方法。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体ウェーハを保持するための保持孔が形成された歯車形の両面研磨装置用キャリアをラッピング加工して両面研磨装置用キャリアを製造する方法であって、両面研磨装置用キャリアを保持するためのホールを有し両面研磨装置用キャリアよりも大きいサイズのアウターキャリアを用意し、ホールの中心がアウターキャリアの中心に対し偏芯したものとし、ホールに両面研磨装置用キャリアを収納して両面研磨装置用キャリアを保持し、ホールの中心がアウターキャリアの中心に対して偏芯した状態で両面研磨装置用キャリアをラッピング加工することを特徴とする両面研磨装置用キャリアの製造方法。
【選択図】 図１
Description
本発明は、両面研磨装置用キャリアの製造方法及び両面研磨装置用キャリア並びに両面研磨方法に関する。
シリコンウェーハ等の半導体ウェーハを平坦化するための両面研磨装置において、半導体ウェーハを保持するための保持孔が設けられた円盤状の両面研磨装置用キャリアが一般的に用いられている（特許文献１参照）。
この両面研磨装置用キャリアの製造過程において、１ロット内のキャリア同士の厚みバラツキを抑えることは当然であるが、１枚当たりの厚みバラツキ、つまり平面度を均一にすることは、この両面研磨装置用キャリアを使用して半導体ウェーハを高平坦度化するための両面研磨を行う上で重要な要素である。
そのため、両面研磨装置用キャリアの製造過程において、ロット内の厚みバラツキを抑えるためにラッピング加工が行われている（特許文献２参照）。このラッピング加工を施された両面研磨装置用キャリアのキャリアボディ（キャリア本体）の厚みを平均値でみると、ロット内バラツキで２μｍ程度となっている。
しかしながら、キャリアボディ１枚の厚みを平均値ではなく、全データのレンジ（最大値と最小値の差）で見た場合にはレンジが３μｍ以上と大きくなり、また特徴的な厚み分布を有していることがわかった。この特徴的な分布とは、キャリアボディの中央部（中央部とは、キャリアボディの中心がワークを収納するワークホールに含まれる場合においては、ワークホール周縁部の最も中心に近い部分を意味する。）が他の部分に比べて厚くなっている分布である。
このような厚みバラツキがキャリアボディに発生すると、ワークホールの内周部にも厚みバラツキが発生し、この厚みバラツキに倣ってインサートに厚み分布が形成されてしまうという問題も発生する（インサートとは半導体ウェーハのエッジ部分の保護のため、ワークホール内周部に嵌め込まれる樹脂製のキャリア構成部材である。）。
半導体ウェーハの高平坦化のためにインサートの厚みはワークホールの周方向で均一であることが必要であるが、キャリアボディの厚み分布によりインサートの厚みは不均一となってしまい、半導体ウェーハの平坦度の悪化を招いてしまう。それにも関わらず、キャリアボディの厚み分布、特にキャリアボディ中央部の厚みが他の部分に比べ厚くなることへの対策を行った技術はこれまでに開発されていなかった。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、両面研磨装置用キャリアをラッピングする場合に発生する厚み分布のバラツキを改善することができる両面研磨装置用キャリアの製造方法及び両面研磨装置用キャリア並びにこの両面研磨装置用キャリアを用いた両面研磨方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体ウェーハを保持するための保持孔が形成された歯車形の両面研磨装置用キャリアをラッピング装置の上下定盤で挟みながら、前記両面研磨装置用キャリアを公転及び自転させることでラッピング加工して両面研磨装置用キャリアを製造する方法であって、前記両面研磨装置用キャリアを保持するためのホールを有する、前記両面研磨装置用キャリアよりも大きいサイズの歯車形のアウターキャリアを用意し、該アウターキャリアを前記ホールの中心が前記アウターキャリアの中心に対し偏芯したものとし、前記ホールに前記両面研磨装置用キャリアを収納することで、前記アウターキャリアで前記両面研磨装置用キャリアを保持し、前記ホールの中心が前記アウターキャリアの中心に対して偏芯した状態で、該保持した両面研磨装置用キャリアを前記ラッピング装置の上下定盤で挟みながら、前記アウターキャリア及び前記両面研磨装置用キャリアを自転及び公転させることで前記両面研磨装置用キャリアをラッピング加工することを特徴とする両面研磨装置用キャリアの製造方法を提供する。
このようにすれば、従来ラッピング工程で発生していた厚みの分布、特にキャリアボディ中央部が他の部分に比べ厚くなる分布の発生を抑制し、厚みバラツキが小さく抑えられた両面研磨装置用キャリアを製造することができる。
このとき、前記ホールの形状を円形とし、前記ホールの中心の前記アウターキャリアの中心に対する偏芯量を、前記ホールの直径の１／５以上とすることが好ましい。
このようにすれば、より厚みバラツキが小さく抑えられ、特に厚みレンジが２μｍ以下に抑えられた両面研磨装置用キャリアを製造することができる。
