(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨部材を挿入する収容孔を有し、外周面に設けられた歯車が研磨装置の太陽ギアおよびインターナルギアに噛合して遊星運動を行い、前記収容孔内の被研磨部材を研磨する研磨用キャリアにおいて、
研磨用キャリアは、
リング状に形成され、外周面に設けられた歯車が前記太陽ギアおよびインターナルギアに噛合すると共に、内周面に内歯車が設けられたリングギアと、
前記リングギアと同心に配設された中央ギアと、
前記中央ギアおよび前記リングギアの内歯車と噛合し、被研磨部材を挿入する収容孔が設られた被研磨部材収容ギアと、
により構成されていることを特徴とする研磨用キャリア。
【請求項２】
前記中央ギアおよびリングギアに噛合する前記被研磨部材収容ギアは、複数個設けられ、前記中央ギアおよびリングギアに対して取り外し可能なクリアランスをもって噛合していることを特徴とする請求項１に記載された研磨用キャリア。
【請求項３】
前記被研磨部材の外周面は非円形に形成され、前記被研磨部材収容ギアの収容孔は、前記被研磨部材の外周面と同形状の非円形に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された研磨用キャリア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ等の被研磨部材を研磨装置で研磨するときに使用される研磨用キャリアに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハを製造するには、多結晶シリコンから単結晶の半導体インゴットを製造し、このインゴットをマルチワイヤソー等の切断手段によって、所定厚さにスライスして板状の半導体ウェーハを製造する。
このようにして、スライスされた半導体ウェーハの表面には、凹凸のソーマークが存在している。これを除去して半導体ウェーハの表面を平滑面とし、両面の平面度および平行度の精度を高め、厚さ寸法を均一化するため、アルミナ砥粒などを用いたラッピング液、およびポリッシング液を用いた鏡面研磨仕上の加工が行われている。
【０００３】
通常、板状の半導体ウェーハＷの鏡面研磨加工には、図５に示すようなキャリアＣが使用される。
このキャリアＣは、表面に凹凸のないガラスエポキシ樹脂製の円形状板の外周面に歯車１を設け、内部に複数（図５では３個）の収容孔２を設けたものである。前記各収容孔２は、半導体ウェーハＷの挿入、取り出しができるように、半導体ウェーハＷよりも僅かに大きく形成されている。また、半導体ウェーハＷをキャリアＣの収容孔２に入れて両面研磨するために、キャリアＣの厚さは半導体ウェーハＷの厚さよりも僅かに小さく形成されている。
【０００４】
前記各収容孔２に半導体ウェーハＷを挿入したキャリアＣは、図４に示す両面研磨装置Ａに取り付けられる。また、両面研磨装置Ａのテーブル３には、表面に研磨布４が設けられた円形の下定盤５と、下定盤５の周囲に環状の外側構体６が立設され、外側構体６の内周面にはインターナルギア（固定ギア）７が設けられている。
前記下定盤５には、インターナルギア７の中心となる位置に駆動軸８が回転可能に支承され、駆動軸８の上端部に太陽ギア９が設けられている。また、前記テーブル３上に、上下動ならびに回動可能なアーム駆動軸１０が設けられ、アーム駆動軸１０に設けられたアーム１１の先端に上定盤１２が取り付けられ、上定盤１２の下面に研磨布１３が設けられている。
【０００５】
前記したように、複数（図４、図６では３個）のキャリアＣの歯車１が、太陽ギア９およびインターナルギア７に噛み合っているので、太陽ギア９が回転すると、各キャリアＣは自転しながら太陽ギア９の周囲を公転する遊星運動を行う。したがって、アルカリ溶液中に焼成シリカやコロイダルシリカ等を分散させたポリッシング液（ラッピング液）を、上定盤１２、下定盤５と半導体ウェーハＷの間に流し、上定盤１２、下定盤５で半導体ウェーハＷを挟圧した状態で太陽ギア９を回転させると、遊星運動を行う各キャリアＣに収容された半導体ウェーハＷの両面が、ポリッシング液（ラッピング液）を含んだ研磨布４、１３に摺り合わされて、加工歪み層や汚れが除去されると共に、高精度の平面に加工される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような鏡面加工において、半導体ウェーハＷの輪郭が円形に近い形であり、しかもこの半導体ウェーハＷを僅かな隙間で収容する収容孔２が円形であるため、半導体ウェーハＷは収容孔２内で自由に向きを変えることができ、キャリアＣの自転運動とは異なる不規則な回転運動を行ったり、キャリアＣが自転しても半導体ウェーハＷが収容孔２に対して自転しないことがあった。
