(57)【要約】 【課題】   従来は半導体ウエハ−を両面研磨するための治具であるキャリヤはクロスカーボンで製作されていた。クロスカーボン製キャリヤは厚みばらつきが大きい。キャリヤは３枚〜７枚程度のキャリヤが共役組として同時に用いられる。共役組のキャリヤの厚みが異なると上下定盤の研磨布の撓み量が異なり研磨液の回り込みや圧力が異なる。それは研磨後のウエハ−の厚みばらつきを大きくする。同じウエハ−内部でも面だれや片削りを生ずる。ウエハ−の平坦度が悪い。１枚のキャリヤが摩損しても共役組全部のキャリヤを取り替えないといけない。 【解決手段】一方向繊維のカーボン層を交互に積層させたカーボン積層材でキャリヤを作る。一方向繊維のカーボン層を交互に積層させたカーボン積層材で作製した板から型で切りとってキャリヤを作ると厚み誤差が少ないので研磨によって平坦度のよいウエハ−を作ることができる。 【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向繊維のカーボン層を交互に積層させたカーボン積層材から成ることを特徴とする両面ポリッシャ用キャリヤ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｉウエハ−やＧａＡｓウエハ−などを研磨する際に用いる両面ポリッシャ用のキャリヤに関する。キャリヤというのは複数の穴と外周に歯車を有する薄い円板である。円板の穴にウエハ−を入れて、上下の研磨布で挟み、研磨液を供給しながら上下研磨布とキャリヤを回転させてウエハ−の両面を研磨するためのものである。キャリヤの材質は、研磨するワークによって、様々である。通常はガラスエポキシ、アラミドなどの材質が使われるが、ギヤの耐摩耗性、ウエハ穴の端面の平滑性の点からカーボンを使うことが主流となりつつある。従来のカーボンキャリヤはクロスカーボンという材質で作られている。これはカーボンのフィラーを平板状に編み込み接着材で固めて板状にしたものである。複数枚のキャリヤを同時に用いてウエハ−の両面研磨をする。上下の定盤の間に例えば５枚のキャリヤを挟み込む。その場合にキャリヤの厚さが揃っていないとウエハ−の平坦度が良好でない。クロスカーボンのキャリヤの厚さの精度はあまりよくない。それでキャリヤの厚さをいちいち測定して厚みの近いものを５枚揃えて組にして同時に使用するということにしなければならなかった。 
【背景技術】
【０００２】
図１によってＧａＡｓウエハ−の両面研磨装置を説明する。
【０００３】
両面研磨装置は複数の穴と周辺部にギヤを持ちウエハ−Ｗより薄いキャリヤＣという円板と、研磨布を有する上定盤３、下定盤４、太陽歯車５、インターナルギヤ６を持つ研磨装置を用いる。下定盤４の研磨布７の上に複数のキャリヤＣを置き周辺の歯車部を太陽歯車５とインターナルギヤ６に噛み合わせる。キャリヤＣの穴に被研磨ウエハ−Ｗを入れる。上定盤３を下ろし研磨布８がウエハ−Ｗの上面に接触するようにする。上定盤３の上面には円環状の周回溝９が穿ってある。周回溝９から幾つかの貫通穴１０が上定盤３の両面まで穿ってある。研磨液は研磨液供給管２２、２２から周回溝９に供給される。研磨液２４は貫通穴１０を通って、上、下定盤３、４の間に至る。研磨布７、８と、キャリヤＣ、ウエハ−Ｗの上下面の間に研磨液２４が進入する。 
【０００４】
下定盤４は下回転軸１２によって支持される。上定盤３は上回転軸１３によって支持される。上下の定盤３、４を異なる方向へ公転させる。また太陽歯車５とインターナルギヤ６を回転させる。太陽歯車５とインターナルギヤ６に噛み合っているのでキャリヤＣは上下の定盤３、４の間で遊星運動をする。ウエハ−ＷはキャリヤＣの保持穴の中にあるのでこれは遊星の衛星のような運動をする。ウエハ−Ｗの上下面が上下定盤３、４の研磨布７、８に接触しておりウエハ−Ｗと上下定盤３、４の運動が異なるのでウエハ−両面を同時に研磨することができる。 
【０００５】
キャリヤの数は３〜６枚程度、キャリヤの穴の数は４〜８の程度である。キャリヤの枚数をｃ、１枚のキャリヤの穴の数をＨとすると、同時にｃＨ枚のウエハ−の両面を同時研磨することができる。
【０００６】