このようにすれば、より厚みバラツキが小さく抑えられ、特に厚みレンジが２μｍ以下に抑えられた両面研磨装置用キャリアを製造することができる。
またこのとき、前記ホールの形状を円形とし、前記ホールの直径を前記両面研磨装置用キャリアの歯先円直径より０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ大きくすることができる。
このようにすれば、両面研磨装置用キャリアのラッピングの際に、アウターキャリアがホール内での両面研磨装置用キャリアの自転を阻害することが無いため、厚みバラツキが少ない両面研磨装置用キャリアを確実に製造することができる。
このようにすれば、両面研磨装置用キャリアのラッピングの際に、アウターキャリアがホール内での両面研磨装置用キャリアの自転を阻害することが無いため、厚みバラツキが少ない両面研磨装置用キャリアを確実に製造することができる。
このとき、前記アウターキャリアの歯先円直径を、前記両面研磨装置用キャリアの歯先円直径の１．５倍以上とすることが好ましい。
このようにすれば、より厚みバラツキが小さく抑えられ、特に厚みレンジが２μｍ以下に抑えられた両面研磨装置用キャリアを製造することができる。
このようにすれば、より厚みバラツキが小さく抑えられ、特に厚みレンジが２μｍ以下に抑えられた両面研磨装置用キャリアを製造することができる。
前記アウターキャリアの材質を炭素工具鋼、ステンレス鋼、又はチタンとすることを特徴とすることができる。
アウターキャリアの材質としてはこれらの材料が好適である。
アウターキャリアの材質としてはこれらの材料が好適である。
前記両面研磨装置用キャリアの材質をステンレス鋼又はチタンとすることができる。
両面研磨装置用キャリアの材質としてはこれらの材料が好適である。
両面研磨装置用キャリアの材質としてはこれらの材料が好適である。
また、上記目的を達成するために、本発明によれば、上記の製造方法で製造された両面研磨装置用キャリアを提供する。
このような両面研磨装置用キャリアであれば、例えば厚みレンジが２μｍ以下のものであり、厚み分布のバラツキが小さいので、高平坦な半導体ウェーハを製造可能な両面研磨装置用キャリアとなる。
このような両面研磨装置用キャリアであれば、例えば厚みレンジが２μｍ以下のものであり、厚み分布のバラツキが小さいので、高平坦な半導体ウェーハを製造可能な両面研磨装置用キャリアとなる。
また、上記目的を達成するために、本発明によれば、両面研磨装置において、上記の両面研磨装置用キャリアを使用して半導体ウェーハを保持しながら、研磨布の貼付された上下定盤に前記保持した半導体ウェーハの上下面を摺接することで、半導体ウェーハを両面研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法を提供する。
上記のような厚み分布のバラツキが小さい両面研磨装置用キャリアを用いた両面研磨方法であれば、高平坦な半導体ウェーハを製造可能である。
本発明は、厚み分布のバラツキが小さい両面研磨装置用キャリアを製造することができ、この両面研磨装置用キャリアを使用した両面研磨では、従来よりも高平坦な半導体ウェーハを得ることができる。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上述のように、従来、両面研磨装置用キャリアをラッピング加工する場合に、キャリアボディの中央部が厚くなってしまっていた。このように、キャリアボディに厚み分布のバラツキが有ると、後工程で嵌め込むインサートの厚みにもバラツキが生まれてしまう。このようなインサートやキャリアボディの厚さが不均一な両面研磨装置用キャリアを半導体ウェーハの両面研磨に使用すると、半導体ウェーハの平坦度が悪化するという問題があった。
上述のように、従来、両面研磨装置用キャリアをラッピング加工する場合に、キャリアボディの中央部が厚くなってしまっていた。このように、キャリアボディに厚み分布のバラツキが有ると、後工程で嵌め込むインサートの厚みにもバラツキが生まれてしまう。このようなインサートやキャリアボディの厚さが不均一な両面研磨装置用キャリアを半導体ウェーハの両面研磨に使用すると、半導体ウェーハの平坦度が悪化するという問題があった。
そこで、本発明者等は両面研磨装置用キャリアのラッピング加工で発生する上記のような厚みバラツキの発生原因を調査した。
その結果、両面研磨装置用キャリアの中央部が厚くなる分布を形成する原因は、両面研磨装置用キャリアのワークホール（半導体ウェーハを収納する穴）が両面研磨装置用キャリアの中心から偏芯しており、ラッピング加工時において、中央部は両面研磨装置用キャリアの中心からの距離（偏芯量）が他の部分に比べて少ないためであることを発見した。
その結果、両面研磨装置用キャリアの中央部が厚くなる分布を形成する原因は、両面研磨装置用キャリアのワークホール（半導体ウェーハを収納する穴）が両面研磨装置用キャリアの中心から偏芯しており、ラッピング加工時において、中央部は両面研磨装置用キャリアの中心からの距離（偏芯量）が他の部分に比べて少ないためであることを発見した。