このため、半導体ウェーハＷの研磨面Ｗ１  は、図７に誇張して示す斜視図のように、テーパ面になり、平面度や平行度の精度が悪化し、所望の平面度や平行度の精度を得ることができないという課題があった。
【０００７】
また、キャリアＣは、３個の収容孔２を有する面積の広い一枚板であり、一部分に磨耗が生じてもキャリアＣを交換しなければならないため、コストが嵩み経済的に好ましいものではないという課題があった。
【０００８】
本発明はかかる課題を解決することを目的とし、被研磨部材を規則正しく自転させることができ、また自転の回転数を従来よりも増大させることができ、更にキャリア交換費用を低減させることができる研磨用キャリアを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる研磨用キャリアは、被研磨部材を挿入する収容孔を有し、外周面に設けられた歯車が研磨装置の太陽ギアおよびインターナルギアに噛合して遊星運動を行い、前記収容孔内の被研磨部材を研磨する研磨用キャリアにおいて、研磨用キャリアは、リング状に形成され、外周面に設けられた歯車が前記太陽ギアおよびインターナルギアに噛合すると共に、内周面に内歯車が設けられたリングギアと、前記リングギアと同心に配設された中央ギアと、前記中央ギアおよび前記リングギアの内歯車と噛合し、被研磨部材を挿入する収容孔が設られた被研磨部材収容ギアとにより構成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明にかかる研磨用キャリアは、前記構成を備えているため、研磨装置の太陽ギアの回転により、リングギアが太陽ギアの回りを公転しながら自転する遊星運動を行う。
また、リングギアと噛合する被研磨部材収容ギアは、リングギアと共に研磨装置の太陽ギアに対して遊星運動を行おうとしても、収容孔に収容する被研磨部材が研磨圧の抵抗力を受けリングギアの運動より遅れを生じ、遅れ量だけ自転しながら中央ギアの回りを公転する。
【００１１】
即ち、リングギアは研磨装置の太陽ギアの回りを遊星運動し、リングギアの内側では、ウェーハ収容ギアが中央ギアの回りを更に遊星運動するので、被研磨部材収容ギアに収容されている被研磨部材は、二重の遊星運動を行うことになる。従って、被研磨部材は、自転の回転数が増加して研磨方向が激しく変化し、しかも、研磨面は均等に研磨される。
【００１２】
ここで、前記中央ギアおよびリングギアに噛合する前記被研磨部材収容ギアは、複数個設けられ、前記中央ギアおよびリングギアに対して取り外し可能なクリアランスをもって噛合していることが望ましい。
このように、１つのキャリアの中に複数個の被研磨部材収容ギアを設けることにより、各被研磨部材収容ギアに収容する被研磨部材を同時に研磨することができる。
また、キャリアを構成する中央ギア、リングギアおよび被研磨部材収容ギアはすべて取り外し可能なクリアランスで噛合しているので、その中の一部の部品だけを容易に取り替えることができ、経済的である。
【００１３】
また、前記被研磨部材の外周面は非円形に形成され、前記被研磨部材収容ギアの収容孔は、前記被研磨部材の外周面と同形状の非円形に形成されている。
このように、被研磨部材は、被研磨部材収容ギアの収容孔中での不規則な運動が規制されると共に規則的に自転しながら、被研磨部材収容ギアと共に変えて研磨されるので、研磨精度が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を両面研磨装置に適用し、被研磨部材を半導体ウェーハとした場合について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明のキャリアの平面図、図２は本発明のキャリアの分解平面図、図３は本発明のキャリアを使用して研磨された半導体ウェーハの研磨面を誇張して示す斜視図である。