キャリヤＣの厚みはウエハ−Ｗよりも薄い。クロスカーボンで作られたキャリヤＣは厚みのばらつきが大きい。例えば、板厚０．５ｍｍのキャリヤで、実際の板厚は０．５±０．０５ｍｍの程度である。測定する点によっては０．４５ｍｍの厚さのものもあるし、０．５５ｍｍもあるということである。キャリヤＣはウエハ−Ｗよりも厚みは少ないので、上下の研磨布７、８によって強く押さえられるというのではない。しかしキャリヤＣは上下の定盤３、４の隙間を規定するのでキャリヤ厚みばらつきがあると上下定盤３、４の隙間が変動する。そのためウエハ−Ｗに掛かる荷重ばらつき（偏荷重）が発生する。そうなるとウエハ−Ｗの厚みに不均一性が生ずる。
【０００７】
ウエハ−Ｗの厚みの不均一性はＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）という値で評価される。あるピッチｐでウエハ−Ｗの表面に並ぶ格子点を想定し、ウエハ−Ｗの裏面を平面にぴったりと付けた状態で、格子点での表面の高さを測定する。厚みの最大値と最小値の差を求める。それがＴＴＶである。
【０００８】
キャリヤＣの厚みが異なると上下定盤３、４の研磨布７、８の撓み量が異なるのでウエハ−Ｗに掛かる圧力や研磨液２４の回り込みが異なる。それはウエハ−Ｗの厚みばらつきを大きくする。キャリヤＣが薄いと、同じウエハ−Ｗ内においてウエハ−Ｗの外周部と中心部の厚みの差を大きくする。中心部で厚く周辺部で薄くなることを簡単に「面だれ」と呼ぶ。またウエハ−Ｗの表面と裏面が平行でなく、ある直径上で厚みが一次元的に異なるということもある。それは「片削り」という。これらはウエハ−Ｗの研磨の不出来を示す。できるだけ抑制しないといけない。それはＴＴＶによって評価できる。そのような研磨の異常が生ずる原因はいろいろある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１９８８０４  特許文献１はウエハ−を両面研磨するときに欠け、チッピングが発生することがあるので、それを防ぐために、キャリヤのウエハ−を入れる穴に軟質繊維が内側に向かって０．２ｍｍ以上飛び出すようにしたものを提案している。軟質繊維がウエハ−を穴壁に触れないように保持するので壁との直接の接触によるチッピングを防ぐことができるという。
【００１０】
【特許文献２】特開２００２−１００５９４ 特許文献２は両面研磨において、研磨クロスの長寿命化と、ウエハ−周辺部平坦度を増やすために、キャリヤの歯車部分の厚みを、中央のウエハ−保持部の厚みよりも薄くしたものを提案している。歯車部が薄いので歯車部によってクロスが摩耗するのを防ぐ。
【００１１】
【特許文献３】特開平９−２８３４７４号   特許文献３は両面研磨において研磨の途中でキャリヤの自転方向を反対方向にすることを提案している。それによって平坦度が増すと述べている。
【００１２】
【特許文献４】特開２００４−２８３９２９ 特許文献４は、研磨剤が通過する細かい穴をキャリヤに縦方向に穿孔したものである。つまりキャリヤには大きいウエハ−の保持穴の他に細かい多数の研磨剤通過穴を穿つ。それによって研磨剤がキャリヤの上下に流通するのでウエハ−の平坦度が向上すると述べている。
【００１３】
【特許文献５】特開２００５−３２８９６ 片面研磨の場合ウエハ−をワックスで研磨プレートに貼付ける。ワックス塗布、貼付、ワックス除去、洗浄という工程が必要になる。特許文献５は両面研磨装置を片面研磨に使う方法を提案している。キャリヤのウエハ−保持穴をウエハ−厚みより浅い盲穴としている。つまり貫通穴でなく凹部としている。ウエハ−を凹部に入れて両面研磨装置にかけると片面研磨できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
両面研磨において、ウエハ−の面だれや片削りを引き起こす１つの原因はキャリヤ厚みの不揃いである。０．５ｍｍ厚みのキャリヤでもばらつきがあり、０．４５ｍｍ、０．４８ｍｍ，０．４９ｍｍの規定厚さ以下のものもある。また０．５１ｍｍ、０．５２ｍｍ，０．５４ｍｍというように規定厚みを越えるものもある。
【００１５】
キャリヤは次のようにして作る。広いカーボンクロスの両面を接着剤、フィルムで挟みローラで圧力を加えて板状にする。それは５ｍ角というような広い板である。広い板で厚みが０．５ｍｍというような薄い板である。薄く広い板から型によってキャリヤを切り抜く。キャリヤの寸法は研磨すべきウエハ−の大きさや同時に研磨する枚数によって異なる。直径が２０ｃｍ〜７０ｃｍ程度でかなり広い板である。そのような広い板からかなり大きい円板を切り抜くのであるが、原板自体に厚みのばらつきがあるからキャリヤの厚みもばらついてしまう。