例えば、図６（ａ）に示すような、２０Ｂサイズ（歯先円直径５２５ｍｍ）の標準的な両面研磨装置用キャリアＷにおける偏心量を考える。このキャリアＷの各部の中心に対する距離（偏心量）は、最小となる箇所、即ち中央部（この場合は、ワークホール２２周縁部の最も中心に近い部分）で約７０ｍｍ、最大となる箇所で約２５０ｍｍある。図６（ｂ）にワークホール２２周縁部の中心に対する距離を示す。
このようなサイズの両面研磨装置用キャリアにおける、偏心量（中心からの距離）Ｘと厚み変位Ｙの関係は、図７に示すように実測値をフィッティング（曲線回帰）した結果、下記の式（１）で表される。尚、厚み変位Ｙは偏心量が最大となる点の厚みを基準とした。
Ｙ＝−７×１０−５×Ｘ２＋０．０１０６Ｘ＋２．４１０２ ・・・ 式（１）
Ｙ＝−７×１０−５×Ｘ２＋０．０１０６Ｘ＋２．４１０２ ・・・ 式（１）
図７及び式（１）に示すように、偏芯量と平面度（厚み分布）は逆相関関係にある。従って、両面研磨装置用キャリアの中央部においても偏芯量を確保することが、平面度改善に必要な要件であることがわかった。
以上のことから、まず本発明者等は両面研磨装置用キャリアの両面をラッピング加工する際に、従来とは異なり、両面研磨装置用キャリアを保持部材で保持し、保持部材と共に自転及び公転させてラッピング加工することに想到した。そして、この保持部材として、両面研磨装置用キャリアを収納するホールを有し、更にホールの中心を保持部材の中心に対し偏芯させたもの（以下、この保持部材をアウターキャリアと呼ぶ）を使用することで、アウターキャリア中心に対するホールの中心の偏芯量が、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリアの偏芯量に重畳されて厚み分布の均一化に必要な偏芯量を確保できることに想到し、本発明を完成させた。
以下、本発明の両面研磨装置用キャリアの製造方法、両面研磨装置用キャリア、両面研磨方法について説明する。
まず、本発明の両面研磨装置用キャリアの製造方法を、図１に示したラッピング装置を使用する場合を例にして説明する。また、ここでは、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリアは、２０Ｂ（歯先直径５２５ｍｍ）サイズのものを、アウターキャリアとして３２Ｂ（歯先円直径８１４ｍｍ）サイズのラッピング装置用キャリアを使用した場合を例にして説明するが、これに限定されることはない。
まず、本発明の両面研磨装置用キャリアの製造方法を、図１に示したラッピング装置を使用する場合を例にして説明する。また、ここでは、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリアは、２０Ｂ（歯先直径５２５ｍｍ）サイズのものを、アウターキャリアとして３２Ｂ（歯先円直径８１４ｍｍ）サイズのラッピング装置用キャリアを使用した場合を例にして説明するが、これに限定されることはない。
図１、図２のように、ラッピング装置１０は上定盤１１、下定盤１２、サンギア１３、インターナルギア１４、ノズル１５を具備している。
下定盤１２上の中心部分にはサンギア１３が設けられ、下定盤１２の周縁部に隣接するようにインターナルギア１４が設けられている。また、ノズル１５はラッピング加工時に、上定盤１１に設けられた穴から上下定盤１１、１２の間にスラリー１６を供給する。
下定盤１２上の中心部分にはサンギア１３が設けられ、下定盤１２の周縁部に隣接するようにインターナルギア１４が設けられている。また、ノズル１５はラッピング加工時に、上定盤１１に設けられた穴から上下定盤１１、１２の間にスラリー１６を供給する。
このようなラッピング装置１０において、まず、図１、図２、図３に示すようなアウターキャリア１を用意する。本発明において、このアウターキャリア１として、両面研磨装置用キャリアＷを保持するホール２を有し、図３のように、ホール２の中心Ｃ２がアウターキャリア１の中心Ｃ１に対して偏芯したものを用意し使用する。
このとき、アウターキャリア１の材質を炭素工具鋼、ステンレス鋼、又はチタンとすることができる。
これらの材料は、耐摩耗性が高いためラッピング加工に好適である。
これらの材料は、耐摩耗性が高いためラッピング加工に好適である。
そして、図１、２に示すように、アウターキャリア１をラッピング装置１０のサンギア１３とインターナルギア１４に噛合させ、アウターキャリア１のホール２に両面研磨装置用キャリアＷを収納し保持する。
このようにして、アウターキャリア１をサンギア１３とインターナルギア１４に噛合することで、これらのギアをそれぞれ自転させ、アウターキャリア１と両面研磨装置用キャリアＷにサンギア１３を中心とした遊星運動（自転及び公転運動）をさせることができる状態となる。
このようにして、アウターキャリア１をサンギア１３とインターナルギア１４に噛合することで、これらのギアをそれぞれ自転させ、アウターキャリア１と両面研磨装置用キャリアＷにサンギア１３を中心とした遊星運動（自転及び公転運動）をさせることができる状態となる。