本発明にかかるキャリアＣ１  は、図２に示すように、リングギア１５と中央ギア１６とウェーハ収容ギア１７の３種類の部品により構成されている。
【００１５】
前記リングギア１５は、リング形状の板状体の外周面に、両面研磨装置Ａの太陽ギア９（図４、図６参照）およびインターナルギア（固定ギア）７に噛合する歯車１８が設けられ、内周面に内歯車１９が設けられている。
また、前記中央ギア１６は、リングギア１５の中心に配設されもので、外周面に歯車２０が設けられている。
【００１６】
更に、ウェーハ収容ギア１７の外周面には、リングギア１５の内歯車１９と中央ギア１６の歯車２０に噛合する歯車２１が設けられ、ウェーハ収容ギア１７の中央部には半導体ウェーハＷ１  を収納する収容孔２２が設けられている。
前記収容孔２２の内径は、半導体ウェーハＷ１  の外径が３００ｍｍである場合には、３０１ｍｍとし、半導体ウェーハＷ１  を挿入、取り出し易いよう形成されている。
【００１７】
また、半導体ウェーハには通常オリエンテ−ションフラット加工またはノッチ加工がなされており、収容孔２２の内周面にも、この加工と同様の形状の加工を施すことにより、半導体ウェーハＷ１  の収容孔２２内での不規則な運動は規制される（図１参照）。
【００１８】
また、前記リングギア１５、中央ギア１６およびウェーハ収容ギア１７によって構成されるキャリアＣ１  は、半導体ウェーハＷ１  の厚さよりも僅かに小さい厚さ寸法に形成されている。
従って、半導体ウェーハＷ１  が両面研磨装置Ａの下定盤５と上定盤１２に挟圧されて摺動する場合、半導体ウェーハＷ１  の両面は研磨されるが、リングギア１５、中央ギア１６およびウェーハ収容ギア１７の両面は研磨されない。
【００１９】
図１に示すように、リングギア１５の内歯車１９に、複数個（本実施形態では３個）のウェーハ収容ギア１７の歯車２１が噛合し、各ウェーハ収容ギア１７の歯車２１に中央ギヤ１６の歯車２０が噛合する。
各ウェーハ収容ギア１７の歯車２１は、リングギア１５の内歯車１９および中央ギヤ１６の歯車２０と十分なクリアランスをもって噛み合っているので、各ウェーハ収容ギア１７、リングギア１５および中央ギヤ１６は容易に取り外しが可能であり、新品との交換を容易に行うことができる。
【００２０】
次に、以上のように構成されたキャリアＣ１  を使用して両面研磨装置Ａにおける半導体ウェーハＷ１  の鏡面研磨加工について説明する。
図１に示すように、３つのウェーハ収容ギア１７の歯車２１を、リングギア１５の内歯車１９と中央ギア１６の歯車２０に噛合させる。
このとき、３つのウェーハ収容ギア１７を、中央ギア１６と同心の円周を３等分する位置に配列して、鏡面研磨加工時の外力がキャリアＣ１  に偏位することなく均等に加わるようにする。
【００２１】
このように組み立てられた３組のキャリアＣ１  を両面研磨装置Ａの下定盤５の研磨布４にセットし（図４参照）、リングギア１５の歯車１８を、両面研磨装置Ａのインターナルギア（固定ギア）７および太陽ギヤ９に噛み合わせ、各ウェーハ収容孔２２内に半導体ウェーハＷ１  を挿入する。
そして、上定盤１２をこの真上に位置決めした後に下降して押しつけ、上下の研磨布１３、４で半導体ウェーハＷ１  の両面を挟圧する。
【００２２】
その後、上下の研磨布１３、４に研磨剤を供給しながら、太陽ギヤ９を回転すると、３組のキャリアＣ１  がそれぞれ太陽ギヤ９の周囲を公転すると共に自転を行う遊星運動を行う。
そしてまた、このキャリアＣ１  の遊星運動に伴い、ウェーハ収容ギア１７はリング１５内で遊星運動を行う。
【００２３】
このとき、半導体ウェーハＷ１  の両面は、上下の研磨布１３、４の挟圧力により大きな摩擦抵抗を受け、半導体ウェーハＷ１  を収容するウェーハ収容ギア１７が、リングギア１５より遅れを生じる。前記ウェーハ収容ギア１７は、リングギア１５と噛み合っているので前記遅れ量だけ自転すると共に、中央ギア１６と噛み合っているために、中央ギア１６の回りを公転する。