【００１６】
たとえば、５枚で組にする場合を考える。０．４５ｍｍと０．５４ｍｍのように厚みが大きく相違するキャリヤを組み合わせると面だれ、片削りを起こす。それを避けるために、厚みの似たもの５枚を選んで組にして同時に用いるようにする。それをペアリングと呼ぶこともある。ペアリングして一組に合わせて使用されるキャリヤを共役ということにする。一組となったキャリヤを共役組という。
【００１７】
従来のクロスカーボン製のキャリヤは厚みばらつきが大きいので、共役となるキャリヤを選ぶ作業が必要である。それはキャリヤの厚みを何点か測って記録し、厚いものから薄いものへ順番に並べて５枚の共役組にするという作業である。 
相性のよいキャリヤを選び出す作業で時間と手数のかかる作業である。
【００１８】
共役組のキャリヤを見いだしてウエハ−の両面研磨に使いはじめた場合でも、使用とともにキャリヤ外周のギヤが摩耗することがある。その場合は摩耗の激しいキャリヤ、破損キャリヤ１枚だけを交換するというわけに行かない。相性の合うキャリヤを選定するのにも時間がかかり、共役組全部のキャリヤを交換する必要がある。
【００１９】
図２はそれを示す。上の５枚の内１枚が減耗破損しても５枚全部を一挙に交換する様子を示す。残りの３枚、４枚は未だ使用可能であっても廃棄してしまうことになる。キャリヤは高価な治具であるからコストがかかる。
【００２０】
そこで厚みばらつきの少ないキャリヤが望まれる。厚みばらつきが少ないと、共役組に分けるペアリングが不要であるし、劣化した場合は劣化したもの一枚だけを交換すればよい。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のキャリヤはＵＤ（Ｕｎｉ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）カーボンから成る一方向繊維のカーボン層を交互に積層させたカーボン積層材によって作られたものである。ＵＤカーボンによってキャリヤを作るというが本発明の骨子である。ＵＤカーボン層をセメダインのような接着剤でプラスチックフィルムの間に０度、９０度方向に互い違いに積層し、挟みローラで押さえ固めて広い薄い板にする。フィルム／接着剤／ＵＤカーボン／接着剤／フィルムの積層板である。それは５ｍ×５ｍとか２ｍ×２ｍというような広く薄い板である。そしてそれを型で打ち抜いて一挙にキャリヤを作る。キャリヤというのは円板状で、周囲に歯車部があり、内部にはウエハ−を保持するための４〜８個の穴がある。従来のキャリヤと形状は同じであるが、材質が違う。ＵＤカーボン製のキャリヤは厚み精度に優ればらつきが少ない。
【発明の効果】
【００２２】
ＵＤカーボン製のキャリヤは厚みの誤差が少ない。０．５ｍｍの中心厚さだとして誤差（３σ）が±０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍの程度に押さえられる。クロスカーボンの場合の約半分〜１／４程度である。板材の状態で厚み誤差が少ない。キャリヤに造形しても厚みのばらつきが少ない。厚みがそろっているからペアリングする必要がない。
【００２３】
そのキャリヤを用いて両面研磨したウエハ−の平坦度は従来例のクロスカーボン製のキャリヤを用いて研磨したものよりも優れている。平坦度はＴＴＶで評価できる。研磨後のウエハ−のＴＴＶが良くなり、平坦度不良率が減少する。  
【００２４】
研磨を続けてその内の１枚が破損、欠損して寿命がきたとしても、その１枚だけを交換すればよい。図３にそれを示す。残りの４枚はそれまでのものを用いることができる。キャリヤ消費を節減でき極めて効果的である。
【００２５】
［実施例１］   
本発明は、Ｓｉウエハ−、ＩｎＰウエハ−の両面研磨にも利用できる。ここではＧａＡｓウエハ−研磨の場合について述べる。４インチＧａＡｓウエハ−のためのキャリヤを２０枚用意した。ウエハ−保持穴は８つある。板厚ｄのばらつきは小さくてｄ＝０．５ｍｍのものが１８枚、０．５１ｍｍが１枚、０．４９ｍｍのものが１枚であった。ｄ±３σで表現すると厚みは０．５ｍｍ±０．０１３ｍｍとなる。厚みのばらつきが少ないからペアリングの必要がない。任意の５枚のキャリヤを選んで共役組とした。５枚組のキャリヤを用いて同時に最大４０枚のウエハ−を両面研磨できる。
【００２６】
下定盤の上にキャリヤ５枚を置きインターナルギヤと太陽歯車部に噛み合わせ、ウエハ−保持穴にＧａＡｓウエハ−を入れた。