その後、図１に示すように両面研磨装置用キャリアＷの両面を上定盤１１と下定盤１２で挟み込み、ノズル１５からスラリー１６を供給するとともに、サンギア１３とインターナルギア１４によってアウターキャリア１を遊星運動させ、同時に上定盤１１と下定盤１２を相対方向に回転させる。このように、ホール２の中心Ｃ２がアウターキャリア１の中心Ｃ１に対して偏芯した状態で両面研磨装置用キャリアＷの両面を同時にラッピング加工する。
このようにラッピング加工して両面研磨装置用キャリアＷを製造することで、アウターキャリア１の偏芯量が元の両面研磨装置用キャリアＷの偏芯量に重畳されて、厚み分布の均一化に必要な偏芯量が確保されることとなる。その結果、両面研磨装置用キャリアＷの厚み分布のバラツキが解消され、厚みの均一性が高い両面研磨装置用キャリアを得ることができる。
このとき、アウターキャリア１の歯先円直径を、両面研磨装置用キャリアＷの歯先円直径の１．５倍以上とすることが好ましい。
このようにすれば、厚みレンジを２μｍ以下に抑えた両面研磨装置用キャリアを製造することができる。
このようにすれば、厚みレンジを２μｍ以下に抑えた両面研磨装置用キャリアを製造することができる。
またこのとき、ホール２の形状を円形とし、ホール２の中心のアウターキャリア１の中心に対する偏芯量を、ホール２の直径の１／５以上とすることが好ましい。
このようにすれば、厚みレンジを２μｍ以下に抑えた両面研磨装置用キャリアを製造することができる。
以下、これらの理由を説明する。
このようにすれば、厚みレンジを２μｍ以下に抑えた両面研磨装置用キャリアを製造することができる。
以下、これらの理由を説明する。
平坦度の均一性の観点から、両面研磨装置用キャリアＷの厚みレンジは２μｍ以下が望ましい。本形態のように、例えばラッピング対象の両面研磨装置用キャリアとして、２０Ｂ（歯先直径５２５ｍｍ）サイズのものを、アウターキャリアとして３２Ｂ（歯先円直径８１４ｍｍ）サイズのラッピング装置用キャリアを使用した場合、上記のフィッティングした式（１）及び図７から、厚みレンジＹ≦２μｍとするために必要な偏芯量Ｘは約１８０ｍｍとなる。
図６（ａ）に示したような、２０Ｂサイズで、ワークホール２２の中心に対する偏芯量が８５〜９０ｍｍの一般的な両面研磨装置用キャリアを例に述べると、図６（ｂ）に示すように、両面研磨装置用キャリア中心からワークホール周縁部の最小距離は約７０ｍｍである。
したがって、図３に示すようなアウターキャリア１の中心Ｃ１とホール２の中心Ｃ２を約１１０ｍｍ偏芯させたアウターキャリア１を用いれば、合計の偏芯量は約１８０ｍｍとなり厚みレンジを２μｍ以下とできる。
したがって、図３に示すようなアウターキャリア１の中心Ｃ１とホール２の中心Ｃ２を約１１０ｍｍ偏芯させたアウターキャリア１を用いれば、合計の偏芯量は約１８０ｍｍとなり厚みレンジを２μｍ以下とできる。
これは、本例のように歯先円直径８１４ｍｍ（３２Ｂサイズ）のラッピング装置用キャリアをアウターキャリアとして用いることで満足できる。
キャリアと噛合するピンギアサイズにもよるが、歯底円直径は歯先円直径に対して４９／５０とすることができ、３２Ｂサイズの歯底円直径は７９７．７ｍｍとできる。従って、アウターキャリアが重畳可能な偏芯量を計算すると（７９７．７−５２５）÷２＝１３６．４ｍｍであり１１０ｍｍを充分にカバーできる。
このように、アウターキャリア１を選択する際には、アウターキャリア１の半径とホール２の半径の差を参照することができる。
キャリアと噛合するピンギアサイズにもよるが、歯底円直径は歯先円直径に対して４９／５０とすることができ、３２Ｂサイズの歯底円直径は７９７．７ｍｍとできる。従って、アウターキャリアが重畳可能な偏芯量を計算すると（７９７．７−５２５）÷２＝１３６．４ｍｍであり１１０ｍｍを充分にカバーできる。
このように、アウターキャリア１を選択する際には、アウターキャリア１の半径とホール２の半径の差を参照することができる。
そしてこのように、２０Ｂサイズ（歯先円直径５２５ｍｍ）の両面研磨装置用キャリアＷをラッピングする場合、アウターキャリア１は、３２Ｂ（歯先円直径８１４ｍｍ）サイズ以上が好ましくなる。即ち、この場合に限らず他の場合においても、アウターキャリア１の歯先円直径を、両面研磨装置用キャリアの歯先円直径の１．５倍以上とすることで、厚みレンジが２μｍ以下となる偏芯量を確保できる。
またこの場合には、ホール２の中心はキャリア中心から１１０ｍｍ以上偏芯させることで厚みレンジは２μｍ以下を達成できる。即ち、この場合に限らず、ホール２の中心のアウターキャリア１の中心に対する偏芯量を、両面研磨装置用キャリアＷを収納するホール２の直径（この場合では、両面研磨装置用キャリアＷの歯先円直径と略同一の約５２５．５ｍｍ）の１／５以上とすることで、厚みレンジが２μｍ以下を満たす偏芯量を確保できる。
また、本発明では、ホール２の形状を円形とし、ホール２の直径を両面研磨装置用キャリアＷの歯先円直径より０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ大きくすることが好ましい。
このように、ラッピングする両面研磨装置用キャリアＷと、これを収納、保持するホール２の内周に０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの遊びがあれば、両面研磨装置用キャリアＷがホール２内で自転するのを阻害しないため、厚みバラツキが少ない両面研磨装置用キャリアを確実に製造することができる。