すなわち、前記したように太陽ギヤ９の回りを遊星運動するキャリアＣ１  の中で、ウェーハ収容ギア１７が更に遊星運動を行う。
【００２４】
この二重の遊星運動により、ウェーハ収容ギア１７の収容孔２２に収容されている半導体ウェーハＷ１  は、従来のものに比べて、単位時間当たりの自転数が増大して研磨方向が頻繁に変化し、しかも収容孔２２内を不規則に運動することができないので、研磨方向が万遍なく変化する。
したがって、半導体ウェーハＷ１  の研磨面は、研磨方向が頻繁に、しかも均等に変化するため、図３に示すように、磨耗の偏りがなくなり、平面度および両面の平行度の精度が向上する。
【００２５】
また、キャリアＣ１  を構成するリングギア１５、中央ギア１６およびウェーハ収容ギア１７は、相互にクリアランスをもって噛み合っているので、分解が容易であり、磨耗により寿命の尽きた部品だけを新規部品と交換することができる。なお、本発明にかかるキャリアは、従来から使用している研磨装置あるいは両面研磨装置をそのまま使用することができるという利点も有する。
【００２６】
また、上記実施形態では、被研磨部材として半導体ウェーハを用いた場合を示したが、特に半導体ウェーハに限定されるものではなく、フォトマスク製造用基板の研磨、あるいはレンズ等の研磨を行う研磨用キャリアに適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の研磨用キャリアは、以上述べたように構成されているので、次に示す効果を奏する。
即ち、本発明のキャリアは、研磨装置の太陽ギアの回りを遊星運動しながら、被研磨部材を収容する被研磨部材収容ギアが、更にリングギア内部で遊星運動するので、被研磨部材の単位時間当たり自転数が増大して研磨方向が頻繁に、かつ、万遍なく変化するため、被研磨部材の研磨面精度が向上する。
【００２８】
また、従来のキャリアは、面積の大きい一枚板であったため、部分的に磨耗が生じても新品と交換しなければならず、経済的に無駄があったが、本発明のキャリアは３種類の部品により構成され、容易に取り外し可能であるため、寿命に達した部品のみを新品と交換すればよく、他の部品はそのまま使用することができ、経済的である。
【００２９】
更に、被研磨部材収容ギアの収容孔を被研磨部材の外周面と同形状の非円形にしたので、被研磨部材が収容孔内で不規則な運動が阻止され、被研磨部材の研磨方向が万遍なく均等に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すキャリアの平面図である。
【図２】本発明の実施形態を示すキャリアの分解平面図である。
【図３】本発明の実施形態を示すキャリアを使用して研磨された半導体ウェーハの研磨面を誇張して示す斜視図である。
【図４】従来のキャリアおよび本発明にかかるキャリアが使用される両面研磨装置の斜視図である。
【図５】従来のキャリアの平面図である。
【図６】従来のキャリアの遊星運動の説明図である。
【図７】従来のキャリアを使用して研磨された半導体ウェーハの研磨面を誇張して示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｗ１                半導体ウェーハ（被研磨部材）
Ｃ１                キャリア
Ａ                両面研磨装置
５                下定盤
７                インターナルギア
９                太陽ギア
１２              上定盤
１５              リングギア
１６              中央ギア
１７              ウェーハ収容ギア
１８              歯車
１９              内歯車
２０              歯車
２１              歯車
２２              収容孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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