【００２７】
ＧａＡｓウエハ−の研磨であるからコロイダルシリカからなる物理的研磨液と、次亜塩素酸ナトリウムからなる化学的研磨液を同時に上下定盤の間に供給して上下の定盤を反対方向に公転させ、インターナルギヤと太陽歯車部を廻してキャリヤを遊星運動（自転と公転の合成）させた。
【００２８】
そのようにしてＮ＝６００００枚のＧａＡｓウエハ−を両面研磨した。
【００２９】
研磨後ＴＴＶを測定した。これは先述のように裏面を平面に密着させ、ウエハ−面上に一定ピッチｐで縦横に取った格子点でのウエハ−の高さを測定し最大値から最小値を引いたものである。厳密には初期点とピッチｐに依存するが大ざっぱに言えばＴＴＶはウエハ−の最も厚い部分と最も薄い部分の厚み差だと思えばよい。つまり平坦度である。そりではないので注意すべきである。平均値はＴＴＶ＝１．０７μｍであった。３σ＝１．８６μｍである。不良率は０．１％であった。さらに１ヶ月に使用するキャリヤの枚数は、４枚だった。１枚のキャリヤ外周部のギヤが劣化しても、その劣化した１枚だけを交換すればよいために、使用枚数が大幅に削減できた。
【００３０】
［比較例１］   
実施例１と同じように４インチＧａＡｓウエハ−のためのキャリヤを２０枚用意した。ウエハ−保持穴は８つあるキャリヤを用意した。板厚ｄのばらつきは大きく、ｄ＝０．４５ｍｍが１枚、０．４８ｍｍが４枚、０．４９ｍｍが３枚、０．５ｍｍが８枚、０．５２ｍｍが１枚、０．５３ｍｍが３枚あった。ｄ±３σで表現すると厚みは０．５ｍｍ±０．０５８ｍｍとなる。厚みのばらつきが大きいからペアリングしなければならない。厚みの近い５枚のキャリヤを選んで共役組とした。
【００３１】
実施例１と同じように下定盤の上にキャリヤ５枚を置きインターナルギヤと太陽歯車部に噛み合わせ、ウエハ−保持穴にＧａＡｓウエハ−を入れた。
【００３２】
コロイダルシリカからなる物理的研磨液と、次亜塩素酸ナトリウムからなる化学的研磨液を同時に上下定盤の間に供給して上下の定盤を反対方向に公転させ、インターナルギヤと太陽歯車部を廻してキャリヤを遊星運動（自転と公転の合成）をさせた。
【００３３】
Ｎ＝６００００枚のＧａＡｓウエハ−を両面研磨した。研磨後ＴＴＶを測定した。平均値はＴＴＶ＝１．２０μｍであった。３σ＝２．０１μｍである。不良率は０．６％であった。さらに１ヶ月に使用するキャリヤの枚数は２０枚だった。１枚のキャリヤ外周部ギヤが劣化すると、ペアリングした全てのキャリヤを交換しなければならないためにキャリヤの使用枚数が悪化する。ペアリングし厚みの近似した５枚のキャリヤを選んでいるがなおウエハ−のＴＴＶは良くない。
【００３４】
本発明のＴＴＶの平均値１．０７μｍというのは、従来例の平均値１．２０μｍよりも小さい。つまり研磨後のウエハ−の平坦度が優れているということである。平坦度不良率が従来例では０．６％であったものが本発明では０．１％に減少している。キャリヤの使用枚数も５分の１に削減できる。コスト・品質ともに改善する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】上定盤、下定盤、研磨液供給装置、キャリヤ、インターナルギヤ、太陽歯車部、下回転軸、上回転軸などからなる半導体ウエハ−の両面研磨装置の概略の縦断面図。
【図２】従来例のキャリヤは厚みを揃える必要があるので１枚のキャリヤが破損、減摩したときでも全部の共役組のキャリヤを交換しなければならないということを説明する図。
【図３】本発明のキャリヤは厚みが揃っているし減耗が少ないので１枚のキャリヤが破損、減摩したときはそのキャリヤだけを交換すればよいということを説明する図。
【符号の説明】
【００３６】
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５  キャリヤ 
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４，Ｗ５  ウエハ− 
３上定盤   
４下定盤 
５太陽歯車 
６インターナルギヤ 
７研磨布 
８研磨布 
９周回溝 
１０貫通穴 
１２下回転軸 
１３上回転軸 
２２研磨液供給管
２４研磨液 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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