このように、ラッピングする両面研磨装置用キャリアＷと、これを収納、保持するホール２の内周に０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの遊びがあれば、両面研磨装置用キャリアＷがホール２内で自転するのを阻害しないため、厚みバラツキが少ない両面研磨装置用キャリアを確実に製造することができる。
また、本発明では両面研磨装置用キャリアＷの材質をステンレス鋼又はチタンとすることができる。
本発明の製造方法は、特にこれらの材質の両面研磨装置用キャリアＷの製造に好適である。
本発明の製造方法は、特にこれらの材質の両面研磨装置用キャリアＷの製造に好適である。
尚、本発明では、ラッピング条件は一般的な条件で良く、スラリー１６は例えばＧＣ＃２０００等の一般的なものを使用し、所定圧で所定厚みに仕上げればよい。上記のように両面研磨装置用キャリアＷのラッピング加工を行った後、ＥＧ（ガラスエポキシ樹脂）やアラミド製の樹脂製インサートを加圧しながら、ワークホール２２の内周部分に嵌めこみ、樹脂厚みを揃える為の仕上げのポリッシュ加工を行い、両面研磨装置用キャリアＷを作製してもよい。
上記のような、本発明の製造方法で製造された両面研磨装置用キャリアＷであれば、ラッピング加工後の厚みの分布のバラツキがほとんどなく平坦度の高い両面研磨装置用キャリアとなる。
このようなものであれば、両面研磨装置にて半導体ウェーハの両面研磨に使用した際に、半導体ウェーハの平坦度を良好なものとできる。
このようなものであれば、両面研磨装置にて半導体ウェーハの両面研磨に使用した際に、半導体ウェーハの平坦度を良好なものとできる。
また本発明では、両面研磨装置において、上記の両面研磨装置用キャリアＷを使用して半導体ウェーハを保持しながら、研磨布の貼付された上下定盤に保持した半導体ウェーハの上下面を摺接することで、半導体ウェーハを両面研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法を提供する。
上記のような厚みバラツキの小さい両面研磨装置用キャリアを用いた両面研磨方法であれば、高平坦な半導体ウェーハを製造可能である。
尚、上記の説明では、ラッピング加工の対象として、２０Ｂサイズの両面研磨装置用キャリアを、アウターキャリアとして３２Ｂサイズのラッピング装置用キャリアを使用した場合を例としたが、これに限定されない。ラッピング加工の対象は上記サイズのものに限定されず、また、アウターキャリアとしては、ラッピング加工の対象を収納するホールの中心がアウターキャリアの中心に対して偏芯したものであれば、上記のようなラッピング装置用キャリアを使用しなくても良い。
また、上記の説明では、図１、２のように、ラッピング装置１０において、両面研磨装置用キャリアＷを一枚ラッピングする場合を例としたが、これに限らず複数枚の両面研磨装置用キャリアＷを同時にラッピング加工しても良く、このようにすることで効率よく研磨装置用キャリアを製造できる。
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
２０Ｂ（歯先円直径５２５ｍｍ、歯底円直径５１５ｍｍ）サイズのチタン製の両面研磨装置用キャリアを、図１、図２に示すようなラッピング装置で両面をラッピング加工した。
このとき、アウターキャリアとして３２Ｂ（歯先円直径８１４ｍｍ、歯底円直径７９７．７ｍｍ）サイズの炭素工具鋼製のラッピング装置用キャリアを使用した。また、このアウターキャリアのホールは、直径５２５．５ｍｍの円形とした。このときの、ホールの中心のアウターキャリアの中心に対する偏芯量は１１０ｍｍとした。
スラリーは、ＧＣ＃２０００を用い、一定荷重条件で一定厚みまでラッピング加工した。
このときの、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリア及びアウターキャリアの条件を表１に示す。
２０Ｂ（歯先円直径５２５ｍｍ、歯底円直径５１５ｍｍ）サイズのチタン製の両面研磨装置用キャリアを、図１、図２に示すようなラッピング装置で両面をラッピング加工した。
このとき、アウターキャリアとして３２Ｂ（歯先円直径８１４ｍｍ、歯底円直径７９７．７ｍｍ）サイズの炭素工具鋼製のラッピング装置用キャリアを使用した。また、このアウターキャリアのホールは、直径５２５．５ｍｍの円形とした。このときの、ホールの中心のアウターキャリアの中心に対する偏芯量は１１０ｍｍとした。
スラリーは、ＧＣ＃２０００を用い、一定荷重条件で一定厚みまでラッピング加工した。
このときの、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリア及びアウターキャリアの条件を表１に示す。
次に、ラッピング加工後のチタン製の両面研磨装置用キャリアの平面度分布を測定した。尚、測定にはＫＥＹＥＮＣＥ社製レーザー変位計を使用して、ワークホール周縁部の平面度分布を測定した。
その結果を、図４及び表２に示す。尚、図４のグラフの横軸の角度は、図６（ａ）、（ｂ）の場合と同様にワークホール周縁部における測定部分の角度を示している。
図４に示すように、ラッピング加工後の平面度分布は、後述する比較例のように中央部（１８０°付近）が他の部分よりも極端に厚くなることは無く、均一であった。また、厚みレンジは１．１２μｍ、厚みの偏差（厚みバラツキ）は０．３０μｍと比較例に比べて格段に良好な値となった。
その結果を、図４及び表２に示す。尚、図４のグラフの横軸の角度は、図６（ａ）、（ｂ）の場合と同様にワークホール周縁部における測定部分の角度を示している。
図４に示すように、ラッピング加工後の平面度分布は、後述する比較例のように中央部（１８０°付近）が他の部分よりも極端に厚くなることは無く、均一であった。また、厚みレンジは１．１２μｍ、厚みの偏差（厚みバラツキ）は０．３０μｍと比較例に比べて格段に良好な値となった。
その後、ラッピング加工後のチタン製の両面研磨装置用キャリアのワークホール内周にアラミド樹脂製の内径３００．５ｍｍのインサートを嵌め合わせた。インサートは押圧しながら嵌め合わせをし、インサートの厚みを両面研磨装置用キャリアの厚みに揃えるための仕上げ研磨加工を行い、両面研磨装置用キャリアを作製した。
これを用いて直径３００ｍｍの半導体シリコンウェーハの両面研磨加工を行った。両面研磨機は不二越機械製ＤＳＰ−２０Ｂ、研磨パッドはニッタ・ハース製ＭＨ−Ｓ１５Ａ、研磨スラリーはフジミインコーポレーテッド製ＧＬＡＮＺＯＸ２１００を用いた。両面研磨加工は１バッチあたりのウェーハ加工枚数は５枚であり各１０バッチ加工を行った。
その後、研磨後の半導体シリコンウェーハのフラットネスとして、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｗａｆｅｒｓｉｇｈｔ Ｍ４９ｍｏｄｅ １ｍｍＥＥにて、ＥＳＦＱＲ（Ｅｄｇｅ Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅｓ／Ｒａｎｇｅ）を測定した。
その後、研磨後の半導体シリコンウェーハのフラットネスとして、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｗａｆｅｒｓｉｇｈｔ Ｍ４９ｍｏｄｅ １ｍｍＥＥにて、ＥＳＦＱＲ（Ｅｄｇｅ Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅｓ／Ｒａｎｇｅ）を測定した。
半導体シリコンウェーハのフラットネス測定結果を表３に示す。
実施例１において、ＥＳＦＱＲｍａｘは３１．２４ｎｍ、ＥＳＦＱＲｓｉｇｍａ（偏差）は５．０７となった。また、比較例に比べＥＳＦＱＲは平均値で１０％、偏差は約５０％改善し、フラットネスは良好となった。
実施例１において、ＥＳＦＱＲｍａｘは３１．２４ｎｍ、ＥＳＦＱＲｓｉｇｍａ（偏差）は５．０７となった。また、比較例に比べＥＳＦＱＲは平均値で１０％、偏差は約５０％改善し、フラットネスは良好となった。
（実施例２）
ホールの中心のアウターキャリアの中心に対する偏芯量を９０ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様な条件で、２０Ｂサイズの両面研磨装置用キャリアをラッピング加工し、平面度分布を測定した。このときの、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリア及びアウターキャリアの条件を表１に示す。
また、ラッピング加工後の平面度分布の測定結果を、図４及び表２に示す。
図４に示すように、ラッピング加工後の平面度分布は後述する比較例のように中央部が他の部分よりも極端に厚くなることは無く、均一であった。また、厚みレンジは１．７５μｍ、厚みの偏差（厚みバラツキ）は０．４６μｍと比較例に比べて良好な値となった。
ホールの中心のアウターキャリアの中心に対する偏芯量を９０ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様な条件で、２０Ｂサイズの両面研磨装置用キャリアをラッピング加工し、平面度分布を測定した。このときの、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリア及びアウターキャリアの条件を表１に示す。
また、ラッピング加工後の平面度分布の測定結果を、図４及び表２に示す。
図４に示すように、ラッピング加工後の平面度分布は後述する比較例のように中央部が他の部分よりも極端に厚くなることは無く、均一であった。また、厚みレンジは１．７５μｍ、厚みの偏差（厚みバラツキ）は０．４６μｍと比較例に比べて良好な値となった。
次に、ラッピング後の両面研磨装置用キャリアに実施例１と同様にインサートを嵌め合わせた。その後、この両面研磨装置用キャリアを使用して、実施例１と同様に半導体シリコンウェーハの両面研磨加工を行い、研磨後の半導体シリコンウェーハのＥＳＦＱＲを測定した。
その結果を表３に示す。
比較例に比べＥＳＦＱＲの最大値３３．００ｎｍ、偏差（バラツキ）は７．５６と小さく、半導体ウェーハのフラットネスが大幅に改善した。
その結果を表３に示す。
比較例に比べＥＳＦＱＲの最大値３３．００ｎｍ、偏差（バラツキ）は７．５６と小さく、半導体ウェーハのフラットネスが大幅に改善した。
（実施例３）
アウターキャリアを３０Ｂ（歯先円直径７４３．８ｍｍ、歯底円直径７３０．８ｍｍ）サイズのラッピング装置用キャリアに変更し、ホールの中心のアウターキャリアの中心に対する偏芯量を９０ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様な条件で、２０Ｂサイズの両面研磨装置用キャリアをラッピング加工し、平面度分布を測定した。このときの、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリア及びアウターキャリアの条件を表１に示す。
また、ラッピング加工後の平面度分布の測定結果を、図４及び表２に示す。
図４に示すように、ラッピング加工後の平面度分布は、後述する比較例のように中央部が他の部分よりも極端に厚くなることは無く、均一であった。また、厚みレンジは１．９６μｍ、厚みの偏差は０．３９μｍと比較例に比べて良好な値となった。
アウターキャリアを３０Ｂ（歯先円直径７４３．８ｍｍ、歯底円直径７３０．８ｍｍ）サイズのラッピング装置用キャリアに変更し、ホールの中心のアウターキャリアの中心に対する偏芯量を９０ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様な条件で、２０Ｂサイズの両面研磨装置用キャリアをラッピング加工し、平面度分布を測定した。このときの、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリア及びアウターキャリアの条件を表１に示す。
また、ラッピング加工後の平面度分布の測定結果を、図４及び表２に示す。
図４に示すように、ラッピング加工後の平面度分布は、後述する比較例のように中央部が他の部分よりも極端に厚くなることは無く、均一であった。また、厚みレンジは１．９６μｍ、厚みの偏差は０．３９μｍと比較例に比べて良好な値となった。
次に、ラッピング後の両面研磨装置用キャリアに実施例１と同様にインサートを嵌め合わせた。その後、この両面研磨装置用キャリアを使用して、実施例１と同様に半導体シリコンウェーハの両面研磨加工を行い、研磨後の半導体シリコンウェーハのＥＳＦＱＲを測定した。
その結果を表３に示す。
比較例に比べＥＳＦＱＲの最大値は３３．１７ｎｍ、バラツキ（偏差）は７．９ｎｍと小さく、半導体ウェーハのフラットネスが大幅に改善した。
その結果を表３に示す。
比較例に比べＥＳＦＱＲの最大値は３３．１７ｎｍ、バラツキ（偏差）は７．９ｎｍと小さく、半導体ウェーハのフラットネスが大幅に改善した。
（比較例１）
図５のように、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリアＷをアウターキャリアで保持せず、直接ラッピング装置１１０のサンギア１１３及びインターナルギア１１４に噛合させてラッピング加工したこと以外、実施例１と同様な条件で両面研磨装置用キャリアをラッピング加工し、平面度分布を測定した。このときの、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリア及びアウターキャリアの条件を表１に示す。
また、ラッピング加工後の平面度分布の測定結果を、図４及び表２に示す。
図４に示すように、比較例では両面研磨装置用キャリアの中央部が厚くなっていた。また、厚みレンジは３．０４μｍ、厚みバラツキは０．８１μｍと実施例１−３に比べ大幅に悪化していた。
図５のように、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリアＷをアウターキャリアで保持せず、直接ラッピング装置１１０のサンギア１１３及びインターナルギア１１４に噛合させてラッピング加工したこと以外、実施例１と同様な条件で両面研磨装置用キャリアをラッピング加工し、平面度分布を測定した。このときの、ラッピング対象の両面研磨装置用キャリア及びアウターキャリアの条件を表１に示す。
また、ラッピング加工後の平面度分布の測定結果を、図４及び表２に示す。
図４に示すように、比較例では両面研磨装置用キャリアの中央部が厚くなっていた。また、厚みレンジは３．０４μｍ、厚みバラツキは０．８１μｍと実施例１−３に比べ大幅に悪化していた。
次に、ラッピング後の両面研磨装置用キャリアに実施例１と同様にインサートを嵌め合わせた。その後、この両面研磨装置用キャリアを使用して、実施例１と同様に半導体シリコンウェーハの両面研磨加工を行い、研磨後の半導体シリコンウェーハのＥＳＦＱＲを測定した。
その結果を表３に示す。
比較例では、ＥＳＦＱＲの最大値４０．０４ｎｍ、バラツキ（偏差）１２．０３ｎｍとなり、半導体ウェーハのフラットネスが実施例１−３に比べて大幅に悪化した。
その結果を表３に示す。
比較例では、ＥＳＦＱＲの最大値４０．０４ｎｍ、バラツキ（偏差）１２．０３ｎｍとなり、半導体ウェーハのフラットネスが実施例１−３に比べて大幅に悪化した。
表４に実施例、比較例の条件、ラッピング後の両面研磨装置用キャリアの厚みレンジの測定値、両面研磨後の半導体ウェーハのＥＳＦＱＲをまとめたものを示す。
上記のように、本発明の製造方法を適用した実施例１−３は、比較例に比べ両面研磨装置用キャリアの厚み分布のバラツキやレンジが大幅に改善された。
更に、実施例１−３で製造した両面研磨装置用キャリアを使用した両面研磨では半導体ウェーハのフラットネスも大幅に改善された。
更に、実施例１−３で製造した両面研磨装置用キャリアを使用した両面研磨では半導体ウェーハのフラットネスも大幅に改善された。
また、実施例１ではホールの中心のアウターキャリアの中心に対する偏芯量をホールの直径の１／５（＝０．２０）以上とし、アウターキャリアの歯先円直径を、両面研磨装置用キャリアの歯先円直径の１．５倍以上としたため実施例２、３よりもさらに良好な結果となった。
実施例２ではホールの中心のアウターキャリアの中心に対する偏芯量をホールの直径の１／５以上とはしていないものの、アウターキャリアの歯先円直径を、両面研磨装置用キャリアの歯先円直径の１．５倍以上としているため実施例３よりもさらに良好な結果となった。
実施例２ではホールの中心のアウターキャリアの中心に対する偏芯量をホールの直径の１／５以上とはしていないものの、アウターキャリアの歯先円直径を、両面研磨装置用キャリアの歯先円直径の１．５倍以上としているため実施例３よりもさらに良好な結果となった。
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。
１…アウターキャリア、 ２…ホール、
１０…ラッピング装置、 １１…上定盤、 １２…下定盤、
１３…サンギア、 １４…インターナルギア、
１５…ノズル、 １６…スラリー、
２２…ワークホール、
Ｗ…両面研磨装置用キャリア。
１０…ラッピング装置、 １１…上定盤、 １２…下定盤、
１３…サンギア、 １４…インターナルギア、
１５…ノズル、 １６…スラリー、
２２…ワークホール、
Ｗ…両面研磨装置用キャリア。
Claims (8)
- 半導体ウェーハを保持するための保持孔が形成された歯車形の両面研磨装置用キャリアをラッピング装置の上下定盤で挟みながら、前記両面研磨装置用キャリアを公転及び自転させることでラッピング加工して両面研磨装置用キャリアを製造する方法であって、
前記両面研磨装置用キャリアを保持するためのホールを有する、前記両面研磨装置用キャリアよりも大きいサイズの歯車形のアウターキャリアを用意し、該アウターキャリアを前記ホールの中心が前記アウターキャリアの中心に対し偏芯したものとし、
前記ホールに前記両面研磨装置用キャリアを収納することで、前記アウターキャリアで前記両面研磨装置用キャリアを保持し、
前記ホールの中心が前記アウターキャリアの中心に対して偏芯した状態で、該保持した両面研磨装置用キャリアを前記ラッピング装置の上下定盤で挟みながら、前記アウターキャリア及び前記両面研磨装置用キャリアを自転及び公転させることで前記両面研磨装置用キャリアをラッピング加工することを特徴とする両面研磨装置用キャリアの製造方法。 - 前記ホールの形状を円形とし、前記ホールの中心の前記アウターキャリアの中心に対する偏芯量を、前記ホールの直径の１／５以上とすることを特徴とする請求項１に記載の両面研磨装置用キャリアの製造方法。
- 前記ホールの形状を円形とし、前記ホールの直径を前記両面研磨装置用キャリアの歯先円直径より０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ大きくすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の両面研磨装置用キャリアの製造方法。
- 前記アウターキャリアの歯先円直径を、前記両面研磨装置用キャリアの歯先円直径の１．５倍以上とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の両面研磨装置用キャリアの製造方法。
- 前記アウターキャリアの材質を炭素工具鋼、ステンレス鋼、又はチタンとすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の両面研磨装置用キャリアの製造方法。
- 前記両面研磨装置用キャリアの材質をステンレス鋼又はチタンとすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の両面研磨装置用キャリアの製造方法。
- 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の製造方法で製造された両面研磨装置用キャリア。
- 両面研磨装置において、請求項７に記載の両面研磨装置用キャリアを使用して半導体ウェーハを保持しながら、研磨布の貼付された上下定盤に前記保持した半導体ウェーハの上下面を摺接することで、半導体ウェーハを両面研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法。
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